Nghiên ứu, xây dựng hệ điều khiển chuyển động sử dụng bộ điều khiển servo mitsubishi

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI====o0o==== NGUYỄN TUẤN DƯƠNGNGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SERVO MITSUBISHILUẬN VĂN TH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

====o0o====

NGUYỄN TUẤN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SERVO MITSUBISHI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

K THU T Ỹ Ậ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

====o0o====

NGUYỄN TUẤN DƯƠNG NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SERVO MITSUBISHI

Chuyên ngành: Kỹ thu t ậ điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

K THU T Ỹ Ậ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG

Hà Nội - 2018

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn: Nghiên cứu, xây dựng hệ điều khiển chuyển động sử dụng bộ điều khiển servo Mitsubishi do tôi tự nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Đỗ Mạnh Cường Các số liệu và kết quả trong

luận văn là hoàn toàn trung thực

Nếu sai với lời cam đoan trên tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Nguyễn Tuấn Dương

L I C Ờ ẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành điều khiển và tự động hóa với đề

tài “Nghiên cứu, xây dựng hệ điều khiển chuyển động sử dụng bộ điều khiển servo Mitsubishi” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và

được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người thân Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập nghiên cứu khoa học vừa q - ua

Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS.Đỗ Mạnh Cường đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Điện đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn.

Nguyễn Tuấn Dương

M C L C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG 2

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển chuyển động 2

1.1.1 Kiến trúc cơ bản của hệ thống điều khiển chuyển động bao gồm: 2

1.1.2 Các chức năng điều khiển chung bao gồm 3

1.1.3 Ứng dụng của các hệ điều khiển chuyển động 4

1.2 Vai trò của hệ điều khiển servo trong hệ thống điều khiển chuyển động 4

1.2.1 Giới thiệu cơ bản về hệ servo 4

1.2.2 Công nghệ điều khiển servo 5

1.2.3 Động cơ PMSM và cảm biến trong hệ thống điều khiển vị trí servo 7

Chương 2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG SERVO 9

2.1 Mở đầu 9

2.2 Lựa chọn thiết bị và xây dựng cấu trúc phần cứng 9

2.2.1 Các thiết bị xây dựng lên hệ điều khiển servo 9

2.2.2 Ghép nối các thiết bị 9

2.3 Đặc điểm của động cơ đồng bộ servo Mitsubishi HG-KR053B 10

2.3.1 Đặc điểm chung 10

2.3.2 Thông số kỹ thuật động cơ HG-KR053B 11

2.4 Tìm hiểu Biến tần servo Mitsubishi MR-J4-10B 12

2.4.1 Giới thiệu chung về biến tần servo 12

2.4.2 Giới thiệu về biến tần servo MR-J4-10B của Mitsubishi 13

2.4.3 Các thông số kỹ thuật chính và sơ đồ đấu nối 14

2.5 Đặc điểm dòng PLC iQ R của hãng Mitsubishi - 17

2.5.1 Giới thiệu chung 17

2.5.2 Đặc điểm của một số module PLC dòng iQ-R 19

2.5.3 Tìm hiểu Module điều khiển chuyển động RD77MS2 22

2.6.1 Giới thiệu chung về phần mềm GX Works3 26

2.6.2 Các lệnh cơ bản 26

2.6.3 Cài đặt cấu hình module RD77MS2 và biến tần MR J4 bằng GX Works 3 27

Chương 3 THIẾT KẾ, LẮP RÁP HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT KÍNH TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN SERVO CỦA MITSHUBISHI 30

3.1 Yêu cầu chung và tính toán chọn hệ điều khiển 30

3.1.1 Yêu cầu chung 30

3.1.2 Tính toán chọn hệ điều khiển 31

3.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 31

3.3 Chế tạo và lắp ráp 34

3.3.1 Ghép nối hệ thống cơ khí máy cắt kính 34

3.3.2 Lắp đặt cơ cấu dò vị trí kính bằng cảm biến sợi quang 36

3.3.3 Thiết kế hệ thống thiết bị điện 38

Chương 4 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN VẬN HÀNH CHO MÁY CẮT KÍNH 44

4.1 Thiết kế chương trình điều khiển 44

4.1.1 Mô tả phương thức thực hiện hệ điều khiển 44

4.1.2 Lưu đồ chương trình điều khiển PLC và lập trình điều khiển 53

4.1.2.1 Chương trình chính 53

4.1.2.2 Chương trình con bật servo 54

4.1.2.3 Chương trình con Reset lỗi 54

4.1.2.4 Chương trình con dò điểm 55

4.1.2.5 Chương trình con xử lý dữ liệu dò điểm 56

4.1.2.6 Chương trình con cắt kính 56

4.1.3 Cài đặt RD77MS2, MR J4 và bộ nhớ chương trình - 58

4.1.4 Cài đặt RD77MS2 58

4.1.5 Cài đặt MR-J4 59

4.1.6 Cài đặt bộ nhớ chương trình 59

4.2 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển 62

4.2.1 Giới thiệu các phần mềm sử dụng để thiết kế giao diện 62

4.2.1.1 Giới thiệu phần mềm MX Component 63

4.2.1.2 Giới thiệu phần mềm Visual Studio 65

4.2.2 Thiết kế giao diện 66

4.2.3 Thực nghiệm và đánh giá 70

4.2.3.1 Thực nghiệm 70

4.2.3.2 Đánh giá 71

4.2.4 Đề xuất hướng phát triển 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 77

DANH M C T VI T T T Ụ Ừ Ế Ắ

PLC Programable Logic Controller Bộ điều khiển logic khả trình

DANH M C HÌNH Ụ

Hình 1.1 Bộ điều khiển chuyển động là tâm điểm của hệ thống điều khiển chuyển

động 3

Hình 1.2 Hệ chuyển động servo cơ bản 6

Hình 1.3 Mô hình động cơ đồng bộ servo 7

Hình 2.1 Cấu trúc hệ điều khiển chuyển động servo Mitshubishi 10

Hình 2.2 Động cơ đồng bộ servo HG-KR053B 11

Hình 2.3 Bản vẽ chi tiết cấu trúc động cơ HG-KR053B 11

Hình 2.4 Sơ đồ khối cấu trúc biến tần servo 12

Hình 2.5 Biến tần servo MR-J4-10B 14

Hình 2.6 Các thành phần dưới nắp che của biến tần MR-J4-10B 15

Hình 2.7 Sơ đồ đấu dây hệ thống biến tần và động cơ servo dòng MR-J4 17

Hình 2.8 Dòng PLC iQ-R 18

Hình 2.9 Các tính năng nổi bật của dòng plc MELSEC iQ-R [6] 19

Hình 2.10 Module nguồn R61P và module R04ENCPU 19

Hình 2.11 Module đầu vào số RX42C4 và sơ đồ đấu nối 20

Hình 2.12 Module RY42NT2P và sơ đồ đấ u n i 21 ố Hình 2.13 Base R38B 21

Hình 2.14 Module RD77MS2 và các chi tiết bên ngoài 22

Hình 2.15 Cài đặt tham số cho module RD77MS2 28

Hình 2.16 Cửa sổ cài đặt tham số cho biến tần servo 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối mô hình máy cắt kính 33

Hình 3.2 Động cơ servo nối với vít me thông qua khớp nối mềm 34

Hình 3.3 Một số thiết bị cơ khí trong mô hình máy cắt kính 35

Hình 3.4 Hình ảnh tổng thể các thiết bị cơ khí khi được lắp ráp 36

Hình 3.5 Bộ khuếch đại sợi quang FS V31 và đầu dò phản quang sợi quang FU- -35FA 37

Hình 3.6 Giá lắp thiết bị thí nghiệm servo Mitsubishi 38

Hình 3.7 Hệ thiết bị điều khiển mô hình máy cắt kính 39

Hình 3.9 Sơ đồ đi dây cấp nguồn cho biến tần servo, kết nối servo với động cơ 41

Hình 3.10 Sơ đồ đấu dây phân phối nguồn 24VDC 42

Hình 3.11 Sơ đồ đấu dây điều khiển cho biến tần servo 43

Hình 4.1 Minh họa đường cắt từ một chuỗi dữ liệu nhập vào 46

Hình 4.2 Đường đi của thuật toán dò điểm 48

Hình 4.3 Phép tịnh tiến theo vecto u và phép quay tâm O góc φ 51

Hình 4.4 Kết hợp phép tịnh tiến và phép quay vào bài toán máy cắt kính 52

Hình 4.5 Lưu đồ tổng quan chương trình chính 53

Hình 4.6 Lưu đồ chương trình bật servo và chương trình Reset lỗi 54

Hình 4.7 Lưu đồ chương trình dò điểm 55

Hình 4.8 Lưu đồ thuật toán chương trình con xử lý dữ liệu dò điểm 56

Hình 4.9 Lưu đồ chương trình nộp cắt 57

Hình 4.10 Màn hình khởi động MX Communication Setup Utility 64

Hình 4.11 Chọn trạm PLC số muốn kết nối 64

Hình 4.12 Giao diện khi khởi động Visual Studio 2013 66

Hình 4.13 Giao diện chương trình điều khiển giám sát máy cắt kính 67

Hình 4.14 Giao diện Tab chương trình chạy JOG 68

Hình 4.15 Giao diện Tab chương trình Cắt Kính 69

Hình 4.16 Giao diện Tab đồ thị giám sát đường đi đầu cắt 70

Hình 4.17 Đường cắt mong muốn ở ví dụ 1 (trái) và ví dụ 2 (phải) 71

Hình 4.18 Đường cắt yêu cầu và đồ thị đường đi đầu cắt trong ví dụ 1 72

Hình 4.19 Đường cắt yêu cầu và đồ thị đường đi đầu cắt trong ví dụ 2 72

Hình 4.20 Cảm biến quang phát hiện kính và lưỡi cắt 73

Hình 4.21 Máy đang thực hiện cắt kính 73

Hình 4.22 Hình ảnh toàn bộ thiết bị mô hình máy cắt kính 74

DANH M C B Ụ Ả NG SỐ Ệ LI U

Bảng 2.1 Các giắc và chân kết nối cơ bản của biến tần servo MR-J4-10B 14 Bảng 2.2 Chi tiết các chân tín hiệu của giắc cắm CN3 16 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật module RD77MS2 23 Bảng 2.4 Các trong phương pháp điều khiển định vị cơ bản của module RD77MS2 25 Bảng 2.5 Các lệnh xử lý Bit trong GX Works 3 26

L ỜI NÓI ĐẦ U

Trong những năm gần đây, việc áp dụng kỹ thuật tự động hóa đã làm thay đổi diện mạo của nhiều nghành sản xuất dịch vụ hững thuật ngữ thiết bị thông minh, Nthiết bị tự động…vv ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong cuộc sống

Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng đó của xã hội thì việc đưa những dây chuyền tự động hóa vào sản xuất những sản phẩm phục vụ cho các nhu cầu trong đời sống đang ngày một phát triển, đtôi lại hiệu quả cao, độ an toàn và giá trị thẩm mỹ lớn Một trong những nhu cầu đó là việc sử dụng kính dán an toàn

Trong khuôn khổ nghành đào tạo điều khiển và tự động hóa, nhằm giúp họcviên trước khi ra trường có điều kiện hệ thống hóa lại những kiến thức đã học cũng như được tiếp cận với những mô hình kỹ thuật của thực tế, đồng thời giúp cho họcviên có cơ hội tư duy nghiên cứu và thiết kế, tôi đã được giao và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, xây dựng hệ điều khiển chuyển động sử dụng

bộ điều khiển servo Mitsubishi ” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đỗ Mạnh Cường

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn tự động hóa công nghiệp trường - Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo Đỗ Mạnh Cường đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này Mặc dù tôi đã cố gắng hết sức, tuy nhiên do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi xảy ra những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp từ phía thầy cô để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2018

Tác giả

Nguyễn Tuấn Dương

Chương 1 Ổ T NG QUAN V CÁC H TH Ề Ệ ỐNG ĐIỀ U KHI N CHUY Ể ỂN ĐỘ NG

1.1 Giới thi u chung v ệ ề ệ h th ng điều khiển chuyể ố n đ ộ ng

Điều khiển chuyển động là một lĩnh vực của ự độ t ng hóa , bao gồm các hệ thống hoặc các hệ thống phụ liên quan đến việc di chuyển các bộ phận của máy móc một cách có kiểm soát Các thành phần chính liên quan thường bao gồm ộ điề b u khi n ểchuyển động , bộ khuếch đại năng lượng, và một hoặc nhiều động cơ hoặc cơ cấu chấp hành Điều khiển chuyển động có thể là vòng hở hoặc vòng kín

1.1.1 Kiến trúc cơ bản của hệ thống điều khiển chuyển động bao gồm:

• Một bộ điều khiển chuyển động để tạo ra các điểm đặt (đầu ra mong muốn hoặc biên dạng chuyển động)

• Một bộ truyền động hoặc bộ khuếch đại để biến đổi tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển chuyển động sang năng lượng tới cơ cấu chấp hành

• Một động cơ chính hoặc thiết bị truyền động như bơm thủy lực, xy lanh khí nén, bộ truyền động tuyến tính, hoặc động cơ điện cho chuyển động đầu ra

• Trong các hệ thống vòng kín, các thiết bị phản hồi trên động cơ hoặc tải được

sử dụng để thông báo cho bộ truyền động hoặc bộ điều khiển các chi tiết cụ thể về

sự di chuyển thực tế của trục động cơ hoặc tải một hoặc nhiều bộ cảm biến phản, hồi như bộ mã hoá quang học, máygiải phân giải hoặc các thiết bị hiệu ứng Hall

Dữ liệu phản hồi này được sử dụng để tăng độ chính xác của chuyển động và có thể được sử dụng để bù đắp cho những thay đổi động có thể xảy ra khi tải, chẳng hạn như thay đổi khối lượng, ma sát hoặc các rối loạn khác

• Các thành phần cơ khí để chuyển đổi chuyển động của thiết bị truyền động sang chuyển động mong muốn, bao gồm: bánh răng, trục, trục vít dây đai, mối liên , kết và vòng bi

Sơ đồ dưới đây mô tả các thành phần thiết yếu của hệ thống điều khiển chuyển động:

Hình 1.1 Bộ điều khiển chuyển động là tâm điểm của hệ thống điều khiển

chuyển động

Kết nối bộ điều khiển chuyển động và bộ biến tần là rất quan trọng khi điều phối chuyển động được yêu cầu, vì nó phải cung cấp sự đồng bộ chặt chẽ Về mặt lịch sử, kết nối mở duy nhất là tín hiệu tương tự, cho đến khi các kết nối mở được phát triểnđáp ứng các yêu cầu của điều khiển chuyển động phối hợp, lần đầu tiên

là SERCOS vào năm 1991, bây giờ được nâng cấp lênSERCOS III Các kết nối sau

có thể điều khiển chuyển động bao gồmEthernet / IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink và EtherCAT

1.1.2 Các chức năng điều khiển chung bao gồm:

• Điều khiểnvận tốc

• Điều khiển vị trí (điểm điểm): Có một số phương pháp để tính quỹ đạo chuyển - động Chúng thường dựa trên hồ sơ vận tốc của một động tác như hình tam giác, hình thang, hoặc đường cong hình chữ S

• Áp lực hoặc điều khiển lực

• Điều khiển trở kháng : Kiểu điều khiển này phù hợp cho tương tác môi trường

và thao tác đối tượng, chẳng hạn như trong robot

• Hệ thống điện tử (hoặc mô hình cam): Vị trí của trục thụ động được tính toán theo toán học với vị trí của trục chính Một ví dụ tốt về điều này sẽ là trong một hệ thống mà hai trống quay quay ở một tỷ lệ nhất định với nhau

1.1.3 Ứ ng dụng củ a các h ệ điề u khiển chuyể n đ ộ ng :

Điều khiển chuyển động là một phần quan trọng của robot và các máy CNC Hầu hết các cánh tay robot ngày nay được điều khiển bởi các động cơ servo Ngoài ra điều khiển chuyển động thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp sau:

• Hàng không vũ trụ và quốc phòng

• Ô tô

• Điện tử & điện

• Thực phẩm & nước giải khát

1 2 Vai trò ủa hệ điều khiển servo trong hệ ố c th ng đi u khiển chuyể ề n đ ộ ng

1.2.1 Gi ớ i thiệ u cơ b ả n về ệ h servo

Servo là m t dộ ạng cơ cấu chấp hành dùng để điều khiển đối tượng đáp ứng chính xác các yêu cầu do b u khiộ điề ển quy định M t trong nh ng ng d ng ph bi n nh t ộ ữ ứ ụ ổ ế ấ

của hệ ống servo là điều khiển vị trí chính xác theo yêu c th ầu bộ ề đi u khi n L nh tể ệ ừ

b ộ điều khiển điều khiển động cơ quay, từ đó thông qua các cơ cấu truyền động, như

hộp số, vít me… chuyển chuyển động quay củ ộa đ ng cơ sang các dạng chuyển động khác (quay, t nh ti n) làm di chuyị ế ển đối tượng Tóm lại, cơ cấu truyền động servo điều khiển vị trí, tố ộc đ , gia tốc củ ối tượa đ ng theo nhiều trục toạ độ ựa theo lệnh tố ộ d c đ ừ t

b u khi n v trí ộ điề ể ị

Các loạ ộng cơ thười đ ng sử ụ d ng làm servo motor gồm có động cơ bước (step motor) và động cơ xoay chiều đồng b ộ kích thích nam châm vĩnh cửu (PMSM motor)

Để có thể thực hiện nhiệm vụ điều khiển vị trí một cách chính xác, motor servo cần có một số đặc tính như:

• Mô men lớn

• Tốc độ nhanh

• Làm việc êm ái

• Khả năng tăng giảm tốc nhanh, dễ dàng.,

1.2.2 Công ngh ệ điề u khiể n servo

Động cơ servo là thành phần quan tr ng c a h thọ ủ ệ ống điều khi n chuyển động ể

Để hoạt động được, chúng ta ph i nả ối động cơ servo với các ph n c ng, ph n m m h ầ ứ ầ ề ỗ

tr ợ điều khiển chuyển động Động cơ servo được sử ụng trong các hệ ống điều d thkhiển chuyển động để cung cấp một lực cơ học cụ ể trong khoảng thời gian nhất th định Để đạt được điều này, chúng ta phải điều khi n v trí, v n t c và mô men c a ể ị ậ ố ủ

độ g cơ servo theo yêu cầ ứn u ng d ng ụ

Hình 1.2 H chuy n ệ ể động servo cơ bản

Để hoạt động chuẩn xác, động cơ servo phả ế ợi k t h p v i: ớ

- B ộ điều khiển chuyển động: là thành phần xây dựng quỹ đạo di chuyển, các tham số ị v trí tốc độ, gia t c… c a quá trình chuố ủ yển động, r i gồ ửi các thông tin đó cho

bi n t n servo ế ầ

- Biến tần servo: Thiết bị điện tử có chức năng nhận yêu cầu điều khiển từ ộ b điều khi n chuyển độể ng, cung cấp đủ năng lượng cho động cơ servo hoạt động theo đúng yêu cầu điều khi n chuyể ển động

- Động cơ, hộp số ặc pulley, vít me, và các cơ cấu cơ khí khác: Biến tần điề ho u khiển động cơ chuyển động, rồi chuyển động đó thông qua các cơ cấu truyền đ ng cơ ộkhí khác như hộp s , pulley, vít me… số ẽ ến đổ bi i thành ki u chuyể ển động mong muốn (tịnh tiến, quay) V trí c a trị ủ ục đ ng cơ sộ ẽ đư c quy đổ ề ịợ i v v trí c a cơ c u, t ủ ấ ừ đó bộđiều khi n v trí có th ể ị ể tính toán được v trí th c t so v i v ị ự ế ớ ị trí đặt, t ừ đó có các điều chỉnh t c đ , gia tố ộ ốc… để điều chỉnh lượng đặt xu ng bi n tố ế ần servo, giúp cho điều khiển được chính xác nh t ấ

- Encoder: Encoder được lắp đầu phía sau của trụ ộng cơ, dùng đểc đ đo và phản

hồi tín hiệu xung chỉ ị trí tuyệt đối hoặc tương đố ủ v i c a tr c đụ ộng cơ và phản h i v b ồ ề ộ

1 2.3 Động cơ PMSM và cả m biế n trong h th ệ ố ng đi ề u khiển vị trí servo

a Cấu trúc PMSM servo

PMSM là động cơ xoay chiều đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu Như các động cơ điện khác, động cơ PMSM servo cũng có 2 phần chính là stator và rotor Stator của động cơ gồm khung hình trụ và lõi stator Lõi stator được đặt trong khung

và cuộn dây phần ứng được cuốn quanh lõi stator Rotor gồm có trục động cơ và các nam châm vĩnh cửu được gắn xung quanh trục Động cơ đồng bộ servo AC sử dụng dòng điện xoay chiều 3 pha, thế nên nó không cần chổi than như động cơ điện một chiều, và có thể tản nhiệt tốt hơn Đồng thời do động cơ đồng bộ servo AC không chịu giới hạn tốc độ do các tia lửa tại điểm tiếp xúc của chổi than, nên có thể cho đáp ứng

mô men trong dải tốc độ cao rất tốt, và nó cũng không cần bảo trì, thay thế linh kiện trong thời gian dài

Phía cuối trục động cơ thường được gắn một encoder quang học hoặc resolver nhằm để phát hiện chuyển động quay của động cơ Để có thể tính toán chính xác tốc

độ và vị trí hiện tại, encoder của động cơ servo thường có độ phân giải rất lớn, có khi lên tới hàng triệu xung/vòng

Hình 1.3 Mô hình động cơ đồng bộ servo Các phương pháp điều khiển tốc độ chủ yếu hay dùng với động cơ đồng bộ servo là phương pháp điều khiển vector (Space Vector Modulation SVM), hay điều – khiển tựa theo từ thông rotor (Field Oriented Control FOC) Đặc điểm của phương –

pháp điều khiển này là sử dụng toán học số phức để biểu diễn, phân tích các thành phần điện áp, dòng điện, từ thông chạy qua stator và rotor động cơ, từ đó xây dựng mô hình điều khiển tốc độ và dòng điện động cơ đáp ứng tiêu chí nhanh, chính xác và không tương tác

b Encoder trên động cơ servo

Encoder mục đích dùng để quản lí vị trí góc của một đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder (tuyệt đối) và incrtôiental encoder (tương đối)

Encoder tuyệt đối chỉ rõ vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lí gì thêm, cũng biết chính xác vị trí của encoder Còn Encoder tương đối chỉ có 1, 2, hoặc tối đa

là 3 vòng lỗ Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1

Do vậy encoder loại này có thêm incrtôiental encoder (encoder tăng lên 1 đơn vị) do

đó không thể cho ta biết chính xác vị trí

Việc thiết kế encoder tuyệt đối cần rất nhiều vòng lỗ và dẫn tới giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thể thực hiện được Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởng rất lớn đến kích thước giới hạn này

Absolute encoder sẽ theo dõi vị trí trục động cơ ngay cả khi hệ thống bị mất điện và một số chuyển động xảy ra trong thời gian đó Incrtôiental encoder thì không

có được khả năng trên

Chương 2 XÂY D NG C U TRÚC H Ự Ấ Ệ THỐNG ĐIỀ U KHI N CHUY N Ể Ể

ĐỘNG SERVO

2 1 Mở đầ u

Với tất cả những ưu điểm của ệ điều khiể servo đã đượh n c đề c p ậ ở chương trước vi c thi t k các h thệ ế ế ệ ống điều khi n servo có ng d ng r t l n trong s n xu t ể ứ ụ ấ ớ ả ấcũng như đờ ối s ng Chính vì v y m c tiêu c a đ tài này tôi sậ ụ ủ ề ẽ xây dựng c u trúc mấ ột

h th ng u khiệ ố điề ển chuyển động servo c th , có th áp d ng vào th c ti n ụ ể ể ụ ự ễ

Trên thị trường hiện nay có r t nhi u hấ ề ệ ề đi u khi n servo cể ủa các hãng nổ ếng i tinhư ABB, Siemens, Schneider, … Nhưng theo tôi tìm hi u thì h ể ệ điều khi n servo ểcủa Mitshubishi có rất nhiều ưu điểm so với các hãng khác như giá thành phải chăng,

hoạt động tin cậy, ổn định, dễ dàng ghép nối các thiết bị, dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng, tương thích rộng rãi v i các s n ph m hi n có Chính vì v y mà tôi ch n các thi t b ớ ả ẩ ệ ậ ọ ế ị

của Mitshibishi để thiết kế ệ điều khiể h n servo

2.2 Lựa chọn thi t b ế ịvà xây dựng c u trúc ph n c ng: ấ ầ ứ

2.2.1 Các thi t b ế ịxây dựng lên h u khi n servo: ệ điề ể

- Động cơ đồng b servo Mitsubishi HG-KR053B ộ

- Bi n t n servo MR-J4-10B ế ầ

- PLC iQ-R :

+ Module nguồn R61P

+ Module CPU R04EN

+ Module Digital Input RX42C4

+ Module điều khiển chuyển động RD77MS2

Sau khi đã chọn được các thi t b ta s ti n hành ghép n i các thi t b ế ị ẽ ế ố ế ị để được

m t h u khi n chuyộ ệ điề ể ển động hoàn ch nh ỉ

Hình 2.1 C u trúc h u khi n chuyấ ệ điề ể ển động servo Mitshubishi

Thông s ố và đặc điểm của từng thi t b s ế ị ẽ được trình bày mở ục tiếp theo

2.3 Đặ c đi ể m củ a đ ng cơ đ ộ ồ ng bộ servo Mitsubishi HG- KR053B

2.3 1 Đặ c đi ể m chung

HG-KR053B là động cơ đồng bộ servo công suất thấp do Mitsubishi nghiên

cứu, chế ạo và sản xuất Động cơ này cùng vớ t i các b bi n t n servo MRộ ế ầ -J4-10B cấu thành hệ chuy n ể động servo cho robot Động cơ HG-KR053B cho tốc độ ph n ng ả ứnhanh, điều khi n vô cùng chính xác v i encoder tuyể ớ ệt đối đi kèm độ phân gi i c c l n ả ự ớ(22bit tương đương độ phân gi i 4,194,304 xung/vòng), cùng v i phanh tích h p giúp ả ớ ợđộng cơ có thể ừ d ng v i t c đ rớ ố ộ ất nhanh, cũng như cố đị nh tr c quay khi không ch y ụ ạ

r t ch t ấ ặ

Hình 2.3 Bả ẽn v chi ti t cế ấu trúc động cơ HG-KR053B

H thệ ống robot ử ụng 3 động cơ dẫn động cho 3 trục điều khiển X, Y, R s dTrong đó các động cơ trục X, Y n i v i vít me qua kh p n i m m Đố ớ ớ ố ề ộng cơ trục R n i ố

tr c ti p vự ế ới cơ cấu tay g p qua kh p nắ ớ ối mềm điều khiển góc quay của tay gắp

2.3.2 Thông s k ố ỹ thuật động cơ HG -KR053B

• Nhiệt độ môi trường hoạt động: 40ºC

• H s công su t: 96% ệ ố ấ

• Encoder tích h p: Encoder tuyợ ệt đối, độphân giải 4,194,304 puls/rev (22 bit)

• Phanh điện tích h p: có ợ

2.4 Tìm hi ể u Bi n t ế ầ n servo Mitsubishi MR -J4-10B

2.4.1 Gi ớ i thiệu chung về biến tầ n servo

Biến tần servo là một dạng biến tần được thiết kế dành riêng cho việc cung cấp nguồn điều khiển các động cơ servo Biến tần servo do đó được sử ụng chủ ếu trong d ycác hệ ống điề th u khi n chuyể ển động, gi i quyết các bài toán điềả u khi n v trí t ể ị ừ đơn

giản đến phức tạp, từ đơn trục cho tới đa trục Các biến tần servo thường chỉ tương thích với mộ ố động cơ servo chuyên biệt s t do cùng hãng thi t k và s n xu t ế ế ả ấ

Biến tần servo nhận tín hiệu điều khiển từ ộ điều khiển vị trí, khuếch đại tín b

hiệu, và truyền tín hiệu khuếch đại đó dưới dạng dòng điện tới động cơ servo để ạ t o chuy n ể động tương ứng với tín hiệu điều khiển Tín hiệu điều khiển có thể bao gồm vịtrí, tốc độ, ho c mô men Encoder g n trên trặ ắ ục động cơ sẽ phản h i tín hi u vồ ệ ề ế bi n

tần servo để ế bi n tần có thể điều chỉnh tín hiệu đầu ra bù cho sai lệch điều khiển Cấu trúc c a biủ ến tần servo được th hi n trên hình 2.4 ể ệ

Hình 2.4 Sơ đồ kh i c u trúc biố ấ ến tần servo

Để đả m bảo đầu ra v trí, t c đ c a h th ng bi n t n – ị ố ộ ủ ệ ố ế ầ động cơ servo được chính xác và an toàn nh t, biấ ến tần được tích h p thêm r t nhiợ ấ ều tính năng khác như:

bằng phần cứng thông qua công tắc hành trình và phần mềm, bù độ ộng khe hở bước rrăng vít me, cài đặt h p s đi n t thông qua tham sộ ố ệ ử ố, điều khi n ể phanh điện, d ng ừ

kh n c p… ẩ ấ

2.4.2 Gi ớ i thiệu về biến tần servo MR J4 - -10B c a Mitsubishi ủ

Biến tần servo MR-J4-10B là biến tần servo thuộc dòng sản phẩm MELSERVO

mới nhất của Mitsubishi Biến tần được tích hợp công nghệ truyền thông tín hiệu điều khiển bằng cáp quang SSCNET III/H nhằm đơn giản hoá cũng như tối ưu hoá kết nối

giữa biến tần với bộ điều khiển vị trí, đồng thờ ẫi v n đ m b o t c đ ả ả ố ộ điều khi n cao, ểchính xác Do đó biế ần thườn t ng ch dùng v i các b u khi n v trí c a Mitsubishi ỉ ớ ộ điề ể ị ủ(R16MTCPU, RD77MS2, QD77MS2…)

Các động cơ đi kèm series biến tần servo J4 (bao gồm HG KR053B) đều có tích h p encoder tuyợ ệt đối 22bit giúp tăng cường độ chính xác và độ ổn định t c đ ố ộđộng cơ Để tăng cường kh ả năng hoạt động v i h toạ độớ ệ tuyệt đối, bi n tế ần được tích

-hợp pin (tuỳ chọn) để có thể lưu vị trí gốc, vị trí hiện tại của trụ ộng cơ, ngay cảc đ khi

h thệ ống không có điện Biến tần servo J4 cũng hỗ ợ ập trình các tham số điề tr l u khiển, tham số đầu vào ra, chạy mô phỏng hoặc điều khiển vị trí đơn giản thông qua

tu ỳ chọn của phần mềm lập trình PLC (khi lập trình với bộ điều khiển hoặc module điều khi n v trí), ho c thông qua k t n i USB PC và phể ị ặ ế ố – ần m m MR Configurator2 ềCác hàm điều khi n v trí, t c đ ể ị ố ộ cũng như vùng nhớ ữ ệu điề d li u khi n v ể ị trí đều có trong bộ nh c a biến tầớ ủ n nên với các hệ điều khi n vể ị trí đơn giản, bi n t n có thế ầ ể

hoạt động mà không c n b ầ ộ điều khiển C u trúc bên ngoài c a biấ ủ ến tần servo được th ể

hiện trên hình bên dưới

Hình 2.5 Biế ần t n servo MR-J4-10B

2.4.3 Các thông s k ố ỹ thuật chính và sơ đồ đấu nố i

a Các thông s k thu t chính ố ỹ ậ

• Công su t: 100W ấ

• Nguồn đầu vào: 3AC/AC 200-240V, 0.9A/1.5A 50/60Hz

• Đầu ra động cơ: 3AC 170V, 0-360Hz, 1.1A

b Sơ đồ đấ u n i ố

Trên bề mặt bi n t n servo có r t nhi u giế ầ ấ ề ắc cắm được phân theo chức năng riêng bi t Chi tiệ ết chức năng của mỗi giắc cắm được mô tả trong b ng 2.1 ả

B ng 2.1 Các giả ắc và chân kế ối cơ bản củt n a bi n t n servo MR-J4-10B ế ầ

Connector Mô t ảchức năng

L1, L2, L3 Cung c p ngu n chính (n u 1 pha ch c n L1, L3) cho bi n t n servo ấ ồ ế ỉ ầ ế ầL11, L21 Cung c p ngu n cho phấ ồ ần điều khi n biể ến tần servo

U, V, W Đầu ra biến tần servo đưa tới động cơ

P+, C, D Các cực đấu dây khi dùng tính năng regen Mặc định khi regen không

s d ng, P+ và D nử ụ ối với nhau P3, P4 Các cự ấu điềc đ u chỉnh hệ ố công suất Mặ s c định khi không chỉnh

h s ệ ốcông suất, P3 và P4 đấu chung nhau N- S d ng cho b biử ụ ộ ến đổi năng lượng tái sinh và phanh

PE Nối đất cho bi n t n servo ế ầ

CN1A, CN1B Dùng để ố n i với bộ điều khiển vị trí và các biến tần servo khác tương

thích v i chu n cáp quang SSCNET III/H c a Mitsubishi ớ ẩ ủCN2 K t n i v i encoder cế ố ớ ủa động cơ servo

CN3 K t n i vế ố ới các I/O điều khi n (chi ti t tể ế ại bảng 2.2)

CN4 K t n i vế ố ới module pin lưu giá trị encoder tuyệt đối

CN5 K t n i USB v i máy tính (PC) ế ố ớ

CN8 Kết nối với thiết bị ực h ện chương trình an toàn STO (Safe Torque th i

Off) Phần trên biến tần có một nắp che bằng nhựa trong suốt, bên dưới nắp che là

một màn hình hiển thị LED, một công tắc xoay, và các công tắc bit ki u g t Cách b ể ạ ốtrí và chức năng các thành phần này được hi n th trong hình 2.6 ể ị

Hình 2.6 Các thành phần dướ ắi n p che của bi n t n MR-J4-10B ế ầ

Giắc cắm CN3 tổng hợp một số đầu vào ra rất quan trọng đối với hệ ống biế th n

tần servo và động cơ servo Mitsubishi Một số tín hiệu rất quan trọng bắt buộc phải kết

nối nế như ta muốn hệ ống hoạt động chính xác và ổn định Chi tiết chức năng một u th

s chân cố ủa CN3 được thể ệ hi n trong b ng 3.2 ả

B ng 2.2 Chi ti t các chân tín hi u c a giả ế ệ ủ ắc cắm CN3Tín hi u ệ Kí hi u ệ Tên Mô t ảchức năng

với tín hiệu dừng khẩn cấp của bộ điều khiển

Dòng PLC seri MELSEC iQ-R, dòng module được Mitsubishi tung ra năm

2014, là seri bộ điều khiển thế ệ ế h ti p theo mang tính cách mạng m i, m ra kớ ở ỷ

nguyên mới trong tự động hóa cho các hệ ống điề th u khi n quy mô tể ừ trung bình đến Được thi t k t ph n cơ sở ệ ống điềế ế ừ ầ , h th u khiển được thi t k d a trên các v n đ ế ế ự ấ ềchung mà khách hàng g p ph i ặ ả

Hình 2.8 Dòng PLC iQ-R Dòng PLC iQ R có nhi u c i ti n so v i th- ề ả ế ớ ế ệ trướ h c V i chu kì quét 0.14ms, ớ

có khả năng xử lý 419 l nh trên 1ms, và th i gian th c hi n l nh Lệ ờ ự ệ ệ D cơ bản 0.98ns, dòng iQ R thi- ết lập chu n sẩ ức mạnh mới cho thiết bị ề đi u khiển tự động công nghiệp Dòng iQ R h- ỗ ợ đồ tr ng b vòng quét dộ ữ ệ li u c a PLC và m ng truy n thông, giủ ạ ề ảm thiểu tối đa trễ truyền thông và tăng khả năng sản xuất Ngoài ra tất cả các module đầu

ra có thể đồng bộ, tăng độ chính xác điều khi n, gi m nhu c u cho m t sể ả ầ ộ ố ạ lo i cảm

biến, cũng như giảm tổng chi phí của hệ ống Thông tin về quá trình sản xuất như ththành ph n nguyên liầ ệu cũng có thể lưu trong cơ sở ữ ệ d li u tích h p c a iQ R, giợ ủ - ảm

kh ả năng dừng hoạ ột đ ng toàn hệ ống khi có lỗi mạng xảy ra iQ R cũng có thể sao th lưu và phục h i c u hình tham s , d liồ ấ ố ữ ệu cơ bản c a c h th ng PLC trong m ng, bao ủ ả ệ ố ạ

-gồm các trạm kết nối qua CC Link IE Field Mọi dữ liệu có thể được cấu hình để lưu

-vào thẻ SD, bao gồm cả ỗi, lịch sử l hoạt động, từ đó dễ dàng khôi phục, bảo trì hệ

thống Một tính năng rất mới của dòng iQ R là khả năng kiểm soát hoạt động của CPU bằng khoá vật lý, cũng như giới hạn truy xu t vào CPU thông qua ki m soát IP cấ ể ủa thi t b ngoế ị ại vi, ngăn cản các thiết bị ạ ết nố l k i vào h th ng ệ ố

-Hình 2.9 Các tính năng nổ ậ ủi b t c a dòng plc MELSEC iQ-R [6]

2 5.2 Đặ c đi ể m của mộ ố t s module PLC dòng iQ-R

a Module ngu n ồ

Module R61P được s dử ụng để cung c p nguấ ồn điện cho CPU, đầu ra, đầu vào

và các Mô đun khác trên Base - Thông s ố kĩ thuật:

• Điện áp v n hành: 100-240 VAC, 47-ậ 63 Hz

• Dòng điện đầu ra định m c: 6,5A ứ

Hình 2.10 Module ngu n R61P và module R04ENCPU ồ

b Module CPU

Module CPU của iQ-R có khá nhi u lo i, phân theo chề ạ ức năng Các loại module CPU gồm có module CPU thường, module CPU tích hợp truyền thông CC-

Link IE, module, module CPU sao lưu dự phòng, module CPU an toàn, module CPU điều khi n quá trình l n, module CPU l p trình ngôn ng ể ớ ậ ữ C, module CPU điều khi n ểchuyển động Trên cùng 1 đế có thể ắp tới 4 module CPU, gồm 1 CPU chính và 3 lCPU phụ, các CPU này cũng có thể được cấu hình để ử ụng các module mở ộ s d r ng tuỳtheo ý mu n ố

Loại module CPU sử ụng làm bộ điều khiển robot là R04EN, được Mitsubishi dtài tr Module g m CPU R04 tích h p module truy n thông RJ71EN chuyên cho kợ ồ ợ ề ết

nối mạng CC Link IE, làm cho cả module chiếm 2 slot trên đế thay vì 1 slot như module R04 thường B nh ộ ớ chương trình của CPU cho phép h th ng g n module ệ ố ắchạy được các chương trình dài 40K bước B nh d li u c a CPU có nhi u vùng nh ộ ớ ữ ệ ủ ề ớkhác nhau có thể ấu hình để thay đổi độ ộ c r ng mỗi vùng nhớ ữ ệ d li u, v i t ng dớ ổ ữ ệ li u

-là 200K word, có th m rể ở ộng được bằng SRAM Cassette g n thêm ho c th nh ắ ặ ẻ ớSD

c Module Digital Input

Module đầu vào s RX42C4 có th k t n i vố ể ế ố ới 64 đầu vào logic theo ki u ểsink/source, được chia vào 2 giắc c m, m i gi c c m k t n i vắ ỗ ắ ắ ế ố ới 32 đầu vào logic Điều

đó có nghĩa là với cùng 1 module, ta có th u 2 ki u c m bi n có đầể đấ ể ả ế u ra ki u sink ểhoặc source Điện áp định mức của các đầu vào ra là 24VDC Do đầu vào là transitor nên tốc độ nhận bi t sế ự thay đổi logic đầu vào r t nhanh và có th thay đấ ể ổi được trong chương trình lập trình PLC

Hình 2.11 Module đầu vào s ố RX42C4 và sơ đồ đấ u n i ố

d Module Digital Output

Module đầu ra s RY42NT2P có s thi t k bên ngoài v ố ố ế ế ỏ tương tự như RX42C4 được th hi n trên hình, vể ệ ới 64 đầu ra ki u sink, 2 gi c c m 40 chân k t n i ể ắ ắ ế ố

với 32 đầu ra mỗi giắc cắm Điện áp định mức đầu ra có th là 12VDC ho c 24VDC ể ặ

Hình 2.12 Module RY42NT2P và sơ đồ đấ u n i ố

e Base

PLC iQ R có thi t k- ế ế ể ki u module, tức là tuỳ theo yêu c u công ngh , các module ầ ệchức năng có thể được l a chự ọn để ắ l p ghép, k t h p v i nhau t o thành m t PLC ế ợ ớ ạ ộhoàn ch nh Base làỉ tấm đỡchính cho hệ ố th ng và cố định các mô đun với nhau đồng

thời cung cấp tín hiệu dữ ệu truyề li n nh n thông qua tuy n h th ng S module có th ậ ế ệ ố ố ể

lắp là khác nhau tùy thuộc vào dung lượng hoặc kích thước khe cắm của thiết bị cơ sở

Hi n có ba lo i kích ệ ạ thước có sẵn là các lo i: 5, 8 và 12 khe cạ ắm

Hình 2.13 Base R38B

2.5.3 Tìm hi ể u Module đi ề u khiển chuyể n đ ộ ng RD77MS2

Trong mô hình máy c t kính thì viắ ệc điều khi n v trí và tể ị ốc độchính xác là yêu

cầu bắt buộc Và bộ phận tính toán, điều khiển vị trí trong mô hình này chính là module điều khi n chuyể độể n ng RD77MS2 c a Mitsubishi Chính vì s quan trủ ự ọng đó nên ta s dành riêng mẽ ột mục để nói v module này ề

RD77MS2 là module điều khi n chuyể ển động đơn giản (Simple Motion Module) đi theo dòng PLC iQ-R c a Mitsubishi Module này thuủ ộc sê ri module điều khiển chuyển động RD77MSx mới nhất hiện nay c a Mitsubishi (x ng v i sủ ứ ớ ố ụ tr c mà module chuyển động có th ể điều khiển được) Đóng vai trò như một b đi u khi n ộ ề ểchuyển động, module RD77MS2 thực hiện chức năng xây dựng quỹ đạo di chuyển, các tham số ố ộ t c đ , gia t c… c a quá trình chuyố ủ ển động, r i gửi các thông tin đó cho ồcác bộ ế ầ bi n t n servo Module này ng dứ ụng công nghệ truyền thông b ng cáp quang ằ

để truyề ệnh điền l u khiển đến bi n tế ần servo cũng như thu thập d li u v trí, t c đ ữ ệ ị ố ộhay các cảnh báo lỗi… Điểm đặc biệt là module này cho phép ngườ ử ụi s d ng có th ể

cấu hình đồng bộ ữ ệu giám sát hoạt động của module lưu trữ trong bộ đệm của nó d li

v i b nh ớ ộ ớPLC

a Phần cứng

Sau đây ta đi xét về ph n c ng c a module này ầ ứ ủ

Hình 2.14 Module RD77MS2 và các chi ti t bên ngoài ế

Trong đó:

• (1), (2), (3) lần lượt là các đèn RUN LED, ERR LED, Axis LED Những đèn LED này hiển thị trạng thái của module RD77MS2 và trạng thái các trục mà mà module này đang điều khiển

• (4): Giắc cắm đầu vào/ra số, máy phát xung, dừng khẩn

• (5): Giắc cắm SSCNET III kết nối với biến tần servo

• (6): Số sê ri của module

Trên hình nh b ngoài c a module RD77MS2 ta d dàng thả ề ủ ễ ấy giắc cắm 40 chân tích h p nhi u loợ ề ại đầu vào Trong đó có 10 đầu vào t cự ấu hình (SIN), 1 đầu vào dành riêng cho nút d ng khừ ẩn và các đầu vào dành cho máy phát xung encoder động

b ộ

b Thông số kỹ thuật

Dòng RD77MSx v i x là sớ ố ụ tr c module có thể điều khi n Trên thể ị truyền hi n ệnay, dòng RD77MS có những module điều khi n RD77MS2, RD77MS4, RD77MS8, ểRD77MS16 Đúng như tên gọi, module RD77MS2 cho phép điều khi n chuyể ển động trên 2 tr c, 2 tr c này có thụ ụ ể chuyển động riêng r ho c k t h p v i nhau Thông s k ẽ ặ ế ợ ớ ố ỹthu t cậ ủa module RD77MS2 được thể ệ ở ả hi n b ng 3.4

B ng 2.3 Thông s k thu t module RD77MS2 ả ố ỹ ậ

cung tròn, xoắn ốc), điều khiển tốc độ, chuyển từ điều khiển tốc độ sang vị trí, chuyển từ điều khiển

vị trí sang tốc độ, điều khiển tốc độ - mô men

Đơn vị điều khiển vị trí mm, inch, độ (o), xung (pulse)

Số mảng dữ liệu điều khiển vị trí

có trong bộ nhớ đệm

100 mảng dữ liệu/trục

Lưu dự phòng Dữ liệu tham số, dữ liệu điều khiển vị trí được lưu

trong Flash ROM Điều khiển vị

Hình thang hoặc S-curve

Thời gian tăng giảm tốc

c Các chức năng điều khiển

Module RD77MS2 có thể ự th c hi n nhiệ ều phương pháp điều khi n khác nhau: ểđiều khiển định v cơ bị ản (Major Positioning Control), điều khi n đ nh v m c cao ể ị ị ứ(High-Level Positioning Control), điều khiển mở ộng (Expansion Control) Hai chức r

điều khi n c a luể ủ ận văn này nên t m th i ta ch ạ ờ ỉ xét đến phương pháp điều khi n v trí ể ị

cơ bản, đây cũng là phương pháp điều khiển thường đượ ức ng d ng nh t c a module ụ ấ ủnày

Điều khi n v ể ị trí cơ bản được th c hi n b ng các l y d li u v ự ệ ằ ấ ữ ệ ị trí đượ lưu c trong module chuyển động Những phương thức điều khiển cơ bản như điều khi n vể ịtrí và điều khi n t c đ ể ố ộ được th c hi n b ng cách cài đ t nh ng m c yêu c u trong d ự ệ ằ ặ ữ ụ ầ ữ

liệu điều khiển và sau đó bắt đầu th c hiự ện điều khiển định v v i nh ng d liị ớ ữ ữ ệu đó

Phương pháp điều khiển định vị cơ bản lại được chia ra làm các loại phương pháp con như: điều khi n v ể ị trí (Position Control), điều khi n t c đ (Speed Control), ể ố ộđiều khi n chuyể ển đổ ịi v trí - t c đ (Position - ố ộ Speed Switching Control), điều khi n ểchuyển đổi tố ộc đ - v ị trí (Speed Position Switching Control) Sau đây ta chỉ xét đế- n phương pháp điều khi n v ể ị trí (Position Control) là phương pháp được s d ng trong ử ụ

Tuyến tính tương đối 1/

tuyệt đối 1

Việc định vị của một trục chỉ định được thực hiện từ vị trí hiện tại tới vị trí mong muốn

Nội suy tuyến tính hai trục

Tuyến tính tương đối 2/

tuyệt đối 2

Sử dụng 2 trục chỉ định, điều khiển nội suy tuyến tính được thực hiện từ vị trí hiện tại đến vị trí mong muốn

Cung tròn phụ tuyệt đối/

tương đối

Sử dụng 2 trục chỉ định, việc định vị được thực hiện trong các cung tròn tới

vị trí mong muốn từ vị trí hiện tại Chỉ định

tâm

Cung tròng trái/phải tuyệt đối/tương đối

Luận văn này sẽ ứng dựng các phương pháp điều khiển này cho từng mục đích khác nhau:

• Điều khiển tuyến tính một trục ứng dụng cho chương trình chạy JOG theo từng trục X hoặc Y

• Điều khiển tuyến tính 2 trục ứng dụng cho cắt kính hình chữ nhật

• Điều khiển nội suy cung tròn 2 trục ứng dụng cho cắt kính hình tròn hoặc cung tròn

2 6 Giới th ệu phần mềm lập trình dòng PLC iQ i -R

2.6.1 Gi ới thiệu chung về phần mề m GX Works3

GX Works3 (GX3) là ph n mầ ềm lập trình PLC m i nh t c a Mitsubishi dành ớ ấ ủcho 2 dòng PLC mới của hãng là FX5U (iQ F) và iQ- -R Đặc điểm n i tr i c a phổ ộ ủ ần mềm GX Works 3 là khả nă ng qu n lý project trả ực quan hơn Bạn có các tùy chọn ngôn ngữ ậ l p trình là: Ladder, Structure, FBD/LD, SFC khi n viế ệc lập trình đa dạng hơn

GX Works3 hỗ ợ ấu hình đa dạ tr c ng truy n thông ethernet, RS485, c u hình ề ấphát xung điều khi n v ể ị trí, Servo, Step đơn giản hơn so với version cũ

2.6.2 Các l ệ nh cơ b ả n

a Các lệnh xử lý Bit

B ng 2.5 Các l nh x lý Bit trong GX Works 3 ả ệ ử

Tiếp điểm thường mở , khi có tác động sẽ đóng

Tiếp điểm thường đóng, khi có tác động sẽ mở

Cuộn dây (Coil) đầu ra cấp nguồn, bật 1bit khi điều kiện đầu vào là đúng

[SET M0]

[RST M0]

(SET), (RST) là các lệnh đầu ra duy trì, (SET) dùng để bật 1bit còn (RST) dùng để tắt 1 bit, các lệnh này thường dùng theo 1 cặp với cùng 1 địa chỉ

[OUT C0 K10] Dùng

để bật hoặc tắt một đầu ra sau khi bộ đếm đạt giá trị đặt bộ đếm sẽ tăng thêm 1 khi tín hiệu đầu vào được tác động từ OFF sang ON

[OUT T0 K50] Dùng để bật hoặc tắt một đầu ra sau khi bộ định thời được khởi động và đếm trong một khoảng thời gian định trước

b Các khối lệnh cơ bản dùng cho Module Simple Motion RD77MS

• Lệnh chạy JOG

• Lệnh nạp dữ liệu định vị

• Lệnh chạy điều khiển vị trí

2 6.3 Cài đặ ấ t c u hình module RD77MS2 và bi ến tần MR J4 bằ - ng GX Works 3

n Trên cửa sổ Navigation của phần mềm GX Works 3, ta click mở bung phầParameter, tiếp tục chọn Module information Chọn mục Parameter trên cửa sổ Navigation để cài đặt và tinh ch nh các tham s cho RD77MS2 ỉ ố

Tại màn hình cài đặt và tinh c ỉnh các tham số ủa driver servo ta có thể cài đặh c t

rất nhiều các tham số như: cấu hình kiều đầu vào ra sink/source, cấu hình chức năng từng đầu vào ra, cách thực hiện dò gốc (dùng cảm biến hay đặ ằng tay), cài đặt b t gi i ớ

hạn vận tốc tối đa trong chế độ chạy JOG cũng như chế độ chạ y điều khiển chuyển

động, gi i h n an toàn ph m vi chuyển độớ ạ ạ ng c a servo (software limit) và có th i t ủ ể đổ ỉ

s chuyố ển qua hộp số điện tử để có thể điều khiển chính xác và dễ dàng trong lập trình

và v n hành ậ

Hình 2.15 Cài đặt tham số cho module RD77MS2

cho Sau khi cài đặt xong tham số cho RD77MS2, ta tiến hành cài đặt tham sốcác biế ần servo Click đúp vào Servo parameter sẽ ở ra tab cài đặn t m t tham s ố

S ố lượng tham số có thể cài đặt cho biến tần servo là vô cùng nhiều Tuy nhiên

do ph m vi hi u bi t và gi i h n n i dung cạ ể ế ớ ạ ộ ủa luận văn được chọn nên chỉ các tham s ốsau được c u hình ch nh s a: Tham s cho phép s d ng encoder tuyệt đốấ ỉ ử ố ử ụ i trong m c ụComponents Part và tham số đầu vào giắc cắm CN3 c u hình cho các công t c hành ấ ắtrình (PD02)

Hình 2.16 Cửa sổ cài đặt tham s cho bi n t n servo ố ế ầSau khi cấu hình xong ta click vào Online => Write to PLC đểghi toàn bộ tham

s ố đã cài vào module RD77MS2 và biế ần t n servo