điều khiển hệ thống pick and place robot 3 trục servo kết hợp camera phân loại sản phẩm

MỤC LỤC
Trang bìa ............................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án.................................................................................................................... ii
Lịch trình ............................................................................................................................ iii
Cam đoan ........................................................................................................................... iv
Lời cảm ơn ........................................................................................................................... v
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ..................................................................................... vi
Nhận xét của giáo viên phản biện...................................................................................... vii
Mục lục ............................................................................................................................. viii
Liệt kê hình vẽ .................................................................................................................... xi
Liệt kê bảng ...................................................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu................................................................................................................... 2
1.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2
1.4. Giới hạn ................................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 4
2.1. Giới thiệu chung về PLC ....................................................................................... 4
2.1.1. Tổng quan về PLC ............................................................................................ 4
2.1.1.1. Định nghĩa ................................................................................................. 4
2.1.1.2. Cấu tạo ....................................................................................................... 4
2.1.2. Đặc điểm và vai trò của PLC ............................................................................ 5
2.1.2.1. Đặc điểm.................................................................................................... 5
2.1.2.2. Vai trò ........................................................................................................ 6
2.1.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi ..................................................................... 6
2.1.3.1. Dạng module ............................................................................................. 6
2.1.3.2. Khả năng kết hợp....................................................................................... 6
2.1.3.3. Những tính năng chính .............................................................................. 7
2.1.3.4. Dãy các sản phẩm ...................................................................................... 7
2.2. Động cơ Servo và Driver Servo ........................................................................... 11
2.2.1. Động cơ Servo ................................................................................................ 11

2.2.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 11
2.2.1.2. Phân loại .................................................................................................. 12
2.2.1.3. Chức năng ................................................................................................ 13
2.2.1.4. Cấu tạo ..................................................................................................... 14
2.2.2. Driver Servo .................................................................................................... 15
2.3. Encoder ................................................................................................................. 17
2.3.1. Khái niệm ........................................................................................................ 17
2.3.2. Phân loại ......................................................................................................... 18
2.4. Phương pháp điều khiển vị trí động cơ Servo ................................................... 19
2.4.1. Thiết lập bộ truyền động điện tử..................................................................... 19
2.4.2. Chế độ vị trí tuyệt đối ..................................................................................... 22
2.5. Màn hình giao diện - HMI ................................................................................... 26
viii


2.6. Cảm biến (Sensor) ................................................................................................ 27
2.7. Quét đọc mã vạch (Barcode Sanner) .................................................................. 29
2.7.1. Tổng quan về mã vạch .................................................................................... 29
2.7.2. Công nghệ quét đọc mã vạch .......................................................................... 30
2.8. Mạng truyền thông Ethernet .............................................................................. 32
2.8.1. Tổng quan về mạng Ethernet .......................................................................... 32
2.8.2. Đặc điểm của mạng Ethernet .......................................................................... 33
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG..................... 35
3.1. Yêu cầu hệ thống .................................................................................................. 35
3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống ............................................................................ 35
3.2.1. Phần cơ khí ..................................................................................................... 35
3.2.1.1. Yêu cầu phần cứng .................................................................................. 35
3.2.1.2. Sơ đồ khối phần cơ khí ............................................................................ 36
3.2.1.3. Bảng vẽ thiết kế và các thông số mô hình ............................................... 36
3.2.2. Phần điện......................................................................................................... 38

3.2.2.1. Yêu cầu vận hành .................................................................................... 38
3.2.2.2. Thiết kế sơ đồ khối .................................................................................. 39
3.2.2.3. Chọn thiết bị và thiết kế mô hình ............................................................ 40
3.2.2.3.1. Trạm PLC ......................................................................................... 40
3.2.2.3.2. Trạm Driver Servo ........................................................................... 47
3.2.2.3.3. Động cơ Servo.................................................................................. 49
3.2.2.3.4. Camera quét đọc mã vạch ................................................................ 49
3.2.2.3.5. Trạm HMI ........................................................................................ 51
3.2.2.3.6. Cảm biến .......................................................................................... 52
3.2.2.3.7. Cáp kết nối ....................................................................................... 55
3.2.2.3.8. Các thiết bị và phụ kiện khác ........................................................... 60
3.2.2.4. Thiết kế mạch điều khiển ........................................................................ 62
3.2.2.5. Sơ đồ kết nối tín hiệu I/O ........................................................................ 63
3.2.2.6. Mạch kết nối mạng truyền thông SSCNET III ........................................ 64
3.2.2.7. Mạch kết nối mạng truyền thông Ethernet .............................................. 65
3.3. Thi công hệ thống ................................................................................................. 66
3.3.1. Phần cơ khí ..................................................................................................... 66
3.3.1.1. Các trục X, Y, Z và tay gắp ..................................................................... 66
3.3.1.2. Băng tải và máng trượt sản phẩm ............................................................ 67
3.3.1.3. Phần bệ đỡ và khung giá ........................................................................ 68
3.3.1.4. Phần tủ điện và bánh xe nâng .................................................................. 68
3.3.1.5. Dựng kết hợp các phần cơ khí của mô hình ............................................ 69
3.3.2. Phần điện......................................................................................................... 70
3.3.2.1. Thi công lắp đặt tủ điện ........................................................................... 70
3.3.2.2. Thi công kết nối điện với các thiết bị khác bên ngoài tủ điện................. 72
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
ix

4.2.2. Giải thuật điều khiển ....................................................................................... 74
4.2.2.1. Giải thuật xử lí thông tin từ hình ảnh của vật.......................................... 74
4.2.2.2. Giải thuật chạy nội suy ............................................................................ 76
4.2.3. Lưu đồ giải thuật ............................................................................................. 77
4.3. Phần mềm cài đặt chương trình hệ thống.......................................................... 80
4.3.1. Phần mềm GX Works 2 .................................................................................. 80
4.3.2. Phần mềm Cognex In-Sight Explorer ............................................................. 86
4.3.3. Chương trình giao diện HMI .......................................................................... 92
4.3.3.1. Phần mềm thiết kế giao diện HMI .......................................................... 92
4.3.3.1. Cài đặt cho HMI ...................................................................................... 94
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................. 95
5.1. Kết quả....................................................................................................................... 95
5.2. Nhận xét và đánh giá ................................................................................................ 95
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 97
6.1. Kết luận . ................................................................................................................... 97
6.2. Hướng phát triển ...................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 99
PHU LỤC ....................................................................................................................... 100

x


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống PLC ............................................................... 5
Hình 2.2: Các động cơ Servo........................................................................................ 12
Hình 2.3: Các Series động cơ AC Servo Mitsubishi .................................................... 13

Hình 2.4: Cấu tạo động cơ Servo ................................................................................. 14
Hình 2.5: Driver Servo ................................................................................................. 15
Hình 2.6: Encoder mới được dùng trong công nghiệp ................................................. 17
Hình 2.7: Đĩa Encoder .................................................................................................. 18
Hình 2.8: Đĩa Encoder tuyệt đối ................................................................................... 18
Hình 2.9: Đĩa Encoder tương đối ................................................................................. 19
Hình 2.10: Minh họa chiều quay của động cơ.............................................................. 21
Hình 2.11: Giới hạn hành trình cho cơ cấu .................................................................. 22
Hình 2.12: Về Home cho hệ thống ............................................................................... 22
Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ thống vị trí tuyệt đối ............................................................ 23
Hình 2.14: Sơ đồ nối dây CN1B trong chế độ vị trí tuyệt đối ...................................... 23
Hình 2.15: Lắp đặt pin cho Driver MR-J2S-10A ......................................................... 24
Hình 2.16: Cài đặt chế độ tuyệt đối .............................................................................. 24
Hình 2.17: Giao thức truyền vị dữ liệu vị trí tuyệt đối ................................................. 25
Hình 2.18: Cách thức truyền dữ liệu vị trí tuyệt đối .................................................... 26
Hình 2.19: Màn hình HMI WEITEK MT8071IP ......................................................... 26
Hình 2.20: Cảm biến tiện cận Azbil APM-D3B1 ........................................................ 27
Hình 2.21: Transistor trong cảm biến công nghiệp loại NPN và PNP ......................... 28
Hình 2.22: Kết nối dây với cảm biến công nghiệp loại NPN và PNP.......................... 29
Hình 2.23: Một số loại mã vạch ................................................................................... 30
Hình 2.24: Một số công nghệ quét đọc mã vạch ......................................................... 30
Hình 2.25: Camera Cognex In-Sight 5000 ................................................................... 32
Hình 2.26: Mô hình mạng Ethernet .............................................................................. 33
Hình 2.27: Ethernet công nghiệp .................................................................................. 34
Hình 3.1:Bản vẽ thiết kế hộp trượt trục X .................................................................... 37
Hình 3.2: Bản vẽ thiết kế hộp trượt trục Y ................................................................... 37
Hình 3.3: Bản vẽ thiết kế hộp trượt trục Z ................................................................... 38
Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 39
Hình 3.5: Sơ đồ các chân của QX41 ............................................................................ 44
Hình 3.6: Sơ đồ các chân của QY41P .......................................................................... 46

Hình 3.7: Bản vẽ thiết kế trạm CPU ............................................................................. 46
Hình 3.8: Bản vẽ trạm Driver Servo ............................................................................. 48
Hình 3.9: Camera Cognex In-Sight 5110 ..................................................................... 49
Hình 3.10: HMI Weintek MT8071P ............................................................................ 51
Hình 3.11: Bản vẽ trạm HMI ........................................................................................ 52
Hình 3.12: Bộ khuếch đại và sơ đồ ngõ ra của LV-21A .............................................. 53
Hình 3.13: Cách lắp cố định bộ khuếch đại của cảm biến ........................................... 53
Hình 3.13: Đầu cảm biến LV-H35 ............................................................................... 54
xi


Hình 3.15: Cách kết nối bộ khuếch đại với đầu cảm biến ............................................ 54
Hình 3.16: Cách cài khoảng cách xác định vật ............................................................ 55
Hình 3.17: Cáp MR-J3BUS1M .................................................................................... 56
Hình 3.18: Cáp MR-J3BUS1M .................................................................................... 56
Hình 3.19: Chuẩn kết nối Ethernet RJ-45 .................................................................... 57
Hình 3.20: Cáp kết nối Ethernet ................................................................................... 57
Hình 3.21: Các cáp kết nối của camera Cognex In-Sight 5110 ................................... 58
Hình 3.22: Kiểu dáng cáp encoder và 2 đầu connector ................................................ 59
Hình 3.23: Kiểu dáng Power supply cable với đầu connector ..................................... 60
Hình 3.24: Switch Tenda S108 8-Port .......................................................................... 60
Hình 3.25: Nút nhấn E-Stop KACON ......................................................................... 61
Hình 3.26: Xích nhựa ................................................................................................... 61
Hình 3.27: Nguồn tổ ong 24V DC................................................................................ 62
Hình 3.28: Mạch kết nối động cơ Servo trong mô hình ............................................... 62
Hình 3.29: Sơ đồ kết nối với Input Module QX41 và Output Module QY 41P .......... 63
Hình 3.30: Mạch kết nối mạng truyền thông SSCNET III ........................................... 64
Hình 3.31: Mạch kết nối mạng truyền thông Ethernet ................................................. 65
Hình 3.32: Lắp các trục X, Y, Z và tay gắp.................................................................. 66
Hình 3.33: Lắp băng tải và thi công máng trượt sản phẩm. ......................................... 67

Hình 3.34: Lắp phần bệ đỡ và khung giá ..................................................................... 68
Hình 3.35: Lắp phần tủ điện và bánh xe nâng .............................................................. 68
Hình 3.36: Hoàn thành mô hình cơ khí ........................................................................ 69
Hình 3.37: Thi công bảng điện trong tủ điện ............................................................... 70
Hình 3.38: Thi công lắp đặt các thiết bị trong tủ điện .................................................. 71
Hình 3.39: Hoàn thành lắp đặt tủ điện .......................................................................... 72
Hình 3.40: Thi công kết nối điện với các thiết bị khác bên ngoài tủ điện.................... 72
Hình 4.1: Mô tả giải thuật chạy nội suy tuyến tính 3 trục ............................................ 76
Hình 4.2: Mô tả giải thuật chạy nội suy vòng cung hai trục ........................................ 77
Hình 4.3: Lưu đồ điều khiển chính của hệ thống ......................................................... 78
Hình 4.4: Lưu đồ các chương trình con ........................................................................ 79
Hình 4.5: Giao diện phần mềm Cognex In-Sight Explorer .......................................... 87
Hình 4.6: Các màn hình giao diện giới thiệu hệ thống ................................................. 92
Hình 4.7: Màn hình giao diện chạy chế độ bằng tay .................................................... 93
Hình 4.8: Màn hình giao diện chạy theo chế độ làm việc ............................................ 93
Hình 4.9: Cài đặt IP cho HMI Weintek MT8071IP ..................................................... 94

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Các kí hiệu của PLC dòng Q series .................................................................. 7
Bảng 2.2: Các loại thiết bị CPU hiện có………………………………………………. .. 8
Bảng 2.3: Các module CPU dòng Q…………………………………………………… . 9
Bảng 2.4: Các module nguồn cung cấp dòng Q ................................................................ 9
Bảng 2.5: Các module ngõ vào dòng Q ........................................................................... 10
Bảng 2.6: Các module ngõ ra dòng Q ............................................................................. 10
Bảng 2.7: Nguyên lý phát xung điều khiển động cơ Servo ............................................. 20

Bảng 3.1: Các module có trong trạm PLC ...................................................................... 40
Bảng 3.2: Thông số Base unit Q38B ............................................................................... 40
Bảng 3.3: Thông số Power Supply Q61P ........................................................................ 40
Bảng 3.4: Thông số CPU Q03UDE ................................................................................. 41
Bảng 3.5: Thông số Positioning Module QD75MH4...................................................... 41
Bảng 3.6: Thông số của QX41 ........................................................................................ 44
Bảng 3.7: Thông số của QY41P ...................................................................................... 45
Bảng 3.8: Thông số Servo Driver MR J3-10B ................................................................ 47
Bảng 3.9: Thông số Servo Driver MR J4-20B ................................................................ 47
Bảng 3.10: Thông số các động cơ Servo sử dụng trong mô hình ................................... 49
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật In-Sight 5110 COGNEX ................................................. 50
Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật màn hình HMI Weintek MT8071IP ............................... 51
Bảng 3.13: Các cảm biến sử dụng trong mô hình ........................................................... 52
Bảng 3.14: Mô tả các chân ra của cáp Ethernet kết nối camera In-Sight 5110............... 58
Bảng 3.15: Mô tả các chân ra của cáp Breakout kết nối camera In-Sight 5110 ............. 59
Bảng 4.1: Mô tả các bước cài đặt trong phần mềm Cognex In-Sight Explorer .............. 87

xiii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại công nghệ 4.0 ngày nay, với sự ứng dụng và phát triển của khoa
học công nghệ, thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hiện đại
hơn. Cùng với đó, công nghệ điều khiển và tự động hóa đã không còn xa lạ đối với hầu
hết các ngành công nghiệp. Sự phát triển nhanh chóng của nó gắn liền với khoa học máy

tính và công nghệ truyền thông đã tạo ra hàng loạt các dây chuyền sản xuất, thiết bị máy
móc hiện đại có những đặc điểm vượt trội với sự chính xác tuyệt đối, tốc độ đáp ứng
nhanh chóng, hiệu quả, giải quyết được hầu hết các nhu cầu công việc phức tạp với sự
điều khiển – vận hành một cách đơn giản, dễ dàng đã và đang ứng dụng rộng rãi trong
nền công nghiệp hiện đại.
Chính vì vậy, việc học tập, nghiên cứu những ứng dụng của ngành công nghệ điều
khiển và tự động hóa là một yêu cầu cần thiết và có tác dụng to lớn đối với các kĩ sư kĩ
thuật. Mà một trong số những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển tự động đó chính là
robot và ứng dụng công nghệ xử lí hình ảnh kết hợp với bộ điều khiển lập trình PLC vào
sản xuất.
Mà thực tế cho thấy rằng, trong một hệ thống sản xuất, đối với những công việc
không những phải nâng hạ, di chuyển một khối lượng lớn, rất nhiều sản phẩm, hàng
hóa... Mà nó còn đòi hỏi cần phải kiểm tra lỗi, kiểm tra kí tự, đọc và giải mã các loại mã
vạch trong quá trình kiểm tra tổng thể, xác định hướng, vị trí, hình dạng sản phẩm, hàng
hóa, linh kiện, bộ phận để phân loại và sắp xếp đúng địa điểm,… Với những vấn đề đó
thì những hoạt động thủ công của con người gần như không thể hoặc rất tốn thời gian
và chi phí thì mới thực hiện được. Nhưng với công nghệ tiên tiến hiện nay, điều đó có
thể thực hiện một cách dễ dàng, nhanh chóng và đem lại hiệu quả tốt nhất về kinh tế.
Xuất phát từ nhu cầu muốn tìm hiểu về các thiết bị, cách thức điều khiển thiết bị cũng
như muốn xây dựng một mô hình điều khiển về robot nâng hạ, di chuyển và phân loại,
sắp xếp sản phẩm, hàng hóa trong sản xuất nên nhóm quyết định lựa chọn đề tài “ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG PICK AND PLACE ROBOT 3 TRỤC SERVO KẾT HỢP
CAMERA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM”.

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

1.2. MỤC TIÊU
Giao tiếp được các thiết bị của mô hình với nhau thông qua mạng truyền thông
SSCNET III và Ethernet, bao gồm: Q03UDECPU; QD75MH4; QX41; QY41P; Driver
Servo: MR-J3-10B, MR-J4-20B; các Servo Motor: HF-KP23G1, HF-KP23G7, HFKP053, HG-KR13; các cảm biến (Sensor); các thiết bị ngoại vi như màn hình HMI
Weitek MT8071IP và Camera Scanner Cognex 5110.
Điều khiển chính xác vị trí các trục và vận hành đúng yêu cầu.
Xây dựng được mô hình điều khiển và giám sát thực tế cho các trục của mô hình
nhằm vận chuyển sản phẩm qua băng tải, đọc mã vạch sản phẩm bằng Camera Scanner
để phân loại và gắp chính xác vị trí rồi di chuyển bằng hệ thống các trục X, Y, Z đến
đúng vị trí máng để sản phẩm.
Điều khiển và giám sát được mô hình thông qua màn hình trên HMI.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Với mục tiêu đã đề ra như trên, đồ án tốt nghiệp được nhóm xây dựng với bố cục

như sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, bố cục đồ án và các giới hạn thông số.
Chương 2: Cơ sở lí thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC nói chung và kiến thức về PLC dòng Q của hãng
Mitsubishi nói riêng; động cơ Servo, AC Servo và phương pháp điều khiển cùng với
Driver Servo và Encoder; màn hình HMI; cảm biến; công nghệ mã vạch và mạng truyền
thông SSCNET III, Ethernet.
Chương 3: Tính toán, 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 hệ thống đã 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. Mô
tả quá trình 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. Sau đó là các
bước cài đặt, viết chương trình để có được một mô hình hoạt động đúng với yêu cầu ban
đầu.
2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển
Mô tả hệ thống và giải thuật điều khiển, trình bày lưu đồ giải thuật. Các phần mềm
và các bước tạo nên chương trình cho hệ thống.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá.
Trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Đồng thời, cũng
trình bày các lỗi đã gặp trong quá trình làm đồ án và hướng giải quyết, cũng như hạn
chế của quá trình nghiên cứu để từ đó có những đánh giá và rút ra những bài học kinh
nghiệm áp dụng trong tương lai.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài
Kết luận sau khi hoàn thành mô hình. Nêu ra những ưu, nhược điểm của mô hình
và hướng phát triển của nó trong tương lai.

1.4.

GIỚI HẠN
Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu thử nghiệm, thực hiện và xây dựng trên mô

hình có kích thước nhỏ so với thực tế, vận hành với các yêu cầu điều khiển đơn giản đã

đặt ra.

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
2.1.1. Tổng quan về PLC
2.1.1.1. 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.

2.1.1.2. Cấu tạo
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.
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,…
4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

 Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục:
biến tần, van tuyến tính,…

Hình 2.1. Cấu trúc cơ bản của hệ thống PLC

2.1.2. Đặc điểm và vai trò của PLC
2.1.2.1. Đặc điểm
Ưu điểm
 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.
 Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian,… 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.
5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

 Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt trong môi
trường công nghiệp.
Nhược điểm
 Phạm vi ứng dụng hạn chế do giá thành cao nên không đáp ứng các yêu
cầu điều khiển đơn giản. Với những yêu cầu này thì bộ điều khiển tiếp
điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn.
 Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải có hiểu biết chuyên môn về
PLC.

2.1.2.2. 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.

2.1.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi
2.1.3.1. Dạng module
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.

2.1.3.2. Khả năng kết hợp
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.

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

2.1.3.3. Những tính năng chính

-

Tốc độ xử lý lên đến 34ns/LD.

-

Bộ A/D-D/A có độ chính xác cao, ứng dụng điều khiển nhiệt độ, điều
khiển vị trí.

-

Ngõ vào CIP (Chanel Isolated Pulse), tích hợp bộ đếm xung tốc độ cao.

-

Điều khiển tiến trình, lập trình online.

-

Hỗ trợ hoàn toàn trong các ứng dụng phần mềm MELSOFT.

-

Đầy đủ các ứng dụng mạng như: CC-link, MELSECNET-H,…

-

Khả năng mở rộng đến 4096 I/O (max 8192 I/O ).

-

Bước lập trình đến 252K steps.

2.1.3.4. Dãy các sản phẩm
Bảng 2.1: Các kí hiệu của PLC dòng Q series
Tên CPU
QnUCPU

Mô tả

Mẫu CPU

Các tính năng, phương pháp, và thiết Mã CPU ứng dụng
bị cho lập trình

tổng quát

Qn(H)/QnPH/

Các tính năng, phương pháp, và thiết Mẫu QCPU cơ bản/

QnPRHCPU

bị cho lập trình

hiệu năng cao/ điều
khiển qui trình/ dự
phòng

QCPU

Thông tin cho cấu hình hệ thống đa Mẫu QCPU cơ bản/
CPU (cấu hình hệ thống, thông số I/O, hiệu năng cao/ điều
liên kết thiết bị vào/ra và tính năng khiển qui trình/ ứng
thiết bị thông minh)

QnPRHCPU

dụng tổng quan

Cấu hình hệ thống dự phòng, tính Mã CPU dự phòng
năng, kết nối với các thiết bị bên ngoài
và xử lý sự cố

QnUCPU

Tính năng liên kế thông qua cổng Mã CPU ứng dụng
Ethernet gắn trong

tổng quát

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Bảng 2.2: Các loại thiết bị CPU hiện có
Thuật ngữ

Mô tả

CPU thiết bị

Tên gọi chung cho mấu QCPU cơ bản, QCPU hiệu năng cao,
CPU tiến trình,
CPU dự phòng và QCPU ứng dụng tổng quát.

Mẫu QCPU cơ Tên gọi chung cho Q00JCPU, Q00CPU, và Q01CPU
bản
Mẫu QCPU hiệu Tên gọi chung cho Q02CPU, Q02HCPU, Q06HCPU, Q12HCPU,
năng cao

và Q25HCPU

CPU điều khiển Tên gọi chung cho Q02PHCPU, Q06PHCPU, Q12PHCPU, và
qui trình

Q25PHCPU

CPU dự phòng

Tên gọi chung cho Q12PRHCPU và Q25PRHCPU

Mẫu QCPU ứng Tên gọi chung cho Q00UJCPU, Q00UCPU, Q01UCPU,
dụng tổng quát

Q02UCPU,Q03UDCPU,Q03UDVCPU,Q03UDECPU,
Q04UDHCPU, Q04UDVCPU, Q04UDEHCPU, Q06UDHCPU,

Q06UDVCPU, Q06UDEHCPU,Q10UDHCPU, Q10UDEHCPU,
Q13UDHCPU,Q13UDVCPU, Q13UDEHCPU, Q20UDHCPU,
Q20UDEHCPU, Q26UDHCPU,Q26UDVCPU, Q26UDEHCPU,
Q50UDEHCPU, và Q100UDEHCPU

QCPU có cổng Tên gọi chung cho Q03UDVCPU, Q03UDECPU, Q04UDVCPU,
Ethernet

gắn Q04UDEHCPU,Q06UDVCPU,Q06UDEHCPU,Q10UDEHCPU,

trong

Q13UDVCPU, Q13UDEHCPU,Q20UDEHCPU, Q26UDVCPU,
Q26UDEHCPU, Q50UDEHCPU, và Q100UDEHCPU

QCPU ứng dụng Tên gọi chung cho Q03UDVCPU, Q04UDVCPU, Q06UDVCPU,
tổng

quát

tốc Q13UDVCPU, và Q26UDVCPU

độ cao
CPU

chuyển Tên gọi chung cho CPU hướng dẫn chuyển động Mitsubishi:

động

Q172CPUN,Q173CPUN,Q172HCPU, Q173HCPU, Q172CPUNT, Q173CPUN-T,Q172HCPU-T, Q173HCPU-T, Q172DCPU,

Q173DCPU,Q172DCPU-S1,Q173DCPU-S1, Q172DSCPU, và
Q173DSCPU
8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Bảng 2.3. Các module CPU dòng Q
Kiểu CPU

Bộ nhớ CT

Số điểm vào/ra

CPU cơ bản
Q00J

8k Steps

256 points

Q00C

8k steps

1024 points

Q01

14k steps

1024 points

CPU tính năng mạnh
Q02

28k steps

4096 points

Q02H

28k steps

4096 points

Q06H

60k steps

4096 points

Q12H

124k steps

4096 points

Q25H

252k steps

4096 points

CPU dùng cho xử lý quá trình
Q12PH

124k steps

4096 points

Q25PH

252k steps

4096 points

Q12PRH

124k steps

Q25PRH

252k steps

4096
points
4096 points

CPU điều khiển chuyển động
Tên CPU

Số trục

Q172H (-T)

8

Q173H (-T)

32

Q172 N(-T)

8

Q172 N(-T)

32

Bảng 2.4. Các module nguồn cung cấp dòng Q:
Tên module

Đầu vào

Q61P

100V - 240VAC

Q62P

100V - 240VAC

Đầu ra
5VDC 6A
5VDC

3A/24VDC

0.6A

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Q63P

24VDC

5VDC 6A

Q64P(N)

100V -120VAC; 200 - 240VAC

5VDC 8.5A

Q61P-D

100V to 240VAC

5VDC 6A

Bảng 2.5. Các module ngõ vào dòng Q.
Số ngõ

100 đến

100 đến

vào

120V AC

220V AC

8

QX28

16

24V DC

5/12V DC

24V DC

QX70

QX80

QX71

QX81

QX48Y57 *1
QX40

QX10

QX40-S1
QX40

32

QX40-S1
QH42P *1
QX42

64

QX42-S1

QX82

QX72

QX82-S1

*1: thông số kỹ thuật ngõ vào cho các module tích hợp I/O
Bảng 2.6. Các module ngõ ra dòng Q

Số
ngõ
ra

Relay
24VDC,
240VA
C

Triac 100
đến
240VAC

Transistor

Transistor Transistor

12 đến

12 đến

5 đến

12 đến

24VDC

24VDC

12VDC

24VDC

(Sink)

(Sink/source)

(Sink)

(Source)

QX48Y57

7
8

Transistor

*2
QY18A

QY22

QY68A
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
16

QY10

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM
QY40P

QY80

QY71

QY81

QY50
QY41P

32

QY70

QY42P
*2

64

QY42P

*2: Thông số kỹ thuật ngõ ra cho các module tích hợp I/O

2.2. ĐỘNG CƠ SERVO VÀ DRIVER SERVO
2.2.1. Động cơ Servo
2.2.1.1. Khái niệm
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.
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.

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Hình 2.2. Các động cơ Servo

2.2.1.2. Phân loại
Động cơ Servo thông thường sẽ được phân ra làm hai loại chính đó là: động cơ
AC Servo và động cơ DC Servo.
Động cơ 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.
Động cơ 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.
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 Series động cơ:
12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

 Động cơ quán tính trung bình (Series 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 (Series HF-KP): Phù hợp với một trục phụ trợ đòi
hỏi phải định vị tốc độ cao.
 Động cơ servo tuyến tính (Series 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 (Series 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.

Động cơ quán tính trung bình

Động cơ quán tính thấp

(Series HF)

(Series HF-KP)

Động cơ servo tuyến tính

Động cơ servo dẫn động trực tiếp

(Series LM-F)

(Series TM-RB)

Hình 2.3. Các Series động cơ AC Servo Mitsubishi

2.2.1.3. Chức năng của AC Servo
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,,..
13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

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,…



Điều khiển momen: momen là lực dùng để xoay các trục được sử dụng như
máy in công nghiệp.

2.2.1.4. Cấu tạo của động cơ Servo

Hình 2.4. Cấu tạo động cơ Servo
Động cơ Servo xoay chủ yếu được cấu tạo với một Stator, Rotor và bộ mã hóa.
Stator là bệ động cơ, dây quấn được quấn quanh lõi để cung cấp lực cần thiết để xoay
rotor. Rotor là trục quay với các nam châm vĩnh cửu. Bộ mã hóa được cấu tạo để dò vị

trí tuyệt đối có thể đọc được vị trí hiện tại của động cơ.
Động cơ Servo tương thích với điều khiển Nano, rất thích hợp cho nhiều loại máy.
AC Servo chủ yếu được cấu hình với hai thiết bị chính: bộ khuếch đại Servo
(Driver Servo) và động cơ Servo (thiết bị dò và dẫn động). Tuy nhiên, AC Servo không
thể hoạt chỉ với bộ khuếch đại Servo và động cơ Servo. Hệ thống cần một bộ điều khiển
để phát đi các lệnh điều khiển. Bộ điều khiển gửi các lệnh tới bộ khuếch đại Servo, sau
khi nhận được lệnh, bộ khuếch đại Servo sẽ truyền lệnh này tới động cơ Servo. Sau đó
động cơ Servo sẽ phát ra lực dẫn động theo lệnh đó. Động cơ Servo cũng được trang bị
bộ mã hóa có chức năng như máy dò để dò vị trí hiện tại và chuyển thông tin này tới bộ
khuếch đại Servo. Bộ khuếch đại Servo sẽ so sánh giá trị của lệnh với giá trị hiện tại như
bộ mã hóa đã đọc được và sau đó đưa ra một lệnh sửa đổi để giảm tối thiểu mức chênh
lệch. Quá trình này gọi là điều khiển hồi tiếp.

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

2.2.2. Driver Servo

Hình 2.5. Driver Servo
Driver Servo là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt được sử dụng để theo dõi
tín hiệu phản hồi từ cơ chế Servo và liên tục điều chỉnh độ lệch từ các hành vi dự kiến.
Drive Servo nhận được tín hiệu lệnh từ một hệ thống điều khiển, khuếch đại tín hiệu và
truyền dòng điện cho một động cơ Servo để tạo ra chuyển động tỉ lệ thuận với tín hiệu
lệnh. Thông thường, tín hiệu lệnh đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưng cũng có
thể biểu diễn một momen hoặc vị trí mong muốn. Một cảm biến gắn vào động cơ Servo
báo cáo tình trạng thực tế của động cơ quay trở lại bộ khuếch đại. Động cơ Servo sau

đó so sánh trạng thái động cơ thực tế với trạng thái động cơ được chỉ định. Sau đó, thay
đổi tần số, điện áp hoặc độ rộng xung tới động cơ để sửa lỗi cho bất kỳ độ lệch nào từ
trạng thái lệnh.
Trong một hệ thống điều khiển được cấu hình đúng cách, động cơ Servo quay
với vận tốc rất gần với tín hiệu vận tốc mà động cơ Servo nhận được từ hệ thống điều
khiển. Một số tham số, chẳng hạn như độ cứng (còn được gọi là tỷ lệ thuận lợi), giảm
chấn (còn gọi là đạt được phái sinh) có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất mong
muốn.
Mặc dù có nhiều động cơ Servo đòi hỏi một Drive cụ thể cho thương hiệu động cơ hoặc
kiểu động cơ cụ thể; Tuy nhiên, nhiều Drive hiện nay có thể tương thích với một loạt
các động cơ khác nhau.
Dòng Servo thế hệ mới MR-J3 với công nghệ đứng đầu thế giới, như một kiệt
tác về công nghệ điều khiển Servo. Tính năng chống rung chuyên dụng cho máy móc
và autotuning thời gian thực làm cho việc chuyển động đạt được độ chính xác cao nhất,
thời gian đáp ứng nhanh và dễ dàng lắp đặt. Servo MR-J3 có kích thước giảm khoảng
40% so với dòng Servo MR-J2S thế hệ trước.
Để đáp ứng nhu cầu và ứng dụng điều khiển, Servo MR-J3 có 2 dạng:

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Dòng MR-J3-A phù hợp cho những tác vụ điều khiển thông thường về vận
tốc, momen xoắn và vị trí.



Dòng MR-J3-B chuyên dùng cho các hệ điều khiển kín tổng thể, hệ nhiều
trục chuyển động nội suy và đặc biệt là hệ mạng điều khiển Servo với
đường truyền cable quang (fiber).

Các đơn vị cấu hình (Plug & Play) để điều khiển chuyển động của Mitsubishi
Electric và hệ thống kiểm soát vị trí, mà chúng được kết nối thông qua mạng tốc độ cao
SSCNET III, trong đó có một chu kỳ thời gian 0,44 phần nghìn giây. Các MR-J3 với
đầu ra từ 50W đến 7kW.
Những tính năng chính:
 Điều khiển tốc độ cao cho lần định vị siêu ngắn; trung bình tốc độ phản
ứng tần số 900Hz.
 Độ phân giải cao cho tính mã hóa tốc độ tối đa.
 Autotuning cho các thiết lập , nhanh và chính xác.
 Tối ưu chi phí / lợi ích tỷ lệ.
 Vị trí tuyệt đối bao gồm bộ mã hóa như trang bị tiêu chuẩn.
 Hỗ trợ các tiêu chuẩn toàn cầu.
Bên cạnh đó, trong điều khiển chuyển động, tốc độ là cần thiết để có được
năng suất máy tối đa. Dòng Servo MR-J4 với thời gian tần số đáp ứng 2500Hz giúp
giảm thời gian cài đặt thấp hơn 2 milli-giây (msec) nhằm làm tăng tối đa hiệu năng,
công suất của máy và sản lượng cho người chế tạo máy cũng như người sử dụng cuối.
MR-J4 đem đến những đặc điểm tính năng với độ an toàn vận hành cao. Kiến
trúc dạng module cung cấp đầu vào STO (Safe Torque Off) 2 kênh dự phòng như tiêu
chuẩn trên tất cả các MR-J4 amplifier, và một module tùy chọn cung cấp đầu vào SS1
(Safe Stop) đi đôi với EN61800-5-2. Cấu hình hệ thống cũng hỗ trợ yêu cầu an toàn
SIL2 (EN62061) và PLd (EN13849-1). Đối với các hệ thống tiên tiến hơn đòi hỏi mức
hỗ trợ an toàn cao nhất cho các chức năng an toàn theo tiêu chuẩn TUV như SS2, SOS,
SLS, SBC và SSM, MR-J4B sử dụng các amplifier và bộ điều khiển chuyển động với
các modun an toàn. Sự linh hoạt này cho phép người sử dụng giảm chi phí bằng cách
điều chỉnh cấu hình hệ thống của họ để đáp ứng những đòi hỏi an toàn cần thiết đối với

các ứng dụng mục tiêu.
16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Bên cạnh các model MR-J4A (kiểu analog/pulse train) và MR-J4B (SSCNET
III/H mạng lưới chuyển động), MR-J4 series còn có 2 phiên bản cho các bộ khuyếch đại
thuật toán 2 và 3 trục. Với một giải pháp nhỏ gọn và hiệu quả hơn, là phương án tiết
kiệm không chỉ tiền bạc của nhà chế tạo máy, giảm thiểu khí thải CO2 ra môi trường,
mà còn giảm thiểu không gian cabin và bảng điều khiển.
Họ servo MR-J4 cũng giúp tiết kiệm chi phí với tốc độ bus nhanh hơn gấp 3 lần thông
qua SSCNET III/H (Mạng Serial từ Servo tới chuyển động). Và MR-J4 servo cần ít kết
nối hơn và ít kết nối dây hơn đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng do năng lượng có thể
tái sử dụng, tái tạo khi sử dụng model 3 trục.
MR-J4 servo cũng được hỗ trợ đầy đủ bởi iQ Works phần mềm kỹ thuật được
tích hợp của Mitsubishi Electric cung cấp PLC, lập trình chuyển động và HMI cũng như
khả năng phát triển trong một gói phần mềm đơn.

2.3. ENCODER
2.3.1. Khái niệm

Hình 2.6: Encoder mới được dùng trong công nghiệp
Encoder được hiểu là một cảm biến vị trí đưa ra thông tin về góc quay, tốc độ của
một trục xoay nào đó kết nối với nó. Nguyên lý cơ bản của Encoder gồm một đĩa xoay
quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rảnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa sẽ thu về
được góc quay của đĩa. Khi trục quay khiến đĩa quay, tin hiệu quang chiều qua đĩa sẽ
nhận tắt liên tục tao ra các xung, ghi nhận lại số xung và tốc độ xung ta có thể thu về

được góc quay và tốc độ quay của trục gắn encoder.

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Hình 2.7. Đĩa Encoder
2.3.2. Phân loại
Encoder thường được phân làm 2 loại : encoder tuyệt đối (Absolute encoder) và
encoder tương đối (Increamental encoder).
Encoder tuyệt đối: là dòng encoder có khả năng phản hồi chính xác vị trí của trục
động cơ so với điểm quy định sẵn ban đầu. Đĩa encoder tuyệt đối thường có nhiều rãnh
có kích thước khác nhau và sắp xếp không đều để tín hiệu quang phát ra xuyên qua rảnh
đưa về được tín hiệu vị trí tại đó nhờ phân tích kích thước, số lượng rảnh rồi biên dịch
qua hệ nhị phân mà từ đó qui đổi ngược lại được ví trí của trục quay.

Hình 2.8: Đĩa Encoder tuyệt đối
Encoder tương đối : là dòng encoder mà đĩa quay của nó có nhiều rảnh với kích
thước bằng nhau và cách đều nhau, nhờ vậy khi tín hiệu quang cứ đi qua mỗi rãnh thì
lại có một xung tín hiệu ra cho biết trục quay đã quay được một góc bao nhiêu độ.

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. LÊ HOÀNG LÂM

Hình 2.9: Đĩa Encoder tương đối
Sự khác biệt giữa 2 loại encoder: encoder tuyệt đối sẽ có ưu điểm vượt trôi hơn
encoder tương đối với khả năng nhớ được vị trí chính xác trên một vòng quay của đĩa
encoder hay trục kết nối. Khi nguồn bị mất do sự cố, khi có điện trở lại encoder tuyệt
đối vẫn nhớ được ví trí của mình, hệ thống có thể hoàn thành công việc tiếp tục mà
không cần quay trở về vị trí ban đầu. Tuy nhiên đi kèm với ưu điểm vượt trội của encoder
tuyệt đối đó là giá thành khá cao, điều khiển phức tạp hơn và các thiệt bị hỗ trợ phải
hiện đại, giá thành cao hơn.
2.4. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ SERVO
2.4.1. Thiết lập bộ truyền động điện tử
Unit setting (Cài đặt chuyển động): đây là thiết lập đầu tiên trong chế độ điều
khiển vị trí. Chọn “mm” trong phần này để có thể điều chỉnh thông số cho chế độ chạy
vị trí.
Number of pulses per rotation (Số xung trên mỗi vòng quay): đây là thiết lập rất
quan trọng và là bắt buộc để việc điều khiển đạt được đúng sự chính xác như mong
muốn. Đây là số xung yêu cầu để động cơ servo hoàn thành một vòng quay mà số xung
này phụ thuộc vào số xung cố định trên đĩa encoder.
Movement amount per roration (Khoảng di chuyển trên mỗi vòng quay): cài đặt
khoảng di chuyển mà cơ cấu cơ khí liên kết với trục động cơ như vít me, linear, bàn
xoay,… Đơn vị thiết lập có thể là mm đối với chuyển động tịnh tiến, độ với các hệ thống
xoay hay trực tiếp tính bằng xung đối với những trường hợp đặc biệt.
Pulse output mode (Chế độ phát xung): cài đặt phương pháp truyền tín hiệu xung
lệnh và hướng quay cho phù hợp với bộ điều khiển servo được kết nối.

19