Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Tổng quan về mô hình lưu kho tự động bằng cánh tay Robot - Lựa chọn các cơ cấu, thiết bị cho mô hình - Tính toán động học thuận, nghịch - B
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH LƯU KHO TỰ ĐỘNG BẰNG CÁNH TAY
Giới thiệu chung về kho hàng tự động bằng cánh tay robot
1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa
Nền công nghiệp toàn cầu đang phát triển mạnh mẽ, trong khi ở Việt Nam, việc sản xuất chủ yếu diễn ra theo phương pháp thủ công Điều này dẫn đến việc vận chuyển hàng hóa ra vào kho chủ yếu dựa vào sức người, gây lãng phí không gian và sức chứa của kho hàng Hệ quả là quản lý hàng hóa trở nên kém hiệu quả và chiếm nhiều diện tích đất cho kho bãi.
Trong bối cảnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá hiện nay, sản xuất đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến việc gia tăng hàng hóa để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của xã hội Điều này tạo ra nhu cầu cần thiết cho việc xây dựng các kho hàng hiện đại, nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất và khắc phục những hạn chế của các kho hàng truyền thống.
Hiện nay, trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa đa dạng và phong phú về thiết bị và phương thức thực hiện Chủ yếu, các hệ thống này sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, trong đó, các thiết bị bốc dỡ như máy nâng với người lái đóng vai trò quan trọng trong việc sắp xếp hàng hóa vào kho.
Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:
Các nhà kho truyền thống thường tiêu tốn nhiều diện tích để lưu trữ hàng hóa do phương pháp xếp chồng thủ công, dẫn đến việc lãng phí không gian và gây khó khăn trong việc di chuyển hàng hóa.
Việc không phân loại hàng hóa khác nhau trong kho có thể gây ra hư hỏng hoặc thất lạc, do không được bảo quản đúng cách.
Khi hàng hóa được lưu trữ với số lượng lớn, việc xếp chồng không đúng cách có thể dẫn đến tình trạng dập nát, hư hỏng và giảm chất lượng sản phẩm Do đó, việc bảo quản hàng hóa một cách hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và duy trì giá trị của chúng.
Kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào kho là một thách thức lớn, vì việc thực hiện thủ công không chỉ tốn nhiều thời gian và nhân lực mà còn dễ dẫn đến sai sót.
Sự xuất hiện của hệ thống xếp hàng hóa tự động đã cách mạng hóa việc quản lý và lưu trữ hàng hóa trong kho Những hệ thống này sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, mặc dù việc đầu tư vào trang thiết bị hiện đại đòi hỏi chi phí cao, nhưng đổi lại, hàng hóa được bảo quản tốt hơn, quản lý và kiểm soát dễ dàng hơn, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí nhân công.
Dưới đây là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay:
Hình 1.1 Các thiết bị bốc dỡ hàng cơ bản hiện nay
1.1.2 Tìm hiểu về hệ thống mô hình lưu kho tự động bằng cánh tay robot Đây là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với công nghệ hiện đại, được sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động Hệ thống gồm 2 phần chính: Phần mềm và phần cứng
- Phần mềm gồm có phần mềm quản lý cánh tay robot lấy cất hàng và phần mềm quản lý hàng hóa
- Phần cứng bao gồm các hệ thống giá để, cánh tay robot lấy và xuất hàng, hệ thống vận chuyển hàng hóa
Giải pháp này được xem là lý tưởng cho các kho bãi trong khu công nghiệp nhờ vào những ưu điểm nổi bật và mức đầu tư hợp lý mà nó cung cấp.
Robot xếp hàng hoạt động liên tục 24/7 mà không cần nghỉ ngơi, giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất Quá trình xếp hàng của cánh tay robot diễn ra nhanh chóng, vượt trội so với lao động thủ công, đặc biệt khi xử lý các sản phẩm có kích thước lớn hoặc trọng lượng nặng Nhờ đó, robot xếp hàng không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí cho doanh nghiệp.
- Không sử dụng lao động trong kho: Tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ
Quản lý kho chuyên nghiệp và hiệu quả với phần mềm kết hợp công nghệ QR Code không chỉ giúp giảm chi phí quản lý và nhân công mà còn hỗ trợ doanh nghiệp dễ dàng đạt tiêu chuẩn ISO, tạo ra lợi thế cạnh tranh rõ rệt.
Cánh tay robot xếp hàng được lập trình để sắp xếp sản phẩm một cách chính xác, đảm bảo hàng hóa được đặt đúng vị trí, từ đó ngăn ngừa hư hỏng và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng không gian.
Mô hình nhà kho với khả năng lưu trữ cao và tốc độ thấp rất phù hợp cho các nhà máy sản xuất với năng suất lớn, đặc biệt trong các lĩnh vực như thực phẩm và điện tử.
Hình 1.2 Hình ảnh thực tế kho hàng
Số lượng cánh tay robot trong một nhà kho phụ thuộc vào đặc tính của kho đó Nếu kho tự động yêu cầu lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp, thì số lượng cánh tay robot sẽ ít và hệ thống băng chuyền đơn giản Ngược lại, với kho cần lưu trữ cao và tốc độ nhanh, số lượng robot sẽ nhiều hơn Đối với nhà máy sản xuất một loại sản phẩm, hệ thống băng chuyền chỉ cần phân phối sản phẩm cho các cánh tay robot một cách tối ưu Tuy nhiên, với nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm, hệ thống băng chuyền còn phải thực hiện phân loại sản phẩm vào các khu vực phù hợp.
Cấu trúc cơ bản mô hình lưu kho tự động bằng cánh tay robot
Mô hình lưu kho tự động bằng cánh tay robot là một hệ thống tiên tiến, ứng dụng công nghệ robot để tự động hóa quy trình lưu trữ, vận chuyển và truy xuất hàng hóa trong kho Hệ thống này không chỉ giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả hoạt động mà còn giảm chi phí và tăng cường năng suất làm việc.
Hình 1.3 Ảnh minh họa mô hình lưu kho tự động bằng cánh tay robot
Cấu trúc cơ bản của nhà kho tự động bao gồm băng tải, cánh tay robot xếp hàng tự động và kho chứa hàng, tạo thành một hệ thống lưu trữ hiệu quả.
Nhìn chung kho tự động được cấu thành từ 3 phần:
Hệ thống vận chuyển kho ngày càng đa dạng, phù hợp với yêu cầu công nghệ và loại hàng hóa Hiện nay, nhiều quốc gia đã áp dụng các phương thức vận chuyển tự động trong kho như băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng và máy xếp dỡ, giúp tối ưu hóa quy trình xuất nhập hàng hóa.
Hệ thống băng tải là giải pháp tối ưu cho kho tự động tại siêu thị và công ty dược, giúp vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng Có nhiều loại băng tải, mỗi loại phù hợp với từng loại vật liệu khác nhau, bao gồm cả những loại đặc biệt như chịu nhiệt, dầu, axit, ăn mòn, nước, chống cháy và cường độ cao Đối với nhà máy sản xuất một sản phẩm, băng tải chỉ cần phân phối sản phẩm cho robot Tuy nhiên, trong các nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc, hệ thống băng chuyền còn có chức năng phân loại sản phẩm vào khu vực tích hợp.
Robot và xe tự hành đóng vai trò quan trọng trong hệ thống kho tự động, di chuyển linh hoạt trong không gian kho theo ba trục Chúng thực hiện nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa từ cổng nhập đến các ô trống và lấy hàng từ các ô chứa để đưa ra cổng xuất.
Robot lấy cất hàng có trọng tải thấp được thiết kế đặc biệt cho việc xử lý hộp, thùng và khay Với tốc độ lấy hàng nhanh chóng, robot này mang lại hiệu quả cao trong việc lưu trữ Đối với tải trọng trung bình, robot cũng hoạt động với tốc độ khá nhanh, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc sử dụng pallet.
Hệ thống xuất nhập kho tự động có thể sử dụng nhiều phương thức khác nhau như nhân công, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy tính và camera Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu về phương pháp xuất nhập hàng hóa bằng mã code.
Mã QR, viết tắt của Quick Response code, là loại mã vạch hai chiều có khả năng mã hóa thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả Với thiết kế dạng ma trận, mã QR cho phép máy móc dễ dàng quét và đọc dữ liệu được lưu trữ bên trong.
Mã code, hay còn gọi là QR code, lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1994 do Denso Wave, một công ty con của Toyota, phát triển QR code thường có hình dạng các chấm đen trên nền trắng và được sử dụng để chứa thông tin như thời gian, địa điểm sự kiện, URL, giới thiệu sản phẩm và thông tin tài khoản thanh toán.
Mã QR code cho phép quét và đọc nhanh chóng nhờ vào các thiết bị điện tử như máy đọc mã vạch và smartphone có camera Sự tiện lợi này đã khiến mã QR ngày càng phổ biến trong cuộc sống hiện đại.
Các nghiên cứu cho thấy con người thường gây ra ít nhất một lỗi trong khoảng
Việc nhập số liệu vào máy 200 lần có thể dẫn đến nhiều sai sót, nhưng khi sử dụng mã vạch và máy đọc mã vạch, tỷ lệ sai sót chỉ còn 1 trên 6 triệu Đặc biệt, độ chính xác của mã vạch còn được nâng cao hơn khi dữ liệu được tạo ra và kiểm soát tự động bởi chương trình mà không có sự can thiệp của con người.
Hình 1.4 Mã QR code của một hàng hóa
Công nghệ mã QR đang được ứng dụng hiệu quả trong quản lý kho tự động Mỗi sản phẩm khi nhập kho sẽ được gán một mã QR tương ứng với vị trí lưu trữ trong kho Mã QR này sẽ được máy tính xử lý và truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng vị trí Quá trình xuất hàng cũng diễn ra theo cách ngược lại Việc sử dụng mã QR trong quản lý kho tự động mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tăng cường độ chính xác và hiệu quả trong việc theo dõi hàng hóa.
- Tăng cường khả năng chứa thông tin
- Cải thiện độ chính xác
- Tối ưu hóa việc theo dõi và kiểm kê
- Khả năng tương thích với thiết bị di động
- Bảo mật và kiểm soát tốt hơn
Phần mềm quản lý kho giúp theo dõi thông tin hàng hóa, bao gồm số lượng, loại hàng và vị trí lưu trữ Nó cũng ghi lại lịch sử xuất nhập kho và tự động hóa các hoạt động lưu kho thông qua việc tích hợp với hệ thống điều khiển.
Phần mềm quản lý kho toàn diện giúp người quản lý kiểm soát hiệu quả mọi hoạt động liên quan đến kho Bằng cách theo dõi chặt chẽ số lượng hàng hóa trong kho, phần mềm này giảm thiểu khả năng hàng hóa bị loại bỏ do hết hạn hoặc lưu trữ vượt mức cần thiết.
Tối ưu hóa việc lưu kho là rất quan trọng, với việc kiểm soát liên tục các quá trình nhập và xuất hàng thông qua phần mềm quản lý kho Nhờ vào các điều kiện tối ưu do người sử dụng thiết lập, hàng hóa luôn được lưu trữ ở mức vừa đủ, giúp giảm thiểu tình trạng tồn đọng.
Các yêu cầu của hệ thống
Cánh tay robot cần có độ linh hoạt cao với nhiều bậc tự do để thực hiện các thao tác phức tạp như nâng, xoay và di chuyển hàng hóa một cách chính xác.
Cánh tay robot có khả năng nâng và di chuyển hàng hóa với trọng lượng đa dạng, đồng thời yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy cao để giảm thiểu lỗi và hỏng hóc trong quá trình hoạt động.
+ Cảm biến nhận diện hàng hóa: Sử dụng camera để nhận diện và theo dõi hàng hóa bằng mã vạch, mã QR, …
+ Cảm biến vị trí: Định vị chính xác vị trí của robot và hàng hóa trong kho
- Phần mềm quản lý kho:
+ Tích hợp: Phần mềm cần tích hợp với hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp và các hệ thống quản lý khác của doanh nghiệp
+ Theo dõi thời gian thực: Cung cấp thông tin thời gian thực về vị trí, trạng thái và số lượng hàng hóa trong kho
+ Tự động hóa quy trình: Hỗ trợ tự động hóa các quy trình như nhập kho, xuất kho, kiểm kê và vận chuyển hàng hóa
+ Thiết kế tối ưu: Kho cần được thiết kế và bố trí để tối ưu hóa đường đi và hoạt động của cánh tay robot
+ An toàn: Đảm bảo không gian hoạt động an toàn cho robot và con người, bao gồm các biện pháp phòng ngừa tai nạn
+ Đào tạo: Nhân viên cần được đào tạo để vận hành, bảo trì và xử lý sự cố của hệ thống robot
+ Giám sát: Có nhân viên giám sát để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng và can thiệp khi cần thiết
1.3.3 Yêu cầu về an ninh và an toàn
+ An ninh mạng: Bảo vệ hệ thống trước các mối đe dọa an ninh mạng, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và thông tin hàng hóa
+ Quản lý quyền truy cập: Kiểm soát quyền truy cập vào hệ thống để ngăn chặn truy cập trái phép
+ Cảm biến an toàn: Cánh tay robot cần được trang bị các cảm biến an toàn để ngừng hoạt động khi phát hiện nguy cơ va chạm
+ Hệ thống cảnh báo: Có hệ thống cảnh báo và dừng khẩn cấp để đảm bảo an toàn cho con người và hàng hóa
1.3.4 Yêu cầu về tích hợp và mở rộng
+ Mở rộng quy mô: Hệ thống cần có khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của doanh nghiệp
Khả năng tích hợp với các hệ thống tự động hóa và quản lý khác trong doanh nghiệp giúp tối ưu hóa toàn bộ chuỗi cung ứng, nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu chi phí.
Đề xuất mô hình thiết kế
Hình 1.5 Mô hình đề xuất
LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU, THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH
Tổng quan về PLC FX5U của Mitshubishi
2.1.1 Giới thiệu chung về bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controller)
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là thiết bị điện tử bán dẫn có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển logic thông qua chương trình, thay thế cho các mạch logic truyền thống sử dụng rơ le.
PLC, hay Bộ điều khiển lập trình, là một hệ vi xử lý tương tự như máy tính số, với ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng cho người điều khiển Nó được ứng dụng chủ yếu trong các bài toán điều khiển logic Hệ thống này bao gồm bộ vi xử lý thực hiện các phép tính số học và logic, cùng với các thành phần như bộ nhớ và cổng vào/ra.
PLC là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất, tích hợp với hệ thống điều khiển để thực hiện điều khiển trực tiếp các quá trình kỹ thuật Chúng hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao và độ ẩm lớn, đồng thời cần thiết cho người vận hành trực tiếp Do đó, PLC được thiết kế với tiêu chuẩn đặc biệt về độ bền, tính module hóa cao và ngôn ngữ lập trình thân thiện với người sử dụng.
PLC là thiết bị điều khiển quan trọng trong sản xuất, gần gũi với các thiết bị và cơ cấu chấp hành Các PLC hiện đại hiện nay không chỉ thực hiện chức năng điều khiển mà còn tích hợp tính năng xử lý thông minh, quản lý dữ liệu và mở rộng khả năng xử lý ngắt Bên cạnh đó, PLC cũng đóng vai trò thu thập và xử lý dữ liệu trong hệ thống SCADA, cũng như là một phần thiết yếu trong các hệ điều khiển phân tán (DCS) Do đó, từ góc độ hệ thống, PLC là thành phần cơ bản trong cấu trúc hệ điều khiển.
PLC (Programmable Logic Controller) bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các thiết bị vật lý như nguồn cung cấp, CPU, module vào/ra và các thiết bị phụ trợ, được lắp ghép để tạo thành cấu hình vật lý của hệ thống Phần mềm gồm hệ điều hành do nhà sản xuất cung cấp và chương trình ứng dụng do người dùng lập trình bằng ngôn ngữ của PLC để thực hiện thuật toán điều khiển Mối liên hệ giữa phần cứng và phần mềm là rất chặt chẽ; chương trình ứng dụng được thiết lập dựa trên cấu hình vật lý cụ thể, trong khi hệ thống chỉ thực hiện đúng thuật toán điều khiển nếu chương trình được thiết kế phù hợp với cấu hình đó.
Tính ưu việt của PLC
- Việc sử dụng PLC thay thế các bộ điều khiển logic nối dây đem lại các lợi ích căn bản
Bộ điều khiển logic nối dây có đặc điểm chung là các phần tử logic được cấu thành từ các phần tử vật lý, thực hiện hàm điều khiển qua sơ đồ nối các phần tử bằng dây dẫn vật lý Hệ thống này chỉ có thể thực hiện một hàm điều khiển nhất định, và để thay đổi hàm điều khiển, cần phải thay đổi cấu trúc của hệ, thể hiện tính không mềm dẻo của nó Đối với các hệ thống phức tạp với nhiều phần tử, tính không mềm dẻo này trở thành một nhược điểm lớn Tuy nhiên, bộ điều khiển logic nối dây lại rất phù hợp cho các hệ thống đơn giản, ít phần tử và có công suất lớn.
- Đặc điểm của PLC là các phần tử logic được định nghĩa bằng chương trình và thực hiện hàm điều khiển bằng chương trình (hình dưới)
Hình 2.1 Sơ đồ hệ điều khiển logic dùng PLC
Trong sơ đồ này, các module vào và ra là thiết bị kết nối với các phần tử logic bên ngoài Chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép PLC thực hiện tuần tự các lệnh để điều khiển các thiết bị, tương tự như sơ đồ điều khiển kiểu nối dây.
PLC đã thay thế các mạch logic nối dây bằng mạch logic lập trình được, cho phép cắt, chèn và thêm phần tử một cách dễ dàng Việc điều chỉnh tham số và thay đổi chương trình điều khiển thường xuyên diễn ra khi sản phẩm hoặc công nghệ thay đổi Hệ thống điều khiển logic dùng PLC có thể thực hiện nhiều hàm điều khiển khác nhau mà không cần thay đổi cấu trúc vật lý, thể hiện tính mềm dẻo cao của PLC Tính năng này giúp PLC hoạt động hiệu quả trong các hệ phức tạp, đồng thời mang lại độ tin cậy, tiết kiệm năng lượng và dễ dàng mở rộng Tuy nhiên, PLC có hạn chế về tốc độ tác động và chỉ tạo ra tín hiệu điều khiển công suất nhỏ Một ưu điểm nổi bật là khả năng mô phỏng trong thiết kế hệ thống, cùng với chức năng truyền thông, PLC có thể kết nối với các bộ điều khiển khác và hệ thống máy tính để thực hiện các chức năng điều khiển phân tán và giao diện máy- người.
The basic structure of a PLC (Programmable Logic Controller) consists of several key components: the central processing unit (CPU), input/output modules, a power supply unit, and a programming device.
Chương trình được lập trình và nạp vào bộ nhớ của PLC, trong khi các module vào/ra (I/O) kết nối PLC với các thiết bị bên ngoài (thiết bị trường) Các cổng vào nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào như phím bấm, công tắc hành trình và cảm biến, sau đó chuyển đổi thành dữ liệu Ngược lại, các module ra kết nối PLC với thiết bị đầu ra, chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành như rơ le, van và đèn Sơ đồ kết nối các thiết bị I/O với các module vào/ra được minh họa trong hình dưới đây.
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của PLC
Trong hệ thống PLC, có hai loại cổng vào/ra: loại cố định và loại module hóa Cổng vào/ra cố định thường được sử dụng cho PLC cỡ nhỏ, gắn liền với khối CPU và không thể thay đổi vị trí, với ưu điểm là chi phí thấp Tuy nhiên, để mở rộng cổng vào/ra, người dùng cần trang bị thêm khối mở rộng Ngược lại, loại module hóa là cấu trúc tiêu chuẩn trong hầu hết các trường hợp, cho phép tháo lắp và thay đổi vị trí dễ dàng trên các khe cắm và rãnh Cấu trúc này, bao gồm cả các đầu nối, tạo thành bảng mạch Bus, cho phép lắp đặt các khối nguồn, CPU, module vào/ra và module mở rộng, đồng thời thực hiện trao đổi thông tin hiệu quả.
Hình 2.3 Sơ đồ module vào (a) và module ra (b)
Khối nguồn cung cấp điện một chiều cho các thiết bị lắp đặt trên bảng mạch Bus, và công suất của khối nguồn được chọn dựa trên cấu hình hệ thống Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, nguồn cung cấp này không phù hợp với các thiết bị trường, dẫn đến việc các thiết bị này thường được cấp điện bằng nguồn ngoài riêng.
Khối CPU được xem là bộ não của PLC, với hạt nhân là bộ vi xử lý quyết định tính chất và khả năng của PLC, bao gồm tốc độ xử lý và khả năng quản lý các quá trình vào/ra CPU thực hiện chương trình lưu trữ trong bộ nhớ chương trình, đưa ra các quyết định và trao đổi thông tin với các thiết bị bên ngoài qua các cổng vào/ra.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản của PLC dựa trên vòng quét chương trình, thực hiện theo quy trình quét vòng (Scan) Mỗi vòng quét (Scan Cycle) bao gồm ba giai đoạn cơ bản, như được minh họa trong hình dưới đây.
Trong giai đoạn đầu tiên của chương trình PLC, thiết bị sẽ đọc trạng thái tín hiệu từ các module đầu vào và gửi thông tin này vào vùng dữ liệu đầu vào để thực hiện chương trình.
Bộ điều khiển động cơ bước
Mạch điều khiển động cơ hay driver là thiết bị hỗ trợ lập trình để điều chỉnh các thông số của động cơ, bao gồm động cơ bước và servo Cụ thể, nó cho phép thay đổi điện áp và dòng điện tại các cổng, từ đó điều chỉnh xung và góc quay nhỏ nhất của động cơ Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng mạch điều khiển động cơ bước TB6600 với thông số 4.0A và điện áp từ 9 đến 42VDC.
Mạch điều khiển động cơ bước TB6600 là một module mạnh mẽ, có khả năng điều khiển động cơ bước với dòng điện tối đa lên đến 4A và dải điện áp từ 9V đến 42V.
DC là giải pháp phổ biến cho các hệ thống cần điều khiển chính xác động cơ bước, như máy CNC, máy in 3D và các ứng dụng tự động hóa khác.
Hình 2.7 Bộ điều khiển động cơ bước
- Điện Áp Đầu Vào: 9V đến 42V DC
- Dòng Ra: Tối đa 4A (có thể điều chỉnh qua công tắc DIP)
- Tín hiệu đầu vào có cách ly quang, tốc độ cao bằng opto
- Có thế dừng động cơ bằng cách ngưng cấp xung điều khiển
- Chế độ điều khiển bán kép kín giúp cho mạch có thể hoạt động ở những môi trường nghiêm ngặt hơn
- Có chức năng bảo vệ quá nhiệt, quá dòng, sụt áp
- Có thể điều khiển động cơ bước 2 pha quay và đảo chiều quay, có thể hoạt động ở chế độ vi bước (1/2; 1/4; 1/8; 1/16 bước)
- VCC: Cực dương của nguồn cấp (9V-42V)
- GND: Cực âm của nguồn cấp
- A+, A-: Cuộn dây A của động cơ bước
- B+, B-: Cuộn dây B của động cơ bước
- EN+ / EN-: Khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay lại nữa
- DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V)
- DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-)
- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tộc độ (+5V)
- PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-)
Hình 2.8 Kết nối Driver với PLC và động cơ bước
Cài đặt và ghép nối Driver: Trên Driver có 6 công tắc dùng để thay đổi thông số dòng điện và số xung
Bảng 2.2 Bảng cài đặt dòng điện trên Driver
I (A) PK Current Switch 4 Switch 5 Switch 6
Bảng 2.3 Bảng cài đặt xung/ số vòng trên Driver
Micro Pluse/Rev Switch 1 Switch 2 Switch 3
NC NC ON ON ON
Động cơ bước
Hình 2.9 Động cơ bước 17PM - K843 - P3VS Điện áp pha: 2.1V
Mô – men xoắn của động cơ bước là 0.23Nm, cho thấy động cơ này hoạt động theo cơ chế quay từng bước, mang lại độ chính xác cao trong điều khiển Các bộ phận chuyển mạch điện tử giúp điều khiển hoạt động của động cơ, với các mạch điện từ truyền tín hiệu lệnh vào stato theo thứ tự và tần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, trong khi chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.
Hình 2.10 Kích thước động cơ bước
Arduino UNO R3 là một board mạch vi điều khiển phát triển bởi Arduino.cc, dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Board này bao gồm 14 chân Input/Output digital, trong đó có 6 chân hỗ trợ điều chế xung đầu ra PWM, cùng với 6 đầu vào analog Tần số giao động thạch anh đạt 16MHz, và nó được trang bị kết nối USB, jack cắm nguồn, chân tiêu đề ICSP, và một nút reset Bo mạch này tích hợp đầy đủ tính năng cần thiết để kết nối với các vi điều khiển khác, với nguồn cấp có thể qua USB, pin, hoặc bộ chuyển đổi AC-DC.
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật UNO R3
Chíp điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5 V Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 -12 V Điện áp cấp (giới hạn) 6 - 12 V
Chân I/O digital 14 (có 6 chân xung PWM)
Dòng điện mỗi chân I/O 20mA
Bộ nhớ Flash 32 KB (Atmega328P) trong đó 0.5 KB dùng cho bootloader
Tốc độ xung nhịp 16 MHZ
Hình 2.12 Sơ đồ chân của Atmega328
Các chân I/O digital từ 2 đến 13 trên vi điều khiển được sử dụng để nhập và xuất tín hiệu số thông qua các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Điện áp hoạt động của các chân này là 5V, với dòng điện tối đa cho phép là 20mA; nếu vượt quá 40mA, vi điều khiển sẽ bị hỏng.
Arduino Uno có 6 chân đầu vào analog (A0 – A5) với độ phân giải 10 bit, cho phép đọc tín hiệu điện áp từ 0 đến 5V, tương ứng với 1024 giá trị Để thực hiện việc này, bạn có thể sử dụng hàm analogRead().
PWM: Các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11: Có chức năng cấp xung PWM (8 bit) thông qua hàm analogWrite()
UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và chân 1 (TX)
Có hai cách cấp nguồn chính cho bo mạch Uno: Cổng USB và jack DC
Giới hạn điện áp cấp cho Uno là 6 – 20V Tuy nhiên, dải điện áp khuyên dùng là 7 –
Nguồn cấp điện lý tưởng cho mạch là 12V, nhưng tốt nhất nên sử dụng 9V Nếu nguồn cấp dưới 7V, điện áp tại chân 5V có thể giảm xuống dưới 5V, dẫn đến hoạt động không ổn định của mạch Ngược lại, nếu nguồn cấp vượt quá 12V, có thể gây nóng cho bo mạch hoặc thậm chí làm hỏng thiết bị.
Các chân nguồn trên Uno R3:
- Vin: Chúng ta có thể cấp nguồn cho Uno thông qua chân này Cách cấp nguồn này ít được sử dụng
- 5V: Chân này có thể cho nguồn 5V từ bo mạch Uno Việc cấp nguồn vào chân này hay chân 3.3 V đều có thể phá hỏng bo mạch
- 3.3V: Chân này cho nguồn 3.3 V và dòng điện maximum là 50mA
Động cơ bước 28BYJ 48 – 5V
Động cơ bước 28BYJ-48 là loại động cơ 5V đơn cực, hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện thành chuyển động quay cơ học Nó bao gồm 4 cuộn dây cố định với điện áp định mức +5V, được gọi là stato, tạo ra một vòng xung quanh rotor Với bộ giảm tốc 1/64, động cơ này có khả năng di chuyển chính xác 512 bước trên mỗi vòng quay.
Hình 2.13 Động cơ Step 28BYJ- 48
Bảng 2 5 Thông số kỹ thuật của Step 28BYJ -48 Điện áp hoạt động 5V
Kích thước Đương kính 28mm, chiều cao 19mm, chiều dài trục 7.5mm
Số đầu vào điều khiển step 4
DC kháng 200Ω ± 7% (25℃) Điện trở cách điện > 10MΩ (500V)
Cường độ điện môi > 600VAC/1MA/1S
Tần số khi tải kéo > 600HZ Tần số không tải > 1000HZ
Mô men xoắn > 34.3Mn.m (120HZ) Tiếng ồn < 40Db (120HZ, không tải, 10cm)
Hình 2.14 Sơ đồ nối dây Step 28BYJ - 48
Hình 2.15 Kích thước Step 28BYJ - 48
Module ULN2003
Module ULN2003 là giải pháp hiệu quả để điều khiển động cơ bước, mang lại sự tiện lợi và dễ dàng trong việc điều chỉnh Nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như máy in 3D, máy CNC, robot, và các thiết bị tự động hóa khác.
Module điều khiển động cơ bước ULN2003 tích hợp mạch ULN2003, một bộ khuếch đại dòng điện, giúp nâng cao khả năng cung cấp xung điều khiển cho các động cơ bước.
Module này được thiết kế với các chân kết nối đơn giản, bao gồm hai dãy chân điều khiển IN1 đến IN4 và OUT1 đến OUT4, dễ dàng kết nối với Arduino hoặc các bo mạch điều khiển khác Ngoài ra, module còn có các chân nguồn VCC và GND để cấp điện cho động cơ bước.
Mỗi chân đầu ra của module ULN2003 có khả năng điều khiển một dây cuộn của động cơ bước Bằng cách gửi tín hiệu xung điều khiển đến các chân đầu vào, module này sẽ tạo ra các xung điện áp, giúp điều chỉnh chính xác các bước chuyển động của động cơ.
Module điều khiển động cơ bước ULN2003 có thể hoạt động với nguồn cấp điện
DC từ 5V đến 12V, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của động cơ bước được sử dụng
Hình 2.17 Sơ đồ nối dây ULN2003 với 28BYJ – 48
Cánh tay robot
2.7.1 Giới thiệu về robot tay gắp
Robot tay gắp sản phẩm là thiết bị tiên tiến mô phỏng chức năng của cánh tay con người, nhằm hỗ trợ trong quy trình sản xuất Chúng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp và nguy hiểm, giúp bảo đảm an toàn cho con người trong quá trình làm việc.
Cánh tay robot đóng vai trò quan trọng trong việc cầm nắm và sắp xếp sản phẩm theo chương trình đã được lập trình Nhờ sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, các cánh tay robot ngày càng trở nên đa dạng và tinh vi, tích hợp nhiều chức năng cải tiến vượt trội.
Hình 2.18 Cánh tay robot 2.7.2 Động học thuận
Hình 2.19 Hệ trục tọa độ khâu theo quy tắc DH
Bước 1: Định nghĩa các tham số DH
𝜃 𝑖 là góc quay xung quanh 𝑍 𝑖−1 để cho 𝑋 𝑖−1 trùng với 𝑋 𝑖
𝑑 𝑖 là khoảng cách giữa 2 trục 𝑋 𝑖−1 và 𝑋 𝑖
𝑎 𝑖 là khoảng cách giữa 2 trục 𝑍 𝑖−1 và 𝑍 𝑖
∝ 𝑖 là góc quay xung quanh 𝑋 𝑖 để cho 𝑍 𝑖−1 trùng 𝑍 𝑖
Bước 2: Ma trận biến đổi DH
Ma trận biến đổi DH cho từng khớp được định nghĩa như sau:
] Áp dụng các giá trị của tham số DH
Bước 3: Tính ma trận biến đổi tổng
Ma trận biến đổi tổng từ gốc đến công cụ cuối cùng là tích các ma trận biến đổi từng khớp:
Hình 2.20 Tính tích 3 ma trận bằng Matlab
Phương trình động học thuận
Từ ma trận chuyển đổi DH, ta có vị trí của end-effector trong hệ tọa độ của gốc:
2.7.3 Động học nghịch Để tính động học nghịch (inverse kinematics), chúng ta cần giải các phương trình sau: Giả sử vị trí cuối cùng của robot là [x, y, z]:
Từ vị trí end-effector (x, y, z), chúng ta có thể xác định góc 01 như sau:
To calculate the position of the wrist, we first determine the angle using the formula 𝜃 1 = 𝑡𝑎𝑛 −1 (x y) Next, we isolate the contribution of segment L3 to accurately assess the overall position of the end-effector.
Phương trình động học thuận
Từ ma trận chuyển đổi DH, ta có vị trí của end-effector trong hệ tọa độ của gốc:
Để tính vị trí của wrist trong mặt phẳng XY, công thức được sử dụng là 𝑧 = 𝐿 1 + 𝐿 2 sin(𝜃 2) + 𝐿 3 sin(𝜃 2 + 𝜃 3) Khoảng cách từ gốc đến vị trí chiếu của end-effector lên mặt phẳng XY được gọi là r, và nó là yếu tố quan trọng trong việc xác định tọa độ theo trục x và y.
Từ vị trí end-effector trong mặt phẳng XY:
Công thức 𝑤𝑟𝑖𝑠𝑡 𝑥 = 𝑟 − 𝐿 3 cos(𝜃 2 + 𝜃 3 ) mô tả cách xác định vị trí của wrist trên trục 2 Trong đó, r là khoảng cách từ gốc tọa độ đến vị trí chiếu của end-effector lên mặt phẳng XY Để tính toán vị trí này, ta cần trừ đi đoạn 𝐿 3 cos (𝜃 2 + 𝜃 3 ).
Tính vị trí wrist trong mặt phẳng XZ Để tính vị trí của wrist theo trục 2:
Công thức tính vị trí của end-effector theo trục z được biểu diễn bằng 𝑤𝑟𝑖𝑠𝑡 𝑧 = 𝑧 − 𝐿 1 − 𝐿 3 sin(𝜃 2 + 𝜃 3) Trong đó, z là vị trí của end-effector trên trục z Để xác định vị trí này, trước tiên cần trừ đi L1 để đưa về gốc tọa độ tại khớp thứ hai, sau đó tiếp tục trừ thêm L3sin(𝜃2+ 𝜃3) nhằm xác định chính xác vị trí của wrist trên trục z.
Phương pháp Đại số để Giải Hệ Phương Trình
Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm θ2 và θ3
Vị trí của wrist theo hệ tọa độ của gốc:
Sử dụng định lý cosin:
- Tính vị trí wrist trong mặt phẳng XY và XZ:
Các thiết bị phụ trong mô hình
Cảm biến quang E3Z của Omron là sản phẩm nhỏ gọn và đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào những ưu điểm vượt trội.
Bộ khuếch đại tích hợp sẵn cho phép phát hiện ở khoảng cách lớn lên tới 30m, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau Thiết bị có thời gian đáp ứng nhanh chỉ 1ms và cho phép điều chỉnh độ nhạy thông qua biến trở.
Cảm biến quang Omron E3Z – D61 hoạt động dựa trên nguyên tắc của cặp đèn phát và bộ cảm biến Khi một đối tượng đi qua giữa đèn phát và bộ cảm biến, tín hiệu quang bị gián đoạn, và cảm biến sẽ phát hiện sự thay đổi này để đưa ra tín hiệu ra.
2.8.2 Bộ chuyển đổi điện áp nguồn
- Bộ chuyển đổi điện áp nguồn 24VDC
Nguồn tổ ong 24V, hay còn gọi là bộ nguồn một chiều, được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ 220VAC sang 12VDC, cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoạt động Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và dân dụng, cũng như trong ngành công nghiệp để cấp nguồn cho các thiết bị trong tủ điện.
Hình 2.22 Bộ đổi điện áp nguồn 24VDC
Dải điện áp đầu vào : AC110/220VAC ± 15%
Tần số đầu vào : 50-60Hz Điện áp ra : 24VDC có thể điều chỉnh 5%
Bảo vệ quá tải : >25% công suất định mức
Nhiệt độ hoạt động: 0 ℃ ~ 40 ℃, 10% ~ 90% RH
Cường độ dòng điện tối đa của sản phẩm là 12A, tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho các thiết bị, người dùng nên chỉ sử dụng tối đa 80% khả năng của sản phẩm Vỏ kim loại dạng lỗ tổ ong giúp tản nhiệt hiệu quả, sản phẩm này thích hợp sử dụng trong nhà nhưng không có khả năng chống nước.
- Bộ chuyển đổi điện áp nguồn 5VDC
Hình 2.23 Bộ đổi điện áp nguồn 5VDC
Output: Dòng ra 10A Điện áp: 5v
Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 60 độ C
Trọng lượng chỉ 300g, sản phẩm này có ưu điểm nổi bật như giá thành rẻ, dễ dàng di chuyển và tích hợp vào các thiết bị nhỏ gọn với hiệu suất cao Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tuổi thọ thường không cao và khó sửa chữa khi gặp sự cố.
2.8.3 Hệ thống đèn báo Đèn báo sử dụng trong hệ thống: Đèn báo trạng thái hoạt động
Nút nhấn Start: Là nút nhấn loại thường hở (nút nhấn hoàn nguyên)
Nút nhấn Reset: Là nút nhấn thường hở (nút nhấn hoàn nguyên)
- Nút nhấn Stop: Là nút nhấn thường đóng (nút nhấn hoàn nguyên)
Nút dừng khẩn cấp, hay còn gọi là nút nhấn khẩn cấp, là thiết bị quan trọng dùng để dừng máy trong các tình huống khẩn cấp Người dùng có thể dễ dàng kích hoạt nút Stop bằng cách nhấn hoặc đập tay vào nó Để khôi phục trạng thái ban đầu, chỉ cần xoay nút theo chiều mũi tên.
Một số thông số cơ bản về nút nhấn:
- Chất liệu: Nhựa, kim loại
Hình 2 28 Nút dừng khẩn cấp EMC
Webcam, viết tắt của cụm từ Website camera, là thiết bị quay video kỹ thuật số nhỏ gọn, thường được tích hợp vào máy tính Nó có khả năng ghi hình, chụp ảnh và truyền video chuyển động lên internet theo thời gian thực nhờ phần mềm chuyên dụng.
Webcam với vỏ ngoài chắc chắn giúp bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi độ ẩm, bụi bẩn và khí độc hại, đồng thời đảm bảo chất lượng hình ảnh cao với độ phân giải tốt Ứng dụng của webcam trong ngành sản xuất công nghiệp ngày càng trở nên quan trọng.
- Nhận diện, kiểm tra ngoại dạng sản xuất
- Đo lường, kiểm tra kích thước sản phẩm không cần tiếp xúc
- Kiểm tra kí tự quang học
- Kiểm tra mã vạch sản phẩm
Rơ le trung gian là thành phần quan trọng trong các hệ thống bảo vệ điện và điều khiển tự động, thường có từ 4 đến 6 tiếp điểm, bao gồm cả tiếp điểm thường đóng và thường hở Chúng được sử dụng khi khả năng đóng cắt của rơ le chính không đủ hoặc khi tín hiệu từ rơ le chính cần được phân phối đến nhiều bộ phận khác trong mạch điều khiển.
Trong các mạch điều khiển sử dụng linh kiện điện tử, relay thường được dùng làm phần tử đầu ra để truyền tín hiệu đến các bộ phận phía sau, đồng thời đảm bảo cách ly điện áp giữa mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành.
- Công suất tiêu thụ nhỏ, kết cấu sử dụng đơn giản, tần số đóng cắt của hệ thống tiếp điểm là đủ lớn
Độ bền cơ – điện của các cặp tiếp điểm là yếu tố quan trọng, và số lượng cặp tiếp điểm cần phải phù hợp với nhu cầu sử dụng Trong mô hình này, chúng ta sử dụng relay trung gian với các thông số kỹ thuật như điện áp hoạt động DC 24V và dòng điện làm việc I = 5A.
Việc sử dụng quạt tản nhiệt trong mô hình lưu kho tự động với cánh tay robot không chỉ nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống mà còn cải thiện tính an toàn và hiệu quả hoạt động.
Quạt tản nhiệt trong mô hình đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa quá nhiệt cho các linh kiện như Driver động cơ Step và cảm biến Khi các linh kiện này hoạt động, chúng phát sinh nhiệt, và quạt tản nhiệt giúp duy trì nhiệt độ trong giới hạn an toàn, bảo vệ chúng khỏi hư hỏng do quá nhiệt.
Để duy trì hiệu suất tối ưu cho động cơ Step, việc sử dụng quạt tản nhiệt là rất quan trọng Khi nhiệt độ tăng quá cao, hiệu suất của động cơ có thể bị giảm sút Quạt tản nhiệt không chỉ giúp động cơ hoạt động ổn định mà còn duy trì mô-men xoắn và tốc độ, đảm bảo hiệu quả làm việc lâu dài.
Thống kê thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành trong hệ thống
Bảng 2.6 Thống kê thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành
STT Thiết bị Số lượng
4 Động cơ step 17PM – K843 –P3VS 3
Mô hình sau khi thiết kế xong
Hình 2.33 Mô hình sau khi hoàn thành
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN
Xây dựng mô hình vật lý
Hình 3.1 Bản vẽ cơ khí
Hình 3.2 Bản vẽ cấp nguồn cho bộ đổi nguồn 24V – 5V
Hình 3.3 Bản vẽ cấp nguồn cho PLC FX – 5U – 64MT
Hình 3.4 Bản vẽ INPUT PLC FX 5U – 64MT
Hình 3.5 Bản vẽ OUTPUT PLC FX 5U - 64MT
Hình 3.6 Bản vẽ OUTPUT PLC FX5U – 64MT
Hình 3.8 Bản vẽ Driver với step 1
Hình 3.9 Bản vẽ Driver với step 2
Hình 3.10 Bản vẽ Driver với Step 3
Hình 3 11 Bản vẽ đấu nối động cơ băng tải
Hình 3.12 Bản vẽ cấp nguồn và OUTPUT Arduino c
Hình 3.13 Bản vẽ kết nối ULN2003 với step 28BYJ – 48
3.1.3.1 Lưu đồ thuật giải của PLC
3.1.3.2 Lưu đồ thuật giải của Arduino UNO R3
Thiết kế giao diện điều khiển
3.2.1 Sử dụng MX Component kết nối
MX Component là phần mềm trung gian do Mitsubishi Electric phát triển, có khả năng đồng bộ hóa và liên kết dữ liệu giữa các phần mềm lập trình PLC của Mitsubishi và các phần mềm lập trình khác Phần mềm này hỗ trợ mô phỏng hoạt động của PLC, mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý và điều khiển hệ thống.
Sau khi cài đặt, phần mềm sẽ được lưu trong thư mục MELSOFT dưới tên Communication Settings Utility
Hình 3.14 Biểu tượng của MX Component
Sau khi khởi động, phần mềm hiện ra kết nối như sau:
Hình 3.15 Giao diện sau khi khởi động
3.2.2 Chương trình PLC viết trên phần mềm GX Works3
3.2.2.1 Giới thiệu phần mềm GX Works3
GX Works3 là phần mềm lập trình PLC mới nhất của Mitsubishi, hỗ trợ cho hai dòng PLC FX5U (iQ-F) và iQ-R Phần mềm này không chỉ cho phép thiết lập tham số cho từng module mà còn hỗ trợ lập trình bằng nhiều ngôn ngữ như LAD, FBD, SFC và ST Ngoài ra, GX Works3 còn cung cấp tính năng chẩn đoán lỗi cho từng module, theo dõi chương trình trực tiếp khi PLC kiểm tra tình trạng của hệ thống mạng CC-Link, và cập nhật firmware cho các module.
Các bước tạo một project mới với FX5U:
Bước 1: Khởi động phần mềm GX Works3
Hình 3.17 Khởi động phần mềm
Bước 2: Chọn Project/New để tạo Project mới
Trong cửa sổ New có các lựa chọn sau:
- Series: Chọn dòng PLC cần lập trình FX5UCPU
- Type: Chọn loại PLC cần lập trình là FX5U
- Program Language: Chọn ngôn ngữ lập trình cho PLC
Khai báo xong các thông số chọn OK
Hình 3.19 Giao diện làm việc
Bước 3: Kiểm tra kết nối giữa PC và FX5CPU khi kết nối trực tiếp bằng cáp Ethernet
• Trên Menu bar, click Online và chọn Current Connection Destination
Hình 3.20 Chọn Current Connection Destination
Xuất hiện cửa sổ thiết lập kết nối giữa PC và PLC
Kết nối phía máy tính (PC side I/F) và kết nối phía FX5U (PLC side I/F) được thiết lập thông qua cáp Ethernet, vì vậy cần chọn các tùy chọn tương ứng như hình minh họa dưới đây.
• Nếu kết nối lần đầu thì chọn card mạng như hình dưới
Ban đầu, hệ thống thường mặc định là "Not Specified" Bạn cần chọn lại loại card mạng hiện có trên máy tính Nếu không thấy card mạng, hãy kiểm tra xem máy tính có card mạng hay không hoặc liệu bạn đã cài đặt driver cho card mạng chưa.
• Sau khi chọn đường kết nối xong bấm vào Click Connection Test để kiểm tra kết nối
Hình 3.23 Kiểm tra kết nối
Cửa sổ thông báo sẽ hiển thị kết nối thành công Nếu không thấy thông báo này, hãy kiểm tra lại các bước thực hiện hoặc kiểm tra các thiết bị kết nối như đầu nối và dây nối.
Hình 3.24 Kết nối thành công
Trên thanh công cụ lựa chọn các tiếp điểm, cuộn hút, bus phù hợp để lập trình
Bước 5: Biên dịch chương trình để kiểm lỗi soạn thảo và nạp vào PLC
Trên Menu Bar, click Covert và chọn Rebuild All
Bảng Rebuild All xuất hiện, chọn OK
Sau đó kiểm tra lỗi có xảy ra hay không tại cửa sổ Output
Hình 3.27 Kiểm tra có lỗi hay không
Bước 6: Nạp chương trình vào FX5UCPU, phải chắc chắn đã nối dây Ethernet giữa PLC và PC
Chọn Online ⟹ Write to PLC
Hình 3.28 Chọn Write to PLC
Hình 3.29 Chọn Parameter + Program⟹ Execute
Động cơ bước có khả năng quay theo hai hướng, yêu cầu bộ điều khiển cung cấp hai tín hiệu điều khiển cho driver Có hai chế độ tín hiệu là 1P (bước/hướng) và 2P (CW/CCW) Trong chế độ 1P, tín hiệu điều khiển bao gồm tín hiệu xung và tín hiệu định hướng Khi tín hiệu định hướng bật (ON) và tín hiệu xung xuất hiện, động cơ quay theo chiều kim đồng hồ Ngược lại, khi tín hiệu định hướng tắt (OFF) và có tín hiệu xung, động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ Dãy tín hiệu xung luôn giữ nguyên hình dạng bất kể hướng quay nào được chọn.
Trong chế độ 2P, cả hai tín hiệu được truyền dưới dạng chuỗi xung Chỉ một đầu vào tại một thời điểm có tần số, dẫn đến việc động cơ quay theo hướng mong muốn: nếu có mạch xung CW, động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, còn nếu có mạch xung CCW, động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ Đầu vào nhận chuỗi xung phụ thuộc vào hướng quay cần thiết.
Hình 3.32 Chế độ xung 2P 3.2.2.3 Lệnh phát xung trên PLC Mistubishi FX5U
PLC FX5U hỗ trợ phát xung 4 trục với tốc độ 200KHz
Bảng 3.1 Ngõ vào ra PLC
Phát xung tương đối (DRVI) là phương pháp phát xung kết hợp với lệnh đảo chiều dựa trên giá trị +/- của xung Lệnh này cho phép cài đặt chỉ số hiệu chỉnh sườn dốc khi bắt đầu và chuẩn bị kết thúc lệnh Mỗi lần phát xung, số xung được tính tương đối theo lệnh đã được thiết lập.
Hình 3 33 Lệnh phát xung tương đối
Phát xung tuyệt đối (DRVA) là quá trình xác định các vị trí ban đầu một cách chính xác Số xung sẽ được lưu trữ trong thanh ghi, từ đó giúp xác định vị trí tuyệt đối so với điểm khởi đầu.
Hình 3 34 Lệnh phát xung tuyệt đối
3.2.3 Giao diện thiết kế trên C#
Khi cài đặt MX Component, các thư viện cần thiết để kết nối với PLC Mitsubishi sẽ được tự động thêm vào Visual Trước khi bắt đầu viết chương trình với C# và tạo Form mới, bạn cần thêm thư viện ActUtility vào dự án của mình.
+ Phương trình động học thuận, ngược
+ Truyền nhận giữa PLC và máy tính
3.2.3.1 Phần mềm Visual Studio và C#
Visual Studio là phần mềm hỗ trợ lập trình website hiệu quả, thuộc sở hữu của Microsoft Công cụ này giúp lập trình viên tối ưu hóa quy trình phát triển và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Năm 1997, phần mềm lập trình mang tên mã Project Boston đã được phát triển Sau đó, Microsoft đã kết hợp với các công cụ phát triển khác để tạo ra một sản phẩm duy nhất.
Visual Studio là một hệ thống toàn diện hỗ trợ phát triển ứng dụng, bao gồm trình chỉnh sửa mã, công cụ gỡ lỗi và thiết kế giao diện Người dùng có thể viết code, sửa lỗi và tạo trải nghiệm người dùng tương tự như khi phát triển ứng dụng Xamarin, UWP bằng XAML hoặc Blend.
- Ưu điểm của Visual Studio:
Visual Studio là một công cụ phát triển đa nền tảng, tương thích với các hệ điều hành Windows, Linux và Mac Ngoài ra, nó còn hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như C#, F#, C/C++, HTML, CSS và Visual Basic, mang đến sự linh hoạt cho lập trình viên trong quá trình phát triển ứng dụng.
+ Kho tiện ích mở rộng phong phú
+ Kho lưu trữ an toàn
+ Màn hình đa nhiệm, hỗ trợ viết code, hỗ trợ thiết bị đầu cuối, hỗ trợ Grit,…
C# (C sharp) là một ngôn ngữ lập trình hiện đại, đơn giản và hướng đối tượng, được phát triển bởi đội ngũ kỹ sư của Microsoft vào năm 2000 Ngôn ngữ này được xây dựng dựa trên nền tảng của hai ngôn ngữ mạnh mẽ là C++ và Java.
