Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiểu về hệ thống và các phương pháp xác định góc toạ độ - Tìm hiểu được các loại Robot và các dạng giao thức truyền thông trong công nghiệp - Thiết kế gi
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về Robot công nghiệp
Robot công nghiệp không chỉ giới hạn trong các nhiệm vụ đặc biệt mà còn có khả năng được trang bị nhiều công cụ xử lý khác nhau Các quy trình sử dụng robot công nghiệp chủ yếu tập trung vào lĩnh vực xử lý và hàn, nơi mà chúng hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả Những quy trình này đã trở nên phổ biến và có thể thực hiện với nỗ lực kỹ thuật có thể quản lý được.
Robot gantry được cấu tạo từ nhiều trục tuyến tính, tương tự như cần trục hoặc máy phay Thiết kế của nó cho phép bao phủ các khu vực làm việc rộng lớn và có khả năng mang tải trọng nặng Hiện nay, robot gantry đang được ứng dụng để di chuyển các tấm gỗ trong các kho tự động.
Hình 2.1: Gantry robot Ưu điểm:
Tận dụng tối ưu đến 96% không gian lắp đặt để thực hiện các công việc như phân loại, vận chuyển,
Dễ dàng chia tỷ lệ theo các kích thước X, Y và Z nhờ cấu trúc chắc chắn nhưng nhẹ, Robot Gantry thực hiện rất chính xác qua nhiều lần lặp lại
Thiết kế module mang lại nhiều tùy chọn linh hoạt, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể của người dùng, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí bảo trì định kỳ.
Vốn đầu tư ban đầu cao Robot thường yêu cầu một khoản đầu tư trả trước lớn
Chuyên môn có thể khan hiếm Robot công nghiệp cần vận hành, bảo trì và lập trình phức tạp,
Loại robot này là thiết kế phổ biến nhất, tương tự như cánh tay con người nhưng có kích thước lớn hơn Nó thường có khả năng mang tải trọng đáng kể, phục vụ cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất.
Robot công nghiệp có trọng tải từ 100 đến 250 kg, nhưng cũng có loại nhỏ hơn như robot hàn, trong khi một số loại có thể chịu tải trọng lên tới 1 tấn Các robot này thường có sáu trục cơ giới được sắp xếp theo kiểu nối tiếp.
Robot này thường có ba hoặc bốn bậc tự do, được thiết kế tối ưu để thực hiện các nhiệm vụ lấy và đặt một cách nhanh chóng, đặc biệt là trong quá trình lắp ráp bảng điện tử.
Robot delta, hay còn gọi là "robot song song", có thiết kế trục song song, giúp giảm khối lượng chuyển động và tăng tốc độ hoạt động Tương tự như robot SCARA, robot delta thường được sử dụng để thực hiện nhanh chóng các nhiệm vụ chọn và đặt.
Tổng quan hệ thống giải pháp về kết cấu phần cứng
Hình 2 5: Hình thực tế của Gantry robot
Robot giàn hoạt động trên không gian làm việc, được gọi là "giàn trên không" Tuy nhiên, nếu các chi tiết không phù hợp để xử lý từ trên cao, như mô-đun và pin năng lượng mặt trời, giàn có thể được điều chỉnh để hoạt động từ các chi tiết bên dưới Cấu tạo của robot bao gồm 4 phần chính.
Bộ điều khiển trung tâm của Robot Gantry đóng vai trò là bộ não, cho phép hệ thống di chuyển và hoạt động theo chương trình đã lập trình sẵn Nó truyền tín hiệu số đến các Motor Servo Drives và 10 cổng, đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Ổ đĩa servo ba động cơ Mỗi động cơ sẽ xử lý điều khiển chuyển động trục x, y và z
Robot được trang bị hệ thống 10 đầu vào/đầu ra, cho phép nhận lệnh từ bộ điều khiển trung tâm để thực hiện nhiệm vụ và dừng hoạt động khi cần thiết.
Bộ truyền động tuyến tính quay theo ba hướng ngược nhau.
Các phương pháp thiết kế hệ thống
2.3.1 Phương pháp xác định gốc cho robot giàn
2.3.1.1 Phương pháp xác định gốc toạ độ sử dụng encoder
Phương pháp này sử dụng một bộ mã hóa tuyệt đối:
Bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối xác định vị trí thông qua điểm tham chiếu tĩnh Mặc dù phương pháp có thể khác nhau giữa bộ mã hóa quang học và từ tính, nguyên tắc hoạt động vẫn giữ nguyên.
Bộ mã hóa tuyệt đối hoạt động dựa trên nguyên lý phức tạp, trong đó trục chính xuất ra từ kỹ thuật số nhỏ Hệ thống gồm hai đĩa đồng tâm với các điểm đánh dấu bù trừ; một đĩa cố định vào trục tâm và đĩa còn lại di chuyển tự do Khi đĩa quay, vị trí của các điểm đánh dấu trên đĩa đứng yên thay đổi, tạo ra các cấu hình khác nhau Mỗi cấu hình này tương ứng với một mã nhị phân duy nhất, từ đó cho phép xác định vị trí tuyệt đối của đối tượng.
Hình 2 6: Bộ mã hóa tuyệt đối
2.3.1.2 Phương pháp xác định gốc tọa độ bằng cảm biến tiệm cận
Phương pháp này sử dụng cảm biến tiệm cận được lắp đặt ở vị trí gốc tọa độ Trong quá trình di chuyển về gốc tọa độ, các trục của robot sẽ tiếp tục di chuyển cho đến khi chúng chạm vào cảm biến tiệm cận.
Hình 2 7: Cảm biến tiệm cận
2.3.1.3 Phương pháp xác định gốc tọa độ bằng momen
Nhóm em sử dụng hệ thống giàn robot với phương pháp momen xoắn để xác định gốc tọa độ Lực đẩy khởi động các trục robot di chuyển về gốc tọa độ, với các trục di chuyển ngược chiều kim đồng hồ Lực đẩy tối đa được chỉ định là PUSH_FOR và tốc độ lực đẩy tối đa là PUSH_SPE Nếu lực phản tác dụng lên bộ truyền động vượt quá giá trị ngưỡng TRIG_LV, hoạt động đẩy sẽ được coi là thành công và các trục robot sẽ dừng lại.
Khi khởi động, bộ truyền động di chuyển ngược lại với hướng ban đầu, tùy thuộc vào thiết kế của nó Sau khi hoàn thành hành trình, bộ truyền động dừng lại trong một thời gian ngắn Hành trình dọc trục được giới hạn bởi bộ điều khiển nhận biết vị trí Tiếp theo, bộ truyền động thực hiện chuyển động chậm theo chiều ngược kim đồng hồ về hướng ban đầu, với điểm xuất phát là điểm cuối của hành trình.
Hình 2 8: Phương pháp xác định gốc tọa độ bằng momen
Dựa vào “Thông số cơ bản”, có thể xác định tình trạng hoạt động của bộ điều khiển và bộ truyền động Phần mềm cấu hình bộ điều khiển cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng hoạt động này.
"Orig offset" Sau khi quay lại hành động ban đầu, thao tác này sẽ thiết lập vị trí của bộ truyền động
Hình 2 9: Góc quay của thiết bị truyền động
Sau khi quay về gốc tọa độ (0mm), bộ điều khiển sẽ xác định vị trí chính xác Cần điều chỉnh và kiểm tra lại các thông số cơ bản "Stroke (+)" và "Stroke (-)" nếu giá trị "Orig offset" đã được thay đổi.
Ranh giới "Stroke (+)" xác định mặt dương (+) của vị trí Nếu giá trị được cung cấp lớn hơn giá trị [hành trình(+)], trường "Vị trí" trong cài đặt tham số sẽ để trống.
"Nét (-)" Các ranh giới này phác thảo mặt dương (+) của vị thế Dữ liệu trường
"Vị trí" của cài đặt tham số bước trống nếu giá trị được cung cấp lớn hơn giá trị [độ nét (-)]
Dựa trên Bước dữ liệu của ổ đĩa JXCP1
Dữ liệu thiết lập, hay còn gọi là "dữ liệu bước", chỉ định cách thức bộ truyền động di chuyển Bộ điều khiển có khả năng xử lý dữ liệu từ 64 giai đoạn, với 12 đặc điểm cho mỗi bước Khi dữ liệu bước được ghi vào bộ điều khiển, nó sẽ bắt đầu hoạt động ngay lập tức.
Hoạt động định vị cho phép bạn xác định các trường hợp mà đầu ra INP sẽ hoạt động, với INP sẽ BẬT khi bộ truyền động di chuyển đến vị trí mong muốn Bạn không cần giữ giá trị này ở cài đặt mặc định; tuy nhiên, nếu tín hiệu cần được nhận trước khi bộ truyền động hoàn thành việc định vị, con số này phải cao hơn Khi đó, đầu ra INP sẽ được BẬT.
Vị trí mục tiêu - ở vị trí ≤ vị trí bộ truyền động ≤ vị trí mục tiêu + ở vị trí
Ta có công thức sau:
Số lượng di chuyển (Số lượng xung [Pulse])
= Độ phân giải bộ mã hóa (Xung/vòng quay] x bánh răng điện tử [1/1]/Dây truyền động/mm/vòng quay] x khoảng di chuyển [mm]
Tốc độ di chuyển (tần số xung [xung/giây))
= (Độ phân giải bộ mã hóa (Xung/vòng quay] x bánh răng điện tử [1/1]/Dây truyền động [mm/vòng quay]) x tốc độ di chuyển [mm/s]
Thời gian tăng/giảm tốc [s]
= Tốc độ di chuyển [mm/s] / Tốc độ giảm tốc hoặc tăng tốc [mm/s2]
Phần mềm lập trình TIA Portal
Phầm mềm được sử dụng để kết nối với PLC là Tia Portal V17
TIA Portal (Total Integrated Automation Portal) là phần mềm tích hợp nhiều công cụ điều khiển và quản lý tự động hóa, giúp vận hành hệ thống điện Phần mềm này hỗ trợ lập trình cho các thiết bị tự động hóa như PLC, HMI và Inverter của Siemens, tạo ra một môi trường làm việc đồng nhất và tăng cường tính nhất quán trong quá trình lập trình và cấu hình hệ thống.
TIA Portal cung cấp một môi trường lập trình thân thiện, cho phép người dùng thực hiện các thao tác như thiết kế giao diện kéo thả và sử dụng ngôn ngữ lập trình đa dạng Phần mềm này hỗ trợ quản lý phân quyền, mô phỏng trực tuyến và chẩn đoán lỗi hệ thống, đồng thời dễ dàng kết nối và cấu hình với các thiết bị Siemens TIA Portal không chỉ là một công cụ điều khiển trực quan mà còn giúp tối ưu hóa thiết kế chương trình tự động một cách hiệu quả.
Chúng ta có thể dễ dàng thực hiện các tác vụ bằng cách sử dụng môi trường lập trình của TIA Portal:
Tạo giao diện thông tin hấp dẫn, thân thiện với người dùng và hỗ trợ nhiều loại ngôn ngữ
Quản lý chung quyền truy cập cho người dùng, mã và dự án
Tiến hành chuẩn đoán trực tuyến trên tất cả các tiện ích của dự án để tìm kiếm các vấn đề và lỗi lập trình
Là hệ thống kết hợp mô phỏng
Cấu hình và kết nối thiết bị Siemens đơn giản Ưu điểm:
Để quản trị hiệu quả, cần thống nhất cấu hình và chia sẻ một cơ sở dữ liệu chung, tích hợp tất cả các ứng dụng vào một nền tảng duy nhất Điều này tạo tiền đề cho việc vận hành máy móc nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời giúp xác định và giải quyết các vấn đề một cách kịp thời.
Tất cả các thành phần như bộ lập trình PLC và màn hình HMI đều được cài đặt và lập trình trên TIA Portal, giúp chuyên gia thao tác nhanh chóng và thiết lập kết nối giữa các thiết bị dễ dàng Quy trình lập trình đơn giản, chỉ cần kéo một biến từ bộ lập trình PLC lên màn hình HMI để thực hiện liên kết.
Cơ sở dữ liệu hệ thống có dung lượng lớn do sự tích hợp của nhiều phần mềm, yêu cầu thời gian để điều chỉnh theo các tiêu chuẩn kỹ thuật cao từ người quản lý và người sử dụng.
Tổng quan về giao thức truyền thông
Giao thức truyền thông (communication protocol) là tập hợp các quy tắc chuẩn cho phép các thực thể trong hệ thống thông tin liên lạc trao đổi dữ liệu qua các kênh truyền thông Nó định nghĩa các quy tắc, cú pháp, ngữ nghĩa và sự đồng bộ trong quá trình truyền thông, đồng thời có thể bao gồm phương pháp khắc phục lỗi Giao thức này có thể được thực thi trên cả phần cứng và phần mềm.
Hiện nay, mạng truyền thông trong ngành rất đa dạng, bao gồm các loại phổ biến sau:
2.4.1 Mạng truyền thông công nghiệp Modbus
Modbus là một giao thức hệ thống mở, phổ biến trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp, có khả năng hoạt động trên nhiều lớp vật lý Việc kết nối Modbus qua RS232 hoặc RS485 giúp kết nối dễ dàng giữa các thiết bị trong mạng Modbus và bộ điều khiển như PLC Giao thức này cho phép giao tiếp giữa một thiết bị chủ và tối đa 247 thiết bị nô lệ với tốc độ dữ liệu đạt 19,2 kbit/s.
Hình 2 11: Mạng truyền thông công nghiệp Modbus
2.4.2 Mạng truyền thông nối tiếp
Giao tiếp nối tiếp là hệ thống cơ bản cho các bộ điều khiển như PLC, sử dụng các giao thức tiêu chuẩn như RS232, RS422 và RS485 Giao tiếp RS232 hỗ trợ một máy phát và một máy thu, ví dụ như giữa máy tính và bộ điều khiển, với chiều dài cáp tối đa lên tới 15 mét.
Hình 2 12: Mạng truyền thông nối tiếp
2.4.3 Mạng truyền thông công nghiệp DeviceNet Đây là dạng mạng bus hệ thống mở được phát triển dựa trên công nghệ CAN Mạng này được thiết kế để kết nối các thiết bị cấp bộ truyền động (như cảm biến, công tắc, màn hình bảng điều khiển, đầu đọc mã vạch, ) với bộ điều khiển cấp cao hơn (như PLC) thông qua nền tảng giao thức CÓ THỂ Giao thức này có thể hỗ trợ tối đa 2048 thiết bị và tối đa 64 điểm
Hình 2 13: Mạng truyền thông công nghiệp DeviceNet
2.4.4 Mạng truyền thông công nghiệp Profibus
Profibus là một mạng truyền thông mở nổi tiếng và phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa quy trình và nhà máy Mạng này đặc biệt phù hợp cho các nhiệm vụ giao tiếp phức tạp và các ứng dụng yêu cầu độ chính xác về thời gian.
Hình 2 14: Mạng truyền thông công nghiệp Profibus
HART là một giao thức mạng điều khiển quá trình mở, cho phép truyền tín hiệu kỹ thuật số đồng thời với tín hiệu 4-20mA trên cùng một đường dây Đây là mạng truyền thông duy nhất hỗ trợ giao tiếp kỹ thuật số và tương tự hai chiều trên cùng một hệ thống, được gọi là mạng lai Các tín hiệu số HART cung cấp thông tin chẩn đoán, cấu hình thiết bị, hiệu chuẩn và các phép đo khác.
Profinet, viết tắt là PROFINET, là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp cho việc truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp, nhằm thu thập và điều khiển thiết bị trong các hệ thống công nghiệp Tiêu chuẩn này nổi bật với khả năng cung cấp dữ liệu trong thời gian chặt chẽ, với độ trễ dưới 1ms PROFIBUS & PROFINET International (PI), tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe, Đức, là đơn vị duy trì và hỗ trợ tiêu chuẩn này.
Hình 2 16: Truyền thông ProfiNet Ưu điểm là
Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực
An toàn: Truyền thông đảm bảo an toàn
Phân tích: Vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả
Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus
THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống
Hình 3 1: Sơ đồ khối của Gantry Robot
Hệ thống được mô tả thông qua sơ đồ nguyên lý, trong đó bộ điều khiển sử dụng PLC kết nối với các Drive để điều khiển 4 động cơ servo, tương ứng với 3 trục và 1 tay gắp của robot.
Hình 3 2: Sơ đồ hệ thống kết nối dây của mô hình
Hệ thống sử dụng 2 module PLC S7-1214C DC/DC/DC, bao gồm module ngõ vào số ES7 215-1AG40 và CPU ES7 215-1AG40-0XBO, kết nối qua mạng Profinet để giao tiếp với biến tần JXCP17-BC-XZ23 và giám sát HMI Do PLC S7-1214C DC/DC/DC chỉ hỗ trợ 2 cổng Ethernet, nên việc sử dụng module là cần thiết để đảm bảo khả năng kết nối và giám sát hiệu quả.
Ethernet switch để tăng số lượng cổng Ethernet kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống.
Hệ thống Gantry robot
3.2.1 Lựa chọn bộ điều khiển PLC
CPU 1214C DC/DC/DC (mã sản phẩm 6ES7214-1AG40-0XB0) là một PLC S7-1200 nổi bật, lý tưởng cho các hệ thống công nghiệp, dự án lớn và mô hình nghiên cứu sinh viên Sản phẩm này hỗ trợ hàm chức năng High Speed Counter (HSC) cho phép đếm tốc độ cao Điện áp đầu vào và đầu ra của thiết bị là 24 VDC, tương thích với nhiều loại thiết bị như cảm biến và relay.
PLC Simatic S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Hình 3 3: Simatic S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Thông số kỹ thuật của PLC
Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Đặc trưng Giá trị
Tên sản phẩm Simatic S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Mã sản phẩm 6ES7 215-1AG40-0XB0
Nguồn cấp 24 VDC Đầu vào kỹ thuật số 14 DI 24 V DC Đầu ra kỹ thuật số 10 DO 24 V Đầu vào analog 2 AI 0-10 V DC Đầu ra analog 2 AI 0-10 V DC
Bộ nhớ chương trình/dữ liệu 100 KB
Bộ chia mạng Ethernet công nghiệp SCALANCE XB005 (6GK5005 – 0BA00 – 1AB2) hỗ trợ tốc độ truyền 10/100 Mbit/s với 5 cổng RJ45, được thiết kế nhỏ gọn và theo tiêu chuẩn công nghiệp Thiết bị này phù hợp cho các dây chuyền sản xuất, giúp dễ dàng nhận dữ liệu từ hệ thống về PC, PLC và đáp ứng nhu cầu điều khiển, quản lý từ xa thông qua máy chủ trung tâm mà không cần có mặt tại hiện trường SCALANCE XB005 được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực như công nghiệp, điện lực và kiểm soát an ninh.
Thông số kỹ thuật của SCALANCE XB005
Bảng 3 2: Thông số kỹ thuật của bộ mở rộng mạng SCALANCE XB005
Mã sản phẩm 6GK5005 – 0BA00 – 1AB2
Số cổng kết nối 5, RJ45 Nhiệr độ hoạt động -10°C – 60°C
Màn hình HMI KTP700 BASIC là giải pháp lý tưởng cho việc giám sát và quản lý các hệ thống tự động hóa, từ quy mô nhỏ đến lớn Để thiết lập hệ thống tự động hóa hiệu quả, màn hình HMI tiêu chuẩn sẽ được kết hợp với các dòng PLC, mang lại sự tương tác và điều khiển tối ưu.
Hình 3 5: Simatic HMI - KTP700 Basic
Dòng sản phẩm HMI mới của Siemens bao gồm màn hình HMI KTP700 BASIC, số kiểu 6av2123-2gb03-0xa0 Sử dụng các tiêu chí cơ bản sau:
Bảng 3 3: Chỉ tiêu của màn hình HMI Đặc trưng Giá trị
Màn hình TFT 7 inch, 64K màu Độ phân giải 800 x 480 px
Yếu tố điều khiển Màn hình cảm ứng / 8 phím chức năng
Bộ nhớ người dùng 10 MB
Giao diện 1 x RS 485 cho PROFIBUS/MPI
Cổng kết nối 1 x máy chủ USB
Mức độ bảo vệ IP 65, NEMA 4x (phía trước nếu được gắn) / IP 20 phía sau
Lỗ cài đặt 197 x 141 mm (Rộng x Cao)
Mặt trước 214 x 158 mm (Rộng x Cao) Độ sâu thiết bị 46 mm
Phần mềm cấu hình WinCC Basic (TIA Portal) V13 trở lên
3.2.4 Bộ điều khiển Step Motor JXCP1
Bộ điều khiển động cơ bước được sử dụng để điều chỉnh chuyển động của thiết bị truyền động điện, đồng thời kết nối với giao thức truyền thông PROFINET.
Hình 3 6: Sơ đồ kết nối của Step Motor Controller – Profinet Series JXCP1
Thông số kỹ thuật chung
Bảng 3 4: Thông số kỹ thuật chung Step Motor Controller
Mục Thông số Động cơ tương thích Động cơ bước (servo 24 VDC)
Nguồn cấp Điện áp nguồn: 24 VDC +/-10%
(điều khiển truyền động động cơ, dừng, nhả phanh khóa) Mức tiêu thụ hiện tại Tối đa 200 mA (bộ điều khiển)
Bộ mã hóa tương thích Pha A/B tăng dần (800 xung/vòng quay)
Chiều dài cáp Cáp truyền động: tối đa 20 m
Nhiệt độ bảo quản -10°C đến 60°C (không đóng băng)
0°C đến 40°C (phiên bản S1.*/S2.* /V1.*/V2.*) 0°C đến 55°C (phiên bản S3.*/V3.* trở lên) Không đóng bang
Vật liệu chống điện 50 MΩ (500 VDC)
Giữa các thiết bị đầu cuối bên ngoài và trường hợp
Khối lượng 220 g (Loại gắn trực tiếp)
Thông số kỹ thuật PROFINET
Bảng 3 5: Thông số kỹ thuật PROFINET
Giao thức PROFINET (Phiên bản 2.32)
Phạm vi cài đặt địa chỉ
0.0.0.0 đến 255.255.255.255 (đặt bằng máy chủ DHCP) Tốc độ giao tiếp 100 Mb/giây
Phương thức giao tiếp Full duplex/Half duplex (tự động đàm phán)
Cáp truyền thông Cáp Ethernet tiêu chuẩn
(STP, CAT5 trở lên, 100BASE-TX)
Tập tin cài đặt Tệp GSDML
Vùng chiếm dữ liệu Đầu vào 36 byte / Đầu ra 36 byte
Các nút có thể kết nối Tối đa được 65.535 nút
ID nhà cung cấp 83h (Công ty cổ phần SMC)
Chi tiết về cấu tạo JXCP1
Hình 3 7: Chi tiết từng phần về JXCP1
1 Hiển thị Đèn LED để chỉ trạng thái điều khiển
2 PROFINET P1 / P2 Kết nối với mạng PROFINET
3 Đầu nối I/O nối tiếp (8 chân) SI Đầu nối cho hộp giảng dạy (LEC-T1) hoặc cáp giao tiếp của bộ điều khiển (JXC-W2A-C)
4 Đầu nối encoder (16 chân) ENC
Kết nối cho cáp truyền động
5 Đầu nối nguồn động cơ
6 Đầu nối nguồn (6 chân) PWR Đầu nối để cấp điện cho bộ điều khiển (24 VDC) sử dụng phích cắm cấp điện
Công suất điều khiển (+), Tín hiệu dừng (+), Công suất động cơ (+), Nhả khóa (+), Công suất chung (- )
Nhãn số mô hình thiết bị truyền động điện áp dụng
Nhãn cho biết số kiểu bộ truyền động điện có thể được kết nối với bộ điều khiển
8 Nhãn bộ điều khiển Nhãn cho biết số kiểu của bộ điều khiển
9 Địa chỉ MAC Nhãn để chỉ địa chỉ MAC
Mặt bằng chức năng (Khi bộ điều khiển được gắn, siết chặt các vít và kết nối cáp nối đất)
Động cơ servo là loại động cơ cung cấp chuyển động chính xác, thường được sử dụng trong robot, thiết bị CNC và hệ thống sản xuất tự động Chúng hoạt động theo cơ chế phản hồi, thường thông qua bộ mã hóa vòng quay, cho phép kiểm soát chính xác vị trí góc hoặc tuyến tính, vận tốc và gia tốc Động cơ servo bao gồm động cơ, cảm biến phản hồi vị trí và mạch điều khiển, với tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) là tín hiệu điều khiển chính Khi nhận lệnh quay ở một góc nhất định, động cơ sẽ thực hiện và sau khi hoàn thành công việc, cảm biến sẽ thông báo cho bộ điều khiển.
3.2.5.1 Động cơ Servo Slider series LEFS Đặc điểm:
Thanh trượt điện là một loại dẫn hướng tuyến tính cơ học, có chức năng chính là đảm bảo độ chính xác trong quá trình vận hành đường ray Chúng không chỉ tăng khả năng chịu tải lực tốt mà còn có đặc tính dẫn hướng tự động chính xác Thanh trượt này mang lại chuyển động trơn tru, êm ái và bền bỉ, đồng thời giảm thiểu ma sát.
Hình 3 8: Cấu trúc của LEFS16
Bảng 3 6: Cấu trúc của LEFS16
STT Mô tả Vật liệu Ghi chú
1 Thân máy Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
5 Bàn đở Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
6 Tắm đở Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
7 Giá đở dải niêm phong Nhựa tổng hợp
8 Lớp vỏ A Lớp phủ nhôm đúc Lớp phủ
9 Lớp vỏ B Lớp phủ nhôm đúc Lớp phủ
10 Vòng chặn vòng bi Hợp kim nhôm
11 Giá đở động cơ Hợp kim nhôm Lớp phủ
13 Nắp che động cơ Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
14 Bìa kết thúc Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
16 Ống lót cao su NBR
17 Thanh chặn vòng Thép không gỉ
18 Băng chặn bụi Thép không gỉ
Bảng 3 7: Thông số kỹ thuật của LEFS16
Khối lượng công việc [kg]
Tốc độ [mm/s] Phạm vi Lên tới 500 10 tới 700 5 tới 360
24 thuật của bộ truyền động hành trình
Tăng giảm tốc độ tối đa [mm/s 2 ] 3000 Định vị độ lặp lại [mm]
Loại có độ chính xác cao ±0.015 (Lead H: ±0.02)
Loại cơ bản 0.1 trở xuống
Loại có độ chính xác cao 0.05 trở xuống
Loại kích hoạt Vít bi (LEFS), Vít bi
Loại hướng dẫn Hướng dẫn tuyến tính
Phạm vi nhiệt độ hoạt động [°C] 5 tới 40
Phạm vi độ ẩm hoạt động [%RH] 90 trở xuống
Thông số kỹ thuật điện
Kích thước động cơ 28 Đầu ra động cơ [W] 30
Loại động cơ Động cơ Servo(24VDC)
Mã hóa Tăng dần A/B (800 xung/xoay)/pha Z Điện áp định mức [V] 24 VDC ±10%
Công suất tiêu thụ [W] 63 Điện năng tiêu thụ ở chế độ chờ [W] Ngang 4/Dọc 9
Tối đa mức tiêu thụ điện năng tức thời [W] 70
Thông số kỹ thuật đơn vị khóa
Công suất tiêu thụ[W] 2.9 Điện áp định mức [V] 24 VDC ±10%
3.2.5.2 Động cơ Servo Gripper series LEHZ Đặc điểm
Với chức năng chống rơi
(Cơ chế tự khóa được cung cấp cho tất cả các dòng.)
Lực kẹp của phôi được duy trì khi dừng hoặc khởi động lại Các phôi có thể được loại bỏ bằng ghi đè thủ công
Sản phẩm tiết kiệm năng lượng
Tiêu thụ điện năng giảm nhờ cơ chế tự khóa
Kích thước cơ thể nhỏ gọn và các biến thể hành trình dài
Có sẵn lực kẹp tương đương với các loại kẹp khí được sử dụng rộng rãi Với chức năng kiểm tra độ bám
Xác định các phôi có kích thước khác nhau/phát hiện việc lắp và tháo phôi
Hình 3 9: Cấu trúc của LEHZ16
Bảng 3 8: Cấu trúc của LEHZ16
STT Mô tả Vật liệu Ghi chú
1 Thân Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
2 Tấm động cơ Hợp kim nhôm Sơn tĩnh điện
3 Vòng dẫn hướng Hợp kim nhôm
4 Đai ốc trượt Thép không gỉ Xử lý nhiệt + xử lý đặt biệt
5 Chốt trượt Thép không gỉ Xử lý nhiệt + xử lý đặt biệt
6 Lăn kim Thép chịu lực crom carbon
7 Lăn kim Thép chịu lực crom carbon
9 Cần gạt Thép không gỉ đặc biệt
Bảng 3 9: Thông số kỹ thuật của LEHZ16
Thông số kỹ thuật của thiết bị truyền động
Hành trình đóng mở/hai bên [mm] 6
Lực kẹp[N] Nền tảng 6 đến 14
Gọn nhẹ 3 đến 8 Tốc độ mở và đóng /Tốc độ đẩy [mm/s] 5 tới 80/5 tới 50
Phương pháp ổ đĩa Vít trượt + Cam trượt
Loại hướng dẫn ngón tay Hướng dẫn tuyến tính
(Không lưu thông) Độ chính xác đo chiều dài lặp lại [mm] ±0.05
Phản ứng dữ dội của ngón tay/một bên
[mm] 0,25 hoặc ít hơn Độ lặp lại [mm] ±0.02 Độ lặp lại định vị/một bên [mm] ±0.05
Mất chuyển động/một bên[mm] 0,25 hoặc ít hơn
27 tối đa tần số hoạt động [CPM] 60
Phạm vi nhiệt độ hoạt động [°C] 5 đến 40
Phạm vi độ ẩm hoạt động [%RH] 90 hoặc ít hơn
Thông số kỹ thuật điện
Loại động cơ Động cơ bước (Servo/24
Mã hoá Pha A/B tăng dần (800 xung/vòng quay) Điện áp định mức [V] 24 VDC ±10%
Mức tiêu thụ điện năng/Tiêu thụ điện năng ở chế độ chờ khi điều hành [W]
Nền tảng 11/7 Gọn nhẹ 8/7 tối đa mức tiêu thụ điện năng tức thời [W]
Mô hình phần cứng hoàn thiện
Hình 3 10: Mô hình phần cứng hoàn thiện
THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
Thiết kế chương trình điều khiển
Hệ thống “Khảo sát hệ thống sắp xếp và vận chuyển hàng hóa” yêu cầu tính chính xác và tốc độ cao trong quá trình hoạt động.
Chương trình phải được viết rõ ràng để dễ quản lý, bảo trì và sử dụng
Dừng hệ thống khi phát hiện lỗi
Có thể điều khiển riêng từng động cơ với chế độ Manual để kiểm tra và xác định được thông số của cả hệ thống
Có nhiều chế độ giúp thể hiện độ chính xác cho các vị trí đã được xác định sẵn, bao gồm cả đường thẳng, đường cong và những nét vẽ phức tạp.
Có những chế độ Auto để vận chuyển, suất nhập kho và chất hàng lên xe
Thiết kế Motion Controller cho hệ thống
4.1.2 Mô tả chương trình điều khiển phần cứng
Khi cấp điện cho toàn bộ hệ thống, chúng ta nhấn nút Motor để kích hoạt các động cơ, đưa thiết bị truyền động điện LEFS trở về vị trí gốc hoặc điểm khởi đầu.
Máy chủ 16 thuộc sê-ri JXCP1 truyền động, cho phép cấu hình thông qua phần mềm cài đặt Bộ điều khiển (ACT Controller 2) Phần mềm này hỗ trợ định hình bộ điều khiển và các trình điều khiển như JXC-1, JXC-H, JXC-F, LECA6, LECPA Các chức năng và phạm vi do phần mềm thiết lập sẽ khác nhau tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của bộ truyền động điện kết hợp với bộ điều khiển.
Để hệ thống hoạt động trở lại vị trí bắt đầu đã chỉ định, chúng ta cần nhấn Reference, cho phép bộ đếm xung xác định vị trí tham chiếu trước khi thực hiện thao tác định vị hoặc lực đẩy Khi biến RET_ORIG được kích hoạt, quá trình bắt đầu và biến tần sẽ di chuyển ra ngoài vị trí ban đầu cho đến khi chạm đến giới hạn hành trình, sau đó sẽ giảm tốc và tiến gần hơn đến vị trí ban đầu Tham số ORIG_SET sẽ được thiết lập sau khi quá trình này hoàn tất.
Hệ thống có thể dừng đột ngột khi nhấn Reset
Cấu hình cho hệ thống
Bước đầu tiên để lập trình PLC chúng ta cần cấu hình phần cứng cho PLC Các bước cấu hình hệ thống như sau:
Mở phần mềm Tia V17 để đọc thông số cấu hình từ PLC khi có sẵn các module đi kèm Kết nối PLC với máy tính qua cáp Ethernet và thực hiện theo quy trình hướng dẫn.
Ta tiến hành chọn mục "Unspecified CPU 1200" và nhấn "OK"
Hình 4 1: Chọn khối thiết bị khi chưa xác định rõ được PLC Màn hình hiển thị như hình ta tiến hành chọn “detect” để đọc dữ liệu từ PLC
Hình 4 2: Chọn Detect để PLC được cấu hình
Phần cứng hệ thống sau khi được cấu hình
Tiếp theo ta tiến hành cấu hình cho màn hình HMI, quá trình thực hiện tương tự như cấu hình cho PLC
Chọn HMI để sử dụng cho hệ thống
Hình 4 4: Màn hình lựa chọn loại HMI sử dụng
Phần cứng hệ thống sau khi được cấu hình
4.2.3 Thiết bị và mạng Định cấu hình phần cứng trước, sau đó thêm PLC và HMI của đề tài Bộ điều khiển không có trong danh mục phần cứng tích hợp TIA-Portal vì chúng không phải do Siemens sản xuất Tuy nhiên, bạn phải bao gồm tệp GSD dựa trên XML của thiết bị để kết hợp chúng trong đề tài Nhà sản xuất cung cấp tệp này, tệp này có thể được chọn từ menu "Công cụ" Sau khi được chọn, bộ điều khiển có thể được thêm vào dự án bằng cách chọn chúng từ danh mục Chúng có thể được truy cập bằng cách chọn "Other field devices"> "PROFINET IO"> "SMC Corporation"> "SMC JXC"
Ta tiến hành kết nối các phần cứng với nhau như hình
(Lưu ý phải chọn đúng chuẩn giao tiếp của hệ thống nếu không hệ thống sẽ không hoạt động)
Hình 4 6: Sơ đồ kết nối toàn bộ các thiết bị thông qua Profinet
Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là khối chức năng Để bắt đầu, mở PLC và thêm một khối mới Tiếp theo, chọn chức năng "FC", đặt tên và chọn ngôn ngữ lập trình "FBD", sau đó xác nhận bằng cách nhấn OK.
Hình 4 7: Màn hình chọn loại cấu trúc ngôn ngữ trong lập trình
4.2.5 Khối điều khiển trình điều khiển
Khối điều khiển trục FB10 trong Gantry robot cần được đặt tên tương ứng với các trục X, Y, Z Cụ thể, phiên bản điều khiển trục X nên được gọi là "X-Axis DB11", trục Y là "X-Axis DB12", và trục Z là "X-Axis DB13" Để tối ưu hóa chức năng, hãy thêm "FB100_JXCP1" từ thư viện vào FB10 và sử dụng "mẫu CPR1" mà không thể lấy từ nhà cung cấp Điều này giúp cải thiện giao tiếp giữa các bộ điều khiển.
Hình 4 8: Hình sơ đô khối của động cơ được ngôn ngữ lập trình cấu tạo
Các biến của "JXCP_X", "JXCP_Y" và "JXCP_Z" và "JXCP_Gr" lần lượt được khai báo trong các khối dữ liệu DB101, DB102 và DB103 và DB104
Bảng 4 1: Bảng thông tin các biến đầu vào
Tên Kiểu dữ liệu Ghi chú
BUSY Bool Được bật trong khi động cơ đang hoạt động
(ví dụ: khi đang thực hiện định vị)
ORIG_SET Bool SETON được kích hoạt bất cứ khi nào động cơ servo được tham chiếu
INP Bool Kích hoạt sau khi một hành động thành công cho đến khi hành động tiếp theo
AREA Bool Biến tần bật AREA nếu nó nằm giữa Area1 và Area2
ALARM Bool Nếu động cơ có vấn đề, nó sẽ được cảnh báo
READY Bool Nếu không có cảnh báo nào được kích hoạt khi Servo On, cờ READY được bật
Bảng 4 2: Bảng thông tin các biến đầu ra
CUR_POS [0.01mm] DInt Cho biết tốc độ hiện tại tính bằng milimét trên giây
CUR_SPE [mm/s] Int Cung cấp mô tả 0,01mm về vị trí hiện tại của mục tiêu
CUR_PUSH_FOR [%] Int % Lực đẩy hiện tại được hiển thị
TAR_POS [0.01mm] DInt Cung cấp mô tả 0,01mm về vị trí hiện tại của mục tiêu
ALARM_1 là mã cảnh báo hiển thị một số thập phân gồm 3 chữ số, thể hiện cảnh báo gần đây nhất Khi có cảnh báo mới, bản ghi từ ALARM_4 sẽ bị xóa và các mục nhập từ cảnh báo trước đó sẽ được nâng cao.
Tên Kiểu dữ liệu Ghi chú
MOTOR_ON Bool Động cơ bật khi có tín hiệu và tắt khi mất tín hiệu
RET_ORIG Bool Chế độ dẫn đường được bắt đầu (Quay lại vị trí ban đầu) JOG_BACKWARD Bool Thao tác thủ công đi sai hướng
JOG_FORWARD Bool Làm việc thủ công một cách có tính xây dựng
START_OP Bool Hướng dẫn khởi chạy cho một hoạt động số (ở chế độ đẩy và định vị)
Làm gián đoạn hoạt động đang diễn ra và hãm biến tần với độ trễ dài nhất có thể Hoạt động tiếp tục nếu HOLD được phát hành
RESET DInt Còi báo được đặt lại và quy trình hiện tại kết thúc
SPEED [mm/s] Int Đặt tốc độ tối đa tính bằng milimét trên giây phải nằm trong phạm vi 1 và tham số cơ bản
Thiết kế chương trình giám sát HMI
Sử dụng phần mềm TIA Portal để thiết kế màn hình giám sát
Yêu cầu thiết kế màn hình HMI:
Có các đầy đủ thông số thực tế khi các trục đang di chuyển
Có những thông số cụ thể tuỳ vào từng loại chương trình mà chúng ta thực hiện
Số 1 biểu thị cách giải thích tuyệt đối, trong khi giá trị 2 biểu thị cách giải thích tương đối Truyền động tiến 15 mm theo hướng tích cực, bất kể vị trí hiện tại, theo giá trị vị trí 1500, tương đối
POS [0.01mm] DInt Cung cấp thông số kỹ thuật vị trí mục tiêu 0,01 mm
ACC [mm/s²] Int Gia tốc tối đa được chỉ định là mm/s2
DEC [mm/s²] Int Tốc độ giảm tối đa được chỉ định bằng mm/s2 PUSH_FOR [%] Int Cho biết mức đẩy trong%
Để một hoạt động lực đẩy được coi là thành công, cần chỉ định mức kích hoạt theo phần trăm của lực đẩy tối đa và áp dụng cấp độ kích hoạt tương ứng với mức độ phản công.
PUSH_SPE [mm/s] Int Biểu thị bằng mm/s tốc độ cao nhất có thể trong quá trình vận hành lực đẩy
Cung cấp lực tối đa theo phần trăm của lực tối đa có thể được sử dụng cho các hoạt động định vị
AREA_1 [0.01mm] DInt Hai tham số thiết lập trước hai ranh giới của
Khi ở chế độ định vị, bạn có thể chỉ định dung sai xung quanh vị trí mục tiêu mà phạm vi mục tiêu sẽ bao phủ
Khoảng cách mà hoạt động lực đẩy sẽ được thực hiện được chỉ định trong chế độ lực đẩy
4.3.1 Thiết kế màn hình giới thiệu
Trang màn hình giới thiệu thể hiện tên tiêu đề và giới thiệu về toàn bộ hệ thống
Hình 4 9: Màn hình giới thiệu
4.3.2 Thiết kế màn hình tổng quan các chương trình
Trang màn hình tổng quan hiển thị các loại chương trình có sẵn trong hệ thống, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn chương trình mong muốn để sử dụng.
Hình 4 10: Màn hình tổng quan các chương trình
4.3.3 Thiết kế chương trình điều khiển từng loại hình cụ thể
4.3.3.1 Thiết kế màn hình Miling Shapes a Lưu đồ giải thuật điều khiển
Hình 4 11: Lưu đồ giải thuật chung của Miling Shapes b Màn hình thiết kế
Chương trình Miling Shapes cho phép các trục X-Y của hệ thống di chuyển theo nhiều hướng, bao gồm đường thẳng, chéo và cong Điều này giúp tạo ra các hình dạng như hình tròn, hình vuông, tam giác vuông và tam giác cân một cách chính xác.
Hình 4 12: Màn hình Miling Shapes c Thiết kế mạch điều khiển robot di chuyển theo hình vẽ
Mục đích của dự án này là tự động hóa chuyển động của các động cơ rô-bốt theo các dạng định sẵn Trong hình tam giác màu xanh lam, cả hai trục cần di chuyển đồng thời để di chuyển dọc theo cạnh huyền Hình vuông màu xanh lá cây cho thấy các trục X và Y được điều khiển luân phiên Đối với hình tam giác màu vàng, tốc độ của cả hai bộ truyền động sẽ được điều chỉnh khi di chuyển xung quanh vòng tròn màu đỏ.
Khai báo các biến Milling Shapes được lưu trữ trong khối dữ liệu "DB21 Milling Shapes"
Bảng 4 3: Các biến được khai báo của chương trình Miling Shapes
Tên Kiểu dữ liệu Giá trị mặc định
Khi thiết lập Robot, có thể xảy ra sự dịch chuyển vài mm, vì vậy cần chèn một phần bù có thể điều chỉnh được, tạo thành mạng "HMI to DInt Offset".
Do những lý do rõ ràng, phần bù hiển thị trên HMI tính bằng milimét, trong khi thông tin vị trí cho bộ điều khiển được cung cấp ở dạng 0,01mm Vì vậy, cần nhân "HMI_Offset_(X/Y)" với 100 và gán kết quả cho "DInt_Offset_(X/Y)".
Khi trục X và Y di chuyển qua tâm của vòng tròn, trục Z sẽ được khởi động Để chốt được nâng lên sau khi hoàn thành, cần bắt đầu trên cạnh âm của "HMI_Zero." Trước khi thay đổi giá trị vị trí, hãy xây dựng một mạng với các biến "Offset_Mid(X/Y) Pos" và "DInt_Offset_(X/Y)" được tính tổng.
"Red_Mid(X/Y) Pos" và "X/Y" liên quan đến việc cung cấp giá trị cho các trục X và Y, cụ thể là giá trị tương đương của "Offset_Mid" khi "HMI_Zero" được thiết lập và tất cả các biến "_Step" có giá trị bằng 1 Đối với trục Z, giá trị "Z_Down" sẽ được cung cấp nếu các giá trị của trục X và Y đáp ứng yêu cầu.
"out_CUR_POS" bằng với "Offset_Mid" và "HMI_Zero" được đặt Sau khi
"HMI_Zero" được đặt lại và bút vẫn ở vị trí tâm dưới cùng của vòng tròn, trục Z sau đó được cung cấp giá trị "Z_Up"
4.3.3.2 Thiết kế màn hình Navigation a Lưu đồ giải thuật điều khiển
Hình 4 13: Lưu đồ giải thuật của Navigation
Chương trình Navigation cho phép các trục X-Y của hệ thống di chuyển phức tạp hơn, kết hợp với các bước trong chương trình Milling Shapes để tạo ra những nét phức tạp hơn.
Hình 4 14: Màn hình Navigation c Thiết kế mạch điều khiển robot di chuyển theo hình vẽ phức tạp chuyển hướng tàu
Trong dự án, nhóm thiết kế điều khiển robot đã mô phỏng một con tàu di chuyển theo hướng dọc một con sông Dòng sông được thể hiện qua một bức ảnh, trong đó các điểm đánh dấu từ A đến F là những vị trí mà robot sẽ di chuyển đến.
Dự án điều khiển robot trục mô phỏng điều hướng tàu tập trung vào việc tiếp cận các điểm khác nhau một cách tuần tự, với tốc độ động cơ được điều chỉnh riêng cho từng tuyến đường Làn đường hẹp yêu cầu độ chính xác cao hơn, vì vậy cần thiết lập chức năng khóa khi chế độ này được kích hoạt qua HMI Khi robot di chuyển đến điểm A, nó sẽ tự hạ thấp xuống độ cao hoạt động, cho phép chốt được cố định chính xác trên mặt nạ hỗ trợ Sau khi gắn bút, phần bù có thể được điều chỉnh trên màn hình để đầu bút nằm đúng vị trí Cuối cùng, nhấn nút khóa trên HMI để thoát khỏi chế độ bộ truyền động và nâng robot lên.
Khai báo các biến Ship Navigation được lưu trữ trong khối dữ liệu " DB22 Ship Navigation"
Bảng 4 4: Các biến được khai báo của chương trình Ship Navigation
Name Data type Default value
4.3.3.3 Thiết kế màn hình Stack Goods a Lưu đồ giải thuật điều khiển
Hình 4 15: Lưu đồ giải thuật của Stack Goods b Màn hình thiết kế
Chương trình Stack Goods cho phép các trục X-Y-Z-Gr trong hệ thống hoạt động hiệu quả, giúp gắp thùng hàng từ kho này sang kho khác và xếp chồng thùng hàng lên nhau một cách dễ dàng.
Hình 4 16: Màn hình Stack Goods
Thiết kế mạch điều khiển robot di chuyển xếp hàng trong kho
Dự án điều khiển rô bốt trục xếp hàng hóa lần đầu tiên ứng dụng kẹp gắp, giúp vận chuyển hàng hóa hiệu quả đến khu vực lưu trữ và thực hiện việc xếp chồng một cách chính xác.
Dự án này có chín vị trí lưu trữ được đánh dấu trên tấm bìa hỗ trợ mô phỏng khu vực lưu trữ hàng, được sắp xếp từ trên xuống dưới giống như bàn phím điện thoại Trên HMI, người dùng có thể chọn điểm bắt đầu và kết thúc cho quá trình vận chuyển của robot giàn, sau đó khởi động quá trình Bên cạnh đó, tổng quan về chín vị trí lưu trữ sẽ được hiển thị, cùng với số lượng phôi gia công trong từng thùng lưu trữ.
Hiển thị mức tồn kho của chín ngăn lưu trữ dưới dạng các trường I/O
Khả năng điều chỉnh mức chứng khoán thông qua HMI
Vị trí bắt đầu và kết thúc được chọn trên HMI
KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Kết quả mô hình GrantyRobot
Dựa trên mô hình có sẵn nhóm đã tìm hiểu về các thiết bị điều khiển liên quan
Hình 5 1: Bộ điều khiển của mô hình
Hình 5 2: Bốn động cơ tương ứng với ba trục và tay gắp
Kết quả thiết kế chương trình điều khiển
Dựa vào các yêu cầu điều khiển, nhóm đã thiết kế ra các chương trình cụ thể bao gồm:
5.2.1 Kết quả chương trình Miling Shapes
Hình 5 3: Hình ảnh thực tế của hình mẫu chương trình Miling Shapes
5.2.1.1 Hệ thống hoạt động trong thực tế a Điều khiển robot di chuyển trong Ô Vuông
Robot sẽ di chuyển theo thứ tự các toạ độ được đề ra để tạo ra hình vuông mong muốn
Quá trình hệ thống diễn ra như sau:
Nhấn nút Start bên phải “Square” trên màn hình HMI
Trục X và Y của robot di chuyển đến điểm A đầu tiên
Hình 5 4: Hình phát thảo vị trí điểm Green_A
Hình 5 5: Trục Z di chuyển tới vị trí Green_A Bước 3
Trục Z của robot đi xuống
Hình 5 6: Hạ trục Z xuống vị trí Green_A
Trục X của robot di chuyển đến vị trí điểm B của hình vuông
Hình 5 7: Hình phát thảo việc di chuyển từ A qua B của Green
Hình 5 8: Trục Z tại điểm B của Green_B Bước 5
Trục Y của robot di chuyển đến vị trí điểm C của hình vuông
Hình 5 9: Hình phát thảo việc di chuyển từ B qua C của Green
Hình 5 10: Trục Z tại điểm C của Green_B Bước 6
Trục X của robot di chuyển đến vị trí điểm D của hình vuông
Hình 5 11: Hình phát thảo việc di chuyển từ C qua D của Green
Hình 5 12: Trục Z tại vị trí điểm D của Green
Trục Y của robot di chuyển đến vị trí điểm A để hoàn thành cạnh cuối của hình vuông
Hình 5 13: Hình phát thảo việc di chuyển từ D qua A của Green
Hình 5 14: Trục Z quay lại trị điểm Green_A Bước 8
Sau khi hoàn thiện hình vuông, trục Z được nâng lên
Hình 5 15: Trục Z được nâng lên kết thúc quá trình vẽ của Green b Điều khiển robot di chuyển theo hình Tam giác vuông
Robot sẽ di chuyển theo thứ tự các toạ độ được đề ra để tạo ra hình tam giác đều mong muốn
Quá trình hệ thống diễn ra như sau:
Khi nhấn nút Start bên phải “R_Triangel” trên màn hình HMI
Trực tiếp X và Y của robot di chuyển đến các điểm đặt trước
Hình 5 16: Hình phát thảo vị trí điểm A của Blue
Hình 5 17: Trục Z tại vị trí điểm A của Blue Bước 3
Trục Z của robot đi xuống
Hình 5 18: Hạ trục Z tại vị trí Blue_A Bước 4
Hình 5 19: Hình phát thảo việc di chuyển từ A qua B của Blue
Hình 5 20: Trục Z tại vị trí điểm B của Blue Bước 5
Trục Y của robot di chuyển tạo Tam giác 2
Hình 5 21: Hình phát thảo việc di chuyển từ B qua C của Blue
Hình 5 22: Trục Z tại vị trí điểm C của Blue
Trục X của robot di chuyển tạo Tam giác 1
Hình 5 23: Hình phát thảo việc di chuyển từ C qua lại A của Blue
Hình 5 24:Trục Z quay lại vị trí A của Blue Bước 7
Hình tam giác vuông hoàn thiện, trục Z nâng lên
Hình 5 25: Trục Z được nâng lên đồng thời kết thúc quá trình của Blue
61 c Điều khiển robot di chuyển theo hình Tam giác đều
Robot sẽ di chuyển theo thứ tự các toạ độ được đề ra để tạo ra hình tam giác vuông mong muốn
Quá trình hệ thống diễn ra như sau:
Khi nhấn nút Start bên phải “R_Triangel” trên màn hình HMI
Trực tiếp X và Y của robot di chuyển đến các điểm đặt trước
Hình 5 26: Hình phát thảo vị trí điểm Yellow_A
Hình 5 27:Trục Z tại vị trí điểm A của Yellow Bước 3:
Trục Z của robot đi xuống
Hình 5 28: Hạ trụ Z tại vị trí điểm Yello_A Bước 4
Trục Y của robot di chuyển để tạo Tam giác 1
Hình 5 29: Hình phát thảo việc di chuyển từ A qua B của Yellow
Hình 5 30: Trục Z tại vị trí điểm Yellow_B
Trục Y của robot di chuyển tạo Tam giác 2
Hình 5 31: Hình phát thảo việc di chuyển từ B qua C của Yellow
Hình 5 32: Trục Z tại điểm Yellow_C Bước 6
Trục X của robot di chuyển tạo Tam giác 1
Hình 5 33: Hình phát thảo việc di chuyển từ C quay lại A của Yellow
Hình 5 34: Trục Z quay lại vị trí Yellow_A Bước 7
Hình tam giác đều được hoàn thiện, trục Z nâng lên
Hình 5 35: Trục Z được nâng lên kết thúc quá trình của Yellow d Điều khiển robot di chuyển theo hình vòng tròn màu đỏ
Để thực hiện chuyển động tròn, cần điều chỉnh tốc độ trong khi máy hoạt động Bắt đầu bằng cách tiếp cận đỉnh vòng tròn và hạ chốt xuống, sau đó hoàn thành một phần tư vòng tròn bên phải Trục X sẽ ở độ cao của tâm, trong khi trục Y có tâm - bán kính làm tọa độ của nó Vòng tròn được thực hiện qua từng phần tư theo cách này.
Biểu thức SpeedCalc (Tính toán tốc độ) được áp dụng để xác định tốc độ của chuỗi bước, với định dạng chính xác của phép tính được trình bày chi tiết trong bảng phân tích từng bước.
Quá trình hệ thống diễn ra như sau:
Khi nhấn nút Start trên màn hình HMI
Trực tiếp X và Y của robot di chuyển đến các điểm đặt trước
Hình 5 36: Hình phát thảo vị trí điểm A của Red
Hình 5 37: Trục di chuyển tới điểm A của Red Bước 3
Trục Z của robot đi xuống
Hình 5 38: Trục Z hạ xuống tại vị trí Red_A Bước 4
Trục X, Y của robot di chuyển tạo vòng tròn 1
Hình 5 39: Hình phát thảo việc di chuyển từ A qua B của Red
Hình 5 40: Trục Z tại vị trí B của Red
Trục X và Y của robot di chuyển tạo vòng tròn 2
Hình 5 41: Hình phát thảo việc di chuyển từ B qua C của Red
Hình 5 42: Trục Z tại vị trí C của Red Bước 6
Trục X và Y của robot di chuyển tạo vòng tròn 1
Hình 5 43: Hình phát thảo việc di chuyển từ C qua D của Red
Hình 5 44: Trục Z tại vị trí D của Red Bước 7
Trục X và Y của robot di chuyển tạo vòng tròn 2
Hình 5 45: Hình phát thảo việc di chuyển từ D quay lại A của Red
Hình 5 46: Trục Z quay lại vị trí A của Red
Hình tròn đỏ được hoàn thiện, trục Z nâng lên
Hình 5 47: Trục Z được nâng lên và kết thúc quá trình của Red
Tất cả cá hình đều đi đúng và không bị ngắt quản, di chuyển chính xác với những thông số rõ ràng và hiệu quả
Các trụ di chuyển nhanh chóng và không có lỗi trong quá trình
5.2.2 Kết quả chương trình Navigation
Hình 5 48: Hình ảnh thực tế của hình mẫu chương trình Navigation
5.2.2.1 Hệ thống hoạt động trong thực tế Để khởi động truyền động, có một nút khởi động trên HMI Nếu một trong các phím được nhấn, rô-bốt giàn sẽ di chuyển qua vị trí bắt đầu Khi đã đến vị trí này, chốt sẽ hạ xuống Cổng không gian bắt đầu đi theo tiến trình của con sông Cuối cùng, pin nâng lên một lần nữa
Nhấn Start trên màn hình
Khởi động quá trình, so sánh trục Z
Trục X và Y của rô bốt di chuyển đến điểm A Với các giá trị dược đặt như sau:
Hình 5 49: Hình phát thảo vị trí điểm A
Hình 5 50: Trục di chuyển tới điểm A
Trục Z được hạ xuống chính xác tại điểm A các giá trị của quá trình được đặt như sau:
Hình 5 51: Hạ trục Z di chuyển tới điểm A Bước 4
Các trục của rô bốt di chuyển thẳng tới điểm B với các giá trị được đặt như sau
Hình 5 52: Hình phát thảo việc di chuyển từ A qua B
Hình 5 53, Trục di chuyển tới điểm B
Các trục của rô bốt di chuyển chéo đến điểm C với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Hình 5 54: Hình phát thảo việc di chuyển từ B qua C
Hình 5 55: Trục Z tại vị trí điểm C
Rô bốt phải di chuyển ba vòng cung để đến được vị trí điểm D như sau
Robot bắt đầu tính toán và di chuyển theo hình bán nguyệt
Rô bốt di chuyển đi lên và trái với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Các trục của rô bốt di chuyển đến điểm D với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Hình 5 56: Hình phát thảo việc di chuyển từ C qua D
Hình 5 57: Trục Z tại vị trí điểm D Bước 9
Các trục của rô bốt di chuyển chéo đến điểm E với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Hình 5 58: Hình phát thảo việc di chuyển từ D qua E
Hình 5 59: Trục Z tại vị trí điểm E Bước 10
Các trục của rô bốt di chuyển đến điểm F với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Hình 5 60: Hình phát thảo việc di chuyển từ E qua F
Hình 5 61: Trục Z tại vị trí điểm F
Rô bốt hoàn thành quá trình di chuyển trục Z được nâng lên với giá trị của rô bốt được đặt như sau
Hình 5 62: Trục Z được nâng lên kết thúc quá trình
Các trục di chuyển nhanh chóng và ổn định, với khả năng điều hướng chính xác theo chương trình đã định Điều này mở ra cơ hội để phát triển các hình thù phức tạp hơn trong tương lai.
5.2.3 Kết quả chương trình Stack Goods
Hình 5 63: Hình ảnh thực tế của hình mẫu chương trình Stack Goods
5.2.3.1 Hệ thống hoạt động trong thực tế
Trước trình tự bước, hãy thực hiện khởi tạo khi nhấn phím Init
Trình tự bước được đặt thành bước 1
Gripper-Error đã bị xóa
Khi gặp lỗi trục, hãy chèn một truy vấn Nếu cờ cảnh báo được kích hoạt trong bộ điều khiển, trình tự bước sẽ ngay lập tức được đặt thành -3, dẫn đến việc dừng lại và biến.
"HMI_Error_Axis" được đặt
Nếu không có cảnh báo nào được báo cáo, HMI_Variable sẽ được đặt lại Quá trình bắt đầu khi "Gripper_Timer" được truy vấn sau khi thao tác đẩy với bộ kẹp được thực hiện Nếu bộ đếm thời gian hết hạn trước khi hoạt động thành công được báo cáo, trình tự bước sẽ bị gián đoạn và lỗi sẽ được báo cáo Bộ đếm thời gian được đặt và đặt lại tương tự như bộ đếm thời gian theo bước.
Các lỗi khi đang thực hiện
Lỗi khi nhập sai giá trị các vị trí muốn di chuyển
Hình 5 64: Lỗi khi nhập sai giá trị các vị trí muốn di chuyển Lỗi khi không có vật để gắp tại vị trí chọn
Hình 5 65: Lỗi khi không có vật để gắp tại vị trí chọn Lỗi khi có vật làm sai lệch vị trí của các trục
Hình 5 66: Lỗi khi có vật làm sai lệch vị trí của các trục
Thực hiện trình tự bước sau:
Kiểm tra các tín hiệu động cơ đã hoạt động ổn định
Hình 5 67: Trường hợp điều kiện “ #Stack_Spot #[HMI_Start_Spot] > 0”
Hình 5 68: Trường hợp điều kiện “ #Stack_Spot #[HMI_End_Spot] < 2
Trong trường hợp không đáp ứng đủ các điều kiện quy trình chở về bước 1 Bước 3
Di chuyển x và y đến điểm bắt đầu và mở kẹp gắp
Điểm bắt đầu được xác định tại ô thứ 4 và điểm kết thúc tại ô số 3, với khả năng tùy chỉnh linh hoạt thông qua màn hình HMI.
Hình 5 69: Màn hình HMI sau khi nhập dữ liệu
Hình 5 70: Di chuyển đến điểm bắt đầu và mở kẹp gắp
Hạ kẹp xuống vị trí vật cần nâng
Hình 5 71: Hạ kẹp xuống vị trí vật cần nâng Bước 5
Hình 5 72: Kẹp vật tại vị trí Set
Khi này màn hình sẽ nhảy xuống 1 đơn vị để phù hợp với số lượng hàng có tại vị trí đó
Trong trường hợp không đáp ứng đủ các điều khiện quy trình trở về bước 3 Bước 6
Hình 5 73: Nâng vật lên sau khi kẹp Bước 7
Di chuyển x và y đến End_Pos
Hình 5 74: Di chuyển x và y đến End_Pos
Hạ kẹp xuống vị trí End sport
Hình 5 75: Hạ kẹp xuống vị trí End sport Bước 9
Khi đặt vật đúng vị trí, hãy mở kẹp để màn hình tự động điều chỉnh lên 1 đơn vị, tương ứng với số lượng hàng tại vị trí đó.
Nâng kẹp và hoàn thành
Hình 5 77: Nâng kẹp và kết thúc quá trình
Các thùng hàng được xếp thẳng với độ chính xác cao, giúp tối ưu hóa không gian lưu trữ Việc di chuyển vật qua các vị trí diễn ra nhanh chóng, nâng cao hiệu suất làm việc Đồng thời, việc thực hiện đúng các bước trong chương trình là rất quan trọng để đảm bảo quy trình hoạt động hiệu quả.
5.2.4 Kết quả chương trình Container
Hình 5 78: Hình ảnh thực tế của hình mẫu chương trình Container
5.2.4.1 Hệ thống hoạt động trong thực tế
Chúng ta sẽ hạ các thùng hàng từ tàu xuống kho hàng theo thứ tự Mỗi lần hạ hàng tối đa là ba lượt, tương ứng với ba ô chứa trên tàu Sau khi hoàn tất ba lượt, sẽ có thông báo không còn hàng Kho hàng có năm ô chứa, vì vậy sau khi hoàn thành chuyến đầu với ba lượt xuống, chúng ta sẽ ấn lần hai để tiếp tục hai lượt còn lại lên tàu tiếp theo.
Trong quá trình vận chuyển hàng từ tàu vào kho, chúng ta có thể cho hàng lên xe sau ba lượt xuống hàng nếu kho chưa đầy Nếu kho đã đầy, chúng ta cần chuyển hàng ngay lập tức từ kho ra xe Mỗi lần chuyển hàng, bắt buộc phải ấn nút, vì xe chỉ có khả năng chứa một ô hàng.
Các thông báo khi thực hiện chương trình:
Kho hàng hoàn toàn trống chúng ta có thể thực hiện nhấn nút “Upload Ship” và không thể nhấn được nút “Load Truck
Kho hàng hoàn toàn trống chúng ta có thể thực hiện nhấn nút “Load Truck” và không thể nhấn được nút “Upload Ship”
Hình 5 80: Kho hàng đầy Khi không có hàng hoặc bị lỗi trong quá trình chạy chương trình
Hình 5 81: Báo lỗi trên hệ thống Quy trình hoạt động hệ thống như sau
So sánh chương trình đang thực hiện ở giai đoạn nào:
Nếu ấn “Unload Ship” và kho hàng trống thì
Nếu ấn “Load Truck” và kho hàng đầy thì
Di chuyển trục vào khu vực ô hàng của tàu và mở Gripper
Hình 5 82: Di chuyển trục vào khu vực ô hàng của tàu và mở Gripper
Hình 5 83: Hạ trụ Z xuống thùng hàng đầu tiên Bước 4 Đóng kẹp để nâng vật lên
Để nâng vật lên, sử dụng kẹp đóng Nếu kho trục Gấp không có hàng, quá trình sẽ tạm dừng trong một thời gian trước khi di chuyển đến vị trí khác theo bước 10.
Hình 5 85: Trục Z dừng tạm thời sau đó di chuyển tới vị trí tiếp theo Bước 5
Hình 5 86: Nâng thùng hàng lên Bước 6
Di chuyển phôi đến vị trí trống thứ tự từ 1 đến 5
Hình 5 87: Kẹp di chuyển phôi đến vị trí 1 ( tương tự đối với các vị trí 2 - 5) Bước 7
Mở gắp vàcho thùng hàng vào đúng vị trí
Hình 5 88: Mở gắp và cho thùng hàng vào đúng vị trí
Hình 5 89: Nâng kẹp gắp Bước 10
Mở và nâng gắp khi không có hàng trên tàu và di chuyển tới vị trí tiếp theo Bước 11
Quá trình kết thúc lượt di chuyển hàng từ tàu vào kho diễn ra sau khi trục đã đi qua ba ô hàng Hoạt động này sẽ hoàn tất khi trên tàu không còn phôi hoặc kho đã hết chỗ.
Hình 5 90: Trục Z được nâng lên sau khi để thùng hàng cuối vào kho kết thúc quá trình nhập kho
Bắt đầu quy trình xếp hàng lên xe tải di chuyển đến khu vực kho để lấy hàng để lên xe tuần tự từ vị trí 1 đến 5
Hình 5 91: Di chuyển trục tới thùng hàng trong kho để di chuyển lên xe Bước 13
Bước 14 Đóng gắp khi chuyển thùng hàng từ kho ra xe
Hình 5 93: Đóng gắp khi chuyển thùng hàng từ kho ra xe
Nếu tại vị trí gắp không có thùng hàng chương trình sẽ thông báo
Hình 5 94: Nâng thùng hàng để vận chuyển ra xe
Di chuyển phôi đến vị trí xe tải
Hình 5 95: Di chuyển thùng hàng tới vị trí xe Bước 17
Hạ kẹp xuống xe tải
Hình 5 96: Hạ thùng hàng đúng ngay tại vị trí của xe Bước 18
Mở kẹp hạ phôi xuống xe
Hình 5 97: Mở kẹp khi hạ thùng hàng xuống xe Bước 19
Nâng trục Z kết thúc quá trình
Hình 5 98: Nâng trục Z và kết thúc quá trình vận chuyển hàng ra xe
Hệ thống vận hành nhanh chống ít lỗi Có sự liên tục giữa các giai đoạn một cách nhịp nhàng
Có các lệnh cảnh báo hiệu quả khi đang thực hiện sai các bước được đề ra
5.2.5 Kết quả chương trình Manual Mode
Hình 5 99: Hình ảnh thực tế của hình mẫu chương trình Miling Shapes
5.2.5.1 Hệ thống hoạt động trong thực tế
Với chế độ điều khiển bằng tay, người dùng nhập vị trí cho các trục của robot giàn trên màn hình HMI và nhấn nút “Start” để robot di chuyển đến vị trí đã xác định.
Vị trí đầu vào cho các trục cần nằm trong giới hạn cho phép, với giới hạn trục X và Y là 500 mm, trục Z là 150 mm, và trục kẹp là 7 mm.
Hình 5 100: Màn hình HMI sau khi nhập
Ta được hình ảnh thực tế sau
Hình 5 101: Các trụ di chuyển tới vị trí đã được nhập
Mô hình chạy đúng với giá trị mong muốn, có thể linh động trong lúc di chuyển
Hệ thống có mức độ sai lệch nhỏ ở phần Gripper
Kích thước của vật nâng bị biến dạng do nhiệt độ ảnh hưởng tới diện tích tiếp xúc tác động tới các thông số của hệ thống.
Nhận xét
Từ kết quả chạy mô hình ta thấy, việc điều khiển các trục động cơ lên xuống và di chuyển qua lại
Mô hình thực hiện chính xác với số liệu cụ thể, đáp ứng các ứng dụng thực tế trong hệ thống vận chuyển, qua từng loại chương trình và bài toán được đưa ra.