Nghiên cứu và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC

Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển .... Lưu đồ hoạt động Servo trục B băng chuyền chạy khi cấp nguồn Sensor nhận tín hiệu có phôi đưa vào Servo trục A chạy nhanh đưa đầu

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN 1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN……….2

1.1 Giới thiệu đề tài 2

1.1.1 Lý do chọn đề tài và tính thiết yếu 2

1.1.2 Ứng dụng 3

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 3

1.3 Công trình liên cứu liên quan 4

2.1 Lưu đồ hoạt động 5

2.2 Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển 6

2.3 Lựa chọn động cơ 11

2.4 Tính hàm truyền động 12

2.5 Thông số điều khiển động cơ Servo 14

2.6 PLC 17

2.6.1 Khái niệm PLC 17

2.6.2 Cấu trúc PLC 18

2.6.3 Nguyên lý hoạt động của PLC 19

2.6.4 Tại sao phải sử dụng PLC 19

2.7 Khái niệm mạng SSCNET III 20

2.8 Lý thuyết đồng bộ 21

2.8.1 Nguyên tắc chính đồng bộ 21

2.8.2 Đĩa cam 23

3.2 Thiết kế khung đỡ 25

3.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động 27

3.4 Lựa chọn PLC phù hợp 32

3.4.1 Chọn CPU 32

3.4.2 Chọn Module xử lý chuyển động 33

3.4.3 Chọn driver Servo 35

3.5 Tính tỷ số hộp số ảo 37

3.6 Tính hàm cam 38

CHƯƠNG IV : ĐIỀU KHIỂN 40

4.1 Cài đặt phần mềm 40

4.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 51

4.3 Thiết kế HMI điều khiển 51

CHƯƠNG V : HOÀN THÀNH VÀ THỰC NGHIỆM 52

5.1 Hoàn thành 52

5.2 Thực nghiệm 53

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56

6.1 KẾT LUẬN 56

6.1.1 Tự đánh giá 56

6.1.2 Khuyết điểm 56

6.2 Hướng phát triển 57

Nguồn tham khảo: 58

Phụ lục 59

GVHD: Vũ Quang Huy

Mục Lục Hình ảnh

Hình 1 1 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics 4

Hình 1 2 Máy cắt lia của hãng Shanghai Sihua 4

Hình 2 1 Lưu đồ hoạt động 5

Hình 2 2 Động cơ Servo 10

Hình 2 3 Sơ đồ mạch điện dộng cơ Servo 12

Hình 2 4 Sơ đồ minh họa Moment uốn xoắn động cơ Servo 13

Hình 2 5 Chiều xoay motor mặc định 16

Hình 2 6 Một hệ thống PLC đơn giản điển hình 17

Hình 2 7 Sơ đồ cấu trúc đơn giản PLC 19

Hình 2 8 Sơ đồ mạng SSCNET kết nối giữa PLC và các Module 20

Hình 2 9 Sơ đồ khả năng cải thiện độ chính xác của SSCNETIII so với SSCNET…….21

Hình 2 10 Sơ đồ cơ khí ảo 22

Hình 2 11 Khái niệm đĩa CAM 24

Hình 3 1 Chất liệu nhôm 26

Hình 3 2 Cơ cấu tay quay con trượt 27

Hình 3 3 Cơ cấu bánh răng và thanh răng 27

Hình 3 4 Kích thước VLA-ST-60-12-0700 28

Hình 3 5 Cơ cấu pulley dây đai 29

Hình 3 6 Sơ đồ tổng quát HG-KR13 30

Hình 3 7 Bản vẽ 3d cơ cấu và khung 29

Hình 3 8 Bản vẽ hình chiếu cơ cấu và khung 31

Hình 3 9 Q00UCPU 32

Hình 3 10 QD77MS2 34

Hình 3 11 Sơ đồ kết nối QD77MS2 35

Hình 3 12 MR-J3-10B 36

GVHD: Vũ Quang Huy

Hình 4 1 Màn hình tạo New project 40

Hình 4 2 Thiết lập các module 41

Hình 4 3 Lựa chọn module QD77MS2 41

Hình 4 4.New module 42

Hình 4 5 Intelligent Function Module 43

Hình 4 6 Thiết lập giao thức kết nối Servo motor 43

Hình 4 7 Cài đặt các giá trị của Driver và vít me 44

Hình 4 8 Cài đặt giá trị tăng tốc, giảm tốc 44

Hình 4 9 Cài đặt các thông số chi tiết 45

Hình 4 10 Cài đặt các thông số JOG 46

Hình 4 11 Cài đặt các thông số về home 46

Hình 4 12 Phương pháp về home bằng Proximity Dog Mmethod 47

Hình 4 13 Cài đặt thông số Servo 48

Hình 4 14 Bên trong Positioning_Axis# 48

Hình 4 15 Chọn trục để chạy đồng bộ 48

Hình 4 16 Hệ thống cơ khí ảo 49

Hình 4 17 Sơ đồ điều khiển 51

Hình 4 18 Giao diện nhập HMI ảo 51

Hình 5 1 Sắp xếp bộ điều khiển mà mạch điện 52

Hình 5 2 Kết quả hoàn thành 52

Hình 5 3 Kết quả hoàn thành 53

Hình 5 4 Tỉ số bánh răg là 12:21 53

Hình 5 5 Kết quả thực nghiệm 1 53

Hình 5 6 Tỉ số bánh răng 1:1 54

Hình 5 7 Kết quả thực nghiệm 2 54

Hình 5 8 Tỉ số bánh răng 5000:9015 55

Hình 5 9 Kết quả thực nghiệm 3 55

Mục Lục Bảng

Bảng 1 1 Yêu cầu đặt ra 3

Bảng 2 1 Chế độ phát xung 15

Bảng 2 2 Một số thành phần chính được sử dụng chủ yểu của bộ cơ khí ảo 22

Bảng 3 1.Thông số VLA-ST-60-12-9799 28

Bảng 3 2 Thông số HG-KR13 20

Bảng 3 3 Thông số Q00UCPU 33

Bảng 3 4 Thông số QD77MS2 34

Bảng 3 5 Bảng hàm CAM 38

Bảng 4 1 Giải thích các thông số về home 47

Bảng 4 2 giải thích các thông số cài đặt đồng bộ 50

Bảng 6 1 Bảng tự đánh giá dựa trên yêu cầu đặt ra 56

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp thuộc khoa chất lượng cao tại trường Đại Học

Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Bản thân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu

và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục sử dụng PLC” Với lòng kính trọng

và biết ơn sâu sắc Bản thân xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Vũ Quang Huy, người đã trực tiếp hướng dẫn Bản thân thực hiện đề tài Trong quá trình thực hiện

đề tài, thầy đã tận tình góp ý, chỉ bảo, theo dõi cũng như hỗ trợ em hoàn thiện đề tài theo cách tốt nhất

Bản thân cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trên trong trường

ĐH SỰ PHẠM KĨ THUẬT TPHCM nói chung và các thầy cô trong Bộ môn Cơ Điện

Tử nói riêng đã hướng dẫn, đưa ra những ý kiến về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm

ơn đến gia đình, nhà trường và bạn bè đã tạo điều kiện, hỗ trợ, động viên Bản thân trong suốt quá trình học cũng như làm đề tài đồ án này

Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn sẽ còn những thiếu sót trong

đề tài Kính mong nhận được sự góp ý của quý Thầy/Cô để em có thể hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Nghị

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu đề tài

1.1.1 Lý do chọn đề tài và tính thiết yếu

Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao,

mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển như Việt nam Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hoá sản xuất có vai trò rất quan trọng Dây chuyền sản xuất của các đơn vị sản xuất, lắp đặt thiết bị trong các khu công nghiệp từ trước tới nay đều sử dụng nhân công Điều đó đã và đang khiến cho tiến độ sản xuất bị kiềm chế do năng suất của nhân công là có hạn

Hiện nay nhiều công ty công nghiệp đang tiến hành tự động hóa quá trình sản xuất Tuy nhiên, chi phí mua và đem các hệ thống tự động hóa về từ nước ngoài là không hề

rẻ, điều đó tạo ra vấn đề khó khăn không ít cho các công ty công nghiệp nhỏ Nhận biết được vấn đề trên, Bản thân em nhìn nhận thấy tiến độ hàng hóa đã và đang là một vấn

đề tiên quyết trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất Nhằm đóng góp vào việc giải quyết vấn đề trên, chúng em thấy rằng xử lý sản phẩm ngay trên băng chuyền sẽ tăng hiệu suất tự động hóa sản xuất một cách khá đáng kể, ngoài ra còn tiết kiệm được diện tích sản xuất không hề nhỏ Mà để xử lý sản phẩm ngay trên băng tải điều thiết yếu

và quan trọng nhất là điều khiển đồng bộ vị trí và tốc độ 2 trục

 Qua những vấn đề nêu trên, Bản thân đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và thiết

kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC ”

1.1.2 Ứng dụng

- Máy cắt lia đồng bộ

- Đồng bộ xử lý ảnh trên băng chuyền

- Những dây chuyền sản xuất sử dụng đồng bộ

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu phương án thiết kế hệ thống đồng bộ

- Hoàn thành bản vẽ 3D

- Gia công mô hình cơ khí

- Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển

- Thử nghiệm, đánh giá và rút ra kinh nghiệm từ kết quả

- Lập bản báo cáo đề tài

- Hoàn thiện đề tài

 Yêu cầu đặt ra

1.3 Công trình liên cứu liên quan

 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics

Hình 1 1 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics

 Máy cắt lia của Shanghai Sihua

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lưu đồ hoạt động :

Hình 2 1 Lưu đồ hoạt động

Servo trục B băng chuyền chạy khi cấp nguồn

Sensor nhận tín hiệu

có phôi đưa vào

Servo trục A chạy nhanh đưa đầu chỉ về

vị trí phôi

Đồng bộ vị trí và tốc độ 2 motor sao cho đầu chỉ luôn chỉ vào vị trí phôi

Hết hành trình servo trục A đưa đầu chỉ

về vị trí Home False

True

2.2 Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại động cơ chia thành nhiều nhánh nhỏ lẻ Trong bài báo cáo này sẽ tập hợp 4 loại động cơ cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất

đó là Động cơ điện 1 chiều, Động cơ điện xoay chiều, Động cơ bước và Động cơ Servo

- Nguyên lý hoạt động chung của các loại motor là hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết điện và từ trường : các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau Chiều quay được xác định bởi từ trường Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo gây nên chuyển động đảo chiều của động cơ

 Động cơ điện 1 chiều (Direct-Current Motor)

- Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều (điện áp DC) có chức năng quay liên tục

- Cấu tạo : Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp - chỉnh lưu

 Không đảm bảo an toàn tuyệt đối trong các môi trường khắc nghiệt dễ cháy nổ hoặc rung chấn.

- Ứng dụng của động cơ một chiều : Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng và hầu hết trong mọi lĩnh vực của đời sống Trong tivi, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, máy công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn (vd: trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện )

 Động cơ xoay chiều

- Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều ( điện

áp DC )

- Cấu tạo : Động cơ xoay chiều có cấu tạo gồm 2 thành phần chính là Stator và Rotor

- Ưu điểm :

 Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.

 Sử dụng nguồn điện trực tiếp k cần chỉnh lưu.

 Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng.

 Kết cấu bền vững, khả nặng chịu tải tốt.

 Giá thành thấp hơn động cơ một chiều.

- Nhược điểm :

 Mô men khơi động nhỏ, k thể ứng dụng trong nhiều trường hợp đặc biệt.

 Tiêu tốn điện năng hơn động cơ một chiều.

- Ứng dụng của động cơ xoay chiều :

 Dân Dụng: Ngày nay động cơ điện một pha được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, máy giặt, quạt điện 

 Công nghiệp: Công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, khai khoáng, dầu mỏ, máy móc công nghiệp, cần trục điện 

 Công nghệ thông tin động cơ điện xoay chiều thường thấy nhất trong các thiết bị máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ).

 Động cơ bước

- Khái niệm : Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay

- Cấu tạo : Động cơ bước bao gồm 4 cuộn dây Stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm

và Rotor nam châm vĩnh cửu nhiều răng

- Ưu điểm của động cơ bước :

 Giá thành rẻ.

 Có thể điều khiển mạch hở mà không cần tín hiệu phản hồi.

 Duy trì mô men tốt.

 Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp.

 Chi phí bảo dưỡng thấp.

 Định vị chính xác.

- Nhược điểm của động cơ bước:

 Động cơ làm việc không đều, đặc biệt khi ở tốc độ thấp.

 Kích cỡ hạn chế.

 Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải.

 Làm việc ồn.

 Mô men giảm theo tốc độ.

 Không có tín hiệu phản hồi nên hay xảy ra sai số.

- Ứng dụng của động cơ bước:

 Các máy CNC.

 Điều khiển Robot.

 Máy công nghiệp.

+ Động cơ servo AC:

Hình 2.2 Động cơ Servo

 Ưu điểm: Điều khiển tốc độ tốt, điều khiển trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, hầu như không dao động, hiệu suất cao hơn 90%, ít nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa) Mô-men xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, bảo trì miễn phí (đối với môi trường không

có bụi, nổ).

 Nhược điểm: Điều khiển phức tạp hơn, các thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh các thông

số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn.

- Ứng dụng :

 Ứng dụng trong ngành điện - điện tử: Máy lắp là thiết bị lắp các linh kiện điện tử ví dụ như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần tới tốc độ cao và độ chính xác cao Các servo

AC thỏa mãn yêu cầu này.

 Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống: Nhu cầu về quy trình thực phẩm chất lượng cao và an toàn hơn ngày càng tăng, vì vậy, động cơ servo thường được sử dụng như là giải pháp cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình thực phẩm.

 Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…

 Ứng dụng về khuôn mẫu đùn trong ngành sản xuất nhựa: khuôn mẫu đùn là thiết bị gia công các bộ phận nhựa Vật liệu nhựa được ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào trong khuôn để gia công các bộ phận Các khuôn mẫu thông thường chủ yếu sử dụng điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày này càng có nhiều khuôn mẫu sử dụng hệ thống servo

để tiết kiệm điện.

 Ứng dụng trong điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển là các linh kiện tuyệt đối không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, khi các ngành công nghiệp trở nên tinh vi và tự động hóa Một trong các ứng dụng điển hình là việc di chuyển các thiết bị trong nhà kho qua hệ thống băng tải Động cơ servo giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm theo mục đích

- Gia công lắp ráp chính xác

- Phải kiểm soát input và output một cách hợp lý

 Chọn động cơ Servo làm động cơ truyền động chính

2.4 Tính hàm truyền động của động cơ Servo

R L

+

E

-

Hình 2 3 Sơ đồ mạch điện động cơ Servo

 Tính hàm truyền động của động cơ servo

Laplace : V (s)  Kb s. (s)

Hình 2 4 Sơ đồ minh họa Moment xoắn động cơ Servo

Tìm giá trị Moment xoắn theo  (s) với công thức :

Công thức theo thời gian :

2.7 Thông số điều khiển động cơ Servo

2.7.1 Tín hiệu điều khiển Servo:

- Các loại động cơ Servo thường có 3 cổng input : 2 cổng nguồn và 1 cổng data

- Nhiệm vụ của cổng data là nhận dữ liệu PWM từ bộ xử lý

2.7.2 Các thiết lập trong bộ truyền động :

- Number of pulses per rotation (Số xung mỗi vòng quay) : Số xung yêu cầu để động cơ quay được một vòng quay; số xung yêu cầu phụ thuộc vào số xung cố định trên đĩa encoder

- Movement amount per rotation (Khoảng di chuyển mỗi vòng quay) : Khoảng di chuyển của mỗi vòng quay được sử dụng trong các cơ cấu truyền động tịnh tiến như vít me, bàn xoay,…

- Pulse output mode (Chế độ phát xung): Cài đặt chế độ phát xung, chọn một trong

- Ouput signal logic (Tín hiệu logic đầu ra): Gồm 2 chế độ Positive logic – nhận lệnh mức High hoặc Negative logic – nhận lệnh mức Low

- Rotation direction (Chiều quay): Gồm chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (Clockwise) và ngược chiều kim đồng hồ (Counter-Clockwise) Tùy vào cài đặt hệ thống mà chọn chiều quay dương hoặc âm; tuy nhiên mặc định là thuận chiều kim đồng hồ là chiều dương và ngược chiều kim đồng hồ là chiều âm

Hình 2 5 Chiều xoay motor mặc định

- Home position ( Vị trí ban đầu ): Đặt điểm tọa độ gốc cho hệ thống

- Stroke ( Hành trình ): Ở những cơ cấu tuyến tính, nhằm tránh hỏng hóc khi phát xung quá hành trình, ta có thể cài đặt hành trình di chuyển tối đa qua hai cách phổ biến là sử dụng upper/lower limit trong phần mềm hoặc cài đặt công tắc hành trình

2.6 PLC

2.6.1 Khái niệm PLC:

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển

Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất

Hình 2 6 Một hệ thống PLC đơn giản điển hình

Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm

PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như INVT, Allen- Bradley,Omron, Honeywell, Mitsubishi, Siemens,…

2.6.2 Cấu trúc PLC:

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM) Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Module vào /ra

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm

hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …

Hình 2 7 Sơ đồ cấu trúc đơn giản PLC

1 Nguyên lý hoạt động của PLC:

Khi thiết bị được kích hoạt (trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài) Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình (vòng lặp) do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra 2 Tại sao phải sử dụng PLC:

- Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Module mở rộng

2.7 Khái niệm mạng SSCNET III

Công nghệ servo đã được nâng cao đáng kể SSCNET nhận ra các thiết bị hiệu suất cao và

độ chính xác cao mà không thể đạt được với lệnh tàu xung thông thường hoặc lệnh tương tự

Có vấn đề với cả hai lệnh Pulse-Train và lệnh tương tự: trước đây đã có một tần số xung giới hạn cho một tốc độ cao và kiểm soát độ chính xác cao, và sau này là dễ bị nhiễu đường truyền, điện áp giảm do chiều dài cáp, và nhiệt độ thay đổi

Tuy nhiên, SSCNET giải quyết những vấn đề này và phát hiện các hoạt động mượt mà hơn với tốc độ và độ chính xác cao Hệ thống mạng nối tiếp tốc độ cao trong SSCNET cho phép điều khiển đồng bộ động cơ servo và điều khiển vị trí tuyệt đối dễ dàng

SSCNET gồm 3 loại là : cáp kim loại SSCNET/SSCNETII và cáp quang SSCNETIII

Hình 2 8 Sơ đồ mạng SSCNET kết nối giữa PLC và các Module

Chu kỳ giao tiếp lệnh đến bộ khuếch đại servo được cải thiện (SSCNET: 0.88ms SSCNETIII: 0.44ms) bằng cách tăng tốc độ truyền từ 5.6Mbps lên 50Mbps Cải tiến này cũng cho phép nâng cao độ chính xác đồng bộ hóa và độ chính xác tốc độ / vị trí

Hình 2 9 Sơ đồ khả năng cải thiện độ chính xác của SSCNETIII so với SSCNET

2.8 Lý thuyết đồng bộ

2.8.1 Nguyên tắc chính đồng bộ:

- Module QD77MS sử dụng các hộp số ảo để tính toán chuyển động đồng bộ theo sơ đồ cơ khí ảo như sau:

Hình 2 10 Sơ đồ cơ khí ảo

 Các thành phần chính trong sơ đồ:

Bảng 2 2 Một số thành phần chính được sử dụng chủ yểu của bộ cơ khí ảo

Trục input chính - Dùng để lấy dữ liệu dẫn

động cho các cơ cấu khác

Bánh răng chính - Dùng để thay đổi tỉ lệ vòng

quay để đồng bộ ( tỉ lệ đồng bộ )

Ly hợp - Dùng để khởi động hoặc ngắt vận

hành trục đầu ra

Trục đầu ra –

đĩa cam

- Dùng để đưa dữ liệu ra trục đầu ra

- Sử dụng đĩa cam để xây dựng quãng đường chuyển động của trục đầu ra theo hàm cam

- Trục đầu ra được điều khiển bằng một giá trị feed, mà giá trị feed đó được chuyển đổi bởi hàm cam từ giá trị của trục đầu vào (giá trị mỗi vòng hiện tại của đĩa cam)

- Tuy nhiên, đối với vấn đề của đồ án chỉ cần những thông số sau :

 Main shaft main input axis : trục đầu vào.

 Main shaft gear : hộp số ảo giữa trục đầu vào và trục đầu ra.

 Output axis : trục đầu ra.

 Cam data : dữ liệu hàm cam.

2.8.2 Đĩa cam:

Khái niệm : Đĩa CAM là một cơ cấu dạng đĩa đặt ở trục đầu ra để điều khiển giá trị tín hiệu trục đầu ra dựa trên giá trị tín hiệu trục đầu vào qua hàm cam

Hình 2 11.Khái niệm đĩa CAM

 Nguyên tắc hoạt động đĩa cam: Đĩa cam được hoạt động dựa trên nguyên lý đĩa cam của

cơ cấu xy-lanh là : các thùy cam buộc các van mở bằng cách ấn vào van, hoặc qua một

số cơ cấu trung gian, khi chúng quay Hình dạng các thùy cam được xác định bằng các hàm cam tương ứng.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.1 Phân tích yêu cầu đề bài

 Yêu cầu đề bài

- Yêu cầu của đề bài là thiết kế một bộ máy có khả năng đồng bộ vị trí giữa đầu chỉ ở trục

A và phôi ở trục B trong một khoảng độ dài 400mm

- Đầu chỉ ở trục A có chiều dài 120mm

- Phôi ở trục B có hình dạng hình hộp chữ nhật kích thước 5x10x7mm

 Chọn phương án điều khiển

- Bắt đầu từ khuynh hướng công nghiệp hóa, ta nhận thấy sự chính xác là tối quan trọng Vậy nên chọn phương án điều khiển qua hệ thống PLC là tối ưu nhất

3.2 Thiết kế khung đỡ

 Lựa chọn kích thước đế.

- Để máy có thể chạy được khoảng độ dài 400mm, chọn kích thước độ rộng của đế là

700mm+

- Ngoài ra, do chọn phương án điều khiển là PLC nên ta cần kích thước độ dài của đế vừa

đủ để chứa được phần điều khiển

 Từ 2 điều trên, ta chọn được kích thước đế 740x680x10mm

 Lựa chọn kích thước khung đỡ.

- Kích thước độ rộng của khung đỡ cần ngang với độ rộng của đế, vậy ta chọn 740mm

- Kích thước chiều cao của khung đỡ cần đủ cao để có thể đủ đỡ được 2 trục

 Lựa chọn vật liệu cho khung và đế

- Chọn vật liệu cho phần cơ khí là nhôm Do nhôm nhẹ, có độ bền và tính thẩm mỹ cao, đồng thời không bị gỉ sét và ô-xy hóa

Hình 3 1 Chất liệu nhôm

 Phương pháp gia công khung và đế.

- Chọn mua 2 miếng nhôm có kích thước 740x680x10mm và 250x740x8mm

- Ta chọn phương pháp gia công là khoan lỗ, taro và bắt ốc Vì phương pháp này có độ chắc chắn cao và dễ dàng sửa chữa nếu có sai sót

3.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động

Trục A – trục chứa đầu chỉ có nhiệm vụ đồng bộ với phôi ở trục B

 Theo đề bài, ta cần cơ cấu chuyển động tịnh tiến Hiện nay có vô số các loại cơ cấu chuyển động tịnh tiến Điển hình như :

- Cơ cấu tay quay con trượt

Hình 3.2.Cơ cấu tay quay con trượt

- Cơ cấu bánh răng và thanh răng

Hình 3.3 Cơ cấu bánh răng và thanh răng

- Và rất nhiều cơ cấu khác…

 Tuy nhiên, cơ cấu có độ chính xác cao nhất và được sử dụng rộng rãi nhất là cơ cấu truyền động vít-me đai ốc Mà ở đây ta chọn cơ cấu truyền động vít- me đai ốc bi với những ưu điểm sau :

o Độ chính xác cao, ít ma sát, hiệu quả 95%