Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Các Bộ Điều Khiển Số (Cnc) Thông Minh Và Chuyên Dụng Cho Các Hệ Thống Và Quá Trình Phức Tạp

HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA KC.03 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP NHÀ NƯỚC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA KC.03

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP NHÀ NƯỚC

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ (CNC) THÔNG MINH VÀ CHUYÊN DỤNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÀ QUÁ TRÌNH PHỨC TẠP

KH&CN CẤP NHÀ NƯỚC

1 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các bộ điều khiển số (CNC) thông minh

và chuyên dùng cho các hệ thống và quá trình phức tạp

Mã số : KC-03-12

2 Thuộc chương trình : Chương trình khoa học công nghệ tự động hóa KC 03

3 Thời gian thực hiện: 10/2001-12/2005

4 Cơ quan chủ trì: Trường Đại học bách Khoa - Đại học quốc Gia TP.HCM

5 Bộ chủ quản : Đại học quốc Gia TP.HCM

6 Danh sách tác giả:

1 Thái Thị Thu Hà GVC.Tiến sĩ

Chủ nhiệm Đề tài

2 Đặng Thành Trung Thạc sĩ

5 Đặng Văn Nghìn Phó Giáo sư, Tiến sĩ

6 Nguyễn Minh Tuấn Thạc sỹ

7 Phan văn Khánh Kỹ sư

12 Trần Nguyên Duy Phương Thạc sĩ Đang làm tiến sĩ tại Canada

13 Trần Tuấn Đạt Kỹ sư Đang làm thạc sỹ tãi Đức

14 Nguyễn Văn Giáp GVC.Tiến sĩ

16 Từ Diệp Công Thành Tiến sỹ

17 Bùi Quang Được Kỹ sư

18 Tô Hoàng Minh Kỹ sư Đang làm tiến sĩ tại Hàn Quốc

Chù nhiệm đề tài Tp.Hồ Chí Minh 26/12/2005

Thủ trường cơ quan chủ trì Đề tài

TS.Thái Thị Thu hà

NGUYÊN GỐC CHỮ VIẾT TẮT

-Intelligent Machining Systems IMS -Open architecture controller OAC

- Numerical Control Markup Language NCML

- Open System Architecture for Controls within Automation systems OSACA

- Computer-Aided Design CAD

- Personal Compute PC

- National Instruments NI

- Programmable Logic Controller PLC

- Application Programming Intreface API

- Digital Differential Analyse DDA

- Analog to digital converters A/D

Bảng chú thích các chữ viết tắt

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

1.2.1 Sơ đồ cấu trúc máy phay CNC thông minh 7

1.3.2 Sơ đồ điều khiển của máy đã thưc hiện 12 1.3.3 Giới thiệu các phần tử của hệ thống 13

1.3.3.2 Giới thiệu các motor và driver fanuc 14 1.3.3.3 Giới thiệu biến tần fuji FRENIC 5000G 15

1.3.3.5 Giới thiệu bàn phím và bảng điều khiển 18

1.3.3.7 Giới thiệu PXI 7344 ( Hwardwase ) 21 1.3.3.8 Một số các đặc tính quan trọng của card 7344 22

1.3.4.3 Phần mềm điều khiển máy cnc 32

1.4.1 Khái niệm về điều khiển thích nghi 33 1.4.2 Các khái niệm về điều khiển thích nghi 35 1.4.2.1 Hệ thống điều khiển bền vững độ khuyếch đại lớn 35 1.4.2.2 Hệ thống thích nghi tự dao động 36 1.4.2.3 Bộ điều khiển thích nghi khuếch đại chọn lọc 36 1.4.2.4 Bộ điều khiển thích nghi mô hình tham chiếu (Model

1.4.2.5 Bộ tự điều chỉnh (Self-tuning Regulators- STRs) 37 1.4.4.6 Điều khiển thích nghi có ràng buộc ACC 38 1.4.4.7 Điều khiển thích nghi tối ưu ACO 38 1.4.3 Xác định thông số cho quá trình điều khiển thích nghi 38

1.4.3.2 Lực kế dựa trên nguyên tắc đo biến dạng bằng strain gage 41 1.4.3.3 Khái quát về phần mềm DASYLab (Hãng National

1.4.4 Thuật toán điều khiển thích nghi quá trình phay 45

1.4.4.2 Thuật toán điều khiển thích nghi quá trình phay 48 1.4.4.3 Ứng dụng điều khiển thích nghi quá trình phay 52 1.4.4.4 Phần mềm điều khiển thích nghi 54

1.5 Điều khiển quá trình phay dùng mạng neural 59 1.5.1 Giới thiệu

1.5.5.3 Xác định mạng Neural cho quá trình điều khiển 76 1.5.5.4 Tiến hành gia công với quá trình điều khiển Neural 77

2.1.4 Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài 92

2.2.2 Giới thiệu các thành phần cơ bản của bộ điều khiển 96

3.1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 110

3.2.1.1 Xác định bậc tự do của cơ cấu 115

3.2.1.2 Hệ toạ độ tương đối ( Xem phụ lục 3.1) 116 3.2.1.3 Mô tả hình học của cơ cấu hexapod( Xem phụ lục 3.2) 116

3.2.3.3 Thuật toán Newton_Rapshon giải gần đúng hệ phương trình

3.2.4 Phân tích động học và động lực học 127

3.2.4.2 Động lực học 134

3.3.2 Chương trình vẽ không gian hoạt động 143

3.5.1.2 Các giải thuật nội suy cho các lệnh cơ bản của phay CNC 152 3.5.2 Một số giải thuật lập trình gia công cho hexapod 152 3.5.2.1 Lập trình bằng tay và đọc mã lệnh G code trong trường hợp

3.5.3 Đọc mã lệnh G codes tương ứng với máy phay 5 trục 155

4.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 183

4.2 Thiết kế phần cơ của hệ thống định lượng tự động 186

4.2.3 Thiết kế thùng chứa và phễu cấp liệu 194

4.2.3.2 Một số phương án lựa chọn hình dáng thùng chứa 196

4.2.3.4 Chọn lựa hình dáng thùng chứa và phễu trung gian 197

4.3.3 Các khối chức năng

4.3.5 Các chế độ bù (Compensation) (SQF-03) 211

4.5 Sử dụng mạng rs-485 thiết lập chế độ cân 222

4.5.2 Các lệnh truyền cho bộ chỉ thị cân AD_4401 223

4.5.4 Cài đặt phương thức truyền thông ở PLC 226 4.5.5 Cài đặt trên máy tính để bàn dùng hệ điều hành Windows 9x 227

5.2.1 Các đặc điểm khi định lượng bulông-vít-đai ốc 238

5.2.3.5 Máng rung phẳng có bộ phận tạo rung bằng điện từ 241

5.4.1 Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển 243 5.4.2 Đặc điểm khi thiết kế hệ thống điều khiển 243 5.4.3 Các cơ cấu chính của hệ thống điều khiển 243 5.4.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 244 5.4.3.2 Các bộ phận chính của hệ thống điều khiển 244

5.5.1 Cơ cấu cần lắc và máng rung chuyển tiếp 247

5.5.2 Cơ cấu chia phôi, máng rung phẳng và máng rung xoắn 249

5.6.2.1 Nguyên lý của các bộ biến đổi A/D 254 5.6.2.2 Yêu cầu kĩ thuật của bộ A/D 254

LỜI NÓI ĐẦU

Bộ điều khiển thông minh có ý nghĩa quan trọng trong tự động hóa và quá trình sản xuất hiện đại Tầm quan trọng này được thể hiện qua một số công trình của Fritschow, Wright và James Ngay từ năm 1993, GS Fritschow đã khẳng định bộ điều khiển thông minh trên nền tảng của bộ điều khiển cấu trúc mở sẽ làm thay đổi ngành công nghiệp chế tạo máy công cụ trong tương lai

Trong cuốn sách Sản xuất ở thế kỷ 21 , Wright đã nêu xu thế phát triển của chế

tạo máy về máy thông minh và tầm quan trọng của nó

Trong chiến lược phát triển chế tạo máy ở Châu Âu giai đoạn 2015 – 2020 đã có những dự án sau đây:

- Hệ thống cấu trúc mở để điều khiển thông minh máy CNC

- Bộ điều khiển cấu trúc mở

- Giám sát trực tuyến thông minh và điều khiển thích nghi

Năm 2002, trong dự báo tương lai của ngành chế tạo máy Jordan James cũng

nhấn mạnh vai trò của bộ điều khiển cấu trúc mở

Chính vì tính cấp thiết của bộ điều khiển thông minh như vậy cho nên trong chương trình nghiên cứu trọng điểm của nhà nước về tự động hóa giai đoạn

2001 – 2005 có nhiệm vụ của đề tài KC.03.12 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ

TẠO CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ (CNC) THƠNG MINH VÀ CHUYÊN DỤNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÀ QUÁ TRÌNH PHỨC TẠP

Sản phẩm nghiên cứu của đề tài KC.03.12 bao gồm:

- Máy phay CNC 3 trục với bộ điều khiển thông minh

- Mô hình điều khiển tổng quát

- Mô hình Hexapod

- Hệ thống định lượng nhiều thành phần

- Bộ điều khiển cải tiến hệ thống định lượng vít

Để thực hiện các sản phẩm này, chúng tôi phải triển khai thiết kế chế tạo phần cứng cũng như xây dựng bộ điều khiển và các chương trình phần mềm điều khiển

các thiết bị tương ứng Mặt khác, những sản phẩm này cũng khác biệt nhau về công dụng, cho nên để thực hiện các nhiệm vụ này chúng tôi phải chế tạo thêm phần cứng cơ khí

• Trong sản phẩm thứ nhất chúng tôi áp dụng bộ điều khiển số CNC thông minh thích nghi trên máy phay CNC Bộ điều khiển thông minh được thể hiện qua các giải thuật thích nghi và dùng Neural Tính thông minh được thể hiện qua khả năng thich nghi của máy trong nhiều trường hợp

• Cấu trúc mở là một trong nhiều đặc tính thông minh của thiết bị Vì vậy sản phẩm thứ 2 của đề tài là mô hình điều khiển tổng quát gồm phần cứng là một máy phay CNC kích thước nhỏ được tích hợp với bộ điều khiển cấu trúc mở

• Một dạng phát triển mới của máy cộng cụ CNC là Hexapod khác với máy công cụ CNC truyền thống, máy công cụ Hexapod phải có bộ điều khiển có khả năng điều khiển đồng thời sáu chân theo nguyên lý STEWART Cho nên sản phẩm thứ ba của đề tài nghiên cứu là mô hình Hexapod

• Định lượng cũng là một trong những công đoạn quan trọng của quá trình sản xuất thực phẩm ,đường, sữa, bột ngọt, thức ăn gia súc, xi măng Trong quá trình định lượng các sản phẩm nhiều thành phần có khối lượng nhỏ, độ chính xác cao cũng cần thiết bộ điều khiển thông minh Trong sản phẩm thứ tư của đề tài chúng tôi tập trung nghiên cứu cả phần cứng lẫn phần điều khiển của hệ thống định lượng nhiều thành phần

• Một đặc điểm của bu lông, ốc, vít là có ren nên rất khó định lượng chính xác Sản phẩm thứ năm của đề tài tập trung vào việc nghiên cứu cải tiến hệ thống định lượng vít

Nhóm nghiên cứu hy vọng qua việc thực hiện đề tài nghiên cứu này có thể đóng góp một phần về phương pháp luận, các kết quả nghiên cứu có thể phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dậy và ứng dụng trong sản xuất

Nội dung trình bày trong báo cáo được thể hiện ở các chương sau :

Chương 1: Bộ điều khiển máy phay CNC thông minh

Chương 2: Mô hình điều khiển tổng quát

Chương 3: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hexapod

Chương 4: Hệ thống định lượng nhiều thành phần

Chương 5: Cải tiến hệ thống định lượng vít

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Với những kết quả đạt được, chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đánh giá, góp ý của hội đồng nghiệm thu các cấp để hoàn thiện tốt hơn nhằm phục vụ hiệu quả trong sản xuất và đào tạo

1.1.1 Giới thiệu đề tài nghiên cứu

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các quá trình sản xuất phức tạp được thực hiện một cách linh hoạt và chính xác

Sự phát triển và những thành tựu của công nghiệp thông tin cho phép chúng ta có thể giám sát trực tuyến hiện trạng của các hệ thống sản xuất và gia công phức tạp Không những thế người ta còn điều khiển được các quá trình cũng như hệ thống gia công hoạt động để đạt được những mục tiêu mong muốn

Như chúng ta đều rõ vai trò của máy công cụ để chế tạo ra các thiết bị máy móc khác Máy phay là một trong những máy công cụ phức tạp về kết cấu cũng như điều khiển, được áp dụng nhiều trong sản xuất

Hiện nay máy công cụ CNC ra đời đã đem lại những hiệu quả to lớn Tuy nhiên với những bộ điều khiển thông thường thì khó đạt được các chỉ tiêu mong muốn về chất lượng cũng như năng suất khi mà các yếu tố ngẫu nhiên luôn thay đổi và ảnh hưởng đến hệ thống gia công Chính vì lẽ đó mà bộ điều khiển CNC thông minh đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu

Với ưu việt nổi trội của bộ điều khiển CNC thông minh ngoài việc áp dụng cho các máy công cụ nó còn đang được nghiên cứu để áp dụng vào cho các quá trình sản xuất và hệ thống gia công phức tạp khác

Do vậy việc nghiên cứu để thiết kế và chế tạo bộ điều khiển thông minh cho máy phay CNC là cấp thiết

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới việc nghiên cứu bộ điều khiển thông minh đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là việc nghiên cứu trong lĩnh vực ứng dụng trên máy CNC Trong quá trình nghiên cứu các tác giả đã đưa ra một số khái niệm về máy thông minh Cho đến nay, có khá nhiều định nghĩa về máy công cụ thông minh Trong cuốn sách viết năm 1988, Wright và Bourne đã đưa ra một số ý tưởng và mức độ thông minh cho máy công cụ Nacsa J [1, 2, 3, 4] đã tổng quan lại những công trình nghiên cứu liên quan đến máy công cụ thông minh Trong các bài báo này đã đưa ra những nhu cầu thương mại về máy công cụ thông minh theo dự báo của Wright từ năm 1988 và cho đến nay Monostoris lại phân loại các máy thông minh thành 3 phần:

¾ Điều khiển giám sát dụng cụ

¾ Mô hình hóa và mô phỏng hoạt động của máy

¾ Điều khiển thích nghi

Hệ thống gia công thông minh đầu tiên được trình bày bởi K Mori và Kasashina vào

năm 1993 có tên gọi là thiết bị MEL-MASTER ( Hình 1.1)

Hình 1.1: Hệ thống thiết bị

MEL-MASTER

Máy công cụ thông minh đang được nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Kakino, trường đại

học Kyoto (Nhật Bản), từ dự án đầu tiên về điều khiển số thông minh (INC) Dự án INC được bắt đầu từ năm 1997 và vẫn đang tiếp tục nghiên cứu

• Giai đoạn đầu tiên từ năm 1997÷2000 là nghiên cứu về máy khoan thông minh

• Giai đoạn thứ hai từ năm 2000 ÷ 2002 là nghiên cứu quá trình ta rô và phay thông minh

• Giai đoạn thứ ba từ năm 2002 trở đi là nghiên cứu các quá trình gia công khác

• Từ năm 1997 nhóm nghiên cứu của Giáo Sư Kakino đã công bố nhiều bài báo về các máy công cụ thông minh cho các quá trình khoan, ta rô Nguyên lý điều khiển thông minh quá trình khoan được thể hiện qua sơ đồ tổng thể hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ máy thông minh của dự án INC

Để có thể nghiên cứu các tính chất của bộ điều khiển này cần có các cơ cấu chấp hành nhiều cấp đặc trưng cho một hệ thống phức tạp trong ngành chế tạo máy Theo Atsuhi Matsubara, Soichi IBARAKU và Yoshiaki KaKINO ở trường Kyoto, máy khoan thông minh được thể hiện ở 3 mức điều khiển sau:

¾ Mức 1 : Điều khiển dòng điện, vận tốc, vị trí

¾ Mức 2 : Điều khiển lực cắt

¾ Mức 3: Điều khiển trực tuyến và không trực tuyến

Ngoài ra theo Yoshiaki Kakino máy thông minh có hai loại: feedback, hoặc feedforward

máy thông minh chỉ ra trên hình 1.3

Hình 1.3 : Cấu trúc của hệ thống máy thông minh cuả Altintas

Hệ thống gia công thông minh này có thể đáp ứng các yêu cầu thông minh khác nhau như: Điều khiển thích nghi, giám sát điều kiện gia công và điều khiển quá trình

Theo Altintas, trong máy phay thông minh cần phải có:

¾ Phần cứng là một máy phay CNC truyền thống

¾ Các cảm biến khác nhau để nhận biết về tiếng ồn, rung động, lực cắt,…

¾ Bộ điều khiển giám sát

¾ Bộ điều khiển CNC

Hệ thống gia công thông minh do Dharan và Won [5] đề xuất bao gồm một trung tâm

gia công truyền thống được trang bị thêm các cảm biến lực, cảm biến vị trí và bộ điều khiển thông minh để điều khiển quá trình khoan vật liệu composite

Ozaki và Sheng nghiên cứu quá trình khoan vật liệu composite trên trung tâm gia công

NAOSSURA MC 510-VSS được tích hợp với các cảm biến lực Kistler 9271A và bộ điều khiển thông minh

N.K.Mehta Viện kỹ thuật Roorkee- Ấn độ đưa ra mô hình điều khiển thông minh cho

quá trình tiện (Hình 1.4)

Bộ điều khiển CNC

Bộ điều khiển chương trình logic Module điều khiển thao tác thông minh (Mạch xử lý tín hiệu số với giao tiếp qua các cổng A/D và D/A)

Lực, rung động, nhiệt độ, được sensor gắn trên máy nhận biết

3 thành phần tạo nên chuyển động cắt

CNC Monitor

Hình 1.4: Mô hình điều khiển thích nghi khi gia công tiện

Tae Young Kim và Jongwon Kim ( Đại học quốc gia Seoul- Hàn quốc ) nghiên cứu giới

thiệu bộ điều khiển thích nghi lực cắt cho quá trình phay (Hình 1.5)

Hình 1.5: Sơ đồ máy phay CNC ngang có điều khiển thích nghi

Ngoài ra còn rất nhiều các công trình nghiên cứu tại các nước khác như : Thụy Điển, Trung Quốc v.v Qua các công trình này chúng tôi nhận thấy hệ thống gia công thông minh có thể đáp ứng các yêu cầu thông minh khác nhau như: Điều khiển thích nghi, giám sát và điều khiển quá trình gia công

Ở trong nước đã có những nghiên cứu về lĩnh vực máy gia công thông minh ở Viện máy công cụ IMI, Viện kỹ thuật quân sự Các công trình nghiên cứu này đã đạt được những kết quả nhất định như giám sát quá trình gia công, điều khiển thích nghi khi thông số lực cắt vượt quá giá trị cho phép

Có lẽ mọi tiêu chí về điều khiển thông minh, hệ thống thông minh và bộ điều khiển thông minh có thể được kiểm định bởi hoạt động của hệ thống gia công thông minh, vì vậy chính bộ điều khiển thông minh sẽ quyết định tính thông minh của hệ thống

¾ Có cảm biến

¾ Các vòng lặp điều khiển

¾ Cấu trúc mở

¾ Điều khiển thích nghi

¾ Điều khiển dùng Neural

¾ Điều khiển dùng Fuzzy

¾ Điều khiển giám sát

Cấu trúc của một hệ thống gia công thông minh bao gồm hệ thống gia công CNC được điều khiển bởi bộ điều khiển thông minh

Bộ điều khiển thông minh CNC là bộ phận quan trọng nhất quyết định khả năng đạt mục tiêu của một hệ thống gia công thông minh

1.1.4 Mục đích và nội dung nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là thiết kế và chế tạo bộ điều khiển CNC thông minh cho một máy phay

Tuy nhiên nếu chỉ có bộ điều khiển thì chúng ta không thể nghiên cứu thử nghiệm cũng như đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển này Chính vì lẽ đó mục đích tổng thể của đề tài là thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cho máy CNC thông minh, tích hợp và điều khiển máy phay CNC

Để đạt được mục tiêu này chúng tôi thấy cần nghiên cứu những nội dung sau đây:

¾ Nghiên cứu tổng quan tài liệu về điều khiển thông minh cũng như hệ thống gia công thông minh

¾ Xác định cấu trúc của máy phay CNC thông minh

¾ Nghiên cứu phần cứng máy phay CNC và phần mềm điều khiển

¾ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ điều khiển thông minh trên cơ sở điều khiển thích nghi

¾ Phân tích lựa chọn chỉ tiêu để điều khiển thích nghi

¾ Nghiên cứu điều khiển quá trình phay dùng Neural

¾ Nghiên cứu thực nghiệm điều khiển thích nghi quá trình phay và quá trình điều khiển dùng neural

1.2 CẤU TRÚC CỦA MÁY PHAY CNC THÔNG MINH

1.2.1 Sơ đồ cấu trúc máy phay CNC thông minh

Cấu trúc của máy phay CNC thông minh được mô tả cụ thể trên hình 1.6

Hình 1.6: Cấu trúc của máy phay CNC thông minh

Hệ thống bao gồm có các bộ phận sau đây:

¾ Máy phay CNC 3 trục với bộ điều khiển PC-based được xây dựng trên nền card điều khiển chuyển động PCI-7344: Đây là một máy phay CNC 3 trục hoàn chỉnh, có đầy đủ các chức năng của các máy CNC thông thường Ngoài ra phần mềm điều khiển còn có khả năng nhận tín hiệu hồi tiếp từ máy tính, xử lý tín hiệu lực cắt và hiệu chỉnh trực tuyến tốc độ chạy dao

¾ Lực kế đo lực cắt theo 3 phương X,Y,Z

CNC

FANUC

Máy tính 2 + Phần mềm hiển thi (DASYLab)+ Điều khiển thích nghi Quá trình phay

Lượng chạy dao

Lực cắt tham chiếu

Card điều khiển Flexmotion PCI - 7344

Máy tính 1 + CNC Controller

Card PCL -812PG

Điều chỉnh

lượng chạy dao

Luợng chạy dao Lực kế

¾ Phần thu nhận và xử lý tín hiệu cảm biến lực cắt: Phần này có chức năng thu nhận, lọc, khuyếch đại và xử lý các tín hiệu từ cảm biến lực cắt, tính toán và đưa

ra các giá trị mới của lượng chạy dao Hoạt động của hệ thống này được mô tả theo sơ đồ hình 1.7

Hình 1.7 : Sơ đồ máy phay thông minh thực hiện

tại trường ĐH.Bách Khoa.TPHCM

Quá trình lập trình và giám sát có thể thực hiện trên bộ điều khiển cấu trúc mở (OAC), ở đây chúng tôi thực hiện cấu trúc mở về phần mềm, quá trình lập trình, gia công, giám sát và điều khiển thích nghi được thực hiện trên máy CNC có cấu trúc OAC để có thể cùng một lúc chạy chương trình và điều khiển thay đổi thông số công nghệ của quá trình gia công Chi tiết được thể hiện ở dạng 3D, sau đó chuyển sang ngôn ngữ máy

Lập trình đường chạy dao: Các phần mềm CAM có khả năng tạo ra các đường chạy dao cho bất kỳ chi tiết nào Việc chế tạo cần phải phân tích từ các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, các đường chạy dao, khả năng của máy CNC và quyết định các thông số hình học của dao và các thông số công nghệ của quá trình gia công

Mô hình hóa hình học và cơ chế cắt: Mô phỏng quá trình gia công của chi tiết và dụng cụ cắt được thực hiện, lượng chạy dao và tốc độ trục chính Biết loại dao và các thông số công nghệ sẽ tính được lực cắt Giá trị lực cắt phải đảm bảo cho lưỡi cắt và chi tiết không

có hiện tượng quá nhiệt và bị mòn Giữa lực cắt và lượng chạy dao có mối quan hệ với nhau

Bộ điều khiển trung tâm: Máy CNC có cấu trúc OAC, thu thập dữ liệu và phối hợp dữ liệu cùng với việc chạy dữ liệu xảy ra đồng thời Ví dụ như: Lực cắt, lượng chạy dao, tốc độ trục chính được thu thập trong khoảng một miligiây bởi OAC từ các cảm biến khác nhau trên máy, và lưu trữ lại như là biến trong thời gian thực của máy Các dữ liệu này có thể được giữ cho hệ thống điều khiển thích nghi và cho mô hình điều chỉnh

Chương trình chạy bởi máy CNC bao hàm lượng chạy dao xác định thông qua việc dùng mô hình quá trình Do vậy chúng ta cố gắng thu nhận lực với giá trị cực đại cho phép, điều này rất quan trọng để đảm bảo môø hình dự đoán lực là chính xác Chúng thực hiện so sánh lực đo được với lực dự đoán trong suốt quá trình gia công Nếu sự khác nhau này có thì hệ thống có thể tăng hoặc giảm lượng chạy dao trong thời gian điều khiển thực hoặc thay đổi lượng chạy dao trong chương trình

Mô hình điều chỉnh và điều khiển thích nghi: Mô hình điều chỉnh và điều khiển lực là cần thiết khi việc xác định lực cắt là khác nhau đáng kể từ các giá trị lực đo được Điều này là do độ không chính xác của mô hình tính toán, độ mòn dụng cụ, sự thay đổi hướng gia công, thay đổi độ cứng của vật liệu chi tiết và nhiều ảnh hưởng khác có thể gây ra độ không chính xác Chúng ta có hai cách để điều chỉnh lực cắt đạt đến giá trị lớn nhất cho phép là mô hình điều chỉnh và điều khiển thích nghi Mô hình điều chỉnh là phương pháp trực tuyến để tính toán và cập nhật lượng chạy dao của quá trình gia công để thay đổi chúng Thuật toán bình phương nhỏ nhất trực tuyến để xác định hằng số Dữ liệu lực từ OAC được thích hợp với các thông số hình học của dao và được sử dụng là đầu vào của thuật toán xác định Một số mới đã được xác định, chương trình lượng chạy dao sẽ tính toán lại Chương trình mới sẽ được tải tới OAC để thay đổi chương trình Mặt khác chú ý rằng ở đây chỉ điều chỉnh lượng chạy dao của OAC thông qua việc sử dụng thông số Feedrate Override Thông số này tồn tại trong cơ sở dữ liệu của OAC và thực hiện cùng một chức năng như Feedrate Overide pot

Việc điều khiển thích nghi cung cấp gần như điều khiển lực ngay lập tức Việc thu nhận các giá trị lực đo được trực tuyến được so sánh với lực mong muốn và điều chỉnh

lượng chạy dao dựa vào sự khác nhau giữa chúng Đó là điều quan trọng để chú ý rằng hệ thống vòng kín này không duy trì điều khiển trên toàn bộ các lượng chạy dao Nó chỉ thay đổi trong mô hình đã chọn lượng chạy dao theo phần trăm sự thay đổi

1.2.2 Sơ đồ bộ điều khiển thông minh

Để thực hiện thiết kế máy phay CNC thông minh thì bộ điều khiển đóng một vai trò quan trọng Sơ đồ của bộ điều khiển thích nghi được trình bày trên hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ bộ điều khiển thông minh

1.3 MÁY PHAY VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN

1.3.1 Giới thiệu chung

Máy phay CNC là một dạng máy công cụ được điều khiển theo chương trình số Trước đây hệ điều khiển NC cũng là hệ điều khiển theo chương trình số nhưng có nhược điểm là kém linh hoạt Điều này làm tăng thời gian phụ (Thời gian dừng máy ) Ngày nay các hệ thống điều khiển này được thay thế ngày càng rộng rãi bằng các hệ thống điều khiển CNC Đặc điểm chính của hệ thống điều khiển CNC là có sự tham gia của máy vi tính hay dùng PLC kết hợp với các phần mềm hỗ trợ CAD/CAM mạnh Thông thường chúng sử dụng các động cơ servo hay động cơ AC để điều khiển, còn động cơ bước ít được sử dụng Như vậy, máy phay CNC là một máy phay có cấu tạo về bản thân máy giống như là một máy phay truyền thống nhưng thay vì trước đây là điều khiển bằng tay hoặc hệ điều khiển NC thì nay lại được điều khiển bởi hệ điều khiển CNC Trong các hệ thống điều khiển này có một phần mềm chương trình hệ thống CNC do nơi chế tạo máy đó cài

đặt vào trong máy tính Thông qua các phần mềm riêng lẻ mà các chức năng CNC riêng lẻ được thực hiện Với việc ứng dụng máy vi tính vào trong điều khiển làm cho hệ thống điều khiển CNC linh hoạt hơn, tối ưu hơn Quá trình thực hiện gia công chi tiết được giảm thời gian gia công và giá thành gia công Đồng thời làm cho việc gia công các bề mặt phức tạp trở nên đơn giản hơn với độ chính xác và độ tin cậy cao

Tùy từng loại máy phay CNC mà công suất và độ chính xác khi gia công khác nhau (Độ chính xác có thể đạt tới µm), với những máy CNC hiện đại luôn có hộp chứa dao có số lượng dao lớn và tự động thay dao khi ra lệnh thay dao Còn những máy CNC loại thường không có hộp chứa dao thì khi muốn thay dao thì người điều khiển máy phải thay bằng tay

Bộ điều khiển CNC đóng vai trò là bộ não của một máy CNC Bộ điều khiển thu nhận tất cả các thông tin (Chương trình, biến trạng thái, …), xử lí và điều khiển nội suy các chuyển động, các thiết bị ngoại vi để đáp ứng các yêu cầu của người điều khiển Hình 1.9 thể hiện rõ vị trí và chức năng của bộ điều khiển

Hình 1.9: Sơ đồ chức năng

BÀN MÁY VÍT ME / ĐAI ỐC

BỘ KHUẾCH ĐẠI TRỤC CHÍNH

CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

BẢNG ĐIỀU

KHIỂN

MÀN HÌNH HIỂN THỊ

CỔNG

GIAO TIẾP

Trong hệ thống điều khiển CNC thông tin về quá trình gia công (Hình dáng, bề mặt gia công, tốc độ chạy dao ) cũng được mã hoá dưới dạng các ký tự và các con số Việc nhập dữ liệu chương trình gia công trong hệ thống CNC có thể đưa vào trong hệ thống điều khiển thông qua bảng điều khiển của hệ thống điều khiển số Xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu ra đối với chương trình gia công đã đưa vào có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ phận lưu giữ chương trình gia công

Việc sửa chữa thay đổi và tối ưu hóa một chương trình có thể tiến hành bất kỳ lúc nào ngay tại máy, các câu lệnh có thể bổ sung thay đổi lại Việc kiểm tra tính toán nhận biết mã và tách ra thành các dữ liệu hình học và các dữ liệu công nghệ do chương trình giải mã đảm nhiệm Việc nội suy các số liệu về quỹ đạo gia công do thiết bị nội suy phần cứng đảm nhiệm

Nhờ các phần mềm và bằng các cách truyền dữ liệu trực tiếp với hệ thống điều khiển cho phép chúng ta đưa chương trình vào một cách nhanh chóng và tránh được các sai sót về lập trình vẫn thường xảy ra trong các thế hệ điều khiển NC trước đây

1.3.2 Sơ đồ điều khiển của máy đã thưc hiện

Sau khi phân tích các phương án cũng như tình hình thực tế chúng tôi đã thiết kế sơ đồ điều khiển máy được trình bày trên hình 1.10

Hình 1.10: Sơ đồ khối điều khiển máy

Trong khuôn khổ đề tài, bộ điều khiển phay máy CNC 3 trục được xây dựng trên nền

một máy PC gắn thêm mạch điều khiển chuyển động PCI-7344 của National Instruments Corp (NI) Các cụm công suất và motor điều khiển các trục X,Y,Z sử dụng

PCI-7344 PCL812PG

TRỤC CHÍNH BÀN MÁY CHI TIẾT LỰC KẾ

loại DC servo của FANUC, trục chính quay dao sử dụng motor 3P (induction) điều khiển tốc độ bằng biến tần Fuji Frenic 5000G, các thiết bị ngoại vi điều khiển bằng PLC Mitsubishi Fx1S

Phần mềm điều khiển được phát triển trên nền Visual C++ 6.0 sử dụng thư viện API của NI để điều khiển nội suy các chuyển động

Các thiết bị ngoại vi được điều khiển bằng giao tiếp PC-PLC PCI-7344 của NI Corp sẽ tích hợp hai bộ điều khiển servo và step motor Cả hai hỗ trợ đầy đủ việc lập trình điều khiển chuyển động cho phép điều khiển tối đa 4 trục đồøng thời và độc lập

Các cổng I/O được tích hợp sẵn như các công tắc giới hạn hành trình, các công tắc hỗ trợ cho việc thiết lập gốc tọa độ (Set home) máy và một số cho các mục đích chung khác Ta có thể sử dụng PCI-7344 để điều khiển điểm-điểm, di chuyển theo vector hay các chuyển động phức tạp bất kỳ

Với bộ điều khiển servo ta có thể điều khiển động cơ servo, servo thủy lực, servo van và các thiết bị servo khác

1.3.3 Giới thiệu các phần tử của hệ thống

1.3.3.1 Giới thiệu phần cơ của máy

Hình ảnh máy thực hiện nghiên cứu được trình bày trên hình 1.11

Hình 1.11: Máy ENSHU-FANUC 330D

Phần cơ máy phay là phần cơ của một máy phay hiệu ENSHU-FANUC 330D, máy có các đặc tính sau:

¾ Dạng máy: Máy phay 3 trục dạng bàn nâng

¾ Tầm máy: XYZ=650x350x400mm

¾ Cơ cấu chuyển động dùng Visme đai ốc bi

¾ Motor: FANUC DC servo nắp vàng model 5M dạng A06B-0642-8003

¾ Spindle: Motor Hitachi 2.1 KW truyền động đai 16 cấp tốc độ

1.3.3.2 Giới thiệu các motor và driver fanuc

Motor: Đây là loại DC servo của hãng FANUC được sản xuất vào đầu những năm 80 và là dòng DC servo cuối cùng của hãng FANUC Nguyên thủy trên mỗi motor này có gắn bộ bộ phát tốc và một cảm biến vị trí resolver Do card điều khiển PCI-7344 không hỗ trợ resolver nên chúng tôi đã thay bằng 3 encoder của hãng OMRON (Hình 1.12)

Hình 1.12: Động cơ DC của FANUC và encoder

Driver: Đây là các driver đi kèm nguyên bộ với các motor trên do vậy về mặt tương thích giữa driver và motor là chắc chắn Các driver này điều khiển motor dưới dạng điều tốc nên tín hiệu hồi tiếp tốc độ từ các bộ phát tốc đưa về các driver Các driver nhận tín hiệu điều khiển từ card điều khiển PCI-7344 dưới dạng analog ±10V Đây là loại A4L-0001-0094 fanuc 342658 (Hình 1.13) và sơ đồ nguyên lý làm việc trình bày trên hình 1.14

Hình 1.13: Driver A 44L-0001-0094

Hình 1.14: Sơ đồ khối của Driver

1.3.3.3 Giới thiệu biến tần fuji FRENIC 5000G (Hình 1.15)

Đây là loại biến tần hiện đại của hãng FUJI-Nhật có các đặc tính sau:

¾ Có nhiều chức năng điều khiển theo vector

¾ Điều khiển theo V/f hay vector đối với các motor đồng bộ

¾ Điều khiển vector cho các motor chuyên biệt đạt đến những đặc tính nổi trội trong công nghiệp như: Độ chính xác trong điều khiển tốc độ ±0,005%, đáp ứng tốc độ

100Hz, đáp ứng dòng điện 800Hz, độ chính xác trong điều khiển môment (Độ tuyến tính) là ±3%

Biến tần sử dụng trong máy để điều khiển motor trục chính là loại Hitachi 2.1KW, tốc độ trục chính quay tuyến tính từ 100-4000 vòng/phút.

Hình 1.15: Biến tần FUJI FRENIC 5000G và sơ đồ nối dây

1.3.3.4 Giới thiệu PLC MITSUBISHI FX1S

Cũng như các đời PLC họ FX khác của hãng Mitsubishi, họ FX1s cũ có bộ nguồn, CPU, các phần tử I/O được tích hợp trong một khối nhỏ gọn Điều này làm giảm giá thành, tăng khả năng của hệ thống Đây là loại PLC nhỏ nhất của Mitsubishi Ngoài ra PLC họ FX1s còn có khả năng nổi trội khác là khả năng truyền thông với các thiết bị khác thông qua cổng giao tiếp RS_232C, RS_485 với sự hỗ trợ của các phụ kiện thích hợp Trong hệ thống, PLC được gắn thên card kết nối FX1N-232BD để giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn giao tiếp “Computer link” của Mitsubishi (RS-232C, RS-485

FX COMMUNICATION USER'S MANUAL)

Mitsubishi “Computer link”:

“Computer link” là một trong bốn kiểu truyền thông của PLC Mitsubishi (N:N Network, Parallel link, Computer link, No Protocol) Có hai dạng “Computer link”:Sử dụng RS-

485 Sơ đồ kết nối của kiểu truyền thông CL được thể hiện trên hình sau:

Hình 1.17: Sơ đồ kết nối dây của kiểu truyền thông Computer link

Với kiểu truyển thông này ta có thể kết nối tối đa 16 trạm PLC song song với nhau bằng chuẩn giao tiếp RS-485 Mỗi một PLC muốn liên kết mạng phải gắn thêm một mạch giao tiếp RS-485 tương ứng tùy theo loại PLC (FX1N + FX1N-485-BD, FX1S + FX1N-485-BD, FX2N + FX2N-485-BD, …) Chuẩn giao tiếp RS-485 sẽ được chuyển thành chuẩn RS-232C thông qua bộ chuyển đổi FX-485PC-IF để liên kết với cổng COM của máy tính

Hình 1.18: Bộ chuyển đổi FX-485PC-IF

Bằng kiểu kết nối này chúng ta có thể nối bất kỳ một PLC họ FX nào với máy tính để trao đổi dữ liệu hoặc để điều khiển trực tiếp một PLC Tùy loại PLC ta phải gắn thêm

một thiết bị giao tiếp tương ứng Chúng tôi đã dùng kiểu truyền thông “Computer link” dạng RS-232 để liên kết máy tính với một PLC FX1S30MT có gắn card giao tiếp FX1N-232BD làm thiết bị I/O Lưu đồ quá trình giao tiếp với PLC (Hình 1.19)

BẮT ĐẦU

ĐỌC CÁC NGÕ VÀO TỪ PLC LƯU VÀO CÁC BIẾN

CẦN TÁC ĐỘNG NGÕ RA?

TÁC ĐỘNG NGÕ RA

Hình 1.19: Lưu đồ giao tiếp với PLC

Phần cấu trúc một câu lệnh, đọc các ngõ vào, tác động một ngõ ra (Phụ lục 1.1)

1.3.3.5 Giới thiệu bàn phím và bảng điều khiển

Panel điều khiển máy CNC thông thường gồm:

¾ Màn hình hiển thị trạng thái hoạt động của máy (Tọa độ, chương trình, các thông số gia công, …)

¾ Một bàn phím nhập chữ, số

¾ Các nút điều khiển (Chọn chế độ hoạt động, tắt mở dung dịch trơn nguội, chạy các trục, …)

Màn hình có thể ở dạng đơn giản là LED 7 đoạn, màn hình CRT, màn hình tinh thể lỏng Bàn phím chữ và số thông thường là các phím nhấn Các nút điều khiển có thể là các núm xoay (Rotary switches), các nút nhấn (Push button), các nút bật tắt (toggle

switches) hay màn hình chạm, tùy vào từng loại máy, bộ điều khiển Nói chung xu hướng là sử dụng các phím nhấn mềm (Soft keys), màn hình chạm (Touch screen)

Bộ điều khiển đề tài thực hiện là dạng PC-based nên màn hình sử dụng là loại màn hình CRT 14” của máy để bàn thông thường Loại này có ưu thế là tương đối rẻ, dễ mua, tuổi thọ cao Nếu có điều kiện ta có thể dễ dàng thay bằng loại màn hình tinh thể lỏng cho đẹp và gọn hơn

Bàn phím và các nút điều khiển tổng cộng có khoảng 78 tín hiệu input Nếu thực hiện mạch điện thông thường đủ để nhận các tín hiệu này sẽ mất rất nhiều công sức Nhóm thực hiện đã chọn giải pháp sử dụng một bàn phím máy tính thông thường tách bỏ phần vỏ, nút nhấn chỉ giữ lại phần mạch điều khiển, sau đó thiết kế một mạch nút nhấn với các phím được thiết kế lại chuyên dụng cho các máy phay CNC 3 trục theo hình vẽ sau( Hình 1.20)

Bảng chuyển đổi giữa các nút nhấn trên bàn phím mới và các nút nhấn trên bàn phím thông thường của máy tính (Xem phụ lục 1.2)

Mạch phím nhấn này sau đó được kết nối với mạch xử lý bàn phím thông thường và kết nối với máy tính qua cổng bàn phím Phần mềm điều khiển giải mã phím nhấn phát

ra từ bộ xử lý bàn phím để biết phím nào được nhấn và đáp ứng lại yêu cầu của người điều khiển

Hình 1.20: Sơ đồ mạch các phím điều khiển (SCH)

1 2

JP26 Y

1 2

JP2 EDIT

JP71 HOLD

1 2

JP38 LEFT

1 2

JP21 NO

1 2

JP44 H

1 2

CNC Key board Title

1 2

JP36 UP

JP6 JOG

JP76 CTRL

JP31 JOVER+

1 2

JP53 Z

1 2

JP45 M

1 2

JP46 D/B

JP15 X+

1 2

JP55 T

1 2

JP20 Z-

JP7 HANDLE

1 2

JP41 PDWN

1 2

JP25 X

1 2

JP60 EOB

1 2

JP22 COOL

1 2

J2 CON8

1 2 5 6 7 8

JP28 1

JP1 I/O

JP27 Z

1 2

JP59 DEL

JP66 OFFSET

1 2

JP52 G

1 2

J Y

JP39 RIGHT

JP5 RAPID

JP50 S

1 2

JP34 SOVER-

1 2

TP12

T POINT A

1

Hình 1.21: Sơ đồ mạch các phím điều khiển (PCB)

Bàn phím được thiết kế lại chuyên dụng cho các máy phay CNC 3 trục Mạch phím sử dụng các nút nhấn mềm của OMRON, bộ xử lý bàn phím sử dụng bộ xử lý bàn phím máy tính thông dụng của hãng MITSUMI kết nối qua cổng điều khiển bàn phím thông thường của máy tính.Với việc thiết kế này sẽ thuận lợi cho quá trình sử dụng trong điều kiện xưởng( Hình 1.22)

Hình 1.22: Bàn phím cải tiến lắp trên máy

1.3.3.6 Giới thiệu PCL-812

PCL-812 là card thu nhận dữ liệu đa chức năng với độ tin cậy cao, được dùng cho các loại máy tính IBM PC/XT/AT và các máy tính tương thích (Hình 1.23) Card có 5 tiêu chuẩn đo lường và phương thức điều khiển: Chuyển đổi A/D, chuyển đổi D/A, thu tín hiệu số, phát tín hiệu số, bộ định thì / đếm Thực hiện chuyển đổi A/D đa kênh, mạch quét kênh tự động và có SRAM trên board, sẽ giúp bạn dễ dàng thực hiện với khả năng

DMA (truy cập bộ nhớ trực tiếp – sẽ làm cho chương trình hay thiết bị có thể việc truyền

dữ liệu giữa 2 thiết bị hoặc giữa thiết bị và bộ nhớ mà không cần sự can thiệp của CPU giúp cho khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn) và có thể chọn độ lợi độc lập cho từng kênh

PCL-812 là 1 kiểu mới hơn so với 812 thông dụng Chúng hợp nhất các tính năng trên chip 160 pin ASIC Chip này đạt độ chính xác cao, độ tin cậy cao với giá thành và năng lượng tiêu thụ thấp

PCL-812 thích hợp với việc thu nhận dữ liệu, điều khiển quá trình, kiểm tra tự động và dây chuyền tự động

Cấu trúc của PCL-812, nhận tín hiệu tương tự (Bộ chuyển đổi A/D), xuất tín hiệu tương tự ( bộ chuyển đổi D/A), đặc tính chung, cũng như phần lập trình PCL-812 ( Xem phụ lục 1.3)

Hình 1.23: Card PCL –812

1.3.3.7 Giới thiệu PXI 7344 ( Hardware )

Với bộ điều khiển 7344, chúng ta có thể thực hiện điều khiển hoạt động bốn trục đồng thời, điều khiển dịch chuyển gốc tọa độ trong một môi trường ưu tiên, đa nhiệm và thời gian thực

Một cấu trúc bộ xử lý kép tiên tiến mà sử dụng chip thời gian thực xử lý 32 bit MC68331 kết hợp với thiết bị Analog ADSP2185DSP đưa bộ điều khiển 7344 lên một khả năng hoạt động cao

Giao diện FIFO bus và những chức năng mạnh được cài đặt làm cho tốc độ kết nối truyền thông cao trong khi những chức năng dịch chuyển phức tạp đang được tải xuống từ máy tính làm tăng sự tối ưu hoạt động của hệ thống (Hình 1.24)

Bộ điều khiển 7344 sử dụng bộ xử lý các tín hiệu số cho tất cả các vòng lặp kín, gồm cả việc theo dõi vị trí, sự tính toán điều khiển vòng lặp PID, và các quỹ đạo sinh ra Chip DSP được hỗ trợ thêm vào bởi yêu cầu của FPGA mà thi hành giao tiếp với encoder tốc độ cao, chức năng nắm bắt vị trí và tạo điểm dừng, xử lý các tín hiệu dịch chuyển vào và

ra, và sự sinh ra các xung bước cho chức năng mạnh về thời gian thực

Thêm vào đó là những chức năng CPU xử lý thời gian thực kết nối với máy chủ, sự xử lý các câu lệnh, các phép nội suy nhiều trục, thi hành chương trình ngay trên bo mạch, thông báo các lỗi, giao tiếp đa năng các tín hiệu số vào và ra, và toàn bộ các chức năng về sự chuyển động đã được tích hợp vào hệ thống

Hình 1.24: Card PXI-7344

1.3.3.8 Một số các đặc tính quan trọng của card 7344

*Hệ thống hoạt động thời gian thực (Real Time Operating System – RTOS):

Những chương trình trong phần cứng là trung tâm RTOS và cung cấp cho hoạt động hệ thống tối ưu đối với chuyển động Nhiệm vụ dịch chuyển là được ưu tiên hàng đầu, thứ tự thi hành các nhiệm vụ tùy thuộc vào quyền ưu tiên của mỗi nhiệm vụ, trạng thái chuyển động của hệ thống, sự xuất nhập hoặc các sự kiện khác của hệ thống, và thời gian thực

Chip DSP là một bộ xử lý độc lập riêng lẻ, hoạt động của nó không phụ thuộc vào CPU nhưng nó được làm đồng bộ chặt chẽ bởi một khối cơ sở bên trong là những câu lệnh, dữ liệu Bộ điều khiển 7344 thực sự là một bộ đa xử lý và đa nhiệm ï

*Bộ nội suy theo quỹ đạo:

Bộ nội suy quỹ đạo của bộ điều khiển là sự tính toán những câu lệnh về vị trí tức thời để điều khiển gia tốc và vận tốc trong khi di chuyển các trục tới vị trí yêu cầu Tùy thuộc vào cấu hình của trục, các câu lệnh sẽ được gửi tới vòng lặp servo PID hoặc bộ tạo xung Để điều khiển những quỹ đạo không xác định, bộ điều khiển 7344 có tám bộ quỹ đạo được ứng dụng thêm vào trong chip DSP (hai ứng dụng cho mỗi trục) Mỗi bộ tính toán một vị trí tức thời cho mỗi kỳ PID cập nhật dữ liệu

*Tín hiệu hồi tiếp dạng tương tự (Analog):

Bộ điều khiển 7344 có 8 kênh đa thành phần, 12 bit ADC Các giá trị chuyển đổi Analog được truyền cho cả hai bộ chip DSP và CPU theo bus nối tiếp bên trong đã được dành riêng với tốc độ cao Tốc độ quét của các kênh đa thành phần này xấp xỉ 50µs trên một kênh ADC Bốn trong số các kênh này được dùng để kiểm tra, để lại 4 kênh kia cho tín hiệu Analog phản hồi

*Bộ nhớ Flash ROM:

Bộ nhớ flash ROM là bộ nhớ có thể dùng để xóa và nạp lại chương trình của riêng người sử dụng Khi tất cả các chương trình phần cứng bao gồm mã chương trình của RTOS và DSP của bộ điều khiển 7344 được ghi vào trong flash ROM chúng ta có thể nâng cấp lên theo yêu cầu sử dụng

Bộ nhớ flash ROM cũng cho phép những đối tượng chẳng hạn những chương trình, những mảng dữ liệu có thể ghi vào, có thể ghi toàn bộ các thông số trạng thái của bộ điều khiển vào trong flash ROM Vào lần làm việc kế tiếp, bộ điều khiển sẽ tự động tải và chạy cấu hình đã được lưu lần trước đó Cấu hình FPGA cũng được ghi vào trong bô nhớ flash ROM Khi mở máy, FPGA được khởi động cùng với những chương trình này

*Những thành phần tín hiệu cho trục và sự dịch chuyển:

Bộ điều khiển 7344 có thể điểu khiển di chuyển cho 4 trục Những trục đó có thể hoàn toàn độc lập, kết hợp nhau, hoặc ánh xạ trong nhóm đa chiều mà được gọi là không gian vector Chúng có thể đồng bộ không gian vector để phối hợp các chuyển động Hình 1.25 và 1.26 trình bày cấu hình nguồn tín hiệu dùng động cơ servo và dùng động cơ

Hình 1.25: Cấu hình nguồn tín hiệu cho cho trục dùng động cơ servo

Chúng ta có thể thi hành toàn bộ những chức năng của Flexmotion đã được cài đặt từ ngay chương trình onboard Ngoài ra, chương trình onboard cung cấp thêm những phép toán cơ bản và các chức năng xử lý dữ liệu khác nhau

Chương trình onboard có thể hỗ trợ chúng ta rất nhiều trong việc thực hiện các nhiệm vụ chuyển động với thời gian thực Làm cho quá trình vừa thực hiện chuyển động vừa tải những câu lệnh tối ưu từ máy tính chủ

Chúng ta có thể chạy chương trình onboard từ RAM hoặc ghi lai vào trong flash ROM Bộ điều khiển 7344 có 64KB RAM và 128 KB ROM để dành ghi các chương trình và các mục đích khác

* Phần mềm FlexMotion

Phần mềm FlexMotion cung cấp cho chúng ta một chương trình giao tiếp ứng dụng API một cách toàn diện Phần mềm FlexMotion kết hợp với bộ điều khiển 7344 cung cấp năng lượng và các chức năng cho hệ thống chuyển động tích hợp