Đồ án tốt nghiệp cơ sở về hệ TRUYỀN ĐỘNG SERVO

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp CHƯƠNG CƠ SỞ VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG SERVO 1.1 Khái quát chung động Servo Động Servo thiết bị điều khiển chu trình kín Từ tín hiệu vận tốc vị trí, hệ thống điều khiển số điều khiển hoạt động động Servo Với lý nêu sensor đo tốc độ vị trí phận cần thiết phải tích hợp cho động Servo Đặc tính vận hành động Servo phụ thuộc nhiều vào đặc tính từ phương pháp điều khiển động Servo Có loại động Servo sử dụng động AC Servo dựa tảng động AC lồng sóc; động DC Servo dựa tảng động DC; động AC Servo không chổi than dựa tảng động khơng đồng Hình 1.1 Bộ điều khiển động Servo Động Servo thành phần quan trọng hệ thống điều khiển chuyển động Để hoạt động được, phải nối động Servo với phần cứng, phần mềm hỗ trợ điều khiển chuyển động.Động Servo kết hợp khí với thiết bị máy móc khác để cung cấp lực di chuyển thiết bị theo yêu cầu ứng dụng Trong đề tài Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp khám phá công nghệ để vận hành động Servo, điều khiển động Servo phương pháp phản hồi để đạt hoạt động mong muốn 1.2 Cấu hình hệ AC Servo Thơng thường hệ AC Servo chủ yếu cấu hình thành phần sau: - Bộ khuếch đại Servo: điều khiển có chức cung cấp đủ lượng cho động theo cách, thời điểm - Động Servo: thiết bị dò dẫn động - Bộ điều khiển để phát lệnh điều khiển thông thường PLC điều khiển chuyển động chuyên dụng chạy chương trình điều khiển để thực theo yêu cầu kỹ thuật ứng dụng Hình 1.2 Khái quát hệ AC servo Bộ điều khiển gửi lệnh tới khuếch đại servo Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Sau nhận lệnh khếch đại servo truyền lệnh tới động Servo, sau phát lực dẫn động theo lệnh Động servo có mã hóa để dị vị trí gửi thông tin khuếch đại servo Bộ khuếch đại so sánh giá trị lệnh với giá trị mã hóa đọc sau đưa lệnh sửa đổi để giảm tối thiểu mức chênh lệch Quá trình gọi trình điều khiển hồi tiếp, trình cho phép AC servo liên tục sửa đổi dẫn theo kết thực tế để giảm tối thiểu mức chênh lệch Do mà AC servo điều khiển xác Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 1.3 Động hệ AC Servo 1.3.1 Giới thiệu động AC Servo Hình 1.3 Động AC Servo Về cấu tạo động hệ AC Servo dạng động đồng pha dùng nam châm vĩnh cửu Động hệ Servo tích hợp encoder độ phân giải lớn để giúp trình điều khiển xác Để điều khiển motor hãng tích hợp riêng driver cho động Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Tùy ứng dụng động AC Servo thường có chế độ điều khiển tốc độ, vị trí torque( momen), chế độ khác cần cài đặt tùy theo thơng số ứng dụng tải Lưu ý thời điểm AC Servo chạy chế độ, số loại Servo Servo Yaskawa chuyển đổi mode điều khiển q trình hoạt động Ngồi sử dụng motor Servo bắt buộc bạn phải dùng driver hãng có khả hoạt động xác Khi sử dụng động AC Servo ta cần quan tâm tới độ phân giải encoder ảnh hưởng đến sai số máy móc Độ phần giải Servo dao động từ 2500 2^17 2^20 xung vòng, độ phân giải encoder cao bạn nên quan tâm tới hộp số điện tử điều khiển motor Servo Đối với số dịng Servo cũ tín hiệu encoder nối trực tiếp với driver, số dòng Servo sau encoder có độ phân giải cao nên thường tích hợp board mạch để chuyển đổi dạng tín hiệu thành truyền thơng để gửi vị trí encoder cho driver Động Servo AC chia thành động đồng không đồng bộ, điều khiển chuyển động thường sử dụng động đồng bộ, dải cơng suất, cơng suất lớn, qn tính lớn, tốc độ cực đại thấp, tốc độ tăng với công suất suy giảm, thích hợp cho hoạt động trơn tru tốc độ thấp dịp Rôto bên mô tơ Servo nam châm vĩnh cửu, trình điều khiển điện ba pha U / V / W để tạo thành trường điện từ, rôto quay theo hành động từ trường mã hóa kèm với tín hiệu phản hồi tới trình điều khiển, giá trị phản hồi giá trị đích Giá trị điều chỉnh góc xoay rơto, độ xác mơ tơ Servo phụ thuộc vào độ xác mã hóa (số dòng) Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 1.3.2 Cấu tạo Động Servo chủ yếu cấu tạo Stato, Roto (Nam châm vĩnh cửu) Bộ mã hóa (Bộ dị) Hình 1.4 Cấu tạo động hệ AC Servo Stato bệ động cơ, sợi dây quấn quanh lõi để cung cấp lực cần thiết để xoay Roto Roto trục quay, nam châm vĩnh cửu sử dụng cấu tạo Bộ mã hóa cấu tạo để dị vị trí tuyệt đối, kết nối trực tiếp vào động cơ, mã hóa dị đọc vị trí động Bộ phận mã hóa cấu tạo đĩa quang linh kiện điện tử dễ vỡ nên cần thao tác cẩn thận Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Hình 1.5 Thành phần mã hóa Hình 1.6 Động HF-KP43B Thông số kỹ thuật: Tốc độ định mức: 3000r/min Công suất đầu định mức: 400W Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Độ phân giải encoder: 262144 xung/vịng Trọng lượng: 2.1kg Hình 1.7 Đặc tính momen động Ưu điểm: Điều khiển tốc độ tốt, điều khiển trơn tru toàn vùng tốc độ, không dao động, hiệu suất cao 90%, nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí xác cao (tùy thuộc vào độ xác mã hóa) mơ-men xoắn, qn tính thấp, tiếng ồn thấp, bảo trì miễn phí (đối với mơi trường khơng có bụi, nổ) Nhược điểm: điều khiển phức tạp hơn, thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh thông số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 1.3.3 Ứng dụng • Điều khiển vị trí: Động Servo đạt vị trí xác kết hợp điều khiển vị trí Một vịng quay roto phân chia thành 131072 vị trí hay nhiều với hệ thống ngày Bấm đục lỗ (Vị trí nguồn cấp liệu X, Y) - Y axis servomotor: Trục Y động servo - Gear and ball screw: bánh vít trịn - Y axis: Trục Y - X axis: Trục X - Press punching: đục bấm lỗ - Servo amplifier: Bộ khuếch đại servo - Press head: Phần đầu ép - Gear and rack & pinion: bánh giá & bánh cưa nhỏ - X axis servomotor: Trục X động servo - Để đục lỗ vật liệu cách nhiệt da, v.v., có hình dạng với suất cao, việc định vị thực với servo trục X trục Y - Sau định vị bàn servo trục X, đầu ép định vị với servo trục Y, sau đục lỗ máy ép - Khi loại vật liệu hình dạng thay đổi, khn đầu ép thay đổi kiểu định vị thay đổi Máy xếp Đồ án tốtdỡnghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp - Sử dụng servo cho trục, máy xếp dỡ định vị độ xác cao Máy gia công định tâm nhỏ gọn (Ổ định vị ATC) - Số lượng để hạ máy xếp dỡ theo độ- dày vật liệu tiết kiệm Ổ chứa công cụ ATC cho - Conveyor control: điều khiển băng tải - Conveyor: băng tải - Servomotor: động servo - Servo amplifier: khuếch đại servo - Reduction gear: bánh giảm tốc - Ball screw: vít trịn - Palletizer: máy xếp dỡ - Unloader control: điều khiển không tải Servo amplifier: khuếch đạitríservo - -Position detector: bộBộ phát vị máy gia công định tâm định vị - Mối quan hệ giá trị dòng giá trị mục tiêu ổ chứa tính tốn, việc định vị thực với chạy thuận chạy ngược để đạt thời gian truy cập ngắn - Servomotor: Động servo - Coupling: khớp nối - Reduction gear: bánh giảm tốc - ATC tool magazine: Ổ chứa công cụ ATC - Positioning pin: chốt định vị - Tool (12pcs, 20pcs): công cụ (12pcs,20pcs.) - Rotation direction for calling 11, 12, 1, or 3: Hướng xoay để gọi 11, 12, 1, - Current value retrieval position: vị trí phục hồi số dòng - Rotation direction for calling 5, 6, 7, 8, or 10: Hướng xoay để gọi 5, 6, 7, 8, 10 - Rotation direction for calling 17 to 20, to 5: Hướng xoay để gọi 17 đến 20, đến - Rotation direction for calling to 16: Hướng xoay để gọi đến 16 - Number of tools: 20: số lượng công cụ: 20 - Number of tools: 20: số lượng công cụ: 20 Máy nâng 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 166 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 167 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 168 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 169 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp  Chương trình – đẩy sản phẩm: 170 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp  Chương trình – gắp sản phẩm: 171 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp  Chương trình – thả sản phẩm 1: 172 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp  Chương trình – thả sản phẩm 2: 173 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 174 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp CHƯƠNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 5.1 Nguyên lý hoạt động  Yêu cầu công nghệ Đóng ATM cấp nguồn cho hệ thống Ấn nút start hệ thống thực đẩy sản phẩm vào vị trí gắp, đồng thời bàn máy chạy đến vị trí gắp thực gắp sản phẩm vị trí đặt, sau đưa sản phẩm đến khay đặt sản phẩm vào vị trí khay (1 khay bao gồm 12 vị trí đặt sản phẩm) Sau thực xong ấn nút Home bàn máy quay vị trí gốc  Ngun lý hoạt động Đóng ATM cấp điện cho hệ thống, lúc hệ thống chưa vận hành, cấu gắp vị trí (Vị trí Home), van trạng thái mở Sau ấn nút start (M53) hệ thống đưa cấu gắp đến vị trí (Vị trí gắp sản phẩm), đồng thời mở van (Y44) piston cấp sản phẩm Khi piston hết (nhận biết cảm biến X29) cấu gắp thực trình gắp sản phẩm (chương trình - GAP) sau bàn máy chạy đến vị trí: Vị trí 1: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số (chương trình – THA2) Vị trí 2: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số (chương trình – THA2) Vị trí 3: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số (chương trình – THA2) Vị trí 4: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số 10 (chương trình – THA2) Vị trí 5: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số 11 (chương trình – THA2) Vị trí 6: hệ thống thực thả sản phẩm số (chương trình – THA1) số 12 (chương trình – THA2) Sau lần thả bàn máy trở lại vị trí thực gắp sản phẩm - Khi số sản phẩm 1, cấu gắp vị trí 2: thực chương trình – THA1 - Khi số sản phẩm 2, cấu gắp vị trí 3: thực chương trình – THA1 175 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp - Khi số sản phẩm 3, cấu gắp vị trí 4: thực chương trình – THA1 - Khi số sản phẩm 4, cấu gắp vị trí 5: thực chương trình – THA1 - Khi số sản phẩm 5, cấu gắp vị trí 6: thực chương trình – THA1 - Khi số sản phẩm 6, cấu gắp vị trí 7: thực chương trình – THA1 - Khi số sản phẩm 7, cấu gắp vị trí 2: thực chương trình – THA2 - Khi số sản phẩm 8, cấu gắp vị trí 3: thực chương trình – THA2 - Khi số sản phẩm 9, cấu gắp vị trí 4: thực chương trình – THA2 - Khi số sản phẩm 10, cấu gắp vị trí 5: thực chương trình – THA2 - Khi số sản phẩm 11, cấu gắp vị trí 6: thực chương trình – THA2 - Khi số sản phẩm 12, cấu gắp vị trí 7: thực chương trình – THA2 + Chương trình – THA1: Khi bàn máy di chuyển đến vị trí 2,3,4,5,6,7 số sản phẩm 1,2,3,4,5,6 cấp điện cho van (Y41) piston xuống, sau gặp cảm biến X25 cấp điện cho van (Y42) mở piston gắp để thả sản phẩm Khi cảm biến X27 tác động cắt điện van (Y41) điện, piston lên sau bàn máy vị trí gắp + Chương trình – THA2: Khi bàn máy di chuyển đến vị trí 2,3,4,5,6,7 số sản phẩm 7,8,9,10,11,12 cấp điện cho van (Y40) piston ra, sau gặp cảm biến X21 cấp điện cho van (Y41) mở piston gắp để thả sản phẩm Khi cảm biến X27 tác động cắt điện van (Y41) điện, gặp cảm biến X24 cắt điện van (Y40) piston đến gặp cảm biến X20 bàn máy quay + Chương trình – GAP: Khi piston đẩy sản phẩm báo cảm biến X29 van có điện (Y43) piston mở gặp cảm biến X27 van (Y41) có điện, piston gặp cảm biến X23 sau van có điện piston xuống gặp cảm biến X25 van điện (Y43) piston đóng lại để gắp sản phẩm, gặp cảm biến X26 cắt điện cho van - piston lên đến gặp cảm biến X24 cắt điện van - piston kết thúc trình gắp 176 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 5.2 Mơ hình sản phẩm thực 5.3 Đánh giá chất lượng Yêu cầu công nghệ hệ thống vận chuyển sản phẩm: Đảm bảo thao tác gắp thả thực xác, bàn máy di chuyển với tốc độ ổn định đến vị trí u cầu mơt cách xác Chương trình điều khiển yêu cầu có đủ điều kiện cho phép thực thao tác gắp thả chạy điểm Để đảm bảo yêu cầu công đoạn vận chuyển sản phẩm dây chuyền sản xuất Mơ hình sử dụng piston khí nén để thực thao tác gắp thả cách ổn định, xác đảm bảo cách sử dụng cảm biến hành trình đầu cuối piston để thực thao tác cách xác an tồn Khi điều kiện cảm biến khơng tác động hệ thống dừng để đảm bảo an toàn Yêu cầu vận chuyển thao tác gắp thả sản phẩm vị trí xác đảm bảo cách sử dụng động AC Servo để di chuyển đến vị trí Với yêu cầu sai lệch vi trí khơng vượt q 1mm so với u cầu 177 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Kết đạt được:Hệ thống chạy ổn định an tồn với u cầu cơng nghệ đưa Tuy nhiên q trình hoạt động hệ thống có sai lệch rung lắc, sai lệch phạm vi cho phép khắc phục cách cải thiện độ xác chắn cấu khí 5.4 Quy trình vận hành xử lý cố 5.4.1 Quy trình vận hành Khi bắt đầu người vận hành cấp nguồn cho hệ thống cách đóng ATM vị trí gốc tọa độ Người vận hành ấn nút start hình giám sát HMI hệ thống bắt đầu hoạt động cấu gắp di chuyển đến vị trí để thực lấy sản phẩm đồng thời mở van 5, piston mở hết cấp điện cho van 4, piston mở van có điện, piston van có điện, piston xuống van điện, piston đóng lại gắp sản phẩm kết thúc q trình gắp Sau bàn máy chạy đến vị trí thả thực thả sản phẩm Tại vị trí 2,3,4,5,6,7 tương ứng số sản phẩm 1,2,3,4,5,6 van có điện, piston xuống cấp điện cho van mở piston để thả sản phẩm Tại vị trí 2,3,4,5,6,7 tương ứng với số sản phẩm 7,8,9,10,11,12 van có điện, piston cấp điện cho van 2, piston mở để thả sản phẩm Sau ngắt điện van 1,2,3,4 pittong kết thúc trình thả Sau thực gắp thả đủ 12 sản phẩm bàn máy quay vị trí home kết thúc chu trình làm việc Khi bấm nút home HMI bàn máy quay home ngắt điện van để quay trạng thái ban đầu 5.4.2 Xử lý cố Lỗi Cách khắc phục Không yêu cầu khởi động trạng thái hoạt động trục khác Không thể khởi trạng thái "chờ sẵn", "dừng lại", "chờ sẵn bước nhảy" động Giới hạn hành trình phần cứng (+) • Sau thực reset lỗi trục, thực điều khiển tay để di chuyển trục tới vị trí khác tín hiệu gới hạn (FLS) khơng chuyển OFF • Kiểm tra việc nối dây tín hiệu giới hạn FLS 178 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp • Kiểm tra đặc tính kỹ thuật cơng tắc giới hạn việc thiết lập "[Pr.22] Lựa chọn logic tín hiệu đầu vào" • Nếu giới hạn hành trình phần cứng (công tắc giới hạn) không cần thiết cho việc lắp đặt, ln ln nối dây ON tín hiệu giới hạn (FLS) mơ-đun chuyển động đơn giản • Sau reset lỗi trục, thực hoạt động điều khiển tay để di chuyển trục đến vị trí khác tín hiệu giới hạn Giới hạn hành trình phần cứng (−) (RLS) khơng chuyển OFF • Kiểm tra việc nối dây tín hiệu giới hạn RLS • Kiểm tra đặc điểm kỹ thuật công tắc giới hạn việc thiết lập phù hợp "[Pr.22] lựa chọn logic tín hiệu đầu vào" • Nếu giới hạn hành trình phần cứng (cơng tắc giới hạn) không cần thiết cho việc lắp đặt, ln ln nối dây ON tín hiệu giới hạn (RLS) mô-đun chuyển động đơn giản Giới hạn hành trình phần mềm (+) Giới hạn hành trình phần mềm (−) Lúc bắt đầu hoạt động : • Thiết lập giá trị nạp với giới hạn hành trình phần mềm hoạt động điều khiển tay • Điều chỉnh the địa định vị (Lúc nội suy đường cong với điểm trung gian thiết kế, kiểm tra địa arc.) Giá trị mới: Thiết lập giá trị giới hạn hành trình phần mềm Trong lúc hoạt động : Điều chỉnh địa định vị.(Cho việc định vị địa arc) Chế độ điều khiển tốc độ/chế độ điều khiển mô-men/liên tục hoạt động chế độ điều khiển mô-men: 179 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Xem lại hoạt động giá trị nạp không vượt giới hạn hành trình phần mềm Tín hiệu bắt đầu ON mã M Sau chuyển OFF tín hiệu ON mã M, khởi động hệ thống Cảnh báo OFF mạch điện 180 .. .Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp khám phá công nghệ để vận hành động Servo, điều khiển động Servo phương pháp phản hồi để đạt hoạt động mong muốn 1.2 Cấu hình hệ AC Servo Thơng thường hệ. .. lập độ 15 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp 1.4 Thiết kế hệ điều khiển vị trí dùng động hệ AC Servo 1.4.1 Giới thiệu hệ điều khiển vị trí Thuật ngữ điều khiển vị trí dùng động hệ AC servo thường... Driver MR-J3-40B, động KP-HF43B hãng Mitsubishi 33 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Hình 1.8 Sơ lược hoạt động hệ thống định vị sử dụng QD75MH2 34 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Đinh Văn Nghiệp Hình