Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Các khái niệm 1.2 Lịch sử xu phát triển 1.2.1 Lịch sử phát triển 1.2.2 Xu phát triển CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 10 2.1 Môđun môi trường 10 2.2 Môđun tập hợp 10 2.3 Môđun đo lường 10 2.4 Hệ thống kích truyền động 11 2.5 Môđun truyền thông 11 2.6 Môđun xử lý 11 2.6.1 Đường truyền bus .12 2.6.2 Bộ xử lý trung tâm CPU 13 2.6.3 Bộ nhớ 13 2.7 Môđun phần mềm .13 2.7.1 Ngơn ngữ lập trình .13 2.7.2 Các tập lệnh 14 2.7.3 Lập trình .14 2.8 Môđun giao diện .14 CHƯƠNG CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 15 3.1 Giới thiệu cảm biến cấu chấp hành 15 3.1.1 Cảm biến 15 3.1.2 Cơ cấu chấp hành .16 3.2 Đặc tính cảm biến cấu chấp hành 17 3.2.1 Dải đo 17 3.2.2 Độ phân giải .17 3.2.3 Độ nhạy 17 3.2.4 Sai số 18 3.2.5 Khả lặp lại 18 3.2.6 Vùng chết 18 3.2.7 Tính ổn định .20 3.2.8 Thời gian đáp ứng 20 3.2.9 Nhiệt độ hệ thống .20 Ngô Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử 3.3 Một số loại cảm biến thường gặp 21 3.3.1 Cảm biến dịch chuyển thẳng quay 21 3.3.1.1 Cơng tắc hành trình .21 3.3.1.2 Tia hồng ngoại 21 3.3.1.3 Các mã hóa quang học 22 3.3.2 Đo lực 23 3.3.3 Cảm biến đo khoảng cách 24 3.4 Cơ cấu chấp hành 26 3.4.1 Các động điện 26 3.4.1.1 Động DC 26 3.4.1.2 Động AC 28 3.4.1.3 Động bước 29 3.4.2 Hệ thống điều khiển khí nén 32 3.4.2.1 Phần tử xử lý điều khiển 32 3.4.2.1.1 Van đảo chiều .32 3.4.2.1.2 Van chắn 36 3.4.2.1.3 Van tiết lưu: .36 3.4.2.1.4 Van an toàn 38 3.4.2.2 Cơ cấu chấp hành: 38 3.4.2.2.1 Xi lanh 38 3.4.2.2.2 Động khí nén: .39 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ LẬP TRÌNH PLC 40 4.1 Giới thiệu PLC 40 4.1.1 Giới thiệu chung 40 4.1.2 Hình dáng bên ngồi 40 4.1.3 Các thành viên họ S7-200 43 4.1.4 Modul mở rộng 45 4.2 Đấu nối PLC modul mở rộng .48 4.2.1 PLC sử dụng nguồn nuôi chiều 48 4.2.2 PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều 50 4.2.3 Đấu nối modul mở rộng .52 4.3 Ngơn ngữ lập trình 56 4.3.1 Cách thực chương trình 56 4.3.2 Cấu trúc chương trình 57 4.3.3 Phương pháp lập trình 58 4.4 Một số lệnh 59 Ngô Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử 4.4.1 Lệnh vào 59 4.4.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm .60 4.4.3 Các lệnh logic đại số Boolean 60 4.4.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 64 4.4.5 Các lệnh so sánh 65 4.4.6 Lệnh nhảy lệnh gọi chương trình 67 4.4.7 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét .69 4.4.8 Các lệnh điều khiển Timer 69 4.4.9 Các lệnh điều khiển Counter 73 4.4.10 Các lênh số học 76 4.4.11 Lệnh tăng, giảm đơn vị lệnh đảo giá trị ghi .80 4.4.12 Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ 84 4.5 Soạn thảo chương trình chương trình mơ .85 4.5.1 Soạn thảo chương trình 85 4.5.2 Chương trình mơ .85 CHƯƠNG 5: MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 86 5.1 Hệ thống đèn giao thông 86 5.1.1 Mơ hình 86 5.1.2 Bảng đầu vào .86 5.2 Hệ thống cấp nước 87 5.2.1 Mơ hình ngun lý hoạt động .87 5.2.2 Bảng đầu vào .88 5.3 Máy trộn sơn 88 5.3.1 Mơ hình ngun lý hoạt động .88 5.3.2 Bảng đầu vào .89 5.4 Trộn phối liệu 90 5.4.1 Mơ hình ngun lý hoạt động .90 5.4.2 Bảng đầu vào, 90 5.5 Máy trộn hóa chất 91 5.5.1 Mô hình nguyên lý hoạt động .91 5.5.2 Bảng đầu vào .92 Ngô Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Các khái niệm Khái niệm Cơ điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty Yasakawa Electric Trong tài liệu xin bảo hộ thương hiệu Yasakawa định nghĩa Cơ điện tử sau: “Thuật ngữ mechatronics tạo thành “mecha” mechanics “tronics” electronics Nói cách khác, công nghệ sản phẩm phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu khó ranh giới chúng.” Khái niệm điện tử tiếp tục phát triển sau Yasakawa đưa định nghĩa Một định nghĩa khác điện tử thường hay nói tới Harashima, Tomizuko Fukada đưa năm 1996 sau: “Cơ điện tử kết hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế, chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp.” Năm 1997, Shetty Kolk lại quan niệm: “Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện.” Và gần đây, Bolton lại đề xuất định nghĩa: “Một hệ điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ khí, điện khơng đơn hệ điều khiển Nó tích hợp đầy đủ hệ trên.” 1.2 Lịch sử xu phát triển 1.2.1 Lịch sử phát triển Q trình phát triển CĐT giới thức năm 1969 với đời thuật ngữ Cơ điện tử, sản phẩm CĐT kết hợp khí điện tử Sau đó, với phát triển CNTT, vi xử lý tích hợp vào hệ thống Cơ điện tử Về đào tạo điện tử giới: Năm 1983 Viện kỹ thuật Nhật Bản – Singapore đưa vào khóa đào tạo kỹ thuật điện tử (mechatronics engineering) chương trình đào tạo năm để đào tạo lại kỹ sư khí Khóa giảng mang tên “Mechatronics” cho kỹ sư học viên cao học thực trường đại học Landcaster năm 1984/1985 Kể từ khóa Ngơ Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử đào tạo Cơ điện tử phát triển mạnh tất nước công nghiệp phát triển phát triển Những năm đầu thập kỷ 90 kỷ XX, trường đại học Bách khoa Singapore có chương trình đào tạo năm quy kỹ sư điện tử Ở Úc có khóa đào tạo cấp kỹ sư theo chuyên ngành Cơ điện tử từ năm đầu 90 Tiếp theo không lâu trường đại học Curtin New South Weles Ở châu Âu, từ năm 1980 có hoạt động có liên quan đến đào tạo Cơ điện tử, khóa học thức điện tử trường đại học chương trình năm Cao học trường đại học Katholieke (Bỉ) năm 1986 Đến năm 1989 trường mở ngành đào tạo Cơ điện tử Trong năm 1990 loạt trường đại học CHLB Đức, Đan Mạch, Hà Lan,…(Châu Âu) đưa Cơ điện tử vào giảng dạy Từ năm 1992 đến 1996 Liên minh châu Âu tài trợ thực dự án TEMOUS đưa khóa học Cơ điện tử vào giảng dạy khoa Cơ khí trường đại học: TU Brno, CTU, TU Plzeo, University College Dublin, Loughborough University of Technology,… Các trường đại học Anh giảng dạy Cơ điện tử trường Lancaster, trường đại học London, Survey, Dundee, Hull, Brunel, Loughborough, Manchester Leeds Ở Bắc Mỹ có nhiều trường hoạt động lĩnh vực Cơ điện tử, năm 1995 chưa xuất khóa giảng dạy mang tên “Cơ điện tử” Đến trường đại học kỹ thuật Mỹ có khoa Tính đến năm 1999 giới có khoảng 90 trường đại học viện nghiên cứu có đào tạo giảng dạy nghiên cứu điện tử Ngô Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử Vi điện tử Điện tử công suất Cảm biến Cơ cấu chấp hành Công nghệ thơng tin Điện tử CƠ ĐIỆN TỬ Mơ hình hóa Lý thuyết hệ thống Cơng nghệ tự động hóa Phần mềm Trí tuệ nhân tạo Cơ khí Các thành phần khí Máy Cơ khí xác Hình 1.1 Cơ điện tử: tích hợp hữu nhiều ngành khác Ngô Thanh Nghị Trang Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử Hệ khí túy