Bài giảng Tự động hoá quá trình sản xuất

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.82 MB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

UBND TỈNH QUẢNG NGÃI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG

---

BÀI GIẢNG

TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ

TRÌNH SẢN XUẤT

DÀNH CHO BẬC ĐẠI HỌC TÍN CHỈ (30 tiết)

Biên soạn: ThS.Trần Thanh Tùng

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

LỜI NĨI ĐẦU

Tự động hóa q trình sản xuất là xu hướng phát triển tất yếu trong giai đoạn hiện
nay, tất cả các cải tiến, phát minh sáng chế trong kỹ thuật đều nhằm mục đích giải
phóng con người khỏi sự tham gia trực tiếp vào quá trình sản xuất.

Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành khoa học về điều khiển,
cơng nghệ thơng tin, tự động hóa, thì việc áp dụng các thành tựu của các ngành vào
việc cải tiến các máy móc, dây chuyền sản xuất để tăng khả năng tự động hóa là yêu
cầu cấp thiết hiện nay đối với nền sản xuất trong nước cũng như trên thế giới. Bên cạnh
đó, việc áp dụng tự động hóa q trình sản xuất sẽ đem lại những lợi ích to lớn cho con
người như: tăng năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản
phẩm….

Tự động hóa q trình sản xuất là mơn học nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư
cơ khí ở các trường đại học kỹ thuật, môn học nhằm cung cấp cho người học những
kiến thức cơ bản về các cơ cấu tự động hóa, hệ thống thiết bị chính của dây chuyền sản

xuất tự động, các hệ thống sản xuất tự động hiện đại ngày nay đang được sử dụng.

Bài giảng được biên soạn trên cơ sở tham khảo các tài liệu chuyên ngành tự động
hóa trong nước và quốc tế, cập nhật những kiến thức mới về lĩnh vực tự động hóa được
áp dụng trong thực tế. Ngoài ra, bài giảng dựa trên những hiệu chỉnh thiếu sót trước
đây trong q trình giảng dạy môn học này và trong các bài giảng trước. Bài giảng là
tài liệu tham khảo chính cho sinh viên, giáo viên giảng dạy mơn Tự động hóa q trình
sản xuất.

Trong quá trình biên soạn bài giảng khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Mọi
phản hồi góp ý cho tác giả xin gửi về Bộ mơn cơ khí - Khoa Kỹ Thuật Cơng Nghệ -
Đại Học Phạm Văn Đồng.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Tự động hóa q trình sản xuất 1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT

Sau khi học xong chương này sinh viên cần nắm được những nội dung sau:

+ Lịch sử và sự ra đời của tự động hóa q trình sản xuất.

+ Các khái niệm cơ bản về tự động hóa và cách phân biệt các dạng tự động
hóa, hiểu được tại sao cần phải tự động hóa sản xuất trình các ngành sản xuất, hiệu
quả mang lại của việc tự động hóa q trình sản xuất.

+ Cấu trúc cơ bản của một hệ thống sản xuất tự động gồm những thành phần
chính nào.

1.1Lịch sử phát triển của tự động hóa q trình sản xuất

Tự động hóa theo tiếng Hy lạp có nghĩa là “ tự chuyển động ”. Ở đây chúng ta
hiểu thuật ngữ tự động hóa là thực hiện quá trình sản xuất mà trong đó tất cả các tác
động cần thiết để thực hiện nó, kể cả việc điều khiển quá trình được tiến hành
khơng có sự tham gia của con người.

Hiện nay tự động hóa đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất và
trong công nghiệp người ta nói thế kỷ 21 này là thế kỷ của tự động hóa và điều
khiển tự động .

Nhưng nếu nhìn nhận kỹ nguồn gốc thì ta thấy TĐH có nguồn gốc từ cổ xưa.
+ Vào thế kỷ thứ nhất sau công nguyên, Heerron ở Ai Cập đã làm những màn
múa rối với nhiều loại con rối tự động.

+ Đến thế kỷ 17-18 nhiều loại đồ chơi tự động và đồng hồ tự động đã xuất hiện.
+ Sau đó đến thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19 trong giai đoạn cách mạng cơng nghiệp ở
Châu Âu tự động hóa mới thâm nhập vào thực tế sản xuất.

+ Năm 1765 xuất hiện bộ điều chỉnh tự động mức trong nồi hơi của Pôndunnop
+ Năm 1784 bộ điều chỉnh tốc độ trong nồi hơi của Giôn Oát đã xuất hiện.
+ Năm 1798 Henry Nandsley ở nước Anh mới dùng vít-đai ốc để dịch bàn máy.
+ Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phơi và trục phân phối
với cam đĩa và cam thùng.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Tự động hóa quá trình sản xuất 2

Vào đầu thế kỷ 20 bắt đầu có máy tự động nhiều trục chính máy tự động tổ
hợp đường dây tự động liên kết mềm và liên kết cứng dùng trong sản xuất hàng loạt
hàng khối. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học và các quy luật

chung của quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp
phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hóa các q trình sản xuất
vào công nghiệp.

Trong những năm gần đây, các nước có nền cơng nghiệp phát triển tiến hành
rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của
một nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt
nhỏ và hàng khối thay đổi.

Nhờ những thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học
khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ
20 đầu thế kỷ 21 đã có những thay đổi sâu sắc.

1.2Các khái niệm tự động hóa

Tự động hóa quá trình sản xuất là một công nghệ sản xuất sử dụng các hệ
thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động và điều khiển q trình sản xuất. Tự
động hóa q trình sản xuất chia ra làm hai mức:

1.2.1Tự động hóa từng phần.

Tự động hóa từng phần là tự động hóa từng ngun cơng riêng biệt, ví dụ
ngun cơng trên các máy có điều khiển tự động các máy CNC.

1.2.2 Tự động hóa tồn phần.

Tự động hóa tồn phần là tự động hóa q trình gia cơng, kiểm tra lắp ráp nhờ
các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems).

Máy tự động là một cơ cấu tác động độc lập hoặc tổ hợp các cơ cấu có khả

năng thực hiện tất cả các quá trình như tiếp nhận, truyền tải và sử dụng năng lượng
mà khơng có sự tham gia trực tiếp của con người.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Tự động hóa q trình sản xuất 3

tăng theo đó chính là ngun nhân tăng mức độ sử dụng máy tính để thiết kế và điều
khiển sản xuất.

Trong tự động hóa hồn tồn thì cơng đoạn sản xuất, phân xưởng sản xuất và
nhà máy sản xuất hoạt động như một khối thống nhất. Tự động hóa hồn tồn có
tính ưu việt trong điều kiện sản xuất phát triển ở trình độ cao trên cơ sở các phương
pháp công nghệ tiên tiến và các phương pháp điều khiển có sự trợ giúp của máy
tính.

Hình 1.1: Mơ hình hệ thống sản xuất linh hoạt

1.2.3 Dây chuyền sản xuất: Dây truyền là hệ thống các máy móc được lắp đặt
cạnh nhau hoạt động độc lập với nhau, còn chi tiết gia công được chuyển từ máy
này sang máy khác để thực hiện tất cả các nguyên công. Máy của dây chuyền về
nguyên tắc thường là máy bán tự động, do đó việc cấp tháo phơi, vận chuyển phôi
giữa các máy và kiểm tra chi tiết được thực hiện bằng tay.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Tự động hóa q trình sản xuất 4

1.3Các dạng tự động hóa ( TĐH cứng, linh hoạt, lập trình,v..v )

Hệ thống sản xuất tự động có thể phân loại thành 3 hình thức cơ bản sau:
+ Tự động hóa cứng.

+ Tự động hóa lập trình được.

+ Tự động hóa linh hoạt.

1.3.1 Tự động hóa cứng: là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động xử
lý (hay lắp ráp) cố định theo một cấu hình thiết bị. Các nguyên công trong dây
chuyền này thường là đơn giản. Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công
như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính
của tự động hóa cứng là:

+ Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng.
+ Năng suất máy cao.

+ Tương đối khơng linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm.
Sự biện hộ kinh tế cho tự động hóa cứng cũng được tìm thấy ở những sản
phẩm với số lượng và tốc độ tiêu thụ cao. Chi phí ban đầu cao của thiết bị có thể
được trải rộng ra trên một số lượng lớn sản phẩm so với các phương pháp khác.

1.3.2 Tự động hóa lập trình: thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể
thay đổi trình tự các ngun cơng để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác
nhau. Chuỗi các hoạt động được điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập
lệnh được mã hóa để hệ thống có thể đọc và diễn dịch chúng.

Những chương trình mới có thể được chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra
sản phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa q trình lập trình là:

+ Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm.
+ Thích hợp nhất là sản xuất hàng loạt.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Tự động hóa q trình sản xuất 5

đổi, các công cụ phải được nạp vào, các đồ gá phải được gắn vào bàn làm việc và
những cài đặt máy móc cần thiết cần phải được nạp vào.

Thủ tục thay đổi này tốn nhiều thời gian. Hậu quả là chu kỳ chính thức của
một sản phẩm cho trước bao gồm nhiều giai đoạn trong đó việc cài đặt và lập trình
theo sau đó là một giai đoạn các loạt được sản xuất.

1.3.3 Tự động hóa linh hoạt: là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được.
Khái niệm của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 hay 30
năm vừa qua, và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển. Hệ thống tự động linh
hoạt là một hệ thống có khả năng sản xuất rất nhiều sản phẩm hay bộ phận khác
nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang
sản phẩm khác. Không mất thời gian sản xuất cho việc lập trình lại và thay thế các
cài đặt vật lý (công cụ, đồ gá, cài đặt máy móc). Kết quả là hệ thống có thể lên kế
hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau thay vì theo từng loạt riêng
biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể tóm tắt như sau:

+ Đầu tư cao cho thiết bị.

+ Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
+ Tốc độ sản xuất trung bình

+ Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.

Những đặc trưng cần phân biệt tự động hóa linh hoạt với tự động hóa lập trình
được là:

+ Khả năng thay thế các chương trình gia cơng mà không tốn thời gian sản
xuất.

+ Khả năng thay đổi các cài đặt vật lý mà cũng không mất thời gian sản xuất.
Những đặc trưng này cho phép hệ thống sản xuất tự động tiếp tục sản xuất mà
không tốn thời gian như so với việc sản xuất các loạt khác nhau trong tự động hóa
lập trình được.

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Tự động hóa q trình sản xuất 6

việc được hồn thành bằng cách lập chương trình ngoại tuyến (bên ngồi máy) và
sau đó thực hiện đồng thời với việc cho chi tiết mới vào gia công. Việc sử dụng các
đồ gá vệ tinh mang chi tiết và di chuyển các chi tiết và đúng vị trí gia cơng cũng là
một phương thức để thực hiện việc này. Để các phương pháp này có hiệu quả,
người ta phải hạn chế tính đa dạng của những sản phẩm được chế tạo trên hệ thống
sản xuất linh hoạt.

1.4 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa

1.4.1 Các ưu điểm của tự động hóa trong q trình sản xuất 
 Nâng cao năng suất lao động.

 Giảm chi phí vật liệu và năng lượng.

 Đảm bảo chất lượng và sản phẩm ổn định.

 Giảm thời gian từ khâu thiết kế đến chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm.

 Có khả năng mở rộng sản xuất mà không cần tăng nguồn lực lao động.
Tăng năng suất lao động trong tự động hóa sản xuất có thể đạt được nhờ:

 Sử dụng toàn bộ thời gian làm việc của thiết bị tự động hóa.

 Tăng tốc độ thực hiện q trình sản xuất mà khơng bị giới hạn bởi khả năng
của con người.

 Giải phóng được số lượng lớn cơng nhân phục vụ sản xuất.
Về ý nghĩa xã hội, ưu điểm của tự động hóa sản xuất bao gồm:

 Nâng cao mức sống của toàn dân nhờ tăng năng suất lao động.

 Tăng sản phẩm có chất lượng cao mà vẫn giảm được khối lượng lao động,
nguyên vật liệu và năng lượng.

 Giải phóng con người khỏi lao động cơ bắp nặng nhọc, đơn điệu, độc hại và
nguy hiểm.

 Có khả năng giảm thời gian làm việc nhờ tăng năng suất lao động.

 Nâng cao trách nhiệm của người lao động.
Vai trò của tự động hóa với nền kinh tế nước ta:

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Tự động hóa q trình sản xuất 7

tức là phát triển hệ thống các loại công nghệ cao, tạo nền tảng cơ bản để đẩy mạnh
q trình cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa.

1.4.2 Phạm vi áp dụng của tự động hóa

Các ngành cơng nghiệp cơ sở.

Khai thác và chế biến (dầu hỏa, khoáng chất,..) những bán thành phẩm cần

thiết bởi các ngành công nghiệp như : Luyện kim đen công nghiệp chế biến sắt và
kim loại, hóa chất giấy, ciment. Chúng là những ngành công nghiệp cơ sở cho sự
phát triển kinh tế.

Công nghiệp chế tạo máy.

Các ngành công nghiệp này chế tạo sản phẩm cuối cùng cần thiết bởi các xí
nghiệp để chế tạo các máy móc bán cho khách hàng. Các ngành này thuộc loại công
nhiệp nặng như: chế biến sắt, máy công cụ, lắp ráp và chế tạo máy móc cho cơng
nghiệp.

Các công nghiệp dịch vụ.

Tất cả các hoạt động liên quan đến sản xuất và phân phối sản phẩm:Thương
mại, các nghề tự do……

Bảng 1.1: Các ngành sản xuất ứng dụng tự động hóa

Dịch vụ sơ cấp Dịch vụ cao cấp

Thương mại và vận tải Một số ngành thương mại hiếm. Vệ tinh
Viễn thơng

Hành chính sự nghiệp Giáo dục trung học và đại học

Dược, y tế cộng đồng Các dịch vụ trung tâm của các bộ phận,
ngân hàng

Dịch vụ gia đình Dịch vụ y tế, bệnh viện, phịng thí
nghiệm

Dịch vụ bảo dưỡng, thu gom rác Nghiên cứu trong mọi lĩnh vực

Sân khấu, du lịch Một số dịch vụ cần cho các xí nghiệp:
luật sư, thông tin, thống kê.

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

Tự động hóa q trình sản xuất 8

Các cơng nghiệp mũi nhọn

Là các ngành công nghiệp sử dụng tất cả những sáng chế gần nhất như thông
tin công nghệ sinh học, người máy, vật liệu mới, laser…

Các hoạt động công nghiệp được cho trong bảng dưới đây.

Bảng 1.2: Các ngành công nghiệp ứng dụng tự động hóa

Dệt Hóa chất

Cơ khí /
Luyện Kim

Xây dựng
điện

Các ngành
khác
Sản xuất

sợi nhân

tạo,Sợi
Bơng
Lọc hóa
dầu, khống
chất
( acid..)
Luyện kim
đen,luyện
kim màu,
đúc..

Xi măng vật
liệu xây dựng

Máy cắt kim
loại, xe tải,
máy kéo, tàu

hỏa

Biến thế
điện,mô tơ

điện

Thủy tinh
dụng cụ đo,
giấy,carton,da
Quần áo,

chăn màn,
gia giả

Nhựa chất
dẻo, sản
phẩm bảo
trì, dược…

Xe ơ tơ,
điện gia
dụng, đồ
dùng, xe
máy, thiết bị

gia dụng
Thiết bị
nghe nhìn,
thiết bị
điện
Cơng
nghiệp
mũi nhọn.
Một số
ngành
dược,công
nghệ sinh
học.
Công nghiệp
hàng không,
robot

Thông tin
điều khiển
từ xa,
robot

1.5 Cấu trúc chung của một hệ thống sản xuất tự động

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Tự động hóa q trình sản xuất 9

qua các thao tác trực tiếp của con người. Khối điều khiển sẽ nhận và xử lý các thơng
tin thơng qua hệ thống tính tốn số học, logic nội suy sẽ phát ra các lệnh tương thích
tại từng thời điểm thích hợp cho khối chấp hành nhằm thực hiện các chức năng
cơng tác của q trình cơng nghệ như dịch chuyển bàn máy, thực hiện công việc ép,
cung cấp phơi, ngun liệu…..

Để khối chấp hành có thể hoạt động được cũng như để giám sát sự hoạt động
của cơ cấu chấp hành, người ta còn bố trí thêm trong hệ thống các cơ cấu trung gian
như các van đóng mở các thiết bị dẫn động và các cảm biến để giám sát, theo dõi sự
hoạt động của hệ thống nhằm điều chỉnh sự hoạt động một cách chính xác, kịp thời.
Để đảm bảo cho sự hoạt động ổn định của hệ thống, cần phải cung cấp nguồn
năng lượng như điện, dầu ép hoặc khí nén có chất lượng và phải có sự tham gia của
con người như lập chương trình, thay đổi chương trình hoạt động, khởi động chu
trình cũng như can thiệp trực tiếp một cách kịp thời khi cần thiết như hệ thống có
sự cố hoặc thơng báo lỗi.

Ngày nay với kỹ thuật truyền số liệu phát triển ở mức độ cao, các hệ thống
sản xuất tự động còn thực hiện sự giao tiếp với các máy tính và các mạng truyền
thơng cục bộ từng phân xưởng, trong nhà máy hoặc cả đối với các hệ thống sản
xuất tự động khác ở các địa điểm khác nhau.

Hình 1.3: Cấu trúc của hệ thống sản xuất tự động hóa

1.5.1 Hệ thống vận chuyển vật liệu tự động

Cơ cấu vận chuyển vật liệu cho phép chuyển máy bán tự động thành máy tự
động. Kết cấu của cơ cấu vận chuyển rất khác nhau, chúng tùy thuộc vào dạng phôi,
năng suất của máy.

Cơ cấu vận chuyển vật liệu có nhiệm vụ chuyển vật liệu (phôi) từ kho vào các
máy gia công và vận chuyển từ máy này sang máy khác giúp quá trình gia cơng
nhanh chóng. Cơ cấu vận chuyển vật liệu cần được hiểu là tất cả các chủng loại của
cơ cấu cấp – tháo thực hiện việc cấp phát vật liệu liệu gia công (phôi rời từng chiếc,

HỆ THỐNG
VẬN
CHUYỂN
VẬT LIỆU

HỆ THỐNG
KIỂM TRA TỰ

ĐỘNG
HỆ THỐNG

CẤP PHÔI

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Tự động hóa q trình sản xuất 10

phơi thanh, phôi dây, phôi dạng bột…) Các tên gọi khác nhau của cơ cấu vận
chuyển vật liệu tự động để chỉ chức năng cụ thể.

Nguyên lý làm việc và kết cấu của cơ cấu tiếp liệu (vận chuyển) phụ thuộc vào
dạng phơi gia cơng, năng suất và loại máy.

Vị trí lắp đặt cơ cấu tiếp liệu phụ thuộc vào vùng làm việc của máy hoặc của
dường dây và yêu cầu nhân chủng học đối với điều kiện làm việc thuận lợi của cơ
cấu.

1.5.2 Hệ thống cấp phôi tự động

Các hệ thống cấp phôi tự động là q trình chuyển phơi từ ổ chứa phơi qua
máng dẫn và từ một số bộ phận khác tới vị trí gia cơng. Việc cấp phơi có ý nghĩa to
lớn như sau:

+ Biến máy bán tự động thành máy tự động, dây chuyền sản xuất thành đường
dây tự động.

+ Mang lại hiệu quả kinh tế nhờ giảm tổn thất về thời gian.

+ Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt trong môi trường độc
hại, nhiệt độ cao, phơi có trọng lượng lớn…

1.5.3 Hệ thống lắp ráp tự động

Lắp ráp tự động là khâu cuối cùng của quá trình sản xuất.Thực hiện liên kết
các chi tiết và cụm chi tiết với nhau để tạo ra sản phẩm yêu cầu.

1.5.4 Hệ thống kiểm tra tự động

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Tự động hóa q trình sản xuất 11

Câu hỏi ôn tập chương 1

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Tự động hóa q trình sản xuất 12

Chương 2

CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

Sau khi học xong chương này sinh viên cần nắm được những nội dung sau:

+ Biết được thành phần chính của một hệ thống sản xuất tự động gồm những
thiết bị cơ bản nào.

+ Biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng một số loại cảm biến
thường dùng trong ngành cơ khí.

+ Các loại cơ cấu chấp hành được dùng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất
tự động như động cơ bước, động cơ tuyến tính….

+ Các hệ thống điều khiển nào thường được dùng trong dây chuyền, hệ thống sản
xuất tự động.

2.1Cảm biến

2.1.1 Giới thiệu: Cảm biến là những thiết bị có khả năng cảm nhận những đại
lượng điện và không điện, chuyển đổi chúng trở thành những tín hiệu điện phù hợp với
thiết bị thu nhận tín hiệu. Cảm biến là những thiết bị không thể thiếu trong các hệ
thống tự động hóa và sản xuất cơng nghiệp.

2.1.2Phân loại cảm biến

Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:

2.1.2.1Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích

Bảng 2.1: Phân loại cảm biến theo nguyên lý chuyển đổi

Hiện tượng Chuyển đổi đáp ứng và kích thích

Hiện tượng vật lý

-Nhiệt điện
-Quang điện
-Quang từ
-Điện từ

-Quang đàn hồi
-Từ điện

-Nhiệt từ
Hóa học

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Tự động hóa q trình sản xuất 13
-Phân tích phổ

Sinh học

-Biến đổi sinh hóa
-Biến đổi vật lý
Âm thanh

-Biên pha , phân cực
-Phổ

-Tốc độ truyền sóng
Điện

-Điện tích, dịng điện
-Điện thế, điện áp

- Điện trường (biên, pha, phân cực,
phổ)

-Điện dẫn, hằng số điện môi…

Từ -Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ)
-Từ thông, cường độ từ trường

-Độ từ thẩm…

Quang

-Biên, pha, phân cực, phổ
-Tốc độ truyền

-Hệ số phát xạ, khúc xạ
-Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ..

Cơ

-Vị trí

-Lực, áp xuất
-Gia tốc , vận tốc
-Ứng suất, độ cứng
-Mômen

-Khối lượng

-Vận tốc chất lưu, độ nhớt..
Nhiệt

-Nhiệt độ
-Thông lượng

-Nhiệt dung, tỉ nhiệt …..
Bức xạ

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Tự động hóa q trình sản xuất 14
-Cường độ

2.1.2.2 Theo tính năng của bộ cảm biến

- Độ nhạy
- Độ chính xác
- Độ phân giải
- Độ chọn lọc
- Độ tuyến tính
- Công suất tiêu thụ
- Dải tần

- Độ trễ

- Khả năng quá tải
- Tốc độ đáp ứng
- Độ ổn định
- Tuổi thọ

- Điều kiện mơi trường
- Kích thước, trọng lượng

2.1.2.3Phân loại theo phạm vi sử dụng :

- Công nghiệp

- Nghiên cứu khoa học
- Mơi trường, khí tượng
- Thơng tin, viễn thông
- Nông nghiệp

- Dân dụng
- Giao thông
- Vũ trụ
- Quân sự

2.1.2.4 Phân loại theo thơng số của mơ hình mạch thay thế:

- Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.

- Cảm biến thụ động được đặt trưng bằng các thông số R, L, C, M ……… tuyến
tính hoặc phi tuyến.

Trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất chúng ta thường xuyên sử dụng những 
loại cảm biến sau:

+ Cảm biến đo vị trí và lượng dịch chuyển.
+ Cảm biến lực.

+ Cảm biến nhiệt độ.

+ Cảm biến đo vận tốc, gia tốc.
+ Cảm biến moment.

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Tự động hóa q trình sản xuất 12

2.1.3 Các loại cảm biến thường dùng trong hệ thống tự động hóa 
2.1.3.1Cảm biến đo vị trí và lượng dịch chuyển

Nguyên lý đo vị trí và lượng dịch chuyển:

- Phương pháp tiếp xúc : một phần tử của cảm biến có liên quan đến vật chuyển
động cần xác định vị trí.

- Phương pháp không tiếp xúc : mối liên hệ giữa vật dịch chuyển cần đo và cảm
biến thơng qua vai trị trung gian của điện trường, từ trường, ánh sáng …

- Một số loại cảm biến đo vị trí và dịch chuyển : biến trở con chạy, LVDT, resolver,
encoder …

a) Biến trở (potentiometer)

- Dùng để đo dịch chuyển tịnh tiến hoặc chuyển động quay.
- Chuyển động cơ học sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến.
- Tầm đo : tối đa 10 m

a. Biến trở góc b.Ký hiệu c. Biến trở thẳng

Hình 2.1. Biến trở đo lượng dịch chuyển

Hình 2.2: Biến trở thực tế Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động
- Con chạy sẽ được nối với vật cần đo dịch chuyển.

- Vật dịch chuyển sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến.

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

Tự động hóa q trình sản xuất 13
- Điện trở có cấu tạo dạng cuộn dây hay băng dẫn.

- Điện trở dạng cuộn dây làm bằng hợp kim (Ni-Cr,Ni-Cu,Ag-Pd) được quấn
thành vòng xoắn trên lõi cách điện.

- Điện trở băng dẫn làm bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện.
- Có 3 loại dịch chuyển của con chạy : thẳng, tròn, xoắn ốc.

Đối với biến trở thẳng: ( x: lượng dịch chuyển, L: lượng dịch chuyển
tối đa).

Đối với biến trở góc: ( : góc quay hiện tại, : góc quay tối đa của
biến trở).

Eout : điện áp tại vị trí đo Es: điện áp chuẩn của biến trở

b) Bộ mã hóa quang học (optical encoder)

Bộ mã hóa quang học là bộ cảm biến vị trí góc có tín hiệu ra ở dạng số. Thành
phần chính gồm: nguồn sáng và đĩa vạch (đĩa được mã hóa).

- Thiết bị có cơng dụng chuyển vị trí góc quay của trục thành mã nhị phân để
truyền trực tiếp về bộ điều khiển.

- Encoder thường được dùng để xác định số vòng quay và vị trí của động cơ.
- Có 2 loại encoder chính là : Absolute (tuyệt đối), Incremental (tương đối).

Hình 2.4: Cảm biến Encoder

Ngun lí và cấu tạo :

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

Tự động hóa q trình sản xuất 14

Hình 2.5: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của encoder

c) Cảm biến hỗ vi sai (LVDT: linear variable differential transformer) 
 Đặc điểm:

- Thiết bị dùng để đo dịch chuyển tịnh tiến.
- Tầm đo tối đa: 0.5m.

- Hoạt động dựa trên hiện tượng tự cảm .

- Chuyển động cơ học tịnh tiến sẽ được chuyển hóa trực tiếp thành tín hiệu

điện.

Hình 2.6 : Cảm biến hỗ vi sai

Nguyên lý hoạt động: dựa trên hiện tượng tự cảm khi có từ thơng biến thiên thì