LUẬN VĂN ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY

Gồm 1 bộ phát ánh sáng LED phát, một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát bộ thu thường là photodiotde hoặc phototransistor, 1 đĩa quang có khoét lỗ gắn trên trục quay đặt giữa b

Lời nói đầu.

Hiện nay robot được sử dụng ở khắp mọi nơi, trong các ngành công nghiệp nặng, trong các nhà máy lắp ráp ôtô (hàn, sơn, gắp nhả), trong gia đình (robot hút bụi, robot lau bể bơi), trong y khoa, trong quân đội, trong lĩnh vực không gian, thám hiểm đại dương, trong giải trí… Sử dụng robot để thực hiện công việc 4A trong môi trường 4D 4A có nghĩa là: Automation, Augmentation, Assistance, Autonomous 4D

có nghĩa là: Dangerous, Dirty, Dull, Difficult Robot làm việc thay thế cho con người

ở những nơi mà con người có thể gặp nguy hiểm, đồng thời robot có một số phẩm chất làm việc vượt trội mà con người không thể có được

Nhận thấy tầm quan trọng của cánh tay máy robot trong lĩnh vực điều khiển tự động nên chúng em đã tham gia xây dựng đồ án “Điều khiển cánh tay máy” nhằm vận dụng những kiến thức đã học trong việc nghiên cứu và điều khiển tay máy Đồng thời đây cũng là sản phẩm hữu ích cho những sinh viên khóa sau có cơ hội học tập và nghiên cứu về chuyên ngành tự động hóa nói chung và cánh tay máy nói riêng

Vì thời gian thực hiện quá gấp nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót đáng tiếc, kính mong quý thầy cô và các bạn góp ý để đồ án hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến:

Thầy Trần Văn Trinh đã hết sức giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm thực hiện tốt đề tài

Các bạn trong lớp đã giúp đỡ nhóm trong lúc gặp khó khăn

Quang Việt, Văn Đại

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Chữ ký giáo viên:

Th.s Trần Văn Trinh.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

Chữ ký của giáo viên:

Mục Lục

Chương I.

Lý thuyết liên quan.

1 Động cơ DC 7

1.1 Cấu tạo 7

1.2 Nguyên lý hoạt động 9

1.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC 10

2 Encoder 10

2.1 Cấu tạo chính của Encoder 11

2.2 Nguyên lý cơ bản 12

3 Khái quát về họ PLC S7200 của Siemens 13

3.1 Giới thiệu về PLC 13

3.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC S7200, CPU 224 14

3.2.1 Cấu trúc 14

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 15

3.3 Cách kết nối PLC và giao tiếp với máy tính 17

3.4 High Speed Counter (HSC) 19

4.3 Xuất xung tốc độ cao (PWM,PTO) 25

4 Cơ cấu truyền động cơ khí 28

4.1 Bộ truyền đai 28

4.1.1 Nguyên lý 28

4.1.2 Phân loại 28

4.1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 28

4.2 Bộ truyền trục vít 29

4.2.1 Công dụng 29

4.2.2 Phân loại 30

4.2.3 Ưu nhược điểm 30

4.2.4 Phạm vi sử dụng 31

5 Các phần tử khí nén 31

-Chương II Thiết kế và thi công. 1 Tạo biến liên kết trên PCAccess 35

2 Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCC 7.0 37

2.1 Chọn biến và kết nối với PLC 37

2.2 Thiết kế giao diện cho wincc 38

3 Thiết kế phần cứng 40

3.1 Khối nguồn 40

3.2 Khối chọn chiều quay thuận, ngược cho các Motor 41

3.3 Khối chọn các ngõ vào PWM từ PLC tới cầu H 42

3.4 Khối điều khiển cho các cầu H 42

3.5 Khối cầu H 44

3.6 Khối xác định điểm gốc cho cách tay 46

3.7 Khối Encoder 46

3.8 Khối báo động các điểm giới hạn của các khâu 47

4 Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển 48

5 Chương trình phần mềm (xem phần phần phụ lục) 51

-Chương III Kết quả đạt được, nhược điểm, khắc phục và hướng mở rộng phát triển. 1 Kết quả đạt được 52

2 Khuyết điểm 52

3 Hướng khắc phục 52

4 Mở rộng vấn đề và hướng phát triển của đề tài 52

-Phụ lục 1 Chương trình PLC 54

2 Phương trình động lực học cánh tay robot 72

cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.

Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạtđộng với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điệnmột chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầuthay đổi tốc độ trong phạm vi rộng ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dândụng chỉ hoạt động với điện áp 24V trở xuống

Hình 1.1 Một số loại động cơ trên thực tế

1.1 Cấu tạo.

Một động cơ DC có 6 phần cơ bản:

 Phần ứng hay Rotor (Armature)

 Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet)

 Cổ góp (Commutat)

 Chổi than (Brushes)

 Trục motor (Axle)

 Bộ phận cung cấp dòng điện DC

Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dâyquấn kích thích) Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay Đối với động cơcông suất nhỏ, người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều

Rotor ( còn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh

để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng Điện áp một chiều được đưa vào phầnứng qua hệ thống chổi than – vành góp

Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiềudòng điện trong cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (mộtnửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương)

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

E = K Φ W (1)

V = E + Ru.Iu (2)

M = K Φ Iu (3)Với:

 E: sức điện động cảm ứng (V)

 Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb)

 Iu: dòng điện phần ứng (A)

 V : Điện áp phần ứng (V)

 Ru: Điện trở phần ứng (Ohm)

 W : tốc độ động cơ (rad/s)

M : moment động cơ (Nm)

 K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ.

90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính Tương tácgiữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành momen điện từ Do đóphần ứng sẽ được quay quanh trục

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC

Momen điện từ được tính theo công thức:

Trong đó: p: số đôi cặp cực

n: số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ

a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng

k: hệ số kết cấu của máyTrong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiềuphiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục vàhầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to

1.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC.

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện ápđặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Có nhiều phương pháp để thay đổitốc độ động cơ DC, ở đây ta sử dụng phương pháp điều khiển thông dụng nhất làkiểu điều biến độ rộng xung (PWM), có nghĩa là ta cấp áp cho động cơ dưới dạngxung với tần số không đổi mà chỉ thay đổi Ton và Toff.

Từ (1),(2) (3) suy ra:

W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4)

Theo (4) : khi Iu không đổi (tức Moment không đổi) và Φ không đổi thì Wthay đổi "tuyến tính" theo V (thực tế thì không hoàn toàn tuyến tính theo đườngthẳng được)

Hình 1.4: Điều khiển động cơ bằng PWM

Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áptrung bình (VAV) Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạchnhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ Như vậy vớiđiện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình

là 25V VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và Toff

Như vậy, tốc độ động cơ sẽ thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung

2 Encoder.

và chiều quay của thiết bị, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết

đĩa có khắc vạch sáng tối quay giữa nguồn sáng và phototransistor (đối với encoderquang) hoặc là hiện tượng cảm ứng điện từ (đối với encoder từ) Ở đây ta chỉ đề cập

tới encoder quang Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder và incrementalencoder Tạm dịch là encoder tuyệt đối và encoder gia tăng Ở đây ta chỉ nghiên cứu

về loại incremental encoder

Hình 1.5: Một số loại encoder trên thị trường

2.1 Cấu tạo chính của Encoder.

Gồm 1 bộ phát ánh sáng (LED phát), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng

từ bộ phát (bộ thu thường là photodiotde hoặc phototransistor), 1 đĩa quang có khoét

lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quay này sẽ đượcgắn với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ

Hình 1.6: Cấu tạo thực tế của encoder

Hình 1.7: Cấu trúc đĩa và mắt đọc

Một encoder thường có các dây sau:

 Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder

Hình 1.8: Dạng sóng ngõ ra của LED thu

Ngoài ra một số encoder còn có dây pha z, ta thu được một xung từ pha z khiđĩa encoder quay 1 vòng

Hình 1.9: Cấu tạo đĩa quay trong encoder

2.2 Nguyên lý cơ bản.

Encoder thực chất là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có các lỗ(rãnh) 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, đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có, hoặckhông có ánh sáng chiếu qua, ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không

360 0

A B

Z

Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1 Số lỗ trênđĩa sẽ quyết định độ chính xác của thiết bị đo Ví dụ có 1 lỗ tức là khi quay được 1vòng thì bộ thu sẽ thu được 1 xung, nếu đĩa khoét N lỗ có nghĩa 1 vòng thu được Nxung Như vậy khi đo tốc độ, ta đếm số xung trong 1 đơn vị thời gian, từ đó tínhđược số vòng trên 1 đơn vị thời gian (hoặc có thể đo chu kì xung) Nếu đo tốc độcao thì số lỗ khoét càng nhiều càng chính xác.

Thông thường, một PLC được cấu tạo bởi 7 module phần cứng sau: Modulenguồn, module đơn vị xử lý trung tâm, module bộ nhớ chương trình và dự liệu,module đầu vào, module đầu ra, modul phối ghép, module chức năng

 Khối xử lý ( CPU ) có công dụng xử lý chương trình cài đặt trên PLC.

 Khối bộ nhớ ( Memory ) lưu trữ chương trình và dữ liệu, bao gồm:

* Bộ nhớ chương trình ( Program Memory ) dùng để chứa chươngtrình cài đặt trên PLC

* Bộ nhớ dữ liệu ( Data Memory ) dùng để cung cấp các vùng nhớtrống có tác dụng hỗ trợ cho chương trình vận hành ( User Memory )

 Khối nguồn ( Power Supply ) có công dụng cung cấp nguồn cho hệthống

Panel

lập trình,

Bộ nhớ

dữ liệuNguồn

Đơn vị

xử lý trung tâmKhối ngõ vào

Khối ngõ vào

Quản lýviệcphốighép

Hình 1.12: Cấu trúc của PLC.

 Đối với loại CPU 224 DC/DC/DC:

 Điện áp cấp cho nguồn: 24VDC

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới cácthiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vàochương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ xử lý và các modul vào ra thôngqua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phéptruyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Làm bộ định thì cho các kênh trạng thái IN/OUT

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi cácRelay

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/

O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra họatđộng nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Thực hiện chương trình:

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòngquét ( scan ) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùngđệm, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chươngtrình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc END Sau giaiđoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòngquét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm tới các cổng ra.

Hình 1.14: Chu kỳ quét của PLC

3.3 Cách kết nối PLC và giao tiếp với máy tính.

Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC trong quá trình Download hoặc Upload cho PLC, trước tiên ta phải chọn cổng giao tiếp:

 Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB

 Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của máy tính

Để chọn cổng giao tiếp, vào mục Communication, chọn Set PG/PC Interface.

3.Truyền thông và tự kiểm tra lỗi.

4.Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra ngoại

vi.

Hình 1.23 Liên kết PLC với máy tính.

Sau đó chọn Properties của PC/PPI cable (PPI)

Trong Tab PPI: chọn đúng tốc độ Bauds ở phần Transmission Rate:

Sau khi chọn cổng COM, bước kế tiếp ta phải chọn địa chỉ PLC, thôngthường địa chỉ mặc định của PLC là 2, nếu địa chỉ PLC khác 2 thì ta phải chọn địachỉ trước khi thực hiện việc Communication.

Trường hợp nếu không biết địa chỉ PLC ta thực hiện như sau:

Vào phần Communication, chọn Search all baud rate sau đó double click vào

phần double-click to refresh khi đó chương trình sẽ tự nhận địa chỉ PLC.

Sau khi chọn xong cổng Com cũng như địa chỉ PLC,

ta thực hiện việc Download cũng như Upload

Chọn mũi tên xuống cho việc Download,mũi tên lên

cho việc upload

Ngoài ra việc Communication còn có thể thực hiện bằng cách:

Vào CPU click chuột phải, chọn Type

Chọn Read PLC, nếu liên thông được thì chương trình

có thể đọc được loại PLC, còn không thì nó sẽ báo, ta phải

chọn lại cổng COM cũng như địa chỉ PLC trong phần

Communications

3.4 High Speed Counter (HSC).

Để đọc xung tốc độ cao (HSC), ta cần phải thực hiện các bước cho vệc địnhdạng Wizard Ta vào Tools và chọn Intruction Wizard…

Hình 1.27 Thiết lập High Speed Counter (1)Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter:

Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…)

Hình 1.28 Thiết lập High Speed Counter (2)

Tuỳ từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều Mode đọc xung tốc độ caokhác nhau, có tất cả 12 Mode đọc xung tốc độ cao như sau:

 Mode 0,1,2 : Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit

nội

Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép

chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng nhưReset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài

Hình 1.15: Giản đồ xung Mode 0, 1, 2

Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có

thể chọn từ ngõ vào input

Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm,có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép

chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng nhưReset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài

Hình 1.16: Giản đồ xung Mode 3,4 và 5

tăng và một xung đếm giảm

Mode 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.

Mode 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn

bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng như Reset làcác ngõ Input chọn từ bên ngoài

Hình 1.17: Giản đồ xung Mode 6, 7, 8

Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo

chiều thuận, và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

Hình 1.18: Giản đồ xung Mode 9, 10,11 khi nhân 1

Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo

chiều thuận, và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

Hình 1.19: Giản đồ xung Mode 9, 10,11 khi nhân 4.

Mode 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.

Mode 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.

Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn

bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng như Reset làcác ngõ Input chọn từ bên ngoài

Các Bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC:

- HDEF Control Bits(used only when HDEF is executed).

Chọn mức tích cực cho việc reset, start và chế độ đếm

HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description

SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0

Active level control bit for Reset**:

0 = Reset active high

1 = Reset active low

SM47.1 SM57.1

Active level control bit for Start**:

0 = Start active high

1 = Start active low

SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2

Counting rate selection for Quadrature counters:

0 = 4x counting rate

1 = 1x counting rate

- SM Control Bits for HSC Parameters.

Chọn hướng đếm tăng hay giảm, cập nhật hướng đếm hay không, cho phép cập nhật giá cài đặt ban đầu hay không, cho phep cập nhật giá trị hiện tại hay không, cho phép HSC hoạt động hay không.

- Các bit trang thái:

Các Bit trạng thái cho các HSC: HSC0, HSC1, HSC2, HSC3, HSC4, HSC5.

4.3 Xuất xung tốc độ cao (PWM,PTO)

CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1), dùng cho việc điềurộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài

Việc điều rộng xung được thực hiện thông qua việc định dạng Wizard Có 2cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ lệ(PWM)

Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PTO) trước hết ta phải thực hiện cácbước định dạng sau:

- Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình

- Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1

- Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:

Result of executing the PLS instruction

Time Base Pulse Count Cycle

Time

16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load

16#84 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load

16#85 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load Load

16#89 Yes PTO Single 1 ms/cycle Load

16#8C Yes PTO Single 1 ms/cycle Load

16#8D Yes PTO Single 1 ms/cycle Load Load

16#A0 Yes PTO Multiple 1 µs/cycle

16#A8 Yes PTO Multiple 1 ms/cycle

Các Byte sử dụng cho việc định dạng: SMB67 (cho Q0.0), SMB77 ( cho Q0.1).

Ngoài ra:

Q0.0 Q0.1 Chức năng

SMW68 SMW78 Xác định chu kì thời gian

SMW70 SMW80 Xác định chu kì phát xung

SMD72 SMD82 Xác định số xung điều khiển

Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PWM) trước hết ta phải thực hiện các bướcđịnh dạng sau:

- Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình

- Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1

Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:

Result of executing the PLS instruction

Cycle Time

16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load 16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load

16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load 16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load 16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load

16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load

Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0), SMB77 ( cho Q0.1).

Ngoài ra để thực hiện được điều xung nhiều trang thái của xung thì còn dùng

nhiều đến lệnh ngắt ATCH:

Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh ATCH

INT : Chương trình ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xảy ra

4 Cơ cấu truyền động cơ khí.

4.1 Bộ truyền đai.

4.1.1 Nguyên lý.

Hình 1.21: Nguyên lý bộ truyền đai

Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát Bộ truyền đai bao gồm haibánh đai: bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 được lắp lên hai trục và dây đai 3 bao quanh cácbánh đai Tải trọng được truyền đi nhờ vào lực ma sát sinh ra giữa bánh đai và dâyđai Muốn tạo ra lực ma sát này, cần phải căng đai với lực căng ban đầu 2F0

4.1.2 Phân loại.

Theo tiết diện ngang dây đai, ta phân ra: đai dẹt, đai hình thang, đai hìnhlược, đai tròn Ngoài ra còn sử dụng đai răng truyền tải trọng nhờ vào sự ăn khớpgiữa các răng trên đai và bánh đai Trong thực tế có thể sử dụng đai hình lục giác

Bộ truyền đai thang, đai hình lược chỉ truyền động giữa các trục song song cùngchiều Theo kiểu truyền động, bộ truyền đai dẹt và tròn được phân ra: truyền độnggiữa các trục song song cùng chiều, truyền động giữa các trục song song ngượcchiều, truyền động giữa các trục chéo nhau

Hình 1.22: Phân loại đai

a) Đai dẹt b) Đai thang c) Đai tròn

4.1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng.

Bộ truyền đai là một trong những bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất vàhiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi

So với các bộ truyền cơ khí khác, bộ truyền đai có các ưu điểm sau:

 Có thể truyền động giữa các trục xa nhau

 Làm việc êm và không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, do đó có thể truyềnchuyển động với vận tốc lớn

 Tránh cho các cơ cấu không có sự giao động lớn sinh ra do tải trọngthay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi của đai.

 Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quátải

 Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành hạ

Nhược điểm của bộ truyền đai:

 Kích thước bộ truyền lớn

 Tỷ số truyền khi làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai

và bánh đai, ngoại trừ đai răng

 Tải trọng tác động lên trục và ổ lớn do ta phải căng đai với lực căngban đầu 2F0

 Tuổi thọ thấp

Bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi nhất, đai dẹt ngày càng ít sử dụng.Đai tròn sử dụng trong các bộ truyền có công suất thấp Đai răng và đai hình lượcngày càng được sử dụng nhiều

Hình 1.23: Bộ truyền đai răng

Đai răng tương tự như đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang, hoặchình tròn, trên các bánh đai có các rãnh tương ứng Bộ truyền đai răng làm việc nhờvào sự ăn khớp giữa đai và các răng, làm việc với vận tốc tối đa 80m/s và tỉ sốtruyền umax=30

Ưu điểm của bộ truyền đai răng:

 Kích thước bộ truyền nhỏ

 Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

 Tỷ số truyền lớn, thông thường u ≤ 12, có thể đến 20

 Hiệu suất cao

 Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ

 Công suất truyền lớn

4.2 Bộ truyền trục vít.

4.2.1 Công dụng.

Hình 1.24: Bộ truyền trục vít – bánh vít.

Bộ truyền trục vít – bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loạitruyền động răng – vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít Bộ truyền trục vítdùng để truyền chuyển động và công suất cho hai trục chéo nhau Thông thường gócgiữa hai trục là 900

Truyền động trục vít – đai ốc, khi vít quay và cố định chiều dọc trục thì đai

ốc chuyển động tịnh tiến, trong bộ truyền trục vít thì bánh vít xem như đai ốcchuyển động quay

Vì có khả năng tự hãm nên chuyển động và công suất được truyền từ trục vítsang bánh vít

 Ưu điểm: tỷ số truyền lớn, làm việc êm, không ồn, có khả năng tựhãm, có độ chính xác động học cao.

 Nhược điểm:

 Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có vận tốc trượt lớn nênphải tính nhiệt cho bộ truyền trục vít và kèm theo các biện pháp làmnguội

 Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu để giảm ma sátnên đắt tiền

4.2.4 Phạm vi sử dụng.

Bộ truyền trục vít có hiệu suất thấp (khoảng 70-80%) nên chỉ sử dụng trongphạm vi công suất thấp và trung bình Do tỷ số truyền lớn nên bộ truyền trục vítđược sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu phân độ Vì có khả năng tự hãm nên bộtruyền trục vít được sử dụng phổ biến trong các máy nâng như cần trục, tời Tỷ sốtruyền của bộ truyền trục vít một cấp nằm trong khoảng 8-63 có khi đến 80 Trongmột số trường hợp dùng bộ truyền hai cấp, tỷ số truyền có thể đến 1000

5 Các phần tử khí nén.

lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thànhnăng lượng khí nén và nhiệt năng

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộphận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khínén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và côngsuất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vàophương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khíđến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấphành

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:

* Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhàmáy)

* Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dâychuyền hoặc trong máy móc thiết bị)

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở haythay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén

Hình 1.26: Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều.

* Ký hiệu của van đảo chiều.

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cáio,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …

Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoàivào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’ Đối vớivan có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải

10

Cửa xả khí không có mối nối cho ống

dẫn

2(A)4(B)

5(S)

1(P)

3(R)

Nối với nguồn khí nén

Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

14(Z)

Cửa nối điều khiển 12(Y)Cửa nối điều khiển

Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4

Hình 1.27: Kí hiệu cửa xả

khí

Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:

Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2

Trong đó: 5 : chỉ số cửa

2 : chỉ số vị trí

Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:

Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1 Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn Khi cuộn

Y có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị trí 1, cửa P nối với cửa R Khi cuộn Y mấtđiện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vị trí ban đầu

Ưu nhược điểm của khí nén:

Ưu điểm:

 Không gây ô nhiễm môi trường

 Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khínén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp

R

1 0PY

 Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.

Nhược điểm:

 Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

 Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn

 Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh

Chương II Thiết kế và thi công.

1 Tạo biến liên kết trên PCAccess.

Vì trong WinCC không có sẵn Driver để liên kết với PLC S7-200, nên để cóthể liên kết S7_200 với phần mềm Wincc ta phải tạo các biến liên kết trên phầnmềm PC Access

Trước tiên, ta mở chương trình PCAccess ra Để tạo ra một file mới ta nhấpchọn File -> New Để tạo ra các biến liên kết với Wincc, trước hết ta phải thiết lậpDriver cho S7-200 bằng cách ta nhấp chuột phải vào MicroWin(Com1) chọnNewPLC

Lúc này ta thiết lập địa chỉ của PLC cần liên kết

Tiếp theo ta tạo các biến động bằng cách nhấp chuột phải vào vùng khoảng trắng chọn New =>Item…

Tại đây ta đặt tên biến và vùng địa chỉ cần truy xuất.

Ta thực hiện như thế với tất cả các biến cần liên kết, cuối cùng ta được các biến liên kết như sau

2 Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCC 7.0.

2.1 Chọn biến và kết nối với PLC.

Sau Khi khởi động WinCC 7.0, ta sẽ chọn File -> New Tiếp theo ta chọn Single-User Project và nhấp chọn OK

Ở đây ta sẽ chọn thư mục cần lưu và đặt tên thư mục, chẳng hạn DACN Tiếptheo nhấn Create

Trước tiên ta phải chọn Drive để liên kết với PLC bằng cách nhấp chuột phải vào Tag Management và chọn Add New Driver… Ta chọn OPC.chn và nhấp Open

Nhấp chuột phải vào OPC Group và chọn System Parameter.

Chọn Local và chọn S7200.OPCServer

Lúc này, ta thiết lập trạng thái cho các biến, ta chọn Read access và Writeaccess và nhấn Next

Tiếp theo nhấp Browse Server

Kết quả đạt được như sau

2.2 Thiết kế giao diện cho wincc.

Trên cửa sổ WinCCExplorer, nhấp phải mục Graphics Designer, từ menu

xổ xuống nhấp chọn New picture, đổi tên thành Gd Chinh.Pdl bằng cách nhấp phải chọn Rename Picture.

Cách tạo nút lệnh cho chương trình.

Để tạo nút lệnh ta vào cửa sổ Object Palette và chọn Button Sang cửa sổPicture Object ta vẽ xuống vị trí cần đặt

Ta đặt tên cho nút lệnh và nhấn OK

Để liên kết nút lệnh tới một bit trên chương trình của PLC ta mở thuộc tínhcủa nút lệnh chọn sư kiện Event, sau đó nhấp chọn Button-> mouse Ta chọn sự kiệnMouse Action Nhấp chuột phải vào sự kiện này và chọn C-action

Tiếp theo ta sổ mục Internal funtions->tag->set->wait, sau đó nhấp đôi vàoSettagbit Ở bên cột value ta nhấp chọn Tag selection để gán biến sau đó nhấp OK

Cách vẽ đồ thị.

Tại cửa sổ Object palette ta chọn tab Control, trong tab này ta nhấp chọnWinCC Online Trend Control Tiếp theo tại cửa sổ Picture Object ta kéo khối xuốngkhu vực cần vẽ

Ở bên giao diện chính của WinCC ta nhấp đôi chọn Tag Logging TạiArchives ta nhấp phải chọn Archive Wizard Sau đó nhấn Next

Ta nhấp phải vào ProcessValueArchive chọn New Tag…

Ta sẽ chọn biến mà ta cần thể hiện đặc tuyến chẳng hạn P_Setpoint

Tiếp theo ta lại nhấp đôi chọn Tag Logging Tại Archives ta nhấp phải chọnArchive Wizard Ta chọn CompressedArchive và nhấp Finish

Ta nhấp phải CompressedArchive chọn Selection Tag

Lúc này ta sẽ Add tất cả những biến mà ta cần vẽ đồ thị qua và nhấp OK

Ở bên Picture Graphics ta nhấp đôi tại Selection… ta nhấp vào và chọn Setpoint Nếu muốn vẽ nhiều hình trên cùng một đồ thị ta nhấp + và làm tương tự

3.2 Khối chọn chiều quay thuận, ngược cho các Motor.

Trong các khối này ta sử dụng Opto PC817 để cách ly giữa ngõ ra của PLC với board mạch điều khiển, đồng thời chuyển đổi mức điện áp để đưa vào các IC đảo 7414

Khối chọn chiều cho Motor 1

Hình 2.2: Khối chọn chiều cho motor 1

Khối chọn chiều cho Motor 2

Hình 2.3: Khối chọn chiều cho motor 2

Khối chọn chiều cho Motor 3

Hình 2.4: Khối chọn chiều cho motor 3

Khối chọn chiều cho Motor 4