(Đồ án hcmute) nghiên cứu và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ 2 TRỤC
ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

GVHD: VŨ QUANG HUY
SVTH: NGUYỄN HỮU NGHỊ
MSSV:16146156

S K L0 0 7 7 7 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2021

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU
CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ 2 TRỤC ĐIỀU
KHIỂN BẰNG PLC

SVTH: NGUYỄN HỮU NGHỊ
MSSV: 16146156
Khóa: 2016 - 2020
Ngành: Cơ điện tử CLC
GVHD: VŨ QUANG HUY
GVPB: TƯỞNG PHƯỚC THỌ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2021

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ
TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ

MSSV: 16146156

Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Lớp: 16146CL4
Họ và tên GV hướng dẫn: TS.VŨ QUANG HUY

ĐT: 0918748924

Ngày nhận đề tài: …/…/……
Ngày nộp đề tài : …/…/……
1. Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC.
2. Các số liệu ban đầu: Thu thập dựa trên cuộc khảo sát yêu cầu:
 Kích thước: 27.4x98x89.3 mm
 Cận nặng: 30Kg
3. Nội dung thực hiện đề tài:
-

Khảo sát tính cấp thiết của đề tài, các giải pháp đang được thực hiện về quy trình hoạt
động đồng bộ 2 trục bằng PLC.

-

Lựa chọn giải pháp, đối tượng hướng tới, tính tốn các thơng số đầu vào.

-

Thực hiện được đồng bộ chuyển động về vận tốc và vị trí.

-

Thiết kế và chế tạo mơ hình tối ưu nhất.

4. Sản phẩm: Máy chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ

MSSV: 16146156

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ 2 TRỤC

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Họ và tên GV hướng dẫn: TS.VŨ QUANG HUY
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:

do an


...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:
TT
1.

2.

Điểm tối
đa

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10
Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 2021

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)

do an

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn …CƠ ĐIỆN TỬ…

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ

MSSV: 16146156

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ 2 TRỤC

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Họ và tên GV phản biện: ThS.TƯỞNG PHƯỚC THỌ
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

do an


5. Câu hỏi:
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

TT
1.

2.

Điểm tối
đa

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10
Tổng điểm

100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 2021

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)

do an


Mục Lục

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN……………………………………………………………….2
1.1.

Giới thiệu đề tài .................................................................................................... 2

1.1.1.

Lý do chọn đề tài và tính thiết yếu. ................................................................. 2

1.1.2.

Ứng dụng ......................................................................................................... 3

1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài ............................................................... 3

1.3.

Cơng trình liên cứu liên quan.............................................................................. 4

2.1.

Lưu đồ hoạt động ................................................................................................... 5

2.2.

Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển ............................................... 6

2.3.

Lựa chọn động cơ ................................................................................................ 11

2.4.

Tính hàm truyền động ......................................................................................... 12

2.5

Thông số điều khiển động cơ Servo................................................................... 14

2.6

PLC ...................................................................................................................... 17

2.6.1.

Khái niệm PLC ............................................................................................... 17

2.6.2.

Cấu trúc PLC .................................................................................................. 18

2.6.3.

Nguyên lý hoạt động của PLC ....................................................................... 19

2.6.4.

Tại sao phải sử dụng PLC .............................................................................. 19

2.7.

Khái niệm mạng SSCNET III ............................................................................ 20

2.8.

Lý thuyết đồng bộ ............................................................................................... 21

2.8.1.

Nguyên tắc chính đồng bộ .............................................................................. 21

2.8.2.

Đĩa cam .............................................................................................................. 23

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ……………………………………………………..25
3.1.

Phân tích yêu cầu đề bài ..................................................................................... 25

do an


3.2.

Thiết kế khung đỡ ............................................................................................... 25

3.3.

Lựa chọn cơ cấu truyền động. ............................................................................ 27

3.4.

Lựa chọn PLC phù hợp ...................................................................................... 32

3.4.1.

Chọn CPU...................................................................................................... 32

3.4.2.

Chọn Module xử lý chuyển động ................................................................... 33

3.4.3.

Chọn driver Servo .......................................................................................... 35

3.5.

Tính tỷ số hộp số ảo ............................................................................................... 37

3.6.

Tính hàm cam ..................................................................................................... 38

CHƯƠNG IV : ĐIỀU KHIỂN ........................................................................................ 40
4.1.

Cài đặt phần mềm. ......................................................................................................... 40

4.2.

Thiết kế sơ đồ điều khiển................................................................................... 51

4.3.

Thiết kế HMI điều khiển. ..................................................................................... 51

CHƯƠNG V : HOÀN THÀNH VÀ THỰC NGHIỆM .................................................. 52
5.1.

Hoàn thành ......................................................................................................... 52

5.2.

Thực nghiệm ....................................................................................................... 53

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. .......................................... 56
6.1.

KẾT LUẬN. ........................................................................................................ 56

6.1.1.

Tự đánh giá ....................................................................................................... 56

6.1.2.

Khuyết điểm .................................................................................................. 56

6.2.

Hướng phát triển ................................................................................................ 57

Nguồn tham khảo:.............................................................................................................. 58
Phụ lục ............................................................................................................................... 59

do an


GVHD: Vũ Quang Huy

Mục Lục Hình ảnh
Hình 1. 1 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics .................... 4
Hình 1. 2 Máy cắt lia của hãng Shanghai Sihua .................................................................. 4

Hình 2. 1 Lưu đồ hoạt động ................................................................................................ 5
Hình 2. 2. Động cơ Servo ................................................................................................... 10
Hình 2. 3. Sơ đồ mạch điện dộng cơ Servo ....................................................................... 12
Hình 2. 4. Sơ đồ minh họa Moment uốn xoắn động cơ Servo ........................................... 13
Hình 2. 5. Chiều xoay motor mặc định............................................................................... 16
Hình 2. 6. Một hệ thống PLC đơn giản điển hình .............................................................. 17
Hình 2. 7. Sơ đồ cấu trúc đơn giản PLC ............................................................................. 19
Hình 2. 8. Sơ đồ mạng SSCNET kết nối giữa PLC và các Module ................................... 20
Hình 2. 9. Sơ đồ khả năng cải thiện độ chính xác của SSCNETIII so với SSCNET…….21
Hình 2. 10. Sơ đồ cơ khí ảo ................................................................................................ 22
Hình 2. 11. Khái niệm đĩa CAM ........................................................................................ 24

Hình 3. 1. Chất liệu nhơm................................................................................................... 26
Hình 3. 2. Cơ cấu tay quay con trượt .................................................................................. 27
Hình 3. 3. Cơ cấu bánh răng và thanh răng ........................................................................ 27

Hình 3. 4. Kích thước VLA-ST-60-12-0700 ...................................................................... 28
Hình 3. 5. Cơ cấu pulley dây đai ........................................................................................ 29
Hình 3. 6. Sơ đồ tổng quát HG-KR13 ................................................................................ 30
Hình 3. 7. Bản vẽ 3d cơ cấu và khung ................................................................................ 29
Hình 3. 8. Bản vẽ hình chiếu cơ cấu và khung ................................................................... 31
Hình 3. 9. Q00UCPU .......................................................................................................... 32
Hình 3. 10. QD77MS2 ........................................................................................................ 34
Hình 3. 11. Sơ đồ kết nối QD77MS2 ................................................................................. 35
Hình 3. 12. MR-J3-10B ...................................................................................................... 36
Hình 3. 13. Sơ đồ mạch động lực ....................................................................................... 37
Hình 3. 14. Hình dạng trục CAM ....................................................................................... 39

do an


GVHD: Vũ Quang Huy

Hình 4. 1. Màn hình tạo New project ................................................................................. 40
Hình 4. 2. Thiết lập các module.......................................................................................... 41
Hình 4. 3. Lựa chọn module QD77MS2 ............................................................................ 41
Hình 4. 4.New module ........................................................................................................ 42
Hình 4. 5. Intelligent Function Module .............................................................................. 43
Hình 4. 6. Thiết lập giao thức kết nối Servo motor ............................................................ 43
Hình 4. 7. Cài đặt các giá trị của Driver và vít me ............................................................. 44
Hình 4. 8. Cài đặt giá trị tăng tốc, giảm tốc ........................................................................ 44
Hình 4. 9. Cài đặt các thơng số chi tiết ............................................................................... 45
Hình 4. 10. Cài đặt các thơng số JOG................................................................................. 46
Hình 4. 11. Cài đặt các thơng số về home ......................................................................... 46
Hình 4. 12. Phương pháp về home bằng Proximity Dog Mmethod .................................. 47
Hình 4. 13. Cài đặt thơng số Servo .................................................................................... 48

Hình 4. 14. Bên trong Positioning_Axis# .......................................................................... 48
Hình 4. 15. Chọn trục để chạy đồng bộ .......................................................................... 48
Hình 4. 16. Hệ thống cơ khí ảo .......................................................................................... 49
Hình 4. 17. Sơ đồ điều khiển ............................................................................................. 51
Hình 4. 18. Giao diện nhập HMI ảo .................................................................................. 51
Hình 5. 1. Sắp xếp bộ điều khiển mà mạch điện ............................................................... 52
Hình 5. 2. Kết quả hồn thành ........................................................................................... 52
Hình 5. 3. Kết quả hồn thành ........................................................................................... 53
Hình 5. 4. Tỉ số bánh răg là 12:21 ..................................................................................... 53
Hình 5. 5. Kết quả thực nghiệm 1...................................................................................... 53
Hình 5. 6. Tỉ số bánh răng 1:1 ........................................................................................... 54
Hình 5. 7. Kết quả thực nghiệm 2...................................................................................... 54
Hình 5. 8. Tỉ số bánh răng 5000:9015 ............................................................................... 55
Hình 5. 9. Kết quả thực nghiệm 3...................................................................................... 55

do an


Mục Lục Bảng
Bảng 1. 1. Yêu cầu đặt ra ..................................................................................................... 3
Bảng 2. 1. Chế độ phát xung ............................................................................................. 15
Bảng 2. 2. Một số thành phần chính được sử dụng chủ yểu của bộ cơ khí ảo. .................. 22
Bảng 3. 1.Thơng số VLA-ST-60-12-9799 ........................................................................ 28
Bảng 3. 2. Thông số HG-KR13 ......................................................................................... 20
Bảng 3. 3. Thông số Q00UCPU ........................................................................................ 33
Bảng 3. 4. Thông số QD77MS2 ........................................................................................ 34
Bảng 3. 5. Bảng hàm CAM ............................................................................................... 38

Bảng 4. 1. Giải thích các thơng số về home ...................................................................... 47
Bảng 4. 2 giải thích các thơng số cài đặt đồng bộ ............................................................. 50

Bảng 6. 1. Bảng tự đánh giá dựa trên yêu cầu đặt ra ......................................................... 56

1

do an


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp thuộc khoa chất lượng cao tại trường Đại Học
Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Bản thân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu
và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục sử dụng PLC”. Với lòng kính trọng
và biết ơn sâu sắc Bản thân xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Vũ Quang
Huy, người đã trực tiếp hướng dẫn Bản thân thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện
đề tài, thầy đã tận tình góp ý, chỉ bảo, theo dõi cũng như hỗ trợ em hoàn thiện đề tài
theo cách tốt nhất.
Bản thân cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trên trong trường
ĐH SỰ PHẠM KĨ THUẬT TPHCM nói chung và các thầy cơ trong Bộ mơn Cơ Điện
Tử nói riêng đã hướng dẫn, đưa ra những ý kiến về các môn đại cương cũng như các
môn chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện
giúp đỡ chúng em trong suốt q trình học tập. Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm
ơn đến gia đình, nhà trường và bạn bè đã tạo điều kiện, hỗ trợ, động viên Bản thân
trong suốt quá trình học cũng như làm đề tài đồ án này.
Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn sẽ cịn những thiếu sót trong
đề tài. Kính mong nhận được sự góp ý của q Thầy/Cơ để em có thể hồn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Nghị

1

do an


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1.

Giới thiệu đề tài

1.1.1. Lý do chọn đề tài và tính thiết yếu.
Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ
thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao,
mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc biệt đối với những nước
đang phát triển như Việt nam. Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học
công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hố sản xuất có vai trị rất quan trọng.
Dây chuyền sản xuất của các đơn vị sản xuất, lắp đặt thiết bị trong các khu công
nghiệp từ trước tới nay đều sử dụng nhân cơng. Điều đó đã và đang khiến cho tiến độ
sản xuất bị kiềm chế do năng suất của nhân cơng là có hạn.
Hiện nay nhiều cơng ty cơng nghiệp đang tiến hành tự động hóa q trình sản xuất.
Tuy nhiên, chi phí mua và đem các hệ thống tự động hóa về từ nước ngồi là khơng hề
rẻ, điều đó tạo ra vấn đề khó khăn khơng ít cho các cơng ty cơng nghiệp nhỏ. Nhận biết
được vấn đề trên, Bản thân em nhìn nhận thấy tiến độ hàng hóa đã và đang là một vấn
đề tiên quyết trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất. Nhằm đóng góp vào việc
giải quyết vấn đề trên, chúng em thấy rằng xử lý sản phẩm ngay trên băng chuyền sẽ
tăng hiệu suất tự động hóa sản xuất một cách khá đáng kể, ngồi ra cịn tiết kiệm được
diện tích sản xuất khơng hề nhỏ. Mà để xử lý sản phẩm ngay trên băng tải điều thiết yếu
và quan trọng nhất là điều khiển đồng bộ vị trí và tốc độ 2 trục.
 Qua những vấn đề nêu trên, Bản thân đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và thiết
kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC ” .

2

do an


1.1.2. Ứng dụng.
- Máy cắt lia đồng bộ.
- Đồng bộ xử lý ảnh trên băng chuyền.
- Những dây chuyền sản xuất sử dụng đồng bộ.
1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài.

- Nghiên cứu phương án thiết kế hệ thống đồng bộ.
- Hồn thành bản vẽ 3D.
- Gia cơng mơ hình cơ khí.
- Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển.
- Thử nghiệm, đánh giá và rút ra kinh nghiệm từ kết quả.
- Lập bản báo cáo đề tài.
- Hoàn thiện đề tài.
 Yêu cầu đặt ra
Bảng 1. 1. Yêu cầu đặt ra
STT

Yêu cầu đặt ra

Tầm quan trọng

1

Đồng bộ vị trí và tốc độ 2 trục chính xác

30%

2

Cơ khí chính xác, đẹp mắt

20%

3

Thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực chính
xác và hợp lý

20%

4

Vẽ mơ hình 3D

10%

5

Thử nghiệp, đánh giá kết quả

20%

3

do an


1.3.

Cơng trình liên cứu liên quan

 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics

Hình 1. 1 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics

 Máy cắt lia của Shanghai Sihua

Hình 1. 2 Máy cắt lia của hãng Shanghai Sihua.
4

do an


CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.

Lưu đồ hoạt động :

Servo trục B băng
chuyền chạy khi cấp
nguồn

Sensor nhận tín hiệu

False

có phôi đưa vào

True

Servo trục A chạy
nhanh đưa đầu chỉ về
vị trí phơi

Đồng bộ vị trí và
Hết hành trình servo

tốc độ 2 motor sao

trục A đưa đầu chỉ

cho đầu chỉ luôn chỉ

về vị trí Home

vào vị trí phơi

Hình 2. 1. Lưu đồ hoạt động

5

do an


2.2.

Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại động cơ chia thành nhiều nhánh nhỏ lẻ.
Trong bài báo cáo này sẽ tập hợp 4 loại động cơ cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất
đó là Động cơ điện 1 chiều, Động cơ điện xoay chiều, Động cơ bước và Động cơ
Servo.

- Nguyên lý hoạt động chung của các loại motor là hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết
điện và từ trường : các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau. Chiều
quay được xác định bởi từ trường Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua
lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dịng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi
theo gây nên chuyển động đảo chiều của động cơ.

 Động cơ điện 1 chiều (Direct-Current Motor)
- Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều
(điện áp DC) có chức năng quay liên tục.

- Cấu tạo : Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp chỉnh lưu.

- Ưu điểm :
 Sử dụng trong nhiều môi trường làm việc.
 Dễ dàng thay đổi tốc độ.
 Khả năng làm việc trong môi trường quá tải.

- Nhược điểm :

 Vận hành kém độ chính xác.

6

do an


 Khơng đảm bảo an tồn tuyệt đối trong các môi trường khắc nghiệt dễ cháy nổ hoặc
rung chấn.

- Ứng dụng của động cơ một chiều : Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng và
hầu hết trong mọi lĩnh vực của đời sống. Trong tivi, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo,
máy công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều
khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn (vd: trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu
máy điện...).

 Động cơ xoay chiều
- Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều ( điện
áp DC ).

- Cấu tạo : Động cơ xoay chiều có cấu tạo gồm 2 thành phần chính là Stator và Rotor.
- Ưu điểm :
 Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
 Sử dụng nguồn điện trực tiếp k cần chỉnh lưu.
 Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng.
 Kết cấu bền vững, khả nặng chịu tải tốt.
 Giá thành thấp hơn động cơ một chiều.

- Nhược điểm :
 Mô men khơi động nhỏ, k thể ứng dụng trong nhiều trường hợp đặc biệt.

7

do an


 Tiêu tốn điện năng hơn động cơ một chiều.

- Ứng dụng của động cơ xoay chiều :
 Dân Dụng: Ngày nay động cơ điện một pha được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các
động cơ nhỏ dùng trong lị vi sóng để chuyển động đĩa quay, máy giặt, quạt điện...
 Công nghiệp: Công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, khai khống, dầu mỏ, máy móc cơng
nghiệp, cần trục điện....
 Công nghệ thông tin động cơ điện xoay chiều thường thấy nhất trong các thiết bị máy
tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước
rất nhỏ).

 Động cơ bước
- Khái niệm : Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển
dưới dạng các xung rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay.

- Cấu tạo : Động cơ bước bao gồm 4 cuộn dây Stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm
và Rotor nam châm vĩnh cửu nhiều răng.

- Ưu điểm của động cơ bước :
 Giá thành rẻ.
 Có thể điều khiển mạch hở mà khơng cần tín hiệu phản hồi.
 Duy trì mơ men tốt.
 Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp.
 Chi phí bảo dưỡng thấp.

8

do an


 Định vị chính xác.

-

Nhược điểm của động cơ bước:
 Động cơ làm việc không đều, đặc biệt khi ở tốc độ thấp.
 Kích cỡ hạn chế.
 Tiêu thụ dịng điện không phụ thuộc vào tải.
 Làm việc ồn.
 Mô men giảm theo tốc độ.
 Khơng có tín hiệu phản hồi nên hay xảy ra sai số.

- Ứng dụng của động cơ bước:
 Các máy CNC.
 Điều khiển Robot.
 Máy công nghiệp.

 Động cơ Servo
- Khái niệm : Trong kỹ thuật điều khiển, động cơ servo, đôi khi được gọi tắt là servo, là
một thiết bị tự động có sử dụng lỗi cảm biến phản hồi âm để điều chỉnh hành động của một
cơ cấu. Nó thường bao gồm một bộ mã hóa (encoder) đi kèm bên trong hoặc cơ cấu phản
hồi vị trí khác để đảm bảo đầu ra đạt được hiệu quả mong muốn. Có 2 loại động cơ servo:
Động cơ servo AC, động cơ servo DC

9

do an


Hình 2.2. Động cơ Servo
+ Động cơ servo AC:

 Ưu điểm: Điều khiển tốc độ tốt, điều khiển trơn tru trên tồn bộ vùng tốc độ, hầu như
khơng dao động, hiệu suất cao hơn 90%, ít nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí
chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa). Mơ-men xoắn, qn tính
thấp, tiếng ồn thấp, khơng có bàn chải mặc, bảo trì miễn phí (đối với mơi trường khơng
có bụi, nổ).
 Nhược điểm: Điều khiển phức tạp hơn, các thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh các thông
số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn.
+ Động cơ servo DC:
 Ưu điểm: Kiểm sốt tốc độ chính xác, đặc điểm tốc độ mơ-men xoắn rất khó, ngun
tắc điều khiển đơn giản, dễ sử dụng, giá rẻ.
 Nhược điểm: Chổi than cho giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, dẫn đến các hạt mài
mịn (mơi trường khơng có bụi khơng thích hợp).

10

do an


- Ứng dụng :


Ứng dụng trong ngành điện - điện tử: Máy lắp là thiết bị lắp các linh kiện điện tử ví dụ

như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần tới tốc độ cao và độ chính xác cao. Các servo
AC thỏa mãn yêu cầu này.



Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống: Nhu cầu về quy trình thực phẩm
chất lượng cao và an tồn hơn ngày càng tăng, vì vậy, động cơ servo thường được sử
dụng như là giải pháp cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình thực phẩm.



Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy
cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…



Ứng dụng về khuôn mẫu đùn trong ngành sản xuất nhựa: khuôn mẫu đùn là thiết bị gia
công các bộ phận nhựa. Vật liệu nhựa được ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào
trong khn để gia cơng các bộ phận. Các khuôn mẫu thông thường chủ yếu sử dụng
điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày này càng có nhiều khn mẫu sử dụng hệ thống servo
để tiết kiệm điện.



Ứng dụng trong điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển là các linh kiện tuyệt đối
không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, khi các ngành công nghiệp trở nên tinh vi và tự
động hóa. Một trong các ứng dụng điển hình là việc di chuyển các thiết bị trong nhà kho
qua hệ thống băng tải. Động cơ servo giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm theo mục đích
sử dụng.

2.3.

Lựa chọn động cơ
Nhìn vào các ứng dụng, ưu điểm và khuyết điểm của các động cơ trên, đồng thời dựa

trên yêu cầu đề bài :

- Sự chính xác tuyệt đối.

11

do an


- Gia cơng lắp ráp chính xác.
- Phải kiểm sốt input và output một cách hợp lý.
 Chọn động cơ Servo làm động cơ truyền động chính.
2.4.

Tính hàm truyền động của động cơ Servo
R

L

+

+
ROTOR

E

V
T

-

-

Hình 2. 3. Sơ đồ mạch điện động cơ Servo

 Tính hàm truyền động của động cơ servo
 (s)  G(s)   (s)
=> G(s) 

 (s)

(1)

 (s)

 V(t) tỉ lệ thuận với  (t) ( V là hiệu điện thế 2 đầu rotor )

12

do an


Laplace : V (s)  Kb .s. (s)

 Theo định lý Kirchoff, ta có :

dI
 (t)  I (t).R  L.  V (t)
dt
Laplace :  (s)  I (s).R  L.s.I (s)  V (s) (1)
Thế V (s)  Kb s (s) vào điều trên, ta có:

 (s)  I (s).(R  L.s)  Kb .s. (s) (2)
 T(t) tỉ lệ thuận với I(t) [ T(t) là moment xoắn của động cơ ]
 T (t)  Kt .I (t)

Laplace : T (s)  Kt .I (s)
 I (s) 

T (s)
Kt

Hình 2. 4. Sơ đồ minh họa Moment xoắn động cơ Servo

Tìm giá trị Moment xoắn theo  (s) với công thức :

13

do an