Chương 2: Đánh Giá Các Phương Án 2.1. Chọn bộ phận xử lý Hệ thống tự động là một hệ thống phục vụ nhu cầu sản xuất hoặc dân dụng một cách tự động hoặc bán tự động trong công cuộc tự động hóa và hiện đại hóa đất nước. Các máy móc phải được hoạt động theo một chu trình nhất định theo chức năng và quy trình đã được định trước và người lập trình phải lập trình để hệ thống hoạt động theo yêu cầu và ổn định nhất trong thời gian hoạt động. Người lập trình có nhiệm vụ lựa chọn bộ xử lý để phù hợp với hệ thống và yêu cầu của người chủ sản phẩm nhất để tiết kiệm thời gian và tạo ra sản phẩm phù hợp nhất. Có rất nhiều bộ xử lý được dùng trong các hệ thống máy móc đang được sử dụng như: PIC, ARM, Arduino, PLC,… Mỗi loại xử lý đều có các đặc tính, ưu và nhược điểm riêng và quan trọng là chúng tương thích với một số hệ thống nhất định. 2.1.1. Vi xử lý PIC, ARM Vi xử lý PIC và ARM rất thông dụng và quen thuộc với các hệ thống trong dân dụng và rất được các cơ sở giáo dục giảng dạy. Vi xử lý này rất được ưa chuộng do có giá thành rẻ phù hợp với đa số các sinh viên, lập trình viên. Mặc khác, vi xử lý này thường dùng các ngôn ngữ thấp như C, C++, C,… giúp người lập trình dễ dàng soạn thảo chương trình và kiểm tra khi có lỗi. Tuy nhiên, vi xử lý này còn có các khuyết điểm đi kềm theo như: Các vi xử lý này thường ở dạng linh kiện, ít có các mạch thương mại trên thị trường nên người người lập trình cần am hiểu sâu về kiến thức điện tử để phối hợp vi sử lý với các linh kiện khác trên Board mạch để tạo ra một mạch hoàn chỉnh rồi mới tiến hành lập trình theo yêu cầu. Do các mạch này do người lập trình thiết kế và thi công nên chất lượng mạch thường không tốt, dễ xảy ra nhiễu khiến cho hệ thống hoạt động sai hoặc gây ra lỗi đột ngột trong quá trình vận hành máy Vì vậy, vi sử lý này thường dùng trong các hệ thống dân dụng do các công ty chuyên về thiết kế điện tử tạo ra để có được chất lượng mạch tốt, nhỏ gọn và giá thành hợp lý. 2.1.2. Board mạch Arduino Board mạch sử lý Arduino bắt đầu phát triển mạnh và được cộng đồng lập trình viên quan tâm và hưởng ứng. Bản chất Arduino là vi điều khiển AVR được các công ty chuyên về điện tử thiết kế mạch và phối hợp chúng lại với nhau. Do Arduino được sản xuất đại trà và có phân khúc giá rẽ nên được các sinh viên và các lập trình viên mới ưa chuộn. Mặc khác, Arduino là một nền tảng có mã nguồn mở và được cộng đồng trong nước và Quốc Tế hỗ trợ rất tốt nên đây là dụng cụ để dễ dàng học tập và nghiên cứu mới và chuyên sâu. Tuy vậy, Arduino còn có tồn tại các nhược điển như: Các board mạch đã được thiết kế sẵn nhưng vẫn dừng lại là mạch xử lý nên khi dùng thì người dùng phải hàn các linh kiện, Module lại với nhau nên độ ổn định còn phụ thuộc vào kiến thức và tay nghề điện tử của người lập trình nên gây tốn nhiều thời gian và giảm tính ổn định hệ thống Các Module và phụ kiên kết nối với Arduino thường dừng lại mức 5v nên việc áp dụng vào hệ thống trong công nghiệp rất khó để đồng bộ và đảm bảo tình ổn định của hệ thống Vì vậy, Arduino thường dùng cho các lập trình viên mới, người mới tập lập trình hoặc các hệ thống nhỏ trong dân dụng để giảm giá thành sản phẩm và dễ dàng thay thế, sữa chữa. 2.1.3. Bộ điều khiển PLC PLC là bộ lập trình logic được sử dụng phổ biến trong công nghiệp. PLC là thiết bị được các nhà sản xuất lớn thiết kế theo tiêu chuẩn trong công nghiệp nên khả năng tương thích và ổn định cao trong nhiều môi trường khác nhau. Do PLC được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp nên có nhiều Module chức năng tích hợp kèm theo hoặc các Module bên hãng thứ ba. Do các Module thiết kế theo tiêu chuẩn nên khi kết nối các PLC và các Module với nhau một cách dễ dàng mà vẫn đảm bảo được hiệu năng của chúng. Khi lập trình với PLC, người lập trình chỉ cần kết nối hệ thống qua các Domino ngõ vào hoặc ngõ ra một cách dễ dàng. Bên cạnh các ưu điểm đó, PLC còn có các khuyết điểm như: Giá thành cao so với người dùng là học sinh, sinh viên hay người mới bắt đầu nghiên cứu. Khi kết hợp với các bộ phận khác như cảm biến, van, đèn thì cần quan tâm tới sợ tương thích và cách kết nối chúng với PLC PLC được thiết kế sẵn số lượng ngõ vào và ngõ ra nên người lập trình cần phải tính toán số lượng ngõ vào, ngõ ra trước khi mua thiết bị. Trong một số trường hợp, số lượng cống kết nối không đủ thì cần sử dụng thêm các module hỗ trợ bên ngoài PLC thường thiết kế là bộ xử lý chính nên khi các tín hiệu ngõ vào hoặc ra phức tạp (như tín hiệu Analog, truyền thông,.. ) thì người dùng phải vần thêm các Module hỗ trợ từ hãng đễ xử lý các tín hiệu đó.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề Tài:Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Điều Khiển Ổn Định Tốc Độ Động Cơ Pha TP HỒ CHÍ MINH - 08/2020 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài:Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển ổn định tốc độ động pha TP HỒ CHÍ MINH - 08 /2020 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét : Điểm đánh giá: Ngày 19 tháng năm 2020 (ký tên, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhận xét : Điểm đánh giá: Ngày … tháng 08 năm 2020 ( ký tên, ghi rõ họ tên) i Mục lục LỜI MỞ ĐẦU vii Chương 1: Tổng Quan 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Ứng dụng đề tài thực tiễn .1 1.2.1 Khái quát chung 1.2.2 Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ “Điều khiển ổn định tốc độ động pha” thực tế .2 1.3 Nhận xét Chương 2: Đánh Giá Các Phương Án 2.1 Chọn phận xử lý 2.1.1 Vi xử lý PIC, ARM 2.1.2 Board mạch Arduino 2.1.3 Bộ điều khiển PLC 2.1.4 Tóm tắt xử lý 2.2 Lựa chọn hãng PLC 2.2.1 PLC Mitsubishi 2.2.2 PLC Simens 2.2.3 So sánh PLC kết luận 2.2.4 So sánh động DC động AC 2.2.5 So sánh động AC có chổi than động AC khơng có chổi than .9 2.3 Đánh giá chọn phương án tối ưu ii Chương 3: Tính tốn số liệu .10 3.1 Các kiến thức cần có thực đồ án 10 3.1.1 Yêu cầu công nghệ 10 3.1.2 Ngun lý làm việc mơ hình 10 3.1.3 Điều khiển lập trình PLC Mitsubishi (Fx3U) 10 3.1.4 Kiến thức PID 11 3.1.5 Các thiết bị mơ hình 11 3.1.6 Sơ đồ kết nối mô hình .11 3.2 Xây dựng mơ hình 12 3.2.1 Nguyên lý làm việc hệ thống 12 3.2.2 Cách thức vận hành hệ thống 13 3.3 Các thiết bị mơ hình .13 3.4 Tìm hiểu thiết bị 14 3.4.1 PLC mitsubishi FX3u 16MR 14 3.4.2 Module Analog FX3u-3A-ADP .15 3.4.3 Biến tần Mitsubishi 17 3.4.4 Nguồn 24VDC 18 3.4.5 Động pha 20 3.4.6 Động servo 24V (Nisca NF5475) 22 3.4.7 Động encoder .24 3.5 Kết luận chương 27 Chương Tìm Hiểu Về Các Thiết Bị Điều Khiển .28 iii 4.1 Tổng quan điều khiển lập trình PLC 28 4.1.1 Điều khiển lập trình 28 4.1.2 Ưu nhược điểm PLC 28 4.1.3 Cấu trúc PLC 29 4.1.4 Nguyên lý hoạt động PLC 31 4.2 Điều khiển PLC MITSUBISHI .32 4.2.1 Tổng quan PLC MITSUBISHI .32 4.2.2 Khảo Sát PLC Mitsubishi FX: 32 4.2.3 Phần Cứng Của PLC FX: .34 4.2.4 Vùng Nhớ Của PLC FX: 37 4.2.5 Các Tập Lệnh Cơ Bản Trong PLC Mitsubishi: .38 4.3 Thuật toán điều khiển PID FX .40 4.3.1 Giới thiệu điều khiển PID 40 4.3.3 Bộ điều khiển tỷ lệ (P) 43 4.3.4 Bộ điều khiển tích phân(I) 44 4.3.5 Bộ điều khiển vi phân(D) .45 4.3.6 Tổng hợp khâu, điều khiển PID 47 Chương Xây Dựng Thuật Toán, Lập Trình, Kết Nối Hệ Thống .49 5.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán 49 5.1.1 Khái niệm .49 5.1.2 Lưu đồ thuật toán 49 5.2 Sơ đồ kết nối hệ thống 50 iv 5.2.1 Sơ đồ kết nối nguồn 50 5.2.2 Sơ đồ kết nối PLC 51 5.2.3 Sơ đồ kết nối Biến tần với động pha .52 5.2.4 Sơ đồ kết nối động DC 24V .54 5.3 Kết nối PLC với máy tính .54 5.3.1 Các thiết bị sử dụng 54 5.3.2 Cách Nạp Chương Trình Vào Plc Mitshbishi: 55 5.4 Chương trình điều khiển 63 5.4.1 Bảng I/O 63 5.4.2 Chương trình điều khiển 64 5.5 Thiết kế điều khiển giám sát cho hệ thống 66 5.5.1 Phần mềm GT Designer 66 5.5.2 Giao diện hoàn thành máy tính 75 5.6 Tổng quan mơ hình 76 5.6.1 Bản vẽ chi tiết 76 5.6.2 Thiết kế mô 3D 79 5.6.3 Mơ hình thực tế 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84