Đồ án PLC dieu khien AC DC servo

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢOĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO

M c L c ụ ụ

GIỚI THIỆU CHUNG 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục đích của đề tài 4

3 Phạm vi của đề tài 4

4 Phương pháp nghiên cứu 5

5 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 7

1.1 Giới thiệu về động cơ Servo 7

1.1.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo 7

1.1.2 Cấu tạo và đặc tính của động cơ servo 12

1.2 Giới thiệu về PLC Mitsubishi 19

1.2.1 Giới thiệu chung về PLC 19

1.2.2.Giới thiệu chung về PLC Misubishi 20

1.3 Giới thiệu về nguyên lý điều khiển động cơ secvor 40

1.3.1 Sơ đồ cấu trúc động cơ Ac-Servo 40

1.3.2 Sơ đồ cấu trúc động cơ DC-Servo 41

KẾT LUẬN 47

1 Kết quả đạt được 47

2 Hạn chế đề tài 47

3 Hướng phát triển 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

LỜI CẢM ƠN

Lập trình ứng dụng PLC là một môn học hay và rất lý thú, là những sinh

viên chuyên ngành “Điện - Tự động hóa”, chúng em luôn muốn được tiếp cận

và tìm hiểu sâu hơn nữa về bộ môn này vì đây là cơ hội cho chúng em tìm hiểu thêm về kiến thức thực tế ,củng cố những kiến thức đã học Vì vậy, đồ án môn học về thiết kế, chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt để giúp chúng em kiểm chứng được những lý thuyết đã được học.

Trong đồ án lần này, chúng em đã nhận được đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và

chế tạo mô đun điều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi”.

Trước hết, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy “ Nguyễn Đình Hùng “ đã

trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu và quá trình hoàn thành đồ án.

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy, Cô giáo “ Khoa Điện –

Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” đã trang bị kiến

thức và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình thực tập và nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè,và các bạn cùng lớp đã quan tâm, động viên giúp đỡ chúng em về tinh thần và vật chất trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Bắc Ninh, ngày … tháng … năm 20

Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Hoàng Văn Quân Nguyễn Văn Quang

GIỚI THIỆU CHUNG

thống giao tiếp này, chúng em đã được giao đề tài “thiết kế và chết tạo mô đun

điều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi” để

nghiên cứu

2 Mục đích của đề tài

Việc nghiên cứu đề tài này giúp chúng em hiểu rõ thêm về sự quan trọng của

hệ thống làm việc này và cũng cung cấp cho chúng em thêm hiểu biết, để khi ra trường có được những kiến thức nhất định và khi được làm việc tại các khu công nghiệp điện – điện tử sẽ không bị bỡ ngỡ, khó khăn khi tiếp xúc với các hệ thống máy móc ứng dụng phát triển trên cơ sở của hệ thống HMI, PLC, SERVO.

3 Phạm vi của đề tài.

Nhóm đã nghiên cứu, tìm hiểu về một số thiết bị đào tạo trong và ngoài cơ

sở của nhà trường, cũng như tại một số nhà máy xí nghiệp hiện nay thì có thể thấy rằng PLC của hãng Mitsubishi được sử dụng phổ biến nhất, chiếm đến 60- 70% trong công nghiệp, tiếp sau đó là PLC của các hãng Siemen, Omron, Idec, Fuji Một số dòng sản phẩm PLC của hãng Mitsubishi như FX 1N,FX 2N, đặc biệt là FX 3U có khả năng kết nối với nhiều màn hình giao diện HMI một cách

dễ dàng với tính ổn định của hệ thống cao Chính vì vậy chúng em đã chọn PLC FX3SA-10MT-CM là mục tiêu nghiên cứu của mình để giải quyết một số vấn đề thiết yếu như sau: phục vụ trong quá trình học tập và nghiên cứu của sinh viên

để sau khi tốt nghiệp có thể nhanh chóng tiếp cận với những hệ thống sản xuất

tự động trong công nghiệp đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa trong công nghiệp Điều khiển lập trình PLC FX3SA-10MT-CM mềm dẻo và linh hoạt thông qua kết nối với Driver HBS86H để điểu khiển Servo 86HBM80-EC-1000 một cách

dễ dàng Qua đồ án trên, chúng em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽ lĩnh hội được nhiều hơn về các vấn đề liên quan tới PLC như: cấu hình phần cứng, tập lệnh của PLC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình cho hệ thống điểu khiển Servo Ngoài ra còn có thể mở rộng và phát triển đề tài hơn nữa bằng cách

mô phỏng hệ thống trên màn hình giao diện HMI Xinje hay khảo sát đặc tính của các bộ Servo Motor bằng Biến tần,…

4 Phương pháp nghiên cứu.

Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp nhưng lại là kiến thức mới đối với sinh viên Đề tài của nhóm em được chia ra thành 3 phần chính:

Phần 1: Giới thiệu về Servo Motor

tr c ti p ch ự ế ươ ng trình trên máy tính.

- Thi t l p giao di n đi u khi n và vi t ch ế ậ ệ ề ể ế ươ ng trình đi u khi n cho ề ể

đ ng c SERVO ch y n đ nh ộ ơ ạ ổ ị

Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài khó tránh khỏi những sai sót, nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sữa chữa của quý thầy ( cô).

5 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài

- Phục vụ trong công tác học tập, nghiên cứu và giảng dạy trong các trường đại học, cao đẳng, trung cấp thuộc những khối ngành kỹ thuật trên khắp

cả nước, giúp sinh viên tiếp cận thức tế có cái nhìn khách quan và chân thực nhất trong quá trình học tập.

- Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào những nhà máy, xí nghiệp, phục vụ cho công việc vận chuyển hàng, gia công chi tiết.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu về động cơ Servo

1.1.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo

Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh vực đa dạng vàphát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá Các khái niệm và côngnghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những hệ thống servo chuyên dụngđiều khiển bởi các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao Thay vào

đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho tốc độ và vị trítrong truyền động thay đổi tần số xoay chiều, các động cơ bước và truyền động vòngkín cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác

Hiện nay có một số xu hướng trong điều khiển động cơ Trong một số trườnghợp, vấn đề cần quan tâm chỉ đơn giản là điều khiển tốc độ, gia tốc, mômen hoặc cácthuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển đầu vào là từ phía conngười, chẳng hạn như qua bảng điều khiển Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc vềphạm trù điều khiển vòng hở Trong một số trường hợp khác, động cơ phải tự độngđưa ra các đáp ứng với các tác động thời gian thực Các đáp ứng đối với các tác độngnày được quan sát và các điều chỉnh cần thiết được tự động tạo ra Vì vậy, nó tạo ramột môi trường điều khiển kín Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệtùy động servo, hay chỉ đơn giản là servo

Điều khiển servo là một quá trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động

cơ trên cơ sở động học của các tín hiệu vào như vị trí, tốc độ hay mômen Trong quákhứ người ta sử dụng các mạch tương tự để thực hiện điều khiển servo, nhưng khảnăng thích nghi của các bộ vi xử lý tín hiệu số đã tạo ra một công nghệ mới cho sự lựachọn trong nhiều ứng dụng

a Hệ thống servo

Hình 1.1: Hệ thống servo

 Hệ thống servo là gì?

Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Servus (servant), nghĩa là nô lệ, đày tớ Một

hệ thống được gọi là servo khi hệ thống đó chấp hành một cách chính xác mệnh lệnhcủa chủ nhân (tức là người điều khiển Hệ thống servo là hệ thống điều khiển các thiết

bị cơ học với các biến là biến vị trí và tốc độ (giá trị đặt và giá trị thực) Sau đây là một

ví dụ minh họa

Hình 1.2: Một ví dụ sử dụng động cơ servo

 Cơ cấu định vị:

Hệ thống servo không đơn giản chỉ là một phương pháp thay thế điều khiển vịtrí và tốc độ của các cơ cấu cơ học, ngoài những thiết bị cơ khí đơn giản, hệ thốngservo bây giờ đã trở thành một hệ thống điều khiển chính trong phương pháp điềukhiển vị trí và tốc độ

Cơ cấu định vị điều khiển bởi servo motor

Hình 1.3: Cơ cấu định vị điều khiển bởi servo motor

Ưu điểm của cơ cấu này đó là độ chính xác và đáp ứng tốc độ cao, có thể dễdàng thay đổi vị trí đích và tốc độ của cơ cấu chấp hành

 Cơ cấu chuyển động định hướng:

Cơ cấu này chuyển động theo hướng nhất định được chỉ định từ bộ điều

khiển.Chuyển động có thể là chuyển động tịnh tiến hay quay

Hình 1.4: Cơ cấu chuyển động định hướng tịnh tiến và quay

Ưu điểm là cơ cấu chấp hành đơn giản và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động(do truyền động khá êm).

 Backlash và hiệu chỉnh:

Backlash hiểu nôm na đó là giới hạn chuyển động của một hệ thống servo.Tất cả cácthiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa chuyển động hoặc quay theo chiềudương và âm (cũng giống như động cơ trước khi đảo chiều thì vận tốc

phải giảm về 0) Xét một chuyển động tịnh tiến lùi và tới như trong hình sau:

Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động tiến lùi và tới.

Chuyển động tịnh tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo Chuyểnđộng tới và lùi được giới hạn bởi một khoản trống như trong hình Như vậy động cơ sẽquay theo chiều dương hoặc chiều âm theo một số vòng nhất định để chuyển động củathanh quét lên toàn bộ khoản trống đó nhưng không được vượt quá khoản trống (đây làmột trong những điều kiện cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo) Giới hạn nàyđược gọi là backlash, từ nay hệ gặp từ backlash thì chắc các bạn đã hiểu nó là cái gì rồiđúng không Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vòng chính xác để contrượt trượt chính xác và quét lên toàn bộ khoản trống trên là rất khó thực hiện nếukhông có một sự bù trừ cho nó Và trong hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnhthực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này Như trong hình vẽ trên, hệ thống servo gửi xunglệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển và các xung lệnh hiệu chỉnhnày sẽ không được tính đến trong bộ đếm xung.

b Sơ đồ khối của hệ thống servo

Sau đây là một sơ đồ khối hệ truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ:

Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ

Trong đó phần A, B, C là phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnhlệnh Phần D, E là cơ cấu thực thi và hồi tiếp Các phần A, B, C thì khá phổ dụng trongcác sơ đồ khối điều khiển, phần D, E thì tùy các thiết bị sử dụng mà chúng có khácnhau đôi chút nhưng về bản chất chúng hoàn toàn giống nhau Sau đây là một số ví dụ

về phần D, E thường gặp:

Hình 1.7a - ph n D Hình 1.7b - ph n Eầ ầ

Hình 1.7: Một số cơ cấu thực thi và hồi tiếp thường gặp

1.1.2 Cấu tạo và đặc tính của động cơ servo

a Cấu tạo

Động cơ servo về nguyên lý, cấu tạo phần điện - từ thì giống như các loại động

cơ bình thường (nghĩa là cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dâynhưng có sự khác biệt về cấu trúc cơ học, đó là động cơ servo có hình dáng dài, đườngkính trục và rotor nhỏ hơn động cơ thường cùng công suất, moment

Điểm nổi bật của 1 servo motor là tích hợp sẵn cơ cấu feedback vào bên trongđộng cơ Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín Từ tín hiệu hồitiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơservo Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ (encoder hoặc máy phát tốc)

là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo

Hình 1.8: Cấu tạo bên trong của động cơ servo

- Cấu tạo của một động cơ Servo

1 Motor

2 Electronics Board – Bảng điện tử

3 Positive power Wire (Red) – Dây điện tích cực (Đỏ)

4 Signal Wire (Yellow or White) – Dây tín hiệu (Vàng hoặc Trắng)

5 Negative or Ground Wire (Black) – Dây nối đất hoặc âm (Đen)

6 Potentiometer - Chiết áp

7 Output Shaft/Gear - Trục đầu ra/ Bánh rang

8 Servo Attachment Horn/Wheel/Arm – Seervo đính kèm Horn/Bánh xe/Cánh tay

9 Servo Case

10 Integrated control Chip – Chíp điều khiển tích hợp

- Có 3 loại động cơ servo được sử dụng hiện nay đó là động cơ servo AC dựa trênnền tảng động cơ AC lồng sóc; Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC; vàđộng cơ servo AC không chổi than dựa trên nền tảng động cơ không đồng bộ và động

nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà nó có một số điểm cải tiến hơn (dành cho nhữngmục đích đặc biệt) so với động cơ thường để phục vụ cho các mục đích điều khiển cụthể.

b Đặc tính của động cơ servo

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu racủa động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽđược hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển độngquay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mongmuốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính

Hình 1.9: Sơ đồ khối đặc tính của động cơ servo

Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ vàphương pháp điều khiển động cơ servo

c Tăng tốc độ đáp ứng

Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần

có một khoảng thời gian quá độ Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơphải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gianngắn nhất, hoặc đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất Ví dụ bạn muốn điềukhiển một cơ cấu từ vị trí X đến vị trí X, ban đầu khi ở xa vị trí X thì động cơ quay vớivận tốc lớn để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì

để có thể đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí Các

động cơ thường không thể đáp ứng được điều này Để động cơ đáp ứng được nhữngyêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ.

Hình 1.10: Đặc tính đáp ứng tăng tốc độ

Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động

cơ Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại

bỏ các cơ cấu sắt không cần thiết Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụngsắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp Đối với động cơnam châm vĩnh cửu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hìnhdạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếmrare earth magnet)

tuyến tính Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏnhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu.Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trongmạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở không khí.

 Mở rộng vùng điều khiển (control range):

Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớnhơn định mức rất nhiều Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phảibằng điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện ápđịnh mức

Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịuđựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ (nghĩa là động cơ làm việc ởđoạn phía dưới cách xa đoạn định mức Như vậy động cơ servo thuộc loại này phảiđược tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth)

 Khả năng ổn định tốc độ:

Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổnđịnh.Không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo trong thực tế Chính

vì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmp

mà nó chỉ dao động quanh giá trị này Động cơ servo khác biệt với động cơ thường là

ở chỗ độ ổn định tốc độ khá cao Các động cơ servo loại này thường được sử dụngtrong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác (như robot) Nó được thiết kế sao cho cóthể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và gia tăng từ tính của cực từ Cácrãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các cuộn dây rotor cũng được bố tríkhác đặc biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này Một hình ảnh minh hoạ

Hình 1.12: Cách bố trí các rãnh rotor và cuộn dây rotor

 Tăng khả năng chịu đựng của động cơ:

Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệuđiều khiển ở tần số rất và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ

từ bộ điều khiển (có thể tạo ra các xung điện hài bậc cao) Những động cơ như thế nàythường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự haomòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than (đối với DC)

Một động cơ servo có thể một số đặc điểm trên để phù hợp với nhu cầu điềukhiển của người điều khiển

d Nguyên lý hoạt động của encoder

Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể

là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc

Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder (tuyệt đối) và incrementalencoer (tương đối)

Encoder tuyệt đối chỉ rõ ràng vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm,cũng biết chính xác vị trí của encoder ,encoder tương đối chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3vòng lỗ Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1 Dovậy, encoder loại này có tên incremental encoder (encoder tăng lên 1 đơn vị) do đókhông thể cho ta biết chính xác vị trí

Việc thiết kế encoder tuyệt đối cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn tới giới hạn về kíchthước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thể thựchiện được Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởngrất lớn đến kích thước giới hạn này nên trong đa số các Motor incremental opticalencoder được dùng và mô hình động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ

 Sự khác biệt giữa absolute encoder và incremental encoder:

Absolute encoder sẽ theo dõi vị trí trục động cơ ngay cả khi hệ thống

bị mất điện và một số chuyển động xảy ra trong thời gian đó Incremental encoder là

không có khả năng trên

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trênđĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗkhông có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ

chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Vớicác tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led cóchiếu qua lỗ hay không.

Hình 1.13: Optical Encoder

Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I Tronghình 2.13 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này Đó là kênh I của encoder Cứ mỗi lần motor quay đượcmột vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽxuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến Như thếkênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor Bên ngoài đĩa quay được chiathành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này

Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểmkhác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A N là sốrãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder Mỗi loại encoder có

độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chỉ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợpđến hàng nghìn rãnh được chia Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải củaencoder đang dùng Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cảphương pháp điều khiển Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn

có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch mộtchút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder Tín hiệu xung từ kênh B có cùngtần số với kênh A nhưng lệch pha 90 độ Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc

sẽ biết chiều quay của động cơ

Hình 1.14: Hai kênh A và B lệch pha trong encoder

Hình trên cùng trong hình 3 thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệchpha nhau Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồngngoại xuyên qua, và ngược lại Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh Xét trườnghợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải Bạn hãy quansát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mứcthấp Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải quatrái Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao Như vậy, bằngcách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thôngqua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ởcạnh xuống của kênh A)

1.2 Giới thiệu về PLC Mitsubishi

1.2.1 Giới thiệu chung về PLC

* Khái niệm: PLC là bộ điều khiển lập trình “ Programmable Logic Controller”

- Bộ điều khiển lập trình là một thiết bị mà người sử dụng có thể lập trình đểthực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tácnhân kích thích “ngõ vào” tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động trễ như thời gianđịnh thì hay các sự kiện được đếm.Một khi sự kiện được kích hoạt, nó ở trạng thái ONhoặc OF.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử

dụng lập trình ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại thời điểm đã lậptrình.

- Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình có thể được phân thành các thành phần

Bộ phận mà chương trình được nạp vào lưu trữ và xử lý thường được gọi là Mainprocessing hay còn gọi là CPU

Vậy lập trình cho một PLC là đi tìm điều kiện tín hiệu ngõ vào tác động lên đối tượngđiều khiển cho tín hiệu ngõ ra tương ứng

1.2.2.Giới thiệu chung về PLC Misubishi

PLC FX là một loại PLC micro của hãng MISUBISHI nhưng có nhiều tínhnăng mạnh mẽ Loại PLC này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU PLC FX ra đời từnăm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo Model như: F , F1, FX1,FX0(S), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N…và FX3U Tùy theo Model mà các loại này códung lượng bộ nhớ khác nhau.Dung lượng bộ nhớ chương trình có thể từ 2kStep đến8kStep (hoặc 64kStep khi gắn thêm bộ nhớ ngoài).Tổng số I/O đối với các loại này cóthể lên đến 256 I/O, riêng đối với FX3U(C) có thể lên đến 384 I/O Số Module mởrộng có thể lên đến 8 Module

Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xunghai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực…

Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí,các Module mạng như Cclink, Profibus…

Ngoài ra còn có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các boarddùng cho truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485, và cả USB

Để lập trình PLC ta có thể sử dụng các phần mềm sau: FXGP_WIN_E,GX_Developer

 STL(Statement List): là phương pháp lập trình theo dạng dòng lệnh giống như

ngôn ngữ Assemply, thích hợp cho ngành máy tính

 Thanh ghi dữ liệu D

 Sơ đồ đấu dây

a Đấu dây ngõ vào:

b Đấu dây ngõ ra:

- Ngõ ra output (Relay)

- Ngõ ra output (Transitor)

 Các đặc tính kỹ thuật chung

Đặc tính ngõ vào:

FX bộ phận chính ,FX Modul mở rộngX0 ->X7 X10 ->�

Tỷ lệ dòng điện /N ngõ 2A/1 ngõ, 8A/Com 0.5A/1 ngõ, 0.8A/Com

Đèn phụ tải lớn 100w(1.17A/85VAC,0.4A/250VAC) 1.5W/24VDC

Chỉ dẫn hoạt động LED sáng khi cuộn dây được kích hoạt

M và S: Dùng như là các cờ hoạt động trong PLC

Tất cả các thiết bị trên được gọi là các thiết bị bit nghĩa là các thiết bị này có haitrạng thái ON hoặc Off 1 hoặc 0

Ta có thể tổ hợp các thiết bị bit lại để có thể tạo thành một dữ liệu 4bit, Byte,Word, hay Doulbe Word như sau:

K1M0 = M3M2M1M0(tương ứng dữ liệu 4bit)

K2M10 =M17M16M15M14M13M12M11M10(tương ứng với dữ liệu 8bit)

Tổng quát: KnMm (1� �n 8)

D: Thanh ghi 16 bit/32 bit Đây là thiết bị Word

T: Dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC(timer) Dữ liệu trên Timer là

dữ liệu dạng Word (16bit) và trạng thái Timer ta nói Timer là thiết bị bit

C : Dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC Dữ liệu trên Counter là dữliệu dạng Word (16bit/32bit) và trạng thái trên counter là trạng thái bit

 Ta có bảng các thiết bị như sau (đối với các PLC phiên bản từ 2.0 trở lên):

Phương pháp xử lý

Phương pháp xử lý

vào ra Cập nhật ở đầu và cuối chu kỳ quét(khi lệnh END được thi hành)

ứng dụng

Cơ bản :0.065S

ứng dụng

ứng dụng10->100S 10->100S 1.52 ->100S 0.642 ->100S

Dung lượng

8kStep(16kStepgắn thêm bộnhớ ngoài)

8kStep(64kStepgắn thêm bộnhớ ngoài)

Cấu hình vào /ra có

thề

128I/O(MaxIn/Out128)

30I/O(Max16In,14Out)

128I/O(MaxIn/Out128)

chốt M384->M511

M384

->M1535

M500->M3071 M500->M7679Chuyên

Pha A/B

32 bit

C251,C252 vàC254

Thanh ghi tập tin

ER0->ER32767