Báo cáo thực tập cơ sở hệ thống điều khiển cnc

I.Hệ thống điều khiển cnc...3CPU – Bộ phận xử lý trung tâm...3RAM – Bộ phận quan trọng trong CNC...4Thanh ghi – Giúp truy cập nhanh...5BUS – Cung cấp đường truyền thông tin nhanh chóng..

Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành DuyLê Bá Đức

Lê Huy Mạnh

Lớp:Trang bị điện 2-K61

I.Hệ thống điều khiển cnc 3

CPU – Bộ phận xử lý trung tâm 3

RAM – Bộ phận quan trọng trong CNC 4

Thanh ghi – Giúp truy cập nhanh 5

BUS – Cung cấp đường truyền thông tin nhanh chóng 5

ALU – Thực hiện phép tính và Logic 6

Đơn vị điều khiển – Xử lý dữ liệu chính xác 6

Bộ điều khiển Servo – Điều chỉnh các thông số 7

Bảng điều khiển vận hành thành phần máy 8

Bảng điều khiển máy – Giao diện giữa người vận hành và hệ thống CNC 9

Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) – Tự động hóa quy trình cơ điện 9

Bộ nhớ RAM – Bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ 11

Giao tiếp đầu vào và đầu ra 11

Điều khiển cho trục máy công cụ và tốc độ trục chính 12

I.Hệ thống điều khiển CNC

1 Bộ xử lý trung tâm (CPU): Đây là bộ phận quản lý toàn bộ hệ thống

CNC Nó nhận và xử lý các tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển vận

hành và điều khiển các hoạt động của máy công cụ thông qua bộ điều khiển servo.

2 Bộ điều khiển servo: Được sử dụng để điều khiển các trục của máy công

cụ Bộ điều khiển servo chuyển đổi các tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý trung tâm thành tín hiệu điện áp hoặc xung để điều khiển động cơ servo và các hệ thống chuyển động khác.

3 Bảng điều khiển vận hành: Là giao diện giữa người vận hành và hệ

thống CNC Bảng điều khiển vận hành cung cấp các nút, công tắc và màn hình cảm ứng để người vận hành có thể nhập dữ liệu, điều chỉnh các thông số gia công và theo dõi quá trình sản xuất.

4 Bảng điều khiển máy: Được sử dụng để cài đặt các thông số vận hành cụ

thể của máy công cụ, như tốc độ cắt, độ sâu cắt, và các thông số khác liên quan đến công việc gia công.

5 Bộ điều khiển logic khả trình: Được sử dụng để lập trình và thực thi các

chức năng phức tạp trên máy CNC Bộ điều khiển logic khả trình cho phép người vận hành lập trình các chuỗi công việc, điều khiển chuyển động và thực hiện các tác vụ gia công đa dạng.

* CPU – Bộ phận xử lý trung tâm

Bộ xử lý trung tâm (CPU) trong hệ thống CNC được coi là bộ não của máy tính, có nhiệm vụ quản lý các thành phần khác và điều khiển hoạt động của chúng dựa trên phần mềm được lưu trữ trong bộ nhớ chính (RAM) CPU lấy lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ và tạo ra các tín hiệu để kích hoạt các thành phần khác trong hệ thống CNC Nó có vai trò sắp xếp, điều chỉnh và định vị tất cả các hoạt động của máy công cụ.

CPU tính toán các giá trị bù cần thiết cho gia công, chẳng hạn như lỗi trục vít dẫn, hao mòn dao cụ và sai số khác, dựa trên các đầu vào tương ứng có sẵn cho hệ thống Nó là trái tim của hệ thống CNC, nhận thông tin từ bộ nhớ ROM được lưu trữ trong hệ thống và giải mã để tạo ra các tín hiệu điều khiển và tốc độ vị trí cụ thể CPU cũng giám sát chuyển động của trục điều khiển hoặc trục chính, và khi không khớp với các giá trị trong chương trình, nó thực hiện các hành động khắc phục.

CPU chứa các mạch cần thiết để thao tác dữ liệu và thực hiện các hướng dẫn của máy tính Kích thước của CPU rất nhỏ, nhưng nó chứa hàng triệu bóng bán dẫn và có khả năng xử lý lớn Các thành phần cơ bản trong CPU bao gồm RAM, thanh ghi, bus, ALU (Arithmetic Logic Unit) và thiết bị điều khiển CPU làm việc với hàng triệu bóng bán dẫn trong mạch của nó và có sự phức tạp đáng kinh ngạc.

Tóm lại, CPU trong hệ thống CNC có vai trò quan trọng và đóng vai trò là trung tâm điều khiển, xử lý dữ liệu và điều khiển các hoạt động của máy công cụ dựa trên chương trình và thông số gia công.

* RAM – Bộ phận quan trọng trong CNC

RAM (Random Access Memory) là một thành phần quan trọng trong hệ thống CNC, được tạo ra bằng cách kết hợp các cổng cắm với bộ giải mã Các cổng này tạo ra mạch có khả năng ghi nhớ, trong khi bộ giải mã tạo ra các tín hiệu để chọn các vị trí bộ nhớ riêng lẻ.

RAM là nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời trong hệ thống CNC Nó cho phép CPU truy cập và lưu trữ thông tin cần thiết để thực hiện các phép tính và điều khiển hoạt động của

máy công cụ Dữ liệu trong RAM có thể được đọc và ghi nhanh chóng, mà không cần tuần tự truy cập từ đầu đến cuối như trong bộ nhớ ROM.

RAM được chia thành các ô nhớ đơn lẻ, mỗi ô có thể lưu trữ một đơn vị dữ liệu nhất định, chẳng hạn như một byte Bằng cách sử dụng các tín hiệu từ bộ giải mã, CPU có thể chọn các ô nhớ cụ thể để đọc hoặc ghi dữ liệu Quá trình này xảy ra với tốc độ rất nhanh, cho phép CPU thực hiện các phép tính và điều khiển máy công cụ một cách hiệu quả.

Tóm lại, RAM trong hệ thống CNC là nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời, cho phép CPU truy cập và lưu trữ thông tin cần thiết để điều khiển hoạt động của máy công cụ Nó được tạo thành từ các cổng cắm và bộ giải mã, cho phép lưu trữ dữ liệu trong các vị trí bộ nhớ riêng lẻ mà CPU có thể truy cập một cách nhanh chóng.

* Thanh ghi – Giúp truy cập nhanh

Thanh ghi (Register) là một thành phần quan trọng trong hệ thống CNC, và nó là các vị trí bộ nhớ đặc biệt có khả năng truy cập nhanh Có ba loại thanh ghi quan trọng: thanh ghi lệnh (Instruction Register – IR), bộ đếm chương trình (Program Counter – PC) và thanh ghi tích lũy (Accumulator).

 Thanh ghi lệnh (IR): Đây là nơi lưu trữ lệnh hiện tại mà CPU đang thực thi Nó nhận lệnh từ bộ nhớ chính và giữ nó để CPU có thể giải mã và thực hiện Thông qua thanh ghi lệnh, CPU biết lệnh nào đang được thực hiện và quá trình xử lý các lệnh trong chương trình CNC.

 Bộ đếm chương trình (PC): Đây là thanh ghi quản lý vị trí hiện tại của chương trình đang được thực thi Nó lưu trữ địa chỉ bộ nhớ của lệnh tiếp theo sẽ được thực hiện Khi một lệnh hoàn thành, PC tăng lên để trỏ đến lệnh kế tiếp trong chương trình.

 Thanh ghi tích lũy (Accumulator): Đây là thanh ghi dùng để thực hiện các phép tính và lưu trữ kết quả tạm thời Nó là nơi các phép tính được thực hiện và kết quả của chúng được lưu trữ Thanh ghi tích lũy chủ yếu được sử dụng trong các phép tính toán và xử lý dữ liệu trong quá trình gia công.

Các thanh ghi này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thực thi chương trình CNC Thông qua việc lưu trữ lệnh, quản lý vị trí chương trình và lưu trữ kết quả tạm thời, các thanh ghi giúp CPU thực hiện các phép tính và điều khiển máy công cụ một cách hiệu quả và chính xác.

* BUS – Cung cấp đường truyền thông tin nhanh chóng

BUS là một thành phần quan trọng trong hệ thống CNC, cung cấp đường truyền thông tin nhanh chóng cho CPU và các thành phần khác BUS được hình thành bởi một tập hợp các dây truyền dẫn dữ liệu giữa các thành phần của hệ thống Có ba loại BUS quan trọng trong hệ thống CNC: BUS địa chỉ, BUS dữ liệu và BUS điều khiển.

 BUS địa chỉ: Đây là BUS mà CPU sử dụng để truyền địa chỉ bộ nhớ hoặc địa chỉ thanh ghi đến các thành phần khác trong hệ thống Nó xác định vị trí mà dữ liệu hoặc lệnh được truy cập.

 BUS dữ liệu: Đây là BUS mà dữ liệu được truyền qua giữa các thành phần CPU sử dụng BUS dữ liệu để truyền dữ liệu đến và từ bộ nhớ, thanh ghi và các thành phần khác trong quá trình thực thi chương trình.

 BUS điều khiển: Đây là BUS mà CPU sử dụng để truyền tín hiệu điều khiển đến các thành phần khác Nó điều khiển hoạt động của các thành phần như bộ nhớ, thanh ghi, ALU và các thiết bị khác trong hệ thống.

* ALU – Thực hiện phép tính và Logic

ALU (Arithmetic Logic Unit) là một thành phần quan trọng trong CPU, nó thực hiện các phép tính toán và logic trong quá trình xử lý dữ liệu ALU bao gồm một tập hợp các mạch phức tạp để thực hiện các phép tính số học (như cộng, trừ, nhân) và các phép tính logic (như OR, NOT) được yêu cầu bởi các lệnh trong chương trình CNC.

ALU kết nối với BUS dữ liệu để nhận và truyền dữ liệu giữa các thành phần Nó nhận dữ liệu từ bộ nhớ, thanh ghi và các thành phần khác thông qua BUS dữ liệu, sau đó thực hiện các phép tính và trả về kết quả qua BUS dữ liệu ALU đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các phép tính toán và xử lý dữ liệu trong quá trình gia công của máy CNC.

* Đơn vị điều khiển – Xử lý dữ liệu chính xác

Đơn vị điều khiển: Đơn vị điều khiển là một thành phần quan trọng trong CPU, chịu trách nhiệm chỉ đạo các yêu cầu và dữ liệu trong quá trình hoạt động của máy tính Nó được xây dựng từ nhiều mạch lựa chọn khác nhau như bộ giải mã và bộ ghép kênh Bộ giải mã: Bộ giải mã là một phần của đơn vị điều khiển và có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh và dữ liệu từ mã máy hoặc địa chỉ bộ nhớ thành các tín hiệu điều khiển và dữ liệu cụ thể Nó giải mã các tín hiệu đầu vào và tạo ra các tín hiệu điều khiển và dữ liệu tương ứng để điều khiển hoạt động của các thành phần khác trong hệ thống.

Bộ ghép kênh: Bộ ghép kênh là một phần khác của đơn vị điều khiển và có nhiệm vụ điều phối và định tuyến các tín hiệu điều khiển và dữ liệu đến các thành phần tương ứng trong hệ thống Nó chịu trách nhiệm ghép kênh và phân phối các tín hiệu điều khiển và dữ liệu từ đơn vị điều khiển đến các thành phần như ALU, bộ nhớ, thanh ghi và các thành phần khác.

Đơn vị điều khiển là thành phần quan trọng trong CPU, nó đảm bảo việc thực hiện các lệnh và xử lý dữ liệu diễn ra một cách chính xác và tuần tự Nó điều phối các hoạt động của các thành phần khác trong CPU và đảm bảo sự tương tác hợp lý giữa chúng để thực hiện các nhiệm vụ được yêu cầu bởi chương trình CNC.

* Bộ điều khiển Servo – Điều chỉnh các thông số

Bộ điều khiển Servo là một thành phần quan trọng trong hệ thống CNC, có nhiệm vụ điều khiển chuyển động của các trục máy công cụ theo các tín hiệu lệnh từ CPU Bộ

điều khiển servo nhận tín hiệu lệnh từ CPU, sau đó khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi thành dòng điện để điều khiển động cơ servo, tạo ra chuyển động tương ứng với tín hiệu lệnh.

Tín hiệu lệnh thông thường đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưng cũng có thể đại diện cho một mô-men xoắn hoặc vị trí mong muốn Bộ điều khiển servo so sánh trạng thái thực tế của động cơ với trạng thái yêu cầu và điều chỉnh tần số điện áp hoặc độ rộng xung để khắc phục sai lệch Quá trình này nhằm điều chỉnh để đạt được sự chính xác và đáng tin cậy trong chuyển động của trục máy công cụ.

Bộ điều khiển servo có thể được điều chỉnh các thông số như độ cứng (tức là mức tăng tỷ lệ), giảm xóc (tức là mức tăng đạo hàm) và mức tăng phản hồi để đạt được hiệu suất mong muốn Quá trình điều chỉnh các thông số này được gọi là điều chỉnh hiệu suất Ngoài ra, bộ điều khiển servo cũng nhận được tín hiệu phản hồi vị trí từ các thiết bị phản hồi như thang đo tuyến tính, bộ mã hóa encoder, vòng quay, và các thiết bị khác Thông qua tín hiệu phản hồi này, bộ điều khiển servo có thể điều chỉnh chính xác chuyển động của trục máy công cụ để đáp ứng yêu cầu của quá trình gia công.

* Bảng điều khiển vận hành thành phần máy

Bảng điều khiển vận hành trên máy CNC là một nhóm các điều khiển cho phép người vận hành điều khiển các thành phần của máy bằng tay Nó cung cấp một giao diện người dùng cho việc tương tác hai chiều giữa người dùng, hệ thống CNC và máy công cụ Bảng điều khiển thường bao gồm hai phần chính là màn hình hiển thị và bàn phím.

Bảng điều khiển là một thiết bị tiên tiến kết hợp các chức năng cảnh báo, truyền thông và tự động hóa Nó được sản xuất dưới ba phiên bản khác nhau: Cơ bản, Chuyên nghiệp và Doanh nghiệp Các phiên bản này khác nhau về chức năng, phương pháp điều khiển, giao diện truyền thông và cung cấp các tùy chọn để đặt hàng bổ sung hoặc mô-đun giao tiếp bổ sung.

Bảng điều khiển vận hành trên máy CNC cho phép người vận hành thao tác và kiểm soát các chức năng của máy công cụ một cách thuận tiện Người vận hành có thể thao tác trên màn hình hiển thị để thiết lập các thông số, lựa chọn các chế độ hoạt động, kiểm tra trạng thái của máy và theo dõi quá trình gia công Bàn phím cung cấp các phím chức năng và phím điều hướng để người vận hành có thể tương tác với hệ thống CNC và thực hiện các thao tác điều khiển.

Tóm lại, bảng điều khiển vận hành trên máy CNC là một thiết bị quan trọng cho phép người vận hành điều khiển và tương tác với máy công cụ thông qua màn hình hiển thị và bàn phím Nó cung cấp giao diện người dùng tiện lợi và các chức năng điều khiển để quản lý và kiểm soát hoạt động của máy CNC trong quá trình gia công.

* Bảng điều khiển máy – Giao diện giữa người vận hành và hệ thống CNC

Bảng điều khiển trên máy CNC là giao diện trực tiếp giữa người vận hành và hệ thống CNC, cho phép vận hành và kiểm soát máy thông qua các chức năng và hiển thị trên màn hình Các bảng điều khiển được thiết kế với nhiều tùy chọn về kích thước và tính năng để phù hợp với các ứng dụng kiểm soát khác nhau trong quy trình công nghiệp.

Mỗi bảng điều khiển trên máy CNC có chức năng hiển thị và lưu trữ dữ liệu cài đặt mong muốn Người vận hành có thể tương tác với bảng điều khiển để thiết lập các thông số cần thiết và lưu trữ chúng Các tùy chọn về chiều rộng, chiều dài và chiều cao của bảng điều khiển được sản xuất để đáp ứng các yêu cầu kiểm soát ứng dụng khác nhau trong quy trình công nghiệp.

Trong quá trình gia công CNC, bảng điều khiển được sử dụng để giám sát và điều khiển các chức năng chuyển động của trục hoặc chức năng công cụ trên máy công cụ Người vận hành có thể tương tác với bảng điều khiển để chọn và thực hiện các chương trình bộ phận đã được lưu trữ trong bộ nhớ của hệ thống Trước khi bắt đầu quá trình gia công, người vận hành cần thực hiện các tác vụ chuẩn bị như thiết lập điểm tham chiếu, tải chương trình bộ phận vào bộ nhớ hệ thống, tải và kiểm tra độ lệch công cụ, và đảm bảo độ lệch bằng 0, và các tác vụ khác tương tự.

* Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) – Tự động hóa quy trình cơ điện

PLC (Programmable Logic Controller) hoặc Bộ điều khiển logic lập trình là một máy tính kỹ thuật số được sử dụng để tự động hóa các quy trình cơ điện Nó thường được sử dụng để điều khiển máy móc trên các dây chuyền lắp ráp trong nhà máy hoặc thực hiện các chức năng sửa chữa ánh sáng PLC được thiết kế để có khả năng đầu vào và đầu ra đa dạng.

Chương trình của PLC thường được viết trên máy tính cá nhân và sau đó được tải xuống PLC thông qua cáp kết nối hoặc qua mạng Chương trình này được lưu trữ trong bộ nhớ RAM dự phòng bằng pin hoặc bộ nhớ flash khác PLC có thể được sử dụng như một sự thay thế linh hoạt cho các bảng điều khiển rơle cứng có dây Hiện nay, PLC có sẵn với nhiều chức năng mở rộng, dung lượng bộ nhớ lớn hơn và khả năng đầu vào/đầu ra mở rộng.

Trong CPU của PLC, tất cả các quyết định điều khiển máy hoặc quy trình được thực hiện CPU nhận dữ liệu đầu vào, thực hiện các quyết định logic dựa trên chương trình đã được lưu trữ và truyền dữ liệu đầu ra đến các thiết bị điều khiển khác thông qua các giao diện đầu ra.

MCU (Microcontroller Unit) cũng bao gồm các hệ thống con được kết nối với nhau thông qua bus hệ thống để truyền dữ liệu và tín hiệu giữa các thành phần của mạng Các hệ thống con này bao gồm:

1 Bộ nhớ: Dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình điều khiển.

2 Giao diện đầu vào/đầu ra: Cung cấp khả năng kết nối và giao tiếp với các thiết bị đầu vào và đầu ra, như cảm biến và actuator.

3 Điều khiển trục máy và tốc độ trục chính: Đảm bảo điều khiển và điều chỉnh chuyển động của trục máy và tốc độ quay của trục chính.

4 Điều khiển trình tự cho các chức năng công cụ máy khác: Thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau của máy công cụ, bao gồm các chức năng như gia công, di chuyển và định vị.

Cả PLC và MCU đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình công nghiệp và cung cấp khả năng điều khiển và giám sát hiệu quả.

* Bộ nhớ RAM – Bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ

Bộ nhớ của máy CNC bao gồm bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ Bộ nhớ chính gồm ROM (Read-Only Memory) và RAM (Random Access Memory) ROM chứa phần mềm hệ điều hành và các chương trình giao diện máy, thường được cài đặt bởi nhà sản xuất MCU Các chương trình điều khiển số được lưu trữ trong RAM và có thể bị xóa hoặc thay thế bằng các chương trình mới khi công việc thay đổi.

Bộ nhớ phụ thường bao gồm các thiết bị lưu trữ thứ cấp như đĩa cứng và thiết bị di động, thay thế cho các băng giấy đục lỗ truyền thống được sử dụng để lưu trữ chương trình gia công Đĩa cứng là một thiết bị lưu trữ có dung lượng cao được cài đặt vĩnh viễn trong bộ điều khiển máy CNC Bộ nhớ phụ cũng được sử dụng để lưu trữ các chương trình gia công, macro và phần mềm khác.

Tổng quan, bộ nhớ của máy CNC được tổ chức để lưu trữ các chương trình điều khiển, phần mềm và dữ liệu liên quan, giúp máy CNC hoạt động một cách hiệu quả và linh hoạt trong việc thực hiện các quy trình gia công.

* Giao tiếp đầu vào và đầu ra

Giao tiếp I/O trong hệ thống CNC đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thành phần khác nhau của hệ thống, các hệ thống máy tính khác và người vận hành máy Giao diện I/O cho phép truyền và nhận dữ liệu và tín hiệu giữa các thiết bị ngoại vi Bảng điều khiển là giao diện cơ bản mà người vận hành máy sử dụng để tương tác với hệ thống CNC.

Bảng điều khiển cho phép người vận hành nhập các lệnh liên quan đến chỉnh sửa chương trình gia công, chế độ vận hành MCU (như chế độ điều khiển chương trình so với chế độ thủ công), tốc độ và nguồn cấp dữ liệu, hoạt động bật/tắt của bơm làm mát và các chức năng tương tự Bàn phím với các phím chữ và số thường được tích hợp trong bảng điều khiển Giao diện I/O cũng bao gồm một màn hình hiển thị (có thể là màn hình CRT hoặc màn hình LED) để truyền thông dữ liệu và thông tin từ MCU đến người vận hành máy.

Màn hình được sử dụng để hiển thị trạng thái hiện tại của chương trình khi nó đang được thực thi và để cảnh báo về các sự cố xảy ra trong hệ thống CNC Các chương trình cũng có thể được nhập bằng cách nhập tay bởi người vận hành máy hoặc được lưu trữ tại một trang web máy tính trung tâm và truyền qua mạng nội bộ (LAN) đến hệ thống CNC.