(Đồ án hcmute) nghiên cứu và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ TRỤC ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC GVHD: VŨ QUANG HUY SVTH: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV:16146156 S K L0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2021 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ TRỤC ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC SVTH: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV: 16146156 Khóa: 2016 - 2020 Ngành: Cơ điện tử CLC GVHD: VŨ QUANG HUY GVPB: TƯỞNG PHƯỚC THỌ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn CƠ ĐIỆN TỬ TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV: 16146156 Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Lớp: 16146CL4 Họ tên GV hướng dẫn: TS.VŨ QUANG HUY ĐT: 0918748924 Ngày nhận đề tài: …/…/…… Ngày nộp đề tài : …/…/…… Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế cấu chuyển động đồng trục điều khiển PLC Các số liệu ban đầu: Thu thập dựa khảo sát yêu cầu:  Kích thước: 27.4x98x89.3 mm  Cận nặng: 30Kg Nội dung thực đề tài: - Khảo sát tính cấp thiết đề tài, giải pháp thực quy trình hoạt động đồng trục PLC - Lựa chọn giải pháp, đối tượng hướng tới, tính tốn thơng số đầu vào - Thực đồng chuyển động vận tốc vị trí - Thiết kế chế tạo mơ hình tối ưu Sản phẩm: Máy chuyển động đồng trục điều khiển PLC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV: 16146156 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ TRỤC ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên GV hướng dẫn: TS.VŨ QUANG HUY Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: an 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn …CƠ ĐIỆN TỬ… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV: 16146156 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ TRỤC ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên GV phản biện: ThS.TƯỞNG PHƯỚC THỌ Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: an Câu hỏi: Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) an Mục Lục LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I : TỔNG QUAN……………………………………………………………….2 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài tính thiết yếu 1.1.2 Ứng dụng 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 1.3 Cơng trình liên cứu liên quan 2.1 Lưu đồ hoạt động 2.2 Các loại động sử dụng đồng điều khiển 2.3 Lựa chọn động 11 2.4 Tính hàm truyền động 12 2.5 Thông số điều khiển động Servo 14 2.6 PLC 17 2.6.1 Khái niệm PLC 17 2.6.2 Cấu trúc PLC 18 2.6.3 Nguyên lý hoạt động PLC 19 2.6.4 Tại phải sử dụng PLC 19 2.7 Khái niệm mạng SSCNET III 20 2.8 Lý thuyết đồng 21 2.8.1 Nguyên tắc đồng 21 2.8.2 Đĩa cam 23 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG …………………………………………………… 25 3.1 Phân tích yêu cầu đề 25 an 3.2 Thiết kế khung đỡ 25 3.3 Lựa chọn cấu truyền động 27 3.4 Lựa chọn PLC phù hợp 32 3.4.1 Chọn CPU 32 3.4.2 Chọn Module xử lý chuyển động 33 3.4.3 Chọn driver Servo 35 3.5 Tính tỷ số hộp số ảo 37 3.6 Tính hàm cam 38 CHƯƠNG IV : ĐIỀU KHIỂN 40 4.1 Cài đặt phần mềm 40 4.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 51 4.3 Thiết kế HMI điều khiển 51 CHƯƠNG V : HOÀN THÀNH VÀ THỰC NGHIỆM 52 5.1 Hoàn thành 52 5.2 Thực nghiệm 53 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 6.1 KẾT LUẬN 56 6.1.1 Tự đánh giá 56 6.1.2 Khuyết điểm 56 6.2 Hướng phát triển 57 Nguồn tham khảo: 58 Phụ lục 59 an GVHD: Vũ Quang Huy Mục Lục Hình ảnh Hình 1 Máy cắt lia đồng MR-MQ100 hãng Mitsubishi Electronics Hình Máy cắt lia hãng Shanghai Sihua Hình Lưu đồ hoạt động Hình 2 Động Servo 10 Hình Sơ đồ mạch điện dộng Servo 12 Hình Sơ đồ minh họa Moment uốn xoắn động Servo 13 Hình Chiều xoay motor mặc định 16 Hình Một hệ thống PLC đơn giản điển hình 17 Hình Sơ đồ cấu trúc đơn giản PLC 19 Hình Sơ đồ mạng SSCNET kết nối PLC Module 20 Hình Sơ đồ khả cải thiện độ xác SSCNETIII so với SSCNET…….21 Hình 10 Sơ đồ khí ảo 22 Hình 11 Khái niệm đĩa CAM 24 Hình Chất liệu nhôm 26 Hình Cơ cấu tay quay trượt 27 Hình 3 Cơ cấu bánh 27 Hình Kích thước VLA-ST-60-12-0700 28 Hình Cơ cấu pulley dây đai 29 Hình Sơ đồ tổng quát HG-KR13 30 Hình Bản vẽ 3d cấu khung 29 Hình Bản vẽ hình chiếu cấu khung 31 Hình Q00UCPU 32 Hình 10 QD77MS2 34 Hình 11 Sơ đồ kết nối QD77MS2 35 Hình 12 MR-J3-10B 36 Hình 13 Sơ đồ mạch động lực 37 Hình 14 Hình dạng trục CAM 39 an Tên thông số Bảng Giải thích thơng số home Giải thích thơng số HPR( Home possition return) Direction Cài đặt hướng home cho động ( Hướng thuận, hướng nghịch) HPR Method Lựa chọn phương pháp home HP( Home possition) address Vị trí mặc định home (mặc định 0mm) HPR Speed Creep speed Tốc độ home Tốc độ bò trườn gần đến home Hình 12 Phương pháp home Proximity Dog Mmethod  Bước 3: Cấu hình Servo parameter. - Ở cấu hình cho động quay theo chiều CW cho hai trục: lý ta sử dụng phương pháp đồng Linear Operation nên bắt buộc hai trục phải quay chiều, đồng thời Disable tính Force stop khơng sử dụng Bảng Giải thích thơng số home Tên thông số HPR( Home possition return) Direction HPR Method HP( Home possition) address Giải thích thơng số Cài đặt hướng home cho động ( Hướng thuận, hướng nghịch) Lựa chọn phương pháp home Vị trí mặc định home (mặc định 0mm) HPR Speed Tốc độ home Creep speed Tốc độ bò trườn gần đến home 47 an Hình 13 Cài đặt thơng số Servo  Bước 4: Cấu hình cho Positioning Data. Positioning_Axis#: khu vực cài đặt trước giá trị hay tốc độ tương ứng với trục Hình 14 Bên Positioning_Axis#  Bước 5: Cấu hình cho Syncronous Control Parameter. - Input Axis Parameter Trong Input Axis Parameter, Pr.300 servo input type chọn Feed curent value, tức dử liệu sử dụng cho đồng dựa vào giá trị servo Hình 15 Chọn trục để chạy đồng - Syncronous Parameter Trong phần syncronous parameter, ta vào Axis2# Syncronous Parameter (vì trục đồng theo trục 1) 48 an Ta cần cài đặt thông số cho hệ thống khí ảo vào: Hình 16 Hệ thống khí ảo 49 an Bảng giải thích thơng số cài đặt đồng Thơng số Giải thích Trục dẫn động lựa chọn trục Ly hợp On nhờ tín hiệu tốc độ cao cảm biến phát có vật qua Cài đặt độ trượt cho ly hợp với khoảng trượt để trượt bắt đầu chạy đồng Điều chỉnh tỷ số gear trục để điều chỉnh giá trị vòng quay trục 2phù hợp với trục 50 an 4.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 220 0V TRỤC CPU QD77MS4 SENSOR 24V DC TRỤC L1 L2 L1 L2 P1 P2 P1 P2 P D P D L11 L21 L11 L21 U U V V W W DC Servo Servo CN1A CN1A CN1B Hình 17 Sơ đồ điều khiển 4.3 Thiết kế HMI điều khiển Hình 18 Giao diện nhập HMI ảo 51 an CHƯƠNG V : HOÀN THÀNH VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Hồn thành Hình Sắp xếp điều khiển mà mạch điện Hình Kết hồn thành 52 an Hình Kết hoàn thành 5.2 Thực nghiệm  Thực nghiệm : - Ở thực nghiệm 1, ta đặt tỉ số bánh theo tỉ số tính tốn chương III : Hình Tỉ số bánh 12:21 - Kết thực nghiệm : Hình 5 Kết thực nghiệm 53 an - Kết luận thực nghiệm 1: Thực nghiệm lấy tỉ số bánh lý thuyết tuyệt đối 12:21 cho kết tương đối có sai số lớn Nguyên nhân gây sai số vấn đề thực tế : sai số motor, căng đai bị rơ,…  Khử sai số cách offset tỉ số bánh  Thực nghiệm : - Ở thực nghiệm 2, ta đặt tỉ số bánh 1:1 để biết tỉ số thực xác cấu Hình Tỉ số bánh 1:1 - Kết thực nghiệm : - Hình Kết thực nghiệm Kết luận thực nghiệm : Thực nghiệm lấy tỉ số bánh 1:1 cho ta thấy tỉ số bánh sau offset cần để khử sai số  Thực nghiệm : - Ở thực nghiệm 3, ta đặt tỉ số bánh theo xác tỉ số thực nghiệm 5000:9015 54 an Hình Tỉ số bánh 5000:9015 - Kết thực nghiệm : Hình Kết thực nghiệm - Kết luận thực nghiệm 3: Thực nghiệm lấy tỉ số sau offset khử sai số cho kết tương đối xác nhiên cịn chút sai số rơ trục vít me cũ mức chấp nhận 55 an CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN 6.1.1 Tự đánh giá  Dựa mục tiêu, nhiệm vụ yêu cầu đặt nêu chương I, Bản thân tự đánh sau :  Yêu cầu đặt Bảng Bảng tự đánh giá dựa yêu cầu đặt STT Yêu cầu đặt Tầm quan trọng Mức độ hoàn thành Đồng trục xác vị trí tốc độ 30% 95% Cơ khí xác, đẹp mắt 20% 80% Thiết kế mạch điều khiển mạch động lực xác hợp lý 20% 95% Vẽ mơ hình 3D 10% 80% Dừng mơ hình khí Thử nghiệp, đánh giá kết 20% 95% Có thử nghiệm, kết sau thử nghiệm xác, sai số Tự đánh giá Đồng trục hoạt động xác, sai số Cơ khí sử dụng chất liệu nhơm đẹp phù hợp, nhiên có số sai sót Thiết kế mạch rõ ràng, kết cấu hoạt động trơn tru, hiệu 6.1.2 Khuyết điểm Bản thân tự nhận thấy đồ án có khuyết điểm sau: - Chỉ dừng việc mơ chuyển động đồng - Sai sót việc gia cơng khí khiến cho bề mặt khí có nhiều khuyết điểm - Chưa thể khử tiếng ồn hệ thống hoạt động 56 an 6.2 Hướng phát triển  Khắc phục khuyết điểm: - Thêm cấu xử lý trục A, ví dụ : cánh tay robot, xylanh,… - Làm đẹp bề mặt khí - Khử tiếng ồn việc xử lý kỹ độ căng dây  Hướng phát triển: - Cơng nghiệp hóa mơ hình sản xuất - Đưa mơ hình cơng nghiệp hóa sản xuất chạy thực nghiệm - Giảm thiểu sai số trục A chạy 57 an TÀI LIỆU THAM KHẢO  Sách : [1] Giới thiệu phần cứng PLC Mitsubishi Q Series [2] MELSEC-Q QD77MS Simple Motion Module User's Manual (Positioning Control)  Các Trang web : [3] www.wikipedia.org [4] https://www.plcmitsubishi.com/tai-lieu-lap-trinh-plc-mitsubishi-tieng-viet.html [5] mitsubishielectric.com [6] google.com [7] https://hoplongtech.com [8] https://thegioidienco.vn/ 58 an PHỤ LỤC  Chương trình bậc thang : 59 an 60 an an ... TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG ĐỒNG BỘ TRỤC ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC SVTH: NGUYỄN HỮU NGHỊ MSSV: 16146156 Khóa: 20 16 - 20 20 Ngành: Cơ điện tử CLC GVHD:... 2. 1 Lưu đồ hoạt động 2. 2 Các loại động sử dụng đồng điều khiển 2. 3 Lựa chọn động 11 2. 4 Tính hàm truyền động 12 2.5 Thông số điều khiển động Servo... đề tài “ Nghiên cứu thiết kế cấu chuyển động đồng trục điều khiển PLC ” an 1.1 .2 Ứng dụng - Máy cắt lia đồng - Đồng xử lý ảnh băng chuyền - Những dây chuyền sản xuất sử dụng đồng 1 .2 Mục tiêu