Ứng dụng PLC và động cơ servo điều khiển máy cắt ống tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PLC VÀ ĐỘNG CƠ SERVO ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG SINH VIÊN : TRẦN NGỌC DUY HỒ GIA PHÚC NGUYỄN MINH CHUNG LỚP : DHDI13BVL GVHD : Ths.NGUYỄN ANH TUẤN TP.HCM, NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Nhóm 1: (1): TRẦN NGỌC DUY MSSV: 17113311 (2): HỒ GIA PHÚC MSSV: 17113301 (3): NGUYỄN MINH CHUNG MSSV: 17113241 Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC VÀ ĐỘNG CƠ SERVO ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG (GIẢ LẬP TRÊN MƠ HÌNH) Nội dung: - Điều khiển mơ hình máy cắt ống nhà máy - Lập trình điều khiển GX Works - Sử dụng Main FX3U điều khiển động AC Servo Kết Trình bày tóm tắt kết đạt Giảng viên hướng dẫn Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 Sinh viên i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii CHƯƠNG PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Ý nghĩa đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2.1 Hệ thống điều khiển vị trí động Servo .3 2.1.1 Cấu hình hệ thống động servo 2.1.2 Điều khiển lượng cho động servo 2.1.3 Phản hồi hệ thống động servo 2.1.4 Mạch điều khiển vị trí 2.2 Tổng quan máy cắt ống sử dụng động servo 2.3 Các hệ thống Servo công nghiệp .8 2.3.1 Động Servo Máy in phẳng hình phẳng với chân khơng 2.3.2 Máy ép tự động động Servo .8 2.3.3 Máy cắt phôi công nghiệp 2.3.4 Máy cắt bao bì 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 3.1 PLC 11 3.1.1 Lịch sử đời phát triền PLC 11 3.1.2 Đặc điểm điều khiển PLC .11 3.1.3 Ứng dụng PLC .12 3.1.4 Giới thiệu PLC FX3U .12 3.1.5 Cấu tạo board PLC FX3U 14 3.1.6 Khả kết nối ưu điểm .15 3.1.7 Lập trình PLC phát xung điều khiển servo 16 3.2 Động servo .16 3.2.1 Servo gì? 16 iii 3.2.2 Cơ cấu định vị 17 3.2.3 Hệ thống điều khiển .18 3.2.4 Sự khác biệt so với motor thường 19 3.2.5 Tăng tốc độ đáp ứng .20 3.2.6 Tăng khả đáp ứng: .20 3.2.7 Mở rộng vùng điều khiển (control range) 20 3.2.8 Khả ổn định tốc độ: .21 3.2.9 Nguyên lí hoạt động encoder 21 3.2.10 Các loại tính Servo Motor: 21 3.2.11 Các tính động servo AC so với động servo DC: 22 3.3 Động AC servo Driver MR-J2 Mitsubishi 23 3.3.1 Động AC servo driver MR - J2 23 3.3.2 Sơ đồ kết nối dây .26 3.3.3 Bảng tham số 29 3.3.4 Lựa chọn tham số cài đặt 33 3.3.5 Các lỗi servo 35 3.4 Phần mềm GXWORK .36 3.4.1 Cách sử dụng phần mềm 36 3.4.2 Cách kết nối máy tính với PLC 38 3.4.3 Cách soạn chương trình .40 CHƯƠNG THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH .44 4.1 Thi công 44 4.1.1 Sơ đồ đấu dây .44 4.1.2 Linh kiện thi cơng mơ hình: 47 4.2 Lưu đồ giải thuật 54 4.3 Lập trình 55 CHƯƠNG KẾT LUẬN 57 5.1 Kết đạt 57 5.2 Hạn chế .57 5.3 Hướng phát triển 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 LỜI CẢM ƠN 59 iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu hình hệ thống động Servo Hình 2.2 Động Servo Hình 2.3 Máy cắt ống chuyên dụng .7 Hình 3.1 PLC FX3U 13 Hình 3.2 Mơ hình hệ thống servo 17 Hình 3.3 Một số ví dụ cấu định vị .17 Hình 3.3 Thành phần Encoder .21 Hình 3.4 Cấu tạo động servo .22 Hình 3.5 Tổng quan sơ đồ kết nối AC servo 26 Hình 3.6 Hồn tất chương trình .43 Hình 4.1 Nguồn tổ ong 24VDC 47 Hình 4.2 CB 10A 47 Hình 4.3 Domino kết nối 48 Hình 4.4 Nút nhấn 48 Hình 4.5 Cảm biến quang .49 Hình 4.5 Đèn báo vị trí 49 Hình 4.6 Vít me 50 Hình 4.7 Động servo 50 Hình 4.8 Driver MR-J2 51 Hình 4.9 Board PLC Fx3u .52 Hình 4.10 Cáp kết nối RS 232 .52 Hình 4.11 Tổng thể mơ hình 53 v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số động servo .25 Bảng 3.2 Diễn giải sơ đồ chân 27 Bảng 3.3 Tham số mặc định nhà sản xuất cài đặt 29 Bảng 3.4 Các chức lệnh lập trình 40 vi Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung CHƯƠNG PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Hiện nay, bối cảnh công nghiệp phát triển có nhiều ngành cơng nghiệp tự động nâng cao đẩy mạnh tạo nên cách mạng thời đại công nghiệp phát triển Không giúp việc tiết kiệm lao động đồng thời cịn đẩy mạnh q trình sản xuất hay vận hành nhờ tính tối ưu khả vận hành tự động đạt độ xác cao Trong Điều khiển chuyển động lĩnh vực đa dạng phát triển nhanh ngành điều khiển tự động hoá Trong hệ thống điều khiển vị trí, tốc độ moment yêu cầu xác cao cần đến thiết bị đáp ứng Đây thách thức nhà khoa học, nhà sản xuất chế tạo loại động thể làm nhiệm vụ động servo Ngày hệ thống servo ứng dụng rộng rãi hệ thống, máy yêu cầu xác cao .Nhận biết điều chúng em chọn đề tài sử dụng PLC FX3U động Servo AC để điều khiển máy cắt ống tự động, điều giúp cho người sử dụng có thễ dễ dàng quan sát nắm trọng tâm điều khiển 1.2 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu PLC FX3u: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng khả kết nối mở rộng - Tìm hiểu động AC Servo - Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm GX WORK để lập trình cho dịng PLC 1.3 Phương pháp nghiên cứu  Vận dụng, tham khảo tài liệu thiết bị PLC FX3U,AC Servo  Tham khảo ý kiến góp ý từ giảng viên hướng dẫn cộng đồng  Đúc kết tổng hợp tài liệu có liên quan  Áp dụng kết nghiên cứu, tổng hợp đưa vào thực nghiệm 1.3.1 Ý nghĩa đề tài Áp dụng lý thuyết PLC học áp dụng thực tế từ hiểu nguyên lý cách hoạt động PLC Hiểu kết nối PLC với thiết bị cụ thể động AC Servo Hiểu biết nguyên lý cách hoạt động động AC Servo Biết cách lập trình PLC để điều khiển thiết bị thực tế Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Áp dụng kiến thức học để thiết kế lập trình mơ cho hệ thống máy cắt ống nhà máy 1.4 Phương pháp nghiên cứu  Vận dụng, kế thừa tài liệu tham khảo, khóa luận khóa trước  Tham khảo ý kiến góp ý giáo viên hướng dẫn cộng đồng mạng  Tìm hiểu, thu thập phân tích tài liệu  Tổng hợp, đúc kết tài liệu, ý kiến đưa ý tưởng thực  Áp dụng kết nghiên cứu, tổng hợp đưa vào thực nghiệm  Sửa đổi, đánh giá đưa kết hồn thiện Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2.1 Hệ thống điều khiển vị trí 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 sử dụng hệ thống điều khiển chuyển động để cung cấp lực học cụ thể khoảng thời gian định Để đạt điều này, phải điều khiển vị trí, vận tốc mô men động servo theo yêu cầu ứng dụng 2.1.1 Cấu hình hệ thống động servo Động servo sử dụng hệ thống điều khiển chuyển động để cung cấp lực học cụ thể khoảng thời gian định Để đạt điều này, phải điều khiển vị trí, vận tốc mô men động servo theo yêu cầu ứng dụng Để hoạt động chuẩn xác, động servo phải kết hợp với: Bộ 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 Bộ điều khiển động – Thiết bị điện tử có chức cung cấp đủ lượng cho động theo cách, thời điểm Bộ mã hóa xung vịng quay – tạo phản hồi cho hoạt động động Hình 2.1 Cấu hình hệ thống động Servo Cần có nguồn điện cấp tương thích với thiết kế động servo Bộ điều khiển động servo thực chức Bộ điều khiển cung cấp nguồn cho động servo lượng, thời điểm để điều Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung 45 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung 4.1.1.2 Sơ đồ đấu dây PLC 46 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung 4.1.2 Linh kiện thi công mô hình: Hình 4.1 Nguồn tổ ong 24VDC Hình 4.2 CB 10A 47 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.3 Domino kết nối Hình 4.4 Nút nhấn 48 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.5 Cảm biến quang Hình 4.5 Đèn báo vị trí 49 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.6 Vít me Hình 4.7 Động servo 50 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.8 Driver MR-J2 51 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.9 Board PLC Fx3u Hình 4.10 Cáp kết nối RS 232 52 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Hình 4.11 Tổng thể mơ hình 53 Khóa luận tốt nghiệp 4.2 SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Lưu đồ giải thuật 54 Khóa luận tốt nghiệp 4.3 SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung Lập trình 55 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung 56 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung CHƯƠNG Kết luận 5.1 Kết đạt Đồ án hoàn thành tiến độ đạt yêu cầu đề sau: - Tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật thiết bị: PLC - Hiểu nguyên lý hoạt động nắm phương pháp điều khiển hệ thống Servo - Sử dụng phần mềm GXWord2, kết nối, lập trình nạp chương trình cho PLC - Chạy thành cơng hệ thống mơ hình thật - Tuy nhiên số hạn chế chưa xử lý 5.2 Hạn chế Vì lý kinh tế điều kiện khách quan, đề tài dừng lại việc làm mơ hình điều khiển đơn giản để mơ tả hoạt động hệ thống Servo Điều khiển vị trí mơ hình nhỏ gồm: PLC FX3u, Driver MR-j2, động AC Servo Mitsubishi Vị trí điều khiển chưa xác Mơ hình chưa đẹp Hạn chế lập trình 5.3 Hướng phát triển Thiết kế giao tiếp với máy tính để điều khiển động hoạt động Hồn thiện phần lập trình sử dụng thêm Encoder để điều chỉnh vị trí động xác Thêm kết cấu khí cánh tay robot để cắt mẫu vật thật Sử dụng động có cơng xuất lớn thơng qua dịng PLC đời 57 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu lập trình PLC http://plcmitsubishi.com/tai-lieu-lap-trinh-plc-mitsubishi-tieng-viet.html Tài liệu động Servo https://giaoan.violet.vn/present/tai-lieu-ve-dong-co-servo-4331090.html Tài liệu sử dụng phần mềm GXWORK2 https://plcmitsubishi.com/phan-mem-gx-work-2.html 58 Khóa luận tốt nghiệp SV: Hồ Gia Phúc - Trần Ngọc Duy - Nguyễn Minh Chung LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo khóa ngày hơm nay, nhóm chúng em xin chân thành cám ơn sâu sắc đến tồn thể thầy (cơ) khoa Điện Đặc biệt thầy (cơ) Tự động hóa Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh giúp đỡ tận tình dạy chúng em thời gian qua Những lời hướng dẫn bảo thầy (cô) kiến thức quý báu làm tảng để chúng em hồn thành khóa luận đồng thời tiền đề vững cho chúng em tiếp tục học tập lao động xã hội Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Anh Tuấn thầy hướng dẫn người tận tình bảo góp ý định hướng hướng dẫn chúng em suốt thời gian làm đề tài khóa luận Vì thời gian kiến thức thân có hạn nên báo cáo nhóm chúng em khơng thể thiếu sai sót, em mong nhận góp ý, báo thêm thầy để hồn thiện Và lần nữa, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! 59 ... tài: ỨNG DỤNG PLC VÀ ĐỘNG CƠ SERVO ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG (GIẢ LẬP TRÊN MƠ HÌNH) Nội dung: - Điều khiển mơ hình máy cắt ống nhà máy - Lập trình điều khiển GX Works - Sử dụng Main FX3U điều. .. trí dùng để điều chỉnh động vị trí 2.2 Tổng quan máy cắt ống sử dụng động servo Hình 2.3 Máy cắt ống chuyên dụng Ứng dụng động AC servo nhiều lĩnh vực máy móc Đối với số loại máy cơng cụ CNC... vòng điều khiển kín 2.1.4 Mạch điều khiển vị trí Mạch vòng điều khiển xử lý điều khiển động servo, điều khiển chuyển động hai tùy thuộc vào yêu cầu điều khiển Để đạt chuyển động mong muốn cho ứng