mô hình máy khoan mạch in tự động

Họ và tên sinh viên: Hoàn thành báo cáo và mô hình máy khoan mạch in tự động Sinh viên 692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PMdahh gia ket pu

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

- // -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH MÁY KHOAN MẠCH IN TỰ ĐỘNG

GVHD: Th.S LÊ NGỌC TUÂN SVTH: TRẦN VĂN HƯNG MSSV: 14063551

Lớp: DHDI10D Khóa: 2014-2018

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2018

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

dahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu tho

69Thursday, June 13, 20248:45:44 PM8:45:44 PM69Thursday, June 13, 20248:45:44 PM8:45:44 PM69Thursday, June 13, 20248:45:44 PM8:45:44 PM

dahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thodahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu tho

69dahh gia ket pua eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat treh dic bah huyeh lam thco tihh uhu thoThursday, June 13, 2024

Trang 2

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên:

Hoàn thành báo cáo và mô hình máy khoan mạch in tự động

Sinh viên

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1

1.1 Khái niệm về động cơ bước 1

1.1.1 Phân loại động cơ bước 2

1.1.2 Động cơ bước từ trở biến thiên 2

1.1.3 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu 3

1.1.4 Động cơ bước lai 4

1.1.5 Động cơ bước lưỡng cực 5

1.1.6 Động cơ bước đơn cực 6

1.2 Những ưu và nhược điểm của động cơ bước 8

1.4.3 Xác đinh đầu dây ra của động cơ bước 6 dây 14

1.5 Điều khiển động cơ bước 15

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 5

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ PLC MITSUBISHI 18

2.6.3 Theo số lượng đầu vào ra 30

2.7 Tập lệnh plc họ melsec fx series của mitsubishi [7] 31

2.7.1 Các thiết bị của PLC họ FX 31

2.7.2 Tập lệnh cơ bản của PLC series 31

2.7.3 Tập lệnh nâng cao của FX series 37

CHƯƠNG 3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 42

Trang 6

4.1 Giới thiệu mô hình 47

4.2 Mục đích của mô hình 47

4.3 Sơ đồ khối hoạt động của mô hình 48

4.4 Sơ đồ đấu dây 49

Trang 7

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1: Một số mẫu động cơ bước trong thực tế 1

Hình 1 2: các bộ phận cấu thành nên động cơ bước 2

Hình 1 3: Động cơ bước từ trở 3

Hình 1 4: Động cơ bước nam châm vĩnh cửu 4

Hình 1 5 Động cơ bước lai 5

Hình 1 6: Sơ đồ quấn dây lưỡng cực 6

Hình 1 7: Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý 6

Hình 1 8: Sơ đồ quấn dây đơn cực 7

Hình 1 9: Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý 7

Hình 1 10: Ký hiệu động cơ bước đa năng trên sơ đồ nguyên lý 7

Hình 1 11: Một mẫu nhãn của hãng Vexta 12

Hình 1 12: Mô phỏng cách đấu dây bên trong các động cơ bước 13

Hình 1 13: động cơ bước 6 dây 14

Hình 1 14: Xác đinh dây chung 14

Hình 1 15: Trình tự kích thích cho các kiểu lái khác nhau 16

Trang 8

Hình 3 1: Driver step motor TB6560 V2.0 42

Hình 3 2: sơ đồ khối module TB6560 43

Hình 3 3: Sơ đồ ghép nối với module TB6560 44

Hình 3 4: sơ đồ điều khiển module TB6560 45

Hình 4 1: Sơ đồ dấu dây 49

Hình 4 2: Sơ đồ nguyên lý 50

Hình 4 3: Lưu đồ chương trình PLC 51

Hình 4 4: Lệnh PLSY 52

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 9

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1 1: Các góc bước tiêu biểu của các loại động cơ bước 5

Bảng 1 2: So sánh giữa động cơ bước và động cơ Servo 10

Trang 10

Hình 1 1: Một số mẫu động cơ bước trong thực tế

Ứng dụng đầu tiên của động cơ bước là vào năm 1935 Các mô hình động cơ bước trước đây có hiệu suất kém và không hiệu quả lắm Các động cơ bước ngày nay đã được cải tiến rất nhiều và có thể được tìm thấy trong các thiết bị ngoại vi máy tính, các robot, các máy ghi biểu đồ, các máy vẽ x-y, các máy bơm, các đồng hồ, các bàn vẽ, các van, các máy công cụ, các thiết bị y khoa, các thiết bị ôtô, các máy bán hàng nhỏ, và các máy quét, …

Trang 11

1.1.1 Phân loại động cơ bước

Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn dây trên stator

 Dựa theo Cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:

- Động cơ bước từ trở biến thiên - Động cơ bước nam châm vĩnh cửu - Động cơ bước lai

 Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại:

- Động cơ bước đơn cực - Động cơ bước lưỡng cực

Hình 1 2: các bộ phận cấu thành nên động cơ bước

1.1.2 Động cơ bước từ trở biến thiên

Các động cơ bước từ trở biến thiên có rotor bằng thép mềm, rotor quay khi các răng trên rotor bị hút bởi các răng điện từ trên stator Các rotor bằng thép có quán tính nhỏ hơn các loại khác Điều này cho phép nó đáp ứng nhanh hơn Tuy nhiên, vì rotor không có từ tính nên không có lực từ dư khi động cơ không còn được cấp điện và rotor

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 12

có thể quay tự do Thông thường, các góc bước của các động cơ bước từ trở biến thiên là 7,5o hoặc 15o

Hình 1 3: Động cơ bước từ trở

1.1.3 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Các động cơ bước nam châm vĩnh cửu chứa rotor nam châm vĩnh cửu có mô men duy trì khi động cơ không còn được cấp điện Mỗi răng nam châm vĩnh cửu được định hướng theo trục với các cực nam và bắc thay đổi

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 13

Hình 1 4: Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Một số động cơ bước có các nam châm được chèn vào stator để cải thiện trường điện từ và cung cấp mô men cao hơn Các nam châm được làm bằng hợp kim (gồm nhôm, nickel, và cobalt) hoặc các chất thuộc đất hiếm (samarium-cobalt) Các động cơ bước nam châm vĩnh cửu đòi hỏi công suất vận hành nhỏ hơn các loại khác Chúng cũng có đặc tính chống rung đáp ứng tốt hơn Các góc bước có thể được tìm thấy trên toàn phạm vi các góc chuẩn, bao gồm 1,8o; 7,5o, 30o; 45o; và 90o

1.1.4 Động cơ bước lai

Các động cơ bước lai kết hợp các đặc điểm rotor của động cơ bước từ trở biến thiên và động cơ nam châm vĩnh cửu Một nam châm vĩnh cửu nhỏ hơn được bọc xung quanh trục động cơ Nó khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu ở chổ có một đầu rotor là cực bắc còn đầu rotor đối diện là cực nam Răng rotor được cắt thành hai chén lõi thép được gắn chặt trên mỗi đầu Động cơ bước lai chỉ sử dụng phương pháp cấu tạo thứ hai Các động cơ bước lai có nhiều răng hơn và có mô men lớn hơn Các góc bước tiêu biểu là 0,9o và 1,8o

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 14

Ngày nay, các động cơ bước được sử dụng rộng rãi là động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước lai, với góc bước 1,8o Độ chính xác của hầu hết các động cơ bước là 3% góc bước (bất chấp số bước trên vòng); thế thì, độ chính xác được cải thiện nhờ vào các góc bước nhỏ hơn

Loại động cơ bước Góc bước tiêu biểu Từ trở biến thiên 7,5o; 15o

Nam châm vĩnh cửu 1,8o; 7,5o; 15o; 30o; 45o; 90o

Bảng 1 1: Các góc bước tiêu biểu của các loại động cơ bước

1.1.5 Động cơ bước lưỡng cực

Mỗi pha chứa một cuộn dây duy nhất Bằng cách đảo dòng điện trong các cuộn dây, cực tính điện từ cũng bị đảo

Hình 1 5 Động cơ bước lai

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 15

Hình 1 6: Sơ đồ quấn dây lưỡng cực Hình 1 7: Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý

1.1.6 Động cơ bước đơn cực

Một kiểu quấn dây phổ biến khác là quấn dây đơn cực Nó bao gồm hai cuộn dây trên một cực được kết nối sao cho khi một cuộn dây được cấp năng lượng thì cực bắc nam châm được tạo ra, khi cuộn dây còn lại được cấp năng lượng thì cực nam được tạo ra Cách quấn dây kiểu này được gọi là đơn cực bởi vì cực tính điện, tức là dòng điện, từ mạch lái đến các cuộn dây không bao giờ bị đảo chiều Thiết kế này cho phép làm đơn giản mạch điện tử lái Tuy nhiên, mô men sinh ra bị giảm khoảng 30% so với quấn dây kiểu lưỡng cực

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 16

Hình 1 8: Sơ đồ quấn dây đơn cực Hình 1 9: Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý

Một số động cơ bước được quấn hai cuộn dây tách biệt trên một pha, chẳng hạn loại ra 8 dây Người dùng có thể tùy chọn cách nối lưỡng cực hay đơn cực cho động cơ này Chúng được gọi là các động cơ bước đa năng

Hình 1 10: Ký hiệu động cơ bước đa năng trên sơ đồ nguyên lý

Pha động cơ bước liên quan đến số lượng các cuộn dây độc lập trên stator Nói chung, số răng trên stator và rotor được liên hệ bởi

NS = NR P Trong đó:

NS = số răng stator NR = số răng rotor

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 17

P = số răng stator trên pha

Góc bước o tính theo độ trên bước được cho bởi:

3600 

Trong đó N là số bước trên vòng:

Góc quay của động cơ tỉ lệ với xung vào

Động cơ có mô men toàn phần khi dừng lại (nếu các cuộn dây được cấp năng lượng)

Định vị chính xác và có khả năng lặp lại sự chuyển động vì các động cơ bước có độ chính xác 3%-5% bước và sai số này không tích lũy từ bước này sang bước kế tiếp

Đáp ứng khởi động/dừng/đảo chiều tuyệt vời

Rất tin cậy vì không có các chổi than tiếp xúc trong động cơ

Đáp ứng của các động cơ đối với các xung số đưa vào cung cấp sự điều khiển vòng hở, làm đơn giản sự điều khiển và giảm giá thành

Có khả năng đạt được sự quay đồng bộ ở tốc độ thấp với tải được ghép trực tiếp với trục động cơ

Một phạm vi rộng các tốc độ quay có thể được thực hiện khi tốc độ tỉ lệ với tần số của các xung vào

1.2.2 Các nhược điểm

Sự cộng hưởng xảy ra nếu không được điều khiển hợp lí Không dễ dàng hoạt động ở những tốc độ cực cao

So sánh động cơ bước với các loại động cơ khác

1.3 So sánh động cơ bước với các động cơ khác

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 18

1.3.1 So sánh với động cơ DC

Khi so sánh động cơ bước với động cơ DC, có một số ưu điểm và nhược điểm liên quan đến việc sử dụng chúng trong thiết kế:

 Các động cơ bước thuộc loại vòng hở Chúng quay một góc cố định đối với mỗi

xung vào Hầu hết các động cơ DC được điều khiển bằng vòng kín Chúng đòi hỏi các cảm biến góc quay để cảm biến vị trí trục và cảm biến tốc độ để cảm biến vận tốc Điều này làm tăng số lượng thiết bị và giá thành

 Các động cơ bước dễ dàng được điều khiển bởi các bộ vi xử lí Tuy nhiên, logic

điều khiển và mạch lái thì phức tạp hơn

 Các động cơ bước không dùng chổi than Các chổi than gây ra nhiều vấn đề Chúng

bị hao mòn và phải được thay thế Chổi than phát sinh tia lửa có thể gây nguy hiểm cho các môi trường dễ cháy và dễ nổ Các chổi than có thể gây ra các xung điện có thể dẫn đến các gai điện trong các thiết bị điện tử

 Các động cơ DC có độ lệch liên tục và có thể được định vị chính xác Sự chuyển

động của động cơ bước gia tăng không liên tục và độ phân giải của nó bị giới hạn bởi kích cỡ bước

 Các động cơ bước có thể bị trượt bước nếu quá tải và sai số có thể dẫn đến không

phát hiện được Vì lí do này mà một ít động cơ bước sử dụng điều khiển vòng kín

 Điều khiển hồi tiếp dùng các động cơ DC cho thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều

khi được so sánh với các động cơ bước

1.3.2 So sánh với động cơ Servo

Các động cơ bước là các động cơ ‘bước’ một góc mỗi khi mạch điều khiển cấp một xung Chúng không đòi hỏi sự hồi tiếp vị trí nếu chạy bên trong những giới hạn của chúng Khi dừng lại, chúng vẫn giữ nguyên vị trí

Các động cơ servo thuộc loại động cơ DC chuẩn hoặc không chổi than có vòng hồi tiếp sử dụng cảm biến góc (encoder) Mạch điều khiển đọc vị trí của động cơ và điều khiển nguồn cấp cho động cơ

Các động cơ bước cũng có độ chính xác như các động cơ servo và đơn giản hơn, tin cậy hơn và bảo dưỡng thoải mái trong các ứng dụng ở môi trường bụi bặm Các cảm biến góc quay của động cơ servo dễ bị ảnh hưởng do dơ bẩn và sự dao động gây ra nhiều vấn đề rắc rối

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 19

Động cơ servo di chuyển điểm-điểm nhanh hơn và tốt hơn khi gia tốc cho các máy móc nặng tải, nhưng cần được bảo dưỡng nhiều hơn Hệ thống động cơ bước có thể nhanh hoặc nhanh hơn nhiều hệ thống servo nhờ vào thuật toán điều khiển bằng phần mềm

Các đặc tính chuyển động

Mô men cao, tốc độ thấp

Có thể được xem xét nếu giá thành/tính phức tạp không phải là

một vấn đề

Các ứng dụng có chu kỳ công tác liên tục đòi hỏi mô men cao và tốc độ

thấp Mô men cao và

tốc độ cao (> 2000 rpm)

Các ứng dụng có chu kỳ công tác liên tục đòi hỏi mô men cao và tốc độ cao Một động cơ servo DC có thể tạo ra công suất trục liên tục lớn hơn ở các tốc độ cao khi được so sánh với

các động cơ bước

Nếu tốc độ thấp hơn 2000 rpm thì sử dụng động cơ bước có thể kinh tế hơn Các động cơ bước trở nên cồng

kềnh ở tốc độ cao

Di chuyển ngắn, nhanh, có tính lặp

định vị

Servo có thể điều khiển hiệu quả khi tải hầu như có quán tính thay vì ma sát Khả năng kéo quá sức động cơ servo trong chu kỳ công tác không liên tục cho phép một động cơ nhỏ

hơn có thể được sử dụng

Sử dụng động cơ bước nếu mô men thấp hơn 500 oz-in, nhỏ hơn 2000 rpm, tỉ số gia tốc từ thấp đến trung

bình

Các ứng dụng trong các môi trường nguy hiểm

Sử dụng động cơ servo không chổi than

Sử dụng động cơ bước

Tốc độ thấp, độ mịn cao

Sử dụng servo DC Sử dụng vi bước Phương pháp

Trang 20

1.4.1 Thủ tục lựa chọn động cơ bước

1 Xác định thành phần cơ cấu lái Trước hết hãy xác định các đặc điểm thiết kế như cơ cấu, đường kính thô, khoảng cách di

chuyển, và chu kỳ định vị Xác định cơ cấu và các thông số kỹ thuật đòi hỏi

2 Tính toán độ phân giải đòi hỏi Từ độ phân giải đòi hỏi, xác định chỉ động cơ được dùng hay động cơ giảm tốc được

dùng Tìm kiếm độ phân giải góc bước cho động cơ

3 Xác định mẫu vận hành Tìm chu kỳ gia tốc (giảm tốc) và tốc độ xung vận hành để tính

toán mô men gia tốc Xác định mẫu vận hành đáp ứng các thông số kỹ thuật đòi

men đòi hỏi

Xác định động cơ cần được sử dụng từ các đặc tính mô men-tốc độ

6 Kiểm tra động cơ được chọn Kiểm tra tỉ số gia tốc/giảm tốc và hệ số quán tính để xác định khả năng phù hợp với sự lựa

chọn Xác nhận tỉ số gia tốc/giảm tốc và hệ số quán tính

Trang 21

Hình 1 11: Một mẫu nhãn của hãng Vexta

Khi các thông tin này không có sẵn thì vẫn có thể xác định được chúng nhờ vào sự trợ giúp của một VOM và một vài kiểm tra cơ bản

 Xác định loại động cơ bước đơn cực, lưỡng cực hay đa năng

Phần lớn động cơ bước trên thị trường thuộc loại đơn cực, lưỡng cực, và đa năng Dựa trên giả định này, bước thứ nhất là có thể đưa ra được ước đoán đầu tiên về loại động cơ bằng cách đếm các đầu dây ra

2 Động cơ DC chổi than – Không phải động cơ bước

5 Động cơ bước đơn cực – Dây chung điểm giữa

Bảng 1 4: Quan hệ giữa số đầu dây ra và loại động cơ

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 22

Hình 1 12: Mô phỏng cách đấu dây bên trong các động cơ bước

Bước cuối cùng là sử dụng một ohm kế để xác định sự kết nối của mỗi đầu dây ra và kiểm nghiệm ước đoán loại động cơ ban đầu

 Động cơ lưỡng cực là đơn giản nhất, chỉ cần kiểm nghiệm những dây nào nối đến mỗi cuộn

 Đối với loại đơn cực, điện trở đầu V+ đến đầu chung và đầu V- đến đầu chung là

bằng nhau và bằng một nửa điện trở giữa V+ và V-

 Xác định thứ tự các pha

Kết nối các đầu dây của động cơ bước với nguồn áp theo một mẫu trình tự điều khiển nhất định, đồng thời quan sát hướng quay trục của động cơ Nếu hướng trục quay thực hiện liên tục là các pha đã đúng thứ tự

 Xác định loại động cơ bước từ trở biến thiên, nam châm vĩnh cửu, lai

Không cần phải xem nhãn ghi trên động cơ, vẫn có thể nói được động cơ bước đang dùng thuộc loại nào Khi không cấp nguồn, các động cơ nam châm vĩnh cửu và lai có khuynh hướng “vấu lại” khi quay rôto bằng các ngón tay của, trong khi các động cơ từ trở biến thiên hầu như quay tròn một cách tự do (mặc dù chúng có thể vấu lại một chút do từ dư trong rôto)

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 23

Cũng có thể phân biệt hai dạng động cơ này bằng một ohm kế Các động cơ từ trở biến thiên có ba (đôi khi bốn) cuộn dây, với một đầu chung, trong khi các động cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai cuộn độc lập, có hoặc không có các đầu chung Cuộn lấy đầu chung điểm giữa được sử dụng trong các động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực

1.4.3 Xác đinh đầu dây ra của động cơ bước 6 dây

Hình 1 13: động cơ bước 6 dây

 Bước 1: Đo thông mạch để xác định 3 đầu dây trên cùng 1 cuộn dây

Bước này ta xác định được 2 nhóm, mỗi nhóm có 3 dây  Bước 2: xác định các đầu dây chung

Điện trở đo được từ 2 đầu dây sẽ gần gấp đôi điện trở từ dây chung đến mỗi đầu dây

Ví dụ: điện trở từ 2 đầu dây ở đây là 8.3 Điện trở từ dây chung đến mỗi đầu dây ở đây là 4.8

Hình 1 14: Xác đinh dây chung

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 24

 Bước 3: xác định thứ tự các dây

Dùng nguồn điện 1 chiều (pin, adapter sạc điện thoại, …) khoảng 3-5 V-DC, đặt 2 đầu dây nguồn cấp vào là A và B Đầu A nối với hai dây chung, đầu B nối với một trong bốn dây còn lại, ví dụ ta nối với dây đỏ (đánh dấu số 2) Dùng dầu dây số 2 (Đã nối với dây đỏ chạm nhẹ vào 3 dây còn lại, quan sát động cơ bước ta sẽ thấy:

- Có 1 dây khi ta chạm nhé sẽ làm trục quay tới nữa bước (theo chiều kim đồng hồ) thì đánh dấu số 1 (ví dụ là dây màu đen)

- Có 1 dây khi ta chạm nhé sẽ làm trục quay lùi 1 bước (ngược chiều kim đồng hồ) thì đánh dấu số 3 (ví dụ là dây xanh lục)

- Có 1 dây khi chạm thì trục đứng yên, đánh dấu số 4 (ví dụ là dây xanh dương)

Cuối cùng ta xác định được thứ tự dây như sau:

Dây chung (0), dây màu đen (1), dây màu đỏ (2), dây màu xanh lục (3), dây màu xanh dương (4)

1.5 Điều khiển động cơ bước 1.5.1 Nguyên lý điều khiển

Để biết một động cơ bước làm việc như thế nào, ta xem xét một động cơ bước đơn giản gồm có:

Một rotor nam châm vĩnh cửu có một cực Bắc – Nam (N-S) Một stator bốn răng được lái bởi một cặp hai cuộn dây A1-A2 và B1-B2 Khi A1-A2 (và B1-B2) được nối đến điện áp cung cấp DC và mass, một cách tương ứng, răng phía trên đỉnh (và răng phía bên phải) trở thành cực Bắc và răng đối diện trở thành cực Nam Điều này làm đẩy rotor sang vị trí ổn định + 45o, khi đó các cực rotor nằm giữa các cực đối diện của hai cuộn dây Khi cực tính của cuộn A1-A2 bị đảo lại nhờ chuyển mạch điện áp cung cấp và mass, rotor tiến một góc 90o đến vị trí mới ổn định ở -45o Điều này có nghĩa rằng nó có góc bước là 90o Một động cơ bước có thể được điều khiển theo trình tự kiểu đủ bước hoặc nửa bước Với góc bước 90o, một trình tự bốn bước sẽ liên tiếp sẽ làm động cơ quay được một vòng Khi trình tự bước được lặp lại, động cơ sẽ quay tiếp tục Nếu trình tự bước bị đảo ngược, hướng động cơ cũng bị đảo theo Số lượng các bước trình tự và mẫu chuyển mạch sẽ thay đổi theo cấu tạo và nhà sản xuất động cơ

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 25

 Dưới đây là các kiểu lái động cơ bước phổ biến nhất:

- Lái gợn sóng (cấp điện 1 pha) - Lái đủ bước (cấp điện 2 pha)

- Lái nửa bước (cấp điện 1 pha và 2 pha)

- Lái vi bước (liên tục biến đổi dòng điện động cơ)

b Điều khiển đủ bước

Mỗi lần hai pha được cấp năng lượng cùng lúc Stator được cấp năng lượng theo trình tự ABABABAB và rotor bước từ các vị trí 1357 Mô men tạo ra từ động cơ quấn dây đơn cực thấp hơn động cơ lưỡng cực (xét các động cơ có cùng tham số cuộn dây) vì các động cơ đơn cực chỉ sử dụng 50% cuộn dây trong khi động cơ lưỡng cực thì dùng hết

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 26

c Điều khiển nữa bước

Kết hợp hai kiểu lái gợn sóng và đủ bước (cấp điện cho 1 và 2 cuộn) Trình tự cấp năng lượng ABBABAABBABA và rotor bước từ vị trí

1       Điều này tạo ra sự di chuyển góc bằng một nửa so với các kiểu lái 1 pha hoặc 2 pha Kiểu nửa bước có thể làm giảm được hiện tượng cộng hưởng có thể gặp phải ở các kiểu lái 1 hoặc 2 pha

d Điều khiển vi bước

Các dòng điện trong các cuộn dây biến thiên liên tục để có thể ngắt một bước đủ ra thành nhiều bước rời rạc nhỏ hơn

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 27

CHƯƠNG 2

TÌM HIỂU VỀ PLC MITSUBISHI 2.1 Định nghĩa

2.1.1 Định nghĩa

Programmable logic controllers, là một loại máy vi tính sử dụng mạch tích hợp

thay thế cho các thiết bị cơ điện để thực hiện chức năng điều khiển chúng có khả năng thực hiện lệnh tuần tự, định thời, đếm, thực hiện phép tính toán học, xử lý dữ liệu và giao tiếp để điều khiển máy móc công nghiệp và điều khiển quá trình Hình sau minh họa sơ đồ ứng dụng PLC

Hình 2 1: Sơ đồ ứng dụng PLC

2.1.2 Lịch sử phát triển

Năm 1968, General Motors triển khai dự án chế tạo một thiết bị điều khiển có thể lập trình được đầu tiên trên thế giới mục tiêu chính của thiết bị này là khắc phục nhược điểm không linh hoạt của bộ điều khiển thời bấy giờ, bộ điều khiển relay

Thiết bị mới này phải có khả năng:

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 28

+ Dễ lập trình và bảo trì + Có thể tái sử dụng

Đến năm 1969, bộ điều khiển lập trình được đầu tiên trên thế giới đã được chế tạo tại GM Bộ điều khiển ban đầu đáp ứng được các tính năng kỹ thuật mong muốn và mở ra cánh cửa cho sự phát triển của công nghệ điều khiển mới

PLC thời kỳ đầu có chức năng thay thế cho mạch relay Nó đáp ứng được các yêu cầu về tính kết nối từng phần, khả năng mở rộng, khả năng lập trình và dễ sử dụng trong môi trường công nghiệp các bộ điều khiển này dễ lắp đặt, chiếm ít không gian và có thể tái sử dụng

Trong một thời gian ngắn, PLC đã phát triển và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác như thực phẩm, nước giải khát, luyện kim, chế tạo và giấy…

Các PLC đầu tiên chỉ là những thiết bị thay thế cho mạch relay Chức năng chủ yếu của nó là thể hiện hoạt động tuần tự như bộ điều khiển relay Hoạt động này bao gồm điều khiển ON/OFF máy móc và quá trình Tuy nhiên các PLC này đã có những cải tiến vượt bậc so với mạch relay Nó dễ lắp đặt hơn, chiếm ít không gian hơn và tiết kiệm năng lượng hơn, có bộ phận chẩn đoán và trợ giúp sửa chữa và có thể tái sử dụng

Việc nghiên cứu và phát triển PLC vẫn được duy trì cho đến ngày nay PLC ngày nay không chỉ là thiết bị thay thế mạch relay như ban đầu mà nó đã trở nên thông minh hơn và mang nhiều tính năng của một máy tính hơn

Những cải tiến ở phần cứng: + Thời gian quét nhanh hơn

+ Hệ thống I/O mật độ cao giúp tiết kiệm chi phí và không gian + Hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp I/O

+ Phát triển kiểu giao tiếp chuyên biệt, cho phép các thiết bị có thể nối trực tiếp vào bộ điều khiển các kiểu giao tiếp thiết bị bao gồm thermocouple, straingauge, và thiết bị tốc độ cao

Những cải tiến ở phần mềm:

+ Có tích hợp các công cụ lập trình hướng đối tượng và đa ngôn ngữ + PLC ngày càng nhỏ nhưng hỗ trợ nhiều tập lệnh hơn

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 29

+ Các ngôn ngữ cấp cao được bổ sung trong một số module của bộ điều khiển giúp cho việc lập trình trở nên linh hoạt khi giao tiếp với các thiết bị tích hợp khác hoặc khi xử lý dữ liệu

+ Các tập lệnh về khối chức năng nâng cao được bổ sung vào tập lệnh bậc thang giúp nâng cao khả năng lập trình chỉ bằng những lệnh đơn giản

+ Chức năng chẩn đoán và phát hiện lỗi ngày càng hoàn thiện + Có khả năng xử lý toán học những phép toán phức tạp

2.2 Nguyên lý hoạt động

Một PLC bao gồm 2 phần cơ bản: + Khối xử lý trung tâm (CPU) + Hệ thống giao tiếp I/O

Khối xử lý trung tâm thiết lập mọi hoạt động của PLC Khối xử lý trung tâm gồm 3 phần:

+ Bộ xử lý

+ Hệ thống bộ nhớ

+ Nguồn cung cấp hệ thống

Trong suốt quá trình hoạt động, CPU thực hiện 3 công việc:

+ Nó đọc, hoặc chấp nhận dữ liệu đầu vào từ thiết bị bên ngoài thông qua bộ phận giao tiếp đầu vào

+ Nó thực thi chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ hệ thống + Nó ghi, cập nhật lên các thiết bị đầu ra thông qua bộ phận giao tiếp đầu ra Quá trình thực hiện tuần tự từ việc đọc tín hiệu đầu vào, thực thi chương trình trong bộ nhớ đến cập nhật ở đầu ra được gọi là chu kỳ quét Hình sau minh họa một chu kỳ quét

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 30

Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hệ thống I/O tạo thành một hệ giao tiếp mà nhờ đó, bộ điều khiển có thể nối với thiết bị ngoại vi bên ngoài Chức năng chính của bộ giao tiếp là điều chế tín hiệu nhận được từ đầu vào và gửi lệnh ra thiết bị bên ngoài Các tín hiệu đầu vào có thể là từ cảm biến ( ví dụ, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến analog, công tắc chọn, …) được nối vào các chân của hệ thống giao tiếp đầu vào Các thiết bị được điều khiển như động cơ, bộ khởi động, solenoid valve, đèn báo, valve vị trí được nối vào chân nối của hệ thống giao tiếp đầu ra Nguồn hệ thống cung cấp tất cả điện áp cần thiết cho hoạt động của các bộ phận khối CPU

2.3 Plc và các hệ thống điều khiển khác

Trong nhiều nằm, các kỹ sư, các chuyên gia nhà mày luôn đặt ra câu hỏi: “Ta có nên sử dụng bộ điều khiển PLC hay không?” Ở một thời điểm nào đó, phần lớn thỏi gian của người kỹ sư hệ thống được dùng để xác định hiệu quả kinh tế của PLC so với hệ thống điều khiển relay Thậm chí, ngày nay, nhiều nhà thiết kế hệ thống vẫn còn nghĩ rằng họ đang đối mặt với quyết định đó Tuy nhiên, một điều chắc chắn rằng, những yêu cầu về chất lượng và năng suất trong thời đại ngày nay khó có thể thực hiện một cách kinh tế khi mà thiếu sự có mặt của các thiết bị điều khiển điện tử với sự phát triển của công nghệ và sự cạnh tranh gay gắt, chi phí của PLC đã giảm dần đến mức mà việc

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 31

quyết định về chi phí giữa việc sử dụng PLC hay relay không còn là điều đáng quan tâm và cần thiết nữa ngày nay, người ta chỉ đánh giá dựa trên những tính năng nổi bật của nó mà thôi

Khi quyết định sử dụng hệ thống dựa trên PLC hay hệ thống relay, người kỹ sư cần phải trả lời các câu hỏi sau:

+ Hệ thống có đòi hỏi tính linh hoạt trong việc thay đổi logic điều khiển không? + Hệ thống cần có độ tin cậy cao hay không?

+ Yêu cầu về không gian, diện tích có quan trọng không? + Dung lượng và đầu ra có cần tăng thêm hay không? + Có yêu cầu về thu thập dữ liệu hay không?

+ Logic điều khiển có thay đổi thường xuyên hay không? + Có yêu cầu về việc hiệu chỉnh nhanh hay không?

+ Logic điều khiển có cần phải được dùng cho các máy khác hay không? + Có nhu cầu phát triển hệ thống về sau hay không?

+ Chi phí tổng thể là bao nhiêu?

2.4 Plc và điều khiển máy tính

Cấu trục của CPU của bộ PLC về cơ bản cũng tương tự như máy tính Tuy nhiên, có một số đặc tính quan trọng tạo nên sự khác biệt của PLC

Trước tiên, không giống máy tính, PLC được thiết kế chuyên biệt để có thể chịu được trong những điều kiện khó khăn của môi trường công nghiệp một PLC thiết kế tốt có thể chịu được trong vùng có nhiễu điện, từ trường, dao động cơ học và độ ẩm cao

Khác biệt thứ hai của PLC là cấu trúc phần cứng và phần mềm của nó được thiết kế dễ sử dụng hệ thống giao tiếp phần cứng có tác dụng nối các thiết bị ngoại vi thực tế vào PLC Hệ thống giao tiếp này có chức năng chẩn đoán báo lỗi và dễ thay thế nếu hư hỏng ngoài ra, việc lập trình phần mềm sử dụng các ký hiệu và ngôn ngữ bậc thang là dạng quen thuộc đối với kỹ sư hệ thống

Trong khi đó, máy tính là một máy phức tạp có khả năng thực thi nhiều chương trình theo kiểu đồng thời hoặc tuần tự, thì các PLC thực thi một chương trình đơn duy nhất theo tuần tự từ lệnh đầu đến lệnh cuối tuy nhiên, nhớ rằng, các PLC ngày nay được tích hợp nhiều bộ xử lý cũng có khả năng thực hiện đa nhiệm với một CPU có thể điều

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 32

2.5 Plc và máy tính

Máy vi tính và PLC có cấu trúc CPU tương tự nhau; tuy nhiên, nó khác nhau ở cách kết nối với thiết bị ngoại vi Trong khi các máy vi tính công nghiệp có thể chịu được môi trường công nghiệp khắc nghiệt thì việc kết nối của nó với thiết bị ngoại vi vẫn còn khó khăn Các máy vi tính này phải giao tiếp với một thiết bị giao tiếp I/O mà thường không được thiết kế sẵn và ngôn ngữ lập trình không giống với ngôn ngữ lập trình ladder Điều này gây khó khăn cho những kỹ sư hệ thống đã quen với dạng ngôn ngữ ladder trong việc lập trình và sửa chữa lỗi hoặc thay đổi hệ thống

Tuy nhiên, máy vi tính lại được dùng như là một lựa chọn thiết bị lập trình cho PLC, đó là những phần mềm do những nhà sản xuất thứ 3 cung cấp máy vi tính cũng được sử dụng để thu thập dữ liệu quá trình từ PLC và hiển thị thông tin Máy vi tính còn được dùng làm cầu nối thông tin cho hệ thống máy chủ thông qua mạng (hình)

Hiện nay, một số nhà sản xuất phần mềm điều khiển còn dùng máy vi tính như là một CPU Ngôn ngữ sử dụng cũng ở dạng ladder, cũng có các khối chức năng, … các nhà sản xuất này thường không cung cấp bộ giao tiếp I/O phần cứng; mà với việc sử dụng card giao tiếp máy vi tính, hệ thống này có thể giao tiếp với các module phần cứng I/O của các PLC khác

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 33

Hình 2 3: PLC S7 – 200 của hãng Seamens

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM

Trang 34

 PLC Mitsubishi có các dòng: Alpha, FX, FX0N, FX1N, FX2N, FX3U, FX3G, FX3S,…

Ở đây chúng ta tập trung đi sâu vào phân loại PLC FX Mitsubishi

692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM692413068:45:44 PM8:45:44 PM