80 Trang 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BLDC Brushless DC Động cơ một chiều không chổi than CAM Computer-Aided Manufacturing Gia
Trang 1ĐỖ MẠNH TÚ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC ÁP DỤNG CHO MÁY ÉP
VIÊN GỐM ÁP ĐIỆN TỪ BỘT THẠCH ANH
Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS-TS HOÀNG VĨNH SINH
Hà Nội 05 – 2018
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là: ĐỖ MẠNH TÚ
Học viên lớp: CH2016A
Mã số học viên: CA160426
Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh, tôi nhận nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển CNC áp dụng cho máy ép viên gốm áp điện từ bột thạch anh.”
Tôi xin cam đoan, luận văn này là quá trình nghiên cứu của bản thân Nếu có sai sót gì tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6
MỞ ĐẦU 9
1 Lý do chọn đề tài 9
2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 9
3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10
Ý nghĩa khoa học của đề tài 10
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10
TỔNG QUAN MÁY ÉP SONG ĐỘNG GỐM ÁP ĐIỆN 11
1.1 Giới thiệu về viên gốm áp điện và tính chất 11
1.1.1 Nguồn gốc và ứng dụng của gốm áp điện 11
1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 12
1.2 Quy trình sản xuất gốm áp điện sử dụng công nghệ ép 13
1.3 Sơ đồ động học, kết cấu và chức năng máy ép 14
1.3.1 Sơ đồ động học 14
1.3.2 Kết cấu máy ép 15
1.4 Các chức năng của máy ép 17
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 19
2.1 Giới thiệu về card điều khiển ADT-8960 19
2.1.1 Cấu trúc phần cứng 19
2.1.2 Mô tả các chức năng của card điều khiển 31
2.1.3 Các hàm chức năng 34
2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 38
2.3 Sơ đồ khối các chức năng điều khiển chính 39
2.3.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển cấp bột 39
2.3.2 Sơ đồ thuật toán quá trình ép song động 41
2.3.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển rung 43
Trang 42.3.4 Sơ đồ thuật toán gắp sản phẩm 45
2.3.5 Sơ đồ thuật toán thực hiện quay mâm 47
2.4 Sơ đồ điện hệ thống máy ép 48
THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 58
3.1 Thiết kế giao diện 58
3.2 Các mô-đun chính 59
3.3 Hệ thống phân phối bột và tối ưu quá trình đổ bột 60
3.4 Hệ thống lấy sản phẩm dùng robot scara 66
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 70
4.1 Mô tả các chức năng giao diện 70
4.2 Các câu lệnh của hệ thống 75
4.3 Các kết quả sản xuất và đo kiểm sản phẩm 78
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 80
Kết luận 80
Hướng nghiên cứu tiếp theo 80
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
Trang 5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Các chữ viết tắt
BLDC Brushless DC Động cơ một chiều không chổi than CAM Computer-Aided Manufacturing Gia công có sự trợ giúp của máy tính CAD Computer Aided Design Thiết kế dưới sự trợ giúp của máy tính CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển số
CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm
PVD Physical Vapor Deposition Sự kết tủa hơi vật lý
PZT Lead zirconate titanate Vật liệu chì titanat
Trang 6DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1 Minh họa tính chất vật liệu áp điện 11
Hình 1-2 Gốm áp điện cần phải phân cực để thể hiện hiệu ứng áp điện 12
Hình 1-3 Sơ đồ khối quy trình sản xuất gốm áp điện 13
Hình 1-4 Sơ đồ động học máy ép thạch anh 14
Hình 1-5 Kết cấu máy ép (phía trước) 15
Hình 1-6 Kết cấu máy ép (phía sau) 16
Hình 2-1 Sơ đồ kết nối phần cứng của bộ điều khiển chuyển động 19
Hình 2-2 Sơ đồ chân J1 20
Hình 2-3 Mạch J2 24
Hình 2-4 Sơ đồ kết nối xung điều khiển 27
Hình 2-5 Sơ đồ kết nối với Động cơ bước 27
Hình 2-6 Sơ đồ kết nối với động cơ servo 28
Hình 2-7 Sơ đồ kết nối encoder dạng Open-collect 28
Hình 2-8 Sơ đồ kết nối encoder dạng Vi sai (Differential ouput) 28
Hình 2-9 Sơ đồ kết nối tín hiệu đầu vào 29
Hình 2-10 Sơ đồ mô tả kết nối đầu vào 30
Hình 2-11 Sơ đồ mô tả kết nối đầu ra 31
Hình 2-12 Biểu đồ xung từng trục 32
Hình 2-13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép 38
Hình 2-14 Sơ đồ thuật toán đổ bột 39
Hình 2-15 Sơ đồ thuật toán ép song động 41
Hình 2-16 Sơ đồ thuật toán điều khiển rung 43
Hình 2-17 Sơ đồ thuật toán gắp và phân loại sản phẩm 45
Hình 2-18 Sơ đồ thuật toán thực hiện quay mâm 47
Hình 3-1 Bố cục giao diện sơ bộ 59
Hình 3-2 Các mô-đun chính của máy ép QP12 59
Hình 3-3 Hệ thống phân phối bột 60
Hình 3-4 Biểu đồ phụ thuộc số vòng đổ bột và khối lượng theo từng tốc độ 63
Trang 7Hình 3-5 Biểu đồ khối lượng bột mỗi vòng quay theo tốc độ 64
Hình 3-6 Sơ đồ thuật toán tính tham số đổ bột 65
Hình 4-1 Giao diện chạy chương trình QP12 70
Hình 4-2 Giao diện giám sát hệ thống 72
Hình 4-3: Giao diện các tham số 74
Hình 4-4 Kết quả sản xuất 79
Trang 8DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số vật liệu gốm áp điện 12
Bảng 1.2 Chức năng máy ép 17
Bảng 2.1 Danh sách chức năng mạch J1 20
Bảng 2.2 Danh sách chức năng mạch J2 25
Bảng 2.3 Các hàm chức năng 34
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật 60
Bảng 3.2 Kết quả đo kiểm tra 61
Bảng 3.3 Khối lượng bột thực tế sau mỗi lần đổ bột 62
Bảng 3.4 Khối lượng bột trung bình trên mỗi vòng quay theo từng tốc độ 63
Bảng 4.1 Mô tả giao diện chạy chương trình 70
Bảng 4.2 Kết quả sản xuất 78
Trang 9hệ vật liệu khác nhau, mở ra những triển vọng ứng dụng to lớn của các hiệu ứng điện
- từ - quang, trong số đó có vật liệu áp điện
Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật các sản phẩm gốm áp điện ngày càng trở nên phong phú, đa dạng và đang được sử dụng trong lĩnh vực kinh tế, khoa học kỹ thuật, quân sự…
Hiện nay, quy trình công nghệ sản xuất viên gốm áp điện trong nước chủ yếu là thủ công, đơn cử như các bước ép bột thạch anh, từ khâu xác định chính xác lượng bột, đổ bột vào khuôn, ép bằng máy ép thủy lực, lấy sản phẩm ra, và kiểm tra sản phẩm Vì vậy mà năng suất không cao, phụ thuộc vào sức người Hơn thế nữa, hạt bụi thạch anh (nguyên liệu làm ra viên gốm áp điện) gây tác động xấu đến sức khỏe con người khi tiếp xúc hoặc hít phải
Như vậy nhu cầu thực tế đặt ra là làm sao để tự động hóa quá trình sản xuất viên gốm áp điện
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đề tài được lựa chọn để có thể xây dựng một hệ thống điều khiển CNC ứng dụng cho máy ép viên gốm áp điện từ bột thạch anh
2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài là xây dựng được một bộ điều khiển CNC ứng dụng điều khiển máy ép thạch anh để tạo ra được viên gốm áp điện có các thông số đạt yêu cầu
về hình thức, và đồng đều về chất lượng
Trang 10Đối tượng và phạm vi nghiên cứu chủ yếu của đề tài là card điều khiển chuyển động (Motion card ADT-8960) của hãng ADTECH kết hợp với nghiên cứu quy trình công nghệ ép viên gốm áp điện từ bột thạch anh Từ đó có thể đưa ra phương án lập trình điều khiển tối ưu cho quá trình ép thạch anh
3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu sâu hơn về bộ điều khiển chuyển động là cơ sở để chủ động phát triển các máy tự động, đặc chủng, thay đổi chức năng máy linh hoạt, phù hợp với nhiều loại máy móc thiết bị mới, đáp ứng đa dạng nhu cầu tự động hóa sản xuất
Đề tài nghiên cứu này cung cấp những kiến thức tổng quan về bộ điều khiển chuyển động, cấu trúc phần cứng và phần mềm của bộ điều khiển
Các kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học:
Xây dựng được cấu trúc của hệ thống điều khiển sử dụng motion card
Xây dựng phần mềm điều khiển QP-12 cho máy ép gốm áp điện
Xây dựng quy trình cấp bột tự động: xây dựng thuật toán đổ bột
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu bộ điều khiển chuyển động, mở ra cho chúng ta thêm một công cụ
để có thể điều khiển, tích hợp các cơ cấu máy móc trong một dây chuyền sản xuất tự động hóa
Hiểu được cấu trúc bộ điều khiển chuyển động, là cơ sở để phát huy hết khả năng của thiết bị này, cũng như hỗ trợ cho người lập trình có cái nhìn tổng quát hơn, can thiệp sâu hơn, mở rộng khả năng tích hợp cho thiết bị, máy móc
Các kết quả mang tính thực tiễn:
Bộ điều khiển máy ép viên gốm áp điện từ bột thạch anh
Tích hợp robot Scara 4 DOF cho quá trình gắp và sắp xếp sản phẩm
Xây dựng thuật toán cho quá trình đổ bột
Đưa ra chương trình mẫu để tạo ra sản phẩm ép gốm áp điện
Trang 11TỔNG QUAN MÁY ÉP SONG ĐỘNG GỐM ÁP ĐIỆN 1.1 Giới thiệu về viên gốm áp điện và tính chất
1.1.1 Nguồn gốc và ứng dụng của gốm áp điện
Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển chuyển động siêu chính xác, hiệu ứng áp điện cung cấp giải pháp tổng thể kết hợp của sự ổn định, chính xác, đáp ứng và độ phân giải cao
Hiệu ứng áp điện – chuyển hóa điện năng thành cơ năng và ngược lại – là hiệu ứng của các vật liệu tự nhiên như thạch anh…, tuy nhiên, vật liệu gốm sắt điện đa tinh thể, như chì zirconat titanat (PZT)… cần phải phân cực để trở thành vật liệu áp điện Gốm
áp điện được ứng dụng nhiều trong các cơ cấu chấp hành, cảm biến…
Thuật ngữ "piezo" có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là áp lực Năm 1880, Jacques và Pierre Curie đã phát hiện ra năng lượng điện có thể được tạo ra bằng cách tác dụng áp lực vào các tinh thể thạch anh; hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng áp điện" Sau đó, họ xác định chắc chắn rằng khi tiếp xúc với năng lượng điện, vật liệu
áp điện sẽ thay đổi hình dạng Họ đã đặt tên hiện tượng này là "hiệu ứng áp điện ngược"
Hình 1-1 Minh họa tính chất vật liệu áp điện
Vật liệu áp điện được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ học, và ngược lại Chuyển động chính xác khi áp một điện trường vào một vật liệu
áp điện là nền tảng quan trọng cho điều khiển vị trí siêu chính xác (nanopositioning) Các cơ cấu chấp hành hay thiết bị truyền động bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện
đã được thương mại hóa sau đó
Trang 12Hình 1-2 Gốm áp điện cần phải phân cực để thể hiện hiệu ứng áp điện
1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật
- Tạo được hình dáng, kích thước theo yêu cầu:
- Đạt được lực ép tối ưu, và đồng đều trên toàn bộ thể tích viên gốm
- Đảm bảo khối lượng sản phẩm viên gốm ứng với kích thước và hình dáng trong điều kiện môi trường cho phép
- Sau khi ép với lượng bột 4.10 ± 0.02 (g) với lực ép 2000 +500 (kg) ra kích thước viên gốm đường kính 11.7±0.1 (mm) chiều cao 7.70+0.15 (mm)
- Thông số vật liệu gốm áp điện: theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất
Bảng 1.1 Thông số vật liệu gốm áp điện
STT Thông số kĩ thuật vật liệu chế tạo Kí hiệu Đơn vị VAD5
4 Tang góc mất mát điện môi (f=800Hz) tgd 10-3 ≤ 2,5
Trang 135 Hệ số liên kết điện cơ Kp ≥ 0,52
1.2 Quy trình sản xuất gốm áp điện sử dụng công nghệ ép
Ép tạo hình sản phẩm là quá trình động lực cơ học vào vật liệu để liên kết các phần
tử vật thể ở dạng hạt phân tán với nhau thành những phần tử có hình dáng kích thước
và khối lượng xác định theo yêu cầu công nghệ
Đối với sản phẩm là viên gốm áp điện việc ép tạo hình là cần thiết, để đat được các thông số kích thước theo yêu cầu, phục vụ cho các quá trình xử lý tiếp theo trong dây chuyền công nghệ (thiêu kết, mài …)
Hình 1-3 Sơ đồ khối quy trình sản xuất gốm áp điện
Mô tả quy trình sản xuất gốm áp điện:
Trang 14Những viên gốm áp điện được sản xuất từ nguyên liệu dạng hạt bằng máy ép Những viên gốm này được sản xuất đúng với kích thước, hình dáng, có tính đến sự
co ngót do thiêu kết, hoặc bù lượng dư gia công (nguyên công mài), để đạt được độ chính xác cần thiết Vật liệu gốm thiêu kết là cứng và có thể được chế tác thủ công hoặc tự động, nếu cần thiết Quá trình phủ bề mặt được sử dụng để mạ một lớp kim loại lên các nguyên tố áp điện và quá trình bốc bay (PVD) được sử dụng để có các lớp mỏng kim loại Các sản phẩm sau khi thiêu kết và mạ lớp kim loại được phân cực,
và thể hiện tính chất cần thiết của vật liệu áp điện
1.3 Sơ đồ động học, kết cấu và chức năng máy ép
1.3.1 Sơ đồ động học
Hình 1-4 Sơ đồ động học máy ép thạch anh
Mô tả sơ đồ động:
Động cơ III truyền chuyển động qua bộ truyền đai răng, quay bộ khuôn cối đến
vị trí làm việc để đổ bột, sau đó được rung làm đều bột trong khuôn cối, và chạy đến
vị trí để ép Trong quá trình ép, động cơ I, II, đồng thời tạo ra lực ép song động, ép
Trang 15bột khô trong khuôn thành sản phẩm Tiếp đến, khi ép xong thì trục R quay đến vị trí gắp sản phẩm ra khỏi bộ khuôn cối
Robot Scara thực hiện gắp và sắp xếp các sản phẩm vào khay đựng sản phẩm Các mạch điều khiển động cơ, robot được kết nối với khối điều khiển và được kết nối với một máy tính trung tâm để xử lý các dữ liệu
1.3.2 Kết cấu máy ép
Hình 1-5 Kết cấu máy ép (phía trước) A: Hệ thống robot Scara (gắp và đưa sản phẩm ra khỏi khuôn đến vị trí cân, và vị
trí khay đựng sản phẩm)
B: Vị trí đặt khay chứa sản phẩm sau khi ép và cân điện tử
C: Vị ví chứa linh kiện thiết bị điện, điều khiển hệ thống
D: Hệ thống dẫn động trục ép
Trang 16Hình 1-6 Kết cấu máy ép (phía sau)
E, I: Hệ thống trục ép song động
F: Hệ thống rung cối (rung, làm đều bột sau khi bột được đổ vào lòng khuôn cối) G: Động cơ AC servo điều khiển mâm xoay đến đúng vị trí cần thiết
H: Hệ thống cấp bột vào lòng khuôn cối, được điều khiển bằng động cơ
J: Cảm biến lực (đo lực ép tác động lên bộ khuôn chày)
L: Bộ khuôn chày
N: Bộ khuôn cối (Bột sẽ được đưa vào lòng khuôn cối)
M: Hệ thống định vị mâm xoay (Mâm được động cơ servo quay đúng vị trí, dùng xylanh khí nén để đẩy chốt định vị mâm xoay)
Trang 171.4 Các chức năng của máy ép
3 Cân sản phẩm
- Cân chính xác: dải cân 1gram đến 20gram,
độ phân giải: 0.001 gram; sai số đảm bảo
±0.005 gram
4 Cảm biến đo lực ép - Lực ép có thể điều chỉnh 0-75KN
- Độ phân giải lực: 5N
5 Ép song động - Tốc độ đầu ép khi làm việc có thể điều chỉnh
được từ 0-300mm/phút cho từng chày ép
6 Hệ thống tự động sắp xếp
sản phẩm vào khay
- Tốc độ robot gắp sản phẩm: 3-5 giây/ sản phẩm
- Tốc độ lấy sản phẩm: 1-3 giây/sản phẩm
- Có hệ thống cảnh báo hết khay
7 Giám sát quá trình hoạt
động, thông báo lỗi
- Liên tục giám sát hệ thống, cảnh báo lỗi và thực hiện các chức năng an toàn cần thiết (dừng hệ thống)
Trang 18- Cho phép lập trình thay đổi các tham số như: tốc độ, khối lượng nguyên liệu, sắp xếp sản phẩm, tần số rung,
- Có câu lệnh để chạy từng phần hay chạy toàn
Khi các động cơ bị quá tải thì tín hiệu từ driver
sẽ được bộ điều khiển thu nhận và xử lý
Trang 19THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Giới thiệu về card điều khiển ADT-8960
2.1.1 Cấu trúc phần cứng
Hình 2-1 Sơ đồ kết nối phần cứng của bộ điều khiển chuyển động
Phần cứng của motion card được kết nối với hai mạch ADT-9162 được mô tả như phần sau:
Trang 20Mạch kết nối J1:
Hình 2-2 Sơ đồ chân J1 Bảng 2.1 Danh sách chức năng mạch J1
Số chân Ký hiệu Mô tả chức năng
1 PUCOM0 Đầu vào điện áp chung
2 XPU+/CW+ Tín hiệu xung X +
3 XPU-/CW- Tín hiệu xung X -
Trang 214 XDR+/CCW+ Tín hiệu hướng X +
5 XDR-/CCW- Tín hiệu hướng X -
6 YPU+/CW+ Tín hiệu xung Y +
7 YPU-/CW- Tín hiệu xung Y -
8 YDR+/CCW+ Tín hiệu hướng Y +
9 YDR-/CCW- Tín hiệu hướng Y -
10 PUCOM1 Dùng cho các đầu vào đơn
11 ZPU+/CW+ Tín hiệu xung Z +
12 ZPU-/CW- Tín hiệu xung Z -
13 ZDR+/CCW+ Tín hiệu hướng Z +
14 ZDR-/CCW- Tín hiệu hướng Z -
15 APU+/CW+ Tín hiệu xung A +
16 APU-/CW- Tín hiệu xung A -
17 ADR+/CCW+ Tín hiệu hướng A +
18 ADR-/CCW- Tín hiệu hướng A -
19 PUCOM2 Dùng cho các đầu vào đơn
20 BPU+/CW+ Tín hiệu xung B +
21 BPU-/CW- Tín hiệu xung B -
22 BDR+/CCW+ Tín hiệu hướng B +
23 BDR-/CCW- Tín hiệu hướng B -
24 CPU+/CW+ Tín hiệu xung C +
25 CPU-/CW- Tín hiệu xung C -
26 CDR+/CCW+ Tín hiệu hướng C +
27 CDR-/CCW- Tín hiệu hướng C -
Trang 2228 INCOM1 IN0-11, có thể coi như một đầu vào thường
29 IN0(XLMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trụcX, có
thể coi như một đầu vào thường
30 IN1(XLMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình âm của trục X, có thể coi
như một đầu vào thường
31 IN2(XSTOP0) Tín hiệu gốc 0 trục X, có thể coi như một đầu vào
thường
32 IN3(XSTOP1) Tín hiệu STOP1 trục X, có thể coi như một đầu vào
thường
33 IN4(YLMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trục Y,
có thể coi như một đầu vào thường
34 IN5(YMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều âm của trục Y có thể
coi như một đầu vào thường
35 IN6(YSTOP0) Tín hiệu gốc 0 trục Y, có thể coi như một đầu vào
thường
36 IN7(YSTOP1) Tín hiệu STOP1 trục Y, có thể coi như một đầu vào
thường
37 IN8(ZLMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trục Z, có
thể coi như một đầu vào thường
38 IN9(ZLMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều âm của trục Z, có thể
coi như một đầu vào thường
39 IN10(ZSTOP0) Tín hiệu gốc 0 trục Z, có thể coi như một đầu vào
Trang 2342 IN12(ALMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trục A,
có thể coi như một đầu vào thường
43 IN13(ALMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều âm của trục A có thể
coi như một đầu vào thường
44 IN14(ASTOP0) Tín hiệu gốc 0 trụcA, có thể coi như một đầu vào
thường
45 IN15(ASTOP1) Tín hiệu STOP1 trục A, có thể coi như một đầu vào
thường
46 IN16(BLMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trục B, có
thể coi như một đầu vào thường
47 IN17(BLMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều âm của trục B có thể
coi như một đầu vào thường
48 IN18(BSTOP0) Tín hiệu gốc 0 trụcB, có thể coi như một đầu vào
thường
49 IN19(BSTOP1) Tín hiệu STOP1 trục B, có thể coi như một đầu vào
thường
50 IN20(CLMT+) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều dương của trục C, có
thể coi như một đầu vào thường
51 IN21(CLMT-) Tín hiệu giới hạn hành trình chiều âm của trục C có thể
coi như một đầu vào thường
52 IN22(CSTOP0) Tín hiệu gốc 0 trụcC, có thể coi như một đầu vào
thường
53 IN23(CSTOP1) Tín hiệu STOP1 trục C, có thể coi như một đầu vào
thường
54 OUTCOM1 OUT0-OUT7 cổng chung
Trang 25Bảng 2.2 Danh sách chức năng mạch J2
Số chân Ký hiệu Mô tả chức năng
1 XECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục X
2 XECA- Tín hiệu đầu vào pha A – encoder trục X
3 XECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục X
4 XECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục X
5 YECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục Y
6 YECA- Tín hiệu đầu vào pha A- encoder trục Y
7 YECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục Y
8 YECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục Y
9 ZECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục Z
10 ZECA- Tín hiệu đầu vào pha A – encoder trục Z
11 ZECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục Z
12 ZECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục Z
13 AECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục A
14 AECA- Tín hiệu đầu vào pha A – encoder trục A
15 AECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục A
16 AECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục A
17 BECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục B
18 BECA- Tín hiệu đầu vào pha A – encoder trục B
19 BECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục B
20 BECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục B
21 CECA+ Tín hiệu đầu vào pha A+ encoder trục C
22 CECA- Tín hiệu đầu vào pha A – encoder trục C
23 CECB+ Tín hiệu đầu vào pha B + encoder trục C
24 CECB- Tín hiệu đầu vào pha B – encoder trục C
Trang 2625 INCOM3 IN24-IN31 cổng chung
26 IN24(XIN) Tín hiệu khóa trục X
27 IN25(YIN) Tín hiệu khóa trục Y
28 IN26(ZIN) Tín hiệu khóa trục Z
29 IN27(AIN) Tín hiệu khóa trục A
30 IN28(BIN) Tín hiệu khóa trục B
31 IN29(CIN) Tín hiệu khóa trục C
32 IN30 Tín hiệu khóa trục
33 IN31 Tín hiệu khóa trục (dừng tất cả các trục)
34 OUTCOM2 OUT8-OUT15 Cổng chung
43 INCOM4 I/O0-I/O7 là đầu vào chung
44 OUTCOM3 I/O0-I/O7 là đầu ra chung
45 I/O0 Đầu vào/đầu ra
46 I/O1 Đầu vào/đầu ra
47 I/O2 Đầu vào/đầu ra
48 I/O3 Đầu vào/đầu ra
49 I/O4 Đầu vào/đầu ra
Trang 2750 I/O5 Đầu vào/đầu ra
51 I/O6 Đầu vào/đầu ra
52 I/O7 Đầu vào/đầu ra
53 INCOM5 I/O8-I/O15 là đầu vào chung
54 OUTCOM4 I/O8-I/O15 là đầu ra chung
55 I/O8 Đầu vào/đầu ra
56 I/O9 Đầu vào/đầu ra
57 I/O10 Đầu vào/đầu ra
58 I/O11 Đầu vào/đầu ra
59 I/O12 Đầu vào/đầu ra
60 I/O13 Đầu vào/đầu ra
61 I/O14 Đầu vào/đầu ra
62 I/O15 Đầu vào/đầu ra
o Kết nối tín hiệu xung điều khiển:
Có thể kết nối với động cơ bước hoặc động cơ servo
Hình 2-4 Sơ đồ kết nối xung điều khiển
Hình dưới mô tả kết nối tín hiệu xung và chiều giữa card điều khiển và driver
Hình 2-5 Sơ đồ kết nối với Động cơ bước
Trang 28Hình 2-6 Sơ đồ kết nối với động cơ servo
o Kết nối tín hiệu phản hồi (encoder)
VCC = 5V, Không yêu cầu điện trở R;
VCC = 12V, R = 1 KΩ;
VCC = 24V, R = 2 KΩ;
Hình 2-7 Sơ đồ kết nối encoder dạng Open-collect
Hình 2-8 Sơ đồ kết nối encoder dạng Vi sai (Differential ouput)
o Kết nối tín hiệu đầu vào
Trang 29Hình 2-9 Sơ đồ kết nối tín hiệu đầu vào
VEXT là cực dương của nguồn ngoài,
EXT_GND là cực âm của nguồn ngoài,
K1 là cảm biến tiệm cận hoặc quang điện,
K2 là công tắc thường
Chú thích:
(1) Cổng chung cho IN0-IN11: INCOM1
Cổng chung cho IN12-IN23: INCOM2
Cổng chung cho IN24-IN31: INCOM3
Cổng chung cho I/O0-I/O7: INCOM4
Cổng chung cho I/O8-I/O15: INCOM5
(2) Để đảm bảo tín hiệu đầu vào hoạt động cần đảm bảo rằng tín hiệu đầu vào và cổng INCOM chung là tương ứng và phải dùng chung nguồn ngoài
(3) Sơ đồ bên dưới mô tả cách kết nối công tắc hoặc cảm biến tiệm cận… sử dụng nguồn ngoài
Trang 30Hình 2-10 Sơ đồ mô tả kết nối đầu vào
o Kết nối tín hiệu đầu ra
Trang 31Hình 2-11 Sơ đồ mô tả kết nối đầu ra
2.1.2 Mô tả các chức năng của card điều khiển
Phương pháp xuất xung điều khiển
Xung điều khiển đầu ra có thể là độc lập 2-xung hoặc 1-xung Trong trường hợp độc lập 2-xung, chiều dương có xung PU/CW, chiều âm có xung DR/CCW Trong trường hợp 1-xung, PU/CW là xung điều khiển lượng dịch chuyển và DR/CCW là tín hiệu hướng dịch chuyển
Tín hiệu giới hạn cứng
LMT+ và LMT- được dùng để hạn chế tín hiệu xung điều khiển chuyển động theo chiều dương và âm, và có thể được thiết lập là có hiệu dụng hoặc không có hiệu dụng Khi “hiệu dụng” hoặc “không hiệu dụng” thì chức năng giới hạn theo chiều dương và
âm đều có thể thực thi Trong trường hợp “không hiệu dụng” được chọn, đầu vào này
có thể làm việc như những đầu vào tín hiệu bình thường
Trang 32ngắt, dừng các trục dịch chuyển và có thể được thiết lập là "hiệu dụng", "không có hiệu dụng" Trong trường hợp "không hiệu dụng" được chọn, các đầu vào này, có thể làm việc như các đầu vào bình thường
Nội suy tuyến tính
Mạch điều khiển chuyển động này có thể thực hiện nội suy tuyến tính cho từ 2 đến
6 trục theo phương pháp so sánh điểm đảm bảo sự đồng dạng của xung theo chiều dài trục và độ chính xác theo từng xung
Đầu tiên, chọn ra trục tham gia vào nhóm nội suy tuyến tính mà cần số xung lớn nhất, và cấu hình tỷ lệ số xung cho các trục còn lại Tốc độ đặt là tốc độ điều khiển
áp dụng cho trục có số xung lớn nhất, còn các trục còn lại tốc độ tùy chỉnh theo tỷ lệ xung
Thiết lập tốc độ nội suy một trục lấy trục có số xung lớn nhất làm chuẩn
Ví dụ, nếu trục 2 và 3 tham gia nội suy tuyến tính, tốc độ nội suy được xác định bởi tốc độ của trục 2
Trang 33Có hai trục, trục 2 và trục 3 tham gia nội suy tuyến tính, trục 2 xuất ra 10000 xung theo chiều dương và trục 3 xuất ra 5000 xung theo chiều âm, như vậy thì trục 2 là trục có số xung lớn hơn
set_startv(0,2,1000);
set_speed(0,2,1000);
inp_move2(0,2,3,10000,-5000);
Sau khi thực hiện chương trình trên, trục 2 sẽ gửi 10000 xung với tần số 1000/2 =
500 Hz, trong khi tần số của trục 3 là: 500 * 5000/10000 = 250 Hz
Định lượng tốc độ
Vận tốc có thể thay đổi trong khi chuyển động, vì vậy, để kiểm soát tốc độ cần theo
dõi linh hoạt và hiệu quả hơn Tham khảo các cài đặt của chức năng: set_atartv, set_speed, set_acc
Tín hiệu điều khiển bên ngoài
Tín hiệu điều khiển bên ngoài là chuyển động điều khiển bằng tín hiệu bên ngoài (Tay quay-bộ phát xung hoặc công tắc) Chức năng này chủ yếu được sử dụng để gỡ lỗi của máy và để “dạy học” cho máy Khi tín hiệu điều khiển bên ngoài được kích hoạt, cho phép sử dụng bộ phát xung hoặc công tắc để điều khiển xung tạo chuyển động Khi chức năng tín hiệu bên ngoài bị bất hoạt, các tín hiệu bên ngoài bị vô hiệu hóa
Khóa vị trí
Liên quan đến chức năng khóa vị trí, trên mỗi trục được thiết kế một cổng tín hiệu đầu vào Với một tín hiệu khóa, vị trí hiện tại, lôgic hoặc thực tế, của tất cả các trục
có thể được khóa Khóa vị trí rất hữu ích trong hệ thống đo lường
Điều khiển giảm tốc
Chức năng điều khiển giảm tốc được thiết kế tín hiệu đầu vào cho mỗi trục và hoạt động độc lập Khi có tín hiệu báo đã đạt đến điểm, các trục sẽ tự động giảm tốc độ để đạt được tốc độ đặt trước
Ổ nhớ cứng
Trang 34trước khi thực thi, đảm bảo xung đầu ra liên tục, tạo điều kiện cho chuyển động trơn tru và liên tục Không gian bộ nhớ cho FIFO là 2MB
set_suddenstop_mode Cài đặt dừng khẩn cấp set_ad_mode Chế độ tăng tốc/giảm tốc
Cài đặt tham số
dịch chuyển
set_acac Thiết lập tỷ lệ thay đổi gia tốc set_startv Thiết lập tốc độ khởi động set_speed Cài đặt tốc độ
Trang 35set_actual_pos Cài đặt vị trí thực tế
set_symmetry_speed Tốc độ đặt đối xứng
set_io_mode Cài đặt các điểm vào/ra
Kiểm tra thông số
truyển động
get_command_pos Nhận vị trí logic get_actual_pos Nhận vị trí thực tế
hiệu
read_bit Đọc tín hiệu từ một đầu vào write_bit Xuất tín hiệu đầu ra
Trang 36symmetry_relative_line2 Dịch chuyển nội suy hai trục theo
hệ tọa độ tương đối
symmetry_absolute_line2 Dịch chuyển nội suy hai trục theo
hệ tọa độ tuyệt đối
symmetry_relative_line3 Dịch chuyển nội suy ba trục theo
hệ tọa độ tương đối
symmetry_absolute_line3 Dịch chuyển nội suy ba trục theo
hệ tọa độ tuyệt đối
symmetry_relative_line4 Dịch chuyển nội suy bốn trục
theo hệ tọa độ tương đối
symmetry_absolute_line4 Dịch chuyển nội suy bốn trục
theo hệ tọa độ tuyệt đối
symmetry_relative_line5 Dịch chuyển nội suy năm trục
theo hệ tọa độ tương đối
symmetry_absolute_line5 Dịch chuyển nội suy năm trục
theo hệ tọa độ tuyệt đối
symmetry_relative_line6 Dịch chuyển nội suy sáu trục
theo hệ tọa độ tương đối
symmetry_absolute_line6 Dịch chuyển nội suy sáu trục
theo hệ tọa độ tuyệt đối
Trang 37Tín hiệu xung
dịch chuyển từ
bên ngoài
manual_pmove
chuyển từ một tín hiệu ngoài
manual_continue Dịch chuyển liên tục khi có tín
Bộ nhớ phần cứng
có sẵn
fifo_inp_move1 1-trục FIFO fifo_inp_move2 2-trục FIFO fifo_inp_move3 3-trục FIFO fifo_inp_move4 4-trục FIFO fifo_inp_move5 5-trục FIFO fifo_inp_move6 6-trục FIFO reset_fifo Đặt lại FIFO read_fifo_count Đọc FIFO read_fifo_empty Đọc FIFO read_fifo_full Đọc FIFO Điều khiển giảm
tốc
set_dec_mode Cài đặt chế độ giảm tốc set_dec_pos1 Cài đặt điểm giảm tốc
Trang 38set_dec_pos2
giảm tốc clr_dec_status Xóa trạng thái giảm tốc get_dec_status Nhận trạng thái giảm tốc set_end_speed Cài đặt tốc độ kết thúc
2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển
Hình 2-13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép
Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ép:
Hệ thống cấp liệu sẽ nạp bột vào khuôn, khuôn chứa bột được cơ cấu quay đưa đến
vị trí rung, hệ thống rung sẽ rung làm đều bột trong khuôn Sau khi rung cơ cấu quay đưa khuôn chứa bột đến vị trí ép Cơ cấu ép hoạt động, ép ra sản phẩm Sau khi cơ cấu ép về vị trí ban đầu, cơ cấu quay đưa khuôn đến vị trí đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn
Trang 39không đạt, khi đó hệ thống sẽ đưa tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển, bộ điều khiển
sẽ tính toán bù khối lượng bột để nạp vào khuôn, nếu khối lượng sản phẩm đạt thì robot scara sẽ gắp sản phẩm và đặt vào khay theo thuật toán sắp xếp lần lượt đến hết khay thì dừng hoạt động và báo thay khay để sản phẩm
Chu trình quay lại quá trình hoạt động từ đầu để tạo sản phẩm đạt khối lượng yêu cầu
2.3 Sơ đồ khối các chức năng điều khiển chính
2.3.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển cấp bột
Hình 2-14 Sơ đồ thuật toán đổ bột
Trang 40Bắt đầu quá trình đổ bột, kiểm tra vị trí mâm quay đúng tại điểm ép và đã chốt mâm thông qua tín hiệu cảm biến SS1=1
Nếu một trong hai điều kiện trên không thỏa mãn thì thông báo lỗi: “Chưa đúng vị trí mâm quay hoặc chưa chốt mâm” và kết thúc quá trình đổ bột
Nếu đã đúng vị trí mâm quay và đã chốt thì đặt tốc độ tốc độ quay, và số vòng quay (theo tính toán) cho hệ thống cấp bột
Sau đó thực hiện quay cấp bột theo đúng tốc độ và số vòng quay đã đặt
Khi đã đạt được số vòng quay thì dừng lại và kết thúc quá trình cấp bột