(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mô hình cơ cấu chuyển động vitme chính xác qua internet

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỬ- TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT MƠ HÌNH CƠ CẤU
CHUYỂN ĐỘNG VITME CHÍNH XÁC
QUA INTERNET
GVHD: TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
SVTH: NGUYỄN THANH TÙNG
MSSV: 14141582
SVTH: VŨ VĂN THƯỜNG
MSSV: 14141540

SKL 0 0 6 5 4 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018

do an


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
MƠ HÌNH CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG VITME CHÍNH

XÁC QUA INTERNET.

SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSSV: 14141582
Vũ Văn Thường
MSSV: 14141540
Khố: 2014
Ngành: ĐIỆN TỬ- TRUYỀN THƠNG
GVHD: T.S Trương Đình Nhơn

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 07 năm 2018

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày__ tháng__ năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Tùng
Vũ Văn Thường
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
Giảng viên hướng dẫn: T.S Trương Đình Nhơn
Ngày nhận đề tài: 03/2018

MSSV: 14141582
MSSV:14141540
Lớp: 14141CLDT2
ĐT: 0903675119
Ngày nộp đề tài: 07/2018

1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình
cơ cấu chuyển động vitme chính xác qua internet.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Tìm hiểu các tài liệu, các nghiên cứu trước đây về các loại
mơ hình vitme thực tế.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chuyển động mơ
hình vitme.
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển
động cơ servo drive kinetix k300.
- Thiết kế, thi cơng, tính tốn và lựa chọn phần cứng cho mơ
hình chuyển động vitme.
- Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát và chuẩn đoán hệ
thống qua giao diện SCADA, HMI, Internet,….
- Lưu trữ, xuất các báo cáo, biểu đồ dữ liệu thành file pdf.
4. Sản phẩm:
- Mơ hình hệ thống điều khiển chuyển động vitme chính
xác.

i

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Tùng ............................... MSSV: 14141582 .................
Vũ Văn Thường ...................................... MSSV: 14141540 .................
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông ...............................................................
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình chuyển động vitme chính xác qua
internet .....................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: T.S Trương Đình Nhơn .......................................................
.................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ....................................................................................... )
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2018
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

do an


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

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Tùng ............................... MSSV: 14141582 .................
Vũ Văn Thường ...................................... MSSV: 14141540 .................
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông ...............................................................
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình chuyển động vitme chính xác qua
internet .....................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: ...............................................................................................
.................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ....................................................................................... )
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2018
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii

do an


LỜI CẢM ƠN
Sinh viên xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh.
Luận văn này sẽ khơng thể hồn thành nếu sinh viên không nhận được sự hướng dẫn
của Thầy giáo T.S Trương Đình Nhơn, bộ mơn Điều khiển- Tự động hóa. Sinh viên
cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến bạn bè, và các anh khóa trên đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất để em có thể hoàn thành được đề tài luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhưng do kiến thức cịn hạn chế nên
khơng tránh khỏi thiếu sót. Sinh viên rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của thầy
cơ và các bạn để đồ án có thể hoàn thiện hơn nữa.
Sinh viên xin chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh , Ngày 19 tháng 07 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Thường.
Nguyễn Thanh Tùng.

iv

do an


TÓM TẮT
Đồ án “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình cơ cấu chuyển
động vitme chính xác qua internet.” được thực hiện dựa trên công nghệ phần
cứng và phần mềm của hãng Rockwell Automation.
Sau quá trình nghiên cứu tìm hiểu cũng như thiết lập cấu hình cho phần
cứng và phần mềm, sinh viên đã hồn thành mơ hình chuyển động visme có
thể điều khiển, giám sát ở nhiều chế độ.
Đề tài đã được mở rộng bằng các phần mềm của hãng Rockwell Automation
để có thể lưu trữ dữ liệu, xuất các báo cáo định kỳ theo ngày, theo tháng.

v

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................................... i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................................... ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................iii
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................ iv
TÓM TẮT .................................................................................................................................. v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 1

1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay ............................................................................. 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................................ 1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................. 1
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................................... 2
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2
1.5.1 Phần cứng ....................................................................................................................................2

1.5.2 Phần mềm ....................................................................................................................... 2
1.6 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................................... 3
1.7 Bố cục của Đồ án .................................................................................................................. 3
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................... 4
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống chuyển động vitme ................................................................ 4
2.1.1 Khái niệm ....................................................................................................................................4
2.1.2 Phân loại ......................................................................................................................................4
2.1.3 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi ...............................................................................................5
2.1.4 Cách xác định bước ren trên vitme..............................................................................................9

Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ...................................................................................... 11
3.1 Tổng quan phần cứng ......................................................................................................... 11
3.1.1 Giới thiệu về công nghệ điều khiển động cơ Servo ..................................................................11
3.1.2 Cấu hình hệ thống động cơ servo ..............................................................................................13
3.1.3 Bộ điều khiển động cơ...............................................................................................................16
3.1.4 PLC (Programmable Logix Controller) ....................................................................................24
3.1.4.1 Tổng quát về PLC ..............................................................................................................24
3.1.4.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC.............................................................................25
3.1.4.2.1 Cấu trúc ...........................................................................................................................25
3.1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động .......................................................................................................25
3.1.5 HMI (Human Machine Interface) .............................................................................................27

vi

do an


3.1.5.1 Khái niệm ...........................................................................................................................27
3.1.5.2 Ưu điểm khi dùng HMI ......................................................................................................27
3.1.5.3 Hạn chế của HMI ...............................................................................................................27
3.1.6 Encoder .....................................................................................................................................27
3.1.6.1 Giới thiệu và phân loại .......................................................................................................27
3.1.6.2 Nguyên lý hoạt động của encoder ......................................................................................28
3.1.7 Mạng EtherNet công nghiệp .....................................................................................................28
3.1.7.1 Tổng quan về mạng Ethernet công nghiệp .........................................................................28
3.1.7.2 Cáp EtherNet ......................................................................................................................28
3.1.7.3 Switch .................................................................................................................................29

3.2 Thiết kế, tính tốn và lựa chọn phần cứng ......................................................................... 29
3.2.1 u cầu của hệ thống ................................................................................................................29
3.2.2 Sơ đồ khối .................................................................................................................................29
3.2.3 Tính toán và lựa chọn thiết bị....................................................................................................31
3.2.3.1 Bộ điều khiển động cơ servo ..............................................................................................31
3.2.3.2 Khối động cơ ......................................................................................................................36
3.2.3.3 Khối điều khiển trung tâm ..................................................................................................37
3.2.3.3.1 Mô-đun cấp nguồn ..........................................................................................................38
3.2.3.3.2 CPU .................................................................................................................................39
3.2.3.3.3 Mô-đun Ethernet .............................................................................................................40
3.2.3.4 Khối truyền thông...............................................................................................................41
3.2.3.5 Khối nguồn .........................................................................................................................42
3.2.3.6 Các thiết bị ngoại vi ...........................................................................................................44

3.3 Bảng lựa chọn thiết bị ......................................................................................................... 46

3.4

Kiến trúc tổng quan của hệ thống .................................................................................. 46

3.5

Sơ đồ kết nối phần cứng ................................................................................................ 47

3.6

Sơ đồ tổng quan hệ thống .............................................................................................. 47

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ........................................................................................ 49
4.1 Tổng quan phần mềm sử dụng trong đề tài ........................................................................ 49
4.1.1 RSLogix5000 ............................................................................................................................49
4.1.2 Rslinx Classis ............................................................................................................................49
4.1.3 Wonderware induSoft Web studio 8.0 ......................................................................................50
4.1.4 Motionview software.................................................................................................................51

4.2 Lập trình cho RSLogix5000 ............................................................................................... 51
4.2.1 Cấu trúc của project trong RSLogix5000 ..................................................................................51

vii

do an


4.2.2 Add-On Instruction trong RSLogix5000 ...................................................................................52
4.2.3 Sử dụng User Defined trong RSLogix5000 ..............................................................................53

4.3 Thiết kế các tính năng trong Wonderware induSoft Web studio 8.0 ................................. 54
4.4 Thiết kế web để có thể điều khiển servo qua internet ........................................................ 58
4.5 Điều chỉnh và cài đặt trên Motionview .............................................................................. 58
Chương 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT................................................................................... 60
5.1 Kết quả................................................................................................................................ 60
5.1.1 Phần cứng ..................................................................................................................................60
5.1.2 Phần mềm ..................................................................................................................................62

5.2 Nhận xét kết quả ................................................................................................................. 65
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................................. 66
6.1 Kết luận .............................................................................................................................. 66
6.2 Hướng phát triển ................................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 67

viii

do an


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 Vitme bi và đai ốc bi…………………………………………………………5
Hình 2.2 Đai ốc bi………………………………………………………………………6
Hình 2.3 Trục vitme và dạng đai ốc “ U, I, M ” ……………………………………….6
Hình 2.4 Trục vitme và dạng đai ốc “ V ”………………………………………………7
Hình 2.5 Trục vitme và dạng đai ốc “ k”……………………………………………….7
Hình 2.6 Trục vitme và dạng đai ốc “ s”……………………………………………….8
Hình 2.7 Hệ thống hồi bi ngồi trên vitme…………………………………………….8
Hình 2.8 Hệ thống hồi bi trong trên vitme……………………………………………...9
Hình 2.9 Phân loại ren theo mặt cắt của ren…………………………………………..10
Hình 3.1 Van cầu điều khiển với bộ truyền đồng bộ định vị bằng khí nén. Đây là một

servo đảm bảo van sẽ mở đến vị trí mong muốn bất chấp ma sát…………………….12
Hình 3.2 Cấu hình hệ thống động cơ servo……………………………………………13
Hình 3.3 Motor servo AC trong thực tế………………………………………………16
Hình 3.4 Bộ điều khiển động cơ kinetix k300………………………………………..17
Hình 3.5 Tín hiệu điều khiển động cơ servo………………………………………….18
Hình 3.6 Phản hồi trong hệ thống động cơ servo……………………………………..18
Hình 3.7 Mạch vịng điều khiển………………………………………………………19
Hình 3.8 Mã hóa xung vịng quay tỷ lệ ……………………………………………….21
Hình 3.9 Khi thay đổi chiều quay thì xung cũng thay đổi…………………………….22
Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống………………………………………………………..30
Hình 3.11 Bộ điều khiển động cơ servo kinetix k300…………………………………31
Hình 3.12 Sơ đồ các ngõ vào ra của bộ điều khiển servo……………………………..32
Hình 3.13 Đầu nối momen xoắn phóng to…………………………………………….34
Hình 3.14 động cơ servo AC MPL-B220T-VJ42 AA…………………………………37
Hình 3.15 Bộ điều khiển Controllogix 1756…………………………………………..37
Hình 3.16 Mơ-đun nguồn 1756-PA75/B………………………………………………38
Hình 3.17 Bộ điều khiển Controllogix 1756-L60……………………………………..39
Hình 3.18 Mơ-đun Ethernet 1756-ENBT……………………………………………..41
Hình 3.19 Switch hãng Tenda………………………………………………………...42
ix

do an


Hình 3.20 Bộ nguồn S-360W-24V…………………………………………………….42
Hình 3.21 NDM1-63 Series MCB……………………………………………………..44
Hình 3.22 Cơng tắc hành trình KW8-XILIE…………………………………………..44
Hình 3.23 Cảm biến tiệm cận PR12-2DP Autonics……………………………………45
Hình 3.24 Kích thước của cảm biến tiệm cận PR12-2DP Autonics…………………..46
Hình 3.25 Sơ đồ kết nối phần cứng…………………………………………………...47

Hình 3.26 Sơ đồ tổng quan hệ thống………………………………………………….48
Hình 4.1 Phần mềm Studio 5000…….………………………………………………..49
Hình 4.2 Phần mềm Rslinx Classis……………………………………………………50
Hình 4.3 Wonderware induSoft Web studio 8.0……………………………………….50
Hình 4.4 MotionView software……………………………………………………..…51
Hình 4.5 Nơi tổ chức các Routine, Program, Task trong RSLogix5000………………51
Hình 4.6 Ngơn ngữ lập trình Ladder trong RSLogix5000…………………………….52
Hình 4.7 Các khối Add-On Instruction sử dụng trong chương trình…………………..53
Hình 4.8 Các kiểu dữ liệu User-Defined trong Data Types…………………………...54
Hình 4.9 tag trên Wonderware induSoft Web studio…………………………………..54
Hình 4.10 Địa chỉ liên kết giữa phần mềm RSLogix 5000 và Wonderware induSoft Web …..55

Hình 4.11 Giao diện thiết kế trên lớp 1………………………………………………..55
Hình 4.12 Giao diện thiết kế trên lớp 2……………………………………………….56
Hình 4.13 Giao diện thiết kế trên lớp 3……………………………………………….57
Hình 4.14 Giao diện thiết kế trên lớp 4……………………………………………….57
Hình 4.15 Trang web để tạo host……………………………………………………..58
Hình 4.16 Giao diện connect trên phần mềm MotionView……………………………59
Hình 4.17 Giao diện trên phần mềm MotionView……………………………………59
Hình 5.1 mơ hình tồn bộ hệ thống……………………………………………………60
Hình 5.2 bộ tải được gắn với motor và thước lá……………………………………....60
Hình 5.3 bộ điều khiển động cơ servo và bộ nguồn 24V………………………………61
Hình 5.4 bộ điều khiển trung tâm(PLC)…………………………………………….…61
Hình 5.5 Giao diện đăng nhập trên internet…………………………………………...62
Hình 5.6 Giao diện sau khi đăng nhập…………………………………………………63
x

do an

Hình 5.7 Giao diện trên lớp 1…………………………………………………………63
Hình 5.8 Giao diện trên lớp 3……………………………………………………….…64
Hình 5.9 Giao diện trên lớp 4………………………………………………………….65

xi

do an


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 chức năng các các chân bộ điều điều servo………………………………...33
Bảng 3.2 chức năng các các chân vị trí đầu nối momen xoắn…………………………34
Bảng 3.3 chức năng từ pin 1 đến pin 10………………………………………………35
Bảng 3.4 chức năng từ pin 11 đến pin 29………………………………………………35
Bảng 3.5 chức năng từ pin 30 đến pin 39……………………………………………..36
Bảng 3.6 chức năng từ pin 40 đến pin 50……………………………………………..36
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật mô-đun nguồn 1756-PA75/B……………………………38
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của Controllogix 1756-L60………………………………40
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật mô-đun Ethernet 1756-ENBT……………………………41
Bảng 3.10 Bảng lựa chọn thiết bị cho hệ thống………………………………………..46

xii

do an


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, hàng loạt những thiết bị, cỗ
máy CNC hay bất cứ một sản phẩm chế tạo máy nào chuyển động cũng đều gắn liền với

những thanh trượt visme để chuyển động.
Những hệ thống chuyển động vitme rất dễ bắt gặp trong các cơ cấu máy CNC, những
cỗ máy tự động hóa trong cơng nghiệp, hay những sản phẩm cơ khí chun dụng, nó
đóng 1 vai trị rất quan trọng trong các hệ thống chuyển động. Nhưng điều quan trọng
nhất vẫn là điều khiển những chuyển động một cách chính xác để có thể áp dụng vào
thực tiễn những hệ thống máy móc linh hoạt ln được đặt lên hàng đầu trong việc
nghiên cứu những hệ thống này.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Đáp ứng về nhu cầu tăng nhanh trong các hệ thống chuyển động, đặc biệt là các thanh
trượt visme là một trong những thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống này, trong
những nhà máy hiện nay đa phần đều đang được tự động hóa những cỗ máy, thiết bị để
thay thế nguồn nhân lực thay vào đó con người sẽ đóng vai trị giám sát thì việc chính
xác tuyệt đối trong những cố máy thiết bị này là điều bắt buộc và trong đó khơng thể
thiếu những hệ thống chuyển động đi kèm.
Với những kiến thức đã học về hệ thống điều khiển tự động, thiết bị điện, điều khiển
lập trình, hệ thống thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát (SCADA) và những kiến
thức cơ sở khác. Với nhu cầu tiếp cận với các thiết bị công nghệ hiện đại của hãng
Rockwell Automation, từ đó có thể áp dụng vào các dự án thực tế nên người làm đề tài
đã thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình chuyển động
vitme chính xác qua internet”.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
-

Hiểu được nguyên lý hoạt động của một số loại chuyển động chính xác liên quan
đến vitme

-

Hồn thành mơ hình điểu khiển và giám sát hệ thống chuyển động vitme chính
xác.

-

Hiểu và kết nối được các phần cứng với nhau.
1

do an


-

Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động và thiết lập được bộ điều khiển servo driver kinetix
k300.

-

Nghiên cứu và sử dụng được các phần cứng và phần mềm của hãng Rockwell
Automation.

-

Sử dụng giao diện SCADA để giám sát, hiển thị, điều khiển và chuẩn đốn tình
trạng của các thiết bị.

-

Xuất được các báo cáo, biểu đồ có thể xem trực tuyến giúp người quản lý nắm
bắt được thông tin rõ ràng và đưa ra những quyết định chính xác, kịp thời đến hệ
thống.

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu các loại hệ thống chuyển động trên thị trường.
- Thiết lập cấu hình phần mềm cho bộ điều khiển servo driver kinetix k300 để điều
khiển mơ hình chuyển động vitme
- Khắc phục các sự cố khi servo hoặc hệ thống bị lỗi.
- Lập trình cho PLC, SCADA, web sever,…..
- Ngun lý, thơng số kỹ thuật các thiết bị.
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Phần cứng
Bao gồm các thiết bị dựa trên nền tảng công nghệ của hãng Rockwell Automation:
-

-

Programmable Logix Control (PLC):
 ControlLogix 1756-L60M03SE
Module:
 1756-ENBT (EtherNet)
 1756-PA75/B
Servo driver kinetix k300
Motor
MCB
Vitme, nhơm định hình,…..
Nguồn

1.5.2 Phần mềm
Bao gồm các phần mềm được cung cấp từ hãng Rockwell Automation:
-

RSLogix 5000

2

do an


-

Rslinx Classis
Wonderware induSoft Web studio 8.0
MotionView software

Một số phần mềm khác:
- Microsoft Visio 2013
- VM Ware Workstation V12
1.6 Phương pháp nghiên cứu
-

Tìm hiểu các hệ thống chuyển động trong máy móc được chia sẻ trong và ngồi
nước.

-

Tìm kiếm tham khảo các tài liệu về phần cứng và phần mềm.

-

Kiểm tra, khắc phục một số lỗi thường xảy ra ở servo driver, PLC,...

1.7 Bố cục của Đồ án
Đồ án gồm 6 chương với các nội dung như sau

Chương 1

TỔNG QUAN

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3

XÂY DỰNG PHẦN CỨNG

Chương 4

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Chương 5

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

3

do an


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống chuyển động vitme
2.1.1 Khái niệm
Vitme gọi chung là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền động cho cơ
cấu trượt dọc trục theo trục vitme. Khi truyền động thường thì trục vitme quay làm cho
đai ốc chuyển động tịnh tiến. Đôi khi tùy vào thiết kế của từng loại máy mà đai ốc quay
làm cho vitme chuyển động tịnh tiến. Trên nguyên lý khi truyền động, nếu trục vitme
đứng yên thì đai ốc chuyển động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trụ vitme chuyển
động tịnh tiến.
Độ chính xác
- Trục vít có độ chính xác cao thường chính xác đến một phần nghìn inch trên
một foot (830 nanomet trên centimet) hoặc tốt hơn.
- Trục vít chất lượng của dụng cụ thường chính xác đến 250 nanomet trên
centimet. Chúng được sản xuất trên máy phay CNCchính xác với thiết bị đo
khoảng cách quang học – Máy đo laser 3 chiều và dụng cụ đặc biệt. Máy tương
tự được sử dụng để sản xuất ống kính quang học và gương.
Hệ thống vitme được sử dụng nhiều trên máy công cụ NC và CNC, đặc biệt là máy phay
CNC, máy tiện CNC, máy cắt dây EDM kết hợp với động cơ servo điều khiển truyền
động các trục. Một số hãng sản xuất vitme bi thông dụng như: HIWIN, PMI, TBI,
RSK…
2.1.2 Phân loại
Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vitme cơ bản đó là:
vitme đai ốc thường và vitme đai ốc bi.32
- Vitme đai ốc thường: là loại mà vitme và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
- Vitme đai ốc bi: là loại mà vitme và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn. Vitme bi là một hệ
thống chuyền động, được gia cơng chính xác để biến đổi chuyển động quay thành
chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít - bu lông (Đai ốc bi). Mà tiếp xúc giữa trục
vít và đai vít là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát. Giúp chuyền động một cách
trơn tru và chính xác, hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài.
Ưu điểm của Vitme đai ốc bi:
-

Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9.
4

do an


-

Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như khơng phụ thuộc vào tốc
độ.

-

Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục
cao.

-

Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.

Hình 2.1 vitme bi và đai ốc bi
2.1.3 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi
Vitme bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng đều có cấu tạo chung như sau:
- Vitme
- Đai ốc
- Vòng bi
- Ống hồi tiếp
a.
Đai ốc bi (SCREW NUT)

Đai ốc bi là một cấu trúc ổ bi gồm vỏ ngoài, các viên bi thép chạy dọc trên các rãnh bi
được tiện ren bên trong ổ, thơng qua các vịng hồi bi tạo thành các vịng tuần hồn kín
hoặc hở (vịng tuần hồn ngồi), đai ốc kết hợp với trục vitme để biến đổi chuyển động
quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo thành lực kéo.

5

do an


Hình 2.2 đai ốc bi
. Các loại đai ốc phổ biến gồm có:
 Đai ốc “ U, I, M ” (Ký hiệu mã: SFUR (Ren phải) / SFUL (Ren trái))
Đặc điểm: Vịng tuần hồn trong, mỗi vịng tuần hồn là 01 vịng bi.
Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu chuẩn, cơ cấu trục nhỏ gọn.

Hình 2.3 trục vit me và dạng đai ốc “ U, I, M ”
 Đai ốc “ V ” (Ký hiệu mã: SFVR (Ren phải) / SFVL (Ren trái))
Đặc điểm: Vịng tuần hồn ngồi, giúp cho hướng bi chạy theo một hướng xi theo
trục vít.
Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu tải nặng, tốc độ vận hành nhanh.

6

do an


Hình 2.4 trục vitme và dạng đai ốc “ V”
 Đai ốc “ K ” (Ký hiệu mã: SFKR (Ren phải) / SFKL (Ren trái))
Đặc điểm: Nhỏ gọn. vòng tuần hồn kín, mỗi vịng tuần hồn là 01 vịng bi.

Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu gọn nhẹ, tinh xảo.

Hình 2.5 trục vitme và dạng đai ốc “ k”
 Đai ốc “ S ” (Ký hiệu mã: SFSR (Ren phải) / SFSL (Ren trái))
Đặc điểm: Tuần hoàn theo cơ cấu nắp bịt, hồi bi tại điểm đầu và điểm cuối của
đai ốc thông qua nắp bịt, thiết kế cách âm và chống bụi tốt.
Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu tải nhẹ và tốc độ cao

7

do an


Hình 2.6 trục vitme và dạng đai ốc “ s”
b.
Hệ thống hồi bi
Các viên bi di chuyển bên trong rãnh ren của ổ bi và được tuần hồn thơng qua các
loại cơ chế trả về khác nhau. Nếu bi không có cơ chế trả lại (hồi bi) thì nó sẽ rơi ra
khỏi đầu ổ bi khi chúng đến cuối ổ. Vì lý do này, một số phương pháp tuần hồn với
cơ cấu hồi bi khác nhau đã được phát triển.

Hình 2.7 Hệ thống hồi bi ngồi trên vít

8

do an


Hình 2.8 Hệ thống hồi bi trong trên vitme
2.1.4 Cách xác định bước ren trên vitme

-

Bước ren là khoảng cách giữa hai đỉnh ren kề nhau.
Phân loại ren

a.
-

phân loại ren:

+ Ren tam giác: Ren có biên dạng ren là hình tam giác đều hoặc tam giác cân, ren tam
giác thường được dùng làm ren kẹp chặt.
+ Ren thang: Ren thang có biên dạng ren là hình thang, ren thang thường được dùng làm
ren truyền động hoặc ren tải được cả hai phía.

9

do an


+ Ren vng: ren vng có biên dạng là hình vng hoặc hình chữ nhật, ren vng cũng
thường được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải.
+ Ren răng cưa: ren răng cưa có biên dạng là hình tam giác thường, ren răng cưa được
dùng làm ren truyền động hoặc ren tải một phía.
+ Ren trịn

Hình 2.9 Phân loại ren theo mặt cắt của ren.

b.
-

-

Xác định bước ren:
Có rất nhiều cách để xác định bước ren, cách thông dụng nhất là dùng thước lá
hay thước cặp đo khoảng cách của 10 hay 20 bước ren, lấy khoảng cách đo
được chia cho 10 hoặc 20 để xác định bước ren.
Dãy bước vít thơng dụng: 1, 1.5, 2, 2.5, 4, 5, 6, 8, 10 v.v...
VD:
- Đo ra bước vít thấy gần gần 5mm -> bước ren hệ Met, 5mm.
- Đo ra bước vít gần 6.5mm -> bước ren hệ inch, 1/4 inch.

10

do an


Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1 Tổng quan phần cứng
3.1.1 Giới thiệu về công nghệ điều khiển động cơ Servo
Động cơ servo là thành phần quan trọng của hệ thống điều khiển chuyển động.
Để hoạt động được, chúng ta phải nối động cơ servo với các phần cứng, phần mềm hỗ
trợ điều khiển chuyển động.
Động cơ servo được kết hợp cơ khí với các thiết bị máy móc khác để cung cấp lực di
chuyển các thiết bị này theo yêu cầu của ứng dụng.
Trong công nghiệp, hầu hết các dạng động cơ servo sử dụng động cơ một chiều không
chổi than.
Ứng dụng:
-

Điều khiển vị trí:

Một loại servo phổ biến có hỗ trợ điều khiển vị trí. Thơng thường, các cơ cấu servo có
thể là điện, thủy lực hoặc khí nén. Chúng hoạt động trên nguyên lý phản hồi âm, trong
đó đầu vào điều khiển được so sánh với vị trí thực tế của hệ thống cơ khí được đo lường
bằng một số loại cảm biến tại đầu ra. Khoản chênh lệch giữa giá trị thực tế và giá trị
mong muốn (một "tín hiệu sai số") được khuếch đại (và chuyển đổi) và được dùng để
điều khiển hệ thống theo hướng cần thiết để giảm hoặc loại bỏ sai số. Quá trình này là
một trong những ứng dụng được sử dụng rộng rãi của lý thuyết điều khiển. Các servo
điển hình có thể cung cấp một đầu ra là chuyển động trịn (góc quay) hoặc đầu ra chuyển
động thẳng.

11

do an