Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy cắt plasma

Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy cắt plasma
Thiết kế: Trần Văn Minh
1. Chọn động cơ cho hệ thống

Từ yêu cầu của hệ thống cơ khí tương đối đơn giản ta chọn động cơ cho máy là động cơ bước. Vì những lý do sau:
-giá rẻ
-dễ kết nối 6 chân điều khiển
-bảo dưỡng dễ dàng
-Điều khiển cả vị trí và tốc độ mà không cần mạch phản hồi.
-Thích hợp với các thiết bị điều khỉên số.
-Độc lập với tải: với động cơ bước thì tốc độ quay của rô to ko phụ thuộc vào tải khi vẫn nằm trong vùng momen có thể
kéo được.
Có 3 loại động cơ bước:động cơ bước nam châm vĩnh cửu PM(permanent Magnẻ stểpp motor), động cơ bước có từ trở biến đổi
VR(Variable-Reluctance stepper mortor), và động cơ bước kết hợp cả hai loại PM và VR gọi là động cơ bước kiểu lai (hybrid
stepper motor)

Chọn động cơ: 23LM-C1.8 Hybrid
–
Thông số động cơ:

Bước góc: 1,8
o

sai số bước góc ± 5%

Nhiệt độ giới hạn 80
o
C

Phạm vi nhiệt độ hoạt đông -20 đến 50
0

C

Điện áp hoạt động: 4,7V

Dòng điện mỗi pha 1,5A.

Điện trở cuộn dây 3,1 Ω
Sơ đồ nối dây:
Các chế độ điều khiển động cơ bước
1.Điều khiển cả bươc(full step) là cách điều khiển chỉ có một cuộn pha được cấp điện:
Winding 1a 1000100010001000100010001
Winding 1b 0010001000100010001000100
Winding 2a 0100010001000100010001000
Winding 2b 0001000100010001000100010
2. Điều khiển cả bước: là điều khiển mỗi lần xuất hiện xung điều khiển cả hai cuộn pha đồng thời được cấp điện:
Winding 1a 1100110011001100110011001
Winding 1b 0011001100110011001100110
Winding 2a 0110011001100110011001100
Winding 2b 1001100110011001100110011

3. Điều khiển nửa bước: là kiểu điều khiển kết hợp hai kiểu điều khiển trên: cấp điện một cuộn pha và hai cuộn pha đồng thời:
Winding 1a 11000001110000011100000111
Winding 1b 00011100000111000001110000
Winding 2a 01110000011100000111000001
Winding 2b 00000111000001110000011100
Hệ điều khiển động cơ bước

D.C.SUPPLY: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống

CONTROL LOGIC: Đây là khối điều khiển logic. Có nhiệm vụ tạo

ra tín hiệu điều khiển động cơ. Khối logic này có thể là một nguồn
xung, hoặc có thể là một hệ thống mạch điện tử. Nó tạo ra các xung
điều khiển.

POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện đã được điều
chỉnh để đưa vào động cơ. Nó lấy điện từ nguồn cung cấp và xung
điều khiển từ khối điều khiển để tạo ra dòng điện cấp cho động cơ
hoạt động.
Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước

Sơ đồ mạch điều khiển là loại đơn giản dễ chế tạo và sử dụng với mục đích kết nối với phần mềm điều khiển trên máy tính qua
cổng máy in.

Mạch được sử dụng là mạch IC tiêu chuẩn L297-L298.
IC L297:

L297 là IC điều khiển động cơ bước thường dùng trong các ứng
dụng điều khiển điện tử. Nó có chức năng tạo ra 4 pha tín hiệu điều
khiển tương ứng với 2 pha lưỡng cực hoặc 4 pha động cơ bước đơn cực

Với IC này ta có thể điều chỉnh ở chế độ nửa bước, normal và wave drive, nó tích hợp cả PWM để điều chỉnh dòng cuộn dây
môtơ

Với IC này để điều khiển ta chỉ cần cấp xung clock, tín hiệu logic cho chiều quay chế độ làm việc động cơ.

IC này giúp tạo các pha điều khiển nên chương trình điều khiển rất gọn và đơn giản
Sơ đồ khối chân của IC L297
Chế độ xung của L297


1. Chế độ nửa bước: để hoạt động ở chế độ này chân Half/full phải ở mức cao

2. Chế độ bình thường: còn gọi là chê độ 2phase. Chân half/full ở mức thấp và mạch điều khiển đang ở tần số lẻ(1,3,5,7). 2 chân
cấm INHx luôn ở mức cao

chế độ sóng wave drive mode: chế độ điều khiển song chế độ này được thiết lập khi chân half/full được đặt ở mức thấp và mạch
hoạt động ở tần số cấp xung chãn(2,4,6,8).
IC L298
Điện áp cấp lên đến 46V
• Tổng Dòng DC chịu đựng lên đến 4A
• Điện áp bão hòa
• Chức năng bảo vệ quá nhiệt
• Điện áp logic ‘0’ từ 1.5V trở xuống (lề miễn
nhiễu lớn)

Thông tin ứng ụng:
Tần công suất ngõ ra:
IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A,B). Tần công suất chính là mạch cầu và
ngõ ra của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế độ hoạt
động khác nhau (tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào) Dòng điện từ chân
ngõ ra chảy qua tải đến chân cảm ứng dòng : điện trở ngoài RSA, RSB cho
phép việc cảm ứng cường độ dòng điện này.
Tần ngõ vào:
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3, In4,
EnB. Các chân In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở mức
thấp, các chân ngõ vào In ở trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương thích
với chuẩn TTL.
Sơ đồ khối
Sơ đồ chân
Phần mềm điều khiển Mach3


Mach3 là một phần mềm của ArtSoft USA,là một phần mềm trong gói các sản phẩm của ArtSoft gồm Mach3Turning,
Mach3Mill, Mach3Plasma,và LazyCam.

Mach3Plasma được ứng dụng điều khiển cho các máy CNC được kết nối với máy PC thông qua chương trình điều khiển lập trình
CNC thông dụng trên thị trường. Ban đầu Mach3 được thiết kế như một sản phẩm ứng dụng cho các máy CNC nhỏ ứng dụng cho
các thiết bị thử nghiệm. Tuy nhiên sự linh hoạt của nó đã nhanh chóng được phát triển và ứng dụng điều khiển các máy CNC
trong công nghiệp
Giao diện mach3
Cài đặt thông số ban đầu khi sử dụng mach3
A, Xác định đơn vị
Đầu tiên ta cần xác định đơn vị là metric hay inch
sao cho khi tính toán và lắp đạt thiết bị dễ dàng lựa
chọn các thông số và phần tử
b. Thiết lập ban đầu cho các port và các pins.
config -> port and pins. Tab này là những thiết lập
ban đầu cho mach3 và máy (như hình bên).
Ở đây địa chỉ hexa là 0* 378
Tần số ta chọn là 25000 Hz ( tần số này ảnh hưởng
đến tỷ lệ xung ra lớn nhất ).
c. Thiết lập các chân vào ra
Ở đây chúng ta chỉ sử dụng 2 trục X, Y nên tích dấu xanh enable của 2 trục này.

f. Định nghĩa đầu vào của encoder
Phần này xác định các kết nối và độ phân giải của encoder hoặc các xung do người dùng khởi tạo để điều khiển dịch chuyển của cac
trục