BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - ĐIỀU KHIỂN SERVO DÙNG MẠNG SSCNET III (Có code)

CÓ CODE ĐÍNH KÈMHiểu hoạt động tay máy ba trục xyz sử dụng servo.Nghiên cứu giải pháp thực hiện hệ thống.Nghiên cứu và điều khiển phối hợp nhiều trục servo. Tìm hiểu các thiết bị cần thiết và phù hợp, đáp ứng được yêu cầu hệ thống.Thiết kế phần cơ khí cho hệ thống.Thiết kế phần điện điều khiển cho hệ thống.Lập trình các chương trình điều khiển trên motion CPU bằng phần mềm MT Developer 2.Lập trình các chương trình điều khiển cho PLC dòng Q trên phần mềm GX Work 2.Lập trình giao diện điều khiển bằng phần mềm GT Designer 3.Vận hành, điều chỉnh các thông số cho hệ thống.

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MẠNG SSCNET III

Khóa: 2015

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: TH.S PHÙNG SƠN THANH

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Huy MSSV: 15151156

Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Duy Kiệt MSSV: 15151171

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2015 Lớp: 151511

I Tên Đề Tài: Mô hình điều khiển servo dùng mạng SSCNET III

II Nhiệm vụ

1 Các số liệu ban đầu:

- Lý thuyết về động cơ servo cũng như cách điều khiển

- Lý thuyết về bộ động cơ servo và driver MR-J3-B của Mitsubishi

- Lý thuyết về điều khiển vị trí

2 Nội dung thực hiện:

- Thiết kế cơ khí và phần điều khiển cho mô hình

- Viết chương trình điều khiển cho Q-motion CPU và PLC Q-series

- Cài đặt các thông số theo cơ khí đã thiết kế và điều chỉnh máy

- Chạy thử nhiều lần và ghi nhận lại các qua trình chạy và rút ra sai số

- Nhận xét và kết luậnIII.Ngày giao nhiệm vụ: 2/2019

IV.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 2/7/2019

V Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TH.S PHÙNG SƠN THANH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Huy MSSV: 15151156

Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Duy Kiệt MSSV: 15151171

Tên đề tài: Mô hình điều khiển servo dùng mạng SSCNET III

GVHD

Tuần 1 Nhận đề tài từ GVHD, lập kế hoạch thực hiện

đề tài tốt nghiệpTuần 2 Tìm hiểu đề tài và nghiên cứu phương pháp đề

tàiTuần 3 Thu thập tài liệu và lập đề cương sơ bộ

Tuần 4 Thu thập tài liệu, tìm kiếm phần điện và lập đề

cương chi tiết

Tuần 5 Thu thập tài liệu và nghiên cứu kết nối phần

điện

Tuần 6 Thu thập tài liệu nghiên cứu điều khiển sơ bộ

sau khi kết nối

Tuần 7 Nghiên cứu điều khiển phần điện và thiết kế

phần cơTuần 8 Thiết kế hoàn thiện các chi tiết

Tuần 9,10 Thi công các chi tiết của phân cơ

Tuần 12 Nghiên cứu và viết chương trình điều khiển

Tuần 13 Nghiên cứu viết chương trình ,chạy các chương

trình đơn giản và viết luận văn

Tuần 14 Hoành thành chương trình điều khiển và tiếp tục

viết luận vănTuần 15 Viết luận văn giải quết các vấn đề phát sinh

Tuần 16 Hoàn thành mô hình và luận văn

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Huy MSSV: 15151156

Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Duy Kiệt MSSV: 15151171

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2015 Lớp: 151511

I Tên Đề Tài: Mô hình điều khiển servo dùng mạng SSCNET III

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Huy MSSV: 15151156

Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Duy Kiệt MSSV: 15151171

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2015 Lớp: 151511

I Tên Đề Tài: Mô hình điều khiển servo dùng mạng SSCNET III

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm sinh viên xin cam kết đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số

tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Các bản

vẽ và lựa chọn các thiết bị công nghệ được sử dụng trong hệ thống đều do nhóm tự tay

thực hiện Nếu có vi phạm về sao chép bản quyền nhóm xin chịu kỷ luật trước hội

Lời đầu tiên cho chúng em được gửi lời cảm ơn đến thầy Phùng Sơn Thanh –giáo viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp đã bên cạnh giúp đỡ, hướng dẫn, dạy bảo và đưa

ra những góp ý cực kì hữu ích để chúng em có thể hoàn thành đồ án này Bên cạnh đóxin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô khoa Điện – điện tử đã giúp chúng em có được cáckiến thức nền tảng một cách vững chắc và hỗ trợ giải đáp những băn khoăn trong suốt

4 năm học tại trường

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Linh ,thầy Lê Hoàng Lâm đã tạođiều kiện cho tụi em được làm việc tại xưởng Trung tâm tư vấn, thiết kế và chế tạothiết bị công nghiệp mà nhờ đó chúng em đã được rèn luyện, thực hành thêm nhữngkiến thức về điện, tự động và hơn thế nữa chúng em được tiếp xúc và làm việc thườngxuyên với các chi tiết, máy móc cơ khí để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của cơ khí và

sự gắn kết giữa điều khiển điện và cơ khí với nhau Cảm ơn các anh ở khoa cơ khí cùnglàm việc dưới trung tâm đã giúp đỡ, hỗ trợ gia công các chi tiết cơ khi cho cả mô hình

đồ án

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn đến mọi người xung quanh, gia đình,người thân, bạn bè và thầy cô đã và đang bên cạnh, ủng hộ chúng em trên con đườnghọc tập, làm việc và tìm ra những hướng đi mới trong tương lai

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Minh Huy Nguyễn Duy Kiệt

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v

LỜI CAM ĐOAN vi

LỜI CẢM ƠN vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC HÌNH xi

DANH MỤC BẢNG xiv

Chương I 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung nghiên cứu: 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu: 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu: 3

1.5 Kế hoạch nghiên cứu: 3

Chương II 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu chung về PLC 4

2.1.1.Tổng quan về PLC 4

2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC 6

2.1.3 Giới thiệu PLC MELSEC-Q Mitsubishi 7

2.2 Sơ lược hệ thống Servo 10

2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống Servo 10

2.2.2 Động cơ servo 10

2.2.3 Encoder 13

2.2.4 Bộ điều khiển ( Driver) 15

2.3 Mạng servo SSCNET III 16

2.4.4 Mô-đun Q172LX/Q173PX 23

2.4.5 Mô-đun I/O 26

2.4.6 Động cơ servo, Driver 29

2.4.7 Các thiết bị hỗ trợ 33

2.4.8 Khối truyền động (vít-me) 37

Chương III 41

THIẾT KẾ VÀ GIỚI THIỆU MÔ HÌNH 41

3.1 Thiết kế phần cơ khí 41

3.1.1 Đế nâng trục X 41

3.1.2 Bàn đỡ trục X 42

3.1.3 Bàn trượt trục Z 43

3.1.4 Thanh gắp phôi trục Z 44

3.1.5 Cơ cấu bắt xích 45

3.1.6 Đĩa phôi 47

3.1.7 Đế tổng để gắn phân cơ khí 48

3.1.8 Dựng mô hình 3D 49

3.2 Thiết kế mạch điều khiển 50

3.2.1 Mạch động lực 50

3.2.2 Mạch kết nối servo 51

3.2.3 Mạch điều khiển 52

3.3 Giới thiệu mô hình đã hoàn thành 55

3.3.1 Hệ thống phần cơ khí 55

3.3.2 Hệ thống phần điện 59

Chương IV 61

CẤU HÌNH PHẦN MỀM VÀ ĐIỀU KHIỂN 61

4.1 Lưu đồ điều khiển và giám sát 61

4.2 Cấu hình trên phần mềm GX WORKS 2 65

4.2.1 Giới thiệu phần mềm GX WORKS 2 65

4.3.2 Cấu hình trên MT developer 71

4.4 Phần mềm thiết kế và giả lập HMI 77

4.4.1 Phần mềm thiết kế GT DESIGNER3 77

4.4.2 Phần mềm giả lập HMI GT SoftGOT2000 78

Chương V 80

KẾT QUẢ 80

Chương VI 81

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81

6.1 Kết luận 81

6.2 Hướng phát triển đề tài 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC

Hình 2.1:Cấu trúc cơ bản của PLC 5

Hình 2.2: Quy mô mở rộng 7

Hình 2.3: Kết nối nhiều CPU 8

Hình 2.4: Tổng quan các mô-đun 9

Hình 2.5 Hệ thống servo 10

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản của encoder 13

Hình 2.7: Đĩa tròn encoder tuyệt đối 14

Hình 2.8: Đĩa tròn encoder tương đối 14

Hình 2.9: Các bộ driver 15

Hình 2.10: Hệ thống mạng SSCNET III 17

Hình 2.11: Bộ nguồn Q61P 18

Hình 2.12: Mô-đun PLC Q02HCPU 20

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối mô-đun ngõ ra QY41P 28

Hình 2.14: Động cơ servo HF-KP 29

Hình 2.15: Hình ảnh mặt trước của driver 31

Hình 2.16:Sơ đồ chân kết nối tín hiệu cữ hành trình. 33

Hình 2.17: Rơ le G6b-1174p-fd-us 34

Hình 2.18:Sơ đồ chân rơ le G6b-1174p-fd-us 34

Hình 2.19: Cảm biến tiệm cận GXL-N12FB 36

Hình 2.20: Cảm biến quang ee-sx67 36

Hình 2.21: Ảnh 3D khối truyền động 37

Hình 2.22: Bản vẽ THK-KR30. 38

Hình 2.23: Các mặt cắt THK-KR30. 38

Hình 2.24: Bản vẽ THK-KR45. 39

Hình 2.25: Các mặt cắt THK-KR45. 39

Hình 2.26: Bản vẽ THK-KR20. 40

Hình 2.27: Các mặt cắt THK-KR20. 40

Hình 3.3: Bản vẽ bàn đỡ trục vít me X. 42

Hình 3.4: Ảnh 3D bàn đỡ trục vít me X. 43

Hình 3.5: Bản vẽ bàn trượt trên trục vít me Z. 43

Hình 3.6: Ảnh 3D bàn trượt trên trục vít me Z. 44

Hình 3.7: Bản vẽ và ảnh 3D thanh gắp phôi. 44

Hình 3.8: Ảnh 3D cơ cấu bắt xích. 45

Hình 3.9: Bản vẽ các chi tiếc trong cơ cấu bắt xích. 46

Hình 3.10: Bản vẽ đĩa phôi. 47

Hình 3.11: Ảnh 3D đĩa phôi. 48

Hình 3.12: Bản vẽ đế tổng gắn phần cơ khí. 48

Hình 3.13: Ảnh 3D tổng phần cơ. 49

Hình 3.14: Bản vẽ tổng phần cơ. 49

Hình 3.15: Bản vẽ mạch động lực cấp cho driver và PLC. 50

Hình 3.16: Mạch kết nối servo. 51

Hình 3.17: Bản vẽ mạch điều khiển kết nối cảm biến cữ hành trình về driver. 52

Hình 3.18: Bản vẽ mạch điều khiển kết nối module ngõ vào QX40-S1. 53

Hình 3.19: Bản vẽ mạch điều khiển kết nối module ngõ ra QY41P. 53

Hình 3.20: Bản vẽ mạch điều khiển kết nối bộ Handy Pulser với Q173PX. 54

Hình 3.21: Cụm đế nâng và bàn đỡ trục X. 55

Hình 3.22: Các trục gắn với nhau. 56

Hình 3.23: Đĩa quay. 56

Hình 3.24: Đĩa quay gắn với hộp số cùng với cơ cấu gắp phôi. 57

Hình 3.25: Phần cơ sau khi hoàn thành. 58

Hình 3.26: Phần điện sau khi hoàn thành. 59

Hình 3.27: Mô hình đã bố trí hoàn thiện. 60

Hình 4.1: Các bước lập trình điều khiển mô hình. 61

Hình 4.4: Logo phần mềm GX Works 2. 65

Hình 4.5:Giao diện phần mềm. 66

Hình 4.6: Chọn PLC series. 66

Hình 4.7: Chọn PLC type. 67

Hình 4.8: Giao diện lập trình Ladder. 67

Hình 4.9: Cấu hình I/O theo Base PLC. 68

Hình 4.10: Cấu hình Multiple CPU. 68

Hình 4.11: Kết nối với PLC Q02/Q02H. 69

Hình 4.12: Nạp chương trình vào PLC Q02/Q02H CPU. 69

Hình 4.13: Lo go phần mềm MT Developer. 70

Hình 4.14: Giao diện phần mềm MT Developer. 71

Hình 4.15: Chọn Q-Motion CPU. 71

Hình 4.16: Chọn số vị trí mô đun lắp đặt. 72

Hình 4.17: Chia sẻ vùng nhớ. 73

Hình 4.18: Giao diện hệ thống. 73

Hình 4.19: Giao diện SSCNET. 74

Hình 4.20: Cài đặt giá trị của servo. 74

Hình 4.21: Cài đặt thông số cho servo. 75

Hình 4.22: Thiết lập các dữ liệu data. 75

Hình 4.23: Chương trình SFC. 76

Hình 4.24: Logo GT DESIGNER3. 77

Hình 4.25: Cấu hình GT DESIGNER3. 78

Hình 4.26: Logo phần mềm GT SoftGOT2000. 79

Hình 4.27: Giao diện như một GOT thật. 79

Bảng 1.1: Bảng kế hoạch nghiên cứu đề tài. 3

Bảng 2 1: Danh sách thiết bị được sử dụng 18

Bảng 2 2: Tên các phần của bộ nguồn Q61P 19

Bảng 2 3: Tên các phần của mô đun Q02HCPU 21

Bảng 2 4: Sơ đồ chân của mô-đun Q172LX. 23

Bảng 2 5: Sơ đồ kêt nối của mô-đun Q172LX với cảm biến hành trình. 24

Bảng 2 6: Sơ đồ chân của mô-đun Q173PX. 25

Bảng 2 7: Sơ đồ kêt nối của mô-đun Q173PX với tay xung. 26

Bảng 2 8: Sơ đồ kết nối mô-đun ngõ vào QX40-S1 27

Bảng 2.9 Chú thích các hình drvier MR-J3-B. 31

Nhận biết được tầm quan trọng của động cơ servo cũng như các quá trình

điều khiển tự động, nhóm chúng em đã chọn nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Mô

hình điều khiển servo dùng mạng SSCNET III” Thông qua đề tài này chúng

em có thêm những kiến thức về hệ thống servo, các thiết bị thực tế được sử dụngtrong công nghiệp; các trải nghiệm thực tế và kinh nghiệm từ giảng viên hướngdẫn và các anh chị đi trước Tất cả là tiền đề quan trọng cho chúng em sau khibước ra cánh cửa đại học

Các mục tiêu được đưa ra sau khi xác định được đối tượng, chủ thể, giớihạn nghiên cứu để tiến hành định hướng cho việc thực hiện đề tài

Mục tiêu cụ thể của đề tài như sau:

 Hiểu hoạt động tay máy ba trục xyz sử dụng servo

 Nghiên cứu giải pháp thực hiện hệ thống

 Nghiên cứu và điều khiển phối hợp nhiều trục servo

 Tìm hiểu các thiết bị cần thiết và phù hợp, đáp ứng được yêu cầu hệ thống.

 Thiết kế phần cơ khí cho hệ thống

 Thiết kế phần điện điều khiển cho hệ thống

 Lập trình các chương trình điều khiển trên motion CPU bằng phầnmềm MT Developer 2

 Lập trình các chương trình điều khiển cho PLC dòng Q trên phầnmềm GX Work 2

 Lập trình giao diện điều khiển bằng phần mềm GT Designer 3

 Vận hành, điều chỉnh các thông số cho hệ thống

Để thực hiện đề tài nhóm đã tham khảo máy móc ngoài thực tế, xem các

mô hình trên internet và dựa trên những yêu cầu thực tế, sự tư vấn từ các thế hệtrước nhóm xây dựng mô hình đáp ứng yêu cầu đó

Tiến trình thực hiện đề tài như sau:

 Đề ra mục tiêu, hướng đi cho từng phần của hệ thống (phần cơ khí

và phần điện)

 Tham khảo, nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu mô hình thực tế, luôn theosát sự hướng dẫn từ giảng viên hướng dẫn

 Thiết kế và vẽ sơ đồ cho toàn bộ hệ thống từ điện đến cơ khí

 Lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh: phần cơ trước, phần điện sau

 Lập trình hệ thống điều khiển và giám sát

 Hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống

1.4 Đối tượng nghiên cứu:

Các đối tượng cơ khí:

 Cơ cấu vít me

 Cơ cấu hộp giảm tốc

 Cơ cấu tay gắp sử dụng nam châm điện

 Các chi tiết lắp ráp như mặt bích, khối đế, các lỗ chốt định vị,…

Các đối tượng điện điều khiển:

 Bộ điều khiển PLC dòng Q-series của Mitsubishi

 Bộ điều khiển motion CPU Q172HCPU

 Mô-đun ngõ vào/ra QX40-S1 và QY41P

 Các mô-đun hành trình và tay quay Q172LX và Q173PX

 Động cơ servo MR-J3-B kết nối qua mạng SSCNETIII

 Bộ phát xung Manual Pulse Generator

Bảng 1.1: Bảng kế hoạch nghiên cứu đề tài.

Thời gian (tháng)Nội dung nghiên cứu 3,4 5 6 7

1. Thu thập tài liệu X X

2. Tổng hợp tài liệu, hoàn chỉnh đề

3. Thiết kế và chế tạo mô hình X X

4. Nghiên cứu lập trình điều khiển X X

5. Viết luận văn X X X

6. Hoàn chỉnh luận văn , hiệu chỉnh mô

2.1.1.2 Cấu tạo

 Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit )

 Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPUnhư một máy tính thực thụ CPU được xem là bộ não củaPLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điềukhiển chuyên biệt của PLC

 CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tínhiệu tới khối ra CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biếnnhư Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ liệu… vàcác hàm chuyên dụng

 Khối vào (Mô-đun Input) : Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (DigitalInput) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input)

 Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhịphân như: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biếnquang, cảm biến tiệm cận,…

 Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như:các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm,…Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa tín hiệu ngõ racảm biến với tín hiệu vào mà mô-đun AI có thể đọc được.Mỗi mô-đun AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khácnhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở,… Một thông số quantrọng khác của các mô-đun AI là độ phân giải, thông số nàycho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.

 Khối ra (Mô-đun Output): Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (DigitalOutput) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output)

 Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theoquy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động cơkhông điều khiển tốc độ,…

 Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điềukhiển liên tục: biến tần, van tuyến tính,…

Hình 2.1:Cấu trúc cơ bản của PLC

2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC

2.1.2.1 Đặc điểm

 Ưu điểm

 Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt Khi cần thay đổiyêu cầu, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trìnhthông qua việc lập trình

 Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian,… rất lớn PLCcòn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng: phátxung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID,…

 Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã đượcthay thế hoàn toàn bằng chương trình PLC

 Cấu trúc dạng Mô-đun giúp PLC có tính năng mềm dẻo,không bị cứng hóa về phần cứng Người dùng dễ dàng lựachọn những mô-đun nào cần thiết với yêu cầu điều khiển hiệntại giúp tiết kiệm chi phí Cấu trúc dạng mô-đun của PLC giúpviệc mở rộng quy mô điều khiển đơn giản, tiết kiệm, khôngcần phải trang bị CPU mới Tuy nhiên khi mở rộng cần chú ýtới khả năng kết nối tối đa của CPU

 Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLCkhác Khả năng này đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ

xa, xây dựng hệ thống SCADA

 Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốttrong môi trường công nghiệp

 Nhược điểm

 Phạm vi ứng dụng hạn chế do giá thành cao nên không đápứng các yêu cầu điều khiển đơn giản Với những yêu cầu nàythì bộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn

 Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải có hiểu biết chuyên môn về PLC.

2.1.2.2 Vai trò

Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượttrội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong cácnhà máy, dây chuyền công nghệ Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tincậy và hiệu quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của ngườivận hành

2.1.3.1 Đặc tính của MELSEC-Q Mitsubishi

Hỗ trợ mở rộng hệ thống với các đơn vị cơ sở mở rộng

Có thể mở rộng tới 7 đơn vị cơ sở Với những đơn vị cơ sở này, một hệthống quy mô nhỏ đến quy mô lớn có thể được cấu hình một cách linh hoạt theoứng dụng

Hình 2.2: Quy mô mở rộng

2.1.3.2 Đặc trưng của MELSEC-Q Mitsubishi

Hệ thống CPU khá là phức tạp

Có thể kết nối được tới 4 mô-đun CPU hiệu suất cao Mỗi mô-đun CPUnhận nhiêm vụ phân phối dựa trên loại điều khiển,loại vận hành,quy trình hoặctrang bị máy móc.Tập trung các nhiệm vụ đến các mô-đun phức tạp sẽ tạo kếtquả tốc độ cao, hiệu suất cao và khả năng mở rộng cao đối với toàn hệ thống

Hình 2.3: Kết nối nhiều CPU

 Chú ý: Số lượng mô-đun chức năng thông minh có thể kết nối được

và các phiên bản có thể kết nối được bị giới hạn

Một sản phẩm dòng MELSEC-Q luôn yêu cầu có một đơn vị cơ sở,mộtmô-đun cấp nguồn và một mô-đun CPU Sử dụng mô-đun bổ sung tùy theo ứngdụng

Hình 2.4: Tổng quan các mô-đun

Đơn vị cơ sở :Gồm có nhiều khe gắn các mô-đun Những khe này tảinguồn điện 5VDC từ mô đun cấp nguồn đến các mô-đun khác

2.2 Sơ lược hệ thống Servo

2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống Servo

Hệ thống Servo là hệ thống dò tìm vị trí và thay đổi tốc độ bằng cách sosánh tín hiệu dữ liệu (dạng xung) giữa ngõ vào và ngõ ra, từ đó điều chỉnh động

cơ hoạt động chính xác

 Cấu tạo hệ thống servo:

Hình 2.5 Hệ thống servo

2.2.2 Động cơ servo

 Giới thiệu động cơ servo

- Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tínhiệu ra của động cơ (từ encoder) nối với một bộ điều khiển (driver) Khitrục động cơ quay tín hiệu sẽ hồi tiếp về bộ điều khiển Nếu có bất kỳ lý

do nào ngăn cản chiều quay của động cơ, bộ điều khiển sẽ nhận thấy tínhiệu ra chưa đạt được số xung mong muốn, từ đó điều chỉnh sai lệch chođộng cơ đạt được vị trí chính xác

 Phân loại động cơ servo:

- Động cơ servo có 2 loại: động cơ servo DC và động cơ servo AC

- Động cơ DC là động cơ hoạt động khi nó được cấp dòng điện 1 chiều.Đây là động cơ thuộc hệ hồi tiếp hở, tức khi ta cấp điện, động cơ quayvới một tốc độ nhất định và không thể xác định vị trí chính xác khi động

cơ đang quay Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC, điểmkhác biệt là nó hoạt động trong hệ hồi tiếp kín, kiểm soát dòng điện đểgiúp động cơ định hướng chính xác hướng hoạt động của mình Động cơservo DC gồm 2 loại có chổi than và không có chổi than

 Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, hiệu suất cao

Động cơ Servo có thể đạt được vị trí chính xác khi kết hợp vớicác bộ điều khiển vị trí Một vòng quay rotor có thể phân chia thành

131072 vị trí hay nhiều hơn nữa với các thế hệ mới ngày nay

Ví dụ : Các loại máy công cụ, máy làm gỗ, băng tải, máy đónggói v.v

 Điều chỉnh tốc độ:

Động cơ Servo có thể ổn tốc ở tốc độ 1/1000 tốc độ định mức vớiMoment đầu ra là hằng số Do vậy động cơ Servo được dùng trong cácứng dụng đòi hỏi điều chỉnh tốc độ chính xác trong phạm vi rộng, trongcác dây chuyền sản xuất

Ví dụ : Máy in, dây chuyền sản xuất film, máy làm giấy, máynâng-hạ

 Điều khiển moment:

Các ứng dụng đòi hỏi điều khiển vị trí đã được trình bày trongphần trên.Tuy nhiên, động cơ Servo có thể đạt được Moment cực đại300% Khi sử dụng độc lập, động cơ có thể đáp ứng được việc tăngtốc/giảm tốc đột ngột trong 10ms từ trạng thái đứng yên chuyển sang tốc

độ định mức Khi động cơ Servo được sử dụng, không cần thêm bất kỳphần tiếp xúc cơ khí nào như các loại điều khiển vị trí khác :Thắng(hãm), động cơ DC v.v vì vậy chi phí bảo dưỡng được giảmthiểu Ngoài ra động cơ Servo cũng không bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độmôi trường

2.2.3 Encoder

Encoder là thuật ngữ dùng cho bộ mã hóa vòng quay, mục đích sử dụng đểquản lý góc quay của một đĩa quay (bánh xe, trục động cơ) hoặc bất kỳ thiết bịquay nào cần xác định góc

Encoder có cấu tạo cơ bản gồm một cặp diode thu phát quang học đặt đốidiện nhau, xen giữa chúng là một đĩa tròn Khi đĩa quay, vị trí không có rãnh sẽngăn không cho ánh sáng đi qua và khi ở vị trí có rãnh ánh sáng được chiếuxuyên qua tới diode thu, từ đó tạo nên các chuỗi xung tương ứng Nếu trên đĩaquay chỉ có một rãnh duy nhất thì cứ mỗi lần diode thu nhận được ánh sángtương ứng với việc thiết bị đã quay được một vòng

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản của encoder

Encoder được chia làm 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute encoder) và encodertương đối (incremental encoder)

 Encoder tuyệt đối (nhiều vòng rãnh): là dòng encoder xuất nhiều bit (0,1)

để xác định cụ thể vị trí của thiết bị quay

Hình 2.7: Đĩa tròn encoder tuyệt đối

 Ưu điểm: thông tin vị trí đầu ra là giá trị tuyệt đối và giữ nguyên

được giá trị góc khi mất nguồn

 Nhược điểm: giá thành cao, điều khiển phức tạp.

 Encoder tương đối (1,2 hoặc 3 vòng rãnh): là dòng encoder gồm 1,2 hoặc

3 kênh (A, B, Z (I)) có thể xác định số xung, chiều quay, và đếm số vòng

Hình 2.8: Đĩa tròn encoder tương đối

 Ưu điểm: dễ sử dụng, dễ đọc tín hiệu.

 Nhược điểm: không lưu được giá trị khi mất điện.

2.2.4 Bộ điều khiển ( Driver)

Một servo driver là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt được sử dụng đểcung cấp dòng điện để điều khiển động cơ servo Nó theo dõi tín hiệu phản hồi từencoder và liên tục điều chỉnh độ lệch giữa giá trị lệnh và giá trị hiện tại

Hình 2.9: Các bộ driver

 Chức năng :

 Một drive Servo nhận được tín hiệu lệnh từ một hệ thống điều khiển,khuếch đại tín hiệu , và truyền dòng điện cho một động cơ servo đểtạo ra chuyển động tỉ lệ thuận với tín hiệu lệnh Tín hiệu lệnh để điềukhiển vận tốc, mô men hoặc vị trị mong muốn Bộ mã hóa( encoder) gắn vào động cơ servo để phản hồi tình trạng thực tế củađộng cơ đến drive để điều khiển động cơ đúng lệnh đã phát ra

 Ứng dụng trong Công nghiệp:

 Các hệ thống servo có thể được sử dụng trong gia công CNC, tựđộng hóa nhà máy, robot và trong các ứng dụng khác Lợi thế chínhcủa chúng so với động cơ AC, DC thông thường là cơ chế phản hồi

Cơ chế này có thể được sử dụng để phát hiện chuyển động khôngmong muốn hoặc để đảm bảo tính chính xác của lệnh điều khiểnchuyển động Các thông tin phản hồi thường được cung cấp bởi một

bộ mã hóa (encoder)

2.3 Mạng servo SSCNET III

- SSCNET III (System Servo Control Network III): là hệ thống điều

khiển mạng servo của riêng hãng Mitsubishi

- SSCNET III sử dụng cáp kết nối là cáp quang với tốc dộ truyền dữ

liệu tối đa là 50Mbps

- Bộ điều khiển sử dụng cho mạng SSCNET III là các thiết bị chuyêndụng như QD75MH4, Q172H, Q173H, …

 Ưu, nhược điểm của mạng SSCNET III:

 Việc đi dây giảm phức tạp hơn, giảm đáng kể chi phí dây dẫn

 Khoảng cách đi dây tối đa của hệ thống có thể lên đên 1600m

 Nhược điểm:

 Giá thành đầu tư ban đầu cao

 Thời gian thu hồi vốn lâu

Hình 2.10: Hệ thống mạng SSCNET III

2.4 Các đối tượng sử dụng trong hệ thống.

Bảng 2 1: Danh sách thiết bị được sử dụng

Số thứ tự Tên Chức năng

1 Bộ nguồn Q61P Cấp nguồn

2 Mô-đun Q02HCPU Ra lệnh và kiểm soát các mô đun

3 Mô-đun Q172HCPU Phát xung

4 Mô-đun Q172LX/Q173PX Kết nối cảm biến, tay xung

5 Mô-đun I/O Kết nối thiết bị

6 Driver Xử lý xung

7 Động cơ HF-KP Điều khiển chuyển động

8 Vít-me Cơ cấu chấp hành

2.4.1 Bộ nguồn Q61P

 Cấu trúc phân cứng :

Hình 2.11: Bộ nguồn Q61P

Bảng 2 2: Tên các phần của bộ nguồn Q61P

3 FG terminal Chân nối đất với khung tấm chắn trên

bảng in

4 LG terminal Chân chống nhiễu

5 Power input internals Cấp điện áp cho bộ nguồn

6 Terminal screw M3.5x7

7 Terminal cover Vỏ bảo vệ của khối thiết bị

8 Mô-đun fixing screw

10 24 VDC terminal Được sử dụng để cấp điện áp

24VDC/0.6A cho bộ nguồn

 Thông số kỹ thuật:

 Nguồn cấp đầu vào: 100 - 240 VAC

 Công suất biểu kiến tối ta: 105 VA

 Tần số định mức đầu vào: 50/60Hz

 Dòng điện định mức ngõ ra (ứng với 5VDC): 5A

 Bảo vệ quá dòng (ứng với 5VDC): 5.5A hoặc lớn hơn

 Bảo vệ quá áp: 5 đến 6V

 Cấu trúc phân cứng :

Hình 2.12: Mô-đun PLC Q02HCPU