Thiết kế, thi công mô hình hệ thống đồng bộ servo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO GVHD: ThS PHÙNG SƠN THANH SVTH: NGUYỄN HẢI HỒNG NGUYỄN PHÁT HUY SKL009222 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: CNKT Điều Khiển & Tự Động Hóa Đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO GVHD : ThS PHÙNG SƠN THANH SVTH : NGUYỄN HẢI HOÀNG 17151079 NGUYỄN PHÁT HUY LỚP : 17151CL3 Khóa : 2017 – 2021 17151081 Hệ đào tạo : Đại học quy (CLCTV) TP HCM, 06 tháng 08 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o -Tp HCM, ngày 06 tháng 08 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hải Hoàng MSSV: 17151079 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Phát Huy MSSV: 17151081 Ngành: CNKT Điều khiển Tự động hóa Lớp: 17151CL3 Giáo viên hướng dẫn: ThS Phùng Sơn Thanh ĐT: 0983960600 Ngày nhận đề tài: 22/03/2022 Ngày nộp đề tài: 06/08/2022 Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO Tài liệu sử dụng để tham khảo: • Những phương pháp ứng dụng để điều khiển động thực tế • Những ứng dụng thực tế đồng động • Những hệ thống thực tế ứng dụng đồng động Đề tài thực gồm nội dung: • • • • • • • • • Nghiên cứu động AC servo drive Tìm hiểu hệ thống điều khiển chuyển động Tìm hiều PLC Mitsubishi dòng Q module Simple Motion QD77MS16 Thiết kế, thi cơng mơ hình phần cứng Viết chương trình điều khiển Thiết kế hình HMI để giám sát, vận hành Chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh, cải tiến mơ hình Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp Báo cáo đề tài tốt nghiệp Sản phẩm: Mô hình mơ điều khiển vị trí, đồng AC servo TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o -Tp HCM, ngày 05 tháng 08 năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hải Hoàng Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Phát Huy MSSV:17151079 MSSV:17151081 Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO Xác nhận GVHD Tuần/ngày Nội dung (22/03-25/03) 2-4 (26/03 – 11/04) Đăng ký nhận đề tài Nghiên cứu lý thuyết, tài liệu tham khảo dự án liên quan 4–6 (12/04 – 22/04) Chọn thiết bị, nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng nhà sản xuất 6–8 (23/04 – 07/05) – 10 (08/05 – 21/05) 10 – 14 (22/05 – 23/06) 14 – 18 (24/06 – 27/07) 19 – 21 (28/07 – 06/08) Lên ý tưởng thiết kế phần cứng tiến hành đặt gia công Thi công phần cứng Lập trình thiết kế HMI Vận hành, điều chỉnh, cải tiến mơ hình Hồn thiện báo cáo GV HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o PHIẾU NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hải Hoàng MSSV: 17151079 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Phát Huy MSSV: 17151081 Ngành: CNKT Điều khiển Tự động hóa Lớp: 17151CL3 Giáo viên hướng dẫn: ThS Phùng Sơn Thanh Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Nội dung đủ cho đề tài tốt nghiệp Ưu điểm: Khuyết điểm: Còn sai số chạy tốc độ cao Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị cho bảo vệ Ý kiến khác: Tp HCM, ngày 06 tháng 08 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên : Nguyễn Hải Hoàng Nguyễn Phát Huy Tên đề tài : THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ SERVO Giảng viên Hướng dẫn : Phùng Sơn Thanh Giảng viên Phản biện : Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét chung nội dung đề tài Ý kiến kết luận (ghi rõ nội dung cần bổ sung, hiệu chỉnh) Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung để bảo vệ: Không bảo vệ: Câu hỏi phản biện (Giảng viên không cho SV biết trước) Điểm đánh giá đề tài: TP HCM, ngày … tháng … năm 2022 Người nhận xét LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin chân thành gửi lời cám ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào tạo chất lượng cao tạo điều kiện để nhóm thực đề tài có mơi trường trang thiết bị để nghiên cứu hoàn thành mục tiêu đề tài đặt Nhóm khơng qn gửi lời cám ơn sâu sắc đến hai người, Thầy Phùng Sơn Thanh Thầy Lê Hồng Lâm, ln đồng hành nhóm từ ngày đầu nhận đề tài nghiên cứu, tận tình giúp nhóm vạch định hướng phát triển ứng dụng đề tài sống Hỗ trợ nhóm khâu chuẩn bị trang thiết bị cần thiết, thiết bị thực đề tài vô đắt đỏ đối nhóm sinh viên Nhóm sinh viên gửi lời biết ơn đến thầy cô khoa Điện-Điện tử nói chung khoa Đào tạo chất lượng cao nói riêng! Cảm ơn thầy mang đến kiến thức vô giá, điểm tựa vững cho thân nhóm sinh viên chặng đường tới Nhóm sinh viên thực Nguyễn Hải Hoàng Nguyễn Phát Huy i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v TÓM TẮT ix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Giới hạn đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển chuyển động 2.2 Giới thiệu chung PLC 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Đặc điểm vai trò 2.3 Động servo 2.3.1 Giới thiệu động servo 2.3.2 Phân loại cấu tạo 2.3.3 Chức 2.4 Bộ khuếch đại servo 2.5 Bộ điều khiển chuyển động 10 2.6 Thiết lập truyền động điện tử cho module chuyển động 12 2.7 Các phương pháp điều khiển vị trí AC servo 13 2.7.1 Điều khiển tuyến tính 13 2.7.2 Điều khiển nội suy cung tròn 15 2.7.3 Điều khiển định vị độc lập điều khiển định vị liên tục 17 2.7.4 Điều khiển khối định vị 19 2.7.5 Tổng quan trình tăng/giảm tốc độ 20 ii 2.8 Điều khiển đồng động AC servo 21 2.8.1 Tổng quan điều khiển đồng 21 2.8.2 Hệ thống khí ảo 22 2.9 Màn hình HMI 26 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 27 3.1 Yêu cầu thiết kế 27 3.2 Phần khí 27 3.2.1 Phần băng tải 27 3.2.2 Phần đĩa quay 29 3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 32 3.3.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị sử dụng hệ thống 34 3.4 Mạch kết nối Servo Amplifier với Motion Module 44 3.5 Thi cơng mơ hình 45 CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 4.1 Mô tả hệ thống 46 4.2 Mơ tả hoạt động mơ hình giải thuật 46 4.2.1 Mô tả hoạt động mơ hình 46 4.2.2 Giải thuật điều khiển 46 4.3 Phần mềm cài đặt 51 4.3.1 Phần mềm lập trình 51 4.3.2 Giao diện giám sát 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 65 5.1 Kết 65 5.2 Nhận xét, đánh giá 65 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 6.1 Kết luận 67 6.2 Hướng phát triển 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật Base unit Q38B 34 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Module nguồn Q61P 35 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật CPU Q00JCPU 35 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Module Simple Motion QD77MS16 37 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật động HG-KR13 39 Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật drive servo MR-J4-10B 40 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật cảm biến Omron EE-SX672 40 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật hình MITSUBISHI GT1665M-STBA 41 Bảng 3.9 Thông số nguồn OMRON DRP024V120W1AA 44 Bảng 5.1.Kết thí nghiệm chuyển động mơ hình…… ….…………………………… 65 iv Chương 4: Giải thuật chương trình điều khiển Bước 3: Cài đặt mật để đăng nhập sau chọn “OK” Bước 4: Sau đã cài đặt mật khẩu, tiếp tục chọn “OK” để hoàn thành cài đặt 61 Chương 4: Giải thuật chương trình điều khiển 4.3.2 Giao diện giám sát ❖ Thiết kế giao diện HMI Hình 4.4: Giao diện hình HMI Hình 4.5: Giao diện hình chế độ MANUAL 62 Chương 4: Giải thuật chương trình điều khiển 63 Chương 4: Giải thuật chương trình điều khiển Hình 4.6: Giao diện hình chế độ đồng 64 Chương 5:Kết thực CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 5.1 Kết Sau hồn thành mơ hình nhóm thực thí nghiệm nhiều cấp tốc độ thu kết quả: Bảng 5.1: Kết thí nghiệm chuyển động mơ hình Cấp tốc độ Tốc độ u cầu Cấp 2000mm/min Hoàn thành Cấp 4000mm/min Hoàn thành Cấp 6000mm/min Hoàn thành Cấp 20000mm/min Hoàn thành 5.2 Nhận xét, đánh giá ❖ Về mặt lý thuyết - Nắm khái niệm nguyên lý hoạt động, lý thuyết điều khiển hệ thống đồng bộ, khí ảo, động Servo - Nghiên cứu cách thức hoạt động giao tiếp servo với thông qua mạng SSCNET III, nguyên lý hoạt động PLC hãng Mitsubishi dòng Q ❖ Về phần cứng - Phần cứng chắn, chịu áp lực động Servo quay tốc độ cao - Ít bị ảnh hưởng bới yếu tố bên - Kết cấu dễ dàng tháo lắp, an toàn với người vận hành ❖ Về phần mềm - Chương trình viết cách hoàn chỉnh, điều khiển dễ dàng cho người vận hành - Hệ thống giám sát HMI thị thơng số tốc độ, vị trí giúp theo dõi trạng thái động Servo 65 Chương 5:Kết thực - Nhóm đặt mục tiêu điều khiển là: + Đồng nhiều cấp tốc độ khác + Thời gian đáp ứng nhanh 66 Chương Kết luận hướng phát triển đề tài CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Trải qua trình nghiên cứu thi cơng mơ hình điều khiển đồng động Servo sử dụng mạng SSCNET III, với mục tiêu ban đầu đặt ra, nhóm hồn thành tốt theo đánh giá từ giảng viên hướng dẫn Sử dụng thuật toán điều khiển đồng mơ hình đáp ứng nhanh, điều khiển dễ dàng nhiều chế độ JOG (điều khiển tay), Speeding (điều khiển tốc độ) Synchronous (điều khiển đồng bộ) Tuy nhiên đề tài dừng lại mức mơ hình nên không tránh sai số đặc biệt hoạt động tốc độ cao 6.2 Hướng phát triển Đối với đề tài sau hoàn thành, nhận thấy hướng phát triển thực tế sau: - Nâng cấp hệ thống băng tải lưỡi dao, kết hợp với tính tốn góc quay điểm cắt để ứng dụng hệ thống thực phẩm, cắt lát thành phầm phô mai, … - Sử dụng động pha động servo, điều khiển thông qua biến tần gắn thêm Encoder vào đầu trục băng tải 67 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Đặng Thiện Ngôn, TS Trần Thanh Lam (2013) Giáo trình Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp: NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] TS Đặng Thiện Ngơn, TS Trần Thanh Lam (2013) Giáo trình Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp: NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [3] ThS Nguyễn Tấn Đời (2013) Giáo trình Điều khiển lập trình 1: NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] TS Đặng Thiện Ngơn, TS Trần Thanh Lam (2013) Giáo trình Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp: NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [5] MELSEC System Q Programable Controller Programing Manual [6] MELSEC-Q QD77MS Simple Motion Module User’s Manual (Positioning Control) [7] MELSERVO Model HG-MR, HG-KR, Servo Motor Instruction Manual (Vol3) [8] MELSERVO – J4-B Series Manual [9] MITSUBISHI QCPU User’s Manual (Function Explanation, Program Fundamentals) [10] GT16’s USER MANUAL 68 Phụ lục 69 Phụ lục 70 Phụ lục 71 Phụ lục 72 Phụ lục 73 Phụ lục 74 S K L 0