Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC 3 trục

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG AC SERVO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC TRỤC SINH VIÊN : NGUYỄN VĂN DANH - 14067721 HUỲNH HỒNG MƠ - 14058561 LỚP: DHDKTD10A GVHD: TS NGÔ THANH QUYỀN TP HCM, NĂM 2018 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên giao đề tài Nguyễn văn Danh, MSSV: 14067721 Huỳnh Hồng Mơ, MSSV:14058561 Tên đề tài ỨNG DỤNG AC SERVO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC TRỤC Nội dung + Tìm hiểu điều khiển động AC servo Cài đặt thông số cho driver servo + Tìm hiểu plc Mitsubishi dịng Q + Tìm hiểu module input output + Lập trình Gx work Kết Điều khiển AC servo Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, tháng năm 2018 Sinh viên I Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN II Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN III Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN II NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN III DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VI CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CNC 2.1 KHÁI NIỆM MÁY CNC 2.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY CNC 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.4 MÁY CNC THỰC TẾ SỬ DỤNG AC SERVO MOTOR CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ SERVO 3.1 SERVO LÀ GÌ? 3.2 ỨNG DỤNG CỦA SERVO 3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.4 GIỚI THIỆU VỀ ENCODER 3.5 ĐỘNG CƠ AC SERVO HK-KFS-13 VÀ DRIVER MR-J2S-10A 10 3.6 ĐỘNG CƠ AC SERVO MSMA042A1E VÀ DRIVER MSDA043A1A19 3.7 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ AC SERVO VÀ DRIVER MITSUBISHI 21 CHƢƠNG GIỚI THIỆU PLC 28 4.1.GIỚI THIỆU PLC DÕNG Q-CPU 28 4.2 ỨNG DỤNG CỦA PLC 29 IV Đồ án tốt nghiệp 4.4 SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ MODULE INPUT VÀ OUTPUT 30 giới thiệu 30 Module input 37 Module output 39 CHƢƠNG 5: SƠ LƢỢC PHẦN CỨNG 42 5.1 CƠ CẤU PHẦN CỨNG 42 5.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG TRỤC 42 5.3 THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN 46 CHƢƠNG 6: PHẦN MỀM GX WORK2 47 6.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 47 6.2 CẤU TRƯC TRONG MÀN HÌNH GX WORK2 49 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 V Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Khái niệm Hình 2.2 Máy CNC sử dụng AC servo thực tế Hình 3.1 động servo driver Hình 3.2 Một vài ứng dụng cơng nghiệp Hình 3.3 Điều khiển vịng hở Hình 3.4 Điều khiển vịng kín Hình 3.5 Thành phần encoder Hình 3.6 Tổng quan driver servo Hình 3.7 Động AC servo HC-KFS43 Hình 3.8 Sơ đồ ngoại vi Hình 3.9 Sơ đồ kết nối chân CN1A CN1B Hình 3.10 Màn hình hiển thị cài đặt thơng số Hình 3.11 Giao diện chế độ test Hình 3.12 Cấu hình hệ thống Hình 3.13 Tỷ số electronic gear (Servo Amplifier) Hình 3.14 Servo MSMA042A1E Hình 3.15 Driver MSDA043A1A Hình 3.16 Sơ đồ kết nối Hình 3.17 Động Ac servo Hình 3.18 Driver Melsec Hình 3.19 Sơ đồ kết nối ngoại vi Hình 3.20 Sơ đồ chân CN1 VI Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 3.21 Sơ đồ jac cắm Hình 4.1 PLC Q-CPU Hình 4.2 Ứng dụng PLC Hình 4.3 Sơ đồ khối PLC hệ thống ngõ vào/ Hình 4.4 Một dạng hệ thống I/O số Hình 4.5 Bảng ngõ vào bit Hình 4.6 Truyền liệu khối vào ghi Hình 4.7 Cấu hình rack cho ví dụ 6-1 Hình 4.8 Địa thiết bị ngõ vào có cấu hình rack ví dụ 6.1 Hình 4.9 Dịng điện (a) mô-đun sink/thiết bị source; (b) mô-đun sounce/thiết bị sink Hình 4.10 Mơ-đun ngõ vào source,các thiết bị ngõ vào sink/source Hình 4.11 Mạch chuyển đổi ngõ sink để kết nối với mơ-đun source Hình 4.12 Sơ đồ kết nối dạng sourcing ngõ Hình 5.1 Cấu trúc phần cứng Hình 5.2 Trục X Hình 5.3 Trục Y Hình 5.4 Ví dụ cảm biến Hình 5.5 Sơ đồ đấu dây Hình 5.6 Tổng quan thiết bị Hình 6.1 Ví dụ Hình 6.2 Cài đặt tham số Hinh 6.3 Đọc viết liệu Hình 6.4 Chuẩn đốn trạng thái VII Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 6.5 Cấu trúc hình Hình 6.6 Lưu đồ giải thuật DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Tên kí hiệu chân Bảng 3.2: Thông số động Bảng 3.3 Thông số động Bảng 3.4: Các lỗi, cảnh báo thường gặp Bảng 4.1: Thiết bị ngõ vào số Bảng 4.2.sơ đồ chân VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với q trình đại hóa - cơng nghiệp hóa đất nước, ngành sản xuất khí địi hỏi khả tự động linh hoạt ngày cao Để đáp ứng điều việc đưa vào sử dụng máy gia công kỹ thuật số CNC điều kiện tiên trình sản xuất Ngày này, phần lớn sở sản xuất Việt Nam sử dụng công nghệ gia công số CNC để thay phương pháp gia công truyền thống sở sản xuất họ Đồng thời, việc ứng dụng ưu điểm động AC servo vào công nghệ CNC tạo momen trục đều, tốc độ cao, mạch điều khiển tốc độ xác ngày mở rộng Vì vậy, em định chọn đề tài “Ứng dụng AC servo điều khiển máy CNC trục” 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu đặt với đề tài “Ứng dụng AC servo điều khiển máy CNC ba trục”: Tìm hiểu điều khiển động AC servo Cài đặt thông số cho driver servo Tìm hiểu lập trình cho module Q02HCPU Thiết kế, lắp đặt tủ điện điều khiển 1.3 GIỚI HẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Bị giới hạn kinh phí nên khơng thể mua module nội suy QD75 nên chưa đạt đến yêu cầu thầy đưa 1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Ứng dụng AC servo điều khiển máy CNC trục” mô máy CNC thiết kế dạng compact đơn khối gồm module điều khiển vị trí, servo driver, PLC, hình touch screen panel điều khiển (giao diện người thao tác operator interface) Giúp sinh viên nắm cách cài đặt thông số cho driver AC servo, đấu nối AC servo với điều khiển, ứng dụng AC servo thực tế, có Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Sơ đồ đấu chân 41 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ CHƢƠNG 5: SƠ LƢỢC PHẦN CỨNG 5.1 CƠ CẤU PHẦN CỨNG Hình 5.1: Cấu trúc phần cứng 5.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG TRỤC - Trục X: Hình 5.2 : Trục X Gồm có: Động Servo HC KFS43A tuavit Làm dịch chuyển trục Y Z 42 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Trục Y: Hình 5.3: Trục Y Gồm có động MSDA043A1A Làm di chuyển trục Z 5.3 Cảm biến 5.3.1 Cảm biến gì? Bộ cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý hay hóa học mơi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Thơng tin xử lý để rút tham số định tính định lượng môi trường, phục vụ nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh gọi ngắn gọn đo đạc, phục vụ truyền xử lý thông tin, hay điều khiển trình khác Cảm biến thường đặt vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò (Test probe), có kèm mạch điện hỗ trợ, nhiều trọn lại gọi "cảm biến" Tuy nhiên nhiều văn liệu thuật ngữ cảm biến dùng cho vật có kích thước lớn Thuật ngữ khơng dùng cho số loại chi tiết, núm công tắc bật đèn mở tủ lạnh, mặt hàn lâm núm làm việc cảm biến 43 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 5.4 Ví dụ cảm biến 5.3.2 PHÂN LOẠI CẢM BIẾN THEO NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - Cảm biến điện trở: Hoạt động dựa theo di chuyển chạy góc quay biến trở, thay đổi điện trở co giãn vật dẫn - Cảm biến cảm ứng: + Cảm biến biến áp vi phân: Cảm biến vị trí (Linear variable differential transformer, LVDT) + Cảm biến cảm ứng điện từ: antenna + Cảm biến dịng xốy: Các đầu dị máy dị khuyết tật kim loại, máy dị mìn + Cảm biến cảm ứng điện động: chuyển đổi chuyển động sang điện microphone điện động, đầu thu sóng địa chấn (Geophone) - Cảm biến điện dung: Sự thay đổi điện dung cảm biến khoảng cách hay góc đến vật thể kim loại thay đổi 44 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ - Cảm biến từ giảo (magnetoelastic): dùng - Cảm biến từ trường: Cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trường dùng vật liệu sắt từ, dùng từ kế - Cảm biến áp điện: Chuyển đổi áp suất sang điện dùng gốm áp điện titanat bari, microphone thu âm, hay đầu thu sóng địa chấn nước (Hydrophone) máy Sonar -Cảm biến quang: Các cảm biến ảnh loại CMOS hay cảm biến CCD camera, photodiode vùng phổ khác dùng nhiều lĩnh vực Ví dụ đơn giản đầu dị giấy khay máy in làm photodiode Chúng nhóm đầu bảng dùng phổ biến, nhỏ gọn tin cậy cao -Cảm biến huỳnh quang, nhấp nháy: Sử dụng chất phát quang thứ cấp để phát xạ lượng cao hơn, kẽm sulfua Cảm biến điện hóa: Các đầu dị ion, độ pH, Cảm biến nhiệt độ: Cặp lưỡng kim, dạng linh kiện bán dẫn 5.3.4 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Có cách mắc: PNP NPN Hình 5.5 Sơ đồ đấu dây 45 Đồ án tốt nghiệp 5.4 SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN Hình 5.6 Tổng quan thiết bị CB Servo MSDA043A1A Contactor Power 24v PLC QCPU Terminal I/0 Thiết bị chống nhiễu Nút nhấn Servo Amplifier MRJ2S-40A 10 Domino cầu nối dây điện 46 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ CHƢƠNG 6: PHẦN MỀM GX WORK2 6.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GX Works2 cơng cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, trì chương trình Window GX Works2 cải thiện chức khả thao tác, với tính dễ sử dụng so sánh với GX Developer có Chức GX Works2 GX Works2 quản lý chương trình thông số đầu vào dự án cho CPU điều khiển khả trình Hình 6.1 Ví dụ Cài đặt tham số: Tham số cho CPU điều khiển khả trình tham số cấu hình mạng đặt với GX Works2 Tham số cho khối chức thông minh cài đặt 47 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 6.2 Cài đặt tham số Viết/đọc liệu đến/từ CPU điều khiển khả trình: Tạo chương trình viết/đọc từ CPU điều khiển khả trình sử dụng Read từ PLC/Write chức PLC Đồng thời, với chương trình thay đổi chức trực tuyến, chương trình bị thay đổi CPU điều khiển khả trình chạy (RUN) Hinh 6.3: Đọc viết liệu Quan sát/sốt lỗi: Tạo chương trình viết cho CPU điều khiển khả trình giá trị thiết bị hoạt động theo dõi trực tuyến/ngoại tuyến Chuẩn đoán: 48 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Trạng thái lỗi lịch sử lỗi CPU điều khiển khả trìnhcó thể chuẩn đốn Với chức chuẩn đốn, cơng việc khơi phục hoàn thành thời gian ngắn Với chức theo dõi hệ thống (cho QCPU (Q mode)/LCPU), thông tin cụ thể module chức thơng tin lấy Điều giúp cho rút ngắn thời gian phục hồi liệu hệ thống lỗi Hình 6.4: Chuẩn đốn trạng thái 6.2 CẤU TRƯC TRONG MÀN HÌNH GX WORK2 Hình 6.5: Cấu trúc hình 49 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Thanh tiêu đề thể tên dự án sử dụng Thanh Menu sử dụng thường xuyên làm việc với GX Works2 Click vào menu để chọn chức khác từ menu Thanh công cụ gồm biểu tượng trực quan dễ sử dụng cho chức thơng dụng Nó khiến thao tác nhanh Tab Khi làm việc với nhiều cửa sổ mở, thể theo dạng trình duyệt tab Click vào tab kích hoạt cửa sổ làm việc tương ứng Xem nội dung hiển thị thể nội dung trình hiển thị Xem vùng chọn vùng thể nội dung vùng Màn hình chỉnh sửa (cửa sổ làm việc) thể nhiều loại màn hình tạo chương trình hình tạo comment để chỉnh sửa biểu đồ lader, thích, tham số Cửa sổ đầu thể biên dịch kiểm tra kết (như lỗi cảnh báo) Thanh trạng thái thể thông tin trạng thái GX Works2 50 Đồ án tốt nghiệp 6.3 SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT Hình 6.6: Lưu đồ giải thuật 51 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Trên lưu đồ giải thuật để nội suy kinh phí có hạn không kịp thời gian làm nghiên cứu nên không làm yêu câu 6.4 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ 52 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Giải thích: Chạy đến vị trí y1=20cm bắt đầu gia cơng khoan sau đến vị trí Y2=15cm bắt đầu gia cơng vị trí Sau trở vị trí ban đầu 53 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện, hướng dẫn tận tình thầy Ngơ Thanh Quyền, giúp đỡ quý thầy cô giáo bạn sinh viên khoa, em cố gắng hồn thành báo cáo khóa luận theo u cầu thời gian quy định Trong báo cáo, em thực công việc sau: Khảo sát phần lý thuyết: + Giới thiệu tổng quan máy CNC + Giới thiệu động AC servo Mitsubishi + Giới thiệu PLC-Q Nội dung: + Điều khiển trục X, Y Z đến vị trí mong muốn dựa vào số xung thời gian Hướng phát triển đề tài: + Sử dụng module QD75D để nội suy xuất xác xung mong muốn Do thiếu nhiều kinh nghiệm thời gian nên khóa luận khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, em mong nhận giúp đỡ, bảo thầy cô giáo để em hồn thiện tốt q trình sau 54 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Melservo J2-Super Series [2] Manual Msda0431a [2] Hardware/Programing Manual QCPU [3] Software Manual GX WORK2 [4] Manual MR- J3s-20A 55 ... 2.2 Máy CNC sử dụng AC servo thực tế Hình 3. 1 động servo driver Hình 3. 2 Một vài ứng dụng cơng nghiệp Hình 3. 3 Điều khiển vịng hở Hình 3. 4 Điều khiển vịng kín Hình 3. 5 Thành phần encoder Hình 3. 6... ĐIỀU KHIỂN 2.4 MÁY CNC THỰC TẾ SỬ DỤNG AC SERVO MOTOR CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ SERVO 3. 1 SERVO LÀ GÌ? 3. 2 ỨNG DỤNG CỦA SERVO 3. 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN... việc ứng dụng ưu điểm động AC servo vào công nghệ CNC tạo momen trục đều, tốc độ cao, mạch điều khiển tốc độ xác ngày mở rộng Vì vậy, em định chọn đề tài ? ?Ứng dụng AC servo điều khiển máy CNC trục? ??