Thiết kế, thi công mô hình điều khiển chuyển động bằng PLC mitsubishi và module q173h

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN
ĐỘNG BẰNG PLC MITSUBISHI VÀ MODULE Q173HCPU

GVHD:Th.S TRẦN VĂN SỸ
SVTH: NGUYỄN KHÁNH DUY
MSSV:15151012
SVTH: BÙI THIÊN THUẬN
MSSV:15151083

SKL 0 0 6 8 8 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2020


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

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Nguyễn Khánh duy

MSSV: 15151012

Bùi Thiên Thuận

MSSV: 15151083

Ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa

Lớp: 15151CL3A

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Văn Sỹ

ĐT: 0909 342 362

Ngày nhận đề tài: 16/09/2019

Ngày nộp đề tài: 3/1/2020

1. Tên đề tài: Thiết kế, thi cơng mơ hình điều khiển chuyển động bằng PLC Mitsubishi và
module Q173HCPU.

2. Các số liệu ban đầu: Khơng có.

3. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế và thi cơng mơ hình phần cứng, viết chương trình phần
mềm điều khiển, viết chương trình màn hình HMI, vận hành và sửa lỗi, viết báo cáo.

4. Sản phẩm: mơ hình phần cứng, phần mềm điều khiển, quyển báo cáo.

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
v

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 Khánh Duy
MSSV: 15151012
Bùi Thiên Thuận
MSSV: 15151083
Ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa, Khoa CLC
Tên đề tài: Thiết kế, thi cơng mơ hình điều khiển chuyển động bằng PLC Mitsubishi và
module Q173HCPU
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Văn Sỹ
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

Sinh viên đã hoàn thành các mục tiêu của đề tài đặt ra theo đúng tiến độ:
- Thi cơng hồn chỉnh mơ hình 3 trục được điều khiển bằng động cơ servo.
- Thiết kế lưu đồ giải thuật, chương trình điều khiển và giám sát vị trí, tốc độ các trục của
mơ hình.
2. Ưu điểm:
-Mơ hình khá chắc chắn.Chương trình điều khiển và giám sát được thiết kế tốt
- Mơ hình có thể dùng được trong giảng dạy.
- Áp dụng những kiến thức đã học vào những ứng dụng điều khiển chuyển động đồng bộ
ba trục servo
3. Khuyết điểm:
- Mơ hình chưa ổn định ở tốc độ cao do cơ khí chưa được tốt.

- Cơ cấu truyền động còn hơi ồn.
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
Giáo viên hướng dẫn đồng ý cho sinh viên này bảo vệ đề tài.
5. Đánh giá loại: Giỏi
6. Điểm:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 07 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vi


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 Khánh Duy
MSSV: 15151012
Bùi Thiên Thuận
MSSV: 15151083
Ngành: CNKT Điều khiển và tự động hóa
Tên đề tài: Thiết kế, thi cơng mơ hình điều khiển chuyển động bằng PLC Mitsubishi
và module Q173HCPU.
Họ và tên Giáo viên phản biện: Ths Phùng Sơn Thanh
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2.

3.
4.
5.

-Nội dung đồ án đầy đủ, ở mức Khá
Ưu điểm:
-Giải pháp đưa ra có tính năng mới
-Phương pháp nghiên cứu đầy đủ
-Đồ án có tham khảo từ các nguồn khác có trích dẫn đầy đủ
Khuyết điểm:
-Tính ứng dụng trung bình
Đề nghị cho bảo vệ hay không?
-Được bảo về không cần chỉnh sửa
Đánh giá loại:
-Đồ án được trình bày rõ ràng,ở múc Khá

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 1 năm 2020
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vi


LỜI CÁM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cám ơn chân thành
đến Thầy Th.S Trần Văn Sỹ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho
nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử trường Đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Các Thầy Cơ đã truyền đạt kiến thức, đóng góp ý kiến và tạo điều
kiện giúp đỡ giúp đỡ nhóm chúng em khi có thắc mắc liên quan đến đề tài.
Xin cám ơn tập thể lớp 15151CL3 và tập thể các bạn cùng thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp tại
phịng VSPKT - 04, các bạn đã có những ý kiến đóng góp thiết thực và giúp đỡ trong q trình
thiết kế và thi cơng đề tài.
Xin cám ơn gia đình đã ln bên cạnh động viên và ủng hộ.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cám ơn!

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vi


Tóm tắt Đồ Án Tốt Nghiệp
Về các vấn đề cần nghiên cứu: để thực hiện ĐATN, nhóm chúng em đã tìm đọc tài liệu
về PLC dịng Mitsubishi, module Motion control Q173HCPU, nghiên cứu cách cài đặt
parameter các thiết bị. Đồng thời nghiên cứu về các phần mềm liên quan để thuận lợi cho việc
cài đặt và điều khiển.
Về các hướng tiếp cận: ban đầu,nhóm thực hiện chúng em tìm và xem trên youtube các
mơ hình chuyển động để biết thêm các ngun lý hoạt động.Tiếp đển nhóm tụi em tìm đọc
những tài liệu trên trang chủ Mitsubishielectric, sau đó tìm hiểu thông qua datasheet và phần
mềm tự học của module Q173HCPU. Ngoài ra, kiến thức từ bạn bè và thầy cơ cũng giúp nhóm
nghiên cứu rất nhiều trong q trình thực hiện ĐATN này.
Về các phương pháp giải quyết vấn đề: trong q trình làm ĐATN khơng tránh khỏi
việc gặp lỗi và các vấn đề khó khăn về phần cứng lẫn phần mềm. Khi gặp trở ngại, nhóm
chúng em sẽ tự mình nghiên cứu nguyên nhân và tìm cách khắc phục, nhưng vì thời gian làm
đề tài có giới hạn, nên nếu từ 2-3 ngày khó khăn vẫn chưa tìm ra được hướng giải quyết, nhóm
chúng em sẽ hỏi và tìm hiểu từ những người có kinh nghiệm và kiến thức, từ đó rút ra được bài
học cho bản thân.
Về các kết quả đạt được:
Phần cơ khí: thiết kế và thi cơng được mơ hình điều khiển vị trí động cơ servo, kết nối các

thiết bị và đấu dây gọn gàng.
Phần mềm: cài đặt được parameter cho PLC Mitsubishi, module Motion contol
Q173HCPU và các động cơ. Nghiên cứu và viết chương trình vận hành được mơ hình hoạt
động theo u cầu ban đầu đặt ra.
Phần kỹ năng: học được cách giải quyết vấn đề khó khăn, kỹ năng lên kế hoạch và thực
hiện kế hoạch, kỹ năng làm việc nhóm và một số kỹ năng giao tiếp khác.

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vi


The summary of Final Project
About research issues: In order to perform the final project, I had read the documentation
of the Mitsubishi PLC product, the Motion control module Q173HCPU, and studied how to set
the device parameters. Also studied related software to facilitate installation and control.
About the approaches: At first, I read the documents on the Mitsubishielectric, then
explore through the data sheet and self-learning software of the Q173HCPU module. In
addition, knowledge from friends and teachers also helped me a lot in the process of
implementing this final project.
About methods to solve problems: in the process of implementing final project, it is
inevitable to encounter errors and difficult hardware and software problems. When I have a
problem, I will study the cause and find a way to overcome it myself, but because of the
limited time of the project, if I have not found a solution for 2-3 days, I will ask and learn from
people who has experience and knowledge, thereby drawing lessons for myself.
About the results achieved:
Mechanical: design and construction of the servo motor position control model, connecting
equipment and wiring neatly.
Software: set parameters for Mitsubishi PLC, module Motion contol Q173HCPU and
motors. Researching and writing programs that operate correctly with initials requirements.
Skills: learning how to solve difficult problems, planning and implementing skills,

teamwork skills and some other communication skill.

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vi


MỤC LỤC
Trang phụ bìa

TRANG

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
Họ và tên sinh viên: ........................................................................................................................1
Nguyễn Khánh duy
Bùi Thiên Thuận

MSSV: 15151012 .......................................................................................1
MSSV: 15151083 ..........................................................................................1

LỜI CÁM ƠN................................................................................................................................4
CHƯƠNG 1 ...................................................................................................................................1
TỔNG QUAN ................................................................................................................................1
1.1.Đặt vấn đề ................................................................................................................................1
1.2.Mục tiêu đề tài .........................................................................................................................1
1.3.Giới hạn đề tài..........................................................................................................................2
1.4.Nội dung đề tài.........................................................................................................................2
CHƯƠNG 2...................................................................................................................................3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................................................................3

2.1. Giới thiệu chung về PLC .........................................................................................................3
2.1.1. Tổng quan về PLC................................................................................................................3
2.1.2. Đặc điểm và vai trò của PLC ................................................................................................4
2.1.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi .........................................................................................5
2.2. Giới thiệu về bộ điều khiển Q173HCPU ..................................................................................9
2.2.1. Các chức năng của Q173H ...................................................................................................9
2.2.2. Cơ chế điều khiển chuyển động .......................................................................................... 12
2.2.3. Tổng quan về chức năng điều khiển chuyển động ............................................................... 13
CHƯƠNG 3................................................................................................................................. 20
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ....................................................................................................... 20
3.1. Phần cơ khí ........................................................................................................................... 20
3.1.1. Yêu cầu thiết kế phần cứng................................................................................................. 20
3.1.2 Sơ đồ khối phần cơ khí ........................................................................................................ 20
3.1.3 Thơng số kích thước các phần ............................................................................................. 20
3.2 Phần điện ............................................................................................................................... 21

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vii


3.2.1 Yêu cầu thiết kế phần điện................................................................................................... 21
3.2.2 Sơ đồ khối ........................................................................................................................... 21
3.2.3 Chọn thiết bị........................................................................................................................ 23
CHƯƠNG 4................................................................................................................................. 45
THI CÔNG HỆ THỐNG.............................................................................................................. 45
4.1. Thi công phần cứng ............................................................................................................... 45
4.1.1. Thi cơng các phần cơ khí .................................................................................................... 45
4.1.2. Cố định các thiết bị lên mơ hình ......................................................................................... 49
4.1.3. Sơ đồ kết nối ...................................................................................................................... 50
4.1.4. Mơ hình phần cứng hồn chỉnh ........................................................................................... 52

4.2. Giải thuật và chương trình điều khiển .................................................................................... 53
4.2.1. Mơ tả hoạt động của mơ hình.............................................................................................. 53
4.2.2. Giải thuật điều khiển .......................................................................................................... 54
4.2.3. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................................ 54
4.3. Phần mềm cài đặt .................................................................................................................. 55
4.3.1. Phần mềm GX Works2 ....................................................................................................... 55
4.3.2. Thiết kế giao diện HMI ...................................................................................................... 62
4.4. Chương trình nạp vào PLC và Module Position ..................................................................... 66
CHƯƠNG 5................................................................................................................................. 67
KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ...................................................................................... 67
5.1 Kết quả .................................................................................................................................. 67
5.1.1 Về PLC Mitsubishi bộ điều khiển vị trí Q173H.................................................................... 67
5.1.2 Về kỹ thuật điện .................................................................................................................. 67
5.1.3 Về động cơ Servo ................................................................................................................ 67
5.1.4 Về cách làm việc ................................................................................................................. 67
5.1.5 Những lỗi đã gặp ................................................................................................................. 68
5.2 Nhận xét và đánh giá .............................................................................................................. 72
CHƯƠNG 6................................................................................................................................. 72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................................... 72
6.1. Kết luận ................................................................................................................................ 72
6.2. Hướng phát triển ................................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 75

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
vii


PHỤ LỤC .................................................................................................................................... 76

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNH-HĐH: Cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa
PLC: Programmable Logic Controller
CPU: Central Processing Unit
SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition
ABS: Absolute
INC: Increment
HMI: Human-Machine-Interface

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
viii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các Module CPU ................................................................................... 6
Bảng 2.2 Các Module nguồn cung cấp .................................................................. 7
Bảng 2.3 Các Module ngõ vào .............................................................................. 7
Bảng 2.4 Các Module ngõ ra ................................................................................. 8
--------------------------------------------------------------------------Bảng 3.1 Danh sách module có trong trạm ............................................................ 23
Bảng 3.2 Thông số Base Unit Q38B. .................................................................... 23
Bảng 3.3 Thông số Power Supply Q62P................................................................ 24
Bảng 3.4 Thông số Q25HCPU .............................................................................. 25
Bảng 3.5 Thông số Q173H .................................................................................... 26
Bảng 3.6 Thông số QX40 ...................................................................................... 27
Bảng 3.7 Thông số QY10 ...................................................................................... 28
Bảng 3.8 Thông số Driver Servo MR-J3-10B ........................................................ 30

Bảng 3.9 Thơng số kỹ thuật màn hình HMI GOT 1000 ......................................... 32
Bảng 3.10 Thông số Động cơ Servo HF-KP13 ...................................................... 33
Bảng 3.11 Thông số CB Sino 15A BS121 ............................................................ 34
Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 24V ............................................. 38

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM
ix


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC ........................................................................ 4
Hình 2.2 Cơ chế điều khiển định vị ....................................................................... 13
Hình 2.3 Minh họa tuyến tính một trục (ABS) ...................................................... 14
Hình 2.4 Minh họa tuyến tính một trục (INC) ....................................................... 14
Hình 2.5 Minh họa tuyến tính hai trục (ABS) ........................................................ 15
Hình 2.6 Minh họa tuyến tính hai trục (INC) ........................................................ 16
Hình 2.7 Minh họa nội suy cung trịn với điểm phụ .............................................. 17
Hình 2.8 Minh họa nội suy cung trịn với điểm trung tâm .................................... 17
Hình 2.9 Minh họa điều khiển vị trí độc lập .......................................................... 18
Hình 2.10 Minh họa điều khiển vị trí liên tục ........................................................ 19
Hình 2.11 Minh họa điều khiển đường dẫn liên tục ............................................... 19
---------------------------------------------------------------------------Hình 3.1 Sơ đồ khối phần cơ ................................................................................. 20
Hình 3.2 Sơ đồ khối phần điện .............................................................................. 21
Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển ............................................................................. 22
Hình 3.4 Sơ đồ khối cơng suất .............................................................................. 22
Hình 3.5 Màn hình HMI GOT 1000 ...................................................................... 32
Hình 3.6 Cấu tạo Động cơ Servo ........................................................................... 34
Hình 3.7 Máng nhựa và ray nhựa .......................................................................... 35
Hình 3.8 Hướng dẫn nối dây cảm biến PM-L25 .................................................... 36
Hình 3.9 Cảm biến PM-L25 ................................................................................. 37

Hình 3.10 Cáp kết nối 3M 10320 .......................................................................... 37
Hình 3.11 Cáp kết nối Driver với Servo ................................................................ 38
Hình 3.12 Cáp kết nối Driver Servo với nhau ....................................................... 39
Hình 3.13 Cáp kết nối HMI và PLC ...................................................................... 40


Hình 3.14 Bản vẽ đĩa trịn trên phần mềm SolidWorks.......................................... 41
Hình 3.15 Bản vẽ đĩa trịn khi xuất file DXF ........................................................ 42
Hình 3.16 Đĩa trịn hồn thiện và được lắp đặt vào mơ hình .................................. 43
Hình 3.17 Nút nhấn E-Stop ................................................................................... 46
---------------------------------------------------------------------------Hình 4.1 Bộ Trục X-Y vít me ............................................................................... 45
Hình 4.2 Phần kết nối động cơ servo vào trục ....................................................... 46
Hình 4.3 Hộp số của động cơ HF-KP13 ................................................................ 46
Hình 4.4 Đế trục Z ................................................................................................ 47
Hình 4.5 Chi tiết kích hoạt tín hiệu cảm biến ........................................................ 48
Hình 4.6 Chi tiết cố định ray nhựa đi dây .............................................................. 50
Hình 4.7 Bố cục sắp xếp thiết bị ........................................................................... 50
Hình 4.8 Sơ đồ kết nối Driver Servo với thiết bị phụ trợ ....................................... 51
Hình 4.9 Sơ đồ mạch cơng suất ............................................................................. 52
Hình 4.10 Sơ đồ nối dây nguồn cảm biến .............................................................. 52
Hình 4.11 Sơ đồ nối chân tín hiệu cảm biến .......................................................... 53
Hình 4.12 Mơ hình phần cứng hồn chỉnh ............................................................ 55
Hình 4.13 Lưu đồ giải thuật .................................................................................. 56
Hình 4.14 Hộp thoại New Project ......................................................................... 56
Hình 4.15 Hộp thoại cài đặt Parameter cho PLC ................................................... 56
Hình 4.16 Hộp thoại cài đặt mở rộng vùng nhớ Q173H ........................................ 57
Hình 4.17 Parameter cho Servo ............................................................................. 61
Hình 4.18 Parameter cho Q173H .......................................................................... 61
Hình 4.19 Màn hình giới thiệu .............................................................................. 63
Hình 4.20 Màn hình nhập mật khẩu ...................................................................... 64

Hình 4.21 Màn hình JOG ...................................................................................... 65


Hình 4.21a Màn hình “Main” ............................................................................... 66
Hình 4.21b Màn hình “Main” – cửa sổ 1............................................................... 66
---------------------------------------------------------------------------Hình 6.1 Hình ảnh một nhà máy lắp ráp với giải pháp tự động hóa bằng Robot cơng
nghiệp giúp nâng cao năng suất [3]..........................................................................71
Hình 6.2 Hệ thống dao cắt chính xác sử dụng motion control của ABB ................ 72
Hình 6.3 Hệ thống bao bọc ................................................................................... 72


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.Đặt vấn đề
Hiện nay sự tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự
ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước
phát triển. Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển mạnh
mẽ, có nhiều cơng nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho những công
nghệ đã lỗi thời.
Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu
CNH - HĐH đất nước thì ngành cơng nghiệp Việt Nam đang thay đổi nhanh chóng,
cơng nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệ lạc hậu và
thiết bị cũ. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC,
Vi xử lý, điện khí nén, điện tử đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như
các dây truyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia súc, máy điều khiển theo
chương trình CNC, các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động. Trong các
trường đại học, cao đẳng và các trường trung học đã và đang đưa các thiết bị hiện
đại có khả năng lập trình được vào giảng dạy. Một trong những loại thiết bị có ứng
dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao là hệ thống điều khiển tự động PLC.
Động cơ servo là một trong những thành phần quan trọng của các hệ thống cơng

nghiệp, hệ thống cơ khí,… Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhất là ngành tự
động điều khiển, công nghệ PLC đã tạo điều kiện rất thuận lợi để phát triển hệ
thống điều khiển động cơ servo xong cũng đặt ra nhiều thách thức để đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của cuộc sống và sự phát triển của công nghệ. Việc nghiên cứu
đề tài này sẽ củng cố kiến thức chuyên ngành đồng thời học hỏi thêm được nhiều
kiến thức mới giúp ích cho việc học tập và làm việc sau này.
1.2.Mục tiêu đề tài
Xây dựng hệ thống kết hợp chức năng điều khiển chuyển động. Với hệ thống
đó, ta xài bộ điều khiển chuyển động Q173HCPU. PLC Q173HCPU được sử dụng
trong đề tài này là một bộ điều khiển chuyên biệt, nó có các tính năng đặc biệt để
đảm bảo đồng bộ hóa giữa chương trình tuần tự và đặc biệt điều khiển chế độ vận
hành của động cơ. Trong đề tài này, hệ thống được thiết kế có thể đáp ứng được các
u cầu sau:
-

Thiết kế, thi cơng được mơ hình hoạt động ổn định.
Điều khiển được các trục chạy thuận nghịch ổn định. ( Chạy JOG )

1

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


-

Điều khiển trục X-Y chạy đến các vị trí chỉ định trước, chạy theo điểm mong
muốn.
Thiết kế giao diện điều khiển.
Giao tiếp, điều khiển và giám sát hệ thống bằng màn hình HMI.

1.3.Giới hạn đề tài
Vì năng lực bản thân cịn hạn chế, nên mơ hình được xây dựng vẫn cịn nhiều
thiếu sót:
-

Mơ hình mới chỉ dừng lại ở dạng demo, chưa thể ứng dụng cụ thể vào cơng
nghiệp.
Cịn lệch do thời gian tăng/giảm tốc chưa chuẩn.
Chưa xác định được sai số của hệ thống.
Chưa tối ưu về yếu tố thẩm mỹ.

1.4.Nội dung đề tài
Đề tài “Thiết kế, thi công mơ hình điều khiển chuyển động bằng PLC
Mitsubishi và module Q173HCPU” bao gồm các chương sau:
Chương I: Tổng quan: Trình bày tổng quan sơ bộ về các yêu cầu của báo cáo
như đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài.
Chương II: Cơ sở lý thuyết: Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống và
một số lý thuyết liên quan.
Chương III: Tính tốn và thiết kế: Trình bày về thiết kế và lựa chọn thiết bị
phần cứng cho hệ thống.
Chương IV: Thi công hệ thống: Tiến hành thi cơng theo mơ hình đã được thiết
kế và kết quả đạt được.
Chương V: Kết quả - nhận xét – đánh giá: Trình bày kết quả và nhận xét đánh
giá kết quả đạt được.
Chương VI: Kết luận và hướng phát triển: Kết luận chung về ưu điểm và hạn
chế của đề tài, khẳng định những kết quả đóng góp đạt được, đề xuất ý kiến để
cải thiện khuyết điểm và định hướng phát triển.

2

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


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 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 mơi trường công nghiệp.
2.1.1.2. Cấu tạo
 Bộ xử lý ( CPU)
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: cơng tắc,
nút nhấn, cơng 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 dịng điện, điện áp, tổng trở,…
Một thơng số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thơng 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).

3

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


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,…

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC [1]
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 thơng 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 hồn tồn
bằng chương trình PLC.
- Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, khơng 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

4

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


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 thơng, 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
- 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 chun mơn về PLC.
2.1.2.2. Vai trị
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. Tổng quan về PLC dòng Q
 Dạng module
Phát triển lên từ dịng 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.
 Khả năng đa dạng

Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion, 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, ngơn 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 dịng Q thực sự là
một nền tảng tự động hóa duy nhất. Người dùng có thể sử dụng trong điều khiển đơn

5

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền
tảng phần cứng.
2.1.3.2. 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.
2.1.2.3. Dãy sản phẩm
Bảng 2.1: Các Module CPU [4]
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

4096 points

6

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


Q25PRH

252k steps

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
 Các module nguồn cung cấp:
Bảng 2.2: Các Module nguồn cung cấp [4]
Tên module

Đầu vào

Đầu ra

Q61P

100V - 240VAC

5VDC 6A

Q62P

100V - 240VAC

5VDC 3A/24VDC

0.6A

Q63P

24VDC

5VDC 6A

Q64P(N)

100V -120VAC; 200 - 240VAC

5VDC 8.5A

Q61P-D
100V to 240VAC
 Các module ngõ vào:
Bảng 2.3: Các module ngõ vào [4]
Số ngõ vào

100 đến
120V AC

8
16

QX10

100 đến
220V AC

24V DC

QX28

QX48Y57
*1

5VDC 6A

5/12V DC

24V DC

QX70

QX80

QX71

QX81

QX72

QX82

QX40
QX40-S1
QX40

32

QX40-S1
QH42P *1

64

QX42

7

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


QX42-S1

QX82-S1

*1: thông số kỹ thuật ngõ vào cho các module tích hợp I/O.
Bảng 2.4: Các module ngõ ra [4]

Số
ngõ
ra

Relay
24VDC,
240VA
C

Triac 100
đến
240VAC

16

Transistor

Transistor

12 đến
24VDC

12 đến
24VDC

5 đến
12VDC

(Sink)

(Sink/source)

(Sink)

Transisto
r
12 đến
24VDC
(Source)

QX48Y57

7
8

Transistor

*2
QY18A

QY22

QY10

QY68A
QY40P

QY80

QY71

QY81

QY50
QY41P

32

QY70

QY42P
*2
QY42P

64

*2: Thông số kỹ thuật ngõ ra cho các module tích hợp I/O.
2.1.2.4 Các loại bộ nhớ
Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ lưu chương trình và tham số cho một module CPU
hoạt động, một chương trình hoạt động được thực thi bằng việc đưa chương trình được
lưu trong bộ nhớ chương trình đến bộ nhớ cache chương trình.
Bộ nhớ cache: Một bộ nhớ cho chương trình hoạt động. Một chương trình hoạt
động được thực thi bằng việc đưa chương trình được lưu trong bộ nhớ chương trình
đến bộ nhớ cache chương trình.

8

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


RAM tiêu chuẩn: Một bộ nhớ dùng để sử dụng thanh ghi tệp, biến cục bộ, lấy
mẫu truy dấu mà không cần thẻ nhớ. Sử dụng RAM tiêu chuẩn như là một thanh ghi
tệp tạo khả năng truy nhập tốc độ cao như ghi dữ liệu. RAM tiêu chuẩn còn được sử
dụng để lưu trữ cho module thu thập lịch sử lỗi.
Standard ROM: Một bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu như các tham số và chương
trình.
Thẻ nhớ (RAM): Dùng để lưu trữ trên biến cục bộ, gỡ lỗi dữ liệu, dữ liệu truy dấu
SFC, và dữ liệu lịch sử lỗi với các tham số và chương trình.
Thẻ nhớ (ROM): Card flash dùng để lưu trữ tham số, chương trình và thanh ghi

tệp. Một card ATA lưu trữ các tham số, chương trình, và dữ liệu người dùng của bộ
điều khiển khả trình (tệp bình thường).
2.2. Giới thiệu về bộ điều khiển Q173HCPU
2.2.1. Các chức năng của Q173H
2.2.1.1 Motion CPU 173H có thể sử dụng lên tới 32 trục
Motion CPU 173H điều khiển được số trục lên tới 32 trục. Chuyển động tốc độ
không đổi,điều khiển dao động tốc độ cao.
2.2.1.2. Nhiều chức năng điều khiển chuyển động
Một loạt các chức năng điều khiển chuyển động cần thiết cho bất kỳ hệ thống
chuyển động nào đều được hỗ trợ: chuyển động đến một vị trí tùy ý, điều khiển nguồn
cấp dữ liệu cố định, điều khiển tốc độ bằng nhau,…
-

-

Điều khiển độc lập từng trục có thể đạt được trong chế độ điều khiển tuyến
tính (có thể thực hiện đồng thời trên bốn trục). Điều khiển như vậy có thể là
điều khiển chuyển động độc lập bằng cách sử dụng một dữ liệu định vị duy
nhất hoặc điều khiển chuyển động liên tục được kích hoạt bằng cách xử lý
bội liên tục định vị dữ liệu.
Điều khiển phối hợp trên nhiều trục có thể ở dạng nội suy tuyến tính thơng
qua điều khiển tốc độ hoặc vị trí của hai đến bốn trục hoặc nội suy cung tròn
liên quan đến hai trục. Điều khiển như vậy có thể là điều khiển định vị độc
lập bằng cách sử dụng một dữ liệu định vị duy nhất hoặc điều khiển chuyển
động liên tục được kích hoạt bằng cách xử lý bội liên tục định vị dữ liệu.

9

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

Đối với mỗi dữ liệu định vị, người dùng có thể chỉ định bất kỳ hệ thống điều
khiển nào sau đây: điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ, điều khiển chuyển đổi vị trí tốc
độ,điều khiển chuyển đổi tốc độ vị trí,...
Điều khiển chuyển động liên tục bằng nhiều dữ liệu định vị có thể được thực thi
theo các mẫu hoạt động mà người dùng đã gán cho dữ liệu định vị. Điều khiển chuyển
động liên tục có thể được thực thi trên nhiều khối, trong đó mỗi khối bao gồm nhiều dữ
liệu định vị.
Điều khiển cài đặt vị trí về home OPR có sáu phương pháp OPR khác nhau
được cung cấp:







Proximity dog
Count
Data set
Dog cradle
Stopper
Limit switch combined

Hai phương pháp điều khiển tăng tốc/giảm tốc được cung cấp: tăng tốc/giảm tốc
hình thang tự động và tăng tốc/giảm tốc hình chữ S.
2.2.1.3. Khởi động nhanh
Một chuyển động bắt đầu nhanh chóng chỉ mất từ 6 đến 7 ms. Khi hoạt động sử
dụng chức năng khởi động đồng thời hoặc hoạt động nội suy được thực thi, các trục bắt
đầu không chậm trễ.

2.2.1.4. SSCNET III cho phép kết nối với bộ khuếch đại servo
Có thể kết nối trực tiếp Q173H với bộ khuếch đại servo bằng MELSERVO (Bộ
khuếch đại servo của Mitsubishi: MR-J3-10A,MR-J3-10B,…và SSCNET. (Trong đề
tài này sử dụng MR-J3-10B).
Bởi vì cáp SSCNET III được sử dụng để kết nối Q173H với một hoặc nhiều bộ
khuếch đại servo theo kiểu nối tiếp, việc tiết kiệm dây có thể được thực hiện.
Các tham số servo có thể được cài đặt từ Q173H để ghi hoặc đọc chúng từ bộ
khuếch đại servo bằng SSCNET III.

10

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM