ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, Khoa học – Kỹ thuật nói chung cũng như ngành Cơ điện tử nói riêng đã và đang phát triển rất mạnh mẽ. Điều này góp phần thúc đẩy tất cả các ngành khác cùng phát triển, đặc biệt là các ngành sản xuất hàng hóa, trong đó có cả ngành may mặc.

Qua sự tìm hiểu về ứng dụng của Khoa học – Kỹ thuật trong thực tế ngành may mặc, nhóm chúng em thấy việc căng dây thun khi may còn phụ thuộc khá nhiều vào tay nghề của người thợ. Điều này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động. Vì thế nhóm chúng em quyết định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG nhằm giúp quá trình căng dây thun được nhanh và chính xác hơn.

Bằng tất cả kiến thức và sự tìm tòi nghiên cứu, chúng em đã cố gắng hoàn thành tốt đề tài của mình. Những kết quả đạt được trong ngày hôm nay tuy không lớn lao nhưng nó là thành quả của ba năm học tại trường của chúng em.

Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên mặc dù chúng em đã rất cố gắng song cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm nhất định, rất mong nhận được ý kiến đóng góp và xây dựng tích cực của quý thầy cô và các bạn để chúng em hoàn thiện hơn về nội dung cũng như hình thức.

..............................................

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT ĐỀ TÀI.......................................................................................... 1

1. Đặt vấn đề..................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................................... 1
3. Ứng dụng thực tế.......................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ CƠ KHÍ ........................................................................................... 2

1. Chọn vật liệu................................................................................................................ 2
2. Bản vẽ thiết kế.............................................................................................................. 2
3. Phân bố các chi tiết...................................................................................................... 5

CHƯƠNG 3 : CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KIỆN ..................................................................... 6

1. Động cơ......................................................................................................................... 6
2. Loadcell......................................................................................................................... 7
3. Bộ chuyển đổi.............................................................................................................. 10
4. Pic 16F887.................................................................................................................... 11
5. LCD................................................................................................................................ 15
6. LMD 18200................................................................................................................... 19
7. IC 78xx.......................................................................................................................... 20

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ............................................................................ 22

1. Sơ đồ khối..................................................................................................................... 22
2. Mạch nguồn.................................................................................................................. 23
3. Mạch pic........................................................................................................................ 24
4. Mạch công suất............................................................................................................ 25
5. Mạch LCD, mạch nút nhấn......................................................................................... 26

CHƯƠNG 5 : THUẬT TOÁN VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.................................................. 27

1. Thuật toán PID.............................................................................................................. 27
2. Lưu đồ giải thuật.......................................................................................................... 32

CHƯƠNG 6 : KẾT QUẢ, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................... 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................. 35

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Mặt sau và hai mặt bên................................................................................................... 2                                  

Hình 2: Tấm giữa............................................................................................................................ 2

Hình 3: Tấm đáy.............................................................................................................................. 3

Hình 4: Tấm trên............................................................................................................................. 3

Hình 5: Mô hình khi hoàn thành.................................................................................................. 3

Hình 6: Rulo dẫn dây..................................................................................................................... 4

Hình 7: Rulo kéo dây...................................................................................................................... 4

Hình 8: Vị trí các chi tiết............................................................................................................... 5

Hình 9: Động cơ DC ...................................................................................................................... 6                 

Hình 10: Loadcell........................................................................................................................... 7

Hình 11:  Sơ đồ điện cho cảm biến Loadcell.............................................................................. 8

Bảng 1:  Các màu thông dụng đầu ra của Loadcell.................................................................. 8

Bảng2: Bảng thông số cơ bản của loadcell................................................................................ 9

Hình 12: Bộ chuyển đổi KM02..................................................................................................... 10

Hình 13: Sơ chân của Pic 16F887............................................................................................... 11

Bảng 3: Các mức prescaler........................................................................................................... 15

Hình 14: Màn hình LCD 16x2....................................................................................................... 15

Bảng 4: Kết nối chân LCD............................................................................................................. 16

Bảng 5: Chức năng các chân điều khiển.................................................................................... 17

Hình 15: Cách kết nối LCD với vi điều khiển............................................................................. 18

Hình 16: LMD 18200..................................................................................................................... 19

Hình 17: IC 7805............................................................................................................................ 20

Hình 18: Mô hình thực tế............................................................................................................... 34

.....................................................

CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT ĐỀ TÀI

1. Đặt vấn đề
   • Cùng với sự phát triển mạnh về các ngành khoa học công nghệ, các thế hệ vi điều khiển đã ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày  càng bức thiết của nền kinh tế năng động hiện nay. Việc đưa ứng dụng vi điều khiển vào sản xuất trở thành yêu cầu chiến lược. Qua sự tìm hiểu về ứng dụng của vi điều khiển trong thực tế ngành may mặc, nhóm chúng em thấy việc căng dây thun khi may còn phụ thuộc khá nhiều vào tay nghề của người thợ. Điều này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động. Nắm bắt được điều đó, đồng thời được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Thông, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG.
   • Thực tế, có nhiều phương pháp đo lực căng như dùng lực kế, lò xo kéo,….nhưng độ chính xác không cao và không thuận tiện cho việc lập trình điều khiển. Thông qua sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Ngọc Thông và sự tìm hiểu thực tế thì nhóm chúng em đã chọn loadcell dùng để đo lực với nhiều ưu điểm mà nó mang lại.
     2. Mục đích nghiên cứu

• Mục đích trước hết là làm đồ án tốt nghiệp, hoàn tất chương trình môn học để ra trường.
• Đây cũng là cơ hội để chúng em kiểm tra lại những kiến thức học được trong thời gian qua, đồng thời cũng giúp chúng em có thêm kinh nghiệm trước khi bước vào môi trường làm việc thực tế.
• Ngoài ra, đề tài cũng đưa ứng dụng vi điều khiển vào trong sản xuất, cải tiến chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động.

3. Ứng dụng thực tế
   • MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG nếu được hoàn thiện và khắc phục các hạn chế sẽ trở thành một công cụ hữu ích trong việc sản xuất hàng hóa nói chung và ngành may mặc nói riêng.
   • Máy có công dụng giúp cho các công nhân điều chỉnh lực căng như ý muốn, không còn phụ thuộc vào trực giác và cảm giác tay của người thợ như trước như trước.

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ CƠ KHÍ

1. Chọn vật liệu

• Qua khảo sát thực tế và tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn, nhóm chúng em quyết định chọn vật liệu nhôm 1,5 mm để làm khung mô hình.
• Vì nhôm là vật liệu nhẹ, có độ sáng bóng, độ cứng thích hợp và dễ gia công.
• Ngoài ra, còn có các rulo dẫn dây được làm bằng nhựa tổng hợp và rulo kéo dây được làm bằng nhôm khối.

2. Bản vẽ thiết kế

1. Khung mô hình:

• Gồm nhiều tầm nhôm lớn, ghép nối với nhau bằng bulong tạo thành một khối hình hộp chữ nhật có kích thước 300 x 210.x 210

Hình 5: Mô hình khi hoàn thành

• Mặt trên của mô hình được gắn 1 màn  hình LCD 16x2 để hiển thị các thông số cơ bản như setpoint, giá trị thực tế và sai số. Ngoài ra, còn có 4 nút nhấn phục vụ cho việc cài đặt thông số và chọn chế độ hoạt động.

2. Rulo:

• Rulo dẫn dây (số lượng 3 cái) :
  • Rulo có kích thước:

• D = 30 mm
• L = 30 mm

• Hai đầu được khoét trụ bậc để đóng bạc đạn.                                                     
• Mặt ngoài có tiện rãnh sâu 1mm, rộng 20mm để chống lệch dây khi hoạt động.                                                                                               Hình 6: Rulo dẫn dây

• Rulo kéo dây (số lượng 2 cái):

• Rulo có kích thước:
  • D = 30 mm
  • L = 30 mm
• Được khoan lỗ 9 mm gắn trục động cơ  
• Mặt ngoài có tạo răng để tăng độ bám của dây thun, tránh tình trạng bị trượt dây khi kéo.                                                                        Hình 7: Rulo kéo dây                                                                                                  

3. Phân bố chi tiết                                                             

• Các rulo và loadcell được gắn giữa mặt sau và tấm giữa băng bulong

• Các chi tiết được bố trí sao cho dây thẳng, không bị rối khi kéo, đồng thời lực căng dây ở 2 nhánh bằng nhau ( bằng ½ lực đo được từ loadcell).

Hình 8: Vị trí các chi tiết

CHƯƠNG 3 :  CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KIỆN SỦ DỤNG

1. Động cơ:
   1. Giới thiệu động cơ DC:

• Động cơ điện một chiều là

động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.

Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi         

trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp.     Hình 9: Động cơ DC                   

• Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato. Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto). Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay.Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động cơ

sau:

• Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt.
• Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
  • Đối với loại động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng nam châm vĩnh cữu. Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này.

2. Thông số kỹ thuật :

• Điện áp cấp: 24V
• Có tải trọng:

• Tốc độ: 820(r/min).
• Mô –men xoắn:49(mM.m).
• Dòng 380 mA.

• Không tải:

• Tốc độ: 940(r/min).
• Dòng 100 mA.

• Mô –men xoắn cho phép:147(mN.m).
• Đầu ra:4.21(W)
• Kích thước:49mm.
• Trọng lượng: 160g.

2. Loadcell:

1. Loadcell là gì?

• Load cell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoăc trọng lượng thành tín hiệu  điện.                                                                                        Hình 10: Loadcell

2. Cấu tạo và hoạt động

• Load cell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và thành phần còn lại là "Load".
• Straingage 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” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.

• Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở dùng để biến đổi điện áp nhỏ tương ứng với những thay đổi của điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở.
• Trong cảm biến Loadcell thường sử dụng cảm biến sức căng mắc theo sơ đồ cầu. Trong đó sử dụng hai cảm biến sức căng R1 và R3 gắn ở mặt trên. Hai cảm biến sức căng khác R2, R4 gắn ở mặt dưới, trong đó các cảm biến sức căng được mắc theo sơ đồ cầu Wheatstone.

Hình 11:  Sơ đồ điện cho cảm biến Loadcell.

• Khi không có lực tác dụng vào cảm biến, các cảm biến sức căng R1-R4 ở trạng thái với sức căng và điện thế ra bằng 0. Khi có lực tác dụng, làm uốn cong thanh đàn hồi, dẫn đến việc tăng sức căng các cảm biến R1-R3 và giảm sức căng các cảm biến R2- R4. Kết quả, điện trở R1-R3 tăng và R2-R4 giảm, dẫn đến lệch cầu và ở lối ra xuát hiện điện thế tỷ lệ với lực tác động. Điện thế này sẽ được khuyếch đại tới giá trị cần thiết.
• Cách dùng bốn cảm biến bố trí trên bốn nhánh cầu được ứng dụng rộng rãi trong các loadcell thực tế. Thông thường bốn cảm biến này được bố trí trên hai mặt của loadcell, như vậy có hai cảm biến điện trở bị dãn ra và hai cảm biến điện trở sẽ co lại khi có lực tác dụng.

Bảng 1:  Các màu thông dụng đầu ra của Loadcell.

Trong đó:

• Excitation+ (Exc+): là đầu vào dương của điện áp cung cấp.
• Excitation -(Exc-): là đầu âm của điện áp cung cấp.
• Sig+: là tín hiệu ra dương của loadcell.
• Sig-: là tín hiệu ra âm của loadcell.

Thông qua đánh giá sơ bộ và được sự hướng dẫn của thầy, nhóm chúng em quyết định chọn loadcell uốn có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng2: Bảng thông số cơ bản của loadcell.

3. Bộ chuyển đổi KM 02:

• Do tín hiệu đầu ra của loadcell tương đối nhỏ khoảng 2mV/v không đủ cho vi điều khiển hoạt động nên cần bộ khuyếch đại tín hiệu .
• Công dụng của bộ chuyển đổi là biến đổi tín hiệu ngõ ra của loadcell từ 2mV/V thành tín  hiệu điện áp 0 – 10V.                                                                                                         
• Bộ chuyển đổi sử dụng nguồn 15 – 24V.
• Bộ chuyển đổi được nối trực tiếp với loadcell:

• Dây đỏ: cấp nguồn dương
• Dây đen: cấp âm
• Dây xanh: dây tín hiệu ra
• ................................

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1. Kết quả
   • Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của mô hình MÁY CĂNG DÂY THUN TỰ ĐỘNG.
   • Kết cấu gọn, nhẹ, phù hợp với mô hình phòng thí nghi ệm.
   • Thiết kế và hoàn thành các mạch điện tử.
   • Thiết kế bộ điều khiển bằng thuật toán PID.
   • Đọc được giá trị lực căng thông qua bộ chuyển đổi KM 02

Hình 18: Mô hình thực tế

2. Hạn chế

• Do kéo bằng tay, lực kéo không ổn định nên vẫn còn sai số.
• Chế tạo cơ khí vẫn còn hạn chế về độ chính xác.
• Thuật toán điều khiển có độ ổn định chưa cao.
• Mô hình chỉ dừng lại ở mức thí nghiệm, còn nặng tính lý thuyết và chưa sát thực tế.

3. Hướng phát triển

• Thiết kế nhỏ gọn hơn nữa.
• Khắc phục những hạn chế về cơ khí như: tạo rãnh sâu hơn trên các rulo dẫn để tránh tình trạng trượt dây khi hoạt động,...
• Thay đổi các hệ số trong bộ chuyển đổi PID để đạt độ ổn định cao hơn.
• Có thể điều khiển và quản lý bằng hệ thống máy tính.
• Có thể đo lực căng của nhiều loại nguyên liệu.
• Cải tiến cho phù hợp với yêu cầu trong thực tế hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  Điện tử công suất –Nguyễn Bính

[2] Giáo Trình Linh Kiện Điện Tử- Nguyễn Tấn Phước- NXB Giao Thông Vận Tải.

[3] Mạch Điện Tử 1,2 ­- Lê Tiến Thường – NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM.

[4]Tutorial LCD HD44780 - Giao Tiếp Và Lập Trình Điều Khiển - Trietnguyen,

SPKT, 30/6/2007

 [4] Www.Picvietnam.Com.

[5]Www. Alldatasheet.Com.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Điện tử công suất –Nguyễn Bính
[2] Giáo Trình Linh Kiện Điện Tử- Nguyễn Tấn Phước- NXB Giao Thông Vận Tải.
[3] Mạch Điện Tử 1,2 - Lê Tiến Thường – NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM.
[4]Tutorial LCD HD44780 - Giao Tiếp Và Lập Trình Điều Khiển - Trietnguyen,
SPKT, 30/6/2007
[4] Www.Picvietnam.Com.
[5]Www. Alldatasheet.Com.