Đồng bộ tốc độ động cơ trong máy đột lỗ tốc độ cao

HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN  GVHD: Th.S LÊ HOÀNG LÂM SVTH: Trang 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

1.1.1 Khái niệm về máy đột lỗ

Máy đột lỗ là công cụ thiết yếu cho việc đột lỗ trên các vật liệu cứng như kim loại, gỗ và nhựa Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và xây dựng, với đa dạng loại và kích thước để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau.

Máy đột lỗ được trang bị các đầu đột như đầu tròn, đầu vuông hoặc đầu phẳng, tùy thuộc vào loại vật liệu và hình dạng lỗ cần tạo Để hoạt động hiệu quả, máy sử dụng động cơ cung cấp sức đẩy cần thiết để đưa đầu đột xuyên qua vật liệu, tạo ra lỗ theo yêu cầu.

Máy đột lỗ có hai loại điều khiển: bằng tay và máy tính Chúng thường được trang bị tính năng tự động đột và hệ thống làm mát, giúp duy trì nhiệt độ cho đầu đột trong suốt quá trình hoạt động.

Máy đột lỗ tốc độ cao công nghiệp là thiết bị chuyên dụng để đột lỗ trên các vật liệu cứng với hiệu suất cao hơn so với máy đột lỗ thông thường Loại máy này thường được ứng dụng trong các ngành sản xuất như ô tô, máy bay và tàu thủy.

Máy đột lỗ tốc độ cao công nghiệp được trang bị động cơ mạnh mẽ và khả năng xoay, cho phép đột lỗ đồng thời trên nhiều trục Hệ thống định vị chính xác của máy đảm bảo độ chính xác và chất lượng cao cho các lỗ đột.

Các loại máy đột lỗ tốc độ cao này thường được điều khiển bằng máy tính, giúp tăng

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 2 nâng cao tốc độ và độ chính xác trong quá trình đột lỗ Máy đột lỗ tốc độ cao được trang bị hệ thống làm mát và hút bụi, giúp giảm rung và mài mòn đầu đột, từ đó nâng cao tuổi thọ máy và giảm thiểu sự cố trong quá trình sử dụng.

Hình 1.2 Máy dập lỗ JYL-A5

Máy đột lỗ là thiết bị công nghiệp quan trọng, chuyên dùng để tạo lỗ trên các vật liệu cứng như kim loại, gỗ và nhựa Với nhiều ứng dụng đa dạng, máy đột lỗ đóng vai trò thiết yếu trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Sản xuất ô tô và máy bay sử dụng các vật liệu cứng như thép, nhôm và hợp kim kim loại Để tạo lỗ trên các bộ phận khác nhau như khung, động cơ và bánh xe, máy đột lỗ đóng vai trò quan trọng trong quy trình chế tạo.

- Ngành sản xuất điện tử: Máy đột lỗ được sử dụng để tạo lỗ trên các bảng mạch điện tử, giúp kết nối các linh kiện với nhau

Máy đột lỗ là thiết bị quan trọng trong sản xuất đồ trang sức, được sử dụng để tạo lỗ trên các vật liệu như vàng, bạc, đồng và các hợp kim kim loại khác Nhờ vào máy này, các sản phẩm trang sức như vòng cổ, lắc tay và khuyên tai có thể được chế tác một cách chính xác và tinh xảo.

Ngành sản xuất quảng cáo và in ấn tại Việt Nam đang ngày càng phát triển, với việc sử dụng máy đột lỗ để tạo lỗ trên các vật liệu như giấy, bạt và da, phục vụ cho việc sản xuất các sản phẩm quảng cáo như biển quảng cáo và hộp đèn quảng cáo Đồng thời, máy đột lỗ tốc độ cao cũng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất và gia công cơ khí, đặc biệt trong ngành sản xuất linh kiện điện tử và ô tô Nhiều công ty chuyên sản xuất máy móc đang nhập khẩu và phân phối các loại máy đột lỗ tốc độ cao từ những quốc gia tiên tiến về công nghệ như Nhật Bản, Đức và Hàn Quốc.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 3

1.1.3 Tình hình phát triển trên thế giới

Máy đột lỗ là công cụ cơ khí thiết yếu trong gia công kim loại và vật liệu khác Tính đến năm 2021, công nghệ và hiệu suất của máy đột lỗ đã có nhiều tiến bộ vượt bậc, đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao trong các ngành công nghiệp.

Các xu hướng phát triển máy đột lỗ trên thế giới bao gồm:

Máy đột lỗ hiện đại được tích hợp công nghệ số hóa và tự động hóa, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Các hệ thống này cho phép máy hoạt động tự động với độ chính xác cao, giảm thiểu sai số và thời gian dừng sản xuất.

Máy đột lỗ tốc độ cao hiện nay có khả năng tạo ra hàng chục lỗ mỗi giây, giúp tăng tốc độ sản xuất và rút ngắn thời gian gia công hiệu quả.

Máy đột lỗ mới được thiết kế với khả năng giảm độ ồn và độ rung trong quá trình hoạt động, giúp hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

Các máy đột lỗ mới hiện nay không chỉ đơn thuần thực hiện chức năng đột lỗ mà còn được tích hợp thêm nhiều chức năng gia công khác như cắt, uốn và hàn, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng và linh hoạt của thị trường.

Mục tiêu

Ứng dụng PLC điều khiển mô hình thực tế

Thiết kế và thi công mô hình máy đột lỗ tốc độ cao với hai động cơ Servo đồng bộ, cho phép điều chỉnh tốc độ đột một cách linh hoạt và đảm bảo hoạt động ổn định.

Vận hành và cài đặt các thông số trực tiếp trên màn hình điều khiển.

Giới hạn đề tài

Nghiên cứu chỉ tập trung vào việc thử nghiệm và xây dựng trên mô hình có kích thước và công suất nhỏ hơn nhiều so với thực tế Điều này dẫn đến việc vận hành chỉ đáp ứng các yêu cầu điều khiển và chế độ vận hành đơn giản Hơn nữa, khả năng gia công cho các vật liệu cứng vẫn còn hạn chế.

Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài này, nhóm sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu tổng hợp lý thuyết

Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này giới thiệu về đề tài nghiên cứu, nêu rõ lý do lựa chọn, mục tiêu và nội dung của nghiên cứu Đồng thời, chương cũng xác định các giới hạn thông số và bố cục của đồ án để đảm bảo tính hệ thống và logic trong quá trình thực hiện.

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

This article presents a theoretical foundation for Programmable Logic Controllers (PLCs), focusing on Mitsubishi PLCs and their components, including Servo Drivers, Servo Motors, and Encoders It also discusses the GX Works 2 software and Softgot2000, as well as the SSCNET III/H network Additionally, it elaborates on the theoretical aspects of the synchronized control system's components.

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình

Chương này trình bày yêu cầu về phần cơ khí và điện trong thiết kế Việc thiết kế các chi tiết cơ khí được thực hiện trên phần mềm Solidworks, kèm theo sơ đồ khối và sơ đồ kết nối dây cho hệ thống Sau đó, nhóm sẽ lựa chọn thiết bị phù hợp và bắt đầu thi công mô hình từ khâu cơ khí, lắp ráp và kết nối các thiết bị Cuối cùng, cần kiểm tra độ an toàn về điện để đảm bảo không gây ảnh hưởng tới con người và thiết bị.

Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển

Chương này mô tả hoạt động của hệ thống và giải thuật điều khiển, trình bày lưu đồ giải thuật

Trình bày các bước thiết lập các phần mềm điều khiển cho điều khiển đồng bộ

Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá

Chương này sẽ nói về kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, sau đó nhận xét về mục tiêu đã đặt ban đầu

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương này tổng kết những kết luận quan trọng từ việc hoàn thành mô hình, đồng thời chỉ ra những ưu điểm và nhược điểm của đồ án Bên cạnh đó, bài viết cũng đề xuất những hướng phát triển tiếp theo cho đề tài, nhằm nâng cao hiệu quả và ứng dụng của nghiên cứu trong tương lai.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về các thành phần của máy đột lỗ

Máy đột lỗ bao gồm hai phần chính: cơ cấu đột lỗ và phần đỡ phôi Mô hình này sử dụng ba động cơ, trong đó hai động cơ Servo gắn vào trục vit me đảm nhiệm việc di chuyển phôi theo phương X và Y Động cơ thứ ba, là động cơ 3 pha, có nhiệm vụ quay liên tục để điều khiển cơ cấu đột lỗ theo phương thẳng đứng Hệ thống được điều khiển bởi ba Driver MR-J4 cho các động cơ Servo, trong khi bộ điều khiển trung tâm Q03UDV quản lý hoạt động tổng thể của mô hình.

Tổng quan về điều khiển đồng bộ

2.2.1 Thế nào là điều khiển đồng bộ

Máy móc truyền thống hiện nay sử dụng các liên kết cam, bánh răng và ly hợp để truyền động từ động cơ chính đến các trục chuyển động, như trong xe hơi và xe máy Tuy nhiên, trong các dây chuyền phức tạp yêu cầu độ chính xác cao, việc liên kết cơ khí có thể dẫn đến sự mài mòn và mất chính xác theo thời gian Giải pháp là sử dụng động cơ Servo để điều khiển đồng bộ các trục, thay thế hệ thống cơ khí thật bằng hệ thống cơ khí ảo, giúp giảm thiểu mài mòn Động cơ Servo cung cấp độ chính xác cao nhờ khả năng phản ứng nhanh và công nghệ điều khiển qua mạng Điều khiển đồng bộ đảm bảo các hoạt động diễn ra theo chu kỳ thời gian chung, thực hiện theo trình tự xác định mà không gây xung đột, từ đó đảm bảo tính liên tục trong quá trình hoạt động.

2.2.2 Lợi ích của việc điều khiển đồng bộ

Việc điều khiển đồng bộ (Synchronous control) trong hệ thống có thể mang lại nhiều lợi ích quan trọng như sau:

Điều khiển đồng bộ đảm bảo rằng các hoạt động diễn ra theo một trình tự xác định và tuân thủ thứ tự, giúp các tác vụ hoạt động cùng nhau một cách hợp nhất mà không gây ra xung đột.

Quản lý tài nguyên chung là yếu tố quan trọng trong điều khiển đồng bộ, nơi các hoạt động chia sẻ tài nguyên thường diễn ra đồng thời Việc quản lý này một cách đồng bộ giúp giảm thiểu xung đột và đảm bảo rằng các tác vụ sử dụng tài nguyên một cách an toàn và hiệu quả.

Trong điều khiển đồng bộ, các hoạt động chờ đợi tại các điểm đồng bộ giúp đơn giản hóa giao tiếp và đồng bộ hóa giữa các phần của hệ thống Việc quản lý và điều khiển các tác vụ theo cách đồng bộ hóa không chỉ giảm bớt sự phức tạp mà còn tránh được các vấn đề liên quan đến không đồng bộ.

Trong điều khiển đồng bộ, các hoạt động diễn ra theo một trình tự xác định, giúp việc kiểm tra và gỡ lỗi trở nên dễ dàng hơn Khi phát sinh lỗi, chúng ta có thể nhanh chóng xác định vị trí và thứ tự các hoạt động để tìm ra nguyên nhân gây ra sự cố.

2.2.3 Ứng dụng điều khiển đồng bộ Điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ có rất nhiều ứng dụng trong thực tế Dưới đây là một số ví dụ về các lĩnh vực sử dụng điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ:

Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp, việc điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ là rất quan trọng để điều chỉnh vận tốc của các động cơ Điều này không chỉ đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra ổn định và chính xác mà còn giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

Trong lĩnh vực giao thông vận tải, việc điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ là rất quan trọng đối với các phương tiện như xe hơi, xe tải, tàu, máy bay và robot tự động Phương pháp này không chỉ giúp duy trì tốc độ ổn định mà còn điều chỉnh chuyển động của các hệ thống vận chuyển, từ đó nâng cao tính an toàn, hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Năng lượng tái tạo, bao gồm điện gió và điện mặt trời, sử dụng công nghệ điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và điều chỉnh lượng điện năng sản xuất.

Hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất đóng vai trò quan trọng, đảm bảo rằng các động cơ hoạt động đồng bộ và thực hiện các tác vụ theo đúng thứ tự và thời gian cần thiết Việc sử dụng hệ thống điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong hoạt động.

Hình 2.1 Máy chiết rót không dừng trong thực tế

Hình 2.2 Mô hình Flying Shear cắt cuộn thép trong thực tế

Giới thiệu về PLC

PLC (Bộ điều khiển lập trình - PLC) là một hệ thống tự động hóa phổ biến trong ngành công nghiệp, được sử dụng để kiểm soát và giám sát quy trình sản xuất hiệu quả.

PLC là một hệ thống điều khiển tự động bao gồm bộ vi xử lý, các mô-đun I/O và phần mềm lập trình riêng biệt Nhờ PLC, tín hiệu từ cảm biến và hoạt động của máy móc được thu thập và chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển, giúp điều khiển các thiết bị khác trong quy trình sản xuất hiệu quả.

PLC hoạt động bằng cách thu thập tín hiệu từ cảm biến và điều khiển máy móc, thiết bị cũng như quy trình sản xuất Các thành phần chính của PLC bao gồm CPU (Bộ xử lý trung tâm), mô-đun I/O (Đầu vào/Đầu ra), nguồn điện, màn hình hiển thị, phần mềm lập trình và các cổng kết nối.

PLC là thiết bị có khả năng xử lý các tác vụ điều khiển và lôgic trong thời gian thực, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy trong quy trình sản xuất Nó cung cấp tính năng lập trình linh hoạt, tích hợp giao tiếp mạng, khả năng mở rộng và tương thích với các hệ thống khác như máy tính và thiết bị đo đạc.

PLC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, điện tử, thực phẩm và nước giải khát Ngoài ra, PLC còn được sử dụng để điều khiển hệ thống HVAC, hệ thống tưới tiêu tự động và nhiều ứng dụng khác.

2.3.2 Ưu điểm và nhược điểm của PLC Ưu điểm của PLC:

PLC có độ tin cậy cao, được thiết kế đặc biệt để hoạt động hiệu quả trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt Nó có khả năng chịu đựng tốt các điều kiện khó khăn như rung động, nhiệt độ cao, bụi bẩn và độ ẩm, đảm bảo hoạt động ổn định và bền bỉ.

PLC nổi bật với hiệu suất và tốc độ xử lý nhanh chóng, đáng tin cậy, cho phép thực hiện các chương trình điều khiển phức tạp và xử lý các tác vụ thời gian thực một cách hiệu quả.

PLC có giao diện thân thiện và phần mềm lập trình dễ sử dụng, giúp người dùng nhanh chóng tiếp cận và lập trình các chương trình điều khiển hiệu quả.

PLC có khả năng kết nối và giao tiếp với các thiết bị cùng hệ thống khác thông qua các giao thức mạng chuẩn như Ethernet, Modbus và Profibus Điều này giúp tích hợp PLC dễ dàng vào các mạng công nghiệp hiện đại.

PLC có tính mở rộng cao nhờ vào các mô-đun mở rộng và khả năng giao tiếp mạng linh hoạt, giúp tích hợp và mở rộng chức năng của hệ thống để đáp ứng các yêu cầu cụ thể trong ứng dụng công nghiệp.

- Giá thành cao: PLC có giá thành cao, đặc biệt là đối với các dòng PLC cao cấp và các phụ kiện mở rộng

Thời gian học và đào tạo để sử dụng và lập trình PLC Mitsubishi có thể kéo dài do tính năng và chức năng phức tạp của nó, đòi hỏi người học cần có kiến thức kỹ thuật vững vàng.

Sử dụng PLC tạo ra sự phụ thuộc vào nhà cung cấp và hệ sinh thái sản phẩm của họ, điều này có thể hạn chế sự linh hoạt và lựa chọn của người dùng trong việc sửa chữa hoặc nâng cấp hệ thống PLC.

2.3.3 Vai trò của PLC Điều khiển quá trình: PLC được sử dụng để kiểm soát và điều khiển các quy trình và hoạt động trong một hệ thống sản xuất hoặc quy trình công nghiệp Nó nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra để đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả

PLC thực hiện các chương trình logic để xác định luồng điều khiển và hoạt động của hệ thống Nó sử dụng các ngôn ngữ lập trình như Ladder Diagram, Instruction List, Function Block Diagram và Structured Text để thực hiện quyết định và tính toán logic.

PLC là trung tâm kết nối và giao tiếp trong hệ thống tự động hóa, cho phép nhận dữ liệu từ cảm biến và gửi tín hiệu đến thiết bị đầu ra Nó cũng tương tác hiệu quả với các thiết bị ngoại vi và hệ thống quản lý, đảm bảo sự hoạt động đồng bộ và hiệu quả trong toàn bộ hệ thống.

PLC dòng Q của hãng mitsubishi

PLC dòng Q của Mitsubishi Electric là một dòng PLC cao cấp và mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa

CPU là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống, chịu trách nhiệm xử lý lệnh và điều khiển chương trình Dòng CPU Q nổi bật với khả năng xử lý nhanh chóng và độ tin cậy cao, đảm bảo hiệu suất tối ưu và thời gian phản hồi nhanh.

Module I/O (Input/Output) của Dòng Q hỗ trợ kết nối với nhiều thiết bị đầu vào và đầu ra như cảm biến, động cơ, van, và các thiết bị điều khiển khác Các mô-đun I/O này được thiết kế linh hoạt để đáp ứng đa dạng yêu cầu ứng dụng.

Dòng Q được trang bị màn hình hiển thị cảm ứng, mang đến giao diện người-máy (HMI) thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tương tác và cấu hình hệ thống một cách thuận tiện.

Dòng Q sử dụng phần mềm lập trình GX Works2, một công cụ mạnh mẽ cho việc lập trình và cấu hình các chương trình điều khiển GX Works2 hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, bao gồm Ladder Diagram, Instruction List, Structured Text và Function Block Diagram, giúp tối ưu hóa quy trình lập trình.

PLC dòng Q hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp mạng như Ethernet, CC-Link và RS-485, giúp kết nối và giao tiếp hiệu quả với các thiết bị và hệ thống khác nhau trong môi trường công nghiệp.

PLC dòng Q của Mitsubishi Electric nổi bật với tính linh hoạt, khả năng mở rộng, và hiệu suất cao Thiết bị này cung cấp độ tin cậy tuyệt vời, tạo nền tảng vững chắc cho việc điều khiển và tự động hóa quy trình công nghiệp PLC Q được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, điều khiển quá trình, hệ thống điều khiển tàu, cùng nhiều lĩnh vực khác.

Bảng 2.1 Thông tin các sản phẩm của Mitsubishi

STT Mã sản phẩm Số bước lệnh Thông tin thêm

Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

Hỗ trợ cổng kết nối: USB, Ethernet tương thích với CC-Link IE Field Cơ bản

Hỗ trợ cổng kết nối: USB, Ethernet tương thích với CC-Link IE Field cơ bản

Hỗ trợ cổng kết nối: USB, Ethernet tương thích với CC-Link IE Field

6 Q00UCPU 10K steps Bộ CPU PLC Q thông thường

Hỗ trợ cổng kết nối: USB, RS-232

9 Q03UDECPU 30K steps Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

Hỗ trợ cổng kết nối: USB, Ethernet

10 Q04UDEHCPU 40K steps Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

11 Q04UDHCPU 40K steps Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

12 Q06UDEHCPU 60K steps Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

13 Q06UDHCPU 60K steps Bộ CPU PLC Q tốc độ cao

Connection cable: fiber optic cable (SI)

Connection cable: fiber optic cable (GI)

PLC Q Số lượng khe cắm (Slots): 3

20 QJ72LP25-25 MELSECNET/H remote I/O Connection cable: Fiber optic cable (SI)

21 Q61P Bộ nguồn cấp cho PLC Q Điện áp 100 to 240 V AC, 6A

22 Q62P Bộ nguồn cấp cho PLC Q Điện áp 100 - 240 V AC

Hỗ trợ nguồn ra 24VDC

23 Q63P Bộ nguồn cấp cho PLC Q Điện áp 24VDC

24 QX10 Mô đun tín hiệu

Input Điện áp 100 - 120 VAC, 16 ngõ vào

Input Điện áp 100 - 120 VAC, 8 ngõ vào

Input Điện áp 24VDC, 16 ngõ vào

27 QX40H Mô đun tín hiệu

Input tốc độ cao Điện áp 24VDC, 16 ngõ vào

Input Điện áp 24VDC, 32 ngõ vào Kết nối bằng cổng cáp 40 chân

29 QX41-S1 Mô đun tín hiệu

Input tốc độ cao Điện áp 24VDC, 32 ngõ vào Kết nối bằng cổng cáp 40 chân

Input Điện áp 24VDC, 64 ngõ vào Kết nối bằng cổng cáp 40 chân

31 QX42-S1 Mô đun tín hiệu

Input tốc độ cao Điện áp 24VDC, 64 ngõ vào Kết nối bằng cổng cáp 40 chân

Giới thiệu về mạng SSCNET III/H

SSCNET III/H là mạng truyền thông chuyên dụng cho hệ thống điều khiển chuyển động trong các ứng dụng công nghiệp và robot, được phát triển bởi Mitsubishi Electric, một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

SSCNET III/H mang đến khả năng truyền thông đồng bộ và độ tin cậy cao giữa các thiết bị điều khiển và servo drive trong hệ thống điều khiển chuyển động Mạng này hỗ trợ truyền thông tốc độ cao và phản hồi chính xác, đảm bảo tín hiệu điều khiển được thực hiện một cách hiệu quả.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 18 cho phép việc truyền và phản hồi từ các servo drive được thực hiện đúng thời gian và đồng bộ Một số đặc điểm nổi bật của SSCNET III/H bao gồm khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển tự động.

SSCNET III/H cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 150 Mbps, mang lại thời gian phản hồi nhanh chóng và khả năng điều khiển chính xác, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

Mạng này áp dụng giao thức truyền thông đặc biệt nhằm đảm bảo đồng bộ hóa tín hiệu giữa các servo drive và bộ điều khiển Việc này giúp các động cơ và hệ thống chuyển động hoạt động đồng bộ theo cùng một chu kỳ thời gian, tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong quá trình vận hành.

SSCNET III/H mang đến khả năng mở rộng linh hoạt cho mạng lưới, cho phép kết nối nhiều thiết bị hơn Điều này giúp hệ thống có thể điều khiển đồng thời nhiều động cơ và trục chuyển động, nâng cao hiệu suất hoạt động.

Mạng này có độ tin cậy cao, được thiết kế để chống lại nhiễu điện từ và có khả năng tự phục hồi khi gặp lỗi kết nối Điều này đảm bảo hệ thống điều khiển chuyển động hoạt động ổn định và tin cậy.

SSCNET III/H đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm robot công nghiệp và máy gia công Nó cũng được áp dụng trong các hệ thống điều khiển chuyển động như máy in 3D, máy cắt và máy phay Mạng này mang lại tính linh hoạt và khả năng mở rộng, giúp các hệ thống tương tác và điều khiển các trục chuyển động một cách hiệu quả.

Động cơ Servo

Servo là một thuật ngữ trong tự động hóa và điều khiển, thường được sử dụng để

Hệ thống servo motor, thuộc bộ môn tự động điều khiển 19, bao gồm ba thành phần chính: servo motor, bộ điều khiển (servo drive) và cảm biến phản hồi (feedback sensors) Các thành phần này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình điều khiển.

Động cơ Servo, như hình 2.4 của hãng Mitsubishi, là một loại động cơ điện chuyên dụng, cung cấp mô-men xoắn và độ chính xác cao cho các ứng dụng điều khiển chính xác Động cơ này thường được điều khiển bằng tín hiệu điều khiển đặc biệt, giúp đạt được các thông số vị trí, vận tốc và lực tương ứng.

Bộ điều khiển servo (Servo drive) là thiết bị điện tử quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của servo motor, nhận tín hiệu từ nguồn điều khiển như PLC hoặc bộ điều khiển chính Nó điều chỉnh nguồn cấp và dòng điện đến servo motor để đảm bảo yêu cầu chính xác về vị trí, vận tốc và lực Để cung cấp thông tin về trạng thái và vị trí của servo motor, các cảm biến phản hồi (Feedback sensors) như encoder được sử dụng, gắn trực tiếp vào trục của servo motor để ghi lại vị trí và chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển phản hồi.

Hệ thống servo là công nghệ quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, bao gồm robot công nghiệp, máy CNC, máy in, máy cắt và tự động hóa Chúng cung cấp khả năng điều khiển chính xác về vị trí, vận tốc và lực, đồng thời đáp ứng nhanh chóng và chính xác theo yêu cầu của hệ thống điều khiển.

2.6.1 Phân loại động cơ Servo Động cơ Servo thông thường sẽ được phân ra làm hai loại chính đó là: động cơ AC Servo và động cơ DC Servo AC Servo được chia thành loại SM (Synchronous electric motors – Động cơ điện đồng bộ) và loại IM (Induced current electric motors – Động cơ điện cảm ứng)

Bảng 2.2 Các loại động cơ Servo [1]

Động cơ servo DC là một loại động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên lý của động cơ điện một chiều Nó bao gồm hai thành phần chính là rotor và stator, sử dụng nguồn điện DC để tạo ra mô-men xoắn và vận tốc chính xác.

Các đặc điểm và ưu điểm của DC servo bao gồm:

DC servo có khả năng đáp ứng nhanh chóng với tín hiệu điều khiển, cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách chính xác và linh hoạt.

DC servo nổi bật với độ chính xác cao trong việc điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cần sự chính xác và độ tin cậy.

- Tính ổn định: DC servo có tính ổn định tốt trong việc duy trì vị trí và tốc độ ổn định trong quá trình làm việc

- Dễ dàng điều khiển: Động cơ servo DC có khả năng được điều khiển dễ dàng thông qua các tín hiệu điều khiển analog hoặc digital

Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm của DC servo:

DC servo có tuổi thọ hạn chế do sự mài mòn của bộ chổi than và rotor, dẫn đến nhu cầu bảo trì và thay thế định kỳ để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

- Hạn chế công suất: DC servo có hạn chế về công suất so với một số loại động cơ khác như động cơ servo AC

Động cơ AC servo (Servomotor) là một loại động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên tắc của động cơ xoay chiều Loại động cơ này sử dụng nguồn cấp xoay chiều để tạo ra mô-men xoắn và vận tốc với độ chính xác cao.

Các đặc điểm và ưu điểm của AC servo bao gồm:

AC servo cung cấp độ chính xác cao trong việc điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi tính chính xác và độ tin cậy.

AC servo có khả năng đáp ứng nhanh chóng với tín hiệu điều khiển, cho phép thay đổi tốc độ quay một cách chính xác và linh hoạt.

- Khả năng tải nặng: AC servo có khả năng chịu tải nặng và duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi hoạt động ở mức công suất cao

Động cơ servo AC có tuổi thọ cao hơn so với động cơ servo DC vì không sử dụng bộ chổi than, điều này giúp giảm tần suất bảo trì và thay thế.

AC servo có khả năng điều khiển vận tốc một cách chính xác, giúp duy trì tốc độ ổn định và đạt được độ chính xác cao trong các ứng dụng công nghiệp.

AC servo có khả năng đa chức năng với các tính năng bổ sung như hệ thống phanh, cảm biến phản hồi và giao tiếp mạng Mặc dù vậy, AC servo cũng tồn tại một số hạn chế cần lưu ý.

Driver Servo

Driver servo là một thiết bị điều khiển được sử dụng để điều khiển động cơ servo

Nó đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống servo, đảm bảo việc điều khiển và điều chỉnh chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn của động cơ servo.

Driver servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển chính như PLC hoặc máy tính, chuyển đổi chúng thành điện áp và dòng điều khiển phù hợp cho động cơ servo Nó cung cấp nguồn và tín hiệu điều khiển, giúp động cơ servo hoạt động theo các thông số và yêu cầu cụ thể.

Driver servo được thiết kế đặc biệt để tương thích với từng loại động cơ servo, cho phép điều chỉnh các thông số kỹ thuật như công suất, dòng điều khiển, điện áp, tần số và các chức năng bổ sung khác, nhằm đáp ứng nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

Các tính năng chính của driver servo bao gồm:

- Điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn của động cơ servo

- Bảo vệ động cơ và hệ thống bằng cách theo dõi và giám sát các thông số quan

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 24 trọng như quá dòng, quá nhiệt, và quá tốc độ

- Tích hợp các chức năng bảo vệ và khắc phục lỗi, như bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch

- Giao tiếp với các thiết bị và hệ thống khác trong hệ thống tự động hóa thông qua các giao diện như RS-485, Ethernet, Profibus,

- Cung cấp các chức năng điều khiển mở rộng như điều khiển vòng lặp đóng mở, điều khiển PID, và kiểm soát dạng sóng

- MELSERVO-J4 Series: ABS, 22-bit (4194304-pulse) Encoder

- MELSERVO-J3 Series: ABS, 18-bit (262144-pulse) Encoder

- MELSERVO-JN Series: INC, 17-bit (131072-pulse) Encoder

Dòng Servo MR-J4 thế hệ mới, với công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới, mang đến khả năng điều khiển Servo vượt trội Tính năng chống rung chuyên dụng và autotuning thời gian thực giúp đạt được độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh và dễ dàng lắp đặt So với dòng Servo MR-J2S trước đó, kích thước của Servo MR-J4 và MR-J3 đã được giảm khoảng 40%.

Dòng Servo MR-J4 với tần số đáp ứng lên đến 2500Hz giúp giảm thời gian cài đặt xuống dưới 2 milli-giây, tối ưu hóa hiệu suất và công suất của máy, mang lại lợi ích tối đa cho cả người chế tạo máy và người sử dụng cuối.

MR-J4 mang lại tính năng an toàn vận hành cao với kiến trúc module, bao gồm đầu vào STO 2 kênh dự phòng trên tất cả các bộ khuếch đại MR-J4 và tùy chọn đầu vào SS1 theo tiêu chuẩn EN61800-5-2 Hệ thống hỗ trợ yêu cầu an toàn SIL2 (EN62061) và PLd (EN13849-1), đồng thời MR-J4B cung cấp mức hỗ trợ an toàn cao nhất cho các chức năng như SS2, SOS, SLS, SBC và SSM thông qua các bộ khuếch đại và bộ điều khiển chuyển động với module an toàn Sự linh hoạt này giúp người sử dụng tối ưu hóa chi phí bằng cách điều chỉnh cấu hình hệ thống theo yêu cầu an toàn cho các ứng dụng cụ thể.

Họ servo MR-J4 cũng giúp tiết kiệm chi phí với tốc độ bus nhanh hơn gấp 3 lần thông qua SSCNET III/H (Mạng Serial từ Servo tới chuyển động)

MR-J4 servo cũng được hỗ trợ đầy đủ bởi iQ Works phần mềm kỹ thuật được tích

Bộ môn Tự động điều khiển 25 của Mitsubishi Electric cung cấp giải pháp toàn diện với PLC, lập trình chuyển động và HMI, cùng khả năng phát triển trong một gói phần mềm duy nhất.

Ac Servo Melservo – J4, J3, JN Series có các động cơ khác nhau được cung cấp theo máy

Bảng 2.3 Các Driver tương ứng với các loại động cơ Servo [1]

Loại Công suất (W) Xung/vòng Bộ mã hoá Tốc độ Driver

11kW- 22kW 4194304 ABS/INC shared

Encoder

Encoder là thiết bị hoặc cảm biến dùng để đo và ghi nhận thông tin về vị trí, tốc độ và hướng của đối tượng chuyển động Thiết bị này thường được ứng dụng trong các lĩnh vực đo vị trí chính xác, điều khiển động cơ và hệ thống định vị.

Encoder sử dụng nhiều công nghệ để tạo ra xung tín hiệu, bao gồm đếm xung quang học, điện dung, điện trở và từ trường Các xung tín hiệu này sau đó được các thiết bị đọc encoder, như driver servo và bộ điều khiển PLC, sử dụng để tính toán và thu thập thông tin về vị trí cũng như chuyển động của đối tượng.

Hai loại encoder phổ biến thường được sử dụng nhiều là Absolute Encoder và Incremental Encoder

Incremental Encoder là một thiết bị dùng để đo và ghi nhận chuyển động của đối tượng, cung cấp thông tin về tốc độ và hướng quay, cũng như tính toán vị trí tương đối trong quá trình di chuyển Cấu trúc cơ bản của Incremental Encoder bao gồm bánh răng quay và cảm biến quang học Bánh răng quay có các khe, vạch hoặc điểm chỉ dẫn, gắn trên trục của đối tượng Cảm biến đọc thông tin từ bánh răng quay, và khi đối tượng quay, bánh răng tạo ra sự thay đổi tín hiệu đầu ra, thường là các xung tín hiệu Để xác định hướng quay, Incremental Encoder yêu cầu ít nhất hai kênh xung (A và B) được pha điện tử 90 độ với nhau.

Hình 2.7 Đĩa Encoder tương đối

Đĩa Encoder tương đối hoạt động dựa trên nguyên lý cung cấp thông tin vị trí chính xác của đối tượng đo Absolute Encoder, hay còn gọi là Encoder Tuyệt đối, có khả năng cung cấp tín hiệu đầu ra cho biết vị trí chính xác ngay cả khi mất điện Loại encoder này cho phép đọc giá trị vị trí tuyệt đối mà không cần xác định lại từ điểm ban đầu, nhờ vào cấu trúc cơ bản đặc trưng của nó.

Bộ môn tự động điều khiển 28 bao gồm bánh răng quay và hệ thống mã hóa, với bánh răng có các khe và điểm chỉ dẫn gắn lên trục quay của đối tượng Hệ thống mã hóa sử dụng cảm biến quang học để đọc thông tin từ bánh răng và chuyển đổi thành tín hiệu số đại diện cho vị trí tuyệt đối Absolute Encoder hoạt động bằng cách chia thành nhiều vị trí khác nhau quanh quỹ đạo chuyển động, cung cấp mã đặc biệt cho mỗi vị trí Mã này có thể được đọc bằng cảm biến hoặc bộ đọc đặc biệt, cho phép xác định chính xác vị trí tuyệt đối của đối tượng.

Hình 2.9 Đĩa Encoder tuyệt đối

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của đĩa Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối và encoder tương đối có những điểm khác biệt rõ rệt Encoder tuyệt đối nổi bật với khả năng cung cấp thông tin vị trí hoặc góc xoay cụ thể và duy nhất, không bị mất khi nguồn điện bị ngắt Khi nguồn điện được khôi phục, hệ thống vẫn có thể tiếp tục làm việc mà không cần quay về vị trí ban đầu Ngược lại, encoder tương đối chỉ cung cấp thông tin về sự thay đổi vị trí hoặc góc xoay từ một điểm tham chiếu đã xác định trước Khi nguồn điện bị mất, hệ thống không thể nhớ được vị trí làm việc trước đó Tuy nhiên, encoder tương đối cũng có những ưu điểm riêng.

Bộ môn tự động điều khiển 29 có giá thành khá cao, yêu cầu điều khiển phức tạp hơn và cần thiết bị hỗ trợ hiện đại, dẫn đến chi phí tổng thể cao hơn.

Phần mềm lập trình GX Works 2

Hình 2.11 Biểu tượng phần mềm GX Works 2

Hình 2.12 Màn hình khởi động GX Works 2

GX Works 2 là phần mềm lập trình do Mitsubishi Electric phát triển, cung cấp môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho việc lập trình và cấu hình các hệ thống điều khiển tự động Phần mềm này hỗ trợ các dòng sản phẩm PLC của Mitsubishi Electric, bao gồm MELSEC-F Series, MELSEC-Q Series và MELSEC-L Series.

GX Works 2 mang đến giao diện đồ họa thân thiện, giúp người dùng lập trình PLC dễ dàng bằng ngôn ngữ ladder logic và ngôn ngữ hướng đối tượng SFC (Sequential Function Chart).

Biểu đồ chức năng hoặc ngôn ngữ nội bộ của PLC cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho việc lập trình, kiểm tra và mô phỏng chương trình điều khiển.

Một số tính năng chính của GX Works 2 bao gồm:

- Lập trình PLC: Cho phép bạn tạo, chỉnh sửa và lưu trữ chương trình điều khiển cho PLC Mitsubishi

- Hỗ trợ nhiều dòng PLC: GX Works 2 hỗ trợ các dòng PLC khác nhau, cho phép bạn lập trình cho nhiều dự án và hệ thống khác nhau

- Giao diện đồ họa: Cung cấp giao diện trực quan và dễ sử dụng giúp bạn lập trình và cấu hình hệ thống điều khiển

GX Works 2 cung cấp tính năng mô phỏng chương trình, cho phép người dùng kiểm tra và tối ưu hóa quy trình phát triển trước khi triển khai thực tế, từ đó giảm thiểu lỗi không mong muốn.

- Quản lý dự án: Cho phép bạn tổ chức và quản lý các dự án PLC một cách hiệu quả, bao gồm quản lý tệp tin và tài liệu

GX Works 2 là phần mềm nổi bật trong lĩnh vực tự động hóa, chuyên dụng cho lập trình và cấu hình hệ thống điều khiển PLC Mitsubishi Phần mềm này không chỉ đơn giản hóa quy trình phát triển mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống, cung cấp các công cụ thiết yếu cho người dùng.

Phần mềm thiết kế giao diện điều khiển GT Designer 3

GT Designer 3 là phần mềm do Mitsubishi Electric phát triển, chuyên dùng để lập trình và thiết kế giao diện người dùng (HMI) cho các thiết bị điều khiển, bao gồm bộ điều khiển GOT2000 và GOT1000.

GT Designer 3 là phần mềm thiết kế giao diện người dùng cho thiết bị HMI của Mitsubishi Electric, cung cấp giao diện đồ họa trực quan và dễ sử dụng Với nhiều công cụ và tính năng phong phú, người dùng có thể tạo ra các màn hình điều khiển đa dạng, bao gồm đồ họa, biểu đồ, nút nhấn và bảng điều khiển Phần mềm cũng hỗ trợ lập trình các sự kiện và xử lý dữ liệu từ thiết bị điều khiển, giúp tối ưu hóa quá trình tạo ra các chương trình điều khiển hiệu quả.

GT Designer 3 là một công cụ mạnh mẽ cho phép lập trình và mô phỏng giao diện, giúp người dùng xem trước và kiểm tra hoạt động trước khi triển khai Phần mềm này hỗ trợ đa dạng ngôn ngữ lập trình và có khả năng giao tiếp hiệu quả với các thiết bị điều khiển của Mitsubishi Electric.

Hình 2.13 Biểu tượng phần mềm GT Designer 3

Hình 2.14 Màn hình chính GT Designer 3

Phần mềm GOT Softgot2000

Got SoftGOT2000 là phần mềm do Mitsubishi Electric phát triển, cho phép lập trình và cấu hình giao diện người dùng (HMI) cho thiết bị điều khiển dòng GOT2000 Điểm nổi bật của Got SoftGOT2000 là khả năng cho phép người dùng thiết kế giao diện trên máy tính mà không cần sử dụng phần cứng HMI vật lý.

Got SoftGOT2000 mang đến giao diện người dùng thân thiện, giúp người dùng dễ dàng thiết kế và chỉnh sửa màn hình HMI Phần mềm cung cấp đa dạng công cụ và chức năng để tạo đồ họa động, điều khiển tương tác, báo động, ghi nhật ký dữ liệu và giao diện giao tiếp Ngoài ra, nó hỗ trợ hiển thị đa ngôn ngữ và tích hợp mượt mà với các PLC Mitsubishi Electric cùng các thiết bị công nghiệp khác.

Với Got SoftGOT2000, người dùng có thể mô phỏng và kiểm tra màn hình HMI trên máy tính trước khi triển khai lên phần cứng thực tế, giúp sửa lỗi và tối ưu hóa thiết kế HMI Phần mềm này cung cấp khả năng tùy chỉnh linh hoạt và tính linh hoạt cao, đáp ứng các yêu cầu đa dạng của ứng dụng, đồng thời hỗ trợ nhiều tính năng tiên tiến.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 32 đồ họa vector, màn hình đa tab, hiển thị thời gian thực, quản lý người dùng và bảo mật

Hình 2.15 Biểu tượng phần mềm Got SoftGOT2000

Hình 2.16 Màn hình khởi động Got SoftGOT2000

Các thành phần của hệ thống điều khiển đồng bộ

2.12.1 Hệ thống cơ khí ảo Điều khiển đồng bộ có thể điều khiển bằng phần mềm bằng hệ thống cơ khí ảo thay vì điều khiển cơ học với bánh răng, trục, bánh răng hoặc cam thay đổi tốc độ Điều khiển đồng bộ đồng bộ hóa chuyển động trục đầu vào bằng cách thiết lập các tham số điểu khiển đồng bộ và bắt đầu điều khiển đồng bộ trên từng trục đầu ra

Hình 2.17 Hệ thống cơ khí ảo [2]

2.12.2 Module truyền động – trục đầu vào

Trục đầu vào sẽ có 2 thành phần chính: Encoder đồng bộ (Synchronous encoder axis) và Trục Servo thực (Servo input axis):

Trục servo thực (Servo input axis) là một thành phần quan trọng, sử dụng động cơ servo để điều khiển các cơ cấu khác Động cơ servo được điều khiển thông qua bảng chuyển động đơn giản, dựa trên các thông số đã được thiết lập trong hệ thống, giúp đảm bảo vị trí chính xác của trục đầu vào.

Hình 2.18 Main shaft (main input axis) [2]

- Encoder đồng bộ (Synchronous encoder axis): Dùng để điều khiển trục đầu

Bộ môn Tự động Điều khiển 34 sử dụng xung đầu vào từ bộ mã hóa đồng bộ để giám sát trạng thái của encoder sau khi nguồn điện hệ thống được bật Thiết bị này có vai trò quan trọng trong việc đo lường và phản hồi vị trí, vận tốc hoặc gia tốc của động cơ.

2.12.3 Các module truyền động – trục đầu ra

Bảng 2.4 Các module truyền động – trục đầu ra [2]

Bộ phận Tên Chức năng

Gear Được sử dụng để thay đổi tỷ lệ vòng quay hoặc hướng quay cho giá trị quãng đường (xung) được nhập từ module ổ đĩa

Cutch Được sử dụng để truyền vòng quay module ổ đĩa đến module đầu ra trong lúc vận hành

Differential gear Được sử dụng để dịch chuyển pha module đầu ra để điều chỉnh vị trí bắt đầu vận hành

Speed change gear Được sử dụng để thay đổi tốc độ của module ngõ ra

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 35 Đĩa cam Được xử lý dựa trên lượng chuyển động đầu vào và dữ liệu cam cài đặt

Giá trị nguồn cấp hiện tại được xuất ra dưới dạng lệnh tới bộ khuếch đại servo

2.12.4 Dữ liệu Cam Điều khiển hoạt động của trục đầu ra, điều khiển đồng bộ được vận hành bằng cam

Có thể thực hiện các hoạt động với các chức năng cam:

- Two-way operation: vận hành với hành trình cam không đổi

- Feed operation: Vị trí tham chiếu được cập nhật mỗi chu kì

- Linear operation: Hoạt động tuyến tính trong mỗi chu kì khi tỷ lệ hành trình là 100%

Trục đầu ra được điều khiển bởi giá trị nạp hiện tại, được chuyển đổi từ giá trị đầu vào, cụ thể là giá trị hiện tại của trục cam trong mỗi chu kỳ, dựa trên dữ liệu cam.

Hình 2.20 Các loại dữ liệu Cam

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

Giới thiệu

Mô hình đồng bộ của nhóm thi công là một mô hình thực nghiệm, vì vậy cần thiết kế và thi công sao cho đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã đề ra.

- Có khả năng đồng bộ 2 trục động cơ, dễ dàng điều khiển, hoạt động ổn định

- Kết cấu chắc chắn, có khả năng tháo lắp, an toàn với người vận hành

Mô hình đồng bộ Servo cho máy đột lỗ tốc độ cao bao gồm hai phần chính: cơ khí và điện Cần tính toán giới hạn khối lượng và kích thước để đảm bảo mô hình gọn nhẹ, chắc chắn và thẩm mỹ Để hoàn thành đúng tiến độ, quá trình thi công được chia thành hai giai đoạn: phần cơ khí và phần điện.

Phần cơ khí

3.2.1 Yêu cầu phần cơ khí

Mô hình máy đột lỗ tốc độ cao sử dụng hệ thống điều khiển đồng bộ 3 trục chuyển động, bao gồm 2 trục vitme di chuyển theo phương X và Y để điều khiển vị trí phôi, cùng với 1 trục còn lại đảm nhiệm chức năng cơ cấu đột lỗ, thực hiện quay liên tục Các bộ phận cơ khí trong hệ thống này được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác trong quá trình đột lỗ.

Hai trục vitme đóng vai trò quan trọng trong quá trình đột lỗ, bao gồm hai động cơ Servo gắn với hai trục vitme tương ứng, giúp dịch chuyển phôi theo phương x, y Để đảm bảo độ chính xác và cứng cáp, hai trục này cần được thi công đế chắc chắn để chịu lực đột lỗ Vật liệu nhôm được sử dụng để chế tạo hai trục vitme, giúp giảm trọng lượng và tăng độ cứng, cho phép trục di chuyển dễ dàng và chịu lực đột lỗ hiệu quả Kích thước của hai trục vitme phụ thuộc vào kích thước của phôi cần đột lỗ, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

Trục đột lỗ bao gồm một động cơ kết nối với cơ cấu đột lỗ, trong đó cơ cấu giống như bánh đà được lắp vào cơ cấu trượt Động cơ kéo quay bánh đà, tạo ra chuyển động lên xuống với tốc độ cao để thực hiện quá trình đột lỗ Cơ cấu yêu cầu hoạt động ổn định ở tốc độ 500 vòng/phút, quay liên tục và đủ lực để đột, vì vậy phần cơ cấu được thiết kế bằng phần mềm Solidworks nhằm đảm bảo độ chính xác tối ưu.

3.2.2 Thiết kế phần khung mô hình trên phần mềm SolidWorks

Khung mô hình là một phần quan trọng, bao gồm bệ đỡ mô hình, khung gắn cơ cấu phần đột và trạm điều khiển, có chức năng nâng đỡ và hỗ trợ cho toàn bộ hệ thống.

Bệ đỡ mô hình được chế tạo từ vật liệu nhôm bền bỉ, đảm bảo kích thước phù hợp để có thể nâng đỡ trọng lượng của mô hình một cách hiệu quả.

- Phần khung gắn cơ cấu đột cần sự chắc chắn, gọn và có thể chịu lực lớn

Trạm điều khiển bao gồm các module như Servo driver, CPU, nguồn và domino, vì vậy cần gắn các module này một cách cố định để đảm bảo tính chắc chắn và thuận tiện trong quá trình vận hành.

Hình 3.1 Chiều dài và chiều rộng khung đế hệ thống

Hình 3.2 Độ dày khung đế hệ thống

Hình 3.3 Giá đỡ cơ cấu đột

3.2.3 Thiết kế các chi tiết cho cơ cấu đột lỗ trên phần mềm SolidWorks Đây là phần cơ cấu quan trọng của mô hình, nên đã được tính toán, thiết kế kỹ càng trên Solidwork để các chi tiết liên kết với nhau tạo thành cơ cấu đột, chuyển chuyển động quay thành chuyển động thẳng, đảm bảo hoạt động trơn tru Vì là bộ phận tạo lực, hoạt động rất nhiều, quay liên tục nên vật liệu được chọn làm là kim loại là nhôm, inox, để đảm bảo độ bền, cứng cáp và chính xác của cơ cấu

Bảng 3.1 Thiết kế các chi tiết cơ cấu đột

Hình 3.4 Cơ cấu đột sau khi hoàn thiện

Phần điện

Mô hình bao gồm 3 động cơ Servo, 3 Driver, nguồn, cảm biến, bộ Module và domino Để các trục động cơ hoạt động liên tục mà không vướng vào phần điện, cần thiết kế gọn gàng, thẩm mỹ và đảm bảo an toàn về điện.

Khối nguồn sử dụng nguồn 220V AC để cung cấp điện cho PLC, Driver, và nguồn 24VDC để cấp điện cho các cảm biến giới hạn hành trình.

Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu phản hồi từ encoder của động cơ servo và các cảm biến giới hạn hành trình, từ đó thực hiện tính toán để vận hành hệ thống hiệu quả Nó cũng gửi dữ liệu đến màn hình điều khiển và nhận lệnh điều khiển từ màn hình.

Khối cảm biến: đảm bảo an toàn cho hệ thống khi tới vị trí giới hạn tín hiệu từ cảm biến sẽ được gửi về cho Driver

Khối hiển thị cho phép người vận hành theo dõi và điều khiển hoạt động của mô hình một cách hiệu quả Trong khi đó, khối Driver có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm, giúp điều khiển động cơ và nhận tín hiệu phản hồi từ động cơ để đảm bảo hoạt động chính xác.

Khối động cơ hoạt động dưới sự điều khiển của bộ xử lý trung tâm, nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và phản hồi tín hiệu từ encoder Nó đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các cơ cấu chấp hành của hệ thống.

3.3.3.1 Chọn thiết bị cho khối nguồn

Mô hình sử dụng nguồn 220V AC để cấp điện áp 220VAC cho PLC và Driver, đồng thời cung cấp nguồn 24VDC cho các cảm biến giới hạn hành trình.

Hình 3.6 CP32 FM 10A Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật CP32 FM 10A Điện áp định mức 240VAC, 125VDC Dòng định mức 10A

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật: Module nguồn Q61P-A1 Nguồn đầu vào 100-240VAC

Tần số đầu vào 50/60Hz ±5%

Dòng ra định mức 6A Điện áp đầu ra 5V Bảo vệ quá dòng ≥ 6.6A/5VDC Bảo vệ quá áp 5.5 đến 6.5V

QP61 là nguồn điện cho hệ thống PLC Q Series, đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn với các tính năng bảo vệ như chống quá dòng, quá áp và ngắn mạch Thiết bị này cũng cung cấp các tín hiệu báo hiệu trạng thái nguồn điện, bao gồm tín hiệu hoạt động bình thường, mất nguồn, quá dòng và các tín hiệu bảo vệ khác.

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật nguồn 24VDC

3.3.3.2 Chọn thiết bị cho khối cảm biến

Để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành của mô hình sử dụng cơ cấu vitme, cần thiết phải trang bị các cảm biến giới hạn hành trình Nhóm đã tiến hành lựa chọn các cảm biến phù hợp cho mục đích này.

Hình 3.9 Cảm biến chữ U Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật cảm biến chữ U

Series EE-SX674 NPN (NO)

Loại cảm biến Thu – phát

Dòng tiêu thụ Max 12 mA

Khoảng cách phát hiện 5mm Vật phát hiện chuẩn Vật mờ đục: 2 × 0.8 mm

Nguồn sáng LED hồng ngoại (940 nm)

Tần số đáp ứng 1 kHz

Chỉ thị hoạt động Led đỏ

❖ Cảm biến tiệm cận dẹt:

Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận dẹt Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận dẹt

Ngõ ra NPN hoặc PNP, NO hoặc NC

Tần số đáp ứng 500Hz

Mạch bảo vệ Ngược cực cấp nguồn

Quá áp tức thời Nhiệt độ làm việc -40 o C~70 o C

3.3.3.3 Chọn thiết bị cho khối động cơ Servo

Hệ thống cần đáp ứng yêu cầu về tốc độ và độ chính xác cao trong việc xác định vị trí Để đạt được điều này, nhóm đã quyết định sử dụng động cơ AC servo của Mitsubishi, được trang bị Encoder có độ phân giải lớn, để lắp đặt vào các trục.

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật: Servo HG-KR053 Điện áp cung cấp 200VAC

Tốc độ vòng quay 3000 vòng/phút

Encoder 22-bit, độ phân giải 4.194.304 xung/vòng

Mô men xoắn 0.16 Nm, Max 0.56 Nm

Servo Amplifiler MR-J4-10B, MR-J4-10B-RJ

Cấp độ bảo vệ IP65

Hình 3.12 Servo HG-KR13 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật Servo HG-KR13 Điện áp cung cấp 200VAC

Tốc độ vòng quay 3000 vòng/phút

Encoder 22-bit, độ phân giải 4.194.304 xung/vòng

Mô men xoắn 0.16 Nm, Max 0.56 Nm

Servo Amplifiler MR-J4-10B, MR-J4-10B-RJ

Cấp độ bảo vệ IP65

3.3.3.4 Chọn thiết bị cho khối xử lý trung tâm

Do mô hình sử dụng CPU Q03UDV và Simple Motion Module nên cần 1 đế để liên kết với nhau

Hình 3.13 Đế Q321B Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật: Đế Q312B Phạm vi sử dụng Q series

Số khe cắm 12 I/O Slots và 1 Power Supply Slot Kích thước (mm) 98(H)x439(W)x41.1(D)

Khung cơ sở Q312B của hãng Mitsubishi là thành phần quan trọng trong dòng PLC Q Series, giúp cung cấp nguồn điện và kết nối cho các mô-đun khác Chức năng chính của đế Q312B là tạo ra một hệ thống điều khiển tổng thể hiệu quả và đáng tin cậy.

Dưới đây là một số chức năng chính của Đế Q312B:

Đế Q312B cung cấp nguồn điện DC, thường là 24VDC, cho các mô-đun gắn vào, đáp ứng yêu cầu của PLC và các mô-đun khác.

Đế Q312B được thiết kế với các khe cắm linh hoạt, cho phép gắn các mô-đun như mô-đun I/O, mô-đun điều khiển chuyển động, mô-đun giao tiếp và mô-đun bộ nhớ Điều này giúp kết nối và truyền dữ liệu hiệu quả giữa các mô-đun trong hệ thống PLC, nâng cao khả năng hoạt động và quản lý quy trình tự động hóa.

Đế Q312B đảm bảo bảo vệ và quản lý hiệu quả cho các mô-đun gắn vào, với các chức năng bảo vệ chống tắc nối ngược, chống chập điện và bảo vệ quá dòng Ngoài ra, thiết bị còn tích hợp cơ chế tự động khởi động lại sau khi xảy ra lỗi, giúp duy trì hoạt động ổn định và an toàn.

Việc sử dụng động cơ AC Servo yêu cầu bộ điều khiển phù hợp, trong đó PLC là lựa chọn tối ưu hơn so với Vi điều khiển Điều này là do AC Servo hoạt động với điện áp xoay chiều 220V, trong khi Vi điều khiển thường sử dụng điện áp một chiều, dẫn đến khó khăn trong khả năng tương thích và nguy cơ gây nhiễu Nhóm đã chọn PLC Mitshubishi Q-CPU, cụ thể là mã Q03UDV CPU, để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định.

Hình 3.14 Q03UDV CPU Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật Q03UDV CPU

Tốc độ xử lý (LD instruction) 1.9μs

Bộ nhớ chương trình 120 KB

Số I/O tối đa có thể mở rộng 8192

Cổng truyền thông RS232, USB, Ethernet

Bộ nhớ SD Card, SDHC Card

Hãng sản xuất Mitsubishi – Nhật Bản

Q03UDV CPU là mô-đun xử lý trung tâm trong dòng PLC Q Series của Mitsubishi Electric, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển PLC Mô-đun này tích hợp nhiều chức năng, giúp quản lý và điều khiển các quy trình tự động hiệu quả.

Thi công mô hình

Hình 3.23 Tổng quan mô hình 3D nhìn từ phía trên xuống trên Solidworks

Hình 3.24 Tổng quan mô hình 3D trên Solidworks

3.4.1 Thi công phần cơ khí

Sau khi hoàn tất việc sắp xếp mô hình 3D các thiết bị trên phần mềm SolidWorks, nhóm tiến hành bố trí thiết bị trên mô hình thực tế Tiếp theo, nhóm thực hiện khoan và taro lỗ để cố định các thiết bị vào khung của mô hình.

Hình 3.25 Bố trí các thiết bị trên mô hình thực

Hình 3.26 Cố định khối xử lý trung tâm

Hình 3.27 Cố định khối Driver

Hình 3.28 Khoan và taro lỗ để cố định các thiết bị

Hình 3.31 Lắp đặt cơ cấu đột

Hình 3.32 Kết nối nguồn cho các thiết bị

Hình 3.33 Cầu đấu nguồn cho các thiết bị

Hình 3.34 Mô hình sau khi hoàn thiện

GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Mô tả hoạt động của mô hình

Mô hình hoạt động dựa trên 2 chế độ chính đó là tự động và bằng tay

Chế độ bằng tay (Manual) cho phép người vận hành chọn điều khiển bất kỳ trục nào Động cơ 1 (trục X) có hành trình tối đa 30cm, động cơ 2 (trục Y) có hành trình tối đa 3cm, và động cơ 3 (trục Z) kết nối với cơ cấu đột lỗ thông qua hệ thống bánh đà để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Người vận hành có thể nhập tốc độ cho từng trục để điều khiển ở chế độ Jog + và Jog – đến vị trí mong muốn, cũng như thiết lập Home 0 cho từng trục hoặc di chuyển đến vị trí cụ thể với chế độ INC và ABS (sau khi đã thiết lập Home 0).

Chế độ tự động (Auto) cho phép người vận hành nhập các thông số như tốc độ đột, khoảng cách giữa hai lỗ đột, chiều dài và chiều rộng lỗ đột Sau khi thiết lập vị trí Home cho trục Z ở chế độ Manual và đảm bảo ba trục đều ở vị trí Home (Vị trí 0), người dùng chỉ cần nhấn nút Start (Punch Auto) để hệ thống tự động tính toán số hàng và số lỗ cần đột, sau đó tiến hành quá trình đột lỗ Tốc độ của trục Z sẽ được duy trì và trục X sẽ đồng bộ với tốc độ này Sau khi hoàn thành quá trình đột, máy sẽ tự động trở về vị trí Set Home ban đầu (Vị trí 0) Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng một số nút cố định tốc độ trên màn hình HMI để cài đặt nhanh chóng tốc độ đột.

Chế độ Test cho phép người dùng nhập tốc độ đột và khoảng cách giữa hai lỗ đột, sau đó nhấn On để máy tiến hành đột Khi nhấn Off, hệ thống sẽ dừng lại và quay về vị trí Home 0 Chế độ này rất hữu ích để kiểm tra khoảng cách và hình dạng các lỗ đột trước khi chuyển sang chế độ tự động.

Lưu đồ giải thuật

Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật chọn chế độ điều khiển

Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển Manual

Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật chế độ về Home 0

Phần mềm điều khiển và giám sát

Mô hình yêu cầu nhập thông số, điều khiển và giám sát hoạt động, hiển thị các thông số cũng như thông báo lỗi trong quá trình vận hành Nhóm đã quyết định không sử dụng màn hình HMI, do đó việc giám sát và vận hành được thực hiện trực tiếp trên màn hình máy tính thông qua phần mềm GT SoftGOT2000 Dưới đây là các giao diện mà nhóm đã thiết kế trên phần mềm GT Designer 3.

Màn hình đăng nhập cho phép người dùng chọn chế độ điều khiển và hiển thị thông báo lỗi Nhóm người dùng sẽ được phân quyền để truy cập vào màn hình này.

Màn hình chế độ Manual cung cấp thông tin về vị trí hiện tại của các trục và cho phép người dùng điều chỉnh tốc độ cũng như vị trí của các trục thông qua các nút Jog +, Jog -, ABS, INC, Set Home, và ON/OFF mô hình Trên màn hình cũng có đèn báo trạng thái hoạt động của các trục cùng với trạng thái ON/OFF Người dùng có thể dễ dàng chuyển sang màn hình Auto hoặc màn hình Arlam, và sử dụng nút Logout để trở về màn hình đăng nhập.

Màn hình điều khiển chế độ Auto cho phép người dùng nhập các thông số như tốc độ đột, khoảng cách giữa 2 lỗ đột, chiều dài và chiều rộng khoảng đột Nó hiển thị vị trí hiện tại, đèn báo trạng thái hoạt động, đèn báo Alarm, cùng với số hàng đột và số hàng đột hiện tại sau khi đã nhập thông số Người dùng có thể bắt đầu chế độ Auto bằng nút Start và tiếp tục chạy lại khi gặp sự cố mất điện bằng nút Continue Các nút tốc độ mặc định giúp nhập nhanh tốc độ đột, và người dùng có thể dễ dàng chuyển sang màn hình Manual hoặc màn hình Alarm khi cần.

Hình 4.6 Thiết kế màn hình chế độ Auto

Màn hình Alarm hiển thị lỗi hiện tại, thời gian và số lần xảy ra lỗi với màu đỏ Sau khi xử lý lỗi hoặc nhấn nút Reset Error, lỗi sẽ chuyển sang màu xanh Nút Delete All cho phép xóa tất cả các lỗi, trong khi đèn báo Alarm chớp nháy để thông báo có lỗi Từ màn hình Alarm, người dùng có thể chuyển sang màn hình Manual, màn hình Auto hoặc Logout để quay lại màn hình đăng nhập.

Hình 4.7 Thiết kế màn hình Alarm

Phần mềm lập trình

Bước đầu tiên là mở GX Works2, sau đó nhấn "New" hoặc sử dụng tổ hợp phím Ctrl+N để tạo một dự án mới Tiếp theo, bạn cần chọn loại CPU mà bạn sẽ sử dụng cùng với ngôn ngữ lập trình, rồi nhấn "OK" để tiếp tục.

Hình 4.8 Chọn CPU lập trình

Bước 2: Vào Parameter → PLC Parameter → I/O Assignment → New Module Tiến hành khai báo PLC Q03UDV, Simple Motion Module QD77MS4, Module Input, Module Ouput … → Check → End

Hình 4.9 Khai báo Parameter Bước 3: Cài đặt kết nối cho PLC:

- Connection Destination → All Connections, nháy đúp vào Connection1

- PC side I/F: Nháy đúp Ethernet Board → OK

- Nháy đúp PLC Module → Connection via HUB → Find CPU (Built-in Ethernet port) on Network → Nháy đúp vào địa chỉ → Ethernet Port Direct Connection

Hình 4.12 PLC side I/F Detailed Setting PLC module

Hình 4.13 Connection Test Bước 4: Thiết lập thông số Parameter:

- Project → Intelligent Function Module → 0000: QD77MS4 → Nháy đúp Simple Motion Module Setting

Hình 4.14 Mở Simple Motion Module Setting Tool

- Intelligent Function Module → 0000: QD77MS4 → System Setting → Nháy đúp vào System Configuration

Hình 4.15 Simple Motion Module Setting Tool

- Forced Stop Input → Invalid → OK → Chọn loại kết nối SSCNET III/H → OK Chọn loại động cơ tương ứng → Servo Parameter Setting

Hình 4.16 Cài đặt SSCNET Setting

In the amplifier settings, navigate to Common and then Basic Under the Forced Stop section, select Disabled Next, choose Selected Items Write to save the configuration to the Driver Repeat this process for the remaining axes.

Hình 4.18 Ghi thông số cài đặt vào Driver

Bước 5: Cài đặt thông số Parameter bao gồm việc chọn loại cơ cấu phù hợp cho từng trục, nhập đơn vị tính toán, xác định bước vitme, tỷ lệ hộp số, độ phân giải của động cơ và số xung trên vòng Sau khi hoàn tất, nhấn OK để lưu các thiết lập.

Hình 4.19 Compute Basic Parameter trục X

Hình 4.20 Compute Basic Parameter trục Y

Hình 4.21 Compute Basic Parameter trục Z

- Bước 6: Cài đặt tốc độ giới hạn (Pr.8), thời gian tăng tốc (Pr.9), giảm tốc (Pr.10) cho từng động cơ

- Bước 7: Cài đặt giới hạn mềm cho từng trục (Pr.12, Pr.13)

- Bước 8: Khai báo loại tín hiệu trả về của các cảm biến (Pr.22), phương pháp đấu nối tín hiệu cảm biến (Pr.80)

Hình 4.24 Khai báo tín hiệu cảm biến

- Bước 9: Cài giới hạn tốc độ chế độ Jog cho từng trục (Pr.31)

- Bước 10: Chọn phương pháp về Home 0 cho từng trục

4.4.2 Cài đặt điều khiển đồng bộ (Synchronus Control)

Hình 4.27 Hệ thống cơ khí ảo

Mô hình đồng bộ giữa trục X (trục 1) và trục Z (trục 3) cho phép trục X điều chỉnh tốc độ theo sự thay đổi của trục Z Trục Z đóng vai trò là trục đầu vào chính, và việc cài đặt thông số đồng bộ cho cả hai trục là cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Giá trị đầu vào được hình thành từ sự kết hợp của hai trục đầu vào, bao gồm trục chính và trục phụ, thông qua bánh răng trục chính kết hợp Bánh răng trục chính sẽ chuyển đổi giá trị đầu vào kết hợp, tạo ra tỷ lệ giảm tốc và xác định hướng quay cho hệ thống máy.

Cài đặt trục đầu vào chính là bước quan trọng trong quá trình điều chỉnh máy Mỗi vòng trục cam tương ứng với 360 độ, và lượng cam thay đổi là 5000 micromet Điều này có nghĩa là khi trục Z quay một vòng, trục X sẽ dịch chuyển theo lượng đã được xác định.

5000 micromet và sử dụng dữ liệu cam số 1 (dữ liệu cam tự tạo)

QD77MS4 hỗ trợ đồng bộ tối đa 4 trục, nhưng hiện tại chỉ đồng bộ 2 trục Servo Để cài đặt loại trục đầu vào Servo, cần thiết lập giá trị đầu vào hiện tại cho trục Servo Axis 3, được khai báo là Feed Current Value (Pr.300).

Để cài đặt đơn vị cho trục bộ mã hóa đồng bộ, cần tạo dữ liệu cam cho trục 1 Giải thuật sử dụng 2 dữ liệu cam cho 2 vòng chạy thuận nghịch, do số lỗ đột khi chạy thuận khác với khi chạy nghịch Trong quá trình chạy thuận, dữ liệu cam 1 được áp dụng, trong khi đó dữ liệu cam 2 được sử dụng khi chạy nghịch Cả hai quá trình đều được đồng bộ với tốc độ của trục 3 Trục 1 sẽ dừng lại khi trục 3 đạt vị trí từ 40 độ trở lên.

320 0 , việc dừng của trục 1 chính là lúc trục 3 đột lỗ Chu kì cam sẽ được lập lại liên tục

KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

Kết quả

Sau khi lựa chọn thiết bị, nhóm đã hoàn thành việc thi công phần cứng bằng cách tạo bản vẽ bố trí 3D và sơ đồ đấu dây, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu ban đầu.

Hình 5.1 hiển thị kết quả phần cứng đã hoàn thiện Phần mềm được thiết kế với giao diện đơn giản và ổn định, giúp người dùng dễ dàng nhập thông số và điều khiển mô hình, đồng thời hỗ trợ việc giám sát hiệu suất.

Bộ môn Tự động điều khiển 79 đã thiết kế giao diện để theo dõi hoạt động, hiển thị các thông số và thông báo lỗi trong quá trình vận hành.

Hình 5.2 Màn hình đăng nhập

Hình 5.3 Màn hình chế độ điều khiển Manual

Hình 5.4 Màn hình điều khiển chế độ Auto

Hình 5.5 Màn hình Alarm Sau quá trình chạy thử mô hình đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Đồng bộ được tốc độ trục X theo trục Z

- Tốc độ đồng bộ có thể thay đổi

- Chạy chế độ JOG hoặc chạy Data đến vị trí mong muốn

- Tốc độ có thể thay đổi trong quá trình vận hành ở chế độ tự động

- Hệ trục XYZ tự động quay lại vị trí Home khi hoàn thành chương trình tự động

- Tiếp tục đột lỗ tiếp theo khi có sự cố mất điện

- Hệ thống vận hành ổn định ở các cấp tốc độ và nhiều khoảng cách đột

Sau đây là một số kết quả thực nghiệm:

Bảng 5.1 Kết quả thử nghiệm với khoảng cách giữa các lỗ đột 5mm

Cấp độ Tốc độ (vòng/phút) Số lần thử nghiệm Hoàn thành

Nhận xét và đánh giá

Sau thời gian nghiên cứu, lập trình điều khiển và chạy thử nghiệm mô hình, nhóm

Bộ môn Tự động điều khiển 82 đã đạt được nhiều thành công nhưng cũng gặp phải một số hạn chế Mô hình này có những ưu điểm nổi bật, tuy nhiên cũng tồn tại những nhược điểm cần khắc phục.

- Điều khiển được nhiều động cơ servo

- Mô hình hoạt động đúng với yêu cầu và chính xác về vị trí

- Mô hình có thể hoạt động với 2 chế độ Manual và Auto, dễ dàng điều khiển và sử dụng

- Mô hình có thể hoạt động tiếp tục khi mất điện

- Cơ cấu đột sử dụng động cơ không thắng dẫn đến việc cơ cấu đột bị dập xuống khi mất điện

- Do động cơ trục 3 công suất 50W nên không dập được vật liệu cứng

Mô hình hiện tại chưa được trang bị hệ thống nối đất, dẫn đến hiện tượng rò điện Do đó, để đảm bảo an toàn, người sử dụng cần mang giày dép bảo hộ khi tiếp xúc với các thiết bị điện.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Kết luận

Sau thời gian nghiên cứu, nhóm đã hoàn thành mục tiêu sử dụng thuật toán điều khiển đồng bộ cho 2 Servo, cho phép điều khiển dễ dàng ở chế độ Manual và Auto Ứng dụng này giúp điều chỉnh tốc độ của 2 động cơ servo với nhiều cấp tốc độ khác nhau Tuy nhiên, qua thực nghiệm, nhóm nhận thấy mô hình trở nên mất ổn định khi hoạt động ở tốc độ cao với khoảng cách đột giữa 2 lỗ lớn, trong khi với khoảng cách giữa 2 lỗ nhỏ, tốc độ đột lại cao hơn.

Hướng phát triển

Đối với đề tài sau khi hoàn thành, nhận thấy được các hướng phát triển trong thực tế như sau:

- Nâng cao kết cấu về cơ khí để có thể đột được phôi thật, đồng thời thay đổi cơ cấu đột để có thể thay được mũi đột

- Áp dụng thêm mô hình Flying Shear sau khi hoàn thành đột lỗ sẽ tự động cắt phôi

- Nâng cao cơ cấu mũi đột để có thể đột nhiều lỗ 1 lần, thay đổi mũi dập với nhiều hình dạng khác nhau

Thay thế động cơ Servo bằng động cơ 3 pha được điều khiển qua biến tần, kết hợp với việc gắn thêm Encoder ở đầu trục động cơ, giúp nâng cao công suất và tăng khả năng đột phá trong ứng dụng.

Sử dụng hệ thống ly hợp và bánh đà cho cơ cấu đột giúp tăng moment và duy trì vị trí mũi đột trong trường hợp mất điện, từ đó hạn chế hư hỏng cho phôi.

[1] Mitsubishi Electric, “AC Servo School Text AC Servo Practice Course (MELSERVO – J4)”, 2014

[2] Mitsubishi Electric, “MELSEC iQ-R Simple Motion Module User’s Manual (Advanced Synchronous Control)”, 02/2015

[3] Mitsubishi Electric, “MELSEC-Q QD77MS Simple Motion Module User’s Manual”, 02/2012

[4] Mitsubishi Electric, “Installation Manual for Digital Input and Output Module (Art

[5] Mitsubishi Electric, “Servo Amplifiers & Motors Melservo-J4 (Man, machine and environment in perfect harmory)”, 10/2020

[6] Mitsubishi Electric, “MELSEC-Q/L QD77MS/QD77GF/LD77MS/LD77MH Simple Motion Module User’s Manual (Synchronous Control)”, 11/2014

[7] Mitsubishi Electric, “MELSEC-Q/L Programing Manual (Common Instruction)”, 06/2014

[8] Trần Đình Sang – Hồ Xuân Thanh, “Điều khiển đồng bộ tốc độ cao động cơ AC Servo thông qua mạng SSCNET III/H”, 07/2019

[9] Mitsubishi Electric, “MELSERVO-J4 servo amplifier SÁCH HƯỚNG DẪN (KHẮC PHỤC LỖI)”, 04/2014

Tiêu đề	Đồng Bộ Tốc Độ Động Cơ Trong Máy Đột Lỗ Tốc Độ Cao
Tác giả	Nguyễn Công Quang, Nguyễn Thanh Sơn
Người hướng dẫn	Th.S. Lê Hoàng Lâm
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	11,98 MB