thiết kế hệ thống truyền động điện trục tháo trục quấn dùng động cơ xoay chiều

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ HỆ
THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRỤC THÁO TRỤC QUẤN
1.1. Các yêu cầu chung về hệ thống điều khiển truyền động điện trục tháo
trục quấn
 Các yêu cầu cơ bản của hệ truyền động điện cho trục tháo, trục quấn bao
gồm:
YÊU CẦU VỀ GIỮ SỨC CĂNG KHÔNG ĐỔI : Đối với các vật liệu có khả
năng co dãn ví dụ như giấy vệ sinh, ni long… nếu sức căng không phù hợp thì
sẽ làm vật liệu bị hỏng . Do đó có thể thấy việc ổn định lực căng khắt khe nhất ở
khâu trục tháo trục quấn vật liệu cần được chú ý trong điều khiển tự động cho hệ
thống.
YÊU CẦU VỀ TỐC ĐỘ TRỤC THÁO TRỤC QUẤN THAY ĐỔI THEO
BÁN KÍNH BĂNG VẬT LIỆU : Ta thấy khi làm việc các trục tháo và trục quấn
vật liệu sẽ thay đổi bán kính (đối với trục quấn sẽ tăng dần, còn trục tháo sẽ
giảm dần). Vì vậy đảm bảo tốc độ thay đổi theo bán kính vật liệu là yêu cầu khó
khăn nhất trong quá trình thiết kế hệ thống.
YÊU CẦU VỀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BÁM THEO GIÁ TRỊ ĐẶT:
Ổn định tốc độ động cơ là một yêu cầu quan trong trong quá trình thiết kế lên hệ
thống điều khiển trục tháo trục quấn. Tùy theo từng giá trị đặt đầu vào mà đầu ra
của động cơ phải ổn định về giá trị đặt đó.
YÊU CẦU VỀ ĐIỀU KHIỂN : Có thể điều khiển tại chỗ bằng các nút ấn
hoặc điều khiển từ xa bằng PLC kết nối vs biến tần.
YÊU CẦU VỀ ĐO LƯỜNG : đảm bảo các cảm biến luôn hoạt động tốt theo
thời gian sử dụng, tín hiệu phản hồi chính xác, giảm tối thiểu tối đa các sai số
trong quá trình đo.
NGOÀI RA CẦN CHÚ Ý ĐẾN CÁC YÊU CẦU KHÁC:
Hệ thống phải luôn duy trì ổn định và hoạt động liên tục trong quá trình làm
việc.
Tối ưu hóa công tác lắp đặt, bảo trì và nâng cấp.
1

Đảm bảo an toàn cho người vận hành
1.2. Đề xuất phương án thiết kế hệ thống truyền động điện trục tháo trục
quấn
1.2.1. Đề xuất cấu trúc cơ bản cho hệ thống truyền động điện trục tháo trục
quấn
Cấu trúc cơ bản của 1 hệ thống trục tháo trục quấn được mô tả như hình
1.1

Hình 1. 1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống trục tháo trục quấn
Hình 1.1 là một sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống trục tháo trục quấn với
hệ truyền động sử dụng nhiều động cơ, thường được sử dụng trong các dây
chuyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền
động của thiết bị công nghệ. Cấu tạo thông thường của một hệ trục tháo trục
quấn gồm có các thành phần như : trục tháo ra, truc quấn lại, các cảm biến đo
lường, động cơ truyền động, bộ truyền cơ khí và bộ điều khiển. Hai trục của
trục quấn và trục tháo được gắn với hai động cơ cùng với bộ truyền động điện
để điều khiển hai trục tháo và trục quấn một cách dễ dàng. Mỗi một truyền động
cần phải làm việc với tốc độ thích hợp gắn với yêu cầu chung của hệ.
Để điều khiển hệ thống trục tháo, trục quấn, điều quan trọng nhất là phải tiến
hành điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo bán kính vật liệu. Ban đầu trục
2


tháo mang nhiều cuộn vật liệu nên bán kính là lớn nhất còn trục quấn chưa có
cuộn vật liệu nên bán kính là nhỏ nhất. Như vậy bán kính của trục tháo sẽ ứng
với động cơ truyền động điện sẽ có vận tốc ban đầu là lớn nhất rồi giảm dần
theo bán kính vật liệu cuộn trên trục tháo. Tương tự bán kính trục quấn sẽ ứng
với động cơ truyền động điện có vận tốc ban đầu là nhỏ nhất rồi tăng dần vận
tốc theo bán kính vật liệu cuộn trên trục quấn. Ta có sơ đồ biểu diễn sự biến

thiên tốc độ giữa trục tháo và trục quấn theo thời gian.

Hình 1. 2 Sơ đồ biểu diễn sự biến thiên tốc độ giữ trục tháo và trục quấn theo
thời gian
Ta thấy được rằng, để điều chỉnh tốc độ của trục tháo, trục quấn. Ta cần
điều chỉnh tốc độ trục tháo, trục quấn theo bán kính của trục tháo và trục quấn.
Mối quan hệ này có thể biểu diễn bằng biểu thức:
Để điều chỉnh tốc độ trục tháo, trục quấn theo tốc độ mong muốn, ta tiến
hành điều chỉnh tốc độ đặt ban đầu theo R để điều khiển hệ thống.

1.2.2.

3


1.2.3. Đề xuất phương án điều khiển cho hệ thống truyền động điện trục
tháo trục quấn
Để việc điều khiển tốc độ được chuẩn xác ta cần phải xây dựng mạch
vòng kín cho hệ thống điều khiển trục tháo trục quấn.
Ta có cấu trúc cơ bản cho mạch vòng của hệ thống trên hình 1.3 như sau :

Hình 1. 3 Cấu trúc điều khiển vòng kín
Hình 1.3 trình bày cấu trúc điều khiển vòng kín cho hệ thống truyền động
điện trục tháo trục quấn sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển sao cho tín
hiệu output phải bằng với tín hiệu đặt

input. Tốc độ đặt được đưa vào ở đầu

vào được so sánh với tốc độ phản hồi sau đó đưa vào khối điều chỉnh tốc độ
động cơ, khối này thực hiện việc điều chỉnh tốc độ cho động cơ.

Bộ biến đổi: đóng vai trò biến đổi các thông số đầu vào như dòng điện,
điện áp, tần số…sao cho các thông số đầu ra đúng như giá trị mong muốn cấp
vào cho động cơ hoạt động. Bộ biến đổi có thể là biến tần , điều áp xoay chiều 3
pha … Nhưng phổ biến nhất hiện nay là dùng biến tần .
Feedback : Sử dụng các cảm biến đo tốc độ phản hồi về bộ điều khiển để
so sánh tín hiệu đặt với tín hiệu đầu ra . Cảm biến thường được sử dụng là
encoder hoặc máy phát tốc, bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa, xác định
tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không cần dùng bộ
4


cảm biến tốc độ. Nhưng trong thực tế người ta hay dùng bộ đếm xung encoder
để đo tốc độ với độ đáng tin cậy cao.

5


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỤC THÁO, TRỤC QUẤN
2.1. Thiết kế sơ đồ mạch nguồn cho hệ thống điều khiển trục tháo, trục quấn
2.1.1. Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho hệ thống trục tháo trục quấn

Hình 2. 1 Mạch nguồn Hệ thống trục tháo trục quấn
6


2.1.2. Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho hệ thống trục tháo trục quấn
Toàn bộ nguồn điện hệ thống trục tháo trục quấn được cung cấp từ lưới điện
380V, 50 Hz sau trạm biến áp hạ thế. Sơ đồ điều khiển nguồn cấp cho hệ thống
trục tháo trục quấn được biểu diễn trên hình 2.1
NGUỒN ĐIỆN CẤP CHO CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN GỒM 2 LOẠI:

Nguồn S1 (3 pha, 380V, 50 Hz) là nguồn điện cung cấp cho biến tần, điều
khiển động cơ truyền động cho trục tháo.
Nguồn S2 (3 pha, 380V, 50 Hz) là nguồn điện cung cấp cho biến tần, điều
khiển động cơ truyền động cho trục quấn.
NGUỒN ĐIỆN CẤP CHO CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN, ĐO LƯỜNG :
Nguồn 1 pha, 220V, 50 Hz là nguồn điện cung cấp cho các role, công tắc tơ
trong mạch điều khiển, đầu ra các PLC.
Nguồn điện 1 chiều 24V cấp cho các đầu vào của PLC
2.1.3. Chức năng các phần tử cho mạch nguồn trên hình 2.1
MẠCH ĐỘNG LỰC
-

MCCB1
MCB1
MCB2
CB1
CB2
GIC
F1
F2

: Cầu dao tự động
: Cầu dao tự động
: Cầu dao tự động
: Cầu dao tự động
: Cầu dao tự động
: Rơ le bảo vệ mất pha
: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho role bảo vệ mất pha
: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp của Máy Biến áp 1

pha BA1
- F3

: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp của Máy Biến áp 1

pha BA2
- F4

: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp của Máy Biến áp 1

pha BA3
- BA3
- BA1 x2

: Máy biến áp 1 pha cấp nguồn 220V cho mạch điều khiển
: 2 Máy biến áp 1 pha đấu thành máy biến áp 3 pha cấp

nguồn 110V cho mạch đo lường trục tháo
- BA2 x2
: 2 Máy biến áp 1 pha đấu thành máy biến áp 3 pha cấp
nguồn 110V cho mạch đo lường trục quấn
7


- CT1 x2

: 2 máy biến dòng 1 pha mắc 2 trong 3 pha cấp tín hiệu do

lường cho trục tháo
- CT2 x2

: 2 máy biến dòng 1 pha mắc 2 trong 3 pha cấp tín hiệu do
lường cho trục quấn
- CL
: Chỉnh lưu biến đổi 220 V sang nguồn 1 chiều 24V
MẠCH ĐO LƯỜNG
- V: Vôn kế đo điện áp toàn bộ hệ thống mạch động lực có điện áp 380V,
được cấp điện từ phía thứ cấp của máy biến áp xí nghiệp
- A: Ampe kế đo dòng điệnt toàn bộ hệ thống mạch động lực, được cấp đện
từ biến dòng CT1, CT2
- PL1, PL2, PL3: Đèn báo hiệu nguồn của toàn bộ hệ thống
2.1.4. Nguyên lý hoạt động mạch nguồn
Thao tác đóng cắt nguồn điện:
THAO TÁC ĐÓNG NGUỒN ĐIỆN:
Đóng cầu dao tự động MCCB1, lúc này nguồn 3 pha 380V lấy từ lưới
điện sau trạm biến áp của xí nghiệp được cấp tới các điểm đóng cắt MCB1,
MCB2 chờ cấp điện cho các mạch động lực trục tháo trục quấn, đồng thời cũng
cấp nguồn vào role bảo vệ mất pha làm đóng tiếp điểm NC. Ta đóng aptomat
MCB1 nguồn được đưa tới phía sơ cấp của 2 máy biến áp 1 pha đấu chung
thành biến áp 3 pha, ở phía thứ cấp nguồn điện được đưa tới Vôn kế hiển thị đo
lường và làm sáng đèn hiệu báo nguồn PL. 2 biến dòng CT1 đo dòng 2 trong 3
pha đưa tín hiệu đo được về Ampe kế hiện thị đo lường dòng điện trong mạch.
Đóng MCB2 mạch nguồn hoạt động tương tự như phía MCB1. Đóng tiếp CB1
cấp nguồn phía sơ cấp máy biến áp 1 pha MB3 hạ áp 380V xuống 220 V, ở phía
thứ cấp MB3 nguồn điện đưa tới CB2 nhằm mục đích bảo vệ mạch thứ cấp cho
máy biến áp. ở đầu còn lại của CB2 được chia làm 2 lộ, 1 lộ đi tới mạch điều
khiển cấp nguồn cho PLC và các đầu ra role. Lộ còn lại đi qua chỉnh lưu thành
nguồn 1 chiều 24 V cấp nguồn cho các thiết bị đầu vào của PLC.
THAO TÁC NGẮT NGUỒN ĐIỆN:

8

Để ngắt nguồn điện phía S1 (3 pha, 380V, 50 Hz) cấp nguồn cho động lực
trục tháo, gạt atomat MCB1 ngắt nguồn khỏi lưới điện chính, đầu vào phía sơ
cấp của các máy biến áp 1 pha MB1 mất điện, đèn báo nguồn PL1 tắt.
Tương tự để ngắt nguồn phía S2 (3 pha, 380V, 50 Hz) cấp nguồn cho
động lực trục tháo, gạt atomat MCB2 ngắt nguồn khỏi lưới điện chính, đầu vào
phía sơ cấp của các máy biến áp 1 pha MB2 mất điện, đèn báo nguồn PL2 tắt.
Để ngắt nguồn 220VAC và 24VDC tới mạch điều khiển, mở aptomat
CB1.

Hình 2. 2 Tủ điện nguồn
2.1.5.

9


2.1.6. Các bảo vệ
Bảo vệ mất pha : Được thực hiện bằng role bảo vệ mất pha GIC. Role này
khi có đủ 3 pha đấu đúng thứ tự pha thì tiếp điểm NC đóng lại cấp nguồn điều
khiển cho động cơ sẵn sàng hoạt động. Khi có sự cố mất 1 trong 3 pha hoặc bị
giảm áp, cao áp thứ tự pha không đúng thì tiếp điểm NO mở ra ngắt nguồn điều
khiển không cho động cơ hoạt động.
Bảo vệ ngắn mạch : Được thực hiện bằng các cầu chì F2, F3, F4 mắc ở phía
cuộn sơ cấp của máy biến áp. Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, các cầu chì F2, F3
,F4 đứt => ngắt máy biến áp ra khỏi lưới điện. Tương tự khi có sự cố cầu chì F1
đứt ngắt Rơ le bảo vệ mất pha ra khỏi hệ thống.
Bảo vệ quá tải : Được thực hiện bằng các aptomat MCB1, MCB2. Khi xảy ra
sự cố quá tải trên đường dây, dòng bắt đầu tăng lên cao. Các aptomat MCB1 và
MCB2 mở ra ngắt toàn bộ mạch động lực ra khỏi lưới điện. Khi đã khắc phục

xong sự cố, ta gạt aptomat hoạt động lại như bình thường.
2.2.

Thiết kế sơ đồ mạch động lực cho hệ thống điều khiển trục tháo, trục

quấn
2.2.1. Sơ đồ mạch động lực trục tháo

10


Hình 2. 3 Sơ đồ mạch động lực trục tháo
11


2.2.1.1. Chức năng các phần tử trong mạch động lực trục tháo trên hình
2.3
- K1C

: Tiếp điểm chính của công tắc tơ K1 cấp nguồn cho biến tần

1
- K3C

: Tiếp điểm chính của công tắc tơ K3 cấp nguồn cho động cơ

lai trục quấn
- R1P
: Tiếp điểm thường mở của role R1 tạo tín hiệu chạy thuận
cho động cơ

- M440
: Modul kết nối biến tần với encoder
- Rt1
: Biến trở đặt setpoint cho biến tần
2.2.1.2. Nguyên lý hoạt động mạch động lực trục tháo
Biến tần M440 cấp nguồn bởi công tắc tơ K1 để điều khiển tốc độ động
cơ M1. Giá trị đặt của trục tháo được đặt nhờ biến trở nối với con lăn trên cuộn
trục tháo. Trong quá trình làm việc, trục tháo giảm dần bán kính băng vật liệu
con lăn tì xuống điều chỉnh điện áp trên biến trở vào biến tần. encoder 1 được
đặt để đo tốc độ trên trục động cơ rồi đưa giá trị tốc độ đó biến đổi thành điện áp
phản hồi về biến tần. Biến tần so sánh giá trị đặt và giá trị phản hồi rồi điều
chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo đường kính băng vật liệu. Biến tần được cài
đặt các tham số cơ bản như thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc. Nếu 2 tham số
này ngắn quá sẽ gây ra hiện tượng giật cục, rung lắc làm băng vật liệu hư hại.
Ngoài ra còn cái đặt các tham số PID cho bộ điều khiển bên trong biến tần,
chọn đầu vào tương ứng cho tín hiệu đặt là tín hiệu điện áp, sử dụng modul
M440 để kết nối với encoder tiếp nhận tín hiệu.
2.2.1.3. Chức bảo vệ
Bảo vệ không: Được thực hiện bằng các công tắc tơ K1,K3. Khi bị sự cố
mất điện nguồn thì tiếp điểm chính K1C và K3C của các công tắc tơ mở ra. Khi
có điện nguồn trở lại tiếp điểm chính này ngăn không cho động cơ tự ý hoạt
động mà khi chưa có sự điều khiển của con người
2.2.2. Sơ đồ mạch động lực trục quấn

12


Hình 2. 4 Sơ đồ mạch động lực trục quấn
13

2.2.2.1. Chức năng các phần tử trong mạch động lực trục quấn trên hình
2.4
- K2C

: Tiếp điểm chính của công tắc tơ K2 cấp nguồn cho biến tần

2
- K4C

: Tiếp điểm chính của công tắc tơ K4 cấp nguồn cho động cơ

lai trục quấn
- R1P
: Tiếp điểm thường mở của role R1 tạo tín hiệu chạy thuận
cho động cơ
- M440
: Modul kết nối biến tần với encoder
- Rt1
: Biến trở đặt setpoint cho biến tần
2.2.2.2. Nguyên lý hoạt động mạch động lực trục quấn
Nguyên lý hoạt động: Biến tần M440 cấp nguồn bởi công tắc tơ K2 để
điều khiển tốc độ động cơ M2. Giá trị đặt của trục quấn được đặt nhờ biến trở
nối với con lăn trên cuộn trục quấn. Trong quá trình làm việc, trục quấn tăng dần
bán kính băng vật liệu con lăn tì xuống điều chỉnh điện áp trên biến trở vào biến
tần. encoder 2 được đặt để đo tốc độ trên trục động cơ rồi đưa giá trị tốc độ đó
biến đổi thành điện áp phản hồi về biến tần. Biến tần so sánh giá trị đặt và giá trị
phản hồi rồi điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo đường kính băng vật liệu.
Biến tần được cài đặt các tham số cơ bản như thời gian tăng tốc, thời gian giảm
tốc. Nếu 2 tham số này ngắn quá sẽ gây ra hiện tượng giật cục, rung lắc làm

băng vật liệu hư hại. Ngoài ra còn cái đặt các tham số PID cho bộ điều khiển
bên trong biến tần, chọn đầu vào tương ứng cho tín hiệu đặt là tín hiệu điện áp,
sử dụng modul M440 để kết nối với encoder tiếp nhận tín hiệu.
2.2.2.3. Các bảo vệ
Bảo vệ không: Được thực hiện bằng các công tắc tơ K2,K4. Khi bị sự cố
mất điện nguồn thì tiếp điểm chính K2C và K4C của các công tắc tơ mở ra. Khi
có điện nguồn trở lại tiếp điểm chính này ngăn không cho động cơ tự ý hoạt
động mà khi chưa có sự điều khiển của con người
2.3. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển cho trục tháo trục quấn
2.3.1. Sơ đồ mạch điều khiển

14


Hình 2. 5 Sơ đồ đầu vào PLC
15


Hình 2. 6 Sơ đồ đầu ra PLC

16


Hình 2. 7 Sơ đồ đầu ra PLC
17


2.3.2.
2.3.3.

Chức năng các phần tử trong mạch điều khiển
Nút ấn Start : Khởi động cho hệ thống hoạt động
Nút ấn Stop : Dừng hệ thống
Nút ấn reset : reset lại toàn bộ hệ thống như ban đầu
R1 - R6
: Các rơ le trung gian
K1 – K4
: Cuộn hút của các công tắc tơ
WL1- WL2 : Đèn báo hoạt động của trục tháo trục quấn
Chương trình điều khiển cho PLC

Hình 2. 8 Chương trình khởi động hệ thống trục tháo trục quấn

Hình 2. 9 Chương trình đèn báo tín hiệu hệ thống trục tháo trục quấn

18


Hình 2. 10 Chương trình khi xảy ra sự cố mất pha hệ thống trục tháo trục quấn

Hình 2. 11 Chương trình dừng và reset hệ thống trục tháo trục quấn
2.3.4. Nguyên lý hoạt động
QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG :
Ấn nút start, các chân ra Y3, Y4, Y5, Y8 của PLC xuất tín hiệu điều khiển
tới các cuộn hút của role trung gian R3, R4, R5, R6. Nguồn được sử dụng cho
các role trung gian là nguồn 24VDC nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho người
sử dụng. Các cuộn hút R3, R4, R5, R6 có điện, đóng các tiếp điểm cấp nguồn
cho các cuộn hút của công tắc tơ K1, K2, K3, K4 đóng các tiếp điểm chính K1C,
K2C, K3C, K4C đưa biến tần và động cơ nối với lưới điện sẵn sàng cho quá
trình hoạt động. Cùng lúc đó các tiếp điểm phụ của các công tắc tơ cấp 1 xung

đầu vào cho PLC, các chân ra Y6, Y7 xuất tín hiệu cấp nguồn cho đèn báo hiệu
19


cho người vẫn hành biết động cơ đã được khởi động. Đồng thời chân Y1,Y2
cũng có tín hiệu xuất ra cấp nguồn cho role trung gian R1, R2 đóng tiếp điểm
R1P (04-2D) và R2P (04-2D) trên biến tần để động cơ chạy thuận.
QUÁ TRÌNH DỪNG :
Ấn nút Stop/Reset, đầu vào chân X2 của PLC có 1 xung tín hiệu reset toàn
bộ chương trình PLC, các chân đầu ra từ Y1-Y8 bị ngắt tín hiệu cấp nguồn cho
các role trung gian R1-R8. Nguồn động lực bị ngắt ra khỏi động cơ và biến tần,
quá trình hoạt động hoàn tất.
QUÁ TRÌNH XẢY RA SỰ CỐ MẤT PHA:
Trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố mất pha, tiếp điểm a(04-4C) mở ra,
a(04-4B) đóng lại, tín hiệu xung đầu vào PLC X3 bị ngắt. Reset toàn bộ chương
trình giống như quá trình dừng. Nguồn động lực bị ngắt ra khỏi động cơ và biến
tần, bảo vệ cho các thiết bị điện cho đến khi nào khắc phục được sự cố mất pha.
2.4. Lựa chọn sensor và thiết kế các mạch đo lường phục vụ điều khiển
2.4.1. Lựa chọn sensor cho hệ thống trục tháo trục quấn
2.4.1.1. Lựa chọn cảm biến quang tốc độ (Encoder).
Trong thực tế có 2 loại encoder là encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
Trong đồ án này e xin chọn loại encoder tương đối. Cấu tạo encoder tương đối
như hình 2.12

Hình 2. 12 Sơ đồ cảm biến quang tốc độ và sơ đồ nguyên lý transistor.
Để làm tăng độ mịn: xác định được chính xác số vòng quay người ta thực
hiện tăng số lỗ hoặc rãnh trên đĩa mã hóa.
Đối với encoder tương đối: gồm 2 vòng lỗ để có thể kết hợp xác định
chiều quay, 1 lỗ định vị để xác định đĩa quay được 1 vòng.
20

Hình 2. 13 Đĩa mã hóa của encoder tương đối.

a)

b)

Hình 2. 14 Xung ra trên cảm biến quang tốc độ.
a)

Xung A và B lệch nhau 900.

b)

Xác định chiều quay bằng lệch pha.
Theo hình 2.14 nếu xung A vượt trước xung B thì chiều quay như hình

bên cạnh và ngược lại.
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục.
Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi
đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ
(rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta
đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua,
người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Khi trục quay, giả sử
trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn
led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.

21

Hình 2. 15 encoder đo tốc độ
2.4.1.2. Lựa chọn cảm biến đo lực căng (LOAD CELL)
Load cell là cảm biến thường được dùng phổ biến nhất hiện nay dùng để
do lực căng của băng vật. Có 2 loại load cell chính là load cell số, load cell
tương tự. Trong đồ án này e xin chọn lựa load cell tương tự để đo lực căng. Cấu
tạo load cell tương tự như hình 2.1

Hình 2. 16 Cấu tạo loadcell tương tự
Cấu tạo gồm 2 thành phần:
Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay
đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán
chết lên “Load”
Load – một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Nguyên lý hoạt động : hoạt động trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng
22


cầu Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm
ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ.

Hình 2. 17 Load cell dùng cho trong các trục quay trung gian
2.4.2. Thiết kế mạch đo lường phục vụ điều khiển
Tín hiệu đặt của hệ thống trục tháo trục quấn phụ thuộc rất nhiều vào
đường kính băng vật liệu nên ta thiết kế mạch đo lường cho tín hiệu đặt như
hình 2.19

Hình 2. 18 Mô hình thiết kế đo đường cho tín hiệt đặt
Chức năng các phần tử trong mạch:
2 Xy lanh có lò xo : Dùng để tạo lực từ lo xo tác động lên trục tháo trục

quấn
2 Con lăn

: Dùng để trượt trên trục tháo quấn
23


2 Biến trở

: Dùng để gia công tín hiệu đo thành tín hiệu điện áp
đặt

vào biến tần

Nguyên lý hoạt động : Trong quá trình làm việc đường kính trục tháo
giảm dần, 1 con lăn được tì trên trục tháo nhờ xy lanh. Khi đường kính trục
tháo giảm dần lò xo trên xy lanh dãn ra đẩy con lăn tì xuống đo đường kính
trục tháo. 1 biến trở được gắn với đầu đẩy lò xo thay đổi giá trị biến trở. Từ
đó tín hiệu đặt của đường kính trục tháo đã được gia công thành tín hiệu đặt
cho bộ điều khiển tốc độ. Trục quấn làm tương tự như trục tháo nhưng khác
ở chỗ lúc ban đầu trục quấn chưa có vật liệu nên lò xo dãn hết cỡ tương ứng
với giá trị lớn nhất của biến trở, theo thời gian hoạt động đường kính trục
quấn thay đổi nên giá trị của biến trở cũng thay đổi theo.
2.5.

Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện, tổng hợp các bộ điều
khiển cho hệ truyền động điện trục tháo trục quấn.

24

2.5.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện

Hình 2. 19 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện trục tháo trục quấn
Rω1, Rω2: Là các bộ điều chỉnh tốc độ nó có nhiệm vụ tổng hợp các tín
hiệu đặt và phản hồi để tạo ra điện áp điều khiển đưa tới các bộ điều chỉnh
dòng điện nhằm điều khiển các đại lượng ra của bộ biến đổi cấp đến động
cơ.
Ri1, Ri2: là các bộ điều chỉnh dòng điện có nhiệm vụ đo tín hiệu dòng
điện sau khi được biến đổi so sánh với tín hiệu đầu vào sao cho bám sát với
giá trị dặt.
sp: là các biến trở được gia từ tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện áp để
25