THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO AC NỘI DUNG ĐỒ ÁN 100 MB Bao gồm tất cả file, lưu đồ giải thuật thuyết minh, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đ[.]
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO AC NỘI DUNG ĐỒ ÁN 100 MB Bao gồm tất file,.lưu đồ giải thuật thuyết minh, vẽ nguyên lý, vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO AC MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu Trang 1.1 Servo motor 1 1.2 Servomotor 9 1.3 Servo Amplifier 18 Chương 2:Sơ đồ kết nối dây 21 2.1 Kết nối thiết bị ngoại vi 21 2.1.1 Một pha (100V 200V) thông số kỹ thuật vi mạch 21 2.1.2 Ba pha (200V) thông số kỹ thuật vi mạch 22 2.1.3 Ba pha (400V) Thông số kỹ thuật vi mạch 24 2.2 Dây mạch 25 2.2.1 Tên mô tả đầu cuối mạch 25 2.2.2 Tổn thất Servo Amplifier 26 2.3 Tín hiệu I / O 28 2.3.1 Ví dụ điển hình kết nối tín hiệu I / O 28 2.3.2 Danh sách đầu cuối CN1 30 2.3.3 Tên chức tín hiệu I / O 32 2.3.4 Giao diện Mạch 34 2.4 Dây mã hóa (Chỉ SGMGH Motors SGMSH) 38 2.4.1 Kết nối encoder 38 2.4.2 CN2 loại giao diện kết nối đầu cuối encoder 40 Chương 3: Thông số cài đặt tham số 41 3.1 Cài đặt theo đặc điểm thiết bị 41 3.1.1 Chuyển mạch hướng xoay Servomotor 41 3.1.2 Thiết lập giới hạn chức Overtravel 42 3.1.3 Hạn chế mo-men xoắn 46 3.2 Cài đặt theo máy chủ điều khiển 51 3.2.1 Tham chiếu tốc độ 51 3.2.2 Tham chiếu vị trí 54 3.2.3 Sử dụng tín hiệu đầu Encoder 60 3.2.4 Chuỗi tín hiệu I / O 63 3.2.5 Sử dụng chức Gear điện tử 64 3.2.6 Kết nối đầu vào điều khiển tốc độ 66 3.2.7 Sử dụng điều khiển momen xoắn 73 3.2.8- Chức cho chuyển tiếp momen xoắn 77 3.2.9 Hạn chế Analog tham chiếu điện áp 78 3.2.10 Chức cho chuyển tiếp tốc độ 79 3.2.11 Hạn chế momen xoắn tham chiếu Analog áp 80 3.2.12 Chức giới hạn xung tham chiếu 82 3.3 Thiết lập Servo Amplifier 83 3.3.1 Tham số 83 3.3.2 Tốc độ chạy 84 3.3.3 Cấp phát tín hiệu đầu vào vi mạch 84 3.3.4 Phân bổ đầu tín hiệu vi mạch 89 3.3.5 Lựa chọn chế độ kiểm soát 91 3.4 Thiết lập chức dừng 93 3.4.1 Điều chỉnh Offset 93 3.4.2 Lựa chọn chế độ dừng 93 3.4.3 Sử dụng chức Zero Clamp 95 3.5 Tổn thất 97 3.5.1 Tổn thất điện trở cuộn dây servomotor 97 3.5.2 Năng lượng tiêu tốn Servo Amplifier 101 3.6 Encoder tuyệt đối 103 3.6.1 Giao diện mạch 103 3.6.2 Cấu hình Encoder tuyệt đối 104 3.6.3 Cài đặt Encoder tuyệt đối 105 3.7 Hệ thống bảo vệ 107 3.7.1 MCCB cầu chì theo công suất điện 107 3.7.2 JUSP-TA50P Sơ đồ phần cuối số chân tên tín hiệu 109 3.8 Tham số đảo chiều 111 Chương 4: Ứng dụng servomotor 112 4.1 Làm phim 113 4.2 Máy hàn 114 4.3 Băng tải 116 4.4 Máy khoan 117 4.5 Máy dán nhãn 119 Chương 5: Thi công 121 5.1 Sơ đồ kết nối dây mạch động lực 123 5.2 Sơ đồ mạch điều khiển 124 5.3 PLC Mitshubishi FX1X 124 Kết luận 127 Phụ lục 128 Tài liệu tham khảo 143 LỜI NÓI ĐẦU Thế giới ngày chuyển dần từ thời đại công nghiệp sang thời đại công nghệ, thành cơng thuộc lực lượng nắm giữ cơng nghệ Hịa với xu hướng phát triển khoa học công nghệ, ngành điện thiết bị điện - điện tử ứng dụng ngày rộng rải mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đời sống xã hội Vì việc ứng dụng tiếp thu công nghệ quan trọng Vấn đề tự động hóa cơng nghiệp để giảm bớt lao động chân tay nâng cao suất lao động, đề tài bạn sinh viên, thầy cô trường kỹ thuật quan tâm nghiên cứu nhiều Chính sinh viên ngành điện cơng nghiệp nhìn nhận xu hướng chúng em trình học tập ghế nhà trường đồng thời nghiên cứu công nghệ vấn đề liên quan với chuyên ngành Sau thời gian học tập nghiên cứu định hướng thầy cô Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng chúng em đến tìm hiểu THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO AC và chọn làm đề tài đồ án tốt nghiệp Nội dung tập thuyết minh gồm chương: Chương 1 : GIỚI THIỆU Chương 2 : KẾT NỐI VÀ DÂY Chương 3 : THÔNG SỐ CÀI ĐẶT VÀ THAM SỐ Chương 4 : ỨNG DỤNG CỦA SERVOMOTOR Dù cố gắng thực đề tài này, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong đón nhận đóng góp ý kiến từ q thầy bạn Nhóm thực đồ án chân thành cảm ơn Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Hệ thống servo gì? Nó hệ thống để kiểm sốt dụng cụ khí phù hợp với biến đổi vị trí tốc độ mục tiêu giá trị Cơ cấu định vị: Hệ thống servo không đơn giản phương pháp thay điều khiển vị trí tốc độ cấu học, ngồi thiết bị khí đơn giản, hệ thống servo trở thành hệ thống điều khiển phương pháp điều khiển vị trí tốc độ Sau số ví dụ cấu định vị: Cơ cấu định vị đơn giản : Các vị dụ cấu xy lanh hay trục cam hay ly hợp phanh hã Ưu điểm cấu đơn giản, rẻ tiền, hoạt động tốc độ cao Cơ cấu định vị linh hoạt điều khiển servo motor Cơ cấu điều khiển vịng hở, nửa kín hay vịng kín Ưu điểm cấu độ xác đáp ứng tốc độ cao, dễ dàng thay đổi vị trí đich tốc độ cấu chấp hành Cơ cấu chuyển động định hướng Cơ cấu chuyển động theo hướng định định từ điều khiển Chuyển động chuyển động tịnh tiến hay quay Ưu điểm cấu chấp hành đơn giản nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động (do truyền động êm) Backlash hiệu chỉnh: Backlash hiểu nơm na giới hạn chuyển động hệ thống servo.Tất thiết bị khí có điểm trung tính chuyển động quay theo chiều dương âm (cũng giống động trước đảo chiều vận tốc phải giảm 0) Xét chuyển động tịnh tiến lui tới hình sau: Chuyển động tính tiến điều khiển động servo Chuyển động tới lui giới hạn khoản trống hình Như động quay theo chiều dương chiều âm theo số vòng định để chuyển động quét lên toàn khoản trống khơng vượt q khoản trống (đây điều kiện cốt lõi việc điều khiển động servo) Giới hạn gọi backlash Tuy nhiên thực tế độ động quay vịng xác để trượt trựơt xác quét lên toàn khoản trống khó thực khơng có bù trừ cho Và hệ thống servo thiết có hàm lệnh thực việc bù trừ, hiệu chỉnh Như hình vẽ trên, hệ thống servo gởi xung lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển xung lệnh hiệu chỉnh khơng tính đến đếm xung Hệ thống điều khiển Có ba dạng : Điều khiển vịng hở: Nghĩa điều khiển vị trí đặt lệnh cho động quay mà thơi Điều khiển nửa kín: Ở số vòng quay step motor mã hóa hồi tiếp điều khiển vị trí Nghĩa đến động step quay số vòng định tùy thuộc vào “ lệnh” điều khiển vị trí, nói cách khác điều khiển vị trí lệnh cho chạy dừng động theo lập trình sẵn có tùy thuộc vào ý đồ người thiết kế Điều khiển vịng kín Vịng hồi tiếp lúc khơng phải hồi tiếp từ trục động mà vòng hồi tiếp lúc hồi tiếp vị trí bàn chạy thong qua thướt tuyến tính Lúc điều khiển vị trí khơng điều khiển số vịng quay motor mà điều khiển trực tiếp vị trí bàn chạy Nghĩa sai số tĩnh sai khác bánh hay hệ thống truyền động loại bỏ Cấu hình hệ thống servo: Động servo Sự khác biệt động servo so với động sử dụng cảm ứng từ nói chung có máy dị để phát tốc độ quay vị trí Bộ điều khiển (Tính hiệu đầu vào) Điều khiển tốc độ đơng servo quay với tốc độ tương ứng với tính hiệu điện áp đầu vào VÌ giám sát tốc độ quay đông thời điểm Sơ đồ khối điều khiển động servo với vịng hồi tiếp vị trí tốc độ: Trong phần A B C phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp hiệu chỉnh lệnh Phần D E cấu thực thi hồi tiếp Các phần A B C phổ dụng sơ đồ khối điều khiển, phần D E tùy thiết bị sử dụng mà chúng có khác đơi chút chất chúng hồn tồn giống Sau số ví dụ phần D E thường gặp 1.2.servomotor Hình thức bên ngồi và tên Số lượng ngõ Loại servomotor Số series Ngày sản xuất Số lượng tốc độ motor Mẫu số Tiêu chuẩn servomotor Tên Servomotor Sigma II Series Thông số kỹ thuật phanh SGMAH 1:tiêu chuẩn SGMPH C:phanh với nguồn 24VDC SGMGH E:S+C SGMBH SGMPH:xem catalog cài đặt Công suất servomotor Thông số kỹ thuật trục quay Nguồn cung cấp Thay đổi thiết kế A:200V A SGMAH B:100V SGMPH D:400V SGMGH(1500rmp) SGMBH Thông số series encoder E SGMPH SGMBH A=200% B=250% Công suất sevomotor Encoder series Mã số Thơng số kỹ thuật 16-bit mã hóa tuyệt đối 17-bit mã hóa tuyệt đối A 13-bit mã hóa gia tăng B 16-bit mã hóa gia tăng C 17-bit mã hóa gia tăng SGMAH SGMPH SGMGH Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn - - SGMUH SGBMH - - Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tùy chọn Tùy chọn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Sự khác biệt so với motor thường: Về kết cấu hoạt đông động servo giống động thường Nhưng thiết kế để đáp ứng độ xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm sốt tốc độ vị trí phương tiên khí Khơng phải động dùng làm động servo. Động servo động hoạt động dựa theo lệnh điều khiển vị trí tốc độ Chính phải thiết kế cho đáp ứng phù hợp với nhu cầu điều khiển Về servo motor động bình thường giống mặc cấu tạo nguyên lý hoạt động ( có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây … ) Tuy nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà có số điểm cải tiến (dành cho mục đích đặc biệt) so với động thường Sau vài ví dụ nét đặt trưng động servo: 1.Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: Các động bình thường, muốn chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác cần có khoảng thời gian độ Trong số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt tốc độ mong muốn thời gian ngắn nhất, hoặt đạt vị trí mong muốn nhanh Ví dụ muốn điều khiển cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu xa vị trí X’ động quay với vận tốc lớn để tăng tốc, nhiên đến gần X’ đòi hỏi động cần giảm tốc tức để đạt vị trí mong muốn cách xác loại trừ vọt lố vị trí Các động thường đáp ứng điều Để động đáp ứng u cầu phải thiết kế cho rút ngắn đáp ứng tốc độ động Muốn ta cần giảm moment qn tính tăng dịng giới hạn cho động Để giảm moment qn tính động servo giảm đường kính rotor loại bỏ cấu sắt khơng cần thiết Để tăng dịng giới hạn, động servo sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp Đối với động nam châm vĩnh cữu cần thiết kế cho ngăn cản khử từ (hình dạng mạch từ) tăng khả từ tính nam châm (sử dụng nam châm đất rare earth magnet) 2.Tăng khả đáp ứng: Đáp ứng cần hiểu tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa gia tốc số hay gần số Một số động thang máy hay số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng tốc độ cấu phải “mềm”, tức trình độ vận tốc phải xảy cách tuyến tính Để làm điều cuộn dây động phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả chống lại biến đổi dòng điện mạch điều khiển yêu cầu Các động servo thuộc loại thường thiết kế giảm thiểu số cuộn dây mạch có khả thu hẹp vịng từ mạch từ khe hở khơng khí 3.Mở rộng vùng điều khiển (control range): Một số yêu cầu điều khiển cần điều khiển động dải tốc độ lớn định mức nhiều Động bình thường cho phép điện áp đặt lên phải điện áp chịu đựng động thông thường không lớn so với điện áp định mức Động servo thuộc loại có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng tăng khả bão hoà mạch từ động Như động servo thuộc loại phải tăng cường cách điện sử dụng sắt Ferrit nam châm đất (rare earth) Khả ổn định tốc độ: Động servo loại thường thiết kế cho vận tốc quay ổn định Như ta biết khơng có mạch điện hồn hảo, khơng có từ trường hồn hảo thực tế Chính động quay 1750 rpm khơng có nghĩa ln ln quay 1750 rmp mà dao động quanh giá trị Động servo khác biệt với động thường chỗ độ ổn định tốc độ khác cao Các động servo loại thường sử dụng ứng dụng đòi hỏi tốc độ xác (như robot) Nó thiết kế cho gia tăng dịng từ mạch từ lên cao gia tăng từ tính cực từ Các rãnh rotor thiết kế với hình dáng đặc biệt cuộn dây rotor bố trí khác đặc biệt để đáp ứng yêu cầu Tăng khả chịu đựng động cơ: Một số động servo thiết kế cho chịu đựng tín hiệu điều khiển tần số cao có khả chịu được yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ điều khiển Những động thường cải tiến phần để có tuổi thọ cao chống lại hao mòn ma sát ổ bi bạc đạn chổi than (đôi với DC) Các loại tính Servo Motors: Động Servo phân loại thành động servo DC, động servo AC, động bước Có hai loại động servo AC , động servo đồng động servo loại cảm ứng Phân loại động servo: Nét đặc trưng động servo: Cấu trúc động servo AC : Các tính động servo AC so với động servo DC: - Nam châm vĩnh cửu gắn sẳn roto từ trường quay - Cuộn dây cung cấp Stator tĩnh phần ứng - Mặt khác, chức điện Stator rotor đảo ngược, động AC servo khơng có chuyển mạch chuổi than mà động DC servo có Nguyên tắc hoạt động đông servo AC: Như hình động có ba cuộn dây với đầu chung cho tất cuộn dây Thông thường đầu chung đấu với nguồn dương nguồn kích từ theo thứ tự liên tục Theo hình động có góc quay 120 độ cho bước Rotor động có Stator có ba cực cách 120 độ Khi cuộn kích điện rotor bị hút vào cực một.Nếu dịng qua cuộn bị ngắt đóng dòng cho cuộn hai , rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ rotor hút vào cực hai Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho ba cuộn dây Bảng thể hiển rõ trình hoạt động động servo Các đặc điểm động servo: 1.3 Servo Amplifiers Hình thức bên ngồi Loại servo Amplifier Số series Áp dụng công suất Áp dụng nguồn cung cấp Mẫu số Sigma II Series SGDH Servo Amplifier Công suất tối đa áp dụng Servomotor Điện áp cung cấp A:200V B:100V D:400V Loại E:đối với momen xoắn,tốc độ kiểm sốt vị trí Cài đặt R: Rack mounted S: pha P: ống-thơng gió (chỉ đến 15kW) Công suất tối đa áp dụng Servomotor Công suất tối đa áp dụng Servomotor Ký hiệu Công suất (KW) Ký hiệu A3 0.03 50 A5 0.05 60 01 0.10 75 02 0.20 1A 04 0.40 1E 05 0.50 2B 08 0.75 3Z 10 1.0 3G 15 1.5 4E 20 2.0 5E 30 3.0 Công suất(KW) 5.0 6.0 7.5 11.0 15.0 20.0 30.0 37.0 45.0 55.0 Chương 2: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ DÂY 2.1 Kết nối đến thiết bị ngoại vi Phần cung cấp ví dụ tiêu chuẩn sản phẩm Sigma II Series kết nối thiết bị ngoại vi 2.1.1 Một pha (100V 200V) thông số kỹ thuật vi mạch chính: Thông số kỹ thuật Servo pack Yakawa SGDH-01BE,100V,100W Thông số kỹ thuật Servo AC SGMPH -01BB 100V,100W 5.1 Sơ đồ kết nối dây mạch động lực 5.2 Sơ đồ mạch điều khiển 5.3 PLC MITSHUBISHI FX1S Ký hiệu ngõ vào ngõ ra: Sơ đồ cung cấp nguồn cung cấp Thông số kỹ thuật đầu vào 24VDC FX1N đơn vị chính, khối mở rộng FX0N, FX2N khối mở rộng X0 → x7 X10 → ∞ Điện áp đầu vào 24V DC ± 10% Dòng diện đầu vào 24V DC, 7mA 24V DC, 5mA 24V DC, 5mA Chuyển đổi OFF→ON > 4.5mA > 3.5mA > 3.5mA đầu vào ON→OFF