CÓ CODE VÀ HƯỚNG DẪN•Giao tiếp được các thiết bị của mô hình: Q00JCPU, Q62DAN, QY40P, QX40, QD75P2, Driver Servo MRJ2S10A, AC Servo motor HCKFS13B, DC motor Driver SERVEX FHD660JD5, DC motor FH6S60JD5, HMI GOT2000.•Giao tiếp được các Driver Servo với tín hiệu Input Output của PLC Q001JCPU Mitsubishi.•Điều khiển chính xác vị trí và vận hành đúng tốc độ yêu cầu.•Xây dựng được mô hình điều khiển và giám sát cho Servo 2 trục.•Điều khiển và giám sát được mô hình thông qua màn hình HMI trên máy tính.
Trang 1Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN CHÍ BẢO MSSV: 15151251
Họ và tên sinh viên 2: HOÀNG VĂN TÌNH MSSV: 15151229
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
I TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH MÁY ĐỘT LỖ DÙNG PLC VÀ AC SERVO
II NHIỆM VỤ
1 Các số liệu ban đầu:
- Tìm hiểu về động cơ Servo cũng như cách điều khiển
- Tìm hiểu về AC Servo và Driver MR-J2S-10A của hãng Mitsubishi
- Tìm hiểu về bộ điều khiển phát xung QD75P2 của hãng Mitsubishi
- Tìm hiểu về điều khiển vị trí
2 Nội dung thực hiện:
- Giao tiếp được các thiết bị của mô hình
- Giao tiếp được các Driver Servo với tín hiệu Input/ Output của PLC
- Điều khiển chính xác vị trí và vận hành đúng tốc độ yêu cầu
- Xây dựng được mô hình điều khiển và giám sát cho Servo 2 trục
- Điều khiển và giám sát được mô hình thông qua màn hình HMI trên máytính
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/02/2019
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/07/2019
V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN
Trang 2Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN CHÍ BẢO MSSV: 15151251
Họ tên sinh viên 2: HOÀNG VĂN TÌNH MSSV: 15151229
Tên đề tài: MÔ HÌNH MÁY ĐỘT LỖ DÙNG PLC VÀ AC SERVO
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận của
MR Điều khiển vị trí Servo thông quamodule QD75P2
16/03/2019 - Thiết kế 2 đế cho 2 trục vít-me bàn
XY để cố định 2 trục với nhau, và cốđịnh với mặt đế
- Tham khảo và chọn được trục Z
- Lên kế hoạch thực hiện tiếp theo:
+ Tìm hiểu đấu dây và điềukhiển trục Z
+ Tiếp tục làm phần cơ thêmcác chi tiết khác
+ Tiếp tục điều khiển servo03/04/2019 - Tìm hiểu thêm ứng dụng cho mô
hình đục lỗ và đã thực hiện chạy 2
Trang 3trục X,Y cho chế độ chạy tròn và đụclưới và chưa đưa trục Z vào.
- Hướng tiến hành cho những tuần tới:
+ Tìm hiểu và giải quyết vấn
đề mất điện khi mô hình đang hoạtđộng
+ Tiếp tục tìm hiểu điều khiểntrục Z
+ Tiếp tục điều khiển servo+ Tiếp tục hoàn thiện phần cơ16/04/2019 - Điều khiển cả ba trục x,y,z chạy theo
yêu cầu đục lưới và đục tròn
- Tạo giao diện điều khiển HMI bằngphần mềm GT Designer3 và điềukhiển thông qua phần mềm GTSoftGOT2000
- Nhóm đang tiếp tục hướng giải quyếtkhi mô hình bị mất điện khi đanghoạt động để tránh làm hỏng phôi
24/04/2019 - Sắp xếp phần cơ, điện lên mặt đế
10/05/2019 - Thực hiện xong quá trình đi dây điện
và đã đi vào chạy thử các trường hợp,kết quả khá chính xác
- Kế hoạch tiếp theo:
+ Hoàn chỉnh hơn về phầnđiều khiển cho quá trình chạy sau khimất điện hoặc gãy mũi khoan, thaymũi khoan, tạm dừng sau đó chạy lại
+ Viết chương trình điều khiểnchạy lại cho chế độ lưới
Trang 427/05/2019 - Tính toán sai số trong thực tế: sai số
động cơ, độ rơ trục vít-me, sai sốtrong điều khiển chương trình,
+ Sai số < 10(um) / 1 chuyểnđộng
04/06/2019 - Hoàn thiện mô hình về phần cơ và
phần điện, các nút dừng khẩn cấp,nút tạm dừng,…
- Thiết kế giao diện điều khiển HMIGOT2000 gồm 4 màn hình điềukhiển
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN
Trang 5Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại:
Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 6Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại:
Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 7Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bốtrong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 8LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM trongthời gian 4 tháng Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp, nhóm sinh viên đã nhậnđược rất nhiều sự giúp đỡ để hoàn thành luận văn này
Trước tiên nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướngdẫn – PGS TS Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm chonhóm trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Điện- Điện tử, trường Đại học Sư phạm
kỹ thuật TP HCM, những người đã truyền đạt kiến thức nền tảng quý báu cho nhómtrong suốt thời gian học tập vừa qua
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn sinh viên lớp 151511
đã luôn động viên, giúp đỡ nhóm trong quá trình làm luận văn
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!
TP HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2019 Nhóm sinh viên
Nguyễn Chí Bảo Hoàng Văn Tình
Trang 9Ở Việt Nam cũng như hầu hết các nước đang phát triển hiện nay trên thế giới đềuhướng đến việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Với sự phát triển nhanh chóngcủa khoa học kĩ thuật nên việc áp dụng các thành tựu của nó vào trong quá trình sản xuất
từ lâu đã không còn xa lạ với con người Chính vì thế, công nghiệp tự động điều khiểnđóng một vai trò rất quan trọng, nó nâng dần tính hiện đại hóa của công nghiệp, đẩy nềncông nghiệp thô sơ lên một nền công nghiệp hiện đại mà đỉnh cao là sự tự động hóa hoàntoàn Nhờ việc ứng dụng công nghệ tự động trong công nghiệp mà sức lao động của conngười giảm đi rất nhiều, nhờ đó mà năng suất lao động tăng lên Con người ít phải quantâm đến các vấn đề phụ như nhấn nút, canh thời gian hoạt động, …Và một người cùnglúc thực hiện công việc của nhiều người Tự động hóa quá trình công nghệ đã thực sựphát triển và ứng dụng mãnh mẽ trong công nghiệp, cũng là sự lựa chọn tối ưu trong mọilĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năngcạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường Vì vậy với những ý tưởng, kiến thức, kinh nghiệmthực tế cùng với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của quý thầy cô, kỳ đồ án tốt nghiệp này
nhóm em quyết định chọn đề tài “Mô hình máy đột lỗ dùng PLC và AC Servo”.
Trang 10NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN v
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LỜI CẢM ƠN viii
LỜI NÓI ĐẦU ix
MỤC LỤC x
DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii
DANH MỤC BẢNG xvi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu đề tài 2
1.3 Phương pháp nghiên cứu 2
1.4 Giới hạn đề tài 3
1.5 Đối tượng nghiên cứu 3
CHƯƠNG 2: 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 5
2.2 PLC dòng Q của hãng Mitsubishi 6
2.2.1 Dạng module 6
2.2.2 Khả năng kết hợp 6
2.2.3 Những tính năng chính 7
2.3 Tổng quát về Servo 7
2.3.1 Giới thiệu chung về AC Servo 7
2.3.2 Encoder 9
Trang 112.4 Điều khiển vị trí 12
2.4.1 Thiết lập bộ truyền động điện tử 12
2.4.2 Chế độ vị trí tuyệt đối 15
2.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình 19
2.5.1 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00J 19
2.5.2 Bộ điều khiển tín hiệu Analog Q62DAN 22
2.5.3 Module tín hiệu đầu ra QY40P 25
2.5.4 Module tín hiệu ngõ vào QX40 27
2.5.5 Module phát xung QD75P2 28
2.5.6 AC Servo HC-KFS13 29
2.5.7 Driver Servo MR-J2S-10A 30
2.5.8 Driver Brushless motor- Brushless motor 32
2.5.9 Brushless motor 33
2.5.10 Động cơ Spindle 48V DC 34
2.5.11 Relay trung gian 35
2.5.12 Circuit Breaker 36
2.5.13 Sensor 37
2.5.14 Các thiết bị khác 38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 40
3.1 Phần cơ khí 40
3.1.1 Yêu cầu phần cứng 40
3.1.2 Bàn đỡ trục X và trục X 40
3.1.3 Bàn đỡ trục Y và trục Y 41
3.1.4 Trục Z 42
3.1.5 Dựng mô hình 43
3.2 Phần điện 44
3.2.1 Yêu cầu vận hành 44
3.2.2 Mạch động lực 44
Trang 123.2.4 Mạch điều khiển 46
3.3 Thi công các trạm trong hệ thống 48
3.3.1 Thi công phần cơ khí 48
3.3.2 Thi công phần điện 51
CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 52
4.1 Mô tả quy trình làm việc của hệ thống 52
4.2 Quy trình vận hành hệ thống 53
4.2.1 Chế độ chạy lưới 53
4.2.2 Chế độ chạy tròn 53
4.3 Cài đặt thông số cho hệ thống 54
4.4 Giải thuật của chương trình Ladder 55
4.4.1 Lưu vị trí set 0 55
4.4.2 Chế độ chạy tròn 56
4.4.3 Chế độ chạy lưới 57
4.4.4 Chế độ chạy lại sau khi mất điện 58
4.4.5 Lưu đồ 59
4.5 Thiết kế giao diện HMI điều khiển và giám sát mô hình 61
4.6 Sai số của hệ thống 66
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69
5.1 Kết quả đạt được 69
5.2 Kết luận 70
5.3 Hướng phát triển đề tài 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC 72
Trang 13Hình 2 1 Cấu trúc cơ bản của PLC 5
Hình 2 2 Cấu tạo động cơ Servo 8
Hình 2 3 Đĩa Encoder 9
Hình 2 4 Đĩa Encoder tuyệt đối 10
Hình 2 5 Đĩa Encoder tương đối 10
Hình 2.6 Driver Servo 11
Hình 2.7 Hướng quay của động cơ 14
Hình 2.8 Giới hạn hành trình cho cơ cấu 14
Hình 2 9 Sơ đồ khối hệ thống vị trí tuyệt đối 15
Hình 2 10 Sơ đồ nối dây 16
Hình 2 11 Lắp đặt Pin 16
Hình 2 12 Cài đặt chế độ tuyệt đối 17
Hình 2 13 Giao thức truyền vị dữ liệu vị trí tuyệt đối 18
Hình 2 14 Cách thức truyền dữ liệu vị trí tuyệt đối 19
Hình 2 15 Module nguồn kết hợp CPU- Q00J 19
Hình 2 16 Module Analog Q62DAN 22
Hình 2 17 Giá trị đầu vào kĩ thuật số 23
Hình 2 18 Kết nối ngõ ra kiểu dòng điện 24
Hình 2 19 Kết nối ngõ ra kiểu điện áp 24
Hình 2 20 Module tín hiệu ngõ ra QY4P 25
Hình 2 21 Module tín hiệu ngõ vào QX40 27
Hình 2 22 Module phát xung QD75P2 28
Hình 2 23 AC Servo HC-KFS13 29
Hình 2 24 Driver Servo MR-J2S-10A 30
Hình 2 25 Driver Brushless motor FHD660JD5 32
Hình 2 26 Brushless Motor 33
Hình 2 27 Giản đồ moment xoắn/ tốc độ/ dòng điện của động cơ Brushless FHD6S60J-D5 34
Trang 14Hình 2 29 Relay 35
Hình 2 30 CB Mitsubishi 36
Hình 2 31 Sensor EE-SX772 OMRON 37
Hình 2 32 Sensor GXL-N12F-B 37
Hình 2 33 Nguồn 24V 38
Hình 2 34 Bộ nguồn 48V 39
Y Hình 3.1 Bản vẽ thiết kế gá đỡ trục X 40
Hình 3.2 Vít-me trục X 41
Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế gá đỡ trục Y 41
Hình 3.4 Vít-me trục Y 42
Hình 3.5 Trục Z 42
Hình 3.6 Phần cơ mô hình 43
Hình 3.7 Sơ đồ mạch động lực 44
Hình 3.8 Sơ đồ mạch kết nối Servo 45
Hình 3.9 Bản vẽ mạch điều khiển kết nối cảm biến hành trình về module QD75 và module QX40 46
Hình 3 10 Sơ đồ kết nối tín hiệu vào Module QX40 47
Hình 3 11 Sơ đồ kết nối tín hiệu vào Module QY40P 47
Hình 3 12 Vít-me 2 trục X,Y 48
Hình 3 13 Cố định động cơ lên trục Z 49
Hình 3 14 Cố định trục Y lên trục X 49
Hình 3 15 Bố trí mô hình lên mặt đế 50
Hình 3 16 Bàn đỡ phôi 50
Hình 3 17 Jack CN1A Driver Servo 51
Hình 4 1 Sản phẩm tôn đục lỗ ngoài thực tế 52
Hình 4 2 Cài đặt thông số cho hệ thống 54
Trang 15Hình 4 4 Tính toán chế độ chạy tròn 56
Hình 4 5 Tính toán cho chế độ đục lỗ lưới 57
Hình 4 6 Giải thuật chạy lại sau mất điện hoặc tạm dừng 58
Hình 4 7 Giải thuật điều khiển hoạt động 60
Hình 4 8 Màn hình chính 61
Hình 4 9 Màn hình cài đặt chế độ lưới 62
Hình 4 10 Màn hình cài đặt chế độ tròn 64
Hình 4 11 Màn hình giám sát chương trình 65
DANH MỤC BẢN
Trang 16Bảng 2 2 Thành phần của Module nguồn kết hợp CPU - Q00J 20
Bảng 2 3 Thành phần Module Analog Q62DAN 22
Bảng 2 4 Đặc tính chuyển đổi D/A của Q62DAN 24
Bảng 2 5 Thành phần Module ngõ ra QY40P 26
Bảng 2 6 Thành phần của Module tín hiệu ngõ vào QX40 27
Bảng 2 7 Thành phần của Module QD75P2 28
Bảng 2 8 Thành phần Driver Brushless motor FHD660JD5 32
Bảng 2 9 Thông số CB sử dụng 36
Y Bảng 4 1 Sai số của hệ thống 66
Trang 17CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề
Trong sáu mươi năm vừa qua động cơ servo đã cách mạng hóa ngành côngnghiệp điều khiển chuyển động Ngày nay, với sự ứng dụng của khoa học công nghệ,thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hiện đại hơn Sự pháttriển của công nghệ, đặc biệt là ngành công nghiệp servo đã phát triển không ngừng và
hầu như góp mặt trong mọi hệ thống điều khiển tự động trên thế giới Khoa học kỹ
thuật phát triển không ngừng kéo theo yêu cầu về độ chính xác, khả năng đáp ứng củacác máy móc ngày càng phải nhanh và mạnh hơn, để đáp ứng được yêu cầu khắt khe
đó các hệ thống tự động hóa ngày nay hầu như đều sử dụng servo trong những quátrình tự động cụ thể như cánh tay robot, máy CNC, cần trục va các cơ cấu vít me, bànxoay, linear, … Tự động hóa đã thực sự phát triển và ứng dụng mãnh mẽ trong côngnghiệp, cũng là sự lựa chọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượngcao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường
Trong các ngành công nghiệp mới việc điều khiển động cơ servo rất phổ biến.Nhằm đáp ứng độ chính xác cao để phục vụ quá tình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn, đảmbảo quá trình sản xuất không bị gián đoạn, tăng tuổi thọ thiết bị Động cơ servo với tốc
độ quay nhanh, mô men sản sinh lớn, độ chính xác cao, kết hợp với bộ điều khiển vàphản hồi (Encoder) điều khiển tích hợp, thực sự là một thiết bị mang lại hiệu quả cực
kỳ cao trong máy móc chính xác
Thực tế cho thấy rằng, trong một hệ thống sản xuất, đối với những công việc hòihỏi độ chính xác vị trí đã cài đặt sẵn, Vấn đề đó thì những hoạt động thủ công củacon người gần như không thể thực hiện được Nhưng với công nghệ tiên tiến hiện nay,điều đó có thể thực hiện một cách dễ dàng Xuất phát từ nhu cầu muốn tìm hiểu vềthiết bị, cách thức điều khiển thiết bị cũng như muốn xây dựng mô hình mô tả hoạt
động, nhóm quyết định lựa chọn đề tài " Mô hình máy đột lỗ dùng PLC và AC Servo”.
Trang 181.2 Mục tiêu đề tài
Giao tiếp được các thiết bị của mô hình: Q00JCPU, Q62DAN, QY40P, QX40,QD75P2, Driver Servo MR-J2S-10A, AC Servo motor HC-KFS13B, DC motorDriver SERVEX FHD660JD5, DC motor FH6S60J-D5, HMI GOT2000
Giao tiếp được các Driver Servo với tín hiệu Input/ Output của PLC Q001JCPUMitsubishi
Điều khiển chính xác vị trí và vận hành đúng tốc độ yêu cầu
Xây dựng được mô hình điều khiển và giám sát cho Servo 2 trục
Điều khiển và giám sát được mô hình thông qua màn hình HMI trên máy tính
1.3 Phương pháp nghiên cứu
- Để thực hiện đề tài nhóm đã tham khảo, xem các mô hình trên internet và dựatrên những yêu cầu thực tế, mục tiêu ban đầu, quan trọng hơn hết là sự góp ý nhiệt tình
từ giáo viên hướng dẫn nhóm đã tự đưa ra cho mình hướng đi cũng như cách thức thựchiện đề tài
- Tiến trình thực hiện đề tài như sau:
Tham khảo thực tế và hướng dẫn của giáo viên để đưa ra nhiều ý tưởng,
đề ra mục tiêu, hướng đi cho từng phần của hệ thống (phần cơ khí và phầnđiện)
Nghiên cứu về servo và điều khiển chuyển động
Tìm hiểu về các chi tiết cơ khí
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
Tinh chỉnh hệ thống để đạt được mong muốn
Chạy thử và thu kết quả
Trang 19 Hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống Kết luận và rút ra thiếu sót cũng như hướng
phát triển tương lai
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ dừng lại ở việc thử nghiệm trên mô hình với các yêu cầu điều khiểnnhư sau:
- Điều khiển đục lỗ quỹ đạo tròn với bán kính quỹ đạo và số lượng lỗ đục
có thể điều chỉnh ở màn hình điều khiển
- Điều khiển đục lỗ dạng lưới xen kẽ với chiều dài phôi, chiều rộng phôi,khoảng cách lỗ có thể điều chỉnh được trên màn hình điều khiển
- Có thể giải quyết các vấn đề gặp phải khi gặp sự cố như mất điện, gãymũi khoan lúc đang hoạt động ta có thể chạy lại mà không bị mất hayhỏng phôi
1.5 Đối tượng nghiên cứu
Các đối tượng cơ khí:
Cơ cấu vít me
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
Module vị trí QD75P2
Module ngõ vào/ra QX40 và QY40P
Màn hình HMI GOT2000 trên màn hình máy tính
Động cơ servo MR-J2S-10A
DC motor Driver SERVEX FHD660JD5
Trang 20CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về PLC
2.1.1 Tổng quan về PLC
2.1.1.1 Định nghĩa
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình thuộcloại điều khiển bán dẫn tự động theo chương trình người dùng PLC sử dụng bộ nhớkhả trình để lưu trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển PLC có thể coi làmột máy tính được thiết kế hoạt động tin cậy trong môi trường công nghiệp
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 CPU như một máy tínhthực thụ CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũngnhư khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC
CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối
ra CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnhtoán học, chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng
Khối vào (Module Input): Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input)
và ngõ vào tương tự AI (Analog Input)
Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị phân như: côngtắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, …
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảmbiến nhiệt độ, áp suất, … Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương
Trang 21tự khác nhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở, … Một thông số quan trọngkhác của các module AI là độ phân giải, thông số này cho biết độ chính xáckhi thực hiện chuyển đổi ADC.
Khối ra (Module Output): Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Offnhư: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ, …
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển 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 đổi yêu cầu, đốitượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trình
Trang 22 Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian, … rất lớn PLC còn hỗ trợnhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếmtốc độ cao, bộ điều khiển PID, …
Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thếhoàn toàn bằng chương trình PLC
Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLC khác
Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt trong môitrường công nghiệp
2.2 PLC dòng Q của hãng Mitsubishi
2.2.1 Dạng module
Phát triển lên từ dòng sản phẩm trước đó -họ AnSH, họ Q PLC Mitsubishi chophép người dùng phối hợp và lựa chọn sự kết hợp tốt nhất giữa CPU, công cụ truyềntin, module điều khiển chuyên biệt và I/O trên cùng một nền tảng Điều này cho phépngười dùng cấu hình hệ thống theo những gì mình cần, khi nào mình cần, nơi mình cầntriển khai
Trang 232.2.2 Khả năng kết hợp
Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion CPU, ProcessControllers và ngay cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4CPU khác nhau Điều này tạo cho người sử dụng sự chọn lựa hướng điềukhiển, ngôn ngữ lập trình – tất cả cùng chung trên một nền tảng duy nhất
Linh động và phân cấp là đặc tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực
sự là một nền tảng tự động hóa duy nhất Người dùng có thể sử dụngtrong điều khiển đơn giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộthiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng
2.2.3 Những tính năng chính
Tốc độ xử lý lên đến 34ns/LD
Bộ A/D-D/A có độ chính xác cao, điều khiển vị trí
Ngõ vào CIP (Chanel Isolated Pulse), tích hợp bộ đếm xung tốc độ cao
Điều khiển tiến trình, lập trình online
Hỗ trợ hoàn toàn trong các ứng dụng phần mềm MELSOFT
Đầy đủ các ứng dụng mạng như: CC-link, MELSECNET-H, …
Khả năng mở rộng đến 4096 I/O (max 8192 I/O)
Bước lập trình đến 252K steps
2.3 Tổng quát về Servo
2.3.1 Giới thiệu chung về AC Servo
2.3.1.1 Giới thiệu về Servo
Động cơ Servo nói chung là loại động cơ sử dụng khả năng hồi tiếp tín hiệu từencoder về driver điều khiển để điều chỉnh tốc độ, moment, vị trí của động cơ hay cáckết cấu cơ khí đi kèm đạt được như mong muốn Khi có vật cản hoặc những tác độnglàm hãm trục động cơ, hệ thống hồi tiếp sẽ giúp động cơ tự điều chỉnh cho lực
Trang 24moment, tốc độ, hay quán tính cho phù hợp với tải đang mang Ngoài ra động cơ servo luôn có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi không có tín hiệu điều khiển, chính vì thế khi
có một ngoại vi tác động làm thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với trục động cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch.
2.3.1.2 Chức năng
AC Servo có khả năng thực hiện ba loại điều khiển: điều khiển vị trí, điều khiểntốc độ, điều khiển moment
Điều khiển vị trí: AC Servo có khả năng điều khiển vị trí chính xác đến từng
micromet mà mắt người không thể phát hiện được Ví dụ: điều khiển vị trí được
sử dụng cho các thiết bị vận chuyển đứng trong kho, …
Điều khiền tốc độ: điều khiển tốc độ được sử dụng cho các thiết bị được biết
đến như máy xi mạ quay được sử dụng để sản xuất mạch bán dẫn, …
Điều khiển moment: moment là lực dùng để xoay các trục được sử dụng như
máy in công nghiệp
2.3.1.3 Cấu tạo
AC Servo chủ yếu được cấu hình với hai thiết bị chính: bộ khuếch đại Servo(Driver Servo) và động cơ Servo (thiết bị dò và dẫn động) Tuy nhiên, AC Servokhông thể hoạt chỉ với bộ khuếch đại Servo và động cơ Servo Hệ thống cần một bộđiều khiển để phát đi các lệnh điều khiển Bộ điều khiển gửi các lệnh tới bộ khuếchđại Servo, sau khi nhận được lệnh, bộ khuếch đại Servo sẽ truyền lệnh này tới động
cơ Servo Sau đó động cơ Servo sẽ phát ra lực dẫn động theo lệnh đó Động cơServo cũng được trang bị bộ mã hóa có chức năng như máy dò để dò vị trí hiện tại
và chuyển thông tin này tới bộ khuếch đại Servo Bộ khuếch đại Servo sẽ so sánhgiá trị của lệnh với giá trị hiện tại như bộ mã hóa đã đọc được và sau đó đưa ra mộtlệnh sửa đổi để giảm tối thiểu mức chênh lệch Quá trình này gọi là điều khiển hồitiếp
Trang 252.3.1.3 Cấu tạo động cơ Servo
Động cơ Servo xoay chủ yếu được cấu tạo với một Stator, Rotor và bộ mã hóa(Encoder) Stator là bệ động cơ, dây quấn được quấn quanh lõi để cung cấp lực cầnthiết để xoay rotor Rotor là trục quay với các nam châm vĩnh cửu Bộ mã hóa đượccấu tạo để dò vị trí tuyệt đối có thể đọc được vị trí hiện tại của động cơ
2.3.2 Encoder
Hình 2 2 Cấu tạo động cơ Servo
Trang 262.3.2.1 Giới thiệu
Encoder được hiểu là một cảm biến vị trí đưa ra thông tin về góc quay, tốc độcủa một trục xoay nào đó kết nối với nó Nguyên lý cơ bản của Encoder gồm một đĩaxoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rảnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa sẽthu về được góc quay của đĩa Khi trục quay khiến đĩa quay, tín hiệu quang chiếu quađĩa sẽ nhận tắt liên tục tạo ra các xung, ghi nhận lại số xung và tốc độ xung ta có thểthu về được góc quay và tốc độ quay của trục gắn encoder
2.3.2.2Phân loại Encoder
Encoder thường được phân làm 2 loại: encoder tuyệt đối (Absolute encoder) và encoder tương đối (Increamental encoder)
- Encoder tuyệt đối: là dòng encoder có khả năng phản hồi chính xác vị trícủa trục động cơ so với điểm quy định sẵn ban đầu Đĩa encoder tuyệt đốithường có nhiều rãnh có kích thước khác nhau và sắp xếp không đều đểtín hiệu quang phát ra xuyên qua rảnh đưa về được tín hiệu vị trí tại đó
Hình 2 3 Đĩa Encoder
Trang 27nhờ phân tích kích thước, số lượng rảnh rồi biên dịch qua hệ nhị phân mà
từ đó qui đổi ngược lại được ví trí của trục quay
- Encoder tương đối: là dòng encoder mà đĩa quay của nó có nhiều rảnhvới kích thước bằng nhau và cách đều nhau, nhờ vậy khi tín hiệu quang
cứ đi qua mỗi rãnh thì lại có một xung tín hiệu ra cho biết trục quay đãquay được một góc bao nhiêu độ
Sự khác biệt giữa 2 loại encoder: encoder tuyệt đối sẽ có ưu điểm vượt trội hơnencoder tương đối với khả năng nhớ được vị trí chính xác trên một vòng quay của đĩaencoder hay trục kết nối Khi nguồn bị mất do sự cố, khi có điện trở lại encoder tuyệtđối vẫn nhớ được ví trí của mình, hệ thống có thể hoàn thành công việc tiếp tục màkhông cần quay trở về vị trí ban đầu Tuy nhiên đi kèm với ưu điểm vượt trội củaencoder tuyệt đối đó là giá thành khá cao, điều khiển phức tạp hơn và các thiệt bị hỗtrợ phải hiện đại, giá thành cao hơn
Hình 2 5 Đĩa Encoder tương đối
Trang 282.3.3 Driver Servo
Driver Servo là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt được sử dụng để theo dõi tínhiệu phản hồi từ cơ chế Servo và liên tục điều chỉnh độ lệch từ các hành vi dự kiến.Driver 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 để tạo ra chuyển động tỉ lệ thuận với tínhiệu lệnh Thông thường, tín hiệu lệnh đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưngcũng có thể biểu diễn một moment hoặc vị trí mong muốn Một cảm biến gắn vào động
cơ Servo báo cáo tình trạng thực tế của động cơ quay trở lại bộ khuếch đại Động cơServo sau đó so sánh trạng thái động cơ thực tế với trạng thái động cơ được chỉ định.Sau đó, thay đổi tần số, điện áp hoặc độ rộng xung tới động cơ để sửa lỗi cho bất kỳ độlệch nào từ trạng thái lệnh
Trong một hệ thống điều khiển được cấu hình đúng cách, động cơ Servo quayvới vận tốc rất gần với tín hiệu vận tốc mà động cơ Servo nhận được từ hệ thống điềukhiển Một số tham số, chẳng hạn như độ cứng (còn được gọi là tỷ lệ thuận lợi), giảm
Hình 2.6 Driver Servo
Trang 29chấn (còn gọi là đạt được phái sinh) có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất mongmuốn
2.4 Điều khiển vị trí
2.4.1 Thiết lập bộ truyền động điện tử
- Unit setting (Cài đặt chuyển động): đây là thiết lập đầu tiên trong chế độ điều khiển
vị trí Chọn “mm” trong phần này để có thể điều chỉnh thông số cho chế độ chạy vị trí
- Number of pulses per rotation (Số xung trên mỗi vòng quay): đây là thiết lập rấtquan trọng và là bắt buộc để việc điều khiển đạt được đúng sự chính xác như mongmuốn Đây là số xung yêu cầu để động cơ servo hoàn thành một vòng quay mà số xungnày phụ thuộc vào số xung cố định trên đĩa encoder
- Movement amount per rotation (Khoảng di chuyển trên mỗi vòng quay): cài đặtkhoảng di chuyển mà cơ cấu cơ khí liên kết với trục động cơ như vít me, linear, bànxoay, … Đơn vị thiết lập có thể là mm đối với chuyển động tịnh tiến, độ với các hệthống xoay hay trực tiếp tính bằng xung đối với những trường hợp đặc biệt
Bảng 2 1 Thiết lập bộ truyền động điện tử
- Tín hiệu quay thuận/
nghịch độc lập với xung lệnh điều khiển hướng quay.
Trang 30- Ta có thể điều khiển chiều quay của servo thông qua 2 ngõ nhận xung Khi ngõ
A nhận thì động cơ quay theo chiều kim đồng hồ, ngõ B nhận thì quay theo chiều ngược lại.
- Việc động cơ quay theo chiều nào có thể cài đặt trực tiếp trong Parameter hoặc truyền lệnh từ bộ điều khiển xuống Driver.
Pulse/pulse - Hướng quay điều khiển
bởi độ lệch pha giữa 2 ngõ phát xung.
- Quay thuận khi pha B trễ pha hơn pha A 90 độ.
- Quay nghịch khi pha B sớm pha hơn pha A 90 độ.
- Output signal logic (Tín hiệu logic đầu ra): có thể lựa chọn một trong hai chế độ Positive logic – nhận lệnh mức High hoặc Negative logic – nhận lệnh mức low
Trang 31- Rotation direction setting (Thiết lập hướng quay): chiều quay thuận nghịch củađộng cơ servo thực tế là không có mặc định Hướng ngay được chỉ định theo chiều kimđồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ Chính vì thế ta phải thiết lập hướng quay cho
bộ điều khiển servo bằng cách cài đặt động cơ quay theo chiều mà giá trị vị trí báo về
là dương nghĩa là quay thuận và ngược lại là quay nghịch
Hình 2.7 Hướng quay của động cơ
Trang 32- Cài đặt hành trình cho hệ thống: để tranh hỏng hóc cũng như những điều khôngmong muốn xảy ra khi điều khiển có sai xót, hệ thống cần được chỉ định hành trình dichuyển tối đa Có 2 cách để cài đặt điều này, cách đầu tiên là cài đặt bằng phần mềmqua các thông số upper limit và lower limit trong parameter của driver servo, cách thứ
2 là dùng các công tắc hành trình hay cảm biến để giới hạn chuyển động cho động cơ
2.4.2 Chế độ vị trí tuyệt đối
Đối với hoạt động bình thường, như được hiển thị bên dưới, bộ mã hóa bao gồmmột máy dò được thiết kế để phát hiện vị trí trong một vòng quay và bộ đếm vòng quaytích lũy được thiết kế để phát hiện số vòng quay
Hệ thống phát hiện vị trí tuyệt đối luôn phát hiện vị trí tuyệt đối của động cơ vàgiữ cho nó hoạt động tốt, không phụ thuộc vào việc bật hay tắt nguồn bộ điều khiển lậptrình đa năng Do đó, một khi vị trí Home được xác định tại thời điểm lắp đặt máy,không cần quay lại vị trí Home khi bật nguồn sau đó
Nếu mất điện hoặc xảy ra lỗi, việc khôi phục rất dễ dàng Ngoài ra, dữ liệu vị trítuyệt đối, được hỗ trợ bởi pin siêu tụ điện trong bộ mã hóa, có thể được giữ lại trongkhoảng thời gian được chỉ định
Hình 2.8 Giới hạn hành trình cho cơ cấu
Trang 34 Sơ đồ nối dây CN1B trong chế độ vị trí tuyệt đối:
Hình 2 10 Sơ đồ nối dây
Quy trình cài đặt:
Bước 1: Lắp đặt pin cho driver MR-J2S-10A
Hình 2 11 Lắp đặt Pin
Trang 35Bước 2: Cài đặt thông số parameter cho Driver
Cài 1000 cho parameter No.1
Bước 3: Reset lại driver
Hình 2 12 Cài đặt chế độ tuyệt đối
Trang 36Sau khi chuyển sang chế độ vị trí tuyệt đối, việc xóa vị trí tuyệt đối (AL.25) xảy
ra ở lần bật nguồn đầu tiên Để lại trạng thái này trong vài phút, sau đó tắt nguồn, sau
đó bật lại để đặt lại hệ thống
Bước 4: Xác định việc truyền dữ liệu vị trí tuyệt đối.
Bước 5: Cài đặt vị trí Home
Trong hệ thống vị trí tuyệt đối, tọa độ vị trí tuyệt đối được tạo bằng cách cài đặt
vị trí Home tại thời điểm thiết lập hệ thống
Động cơ servo có thể hoạt động sai nếu hoạt động định vị được thực hiện màkhông cần cài đặt vị trí Home Luôn luôn thiết lập vị trí nhà trước khi bắt đầu hoạtđộng
Trang 37 Giao thức truyền dữ liệu vị trí tuyệt đối:
Việc truyền nhận dữ liệu vị trí được thực hiện theo dữ liệu 32bit trong đó 17 bitđầu sẽ đọc về vị trí trong một vòng quay, các bit còn lại sẽ là số vòng mà servo đãquay được
Hình 2 13 Giao thức truyền vị dữ liệu vị trí tuyệt đối
Trang 38Lệnh chuyên dụng để sử dụng trong việc đọc về giá trị encoder chuyển sang vị trí tuyệtđối trong QD75 là lệnh Z.ABRST1, ….
Hình 2 14 Cách thức truyền dữ liệu vị trí tuyệt đối
Trang 392.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình
2.5.1 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00J
Hình 2 15 Module nguồn kết hợp CPU- Q00J
Trang 40Bảng 2 2 Thành phần của Module nguồn kết hợp CPU - Q00J
1 Power led Đèn báo trạng thái hoạt động của nguồn.
2 Run led Đèn báo trạng thái hoạt động CPU.
- Bật: Trong suốt quá trình hoạt động với công tắc RUN/STOP/RESET đặt ở “RUN”
- Tắt: Trong suốt quá trình dừng với công tắc RUN/STOP/RESET đặt ở công tắc “STOP” hoặc khi một lỗi xuất hiện dừng hoạt động được phát hiện.
3 Error led Đèn báo lỗi chương trình:
- Bật: Khi một lỗi tự chuẩn đoán không làm gián đoạn hoạt động được phát hiện.
- Tắt: Chương trình hoạt động bình thường.
- Nhấp nháy: Lỗi làm gián đoạn hoạt động xuất hiện.