Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
 Đề Tài:
Phân tích và xây dựng hệ
thống đo và điều khiển tốc độ
động cơ
Giáo Viên Bộ Môn : Hà Văn Phương
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 2
Nhóm 3 –Lớp TĐH
2

K5

Để đo tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp,
trong bài tập lớn của mình chúng em xin trình bày đo tốc độ động cơ dùng
encoder- một loại cảm biến dùng để đo số vòng quay của động cơ và gửi về vi
điều khiển để trực tiếp điều khiển tốc độ động cơ theo ý muốn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện đã giúp
đỡ chúng em và thầy Hà Văn Phương đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng
em làm bài tập lớn
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm bài tập lớn,
chưa có nhiều kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày
cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và
bổ sung thêm.

Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 4 Chúng em xin chân thành cảm ơn. Mục Lục
Phần 1:Phân tích công nghệ
Phần 2: Cấu trúc hệ thống
I Sơ đồ khối hệ thống
II Các thiết bị cần dùng
A Khối cảm biến
1 Máy phát tốc
2 Encoder
B Khối xử lí
C Khối hiển thị

_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 6

Phần 1: Phân tích công nghệ

Như chúng ta đã biết trong điều kiện khoa học kỹ
thuật và kinh tế phát triển như hiện nay thi quy trình tự
động hóa trong công nghiệp và sản xuất hầu như không
thể thiếu được . Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng
trong việc giúp tăng năng suất , tăng độ chính xác và do
đó tăng hiệu quả sản xuất . Trong đó một vai trò không
thể không nhắc đến của qui trình tự động hóa là :”Đo và
điều khiển tốc độ động cơ”

Quy trình này gồm 2 phần đó là:”Đo” và “Điều
khiển”.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại linh kiện
khác nhau ứng dụng cho việc đo và điều khiển động cơ
nhưng chủ yếu phần đo vẫn là sử dụng máy phát tốc và
encorder và điều khiển dùng vi điều khiển hoặc dùng IC
số. Với các loại linh kiện khác nhau thì chúng có ưu,
nhược điểm, giá thành khác nhau
Công nghệ sử dụng máy phát xung với độ chính xác


Bộ
XLTH
Bộ
Điều khiển Motor
Bộ đo
lường
Bộ
nhập dữ liệu

Bộ
hiển thị
Bộ
Nguồn
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 8

Chức năng của các bộ phận trong sơ đồ hệ
thống
1, Bộ đo lường
Bộ đo lường có tác dụng chuyển tín hiệu của tốc độ
động cơ ở dạng không phải điện về dạng điện, có điện áp
hoặc tần số … tỉ lệ với tốc độ động cơ.
2, Bộ xử lí tín hiệu
Bộ xử lý tín hiệu có tác dụng:
- Thu nhận các tín hiệu phản hồi.

Hiện nay có 2 loại cảm biến thông dụng dùng để đo
tốc độ động cơ là máy phát tốc và encoder với những ứng
dụng khác nhau.
1. Máy phát tốc
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 10 Hình 2: Máy phát tốc

II. Encoder Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 11 Hình 3 :Encoder

I. Máy phát tốc
Nguyên lý hoạt động :Hoạt động dựa trên hiện tượng
cảm ứng điện từ. Cấu tạo gồm 2 phần: phần cảm và phần
ứng. Khi có sự chuyển động tương đối giữa phần cảm và
phần ứng thì trong phần ứng sẽ xuất hiện suất điện động
tỉ lệ với tốc độ quay:
dt
d
e


Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 13 Hình 5: Sơ đồ cấu tạo máy phát tốc xoay chiều.

b.Máy phát tốc xoay chiều không đồng bộ
Hình 6:
1, Cuộn kích. 2, Rotor. 3, Cuộn đo.

Cấu tạo của máy pha

2: Encoder
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 14 Các hình dạng thực tế của encoder:
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 15

Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 16


Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ:

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.

Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 18

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.

Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder
Hình sau sẽ minh họa nguyên lý cơ bản của hoạt động
encoder.
Trong hình có một đĩa mask, không quay, đó là đĩa cố
định để che khe hẹp ánh sáng đi qua.
2, Hoạt động của encoder
a.Encoder tuyệt đối
Với một số nhị phân có 2 chữ số, chúng ta sẽ có 00, 01, Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit
thứ N (đối với encoder có N vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có
nghĩa là lỗ lớn nhất có góc rộng 180 độ, nằm trong cùng.
Bởi vì chúng ta thấy rằng, bit 0 (nếu xem là số nhị phân)
sẽ thay đổi liên tục mỗi 1/(2)
N
vòng quay. Vì thế, chúng ta
cần rất nhiều lỗ. Nếu đặt ở trong thì không thể nào vẽ
được, vì ở trong bán kính nhỏ hơn. Ngoài ra, nếu đặt ở
Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 21

trong, thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục, và quá nhiều
lỗ, sẽ rất yếu. Vì hai điểm này, nên bit 0 luôn đặt ở ngoài
cùng, và bit N-1 luôn đặt trong cùng như hình trên.
Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì chúng ta
sẽ quản lý được đến 1/(2)
10
tức là đến 1/1024 vòng.
b.Encoder tương đối
Encoder tuyệt đối rất có lợi cho những trường hợp khi góc
quay là nhỏ, và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó,
việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người
dùng hơn, vì chỉ cần đọc giá trị là chúng ta biết ngay được
vị trí góc của trục quay.

Mỗi lần có những rung động nào đó mà ta không quản lý
được, encoder sẽ bị sai một xung. Khi đó, nếu hoạt động
lâu dài, sai số này sẽ tích lũy, ngày hôm nay sai một xung,
ngày hôm sau sai một xung. Đến cuối cùng, có thể động
cơ quay 2 vòng rồi encoder mới đếm được 1 vòng.

Để tránh điều tai hại này xảy ra, người ta đưa vào thêm
một lỗ định vị để đếm số vòng đã quay của encoder.

Như vậy, cho dù có lệch xung, encoder đi ngang qua lỗ
định vị này, thì chúng ta sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ở
đâu đó. Nếu vì một rung động nào đó, mà chúng ta không
thấy encoder đi qua lỗ định vị, vậy thì từ số xung, và việc
đi qua lỗ định vị, chúng ta sẽ biết rõ hiện tượng sai của
encoder.

Đây là hình encoder có lỗ định vị: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN

Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 23 Vị trí góc của các lỗ vòng 1 và các lỗ vòng 2 lệch nhau.
Các cạnh của lỗ vòng 2 nằm ngay giữa các lỗ vòng 1 và
ngược lại.

Tuy nhiên, thay vì làm 2 vòng encoder, và dùng 2 đèn
LED đặt thẳng hàng, thì người ta chỉ cần làm 1 vòng lỗ, và


Hình 7:Một số vi xử lí
C: LCD

1, Hình dáng
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích
thước khác nhau, trên hình 1 là loại LCD thông
dụng.