Hcmute xây dựng mô hình điều khiển động cơ dc servo phục vụ giảng dạy tại bộ môn điện điện tử, trung tâm việt đức

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ÐIỀU KHIỂN ÐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ÐIỆN – ÐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ÐỨC MÃ SỐ: T2015-174 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, 2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Trần Kế Thuận TP HCM 10/2015 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Trần Kế Thuận Thành viên đề tài: TP HCM, 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Trần Kế Thuận TP HCM, 10/2015 Luan van MỤC LỤC Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Đối tượng nghiên cứu: 1.4 Giới hạn nghiên cứu: 1.5 Tình hình nghiên cứu: Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC GÓC QUAY 2.1 Khái niệm động Servo 2.2 Phân loại động Servo 2.2.1 DC Servo 2.2.2 AC Servo 2.2.3 Sự khác biệt động thường động Servo 10 2.2.4 Động bước 11 2.2.5 Tóm lược đặc trưng loại động điều chỉnh góc quay 13 2.2.6 Encoder 13 Chương 3: DRIVER MSDI V2.0 VÀ CÁCH SỬ DỤNG 18 3.1 Driver MSDI V2.0 18 3.1.1 Giới thiệu 18 3.1.2 Một số tính 18 3.1.3 Thơng số kỹ thuật 19 3.1.4 Thông tin chân Driver MSDI 19 3.1.5 Kết nối 20 3.2 Phần mếm DcTunerPro 21 3.2.1 Cài đặt 21 Luan van 3.2.2 Các thơng tin DcTunerPro 23 3.2.3 Kiểm tra Driver MSDI 25 3.2.4 Sử dụng PLC S7-1200 kết hợp với Driver MSDI điều khiển DC Servo 27 3.2.4.1 Cấu hình phát xung PTO hoạt động 28 3.2.4.2 Cấu hình cho đối tượng kỹ thuật Axis 32 3.2.4.3 Lập trình kiểm tra hoạt động 41 Chương 4: KẾT LUẬN & ĐỀ NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Luan van Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Khi ta cấp điện động quay chúng quay ta khơng biết, kể động bước động quay góc xác định tùy vào số xung nhận Việc thiết lập hệ thống điều khiển để xác định động phải quay theo chủ đích điều không dễ dàng ta khơng có cơng cụ hỗ trợ tương ứng Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cơcấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Khi nói chun đề học phần: Máy điện, Điều khiển lập trình (PLC), sinh viên mơ hồ thiếu mơ hình điều khiển trực quan Để giải vấn đề này, thiết nghĩ cần phải xây dựng mơ hình điều khiển động DC Servo nhằm tăng tính trực quan cho Sinh viên học tập nghiên cứu Trung tâm Việt Đức 1.2 Mục đích nghiên cứu: Xây dựng mơ hình điều khiển động DC Servo phục vụ giảng dạy môn Điện Điện tử, Trung tâm Việt Đức nhằm tăng tính trực quan cho Sinh viên học tập nghiên cứu động DC Servo 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Động DC Servo board điều khiển 1.4 Giới hạn nghiên cứu: Luan van Trong phạm vi đề tài “Xây dựng mơ hình điều khiển động DC Servo phục vụ giảng dạy môn Điện - Điện tử, Trung tâm Việt Đức”, tác giả xây dựng mơ hình động DC Servo kết nối với Board mạch PLC S7 -1200 1.5 Tình hình nghiên cứu: Ngày động DC Servo ứng dụng rộng rãi công nghiệp đặc biệt Robot cơng nghiệp nhiên có mơ hình để Sinh viên học tập cách trực quan Trung tâm Việt Đức chưa có Luan van Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC GỐC QUAY 2.1 Khái niệm động Servo Servo (Servus): Nô lệ Servo đư ợc thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Các động servo điều khiển liên lạc vô tuyến gọi động servo RC (radio-controlled) Trong thực tế, thân động servo điều Luan van khiển vơ tuyến, nối với máy thu vô tuyến máy bay hay xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu Hình 2.1: Cấu tạo động Servo Động servo thiết kế để quay có giới hạn quay liên tục động DC hay động bước Cơng dụng động servo đạt góc quay xác khoảng từ 9001800 Việc điều khiển ứng dụng để lái robot, di chuyển tay máy lên xuống, quay cảm biến để qt khắp phịng Ta điều khiển Servo máy tính, Board điện tử PLC 2.2 Phân loại động servo: 2.2.1 DC Servo Điều khiển động chiều: Dẫn động chạy dao máy cơng cụ điều khiển số NC/CNC địi hỏi hệ điều khiển phải có khả điều khiển đồng thời tốc độ vị trí Mặc dù với phát triển công nghệ điện tử, động xoay chiều điều khiển tốc độ biến tần ngày phát triển mạnh mẽ động DC Servo sử dụng phổ biến máy công cụ điều khiển số Động DC Servo có loại: Có chổi than khơng chổi than a) DC Servo có chổi than DC Servo có chổi than gồm thành phần bản: Stator động nam châm vĩnh cửu, cuộn dây phần ứng lắp roto Trong trình hoạt động, từ trường cố định sinh từ nam châm vĩnh cữu gắn stator tương tác với dòng từ sinh từ cuộn dây roto có dịng điện chạy qua Q trình tương tác sinh moment tác động lên trục roto Moment biểu diễn theo phương trình: Luan van Tại Motion, ta chọn TO_Axis_PTO nhấn OK a) Chế độ Configuration Axis Technology Sau tạo thành công đối tượng kỹ thuật Axis, ta tiến hành cấu hình cho Axis hoạt động theo yêu cầu:  Tại Basic parameters → General, ta tiến hành lựa chọn kênh phát xung đơn vị tính 35 Luan van Do phần cấu hình khai báo cho phát xung PTO phần trước ta chọn kênh phát xung kênh 1, nên Select pulse generator ta chọn kênh phát xung Pulse_1 điều khiển ngõ phát xung tự động thêm vào Đơn vị ta sử dụng mm 36 Luan van  Tại Extended parameters → Mechanics, ta tiến hành đặt thông số: Pulses per motor revolution (số xung cần thiết để động quay vịng): L#20000 (thơng số lựa chọn 20000 ta muốn độ cao chuyển động) Distance per motor revolution (độ dài vịng quay): 360.0 (thơng số lựa chọn để tiện cho việc quan sát, 1mm tươn ứng với 10) Ở ta không cần thiết đảo chiều quay nên ta không quan tâm tới Invert direction signal 37 Luan van Hình 3.12: Cửa sổ cài thông số khoảng cách tương ứng với vòng quay  Tại Extended parameters → Dynamics → General Ta tiến hành cài đặt giới hạn tốc độ, thời gian tăng tốc giảm tốc Ta cần xác định ngưỡng tần số phát xung PLC để động quay với tốc độ định mức Tránh gây hư hõng động tần số phát xung cao làm tốc độ động vượt tốc độ định mức Ta xác định tần số phát xung PLC theo công thức sau: Pulse frequency of PLC = Pulses/Revolution x (Nominal speed of motor/60s) Do ta cần tốc độ nhỏ để quan sát nên ta chọn tần số phát xung lớn 10000 xung/giây, ứng với tốc độ động 0.5 vòng/giây Tần số xung lúc start/stop là: 1000 xung/giây Thời gian tang giảm tốc chọn 0.5s Các thông số vận tốc, gia tốc dơ phần mềm tự tính tốn 38 Luan van Khi kích hoạt chức Activate jerk limiter trình tăng giảm tốc trở nên mượt 39 Luan van  Tại Extended parameters → Dynamics → Emergency stop, ta chọn thời gian dừng khẩn cập 0.1 giây b) Chế độ Commissioning Axis Technology  Tại Technology object → Axis_1 [DB1], ta double click vào commissioning 40 Luan van  Axis control panel xuất hiện, cho phép ta thực cơng việc như:  Bật/tắt hoạt động Axis  Thực chuyển động Axis chế độ Jog  Điều khiển vị trí Axis chế độ Absolute hay chế độ Relative (chế độ Absolute hoạt động Axis vị trí gốc)  Vị trí gốc – Home axis  Thay đổi vận tốc Để kích hoạt chức chạy tay, ta chọn Manual xác nhận OK 41 Luan van Chọn Release phép hoạt động  Ở chế độ Jog, ta thay đổi vận tốc Axis (nằm giới hạn co phép cấu hình Axis), nhấn giữ Forward để động quay tới nhấn giữ Backward để động quay lùi 42 Luan van  Ở chế độ Positioning, ta cài đặt vận tốc vị trí ta muốn Axis quay tới thơng qua chế độ Absolute hay Realative 43 Luan van  Ở chế độ Homing, ta đặt vị trí home tìm vị trí home (phụ thuộc Input homing switch lúc cấu hình Axis) 3.2.4.3 Lập trình kiểm tra hoạt động a) Chức khối MC_Power: cho phép Axis tắt mở MC_MoveRelative: sử dụng để chuyển Axis tới vị trí tương đối so với vị trí bang đầu kích hoạt lệnh b) Lấy khối Ta tiến hành lấy khối trông thư viện 44 Luan van 45 Luan van Khi I0.0 lên mức cho phép Axis hoạt động, I0.0 xuống mức Axis dừng theo cấu hình định StopMode Ở đây, StopMode ta đặt 0; tín hiệu Enable = Axis thắng Servo theo cấu hình dừng khẩn cấp Mỗi lần I0.1 lên mắc 1, MC_MoveRelative dịch chuyển Axis khoảng cách đặt chân Distance với vận tốc chân Velocity Theo hàm trên, lần I0.1 lên mức Axis dịch chuyển đoạn 30mm với vận tốc 180mm/s Chương 4: KẾT LUẬN & ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận: Việc “Xây dựng mơ hình điều khiển động DC Servo phục vụ giảng dạy môn Điện – Điện tử Trung tâm Việt Đức” thành công khẳng định tác giả đồng nghiệp Trung tâm Việt Đức làm chủ hồn tồn cơng nghệ tạo điều kiện 46 Luan van làm việc cách tốt 4.2 Đề nghị: Mơ hình hồn tồn áp dụng cho việc học tập nghiên cứu giảng viên, sinh viên kỹ thuật viên chuyên ngành điện – tự động hoá Tài Liệu Tham Khảo http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2011/oct/psoc-3-stepper-motor-control-withprecision-microstepping 47 Luan van http://luanvan.net.vn/luan-van/tim-hieu-he-truyen-dong-dong-co-buoc-44510/ http://luanvan.co/luan-van/do-an-thiet-ke-mo-hinh-dieu-khien-dong-co-buoc-ung-dungphuc-hoi-robot-tu-hanh-32586/ http://www.picvietnam.com/download/Stepping/part1_step.PDF User’s Manual For MSDI410V2 Digital Dc Servo Driver Revision 2.0 Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA Portal, NXB Khoa học Kỹ thuật, TP.HCM 2015 48 Luan van Luan van ... cứu: Động DC Servo board điều khiển 1.4 Giới hạn nghiên cứu: Luan van Trong phạm vi đề tài ? ?Xây dựng mô hình điều khiển động DC Servo phục vụ giảng dạy môn Điện - Điện tử, Trung tâm Việt Đức? ??,... ? ?Xây dựng mô hình điều khiển động DC Servo phục vụ giảng dạy môn Điện – Điện tử Trung tâm Việt Đức? ?? thành công khẳng định tác giả đồng nghiệp Trung tâm Việt Đức làm chủ hồn tồn cơng nghệ tạo điều. .. ĐỨC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Trần