điều khiển đồng bộ tốc độ cao động cơ ac servo thông qua mạng sscnet iiih
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.66 MB, 128 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG
CƠ AC SERVO THÔNG QUA MẠNG SSCNET
III/H
Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự
Động Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI............................................................................1
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................2
1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI...........................................................................2
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................4
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC..........................................................4
2.1.1 Tổng quan về PLC...................................................................4
2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC.................................................5
2.1.3 Vai trò.......................................................................................6
2.2 PLC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI.........................................6
2.3 ĐỘNG CƠ SERVO.........................................................................10
2.3.1 Giới thiệu về Servo...............................................................10
2.3.2 Phân loại động cơ Servo......................................................10
2.3.3 Chức năng..............................................................................12
2.3.4 Cấu tạo...................................................................................12
2.4 DRIVER SERVO.............................................................................12
2.5 ENCODER......................................................................................14
2.5.1 Khái niệm Encoder................................................................14
2.5.2 Phân loại Encoder.................................................................15
2.6 HMI GOT 1000..............................................................................16
2.7 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ SERVO.............17
2.7.1 Thiết lập bộ truyền động điện tử.......................................17
2.8 HỆ THỐNG CƠ KHÍ ẢO.................................................................20
2.8.1 Điều khiển đồng bộ..............................................................20
2.8.2 Module truyền động – trục đầu vào...................................21
2.8.3 Các Module dẫn động...........................................................22
2.8.4 Module đầu ra – đĩa CAM.....................................................23
2.9 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MOTION SFC........................................25
2.9.1 Sơ lược về việc sử dụng ngôn ngữ SFC.............................25
2.9.2 Cơ cấu chương trình SFC chuyển động.............................26
2.9.3 Bảng biểu tượng trong biểu đồ Motion SFC.....................27
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.9.4 Cách điều khiển chuyển động.............................................29
2.9.5 Cách điều khiển quy trình...................................................30
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG................................31
3.1 GIỚI THIỆU....................................................................................31
3.2 PHẦN CƠ KHÍ................................................................................31
3.2.1 Yêu cầu phần cứng...............................................................31
3.2.2 Trục truyền động...................................................................32
3.2.3 Phần khung mô hình............................................................32
3.2.4 Phần bánh răng đồ bộ..........................................................33
3.3 PHẦN ĐIỆN....................................................................................37
3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống..............................................37
3.3.2 Linh kiện sử dụng trong hệ thống.....................................38
3.3.2.1 Trạm CPU............................................................................38
3.2.3 Màn hình HMI GOT 1000......................................................53
3.2.4 Động cơ Linear Servo...........................................................54
3.2.5 Nguồn 24VDC và 5VDC.........................................................58
3.2.6 Cảm biến tiệm cận Omron EE-SX 772C.............................58
3.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...................................................64
3.3.1 Mạch động lực.......................................................................64
3.3.2 Mạch kết nối động cơ Servo................................................65
3.3.3 Mạch điều khiển....................................................................66
3.4 THI CÔNG MÔ HÌNH.....................................................................70
3.4.1 Phần cơ khí............................................................................70
3.4.2 Thi công phần điện...............................................................71
CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...............73
4.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG........................................................................73
4.2 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH VÀ GIẢI THUẬT................73
4.2.1 Mô tả hoạt động của mô hình.............................................73
4.2.1 Giải thuật điều khiển............................................................74
4.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN........................................................80
4.3.1 Phần mềm cài đặt.................................................................80
4.4. Bước 6 – Chương trình SFC.......................................................95
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..............................101
5.1 KẾT LUẬN....................................................................................101
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................103
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình
2.1
Cấu
trúc
cơ
bản
của
Motion..........................................
Hình
2.2:
Một
một
hệ
thống
PLC
..4
động
cơ
Servo
của
hãng
Mitsubishi................................................... 10
Hình
2.3:
Một
Driver
Servo
Mitsubishi......................................................
Hình
2.4:
Encoder
2.5:
dùng
Đĩa
hãng
13
trong
nghiệp...............................................................
Hình
của
công
15
Encoder
tuyệt
đối................................................................................16
Hình
2.6:
Đĩa
Encoder
tương
đối...............................................................................
Hình
2.7:
Màn
hình
17
HIM
GOT
1000.........................................................................
17
Hình
của
2.8:
Minh
họa
chiều
quay
cơ.............................................................
Hình
2.9:
Giới
hạn
19
hành
trình
cấu..................................................................
Hình
2.10:
Về
động
cho
cơ
19
Home
cho
hệ
thống............................................................................ 19
Hình
2.11:
Tổng
quan
về
ảo.............................................................
Hình
2.12:
Kí
hiệu
hệ
thống
cơ
khí
20
của
trục
Servo
trục
Servo
thực..................................................................... 21
Hình
2.13:
Kí
hiệu
của
phụ...................................................................... 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình
2.14:
Kí
hiệu
của
trục
Servo
thực..................................................................... 22
Hình
2.15:
Ly
hợp
và
cách
động................................................................
Hình
2.16:
Kí
hiệu
Module
thức
hoạt
23
đầu
ra
–
đĩa
cam.............................................................24
Hình
2.17:
Cấu
trúc
chương
PLC..........................................................
Hình
2.18:
Mô
phỏng
của
trình.........................................
Hình
2.19:
Cơ
cấu
cấu
trình
ở
CPU
25
trúc
của
một
chương
SFC
chuyển
quạt
thiết
26
của
chương
trình
động............................................ 27
Hình
3.1:
Kích
thước
cánh
kế....................................................................
34
Hình 3.2: Mô phỏng đồng bộ cơ khí bằng phần mềm Solid
Works..........................
Hình
3.3:
34
Sơ
đồ
khối
của
hệ
thống............................................................................. 34
Hình 3.4: Một vài bản vẽ mô tả vị trí các ngõ ra vào của Driver
Motion..................
36
Hình 3.5: Phần đế mô hình chứa động cơ Linear và 2 trục Servo
đồng bộ...............
36
Hình 3.6: Bảng bố trí các thiết bị quan trọng gắn trên giá đỡ mô
hình.....................
Hình
đồ
khối
thống.............................................................
37
Bảng
3.7:
36
3.1:
Cấu
Tên
trúc
của
sơ
các
CPU...................................................
thành
39
phần
toàn
trong
hệ
trạm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình
3.8:
Cách
bố
trí
các
thiết
Q38DB..................................................
Hình
3.9:
Hình
bị
trên
Base
39
ảnh
thực
tế
của
trước
của
trước
của
khiển
của
Q04UDHCPU.......................................................... 40
Hình
3.10:
Mặt
sau
và
mặt
Q173DSCPU.................................................. 41
Hình
3.11:
Mặt
sau
và
mặt
QD75D2N......................................................
Bảng
3.7:
Các
thông
số
45
điều
QD75D2N................................................... 46
Hình
3.12:
Nguyên
lý điều
QD75D2N.......................
Hình
3.13:
Sơ
khiển
hoạt động
của Module
46
đồ
ngõ
giao
điến
của
Module
sau
của
module
Q75D2N.............................................. 47
Hình
3.14:
Mặt
trước
và
QX42.................................................
Hình
3.15:
Mặt
trước
và
mặt
48
các
thông
số
cơ
bản
của
QX42........................................... 48
Hình
3.16:
Sơ
đồ
chân
của
QX42.......................................................
Module
Input
49
Hình 3.17: Mặt trước và mặt sau của Module QY41P giống với
QX41...................
50
Hình 3.18: Mặt trước và các thông số cơ bản của QY41P.......................................
Hình
3.19:
Ví
dụ
về
51
cách
QY41P...................................
Hình
3.20:
kết
nối
ngõ
ra
của
Module
51
Sơ
đồ
chân
Module............................................................................
của
51
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình
3.21:
Màn
hình
GOT
1000................................................................................
Hình
3.23:
Bộ
nguồn
tổ
24VDC.........................................................................
Hình
3.24:
Cảm
biến
52
Omron
ong
57
EE-SX
772
..................................................................57
Hình
3.25:
Bản
vẽ
mạch
PLC........................................
Hình
3.26:
động
lực
cấp
cho
Driver
và
58
Mạch
kết
nối
với
Servo..............................................................
động
cơ
59
Hình 3.27: Mạch cung cấp điện áp cho chân EM và màn hình
HMI........................
60
Hình 3.28: Mạch điều khiển giao tiếp giữa Module QD75D2N và
Driver Linear.... 61
Hình 3.29: Mạch điều khiển giữa Module QD75D2N Driver và
Encoder Linear.....
62
Hình
Mạch
3.30:
điều
khiển
QX42..............................................................
Hình
3.31:
Mạch
điều
ngõ
vào
62
khiển
QY42P..............................................................
ngõ
ra
62
Hình 3.32: Sơ đồ cấu hình động cơ Servo qua mạng SSCNET
III/H........................
Hình
63
3.33:
2
bánh
răng
in
3D.....................................................................................
Hình
3.34:
Cố
định
2
trục
đế......................................................
Hình
3.35:
Gắn
các
module
hình.................................................
bánh
răng
64
lên
phần
65
lên
65
trục
giá
đỡ
mô
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình
3.36:
Đi
dây
I/O
cho
QD75D2N.........................................
Hình
3.37:
Đi
dây
CPU
phần
3.38:
và
66
động
hình..........................................................
Hình
Q04UDH
lực
cho
mô
66
Hoàn
thành
phần
điện.............................................................................. 66
Hình
4.1:
Biểu
đồ
thời
gian
về
chuyển
động
thẳng
đều............................................. 69
Hình 4.2: Biểu đồ thời gian về chuyển động thẳng nhanh dần
đều........................... 69
Hình 4.3: giãn đồ thời gian biểu thị tốc độ của 2 trục theo thời
gian......................... 72
Hình
4.4:
Lưu
đồ
của
bài
bộ.....................................................................
Hình
4.5:
Cách
chia
sẽ
vùng
CPU.................................................
Hình
4.6:
Bên
toán
đồng
74
nhớ
của
Multiple
76
trong
Positioning_Axis_#
..................................................................76
Hình
4.7:
Bên
trong
Auto_Refesh.............................................................................
77
Hình
4.9:
Giải
thích
cách
Dogless..............................................................
Hình
4.10:
Giải
thích
về
Home
về
Home
84
cách
Dogless............................................................
85
Hình
thông
4.11:
Cấu
hình
cho
bộ....................................................
Axis
87
2
số
đồng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 4.3.4: Servo Data cho yêu cầu thay đổi giá trị hiện tại của 2
trục....................
88
Hình 4.13: Servo Data cho yêu cầu trục 2 chạy tới vị trí
lồng................................... 88
Hình
5.1:
Mô
phỏng
bài
toán
Cut
to
length
(Flying
Shear)....................................... 91
DANH MỤC BẢNG
Bảng
2.1:
Các
kí
hiệu
của
PLC
dòng
Q
series........................................................... 7
Bảng
2.2:
Các
loại
thiết
bị
có....................................................................
Bảng
2.3:
Các
loại
Bảng
2.4:
Các
cung
cấp
2.5:
module
ngõ
Các
9
module
ngõ
ra.....................................................................................
Bảng
2.6:
Nguyên
lý
phát
cho
8
vào..................................................................................
Bảng
hiện
8
nguồn
CPU............................................................
CPU
xung
điều
khiển
9
động
cơ
Servo.......................................18
Bảng
2.7:
Các
module
dẫn
bản.....................................................................
động
22
cơ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng
3.1:
Tên
của
các
thành
CPU...................................................
Bảng
3.2:
phần
trong
39
Thông
tin
Base
Q38DB.............................................................................
Bảng
3.3:
Thông
tin
3.4:
Thông
39
Module
Q61P.................................................................
Bảng
trạm
số
nguồn
40
cơ
bản
của
Q04UDHCPU.......................................................... 41
Bảng
3.5:
Các
thành
phần
Q173DSCPU.............................................................
Bảng
3.6:
Thông
số
của
44
kĩ
thuật
Q173DSCPU................................................................
44
Bảng
khiển
của
HMI
GOT
3.7:
Các
thông
số
điều
QD75D2N................................................... 46
Bảng
3.8:
Thông
số
kỹ
thuật
1000........................................................... 53
Bảng
3.9
:
Số
Seri
động
cơ
Linear
.............................................................................53
Bảng
3.10
:
Các
chân
ngõ
vào
gắn
trên
ra
gắn
trên
Driver.......................................................... 56
Bảng
3.11
:
Các
chân
ngõ
Driver.............................................................
56
Bảng 4.1: Kí hiệu của và giá trị các thành phần trong bài toán đồng
bộ...................
Bảng
4.2:
70
Giá
trị
hoàn
thành
của
bộ....................................................
71
Bảng
thông
4.8:
Giải
thích
1......................................................................
bài
toán
đồng
số
cài
đặt
84
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng
4.3:
Giải
thích
thông
2......................................................................
số
cài
đặt
85
Bảng 4.4: Giải thích thông số cài đặt đồng bộ của Axis 2 theo Axis
1.....................
88
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
60 năm trước động cơ servo đã cách mạng hóa ngành công
nghiệp điều khiển chuyển động. Từ đó đến nay, ngành công nghiệp
servo đã phát triển không ngừng và hầu như góp mặt trong mọi hệ
thống điều khiển tự động trên thế giới. Khoa học kỹ thuật phát triển
không ngừng kéo theo yêu cầu về độ chính xác, khả năng đáp ứng
của các máy móc ngày càng phải nhanh và mạnh hơn, để đáp ứng
được yêu cầu khắt khe đó các hệ thống tự động hóa ngày nay hầu
như đều sử dụng động cơ servo trong những quá trình tự động cụ
thể như cánh tay robot, máy CNC, cần trục và các cơ cấu vít me,
bàn xoay, linear...
Cùng sự ứng dụng của khoa học công nghệ, thế giới đã có
những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hiện đại hơn. Sự
phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động hóa đã tạo
ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với
những đặc điểm vượt trội với sự chính xác tuyệt đối, tốc độ nhanh,
đáp ứng nhu cầu công việc phức tạp trong dây chuyền sản xuất.
Thực tế cho thấy rằng, trong một hệ thống sản xuất, đối với những
công việc hòi hỏi phải hoạt động cùng thời điểm, đồng tốc độ, di
chuyển chính xác vị trí đã cài đặt sẵn... Vấn đề đó thì những hoạt
động thủ công của con người gần như không thể thực hiện được.
Nhưng với công nghệ tiên tiến hiện nay, điều đó có thể thực hiện
một cách dễ dàng. Xuất phát từ nhu cầu muốn tìm hiểu về thiết bị,
cách thức điều khiển thiết bị cũng như muốn xây dựng mô hình mô
tả hoạt động, nhóm quyết định lựa chọn đề tài “Điều khiển mô
hình đồng bộ tốc độ cao động cơ AC Servo thông qua mạng
SSCNET III/H”.
BỘ
Trang | 1
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tiến hành thực hiện động bộ 2 trục động cơ Servo ở tốc độ
cao. Điều khiển chính xác vị trí và vận hành tốc độ đúng theo yêu
cầu. Xây dựng mô hình điều khiển và giám sát bao gồm 2 trục động
cơ Servo, 1 trục động cơ Linear thông qua màn hình HMI. Mô hình
sử dụng 2 động cơ Servo, driver 200W của hãng Mitsubishi, trục
Linear của hãng Yawasaki. Sử dụng 2 controller chính đó là Q04UDH
và Q173DSCPU. Q04UDH đóng vai trò giao tiếp thiết bị ngoại vị như
nút nhấn, màn hình HMI..., Q173DSCPU đóng vai tròng là CPU
motion giúp giao tiếp và điều khiển động cơ Servo.
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài này, nhóm đã nghiên cứu và thực hiện các
phương pháp:
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
Phương pháp thực nghiệm khoa học
1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Chỉ dừng lại ở việc mô hình ứng dụng chuyển động đồng bộ đơn
giản.
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài,
mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ
án.
Chương 2: Cơ sở lí thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, kiến thức chung về PLC hãng
Mitsubishi, Servo Driver , Servo motor, HMI Got 1000, Linear
Yawasaki.
BỘ
Trang | 2
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình
Chương này nói về cách tính toán và bố trí các thiết bị trong
mô hình cho phù hợp với yêu cầu đặt ra. Mô tả cách thức hoạt động
của mô hình và sự liên kết giữa các thiết bị với nhau. Dựa vào cơ sở
đã tính toán lựa chọn thiết bị cho mô hình. Nhóm bắt đầu thi công
mô hình từ khâu cơ khí, lắp ráp và kết nối các thiết bị với nhau.
Kiểm tra độ an toàn về điện, tránh ảnh hưởng tới con người và thiết
bị.
Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển
Mô tả hệ thống và giải thuật điều khiển, trình bày lưu đồ giải
thuật. Trình bày chi tiết các lệnh sử dụng trong mô hình gồm lệnh
điều khiển trình tự và lệnh SFC. Giải thích các thông số cài đặt
chuyên biệt cho Servo. Trình bay lý thuyết về cơ khí ảo sử dụng
trong hệ thống.
Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá
Chương này sẽ nói về kết quả đại được và sau đó nhận xét về
mục tiêu đã đặt ban đầu
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài
Kết luận sau khi hoàn thành mô hình. Nêu ra những ưu, nhược
điểm và hướng phát triển của đồ án để đưa ra hướng phát triển tiếp
theo cho đề tài
BỘ
Trang | 3
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
2.1.1 Tổng quan về PLC
Định nghĩa: PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị
điều khiển logic khả trình thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động
theo chương trình người dùng. PLC sử dụng bộ nhớ khả trình để lưu
trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển. PLC có thể coi là
một máy tính được thiết kế hoạt động tin cậy trong môi trường công
nghiệp.
Cấu tạo: PLC được cấu tạo bao gồm các thành phần chính như
bộ xử lý trung tâm, khối vào (Module input, Analog input), khối ra
(Module output, Analog output).
BỘ
Trang | 4
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC Motion
Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit )
Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU
như một máy tính thực thụ. CPU được xem là bộ não của
PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điều
khiển chuyên biệt của PLC.
CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất
tín hiệu tới khối ra. CPU còn chứa các khối chứa năng phổ
biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ
liệu… và các hàm chuyên dụng.
BỘ
Trang | 5
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khối vào (Module Input) : Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI
(Digital Input) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input)
Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị
phân như: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm
biến quang, cảm biến tiệm cận…
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục
như: các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ
ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa tín hiệu
ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc
được. Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự
khác nhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở… Một thông số
quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thông
số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
Khối ra (Module Output): Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO
(Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển
theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động
cơ không điều khiển tốc độ…
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu
điều khiển liên tục: biến tần, van tuyến tính…
2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC
Ưu điểm: nhìn chung PLC có các ưu điểm so với các mạch tiếp
điểm truyền thống như sau.
Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay
đổi yêu cầu, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương
trình thông qua việc lập trình.
BỘ
Trang | 6
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Số lượng Timer, Counter rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều khối
hàm có chức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ
đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID…
Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã
được thay thế hoàn toàn bằng chương trình PLC.
Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo,
không bị cứng hóa về phần cứng. Người dùng dễ dàng lựa
chọn những module nào cần thiết với yêu cầu điều khiển
hiện tại giúp tiết kiệm chi phí. Cấu trúc dạng module của
PLC giúp việc mở rộng quy mô điều khiển đơn giản, tiết
kiệm, không cần phải trang bị CPU mới. Tuy nhiên khi mở
rộng cần chú ý tới khả năng kết nối tối đa của CPU.
Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLC
khác. Khả năng này đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát
từ xa, xây dựng hệ thống SCADA.
Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt
trong môi trường công nghiệp.
Nhược điểm: Giá thành cao chính là một trong những nhược
điểm của PLC, việc giá thành cao dẫn đến việc không thể tiếp cận
với nhiều hệ thống điều khiển đơn giản. Hiệu quả kinh tế không cao
bằng bộ điều khiển tiếp điểm. Yêu cầu về kiến thực lập trình PLC đối
với người mới bắt đầu.
2.1.3 Vai trò
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu
điểm vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp
điểm truyền thống trong các nhà máy, dây chuyền công nghệ. Việc
thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu quả hơn, tiết
kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành.
BỘ
Trang | 7
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2 PLC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI
Phát triển lên từ dòng sản phẩm trước đó họ AnSH, họ Q PLC
Mitsubishi cho phép người dùng phối hợp và lựa chọn sự kết hợp tốt
nhất giữa CPU, công cụ truyền tin, module điều khiển chuyên biệt
và I/O trên cùng một nền tảng. Điều này cho phép người dùng cấu
hình hệ thống theo những gì mình cần, khi nào mình cần, nơi mình
cần triển khai. Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao),
Motion CPU, Process Controllers và ngay cả PC vào trong một hệ
thống duy nhất lên đến 4 CPU khác nhau. Điều này tạo cho người sử
dụng sự chọn lựa hướng điều khiển, ngôn ngữ lập trình – tất cả cùng
chung trên một nền tảng duy nhất. Linh động và phân cấp là đặc
tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực sự là một nền tảng tự
động hóa duy nhất. Người dùng có thể sử dụng trong điều khiển đơn
giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả
cùng trên một nền tảng phần cứng.
Tên CPU dòng Q
QnUCPU
Mô tả
Các tính năng, phương pháp, và
Mẫu CPU
Mã CPU ứng dụng
Qn(H)/QnPH/
thiết bị cho lập trình
Các tính năng, phương pháp, và
tổng quát
Mẫu QCPU cơ bản/
thiết bị cho lập trình
hiệu năng cao/ điều
QnPRHCPU
khiển qui trình/ dự
QCPU
QnPRHCPU
Thông tin cho cấu hình hệ thống đa
phòng
Mẫu QCPU cơ bản/
CPU (cấu hình hệ thống, thông số
hiệu năng cao/ điều
I/O, liên kết thiết bị vào/ra và tính
khiển qui trình/ ứng
năng thiết bị thông minh)
Cấu hình hệ thống dự phòng, tính
dụng tổng quan
Mã CPU dự phòng
năng, kết nối với các thiết bị bên
QnUCPU
ngoài và xử lý sự cố
Tính năng liên kế thông qua cổng
Mã CPU ứng dụng
Ethernet gắn trong
tổng quát
Bảng 2.1: Các kí hiệu của PLC dòng Q series
Thuật ngữ
CPU thiết bị
Mô tả
Tên gọi chung cho mấu QCPU cơ bản, QCPU hiệu
năng
BỘ
Trang | 8
MÔN
ĐIỀU
cao,
CPU
KHIỂN
tiến
TỰ
trình,
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Mẫu QCPU cơ bản
Mẫu QCPU hiệu năng
CPU dự phòng và QCPU ứng dụng tổng quát.
Tên gọi chung cho Q00JCPU, Q00CPU, và Q01CPU
Tên gọi chung cho Q02CPU, Q02HCPU, Q06HCPU,
cao
CPU điều khiển qui trình
Q12HCPU, và Q25HCPU
Tên gọi chung cho
CPU dự phòng
Mẫu QCPU ứng dụng
Q12PHCPU, và Q25PHCPU
Tên gọi chung cho Q12PRHCPU và Q25PRHCPU
Tên gọi chung cho Q00UJCPU, Q00UCPU, Q01UCPU,
tổng quát
Q02UCPU,Q03UDCPU,Q03UDVCPU,Q03UDECPU,
Q04UDHCPU,
Q02PHCPU,
Q04UDVCPU,
Q06PHCPU,
Q04UDEHCPU,
Q06UDHCPU,
Q06UDVCPU,
Q06UDEHCPU,Q10UDHCPU,
Q10UDEHCPU,
Q13UDHCPU,Q13UDVCPU,
Q13UDEHCPU,
Q20UDHCPU,
Q20UDEHCPU,
Q26UDHCPU,Q26UDVCPU,
Q26UDEHCPU,
QCPU có cổng Ethernet
Q50UDEHCPU, và Q100UDEHCPU
Tên gọi chung cho Q03UDVCPU, Q03UDECPU,
gắn
Q04UDVCPU,
trong
Q04UDEHCPU,Q06UDVCPU,Q06UDEHCPU,Q10UDEH
CPU,
Q13UDVCPU,
Q13UDEHCPU,Q20UDEHCPU,
Q26UDVCPU,
QCPU ứng dụng tổng
Q26UDEHCPU, Q50UDEHCPU, và Q100UDEHCPU
Tên gọi chung cho Q03UDVCPU, Q04UDVCPU,
quát
Q06UDVCPU,
tốc
độ cao
CPU chuyển động
Q13UDVCPU, và Q26UDVCPU
Tên gọi chung cho CPU hướng dẫn chuyển động
Mitsubishi:
Q172CPUN,Q173CPUN,Q172HCPU,
Q173HCPU, Q172CPUN-T, Q173CPUN-T,Q172HCPUT, Q173HCPU-T, Q172DCPU, Q173DCPU,Q172DCPUS1,Q173DCPU-S1, Q172DSCPU, và Q173DSCPU
Bảng 2.2: Các loại thiết bị CPU hiện có
Tên module
Đầu vào
Đầu ra
Q61P
100V - 240VAC
5VDC 6A
Q62P
100V - 240VAC
Q63P
24VDC
BỘ
Trang | 9
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
5VDC 3A/24VDC
0.6A
5VDC 6A
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Q64P(N)
100V -120VAC; 200 - 240VAC
5VDC 8.5A
Q61P-D
100V to 240VAC
5VDC 6A
Bảng 2.3: Các loại nguồn cung cấp cho CPU
Số ngõ vào
100 đến
100 đến
120V AC
220V AC
8
QX28
16
24V DC
24V DC
QX70
QX80
QX71
QX81
QX48Y57
*1
QX40
QX10
5/12V DC
QX40-S1
QX40
32
QX40-S1
QH42P *1
QX42
64
QX42-S1
QX72
QX82
QX82-S1
Bảng 2.4: Các module ngõ vào
Số
Relay
Triac 100
ngõ
24VDC,
đến
ra
240VAC
240VAC
16
12 đến
24VDC
(Sink)
12 đến
24VDC
(Sink/sourc
e)
Transistor
Transistor
5 đến
12 đến
12VDC
24VDC
(Sink)
(Source)
QY70
QY80
QY71
QY81
*2
QY18A
QY10
QY22
QY68A
QY40P
QY50
QY41P
32
Transistor
QX48Y57
7
8
Transistor
QY42P
*2
64
QY42P
*2: Thông số kỹ thuật ngõ ra cho các module tích hợp I/O.
BỘ
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
Trang | 10
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.5: Các module ngõ ra
2.3 ĐỘNG CƠ SERVO
2.3.1 Giới thiệu về Servo
Servo là thiết bị chuyên dụng có thể chưa bao giờ nhìn thấy
trong cuộc sống hàng ngày. Từ “Servo” có nguồn gốc từ chữ Latinh
“servus”. Từ “servus” có nghĩa là tuân thủ các lệnh một cách trung
thực và làm việc nhanh chóng, chính xác. Tương tự như vậy, Servo
là một thiết bị thực hiện công việc một cách chính xác theo các lệnh
điều khiển. Các Servo được sử dụng để khởi động và ngừng hoạt
động ở các vị trí chính xác, thay đổi tốc độ cực kì nhanh và điều
chỉnh tốc độ phù hợp với các điều kiện. “AC” có nghĩa là nguồn điện
xoay chiều. Như vậy một “AC Servo” điều khiển các động cơ xoay
chiều.
Động cơ servo nói chung là loại động cơ sử dụng khả năng hồi
tiếp tín hiệu từ encoder về driver điều khiển để điều chỉnh tốc độ,
moment, vị trí của động cơ hay các kết cấu cơ khí đi kèm đạt được
như mong muốn. Khi có vật cản hoặc những tác động làm hãm trục
động cơ, hệ thống hồi tiếp sẽ giúp động cơ tự điều chỉnh cho lực
moment, tốc độ, hay quán tính cho phù hợp với tải đang mang.
Ngoài ra động cơ servo luôn có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi không
có tín hiệu điều khiển, chính vì thế khi có một ngoại vi tác động làm
thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với trục động
cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch.
BỘ
Trang | 11
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.2: Một động cơ Servo của hãng Mitsubishi
2.3.2 Phân loại động cơ Servo
Động cơ Servo thông thường sẽ được phân ra làm hai loại
chính đó là: động cơ AC Servo và động cơ DC Servo.
Đối với DC servo: nguồn cấp cho động cơ là nguồn một chiều.
DC servo sử dụng chổi than bên trong động cơ chính vì thế việc
thay thế chổi than là cần thiết khi sử dung thời gian dài, do đó việc
sử dụng DC servo cần có sử bảo trì định kì. DC servo thường có thế
mạnh về điều khiển tốc độ với khả năng duy trì tốc độ cao một cách
cực kì ổn định kiểm soát bởi bộ điều khiển PWM tích hợp. Moment
xoắn của động cơ được điều khiển độc lập bởi một dòng điện điều
khiển cho phép duy trì tính nhất quán trong khi hoạt động. Vì những
lí do đó, việc điều khiển DC servo tướng đối dễ dàng hơn AC servo.
Đối với AC servo: có cấu tạo gần khá giống với brushless
motor, do không có chổi than việc bảo trì động cơ AC servo là ít cần
thiết hơn so với DC servo. Hệ thống encoder hồi tiếp giúp điều khiển
và cảnh bảo vị trí của roto để trình tự dòng điện cấp qua các cuộn
dây một cách chính xác. Sự liên kết và phản hồi được sử dụng trong
các động cơ AC servo phải được hoạt động đúng với bô điều khiển
hay bộ khuếch đại. Quán tính trên roto rất thấp so với DC servo, hệ
thống điều khiển tinh vi, cường độ dòng, tần số và các pha của
stato được driver điều khiển phối hợp để đạt được vị trí mong muốn.
BỘ
Trang | 12
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tốc độ quay của AC servo có thể đạt đến 6000 vòng/phút hoặc cao
hơn ở những servo chuyên dụng.
Đối với hãng Mitsubishi, động cơ AC Servo của hãng sẽ phân
theo ứng dụng của động cơ và sẽ được phân biệt dựa vào Seri kí
hiệu.
Động cơ quán tính trung bình ( Sê-ri HF): Độ chính xác của
máy quán tính cao sẽ được đảm bảo. Thích hợp cho các
máy yêu cầu tăng tốc nhanh chóng.
Động cơ quán tính thấp (Sê-ri HF-KP): Phù hợp với một trục
phụ trợ đòi hỏi phải định vị tốc độ cao.
Động cơ servo tuyến tính (Sê-ri LM-F): Có thể sử dụng trong
môi trường sạch sẽ bởi không sử dụng bất cứ vít me bi nào
và do đó nhiễm bẩn từ dầu mỡ không phải là vấn đề.
Động cơ servo dẫn động trực tiếp (Sê-ri TM-RB): Động cơ
kết hợp dẫn động trực tiếp với mô-men xoắn cao với hệ
thống điều khiển có độ lợi cao sẽ mang lại khả năng tăng
tốc và định vị nhanh chóng, giúp máy quay mượt mà hơn.
2.3.3 Chức năng
AC Servo có khả năng thực hiện ba loại điều khiển: điều khiển vị
trí, điều khiển tốc độ, điều khiển momen.
Điều khiển vị trí: AC Servo có khả năng điều khiển vị trí
chính xác đến từng micromet mà mắt người không thể
phát hiện được. Ví dụ: điều khiển vị trí được sử dụng cho
các thiết bị vận chuyển đứng trong kho...
Điều khiền tốc độ: điều khiển tốc độ được sử dụng cho
các thiết bị được biết đến như máy xi mạ quay được sử
dụng để sản xuất mạch bán dẫn…
BỘ
Trang | 13
MÔN
ĐIỀU
KHIỂN
TỰ
ĐỘNG
