Kết nối máy tính điều khiển tự động mô hình máy xúc thủy lực phục vụ giảng dạy, nghiên cứu chuyên ngành cơ khí động lực (07/12/2021)
Đây là giải pháp của nhóm tác giả Hoàng Anh Dũng, Hà Văn Khang, Đào Ngọc Toản, Thân Đức Trường, Nguyễn Quốc Tuấn - Trường Đại học Ngô Quyền đạt giải khuyến khích Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật lần thứ IX (2019-2021)
Giải pháp của tác giả đã đem lại kết quả đáng kể và những chuyển biến tích cực trong dạy học, nhất là về phương pháp dạy học, đó thực sự là “một cuộc cách mạng công nghệ trong giáo dục, đào tạo”. Trong đó ứng dụng các phần mềm để kết nối máy tính với các mô hình giảng dạy đang là hướng đi mới, đã, đang được các trường đại học và các cơ sở đào tạo tập trung nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong giảng dạy, học tập và nghiên cứu khoa học.
Nội dung triển khai
Ứng dụng kĩ thuật lập trình trên các phần mềm để mô phỏng, kết nối vật thực với máy tính, trong đó phần mềm Labview được ứng dụng rất nhiều trong các ngành cơ điện tử như: Việc thiết kế và điều khiển Robot, các công ty thiết kế, chế tạo nổi tiếng đều ứng dụng labview trong những sản phẩm mới nhất như Toyota, Huyndai, BMW, Ford ...
Tuy nhiên các giải pháp trên mới đi đến kết nối máy tính để phục vụ cho các nội dung liên quan trong thiết kế, chế tạo, thí nghiệm.
Giải pháp phục vụ trong giảng dạy trực tiếp đó là sử dụng mô hình vật thực, đó là: Mô hình máy xúc thủy lực được trang bị cho giảng đường chuyên dùng Máy công trình của Trường Đại học Ngô Quyền từ năm 2014. Mô hình được dẫn động bằng động cơ điện 3 pha. Điều khiển bằng điện thủy lực. Dẫn động TBCT bằng các phần tử tử thủy lực được mô hình hóa thu nhỏ.
Trong quá trình giảng dạy giảng viên chỉ giới thiệu được các thao tác họat động của thiết bị công tác như quay gầu, nâng cần, quay tay gầu. Không phát huy hết được tính năng kỹ thuật của mô hình phục vụ công tác giảng dạy.
Việc giới thiệu cấu tạo các phần tử mạch điện, thủy lực là vấn đề khó khăn vì không thể tháo ra, lắp lại nhiều lần. Vấn đề điều khiển tự động, đo và nắm được các thông số về tốc độ động cơ, áp suất bơm; các thông số như chuyển vị góc, vận tốc góc của các TBCT không thể hiện được…
- Xây dựng phương án kết nối
Từ dữ liệu nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô hình máy xúc thủy thực. Nhóm thực hiện sáng kiến lập phương án nâng cấp là kết nối máy tính và đo lường thông qua các cảm biến để tính toán và hiển thị các thông số quan trọng của hệ thống thủy lực như: Hành trình piston, chuyển vị góc, vận tốc góc của các phần tử thiết bị công tác như gầu xúc, tay gầu, cần…
Từ đó xác định những thông số tối ưu trong điều khiển thiết bị công tác, đánh giá những vị trí điều khiển an toàn.
- Gia công lắp ráp phần tử đo
Sau khi xác định phương án kết nối mô hình với máy tính, nhóm tác giả tiến hành tháo thiết bị công tác, gia công bổ sung các vị trí để lắp các phần tử cảm biến đo.
|
|
|
|
Tháo thiết bị công tác để gia công lắp phần tử đo
|
Gia công đồ gá lắp cảm biến
|
|
|
|
|
Lắp cảm biến đo chuyển vị góc của cần
|
Lắp cảm biến đo chuyển vị góc của tay gầu
|
- Thiết kế mạnh điều khiển, lập trình phần mềm, kiểm tra kết nối và chạy thử
+ Phần đo các thông số động lực học thiết bị công tác
Song song với lắp cảm biến đo tại các vị trí theo phương án, nhóm tác giả tiến hành lập trình phần mềm Labview kết nối máy tính với mô hình.
|
|
|
Sơ đồ kết nối thiết bị với máy tính
|
Chương trình Labview kết nối máy tính với mô hình để đo đạc
|
|
|
|
Giao diện chương trình Labview khi kết nối máy tính với mô hình thể hiện các thông số động lực học TBCT
|
+ Phần điều khiển tự động thiết bị công tác
Qua khảo sát Ban chủ nhiệm sử dụng mạch 4 Relay Opto cách ly 5/12VDC (có hai loại 5VDC và 12VDC) thích hợp với các ứng dụng đóng ngắt tải AC hoặc DC, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp opto và transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0VDC) phù hợp với mọi loại MCU và thiết kế có thể sử dụng nguồn ngoài giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động và dễ dàng.
|
|
|
|
Mạch 4 Relay Opto cách ly 5/12VDC
|
Mạch điện điều khiển cơ khí
|
|
|
|
|
Mạch rơ le điều khiển
|
Chương trình Labview kết nối máy tính với mô hình để điều khiển
|
|
|
|
|
|
Giao diện chương trình Labview khi kết nối máy tính với mô hình thể hiện điều khiển tự động TBCT.
|
Kết quả thực hiện
- Xây dựng phần mềm Labview kết nối mô hình thông qua những cảm biến, đầu đo.
- Điều khiển tự động thiết bị công tác, trích xuất kết quả đo đạc, báo cáo. Phục vụ cho quá trình giảng dạy, học tập các môn học kết cấu và các môn về xe máy công trình.
- Ứng dụng kết quả giải pháp để giải pháp nghiên cứu đề xuất điều khiển tự động những máy làm đất, như: Máy đào, máy ủi, máy san có điều khiển điện thủy lực.
- Sáng kiến được ứng dụng trong học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Ngô Quyền trong các môn học kết cấu và máy công trình.
- Ngoài ra sáng kiến còn được phục vụ giảng dạy trong tập huấn ngành kĩ thuật, làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu ứng dụng khai thác xe máy công trình.
- Ứng dụng kết quả giải pháp để giải pháp nghiên cứu đề xuất điều khiển tự động những máy làm đất, như: Máy đào, máy ủi, máy san có điều khiển điện thủy lực trong khai thác phục vụ xây dựng các công trình trong nước.
- Giải pháp đã ứng dụng thành thạo lập trình phần mềm Labview kết nối máy tính với mô hình máy xúc thủy lực.
- Giải pháp giúp nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy, rút ngắn thời gian trên máy thật.
- Từ kết quả nghiên cứu ứng dụng thiết kế phần mềm kết nối máy tính với các mô hình động khác trong các giảng đường chuyên dùng khác của Nhà trường phục vụ giảng dạy, học tập và nghiên cứu đề xuất điều khiển tự động những máy làm đất, như: Máy đào, máy ủi, máy san có điều khiển điện thủy lực trong khai thác phục vụ xây dựng các công trình trong nước đảm bảo giảm nhân công, giảm thiểu tai nạn lao động và nâng cao hiệu quả cảu các máy làm đất, máy xây dựng.
Dương Tuấn