Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển lập trình máy dập CNC 20 tấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ÐIỀU KHIỂN
LẬP TRÌNH MÁY DẬP CNC 20 TẤN
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014-76

S KC 0 0 5 5 9 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN
LẬP TRÌNH MÁY DẬP CNC 20 TẤN

Mã số: T2014-76

Chủ nhiệm đề tài: Tạ Nguyễn Minh Đức

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014


NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Đơn vị công tác và
TT

Họ và tên

01

TẠ NGUYỄN
MINH ĐỨC

lĩnh vực chuyên môn
Bộ môn CNTĐ,
Khoa CKM

Nội dung nghiên cứu
cụ thể được giao

Chữ ký

Thiết kế và tính tốn
bộ điều khiển lập
trình máy dập

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị
trong và ngồi nước
Khoa Cơ khí - ĐHSPKT

Nội dung phối hợp nghiên cứu

Lắp ráp
Thử nghiệm thực tế

Họ và tên người đại diện đơn vị

ThS Trần Mai Văn

ii

MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................................viii
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu tài trong và ngồi nước ................................................viii
2. Tính cấp thiết ...................................................................................................................viii
3. Mục tiêu của nghiên cứu ..................................................................................................viii
4. Cách tiếp cận. ...................................................................................................................viii
5. Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................................viii
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................viii
7. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ...............................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................................1
1.3 Mục đích và nội dung nghiên cứu..................................................................................2
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................2
1.5 Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................3
1.6 Kết cấu của đề tài ...........................................................................................................3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẬP TỰ ĐỘNG ...................................4
2.1 Hệ thống tự động trong công nghiệp .............................................................................4
2.2 Các module của một Hệ thống dập tự động...................................................................5
2.3 Các phương pháp điều khiển tự động ............................................................................6
CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ - LINH KIỆN QUAN TRỌNG TRONG HỆ THỐNG ........8
3.1 Vi điều khiển PIC 16F887 .............................................................................................8
3.2 Bàn phím ma trận 8x8 ....................................................................................................10
3.3 Màn hình LCD 16x2 ......................................................................................................12
3.4 Họ FET IRF540 VÀ IRFP460 .......................................................................................13
3.5 Động cơ bước .................................................................................................................15
3.6 Cơng tắc hành trình ........................................................................................................15
iii

3.7 Cảm biến quang Fotek SU-07X và Omron EE-SX672 .................................................17
3.8 Relay điện từ ..................................................................................................................19
3.9 Khối kích AC (Solid State Relay – relay tiếp điểm bán dẫn) ........................................20
3.10 Controller Unit ANLY PU-NC ....................................................................................21
CHƯƠNG 4: CÁC CƠ CẤU PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN – VẬN HÀNH ......................22
4.1 Cơ cấu điều khiển hành trình dập ..................................................................................22
4.2 Cơ cấu định hướng phôi trên khuôn ..............................................................................23
4.3 Cơ cấu lấy sản phẩm ......................................................................................................24
4.4 Cơ cấu kích xả và kích dừng xả phơi cuộn ....................................................................25
CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ............26
5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển máy dập NC ............................................................26
5.2 Mạch Driver động cơ bước ............................................................................................27
5.3 Mạch Driver van thủy lực ..............................................................................................28
5.4 Mạch giao tiếp Máy dập – Máy cấp phôi ......................................................................29
5.5 Mạch nguồn xung cho Vi điều khiển .............................................................................30
5.6 Mạch nguồn chỉnh lưu 12V – 24V ................................................................................30
5.7 Hệ thống điện điều khiển trên máy dập NC...................................................................31
5.8 Hệ thống điện điều khiển trên máy cấp phôi .................................................................36
5.9 Hệ thống điện điều khiển trên máy xả cuộn ..................................................................39
CHƯƠNG 6: QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG .....................................42
6.1 Quá trình hoạt động của máy dập NC............................................................................42
6.2 Quá trình hoạt động của máy cấp phơi ..........................................................................42
6.3 Q trình hoạt động của máy xả cuộn ...........................................................................43
CHƯƠNG 7: GIẢI THUẬT VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY DẬP NC .44
7.1 Lưu đồ giải thuật và phân tích lưu đồ giải thuật ............................................................44
7.2 Cấu trúc chương trình ....................................................................................................46
7.3 Chương trình hồn chỉnh ...............................................................................................46

iv


CHƯƠNG 8: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ...............................................................74
8.1 Thử nghiệm – đánh giá máy dập NC .............................................................................74
8.2 Thử nghiệm – đánh giá máy cấp phôi ............................................................................74
8.3 Thử nghiệm – đánh giá máy xả cuộn .............................................................................75
8.4 Thử nghiệm – đánh giá toàn bộ hệ thống tự động .........................................................75
8.5 Kết quả đạt được ............................................................................................................75
KẾT LUẬN- ĐỀ NGHỊ .....................................................................................................76

v


ĐH SPKT TP HCM
Đơn vị: CKM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH MÁY DẬP CNC 20
TẤN

- Mã số: T2014-76
- Chủ nhiệm: Tạ Nguyễn Minh Đức
- Cơ quan chủ trì: Khoa Cơ Khí Chế tạo máy
- Thời gian thực hiện: 01/2014 đến 12/2014
2. Mục tiêu:
-

Chế tạo bộ điều khiển lập trình hồn chỉnh cho máy dập phục vụ cho cơng việc

nghiên cứu

3. Tính mới và sáng tạo:
4. Kết quả nghiên cứu: Bo mạch điều khiển tự động hoàn chỉnh
5. Sản phẩm: Bo mạch điều khiển tự động hoàn chỉnh
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Làm tài liệu tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành cơ khí chế tạo máy, công nghệ tự
động.

Trưởng Đơn vị
(ký, họ và tên, đóng dấu)

Ngày
tháng
năm
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

vi


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: DESIGN AND MANUFACTURE A SET OF DRIVE AND
CONTROLLER FOR CNC STAMPING MACHINE
Code number: T2014-76
Coordinator: Ta Nguyen Minh Duc
Implementing institution: faculty of Mechanical Engineering
Duration: from January, 2014 to December, 2014
2. Objective(s):

Create a set of drive and controller for cnc stamping machine used as a kit for
students
3. Creativeness and innovativeness:
4. Research results:
A fully set of drive and controller for CNC stamping machine.
5. Products:
A fully set of drive and controller for CNC stamping machine.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
Be the documentation for students in some areas such as mechanical engineering and
automation technology.

vii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nước
 Ngoài nước: Với lĩnh vực dập tấm định hình phức tạp, hiện nay trên thế giới đã có rất
nhiều các dụng cụ và máy móc để thực hiện vấn đề này …, tuy nhiên các loại máy
này thường có giá thành rất cao.
 Trong nước: Bước đầu tiếp cận công nghệ chế tạo máy dập CNC phục vụ sản xuất.
2. Tính cấp thiết
-

Hiện nay các loại sản phẩm thép dạng tấm rất đa dạng và phong phú. Tuy nhiên, quy
trình chế tạo sản phẩm dập tấm vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu và hiệu quả.

-

Máy cho việc tham khảo trong một số môn học “Ứng dụng CAE trong thiết kế”,
“Thiết kế sản phẩm dập”, “Công nghệ gia công sản phẩm dạng tấm”, “CAD/CAMCNC”.

-

Máy thực tế phục vụ cho việc thực tập của sinh viên.

3. Mục tiêu của nghiên cứu
-

Chế tạo bộ điều khiển lập trình hồn chỉnh cho máy dập phục vụ cho cơng việc
nghiên cứu

-

Lắp ráp hồn chỉnh máy dập phục vụ cho việc nghiên cứu và thực tập của sinh viên.

4. Cách tiếp cận.
-

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và thiết kế bộ điều khiển máy dập CNC 20 tấn

5. Phương pháp nghiên cứu:
-

Phương pháp tham khảo tài liệu.

-

Phương pháp tiếp cận các loại máy có nguyên lý tương tự.

-

Phương pháp mơ hình hóa trên máy tính.

6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế bo mạch điều khiển

-

Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế bo mạch điều khiển tự động máy dập.

7. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan các máy dập vả thiết bị điều khiển

-

Nghiên cứu việc thiết kế máy dập

-

Nghiên cứu việc tính tốn và lập trình máy

-

Thử nghiệm và chỉnh sửa.
viii

Chương 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1.Tính cấp thiết của đề tài
Nền công nghiệp hiện đại sẽ gắn liền với nhiều máy móc và trang thiết bị ngày cũng
hiện đại hơn. Tự động hóa là một mảng điều khiển khơng thể thiếu trong lĩnh vực này.
Ngành công nghiệp nặng phát triển luôn đòi hỏi phải gắn liền với phát triển khoa học
kỹ thuật và công nghệ. Dập là một công nghệ cần thiết trong thời đại ngày nay, những sản
phẩm dập kim loại đa dạng với nhiều hình dạng, chủng loại để phục vụ cho nhiều nhu cầu
khác nhau. Công nghệ dập có một vai trị quan trọng góp phần tạo ra những chi tiết máy
móc hỗ trợ thêm cho cơng nghệ tiện, phay, bào truyền thống. Để đạt tính chun mơn hóa
trong sản xuất sản phẩm dập thì phải tiến hành tự động hóa các khâu trong sản xuất từ việc
thiết kế cơ khí cho tới hệ thống điện, điện tử, lập trình, điều khiển thơng minh, … Tất cả để
đạt được năng xuất cao.
Căn cứ trên những yêu cầu về năng suất cũng như độ chính xác, tiết kiệm thời gian
và chi phí nhân cơng đồng thời đảm bảo an tồn trong q trình sản suất địi cần thiết phải
có một hệ thống dây chuyền tự động, chính xác và liên lục. Hệ thống dập tự động có khả
năng điều khiển hành trình dập, thay đổi thời gian và chu kỳ dập linh hoạt kết hợp với hệ
thống cấp phôi tự động ra đời nhằm đáp ứng những yêu cầu trên.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Cùng với tiến trình tồn cầu hóa, xu hướng các quốc gia xích lại với nhau về kinh tế
nói chung cũng như việc chuyển giao cơng nghệ, máy móc nói riêng đó chính là hình thức
các cơng ty đa quốc gia: công ty mẹ ( nhà sản xuất ) – công ty con (nhà phân phối). Hiện
nay, tại Việt Nam chưa có cơng ty nào sản xuất và chế tạo dây chuyền máy ép thủy lực mà
chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài. Trong hoàn cảnh nước ta đang trên đường phát triển
nền kinh tế công nghiệp, nhu cầu sử dụng máy móc là rất lớn và đa dạng. Tuy nhiên,lâu nay
thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất máy móc thiết bị nước ngồi với rất nhiều ưu
thế về công nghệ và kinh nghiệm, đã tạo ra sự chi phối về giá cả cũng như mẫu mã kích
thước của sản phẩm. Chính điều này đã tạo ra sự lãng phí trong việc sử dụng máy móc hoặc
là sự khơng dung hịa về kích thước của chi tiết gia cơng và kích thước của máy. Trường đại

học Sư Phạm Kỹ Thuật là trường chuyên đào tạo các ngành cơ khí, ví dụ: như cơ điện tử,
cơng nghê tự động, chế tạo ơ tơ, cơ khí động lực, … vì thế cần có hệ thống máy móc tự
động hóa để đảm bảo sinh viên được tiếp xúc, và thực hành các loại máy móc hiện đại, giúp
cho sinh viên có vốn kiến thức cơ bản trước khi ra trường đồng thời giúp cho nhà trường
ngày càng phát triển trong lĩnh vực dạy học.
1


Chương 1
1.3. Mục đích và nội dung đề tài
1.3.1. Mục đích:
Hiện nay Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật đã có một số máy móc như máy ép
nhựa, máy tiện CNC, máy pháy CNC hiện đại, hoạt động hoàn toàn tự động và một số loại
máy móc khác, tuy nhiên vẫn đang cần có một hệ thống máy dập tự động hồn thiện cùng
hệ thống cấp phơi tự động nhằm phục vụ giảng dạy và quảng bá công nghệ đến khách hàng
tiềm năng. Bên cạnh đó việc chọn lựa mua các loại máy dập thủy lực trên thị trường là
không kinh tế. Vì vậy mục đích của đề tài này là thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển máy
dập NC cùng hệ thống cấp phôi tự động nhằm giải quyết nhu cầu cấp bách nêu trên.
1.3.2.Nội dung
Đề tài: Thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển của máy dập NC và hệ thống cấp phôi tự động
gồm những phần sau:
 Thiết kế, chế tạo phần vỏ, panel tủ điều khiển, thi công mạch động lực, mạch công
suất, mạch điều khiển của máy dập NC.
 Thiết kế, chế tạo phần vỏ, panel hộp điều khiển, thi công mạch điện khí nén của máy
cấp phơi.
 Thiết kế, chế tạo phần vỏ, panel điều khiển, thi công mạch điện, cảm biến của máy xả
phơi cuộn.
 Lập trình điều khiển hành trình dập, chu kỳ dập cho máy dập NC.
 Lập trình giao tiếp 2 chiều giữa máy dập NC và máy cấp phôi.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
 Hệ thống thủy lực trên máy dập.
 Hệ thống khí nén trên máy cấp phơi.
 Động cơ bánh vít và phương pháp xả cuộn.
 Vi điều khiển PIC16F887 cùng các cảm biến quang và các linh kiện điện tử công suất
sử dụng trong điều khiển tự động – giao tiếp, hiển thị.
 Phần mềm thiết kế, tính tốn, mơ phỏng điện – điều khiển, thủy lực, khí nén
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:
 Tính năng máy dập NC: vận hành bằng tay, tự động đặt hành trình, vận hành bán tự
động và tự động hoàn toàn, giao tiếp với các module khác.
 Tính năng máy cấp phơi: vận hành bằng tay hoặc tự động hoàn toàn theo lệnh của
máy dập NC.
2


Chương 1
 Tính năng máy nhả cuộn: vận hành bằng tay, hoặc tự động hoàn toàn độc lập theo
chu kỳ.
1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.6 Kết cấu của cơng trình nghiên cứu
Nghiên cứu bao gồm 8 chương, trong đó:
 Chương 1 và 2 giới thiệu về nội dung đề tài và trình bày tổng quan về Hệ thống dập
tự động.
 Chương 3, 4 và 5 trình bày về các thành phần cấu tạo chính của Hệ thống điều khiển.
 Chương 6 và 7 trình bày q trình hoạt động của tồn hệ thống và vấn đề lập trình
cho máy dập NC.
 Chương 8 trình bày quá trình thử nghiệm và đánh giá hệ thống.

3

Chương 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẬP TỰ ĐỘNG
2.1 Hệ thống tự động trong công nghiệp
Trong công nghiệp yêu cầu về tự động hóa ngày càng tăng. Từ các máy cơng tác cho
đến dây chuyền sản xuất địi hỏi luôn cần hệ thống điều khiển điều khiển và vận hành cho
dây chuyền làm việc. Điểm nổi bật của hệ thống điều khiển là khả năng đáp ứng cao với
điều kiện làm việc, để đạt được điều đó thì phải có một bộ não để xử lí mọi việc tạo nên một
trung tâm xử lí (MCU). Trung tâm điều khiển ấy có thể được tạo nên từ nhũng bộ vi xử lí, vi
điều khiển, hay PLC,…
Để thực hiện được nhiệm vụ điều khiển do bộ xử lí trung tâm đưa ra thì có thể điều
khiển bắng các mạc điện tử, bằng rơ le, khởi động từ hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ
Và ngày nay sự phát triển mạnh khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng
ngày càng nhiều nhà máy da dạng về công nghệ. Hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã
và đang phát triển nhiều thiết bị, chương trình để giám sát và điều khiển dây chuyền sản
xuất thay thế dần các phương pháp điều khiển bằng tay như các module điều khiển lập trình
cỡ nhỏ Zen, Logo, các PLC (Programable Logic Control)… cùng với các Panel có giá thành
hạ, dễ sử dụng giúp việc điều khiển ngày càng nhanh và dễ. Điều này có một ý nghĩa rất lớn
quyết định đến sự phát triển kinh tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm
giá thành sản phẩm, đáp ứng phần lớn nhu cầu của người tiêu dùng. Tự động hóa q trình
sản xuất đã và đang được ứng dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất, từng bước thay thế dần
sức lao động của con người qua các thiết bị điều khiển nhỏ gọn, giá thành hạ nhưng rất hiện
đại nhằm nâng cao hiệu quả, tiết kiệm được thời gian đã đem lại khơng ít hiệu quả về kinh
tế địi hỏi cần có một đội ngũ cán bộ kỹ thuật lành nghề, sử dụng thành thạo thiết bị để khai
thác có hiệu quả trong sản xuất. Tất nhiên, các Viện, Trường Đại học, Cao đẳng, Trung tâm
dạy nghề v.v phải là nơi đầu tiên đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật trên với sự hỗ trợ của các
thầy, cơ, sách vở v.v. Việc tìm hiểu cách sử dụng những thiết bị mới để điều khiển và giám
sát quy trình sản xuất là yêu cầu tất yếu.
Hệ thống điều khiển cho máy dập cũng có thể được tự động hóa, và đạt độ chính xác

cao, khả năng đáp ứng trong cơng nghiệp tốt là địi hỏi phải có một trung tâm điều khiển với
tốc độ xử lí cao và chính xác, và ta cũng có thể thực hiện bằng chương trình nhớ kết hợp
những với khối xử lí bằng mạch điện tử như vi xử lí, vi điều khiển, PLC,…

4


Chương 2
2.2 Các module của một Hệ thống dập tự động
Một hệ thống dập tự động bao gồm:
2.2.1 Khuôn dập
- Chức năng: Nhận lực từ máy dập và trực tiếp biến dạng kim loại trong lịng khn tạo ra
sản phẩm

Hình 2.1: Khuôn dập
2.2.2 Máy dập
- Chức năng: Nâng đỡ khuôn, tạo ra lực dập cung cấp cho khuôn để khuôn làm việc.

Hình 2.2: Máy dập thủy lực
2.2.3 Máy cấp phơi
- Chức năng: Nạp phôi vào khuôn dập đều đặn theo chu trình dập của máy (phơi cuộn hoặc
phơi rời). Có thể hoạt động bằng khí nén hoặc bằng điện.

5


Chương 2

Hình 2.3: Máy cấp phơi tự động
2.2.4 Máy xả cuộn – đối với phôi dải liên tục

- Chức năng: Giữ cuộn phôi và xả phôi cho máy cấp phôi vừa đủ đều đặn theo chu kỳ.

Hình 2.4: Máy xả cuộn
2.3 Các phương pháp điều khiển tự động
2.3.1 Hệ thống cơ cấu cơ khí
- Sử dụng các cơ cấu cơ khí như cam, bánh răng, thanh răng, lị xo, trục khủy v.v...
để thực hiện các cơng đoạn tự động hóa trên máy móc.
- Ưu điểm: hoạt động đơn giản, tin cậy, khơng cần lập trình.
- Nhược điểm: chỉ có thể áp dụng đối với các cơng việc đơn giản, ít chu trình; sửa
chữa, thay đổi chế độ làm việc khó khăn do phải gia công thay đổi các chi tiết cơ khí.
2.3.2 Hệ thống điện – khí nén – thủy lực thuần túy
- Sử dụng các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các loại Relay,
timer, counter, cơng tắc hành trình, cảm biến, các loại van v.v... để xây dựng các mạch
chuẩn theo tầng hoặc theo bước dựa trên giản đồ tự động cho sẵn.

6


Chương 2
- Ưu điểm: hoạt động tin cậy, chính xác, khơng cần lập trình, dễ thay đổi chế độ làm
việc do chỉ cần thay đổi cách kết nối các phần tử trong hệ thống; giá thành thấp.
- Nhược điểm: chưa thật sự thuận lợi cho việc thay đổi chế độ làm việc một cách linh
hoạt, chỉ áp dụng cho các công việc không quá phức tạp.
2.3.3 Hệ thống điện – khí nén – thủy lực điều khiển bằng PLC/MCU
- Sử dụng kết hợp các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các
loại Relay, timer, counter, cơng tắc hành trình, cảm biến v.v... với các phần tử điều khiển
khả trình như PLC hay MCU trong hệ thống tự động.
- Ưu điểm: hoạt động tin cậy, chính xác, dễ dàng thay đổi chế độ làm việc; có khả
năng thực hiện các cơng việc phức tạp trong khi hệ thống mạch điện được lắp đặt đơn giản.
- Nhược điểm: giá thành cao; đòi hỏi lao động có trình độ cao.

2.3.4 Hệ thống SCADA
- Sử dụng kết hợp các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các
loại Relay, timer, counter, cơng tắc hành trình, cảm biến v.v... với các phần tử điều khiển
khả trình như PLC hay MCU trong hệ thống tự động được quản lý chặc chẽ bởi máy tính và
màn hình giao tiếp HMI.
- Ưu điểm: hoạt động rất tin cậy, rất chính xác, cho phép điều khiển, vận hành thuận
tiện đồng thời có thể theo dõi trạng thái các phần tử trong hệ thống một cách nhanh và chính
xác.
- Nhược điểm: giá thành rất cao, địi hỏi kỹ sư có chun mơn cao; chỉ áp dụng trong
sản xuất quy mô công nghiệp.

7


Chương 3
CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ - LINH KIỆN QUAN TRỌNG
TRONG HỆ THỐNG
3.1 Vi điều khiển PIC16F887

Hình 3.1: Vi điều khiển PIC16F887
3.1.1 Cấu hình của vi điều khiển PIC16F887

Hình 3.2: Cấu hình Vi điều khiển PIC16F887
 Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC là:
 Có 35 lện đơn.
 Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh 2
 Tốc độ hoạt động:
- Ngõ vào xung clock tần số 20Mhz
- Chu kì thực hiện lệnh là 200ns
8

Chương 3
 Có nhiều nguồn ngắt
 Có 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tương đối
 Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển
 Bộ dao động nơi chính xác
 Có chế độ ngủ để tiết kiệm công suất
 Dãy điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V
 Tầm nhiệt độ làm việc theo chuẩn công nghiệp
 Có mạch reset khi có điện
 Có bộ định thời chờ ổn định điện áp khi mới có điện
 Có mạch tự đông reset khi phát hiệ nguồn điện cấp bị sụt giảm, cho phép lựa
chọn bằng phần mềm
 Có bộ định thời giám sát (Watchdog Timer- WDT) dùng dao động trong chip
 Đa hợp ngõ vào reset với ngõ vào có điện trở kéo lên
 Có bảo vệ code đã lập trình
 Bộ nhớ Flash cho phép xóa và lập trình 10000 lần
 Bộ nhơ Eeprom cho phép xóa và lập trình và có thể tồn tại trên 40 năm
 Cấu trúc nguồn công suất thấp
 Chế độ chờ
 Dòng hoạt động:
- 11uA ở tần số hoạt động 32Khz, sử dụng nguồn 2V
- 220uA ở tần số hoạt động 4MHz, sử dụng nguồn 2V
 Bộ định thời khi hoạt động tiêu thụ 1,4uA, điện áp 2V
 Cấu trúc ngoại vi
 Có 35 chân I/O cho phép lựa chọn hướng độc lập
 Có module so sánh tương tự
 Có bộ chuyển đổi tương tự sang số
 Có timer 0: 8 bit định thời đếm xung ngoại

 Có timer 1
 Có timer 2
 Có module capture, compare và điều chế xung PWM
 Có thể lập trình trên bo ISP thơng qua 2 chân
 Có module truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ MSSP hỗ trợ chuẩn truyền 3 dây
SPI, chuẩn I2C ở 2 chế độ chủ và tớ.
9


Chương 3
3.1.2 Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F887

Sơ đồ 3.3: Sơ đồ chân của PIC16F887
3.2 Bàn phím ma trận 4x4

Hình 3.4: Bàn phím ma trận 4x4

10


Chương 3

Sơ đồ 3.5: Cấu tạo bên trong và cách kết nối bàn phím ma trận 4x4 với Vi điều khiển
- Phương pháp quét bàn phím sử dụng Vi điều khiển và điện trở kéo lên:
Sử dụng vòng lặp xuất mức 0 ra 1 hàng (H), đọc mức logic ở cột(C) để lấy input:

+ H1H2H3H4 = 0111:
 C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 1
 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 2
 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 3

 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút UP
+ H1H2H3H4 = 1011:
 C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 4
 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 5
 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 6
 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút DOWN

11


Chương 3
+ H1H2H3H4 = 1101:
 C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 7
 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 8
 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 9
 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút MENU
+ H1H2H3H4 = 1110:
 C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút ADD
 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 0
 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút BACK
 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút ENT
3.3 Màn hình LCD 16x2

Hình 3.6: Màn hình LCD 16x2

Sơ đồ 3.7: Sơ đồ kết nối LCD với Vi điều khiển
12


Chương 3

- Tập lệnh thao tác trên LCD:
 LCD_INIT(); - thiết lập kết nối với LCD
 LCD_GOTOXY(x,y); - di chuyển con trỏ đến vị trí (x,y) trên màn hình
 LCD_PUTC(“ABCD”); - XUẤT RA MÀN HÌNH CHUỖI “ABCD”
 PRINTF(LCD_PUTC,S); - XUẤT RA MÀN HÌNH CHUỖI HÀM S
 LCD_PUTC(“\f”); - XĨA MÀN HÌNH
3.4 Họ Mosfet IRF540 VÀ IRFP460
3.4.1 IRF540

Hình 3.8: IRF540 và ký hiệu chân
3.4.1.1 Chức năng
- Dùng áp DC nhỏ để đóng ngắt dịng DC lớn ứng dụng trong đóng ngắt relay, động
cơ, van điện DC, v.v... hoặc dùng trong điều xung PWM điều khiển động cơ bước hoặc tốc
độ động cơ trơn.
3.4.1.2 Các thông số định mức
 Điện áp DC dẫn tối đa VDS = 100V
 Dòng DC dẫn tối đa ID = 22A
 Điện áp kích mở VGS = 10V
3.4.1.3 Kết nối

Sơ đồ 3.9: Sơ đồ kết nối IRF540

13


Chương 3
3.4.1 IRFP460

Hình 3.10: IRFP460 và ký hiệu chân
3.4.2.1 Chức năng

- Dùng áp DC nhỏ để đóng ngắt dịng DC rất lớn ứng dụng trong đóng ngắt relay,
động cơ, van điện DC, v.v... hoặc dùng trong điều xung PWM điều khiển động cơ bước
hoặc tốc độ động cơ trơn.
3.4.2.2 Các thông số định mức
 Điện áp DC dẫn tối đa VDS = 500V
 Dòng DC dẫn tối đa ID = 20A
 Điện áp kích mở VGS = 10V
3.4.2.3 Kết nối

Sơ đồ 3.11: Sơ đồ kết nối IRFP460

14


Chương 3
3.5 Động cơ bước

Hình 3.12: Động cơ bước 6 dây và cấu tạo bên trong
- Thông số:
 Điện áp định mức: 12V
 Dịng điện định mức: 3A
 Thơng số bước: 1.8deg/step (200 bước/vòng)
 Tần số xung tối đa: 500Hz (chu kỳ xung tối thiểu 2ms)
- Nguyên lý làm việc:
Khi cấp điện dương cho dây chung, 4 dây còn lại lần lượt nối xuống âm theo thứ tự
1->2->3->4, cứ mỗi lần nối, rotor động cơ quay 1 bước (1.8deg). Muốn động cơ quay ngược
lại, cần cấp xung theo chiều ngược lại 4->3->2->1.
Khoảng thời gian giữ 2 lần đổi xung là 1 chu kỳ xung, chu kỳ xung càng nhỏ thì
động cơ quay càng nhanh.
3.6 Cơng tắc hành trình

Hình 3.13: Cơng tắc hành trình
15


Chương 3
Cơng tắc hành trình là cơng tắc dùng để chuyển đổi trong các mạch điều khiển theo
tín hiệu ”hành trình” của cơ cấu điều khiển ( ví dụ như bàn máy), nhằm tự động hóa điều
khiển hành trình hoặc tự động ngắt điện ở cuối hành trình để bảo đảm an tồn.
Đặc điểm của cơng tắc hành trình là các tiếp điểm của nó có thể đóng hay mở các bộ
phận di động của máy thực hiện một hành trình nhất định.
Nếu cơng tắc hành trình dùng để chuyển đổi mạch ở các vị trí cuối hành trình của cơ
cấu điều khiển, ta gọi nó là cơng tắc cuối hành trình. Ngun lí làm việc của hai loại như
nhau và trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho nhau.
 Phân loại và cấu tạo
Tùy theo két cấu, công tắc hành trình và cuối hành trình có thể chia thành: kiểu ấn,
kiểu địn, kiểu quay,…

Hình 3.14: Cấu tạo cơng tắc hành trình kiểu ấn
Bộ phận chính của cơng tắc hành trình là khung cách điện (khung đế), trên đó có lắp
các tiếp điểm thường hở và thường đóng, tiếp điểm liên động. Loại này thường lắp ở cuối
hành trình của cơ cấu cần điều khiển.

16