Tìm hiểu về các loại động cơ bước và PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước

KHÓA HỌC ĐỘNG CƠ BƯỚC CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU.(Kết hợp kiến thức trên file này và code trong các video trên kênh youtubeNguyễn Duy Quốc Thái để hiểu hơn)Phần 1: Làm quen với động cơ bước 5 dây và mạch drive.Bài 1(P1) Bài 1(P2): Giới thiệu động cơ bước 4, 5, 6 dây.Bài 2: Giới thiệu mạch drive CSD 5807NP điều khiển động cơ bước 5dây.Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuậnvà chạy ngược, tuần tự qua mạch drive CSD 5807NP(full bước).Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điềukhiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước).Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điềukhiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước).Phần 2: Làm quen với động cơ bước 6 dây, 4 dây và mạch drive.Bài 1: Giới thiệu động cơ bước 6,4 dây.(Đã trình bài ở bài 1 củaphần 1)Bài 2: Giới thiệu mạch drive TB6600 điều khiển động cơ bước 6,4 dây.Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuậnvà chạy ngược qua mạch drive TB6600Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điềukhiển động cơ chạy thuận, chạy ngược một cách tuàn tự ( chế độ Microstep là 1 tương ứng 200xungvòng).Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điềukhiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ Micro step là 1 tươngứng 200xungvòng).Bài 6: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điềukhiển động cơ chạy 3 vị trí không cần cảm biến home (chế độ Microstep là 1 tương ứng 200xungvòng).Phần 3: Làm quen với encoder 3 dâyBài 1: Kiểm tra tốc độ động cơ bước qua encoder.

KHÓA HỌC ĐỘNG CƠ BƯỚC CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU

(Kết hợp kiến thức trên file này và code trong các video trên kênh youtube

Nguyễn Duy Quốc Thái để hiểu hơn)

Phần 1: Làm quen với động cơ bước 5 dây và mạch drive

Bài 1(P1) & Bài 1(P2): Giới thiệu động cơ bước 4, 5, 6 dây

Bài 2: Giới thiệu mạch drive CSD 5807N-P điều khiển động cơ bước 5

dây

Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuận

và chạy ngược, tuần tự qua mạch drive CSD 5807N-P(full bước)

Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điều khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước)

Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điều khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước)

Phần 2: Làm quen với động cơ bước 6 dây, 4 dây và mạch drive Bài 1: Giới thiệu động cơ bước 6,4 dây.(Đã trình bài ở bài 1 của phần 1)

Bài 2: Giới thiệu mạch drive TB6600 điều khiển động cơ bước 6,4 dây Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuận

và chạy ngược qua mạch drive TB6600

Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược một cách tuàn tự ( chế độ Micro

step là 1 tương ứng 200xung/vòng)

Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ Micro step là 1 tương ứng 200xung/vòng)

Bài 6: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy 3 vị trí không cần cảm biến home (chế độ Micro step là 1 tương ứng 200xung/vòng)

Phần 3: Làm quen với encoder 3 dây

Bài 1: Kiểm tra tốc độ động cơ bước qua encoder

Phần 1: Làm quen với động cơ bước 5 dây và mạch drive

Bài 1(P1) & Bài 1(P2): Giới thiệu động cơ bước 4,5.6 dây

1 Giới thiệu:

- Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết

- Động cơ Bước dùng trong mô hình là PK564-NA có dòng định mức là 1.4A

và góc bước là 0.720 như hình

Hình 1: Động cơ bước 5 dây

Hình 2: Động cơ bước 6 dây

2 Cấu tạo:

- Step Motor có cấu tạo như sau:

• 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp

chồng lên nhau một cách cẩn thận Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau

• Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây

Hình 3: Cấu tạo động cơ bước

Hình 4: Hình bên trong động cơ bước

- Bên trong động cơ bước có 4 cuộn dây stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều rang Động cơ bước hoạt động trên cơ sở nguyên lý Điện -từ trường: các cực cùng dấu đẩy nhau, các cực khác dấu hút nhau Chiều quay được xác định bởi từ trường của stator, từ trường này là do dòng điện chạy qua các cuộn dây của stator gây nên Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo gây nên chuyển động ngược lại của động cơ( gọi là đảo chiều)

3 Nguyên lý làm việc:

- Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

- Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) của động

cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ

- Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (Nhưng thực chất chuyển động đó vẫn

là theo các bước rời rạc)

4 Phân loại

- Việc phân loại động cơ Step cũng có thể chia thành nhiều cách: Cách 1: Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ

• Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ

• Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ

• Và cuối cùng là động cơ Step 5 pha với góc bước là

0.72 độ

Cách 2: Phân loại động cơ bước theo rotor

• Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam

• Động cơ đơn cực

• Động cơ lưỡng cực

Bài 2: Giới thiệu mạch drive CSD 5807N-P điều khiển động cơ bước

5 dây

- Sơ đồ nối dây cho driver được thể hiện trên hình 5.10 Các tín hiệu này được điều khiển nhờ các output của controller (ở đây là các transistor output của PLC )

Hình 5.10 Sơ đồ nối dây của driver

- Theo sơ đồ nối dây hình 5.6 các tín hiệu input của driver là các cặp chân

“+”,” -“ nối đến 2 đầu ngõ vào diode của các cách ly quang (photocoupler) Nếu diode này dẫn thì tín hiệu sẽ On, diode ngắt tín hiệu Off

- Nói 1 cách khác khi diode dẫn thì chân “-“ sẽ nối 0V nên chân “-“ sẽ có mức logic là thấp-Low (“L”) Khi diode ngắt thì chân “-“ sẽ có mức logic là cao- High (“H”)

• Tín hiệu nhận xung CW : nhận xung điều khiển để động cơ bước

quay theo chiều kim đồng hồ (Clock Wise) 1 xung mức Low ở chân CW- động cơ sẽ quay 1 bước (0.720) theo chiều kim đồng hồ

• Tín hiệu nhận xung CCW : nhận xung điều khiển để động cơ bước

quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ (Counter Clock Wise) 1 xung mức Low ở chân CCW- động cơ sẽ quay 1 bước (0.720) theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

Hình 5.11 Hiệu chỉnh dòng cấp cho motor khi motor hoạt động Muốn điều chỉnh dòng điện cung cấp cho motor lớn hay bé ta hiệu chỉnh biến trở RUN trên driver

• Tín hiệu Ouptut Current Off (hoặc All Windings Off ) : ngắt dòng

động lực từ driver xuống motor, sau đó ta có thể dùng tay để quay rotor

• Tín hiệu Step Angel Select (hoặc Full/Half) : Chọn chế độ nhận

xung là Bước đủ hay nửa bước CHÂN SỐ 7,8 TRÊN MẠCH DRIVE Bước đủ : 0.720 1 step khi chân “-“ mức High

Nửa bước : 0.360 1 step khi chân “-“ mức Low

• Tín hiệu Current Cutback Release : Cung cấp dòng điện hay không

cung cấp dòng điện cho motor khi motor đứng yên Mức “Low” là không cấp điện, mức “High” là cấp điện

Khi tín hiệu này là mức “High” thì lúc driver có nguồn, driver sẽ cung cấp dòng điện cho motor để giữ cứng vị trí rotor động cơ bước (

Moment giữ : Holding torque) Muốn điều chỉnh dòng điện này lớn hay bé ta hiệu chỉnh biến trở STOP trên driver

Hình 5.12 Hiệu chỉnh dòng cấp cho motor khi motor đứng yên

• Tín hiệu Excitation Timing Output : Tín hiệu out ra khi các chân

nhận xung nhận đủ 10 xung( với bước đủ) và 20 xung (với nửa bước)

• Các chân output ra Motor gồm 5 chân với các màu Xanh (blue),

Đỏ (Red), Cam (orange), Xanh lá (Green), Đen (Black)

Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuận và chạy ngược qua mạch drive CSD 5807N-P(full bước)

- Chú ý họ PLC MITSUBISHI FX1S, 1N, 2N, 2N(C) chỉ sử dụng 2 chân ngõ

ra Y0, Y1 để phát xung tốc độ cao thôi

- Yêu cầu:

• Nối dây mạch động lực và mạch điều khiển động cơ bước

• Ngõ ra Y0 điều khiển động cơ quay CW, Y1 điều khiển động cơ quay CCW

• Chế độ Full Step

- Sơ đồ đấu nối:

- Giải thích code:

- Giải thích câu lệnh phát xung:

+ Đây là các câu lệnh xuất xung tốc độ cao PLSY, PLSR cho FX2N(C), FX2N, FX1S, FX1N

+ Lệnh PLSY: S1 là tần số xung phát, S2 là số lượng xung phát, D là ngõ

ra phát xung Y0 hoặc Y1

+ Lệnh PLSR: S1 là tần số xung phát( tốc độ), S3 là thời gian gia tốc khi bắt đầu quay và lúc bắt đầu dừng, S2 là số xung phát, D là ngõ ra phát xung

- Cách câu lệnh phát xung dành cho FX1S, FX1N:

+ Đây là 2 câu lệnh DRVA, DRVI dành cho FX1S, FX1N

- Code:

Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước)

- Yêu cầu:

• Nối dây mạch động lực và mạch điều khiển động cơ bước

• Ngõ ra Y0 điều khiển động cơ quay CW, Y1 điều khiển động cơ quay CCW

• Chế độ nửa bước

• Nhập bất kì số xung và tần số từ HMI

- Sơ đồ đấu nối:

- Code: phát triển lên từ bài 3

- Giao diện HMI:

Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ nửa bước)

• Vì sử dụng ở chế độ nửa bước, sơ đồ kết nối bên trên kết hợp phải thiết kế sao cho giao diện HMI phù hợp với người dung: nhập khoảng cách, nhập tốc độ thay vì nhập

số xung và tốc độ xung khó hiểu

• Do vậy ta cần tính ra công thức tốc độ và khoàng cách để khi ta nhập vào nó tự quy đổi ra số xung và tầng số xung để PLC hiểu

• Ta có: 500 xung tương ứng 1 vòng (full bước) tương ứng 0.8 cm (8 mm)

1000 xung tương ứng 1 vòng (nửa bước) tương ứng 0.8 cm (8 mm)

X*1000/0.8= X*1250 ( đơn vị số xung) <= X( khoảng cách nhập cm) 500hz tần số xung tương ứng với tốc độ là 60v/p( công thức này dung cho

cả full và nửa bước) = 60*0,8 cm/p

Y*500/(60*0,8)= Y*125/12( tần số xung) <= Y (tốc độ nhập vào cm/p)

• X.Y là 2 thông số khoảng cách và tốc độ nhâp từ HMI( thông số ở đây có thể hập cả số nguyên và số thực điều được vd : 8 cm, 60 v/p hay 8.1 cm và 60.09 v/p)

- Code:

- Giao diện HMI:

Phần 2: Làm quen với động cơ bước 6 dây, 4 dây và mạch drive Bài 1: Giới thiệu động cơ bước 6,4 dây.(Đã trình bài kết hợp với bài 1

của phần 1)

Bài 2: Giới thiệu mạch drive TB6600 điều khiển động cơ bước 6,4 dây

Hình 1: Mạch drive TB6600

Hình 2: Các SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, khi cài đặt dòng điện và điều khiển bước ta gạt chúng ON/OFF để cài đặt (bản cài đặt nằm trên cục drive) SW1, SW2, SW3: dung để cài đặt vi bước SW4, SW5, SW6: dung

để cài đặt dòng điện cho động cơ

➢ Sơ đồ đấu dây:

1.1 Đấu dây giữa bộ điều khiển Stepper driver và động cơ bước:

Để điều khiển chính xác góc quay của động cơ bước cần có bộ điều khiển tương ứng với loại động cơ về số cuộn dây, công suất, tốc độ Đối với động cơ và driver đang sử dụng, sơ đồ đấu dây biểu diễn như trên hình:

Note: Chân EN- không nối

- Loại PLC sử dụng là loại ngõ ra transistor sink (xung âm), vì vậy các chân điều khiển trên Stepper driver sẽ là EN-, DIR- (điều khiển chiều quay) và PUL- (điều khiển vị trí) Các chấn EN+, DIR+ và PUL+ đấu chung với nguồn 5V

Đối các loại PLC ngõ ra xung dương thì đấu ngược lại

- 2 cặp cuộn dây của động cơ được đấu vào các chân A+ A- và B+ B-

- Chân GND và VCC là 2 chân cấp nguồn nuôi cho driver

2.2 Đấu nối giữa PLC và stepper driver:

Chân Y0 quy định là chân phát xung điều khiển vị trí Chân Y1 quy định là chân phát xung điều khiển chiều quay

3 LẬP TRÌNH PLC PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN

- Một số lệnh phát xung cơ bản:

+ PLSY: Phát xung vuông cho phép cài tần số và số xung

+ PLSR: Phát xung vuông tương tự lệnh PLSY nhưng có thêm tham

số hiệu chỉnh việc tăng tần số phát xung và giảm tần số phát xung khi khởi động và kết thúc lệnh phát xung Việc này tạo sườn dốc khi khởi động và dừng, giúp làm mềm chuyển động hơn lệnh PLSY ở những tốc độ cao

- Chương trình PLC:

+ Ví dụ 1: Lệnh PLSY

Cấu trúc lệnh: PLSY S1 S2 D Trong đó: S1 là tần số phát xung (Hz)

S2 là số xung phát ra

D là chân phát xung của PLC Trong ví dụ trên: Tần số phát xung là 1000Hz (phát với tốc độ 1000 xung/s)

Số xung phát ra là 200 xung (động cơ có độ phân giải là 1,8 độ/ bước; trên stepper motor cài đặt tỷ số truyền là 1:1 => phát 200 xung sẽ tương ứng với đúng 1 vòng quay của động cơ)

Chân phát xung là Y0 + Ví dụ 2: Lệnh PLSR

Cấu trúc lệnh: PLSR S1 S2 S3 D Trong đó: S1 là tần số phát xung (Hz)

S2 là số xung phát ra

S3 là thời gian tăng/giảm tốc (ms)

D là chân phát xung của PLC

➢ Mô tả sản phẩm:

Nguồn đầu vào là 9V - 40V

+ Dòng cấp tối đa là 4A

+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

+ Có tích hợp đo quá dòng quá áp

+ cân nặng: 200G

+ kích thước: 96 * 71 * 37mm

➢ Hướng dẫn setup:

- Đối với mạch drive này thường sử dụng cho động cơ bước

có bước 1.8 độ, để cài chế độ vi bước ta làm như sau:

Micro step: vi bước; Pulse/rev là số xung trên 1 vòng

- Giả sử ta chọn chế độ vi bước 32 thì (ban đầu 200 xung

thì quay được 1 vòng ứng với bước 1.8 độ) thì cần 6400 xung để quay được 1 vòng (200*32)

- Còn nếu sử dụng động cơ bước có bước khác 1.8 độ thì cứ

lấy số xung trên 1 vòng nhân cho số vi bước mà mình chọn (vd 0,72 độ tương ứng 500 xung 1 vòng, ta chọn vi bước 32 thì để quay 1 vòng ta lấy 500*32xung mới quay được 1 vòng)

Bài 3: PlC mitsubishi FX2N 16MT điều khiển động cơ bước chạy thuận

và chạy ngược tuần tự qua mạch drive TB6600

- Chân Y0 quy định là chân phát xung điều khiển vị trí

- Chân Y1 quy định là chân phát xung điều khiển chiều quay( DIR-)

- Chú ý: PLC Mitsubishi Fx2n 16 MT này chỉ phát xung ở tốc độ cao qua 2 chân Y0,Y1.Do đó nếu muốn điều khiển được 2 con động cơ bước thì chân DIR- ta có thể nối vào các chân y3 đến y7, ở đây mình đk 1 con động cơ bước nên mình nối thẳng chân DIR- vào Y1

- Loại động cơ bước: động cơ có 6 dây,có bước là 1.8 độ ( 1 xung quay được 1.8 độ), sử dụng mạch drive TB6600

- Động cơ bước quay mỗi bước =1xung= 1.8 độ Suy ra 200 xung quay được 1 vòng

- Nội dung bài toán này : mình điều khiển động cơ bước chạy thuận, ngược tuần tự và khoảng cách nghĩ giữa chạy thuận và ngược là 10s Ở đây mình sẽ cho động cơ quay thuận 10 vòng, quay ngược 10 vòng,thời gian nghỉ là 10s X1 là nút Start, X2 là nút Stop, khi động cơ đang quay thuận hoặc ngược ta nhấn nút Stop thì động cơ lập tức dừng lại, khi ta nhấn Start trả lại thì động cơ tiếp tục quay theo chiều mà động cơ quay trước khi dừng sao cho đủ 10 vòng thì mới dừng lại và tiếp tục đổi chiều quay

- Video demo + sơ đồ đấu nối:

- Giải thích code

Bài 4: Nhập số xung và tần số xung ( số nguyên) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ Micro step là 1 tương

ứng 200xung/vòng)

- Tương tự như bài 3, ở bào này ta nhập một số xung và tần số bất kỳ( số nguyên) từ HMI xuống PLC để điều

khiển động cơ bước thông qua drive

- Bên cạnh đó ta còn có thể nhập thời gian bất kì từ HMi:

khoảng time nghỉ giữa 2 chiều quay

- Code tương tự như bài 3 ở đây ta chỉ có thay đổi các

biến trong câu lệnh PLSY

- Sơ đồ kết nối cũng giống như bài 3

- Video+code

Bài 5: Nhập khoảng cách và tốc độ ( số thực) bất kì từ HMI để điều

khiển động cơ chạy thuận, chạy ngược( chế độ Micro step là 1 tương ứng 200xung/vòng)

- Loại động cơ bước: động cơ có 6 dây,có bước là 1.8 độ ( 1 xung quay được 1.8 độ), sử dụng mạch drive

TB6600

- Gắn vào vitme qua khớp nối mềm 5-8, mỗi vòng quay được 8 mm

- Động cơ bước quay mỗi bước =1xung= 1.8 độ Suy ra

200 xung quay được 1 vòng

- Tốc độ tỷ lệ với tần số xung:

Tốc độ của động cơ bước tỷ lệ với tốc độ phát xung (hay tần số xung) cấp vào driver Quan hệ giữ tần số xung (Hz) và tốc độ của động cơ bước (rpm) Động cơ bước với 1.80/Step tương ứng 200 xung/ vòng Nếu cấp vào tần số xung 200hz (200 xung/1s) thì động cơ quay được 1 vòng/s hay 60 vòng/phút

- Nhập số thực và số nguyên khoảng cách và tốc độ từ HMI xuống PLC FX2N 16MT

- Video+ sơ đồ đấu nối:

• Khi chân y1 được tích cực mức cao (set y1) thì động cơ tiến hành đẩo chiều

• Ban đầu ta nhập số nguyên hoặc số thục từ HMI , sau khi nhập xong ta phải nhấn nút SET UP thì ta mới nhấn nút chạy thuận hay chạy ngược động cơ mới chạy được vì nhờ các tiếp điểm thường mở M2

• Nếu như ở dòng code 84, nếu nhấn X2 (STOP) mà không có dòng RST Y1 thì khi ta nhấn stop xong, ta nhấn nút chạy ngược thì động cơ sẽ quay mạc dù không nhấn set up vì lúc này Y1 còn được tích cực mức cao

- Giao diện HMI: