Mô hình ứng dụng phương pháp điều khiển đồng bộ vào máy đột sử dụng mạng SSCNET III

Động cơ servo với tốc độ quaynhanh, mô men sản sinh lớn, độ chính xác cao, kết hợp với bộ điều khiển và phản hồiencoder điều khiển tích hợp, thực sự là một thiết bị mang lại hiệu quả cực

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, ở Việt Nam cũng như hầu hết các nước đang phát triển trên thế giới đềuhướng đến việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Với sự phát triển nhanh chóng củakhoa 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 khiển đóng mộtvai trò rất quan trọng, nó nâng dần tính hiện đại hóa của công nghiệp, đẩy nền công nghiệpthô sơ lên một nền công nghiệp hiện đại mà đỉnh cao là sự tự động hóa hoàn toàn Nhờ việcứng dụng công nghệ tự động trong công nghiệp mà sức lao động của con người giảm đi rấtnhiều, máy móc dần thay thế các công việc của con người, nhờ đó mà năng suất lao động,hiệu quả kinh tế được tăng lên nhờ đó mà năng suất lao động tăng lên Tự động hóa quá trìnhcông nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, cũng là sự lựachọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí sảnxuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường Vì vậy với những ý tưởng, kiến thức,kinh nghiệm thực 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 ứng dụng phương pháp điều khiển đồng bộ vào máy đột sử dụng mạng SSCNET III”.

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Về 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)

2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Về 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 phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

3

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I LỊCH TRÌNH T8HỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II LỜI CAM ĐOAN V LỜI CẢM ƠN VI LỜI NÓI ĐẦU VII NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN VIII NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN IX MỤC LỤC X DANH SÁCH HÌNH ẢNH XII DANH SÁCH BẢNG XIV

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.4 Giới hạn 2

1.5 Đối tượng nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Giới thiệu PLC MELSEC-Q Mitsubishi 3

2.2 Động cơ AC servo 5

2.2.1 Sơ lược động cơ AC servo 5

2.2.2 Cấu trúc động cơ AC servo 5

2.2.3 Encoder 7

2.3 Hệ thống cơ khí ảo 8

2.3.1 Điều khiển đồng bộ 8

2.3.2 Mô đun truyền động – trục đầu vào 9

2.3.3 Mô đun dẫn động 11

2.3.4 Mô đun đầu ra – đĩa cam 13

2.4 Thiết bị sử dụng 16

2.4.1 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00JCPU 16

2.4.2 Module QD77MS2 (Simple Motion Module) 18

4

2.4.3 Module ngõ vào số QX42 21

2.4.4 Module ngõ ra số QY42P 21

2.4.5 Bộ khuếch đại servo MR-J3-B 22

2.4.6 Cảm biến quang EE-SX772 OMRON 26

2.4.7 AC Servo HF-KP053 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 28

3.1 Sơ đồ khối chức năng 28

3.2 Thiết kế phần cơ khí 29

3.2.1 Bàn đỡ trục Z 29

3.2.2 Đĩa quay trục B 30

3.2.3 Dựng mô hình 3D 32

3.3 Thiết kế phần điện 33

3.3.1 Mạch động lực 33

3.3.2 Mạch điều khiển 34

3.4 Thi công phần cơ khí 36

3.4.1 Mô hình sơ bộ 36

3.4.2 Thi công trục Z 37

3.4.3 Thi công trục B 38

3.5 Thi công phần điện 39

CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 41

4.1 Mô tả hệ thống 41

4.2 Cài đặt thông số cho hệ thống 42

4.3 Giải pháp thực hiện phần cơ khí ảo 42

4.3.1 Liên kết đồng bộ 2 trục bằng cam 42

4.3.2 Trục Z 43

4.3.3 Trục B 43

4.4 Lưu đồ 47

4.5 Giao diện HMI điều khiển và giám sát hệ thống 49

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

5.1 Kết luận 51

5.2 Hướng phát triển đề tài 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

5

PHỤ LỤC 53

6

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC 4

Hình 2.2 Đĩa Encoder 7

Hình 2.3 Tổng quan hệ thống cơ khí ảo 9

Hình 2.4 Mô đun trục chính 10

Hình 2.5 Mô đun trục phụ 10

Hình 2.6 Bánh răng 11

Hình 2.7 Ly hợp và cách thức hoạt động 12

Hình 2.8 Bánh răng thay đổi tốc độ 12

Hình 2.9 Bánh răng vi sai 13

Hình 2.10 Mô đun đầu ra – đĩa cam 13

Hình 2.11 Các loại đĩa cam và chức năng 15

Hình 2.12 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00JCPU 16

Hình 2.13 Hình ảnh mặt trước Module QD77MS2 19

Hình 2.14 Hình ảnh mặt bên Module QD77MS2 19

Hình 2.15 Cấu trúc phần cứng và sơ đồ chân QX42 21

Hình 2.16 Cấu trúc phần cứng và sơ đồ chân QY42P 22

Hình 2.17 Hình ảnh mặt trước của driver 23

Hình 2.18 Sơ đồ chân kết nối MR-J3-B 25

Hình 2.19 Sensor EE-SX772 OMRON 26

Hình 2.20 AC Servo HF-KP053 27

Hình 3.1 Sơ đồ khối chức năng 28

Hình 3.2 Đế đỡ trục Z 29

Hình 3.3 Bản vẽ pat đỡ trục khuỷu 29

Hình 3.4 Hộp số gắn đĩa quay trục B 30

Hình 3.5 Bản vẽ thiết kết đĩa quay trục Z 30

Hình 3.6 Patch giữ đĩa quay với trục hộp số 31

Hình 3.7 Bảng vẽ mô hình 3D 32

Hình 3.8 Bản vẽ mạch động lực cấp cho driver 33

Hình 3.9 Bản vẽ mạch động lực cấp cho nguồn 24V và nguồn nuôi PLC 33

Hình 3.10 Bản vẽ mạch điều khiển kết nối module ngõ vào QX42 34

7

Hình 3.11 Bản vẽ mạch điều khiển kết nối module ngõ ra QY42P 34

Hình 3.12 Bản vẽ mạch điều khiển kết nối cảm biến với module QD77MS2 35

Hình 3.13 Mô hình thiết kế 3D sơ bộ 36

Hình 3.14 Trục khuỷu gắn trên pat đỡ 37

Hình 3.15 Thi công trục Z 37

Hình 3.16 Đĩa quay trục Z 38

Hình 3.17 Bố trí mô hình lên mặt đế 38

Hình 3.18 Nối các chân giao tiếp thông qua domino 39

Hình 3.19 Nối dây cho driver 39

Hình 3.20 Mô hình đã bố trí hoàn thiện 40

Hình 4.1 Cài đặt thông số cho hệ thống 42

Hình 4.2 Positioning Data của trục Z 43

Hình 4.3 Các thông số cài đặt dữ liệu cam và công thức tính stroke ratio 43

Hình 4.4 Cài đặt độ phân giải và chu kỳ của cam 8 lỗ quay ngược 44

Hình 4.5 Vẽ chu kỳ cam 8 lỗ quay ngược 44

Hình 4.6 Nhập thông số cam theo mục đích mong muốn 44

Hình 4.7 Cài đặt độ phân giải và chu kỳ của cam 4 lỗ quay ngược 44

Hình 4.8 Vẽ chu kỳ cam 4 lỗ quay ngược 45

Hình 4.9 Nhập thông số cam theo mục đích mong muốn 45

Hình 4.10 Cài đặt độ phân giải và chu kỳ của cam 8 lỗ quay thuận 45

Hình 4.11 Vẽ chu kỳ cam 8 lỗ quay thuận 45

Hình 4.12 Nhập thông số cam theo mục đích mong muốn 45

Hình 4.13 Cài đặt độ phân giải và chu kỳ của cam 4 lỗ quay thuận 46

Hình 4.14 Vẽ chu kỳ cam 4 lỗ quay thuận 46

Hình 4.15 Nhập thông số cam theo mục đích mong muốn 46

Hình 4.16 Giải thuật vận hành hệ thống 49

Hình 4.17 Màn hình chính 49

Hình 4.18 Màn hình chế độ auto 50

Hình 4.19 Màn hình chế độ manual 50

8

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của PLC MELSEC-Q Mitsubishi 3

Bảng 2.2 Cấu trúc động cơ AC servo 6

Bảng 2.3 So sánh 2 bộ encoder của AC servo 7

Bảng 2.4 Hệ thống dẫn động trong cơ khí ảo 11

Bảng 2.5 Các thông số kỹ thuật của cam 13

Bảng 2.6 Thành phần của CPU Q00J 16

Bảng 2.7 Chú thích QD77MS2 20

Bảng 2.8 Chú thích các hình drvier MR-J3-B 24

9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Chúng ta đã bước vào thế kỷ 21 và sự biến động của một thời đại mới trong ngànhcông nghiệp điều khiển tự động Trong đó, 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, đảm bảoquá trình sản xuất không bị gián đoạn, tăng tuổi thọ thiết bị Động cơ servo với tốc độ quaynhanh, mô men sản sinh lớn, độ chính xác cao, kết hợp với bộ điều khiển và phản hồi(encoder) điều khiển tích hợp, thực sự là một thiết bị mang lại hiệu quả cực kỳ cao trongmáy móc chính xác

Ngày nay, hầu như đều sử dụng servo dành cho các loại máy sản xuất cần độ chính xáccao như máy phay CNC, máy cắt dao quay, cắt chiều dài, máy đóng gói, dán nhãn, máy thêu,máy in… Bên cạnh đó, máy đột lỗ cũng là thiết bị rất phổ biến Trong thực tế, máy đột lỗbên ngoài sử dụng phần cơ khí chính xác để liên kết 2 trục gắn phôi (trục A) và mũi khoan(trục Z) với nhau Sau một thời gian phần cơ khí này sẽ hư hại và mài mòn Cũng như việc

thay đổi cách thức liên kết sẽ rất tốn thời gian Vì vậy, nhóm em đã đề ra phương án “Ứng dụng phương pháp điều khiển đồng bộ vào máy đột sử dụng mạng SSCNET III” Qua

đó, việc liên kết 2 trục sẽ không bị hư hại cũng như thay đổi cách thức liên kết một cách dễdàng bằng việc lập trình

1.2 Mục tiêu

 Thiết kế cơ khí đẹp, chính xác

 Tìm hiểu và giao tiếp với các thiết bị của mô hình: Q00JCPU, QX42, QY42P, QD77MS2, Driver Servo MR-J3S-10B, Driver Servo MR-J4S-10B, AC Servo motor HF-KFS13B, DC motor FH6S60J-D5, HMI GOT2000

 Điều khiển đồng bộ chính xác 2 servo với nhau

 Thiết kế màn hình HMI để điều khiển và giám sát các thông số của mô hình

 Giảm tối đa sai số của mô hình

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm đã tham khảo tài liệu trên internet, tìm hiểu nhu cầu bên ngoài Cùng với đó là

sự phổ biến của động cơ servo Bên cạnh đó, sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn

và các góp ý của những người đã từng làm những mô hình tương tự

Tiến trình thực hiện như sau:

 Đề ra mục tiêu, hướng đi cho từng phần của hệ thống ( phần cơ khí và phầnđiện)

 Tham khảo, nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu mô hình thực tế về phần cơ cũng nhưphần điện, luôn theo sát sự hướng dẫn từ thầy hướng dẫn

 Thiết kế và lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh: phần cơ trước, phần điện sau

 Lập trình hệ thống điều khiển và giám sát, vẽ sơ đồ cho toàn bộ hệ thống từđiện đến cơ khí

 Tiến hành thử nghiệm các tọa độ / tốc độ mong muốn để mô hình tối ưu nhất

 Cuối cùng hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống

 Trục khuỷu, đĩa quay, hộp số

 Các chi tiết phụ: mặt đế, mặt bích servo, giá đỡ trục khuỷu, cơ cấuthanh chọt,…

 Phần điện:

 CPU Mitsubishi Q00j, module input QX42, module output QY42P

 Module chuyển động đơn giản QD77MS2

 Driver MR-J3S-10B, MR-J4S-10B

 Động cơ AC servo

 Phần mềm lập trình PLC GX Work2

 Phần mềm lập trình màn hình HMIGT Designer3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

PLC Melsec-Q là bộ điều khiển logic được dùng để thực hiện thuật toán thông qua một ngôn ngữ lập trình và có khả năng thay thế mạch rơle tiếp điểm trong thực tế.Cho phép người dùng pha trộn và lựa chọn sự phối hợp tốt nhất giữa CPU, công cụ truyền tin, module điều khiển chuyên biệt và I/O trên cùng một nền tảng Điều này cho phép người dùng cấu hình hệ thống theo những gì mình cần, khi nào mình cần, nơi mình cần triển khai Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion, Process Controllers và ngay cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4 CPU khác nhau

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của PLC MELSEC-Q Mitsubishi

Nguồn cấp 110VAC, 220VAC, 440VAC

Số lượng ngõ vào,ra 256, 1024, 4096, 8192

Số bước lập trình 124k, 252k steps,…

Số chương trình 124, 252,…

Dung lượng bộ nhớ Đa dạng (Có thể mở rộng bằng thẻ nhớ gắn ngoài)

Phần mềm lập trình GX Developer, PX Developer, GX Works 2, GX Works 3Cổng truyền thông USB, RS232, Ethernet,…

 Ưu điểm:

 Thiết kế nhỏ gọn, độ bền cao

 Có thể sử dụng trong điều khiển đơn giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản

lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng

 Chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng đa dạng các cấu hình yêu cầu cáctính năng như: Giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương tự, bộ đếm ngõ vàotốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, các module đọc nhiệt độ, loadcell

 Hạn chế số lượng dây đấu nối

 Ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận

 Cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tốbền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnhchương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng sốlượng đầu vào và đầu ra.

 Nhược điểm:

 Giá thành phần cứng cao

 Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

 Một số thành phần chính của PLC:

 Module nguồn: cấp nguồn cho các module

 Module xử lý tín hiệu: CPU

 Module input và output: nhận tín hiệu từ cảm biến, công tắc,…Sau đó điềukhiển các thiết bị bên ngoài

 Module nhớ: bao gồm vùng nhớ bên trong và vùng nhớ mở rộng bên ngoài

 Thiết bị lập trình: giao tiếp với PLC để truyền và nhận tín hiệu điều khiển

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC

 Ngoài các module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như modulekết nối mạng, các module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module điều khiểnđộng cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…

2.2 Động cơ AC servo

2.2.1 Sơ lược động cơ AC servo

Động cơ AC servo là dạng động cơ đồng bộ 3 pha dùng nam châm vĩnh cửu Động cơservo sẽ được tích hợp encoder độ phân giải lớn để giúp quá trình điều khiển chính xác Để điều khiển motor này thì mỗi hãng sẽ tích hợp riêng driver cho động cơ của mình Tùy mỗi ứng dụng thì động cơ AC servo thường có 3 chế độ điều khiển chính là tốc độ, vị trí và torque( momen), ở mỗi chế độ khác nhau thì chúng ta cần cài đặt tùy theo thông số của ứng dụng và tải Khi sử dụng động cơ AC servo thì bắt buộc các bạn phải dùng driver của đúng hãng đó thì mới có khả năng hoạt động chính xác được

Ứng dụng của động cơ AC servo hiện nay trong rất nhiều lĩnh vực và máy móc Đối với một số loại máy công cụ như CNC chấn đột dập để di chuyển theo trục X, Y, Z thì

thường được sử dụng servo để có thể di chuyển các trục này một cách chính xác Một số dâychuyền chiết rót, đóng gói cần chạy và dừng đúng vị trí cũng yêu cầu bắt buộc phải sử dụng động cơ ac servo Đối với một số loại máy cắt bao bì thì động cơ AC servo cũng dùng cho trục dao cắt để giúp cho máy có thể cắt theo những vị trí đã được lập trình sẵn trên plc Ngoài ứng dụng động cơ AC servo cho việc chạy vị trí thì chúng còn được dùng cho một số ứng dụng liên quan đến điều khiển torque để giúp việc thu xả cuộn có tỷ lệ chính xác cao hơn

2.2.2 Cấu trúc động cơ AC servo

AC servo, có cấu tạo gần khá giống với brushless motor (động cơ 1 chiều không chổi than), do không có chổi than việc bảo trì động cơ AC servo là ít cần thiết Hệ thống encoder hồi tiếp giúp điều khiển và cảnh bảo vị trí của rotor để trình tự dòng điện cấp qua các cuộn dây một cách chính xác Sự liên kết và phản hồi được sử dụng trong các động cơ AC servo phải được hoạt động đúng với bô điều khiển hay bộ khuếch đại Quán tính trên rotor rất thấp,

hệ thống điều khiển tinh vi, cường độ dòng, tần số và các pha của stator được driver điều khiển phối hợp để đạt được vị trí mong muốn Tốc độ quay của AC servo có thể đạt đến

6000 vòng/phút hoặc cao hơn ở những servo chuyên dụng

Bảng 2.2 Cấu trúc động cơ AC servo

-Mô men xoắn cao-Điều khiển tạo năng lượng khi mất điện

-Nhỏ gọn và nhẹ-Công suất định mức cao

-Điều khiển bằng

bộ điều khiển servo hơi phức tạp-Bắt buộc phải phản hồi 1:1 giữa động cơ và bộ điều khiển servo-Có thể xảy ra khử từ

-Tốc độ cao và mô men xoắn cao-Hiệu quả cao ở công suất cao-Cấu tạo vững chắc

-Hiệu quả thấp ở công suất thấp-Điều khiển bằng

bộ điều khiển servo hơi phức tạp-Điều khiển không tạo năng lượng khi mất điện

-Thay đổi đặc tínhtùy thuộc vào nhiệt độ

2.2.3 Encoder

2.2.3.1 Khái niệm Encoder

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

Nguyên lý cơ bản của Encoder gồm một đĩa xoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rảnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa sẽ thu về được góc quay của đĩa Khi trục quay khiến đĩa quay, tin hiệu quang chiếu qua đĩa sẽ nhận tắt liên tục tao ra các xung, ghi nhận lại

số xung và tốc độ xung ta có thể thu về được góc quay và tốc độ quay của trục gắn encoder.

Hình 2.2 Đĩa Encoder

2.2.3.2 Phân loại Encoder

Encoder thường được phân làm 2 loại : encoder tuyệt đối (Absolute encoder)

va encoder lũy tiến (Increamental encoder)

Bảng 2.3 So sánh 2 bộ encoder của AC servo

Công

suất

-Đầu ra giá trị tăng dần

-Xung là đầu ra tương ứng với các thay

đổi trong góc quay

-Đầu ra giá trị tuyệt đối-Giá trị tuyệt đối của góc quay

là đầu raĐáp ứng

trong khi

Cần tới chức năng vận hành trở lại khởi

đầu khi có điện lại

Không cần tới chức năng vận hành trở lại khởi đầu khi có

mất điện điện lại vì không cần đếm

xung nhịpGiá Thấp do cấu tạo tương đối đơn giản Cao do cấu tạo tương đối phức

tạpCấu tạo

2.3 Hệ thống cơ khí ảo

2.3.1 Điều khiển đồng bộ

Điều khiển đồng bộ là điều khiển các chuyển động có sự ràng buộc lẫn nhau về hành trình và tốc độ Điều này đạt được tức thời khi ta sử dụng ly hợp, chuyển đổi tốc độ với bánhrăng, bánh răng vi sai Ở đây, bộ điều khiển(Controller) điều khiển các trục riêng rẽ ( trục Servo) với sự liên kết chuyển động giữa các trục nhờ cơ cấu cơ khí ảo được set up trong phần mềm điều khiển Nhờ đó các trục được liên kết với nhau mà không cần quan tâm đến

sự mài mòn cơ khí hay có thể dễ dàng thay đổi cách thức liên kết giữa các trục, điều nếu làmbằng cơ khí sẽ phải chế tạo các bộ phận rất mất thời gian

Hình 2.3 Tổng quan hệ thống cơ khí ảo

2.3.2 Mô đun truyền động – trục đầu vào

- Đối với mô đun trục chính, giá trị đầu vào được tạo ra như là giá trị kết hợp từ 2 trụcđầu vào (trục đầu vào chính và phụ) thông qua bánh răng trục chính kết hợp Giá trị đầu vào kết hợp được chuyển đổi bởi bánh răng trục chính sẽ đưa ra tỷ lệ giảm tốc và hướng quay cho hệ thống máy

Hình 2.4 Mô đun trục chính

- Đối với mô đun trục phụ, giá trị đầu vào được sinh ra từ trục phụ Giá trị đầu vào có thể chuyển đổi được nhờ bánh răng trục phụ, bánh răng này cung cấp tỷ lệ giảm tốc và hướng quay cho hệ thống máy

Hình 2.5 Mô đun trục phụ

2.3.3 Mô đun dẫn động

Bảng 2.4 Hệ thống dẫn động trong cơ khí ảo

 Bánh răng (gear) : được sử dụng để truyền đến trục đầu ra số xung đạt được bằng cách nhân số xung trục đầu vào với tỉ lệ bánh răng Tỷ lệ bánh răng được tính bằng cách chia “số bánh răng trục đầu vào” cho “số bánh răng trục đầu ra”

Hình 2.6 Bánh răng

 Ly hợp (clutch) : ly hợp truyền các xung lệnh từ trục đầu vào đến mô đun đầu

ra và ngắt chúng, thường được sử dụng để điều khiển khởi động hoặc dừng vận hành trục đầu ra (động cơ servo) Có 2 loại ly hợp là ly hợp cứng và ly hợp

mềm, tùy vào mục đích sử dụng trong việc tăng tốc giảm tốc mà sử dụng các loại ly hợp khác nhau.

Hình 2.7 Ly hợp và cách thức hoạt động

 Bánh răng đổi tốc độ (speed change gear) : được sử dụng để thay đổi tốc độ vòng quay và giá trị quãng đường cho mô đun đầu ra trong khi vận hành Đối với bánh răng đã nêu ở trên, tỉ số bánh răng được cai đặt là cố định Khi sử dụng bánh răng đổi tốc độ ta có thể thay đổi giá trị chuyển đổi này một cách linh hoạt băng cách tác động vào vùng nhớ đã cai đặt sẵn Tỷ lệ được tính tương tự như bánh răng đã nêu ở trên

Hình 2.8 Bánh răng thay đổi tốc độ

 Bánh răng vi sai (Differential gear) : bộ bánh răng vi sai từ giá trị quảngđường trục đầu vào phụ, từ giá trị quảng đường của trục chính rồi truyền đến trục đầu ra Nếu trục chính không hoạt động thì trục phụ liên kết với bánh

răng vi sai sẽ dẫn động trục đầu ra nhưng với chiều ngược lại so với trục chính Giá trị quảng đường trục đầu ra sẽ bằng giá trị quảng đường trục đầu vào chính trừ cho giá trị quảng đường trục phụ kết nối với bánh răng vi sai.

Hình 2.9 Bánh răng vi sai

2.3.4 Mô đun đầu ra – đĩa cam

Đĩa cam được sử dụng để di chuyện một máy đã kết nối đến động cơ servo theo mẫu đĩa cam đã xác định Đĩa cam tạo nên một vòng quay với số xung trên mỗi vòng quay trục đĩa cam

Hình 2.10 Mô đun đầu ra – đĩa cam

 Các thông số kĩ thuật cam:

Bảng 2.5 Các thông số kỹ thuật của cam

Dung lượng bộ nhớ

Khu vực lưutrữ cam

256k bytes

Khu vực mởrộng lưu trữ cam

1024k bytes

Số lượng cam có thể thiết lập

Lên tới 256(Phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ, độ phân giải cam và số tọa độ)

Dữ liệu cam Định

dạng

dữ liệu tỉ

số hành trình

Độ phân giải cam

256/512/1024/2048/4096/8192/16384/32768

Tỉ số hành trình

-214.7483648 đến 214.7483647[%]

Định dạng

dữ liệu tọa độ

Số tọa độ 2 đến 16384

Dữ liệu tọa độ

Giá trị đầu vào: 0 đến 2147483647 Giá trị đầu ra: -2147483648 đến 2147483647

Đĩa cam thường được chia làm 3 loại:

 Two-way operation : lặp đi lặp lại các chuyển động trong 1 vòng cam tương tự như cam cơ khí ngoài thực tế Vị trí kết thúc sẽ phải về điểm xuất phát ban đầu

để quá trình lặp lại được đúng

 Feed operation : giá trị hay chuyển động của cơ cấu được cập nhật sau mỗi chu

kỳ quay của cam Vị trí kết thúc sẽ là vị trí đầu tiên của chu kì tiếp theo

 Linear cam : đĩa cam thẳng, là loại đĩa cam đặc biệt mà chỉ hệ thống cơ khí ảo mới có Đĩa cam hoạt động gần giống như feed operation nhưng dữ liệu cam làmột đường xéo với điểm cuối cũng ứng với quãng đường dịch chuyển của cơ cấu trong một chu kỳ cam

Hình 2.11 Các loại đĩa cam và chức năng

2.4 Thiết bị sử dụng

2.4.1 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00JCPU

Hình 2.12 CPU kết hợp bộ nguồn- Q00JCPU

Bảng 2.6 Thành phần của CPU Q00J

STT TÊN CHỨC NĂNG

1 Power led Đèn báo trạng thái hoạt động của nguồn

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 pháthiện

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

7 RUN/STOP/RE

SETswitch

Run: Chế độ hoạt động Stop: Ngừng hoạt độngReset: Thực hiện đặt lại phần cứng, xóa lỗi, …

- Dung lượng nhớ: 58 kByte

- Max for PLC programe: 8k step (32kByte)

- Timer: 512

- Counter: 512

- Khối lượng (kg): 0.66

- Kích cỡ (W x H x D) mm: 245 x 98 x 98

2.4.2 Module QD77MS2 (Simple Motion Module)

Là module có khả năng thực thi tải xuống các thông số servo tới bộ khuếch đại servo, BẬT/TẮT bộ khuếch đại servo và các lệnh vị trí, trục/cam ảo,vv… bằng cách kết nối giữa module qd77ms2 và bộ khuếch đại servo qua cáp SSCNET

Hình 2.13 Hình ảnh mặt trước Module QD77MS2

Hình 2.14 Hình ảnh mặt bên Module QD77MS2

Bảng 2.7 Chú thích QD77MS2

1 Run led Hiển thị trạng thái hoạt động

2 Error led Hiển thị trạng thái lỗi

- Tắt: chương trình hoạt động bình thường

- Sáng: chương trình hoặc thông số cài đặtxuất hiện lỗi

3 Axis display led Hiển thị trạng thái hoạt động của từng trục:

- Tắt: trục không điều khiển

- Sáng: trục đang được điều khiển

- Kết nối với SSCNET III, SSCNET III/H

- Thời gian khởi động tốc độ cao "0.88ms" trong quá trình điều khiển vị trí đạt được

- Khoảng cách tối đa giữa QD77MS và bộ khuếch đại servo, bộ khuếch đại servo và bộkhuếch đại servo của cáp SSCNET III trên cùng một đường dẫn đã được thiết lập đến

50 (164,04) [m (ft.)] Đối với cáp SSCNET /H được thiết lập đến 100(328.08)

- Điện áp đầu vào định mức: 24V DC

- Dòng điện đầu vào định mức: 4 mA

- Dòng điện tiêu thụ: 90 mA (cho tất cả chân ON)

- Số chân kết nối: 80

- Chân chung: 1B01, 1B02, 2B01, 2B02 (nguồn dương)

- Phương pháp cách ly: cách ly quang

2.4.4 Module ngõ ra số QY42P

Hình 2.16 Cấu trúc phần cứng và sơ đồ chân QY42P

 Thông số kỹ thuật:

- Số lượng ngõ vào: 64

- Điện áp đầu vào định mức: 12 đến 24V DC

- Dòng điện đầu vào định mức: 20 mA

- Dòng điện tiêu thụ: 150 mA (cho tất cả chân ON)

- Số chân kết nối: 80

- Chân chung: 1A01, 1A02, 2A01, 2A02 (nguồn âm)

- Phương pháp cách ly: cách ly quang

2.4.5 Bộ khuếch đại servo MR-J3-B

Dòng servo AC đa dụng MELSERVO-J3 của hãng Mitsubishi có hiệu suấtcao hơn và nhiều khả năng hơn so với dòng MELSERVO-J2-Super Bộ khuếch đạiservo MR-J3-B kết nối với bộ điều khiển hệ thống servo và các bộ khuếch đạikhác thông qua mạng đồng bộ tốc độ cao và hoạt động bằng cách đọc trực tiếp dữliệu vị trí Tốc độ quay/ kiểm soát hướng động cơ servo và điều khiển chính xác

được thực hiện với dữ liệu từ module lệnh SSCNET được trang bị bởi Bộ khuếchđại servo MR-J3-B cải thiện đáng kể tốc độ truyền thông và khả năng chốngnhiễu bằng cách sử dụng cáp quang số với SSCNET lúc bấy giờ Đối với khoảngcách dây, 50m là khoảng cách tối đa giữa các điện cực cũng được cung cấp Giớihạn mô-men xoắn với mạch kẹp được tích hợp trong bộ khuếch đại servo để bảo

vệ bóng bán dẫn điện của mạch chính khỏi sự số quá dòng gây ra bởi sự tăng tốc /giảm tốc nhanh hoặc quá tải Ngoài ra, giới hạn mô-men xoắn giá trị có thể đượcthay đổi thành giá trị mong muốn trong bộ điều khiển Động cơ servo dòngMELSERVO-J3 có bộ mã hóa vị có độ phân giải 262144 xung / vòng để đảm bảokiểm soát chính xác hơn so với dòng MELSERVO-J2-Super Đơn giản ta chỉ cầnthêm pin vào bộ khuếch đại servo sẽ tạo nên một hệ thống phát hiện vị trí tuyệtđối Điều này giúp ta tránh những lần về home không cần thiết ( chỉ cần về home

1 lần )

Hình 2.17 Hình ảnh mặt trước của driver

Bảng 2.8 Chú thích các hình drvier MR-J3-B

(1) Phần hiển thị ( gồm 3 kí tự ) dạng LED 7 đoạn hiển thị trạng thái

các trục và mã lỗi

(2) Khe xoay điều chỉnh thứ tự của bộ khuếch đại/ trục tương ứng

(3) (SW2-1) chuyển sang chế độ test Sử dụng trong phần chế

độ test bằng phần mềm MR Configurator (SW2-2) Bổ sung ( chắc rằng đãđược “ gạt xuống” )

(4) Nơi cấp nguồn chính (CNP1)

Kết nối nguồn điện nuôi

(5) Cổng giao tiếp tiếp USB (CN5)

Kết nối với máy tính

(6)

Ngõ kết nối tín hiệu I/O (CN3)

Được dùng để kết nối tín hiệu số I/O và có thể quan sát ngõ ra tín hiệu tương tự

(7) Cổng kiểm soát dòng (CNP2)

Kết nối đến kiểm soát nguồn nuôi

(8)

Cổng kết nối cáp SSCNET III (CN1A)

Sử dụng để kết nối hệ thống điều khiển servo hoặc bộ khuếch đại servo trước đó

(9)

Cổng kết nối cáp SSCNET III (CN1B)

Sử dụng để kết nối bộ khuếch đại phía sau Nếu là trục cuối thì đặt 1 cái chụp

(10) Cổng nối nguồn động lực cho động cơ servo (CNP3)

Kết nối với động cơ servo

2.4.6 Cảm biến quang EE-SX772 OMRON

Hình 2.19 Sensor EE-SX772 OMRON

 Thông số kĩ thuật:

- Nguồn cung cấp: 5-24VDC

- Khoảng cách phát hiện: 5mm

- Loại cảm biến: NPN- Dark ON

- Đối tượng phát hiện: loại vật đục chắn sáng

- Tần số đáp ứng: 1KHz

- Bộ khếch đại tín hiệu (driver) : MR-J3-10B

- Moment xoắn cực: 0.16 Nm, Max 0.56 Nm

- Tốc độ: 3000-6000 vòng/ phút

- Encoder 18- bit

- Độ phân giải: 262144 xung/ vòng

- Ứng dụng điều khiển tốc dộ, vị trí

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

3.1 Sơ đồ khối chức năng

Hình 3.1 Sơ đồ khối chức năng

3.2 Thiết kế phần cơ khí

3.2.1 Bàn đỡ trục Z

Hình 3.2 Đế đỡ trục Z