Thiết kế và Điều khiển robot công nghiệp sử dụng plc

Hiện nay ở nước ta, robot công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp giúp cho việc sản xuất, vận chuyển hàng hoá trở nên nhanh chóng và chính xác hơn. Tuy nhiên, các hệ thống robot bao gồm robot và bộ điều khiển đi kèm đều được phát triển ở nước ngoài và nhập khẩu về nước. Đề tài đưa ra tổng quan, phân tích và lập trình tạo ra bộ điều khiển robot công nghiệp do chính người Việt Nam phát triển. Lấy ý tưởng từ robot AR3 sẵn có, nhóm đã tinh chỉnh các thành phần về cơ khí và điện cho phù hợp với quy mô đồ án. Nội dung đề tài: bộ điều khiển sử dụng PLC và giao diện viết trên C# của Visual Studio (tính toán các thông số động học trong C#).

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Dương Văn Lạc

Giảng viên phản biện: TS Bùi Đình Bá

HÀ NỘI, 03/2023

Chữ ký của GVHD

Chữ ký của GVPB

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ)

1 Thông tin về sinh viên:

Họ và tên SV: Ngô Mạnh Long Lớp: Cơ điện tử 04-K63 ĐT: 0327505354

Họ và tên SV: Trịnh Văn Chiến Lớp: Cơ điện tử 04-K63 ĐT: 0886268790

Họ và tên SV: Trần Huy Dũng Lớp: Cơ điện tử 04-K63 ĐT: 0917652489

Họ và tên SV: Vương Sỹ Phúc Lớp: Cơ điện tử 04-K63 ĐT: 0378711705 Email (đại diện): chien.tv184357@sis.hust.edu.vn

Hệ đào tạo: Chính quy Chuyên ngành: Hệ thống sản xuất tự động Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Lab thầy Lạc, phòng 212 nhà T

Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 10/10/2022 đến 15/03/2023

- Thiết kế hệ thống điều khiển: sơ đồ điều khiển, chọn các thiết bị điều khiển, phần mềm lập trình, truyền thồng giữa các thiết bị

- Lập trình điều khiển: viết giao diện điều khiển bằng ngôn ngữ C#, lập trình PLC, truyền thông giữ máy tính và PLC, điều khiển robot theo bài toán động học thuận, ngược, quy hoạch quỹ đạo robot theo điểm, đường

Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho Giáo viên hướng dẫn)

Tên đề tài: Thiết kế và điều khiển robot công nghiệp sử dụng PLC

Họ và tên SV: Ngô Mạnh Long Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Họ và tên SV: Trịnh Văn Chiến Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Họ và tên SV: Trần Huy Dũng Lớp: Cơ điện tử 04-K63

Họ và tên SV: Vương Sỹ Phúc Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Chuyên ngành: Hệ thống sản xuất tự động

Giáo viên hướng dẫn: TS Dương Văn Lạc

NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN I Tác phong làm việc

Giáo viên hướng dẫn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho Giáo viên phản biện)

Tên đề tài: Thiết kế và điều khiển robot công nghiệp sử dụng PLC

Họ và tên SV: Ngô Mạnh Long Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Họ và tên SV: Trịnh Văn Chiến Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Họ và tên SV: Trần Huy Dũng Lớp: Cơ điện tử 04-K63

Họ và tên SV: Vương Sỹ Phúc Lớp: Cơ điện tử 04-K63 Chuyên ngành: Hệ thống sản xuất tự động

NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN I Những kết quả đạt được

Lời cảm ơn

Trong quá trình học tập và rèn luyện tại Đại học Bách khoa Hà Nội, với sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô đã giúp em tiếp thu được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong học tập và trong cuộc sống Qua đồ án này đã giúp em ôn tập lại những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt trong suốt hơn bốn năm qua và đây cũng là cơ hội để em học hỏi thêm nhiều kiến thức mới, chuẩn bị một hành trang thật vững vàng để bước chân vào ngưỡng cửa mới – Kỹ sư Cơ điện tử

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến thầy TS.Dương Văn Lạc nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Những kiến thức mà thầy truyền đạt sẽ là vốn kiến thức vô cùng quý báu cho em khi ra trường

Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Hiện nay ở nước ta, robot công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp giúp cho việc sản xuất, vận chuyển hàng hoá trở nên nhanh chóng và chính xác hơn Tuy nhiên, các hệ thống robot bao gồm robot và bộ điều khiển đi kèm đều được phát triển ở nước ngoài và nhập khẩu về nước

Đề tài đưa ra tổng quan, phân tích và lập trình tạo ra bộ điều khiển robot công nghiệp do chính người Việt Nam phát triển Lấy ý tưởng từ robot AR3 sẵn có, nhóm đã tinh chỉnh các thành phần về cơ khí và điện cho phù hợp với quy mô đồ án

Nội dung đề tài: bộ điều khiển sử dụng PLC và giao diện viết trên C# của Visual Studio (tính toán các thông số động học trong C#)

Robot thực tế

Giao diện điều khiển

Nhóm sinh viên thực hiện: Trịnh Văn Chiến Trần Huy Dũng Vương Sỹ Phúc

Ngô Mạnh Long

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Ý tưởng thiết kế 1

1.2.1 Giới thiệu về robot và robotic 1

1.2.2 Giới thiệu về robot công nghiệp 2

1.3 Chọn mẫu robot và tính toán động học 4

1.3.1 Giới thiệu Robot AR3 4

1.3.2 Tính toán động học cho robot AR3 4

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ROBOT 17

2.1 Thiết kế 3D của Robot 17

2.2 Các bộ truyền và động cơ 20

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 24

3.1 Ý tưởng thiết kế 24

3.1.1 Bộ điều khiển sử dụng FX3U 24

3.1.2 Driver cho động cơ 26

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 32

4.1 Phương pháp điều khiển 32

4.1.1 Hệ thống điều khiển 32

4.1.2 Điều khiển sử dụng 33

4.2 Ý tưởng đề xuất 33

4.3 Sử dụng MX Component kết nối 34

4.4 Chương trình PLC viết trên GX Works2 38

4.4.1 Giới thiệu về phần mềm GX Works2 38

4.4.2 Tín hiệu điều khiển xung 39

4.4.3 Lệnh phát xung trên PLC Mitsubishi FX3U 40

4.5 Giao diện thiết kế trên C# 42

4.5.1 Phần mềm Visual Studio và C# 42

4.5.2 Giao diện điều khiển robot trên C# 42

4.6 Đấu nối giữa các Driver và động cơ tại các khớp 54

4.7 Tải lên chương trình và chạy thử 54

CHƯƠNG 5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 56

5.1 Kết quả và đánh giá sai số 56

5.2 Hiệu chỉnh 56

5.2.1 Hiệu chỉnh Robot 56

5.2.2 Hiệu chỉnh Bộ điều khiển 56

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

PHỤ LỤC – CHƯƠNG TRÌNH PLC 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Thông số robot AR3 4

Hình 1.2 Không gian làm việc robot 5

Hình 1.3 Hệ trục toạ độ gắn vào các khâu robot 5

Hình 1.4 Biểu đồ góc khớp theo thời gian 8

Hình 1.5 Qũy đạo chuyển động điểm cuối E 8

Hình 3.6 Thiết kế bên ngoài tủ điện 30

Hình 3.7 Thiết kế bên trong tủ điện 30

Hình 3.8 Sơ đồ nối mạch 30

Hình 3.9 Lắp đặt thực tế 31

Hình 3.10 Đi dây các thiết bị trong tủ điện 31

Hình 4.1 Điều khiển hồi tiếp 32

Hình 4.2 Sơ đồ điều khiển trong bài 33

Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển chung 33

Hình 4.4 Biểu tượng của MX Component 34

Hình 4.5 Giao diện sau khi khởi động 34

Hình 4.6 Các cổng kết nối trong List view 35

Hình 4.7 Giao diện kết nối thành công 35

Hình 4.18 Lệnh phát xung tương đối 41

Hình 4.19 Lệnh phát xung tuyệt đối 41

Hình 4.20 Cửa sổ thuộc tính 44

Hình 4.21 Giao diện C# điều khiển robot 45

Hình 4.22 Kết nối C# với PLC bằng MX Component 45

Hình 4.23 Trạng thái kết nối 45

Hình 4.24 Code hiển thị trạng thái kết nối 46

Hình 4.25 Hiển thị thông số góc khâu cuối 47

Hình 4.26 Code hiển thị thông số góc khâu cuối 47

Hình 4.27 Hiển thị, tăng giảm các góc 47

Hình 4.28 Code hiển thị nút tăng góc q1 48

Hình 4.29 Hiển thị, tăng giảm toạ độ khâu cuối 48

Hình 4.30 Code hiển thị toạ độ khâu cuối 48

Hình 4.31 Code giảm toạ độ x khâu cuối 48

Hình 4.32 Tính động học ngược robot và hiển thị các góc 49

Hình 4.33 Code tính toán động học ngược và hiển thị các góc 49

Hình 4.34 Code lưu điểm và hiển thị trên bảng 50

Hình 4.35 Giao diện chạy theo điểm 50

Hình 4.36 Sơ đồ dạy điểm 51

Hình 4.37 Chế độ điều khiển bằng tay 51

Hình 4.38 Code bật tắt chương trình điều khiển bằng tay 51

Hình 4.39 Code bật tắt chương trình con chạy tự động 52

Hình 4.40 Nút dừng khẩn cấp 52

Hình 4.41 Giao diện hiệu chỉnh robot 52

Hình 4.42 Truyền nhận dữ liệu 53

Hình 4.43 Code truyền nhận dữ liệu giữa giao diện và PLC 53

Hình 4.44 Đấu nối giữa Driver và động cơ 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Bảng giới hạn về góc và tốc độ quay 4

Bảng 2 Bảng DH của robot 6

Bảng 3 Momen quán tính các khâu 12

Bảng 4 Khối lượng các khâu 1 14

Bảng 5 Bảng thông số các động cơ 23

Bảng 6 Bảng thông số Driver TB6600 27

Bảng 7 Bảng cài đặt dòng điện trên Driver 27

Bảng 8 Bảng cài đặt số xung/ vòng trên Driver 28

Bảng 9 Các thành phần tủ điện 29

Bảng 10 Ngõ vào PLC 40

Bảng 11 Chức năng các thanh ghi 41

Bảng 12 Bảng kết quả và đánh giá sai số 56

Bảng 13 Bảng I/O PLC 58

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Ở nước ta, việc sử dụng robot công nghiệp trong sản xuất đã bắt đầu nhiều năm từ khi cuộc cách mạng” Hiện đại hóa- Công nghiệp hóa” được phát động Robot được ứng dụng trong nhiều ngành như: hàn, sơn, gia công, …thậm chí trong nhiều trường đại học như Đại Học Bách Khoa Hà Nội robot công nghiệp đã được đưa vào giảng dạy như một môn học bắt buộc của nhiều chuyên ngành

Tuy nhiên, sau nhiều năm đưa vào sử dụng, việc thay thế, sửa chữa còn gặp nhiều bất cập vì robot sản xuất ở nước ngoài, hầu hết phụ tùng, công nghệ đều nhập khẩu từ nước ngoài Kết quả là chi phí bị đội lên quá cao, robot hỏng hóc nặng sẽ bị bỏ đi và mua mới để tiết kiệm chi phí Sau nhiều năm tiếp xúc, kết cấu robot công nghiệp đã được bóc tách, nhiều dự án, bài báo về chế tạo robot công nghiệp từ chính người Việt đã được triển khai Nhưng phần mềm điều khiển cho robot công nghiệp vẫn còn bị bỏ ngỏ, chưa được tối ưu Để góp phần giải quyết vấn đề này, nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế và điều khiển robot công nghiệp sử dụng PLC”

1.2 Ý tưởng thiết kế

1.2.1 Giới thiệu về robot và robotic

Từ thời cổ xưa, con người đã mong muốn tạo ra những vật giống như mình để bắt chúng phục vụ cho bản thân mình Ví dụ, trong kho thần thoại Hy Lạp có chuyện người khổng lồ Promethe đúc ra con người từ đất sét và truyền cho họ sự sống, hoặc chuyện tên nô lệ Talus khổng lồ được làm bằng đồng và được giao nhiệm vụ bảo vệ hoang đảo Crete

Đến năm 1921, từ "Robot" xuất hiện lần đầu trong vở kịch "Rossum's Universal Robots" của nhà viết kịch viễn tưởng người Sec, Karel Capek Trong vở kịch này, ông dùng từ "Robot", biến thể của từ gốc Slavơ "Rabota", để gọi một thiết bị - lao công do con người (nhân vật Rossum) tạo ra

Vào những năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot là một chiếc máy tự động, mang diện mạo của con người, được điều khiển bằng một hệ thần kinh khả trình Positron, do chính con người lập trình Asimov cũng đặt tên cho ngành khoa học nghiên cứu về robot là Robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản: robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người, hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra Các quy tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng không được vi phạm hai nguyên tắc trước Các nguyên tắc trên sau này trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot

Từ sự hư cấu của khoa học viễn tưởng, robot dần dần được giới kỹ thuật hình dung như những chiếc máy đặc biệt, được con người phỏng tác theo cấu tạo và hoạt động của chính mình, dùng để thay thế mình trong một số công việc xác định Để hoàn thành nhiệm vụ đó, robot cần có khả năng cảm nhận các thông số trạng thái của môi trường và tiến hành các hoạt động tương tự con người

Khả năng hoạt động của robot được đảm bảo bởi hệ thống cơ khí, gồm cơ cấu vận động để đi lại và cơ cấu hành động để có thể làm việc Việc thiết kế và chế tạo hệ thống này thuộc lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành và vật liệu cơ khí Chức năng cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu về trạng thái môi trường và trạng thái của bản thân hệ thống, do các cảm biến (sensor) và các thiết bị liên quan thực hiện Hệ thống này được gọi là hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu, hay đơn giản là hệ thống cảm biến

Muốn phối hợp hoạt động của hai hệ thống trên, đảm bảo cho robot có thể tự điều chỉnh "Hành vi" của mình và hoạt động theo đúng chức năng quy định trong điều kiện môi trường thay đổi, trong robot phải có hệ thống điều khiển Xây dựng các hệ thống điều khiển thuộc phạm vi điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin

Robotics được hiểu là một ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài người, như nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh Từ hiểu biết sơ bộ về chức năng và kết cấu của robot, chúng ta hiểu robotics là một khoa học liên ngành, gồm cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin Theo thuật ngữ hiện nay, robot là sản phẩm của ngành cơ - điện tử (Mechatronics)

Khía cạnh nhân văn và khía cạnh khoa học - kỹ thuật của việc sản sinh ra robot thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bão của con người, là tạo ra thiết bị thay thế mình trong những hoạt động không thích hợp với mình như các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà, hay trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm: như ngoài khoảng không vũ trụ, trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao, hay những việc đòi hỏi độ chính xác cao, như thông tắc mạch máu hoặc các ống dẫn trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch,

Lĩnh vực ứng dựng của robot rất rộng và ngày càng được mở rộng thêm Ngày nay, khái niệm về robot đã mở rộng hơn khái niệm nguyên thuỷ rất nhiều Sự phỏng tác về kết cấu, chức năng, dáng vẻ của con người là cần thiết nhưng không còn ngự trị trong kỹ thuật robot nữa Kết cấu của nhiều "con" robot khác xa với kết cấu các bộ phận của cơ thể người và chúng cũng có thể thực hiện được những việc vượt xa khả năng của con người

1.2.2 Giới thiệu về robot công nghiệp

Mặc dù, như định nghĩa chung về robot đã nêu, không có gì giới hạn phạm vi ứng dụng của robot, nhưng có một thực tế là hầu hết robot hiện đang có đều được dùng trong công nghiệp Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năng, đã được thống nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi Lớp robot này được gọi là Robot công nghiệp (Industrial Robot - IR)

Kỹ thuật tự động hoá (TĐH) trong công nghiệp đã đạt tới trình độ rất cao: không chỉ TĐH các quá trình vật lý mà cả các quá trình xử lý thông tin Vì vậy,

TĐH trong công nghiệp tích hợp công nghệ sản xuất, kỹ thuật điện, điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có TĐH nhờ máy tính

Hiện nay, trong công nghiệp tồn tại 3 dạng TĐH:

- TĐH cứng (Fixed Automation) được hình thành dưới dạng các thiết bị hoặc dây chuyền chuyên môn hoá theo đối tượng (sản phẩm) Nó được ứng dụng có hiệu quả trong điều kiện sản xuất hàng khối với sản lượng rất lớn các sản phẩm cùng loại

- TĐH khả trình (Programmable Automation) được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, đáp ứng phần lớn nhu cầu sản phẩm công nghiệp Hệ thống thiết bị dạng này là các thiết bị vạn năng điều khiển số, cho phép dễ dàng lập trình lại để có thể thay đổi chủng loại (tức là thay đổi quy trình công nghệ sản xuất) sản phẩm

- TĐH linh hoạt (Flexible Automation) là dạng phát triển của TĐH khả trình Nó tích hợp công nghệ sản xuất với kỹ thuật điều khiển bằng máy tính, cho phép thay đổi đối tượng sản xuất mà không cần (hoặc hạn chế) sự can thiệp của con người TĐH linh hoạt được biểu hiện dưới 2 dạng: tế bào sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing Cell - FMC) và hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS)

Ngoài các ý trên, định nghĩa trong ”Tiêu chuẩn nhà nước của Liên Minh SSR” còn bổ sung cho RBCN chức năng điều khiển trong quá trình sản xuất RBCN là máy tự động được đặt cố định hay di động, bao gồm thiết bị thực hành dạng tay máy có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất Chức năng vận động bao gồm các hoạt động "cơ bắp" như vận chuyển, định hướng, xếp đặt, gá kẹp, lắp ráp, đối tượng Chức năng điều khiển ám chỉ vai trò của robot như một phương tiện điều hành sản xuất, như cung cấp dụng cụ và vật liệu, phân loại và phân phối sản phẩm, duy trì nhịp sản xuất và thậm chí cả điều khiển các thiết bị liên quan

Với đặc điểm có thể lập trình lại, RBCN là thiết bị TĐH khả trình và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các tế bào hoặc hệ thống sản xuất linh hoạt

1.3 Chọn mẫu robot và tính toán động học 1.3.1 Giới thiệu Robot AR3

Với kết cấu chung của robot công nghiệp thường được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp, hầu hết chúng đều có kích thước lớn, kết cấu phức tạp nên mục đích là tìm ra robot công nghiệp có đầy đủ 6 bậc tự do nhưng kích thước nhỏ hơn, kết cấu đơn giản hơn

Qua tìm hiểu về các dự án trên Internet chủ yếu là qua Youtube, nhóm đã xác định mẫu robot là AR3, thế hệ thứ 2 của mẫu robot AR (Annin Robotics) dùng chủ yếu trong việc học tập, nghiên cứu với nhiều tài liệu có thể tìm thấy dễ dàng trên trang web của nhà phát triển

Hình 1.1 Thông số robot AR3

Robot AR3 được nghiên cứu và phát triển bởi Annin Robotics – một phòng nghiên cứu với mục đích tạo ra sản phẩm là các robot công nghiệp có kích thước để bàn Mục tiêu của loạt robot AR là tạo ra tùy chọn chi phí thấp nhất để bất kỳ ai cũng có thể chế tạo robot 6 trục cho mục đích giải trí, giáo dục hoặc hoạt động sản xuất nhỏ

Robot AR3 là cánh tay robot 6 trục với tải trọng mang tối đa là 1Kg, tầm với 600 mm, độ chính xác lặp 0,2 mm và có khối lượng 10Kg Do một số thay đổi trong việc chọn vật liệu, động cơ nên những thông số trên sẽ có sự thay đổi nhất định ở sản phẩm hoàn thiện

1.3.2 Tính toán động học cho robot AR3

A Tính toán động học thuận, động học ngược

Giới hạn về góc và tốc độ quay của các khớp được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 1 Bảng giới hạn về góc

Trục Giới hạn chuyển động

2 +1320 tới 00

Hình 1.2 Không gian làm việc robot

Ta có các trục tọa độ gắn vào các gốc của robot như sau:

Bộ thông số DH:

Ta xây dựng mối quan hệ động học thông qua bộ thông số DH

Theo Denavit & Hartenberg, hai ông đã đề xuất dùng ma trận thuần nhất 4x4 để mô tả quan hệ giữa 2 khâu liên tiếp trong cơ cấu không gian

Trước hết xác định bộ thông số cơ bản giữa 2 trục quay của 2 khớp động i+1 và i: - ai là độ dài đường vuông góc chung giữa 2 trục khớp động i+1 và i

- i là góc chéo giữa 2 trục khớp động i+1 và i

- di là khoảng cách đo dọc trục khớp động i kể từ đường vuông góc chung giữa trục khớp động i+1 và trục khớp động i tới đường vuông góc chung giữa trục khớp động i và trục khớp động i-1

- θi là góc giữa 2 đường vuông góc nói trên Bảng DH của robot:

Từ công thức tổng quát Ma trận Jacobi:

𝑇𝑖−1𝑖 =[

cos(𝜃𝑖) −sin⁡(𝜃𝑖)cos⁡(𝛼𝑖) sin(𝜃𝑖) 𝑠𝑖 𝑛(𝛼𝑖)⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑎𝑖𝑐𝑜s⁡(𝜃𝑖)sin⁡(𝜃𝑖) 𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃𝑖)𝑐𝑜s⁡(𝛼𝑖) −𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃𝑖)𝑠𝑖 𝑛(𝛼𝑖)⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑎𝑖𝑐𝑜s⁡(𝜃𝑖)⁡⁡⁡⁡⁡

0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑑𝑖

]

𝑇12⁡= [

cos(𝜃2) −sin⁡(𝜃2) 0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑎2𝑐𝑜s⁡(𝜃2)sin⁡(𝜃2) 𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃2) ⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑎2𝑠𝑖𝑛⁡(𝜃2)⁡⁡⁡⁡⁡

1]

𝑇23⁡= [

cos(𝜃3) 0 sin(𝜃3) ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0sin⁡(𝜃3) 0 ⁡⁡⁡⁡−𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃3)⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡

]

𝑇34⁡= [

cos(𝜃4) 0 − sin(𝜃4) ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0sin⁡(𝜃4) 0 ⁡⁡⁡⁡⁡𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃4)⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡

1]

𝑇45⁡= [

cos(𝜃5) 0 sin(𝜃5) ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0sin⁡(𝜃5) 0 ⁡⁡⁡−⁡𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃5)⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡

]

𝑇56⁡= [

cos(𝜃6) −sin⁡(𝜃6) 0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0sin⁡(𝜃6) 𝑐𝑜𝑠⁡(𝜃6) ⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0⁡⁡⁡⁡⁡

1]

Ma trận 𝑇06 của robot:

𝑇06 = 𝑇01 𝑇12 𝑇23 𝑇34 𝑇45 𝑇56 = [

𝑝𝑥 𝑛𝑥 𝑡𝑥⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑥𝐸𝑝𝑦 𝑛𝑦 ⁡⁡⁡𝑡𝑦⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑦𝐸⁡⁡⁡𝑝𝑧

]

Với giá trị tọa độ cần tìm của điểm tác động cuối robot:

𝑥𝐸 = 𝑑4 (𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3+ 𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞2) + 𝑎1 𝑐𝑜𝑠𝑞1−𝑑6 {𝑠𝑖𝑛𝑞5 [𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞4+ 𝑐𝑜𝑠𝑞4 (𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3−

𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑐𝑜𝑠𝑞3)] − 𝑐𝑜𝑠𝑞5 (𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑐𝑜𝑠𝑞3+ 𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞2)} +𝑎2 𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞2

𝑦𝐸 = 𝑑6 {𝑠𝑖𝑛𝑞5 [𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞4− 𝑐𝑜𝑠𝑞4 (𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3−

𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞1)] + 𝑐𝑜𝑠𝑞5 (𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞3+ 𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞2)} +𝑑4 (𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞3+ 𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞2)+𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝑞1+ 𝑎2 𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑧𝐸 = 𝑑1+ 𝑑4 (𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑐𝑜𝑠𝑞3− 𝑠𝑖𝑛𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3) − 𝑎2 𝑠𝑖𝑛𝑞2+

𝑑6 [𝑐𝑜𝑠𝑞5 (𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑐𝑜𝑠𝑞3− 𝑠𝑖𝑛𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3) − 𝑐𝑜𝑠𝑞4 𝑠𝑖𝑛𝑞5 (𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞3+𝑐𝑜𝑠𝑞3 𝑠𝑖𝑛𝑞2)]

Cho bộ giá trị biến khớp thay đổi như dưới đây:

Hình 1.4 Biểu đồ góc khớp theo thời gian

Ta thu được quỹ đạo chuyển động của điểm tác động cuối E

Hình 1.5 Qũy đạo chuyển động điểm cuối E

+ 3 giá trị khớp đầu 𝑞1, 𝑞2, 𝑞3, dùng phương pháp hình học

Với khớp đầu 𝑞1, khi cánh tay robot tiến lên hoặc lùi lại, đều sẽ thuộc một trong hai trường hợp sau:

𝑃𝑥−𝑎1Với 𝜃𝐵, xét hình dưới đây:

Trong lượng giác, định lý cos (hay công thức cosine, luật cosine) biểu diễn sự liên quan giữa chiều dài của các cạnh của một tam giác với cosin của góc tương ứng

Sử dụng các kí hiệu trong hình trên, ta có thể phát biểu định lý cos dưới dạng công thức như sau:

+ 3 giá trị khớp sau 𝑞4, 𝑞5, 𝑞6, dùng phương pháp giải tích (nhân ma trận)

Hướng của khâu chấp hành cuối (gắn dụng cụ) được giải sau khi đã biết được các góc vị trí (θ1, θ2, θ3)

- Nhân 3 ma trận: T36 =T T T34 45 56 =

456466445645645465644654645645

Nếu chỉ xét đến thành phần định hướng (ma trận R3x3), ta có:

√1−𝑏332𝑏33 ; θ6 = atan𝑏32

−𝑏31;

B Tính toán động lực học, tĩnh học robot ❖ Tính động lực học:

Các tham số động lực sau xét trên hệ trục gắn với khâu (coi các khâu là thanh mảnh đồng chất) các biểu thức I đối với khối tâm 𝑐𝑖 trong hệ 𝑥𝑐𝑦𝑐𝑧𝑐𝑐𝑖 song song với hệ tọa độ khâu

Hình 1.8 Mô hình robot Bảng 3 Momen quán tính các khâu

Khâu Vị trí trọng tâm Khối lượng

Ma trận momen quán tính 𝑥𝑐𝑖 𝑦𝑐𝑖 𝑧𝑐𝑖 𝐼𝑥𝑥 𝐼𝑦𝑦 𝐼𝑧𝑧 𝐼𝑥𝑦 𝐼𝑦𝑧 𝐼𝑧𝑥

𝜕𝑞̇) − (𝜕𝑇

𝜕𝑞)⁡+ 𝜕∏

𝜕𝑞 =𝑄𝑞∗Dạng ma trận: 𝑑

𝜕𝑞̇) − (𝜕𝑇

𝜕𝑞)⁡+ 𝜕∏

𝜕𝑞 =𝑄𝑞∗ Với T= 1

2𝑞̇𝑇M(𝑞)𝑞̇; M(𝑞) = ∑𝑛𝑖=0(𝑚𝑖𝐽𝑇𝑖𝑇𝐽𝑇𝑖+ 𝐽𝑅𝑖𝑇 𝑅𝑖𝐼𝛩𝑖𝑅𝑖𝑇𝐽𝑅𝑖) M(𝑞) : Ma trận khối lượng

𝑅𝑖: Ma trận Cosin chỉ hướng của khâu i so với hệ cơ sở

𝐽𝑇𝑖,𝐽𝑅𝑖⁡: Lần lượt là các ma trận Jacobi tịnh tiến và Jacobi quay được tính bằng công thức:

𝐽𝑇= 𝜕𝑟𝐶(0)

𝜕𝑞 ; 𝐽𝑅= 𝜕𝑤(0)

Phương trình Lagrange được đưa về dạng:

M(𝑞)𝑞̈ + C(𝑞,𝑞̇)𝑞̇ + G(𝑞) = 𝜏 • Ma trận khối lượng M(q)

Với Robot 6 bậc :

M(q) = [∑6𝑖=1(𝐽𝑇𝑖𝑇 𝑚𝑖𝐽𝑇𝑖 + 𝐽𝑅𝑖𝑇 𝛩𝑐𝑖𝑟𝐽𝑅𝑖)]6𝑥6Xét khâu 1:

𝐴10= [

𝑐𝑜𝑠𝜃1 0𝑠𝑖𝑛𝜃1 0

𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝑎1 𝑐𝑜𝑠𝜃1−𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝜃10 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡−1

0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0

⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑑1⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡1

] 𝐴1𝑐1= [

0 − 𝑎1⁄20 − 𝑑1⁄2

1 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡00 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡1

]

Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của khối tâm khâu 1 sớ với hệ tọa độ Oxyz 𝐴𝑐10 =𝐴10 𝐴1𝑐1= [

𝑐𝑜𝑠𝜃1 0𝑠𝑖𝑛𝜃1 0

𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝑎1 𝑐𝑜𝑠𝜃1⁄2−𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝜃1⁄20 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡−1

0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0

⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑑1/2⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡1

𝑎1 𝑐𝑜𝑠𝜃1⁄2𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝜃1⁄2

⁡𝑑1/2)

Đạo hàm riêng lần lượt cho 𝜃1, 𝜃2, 𝜃3, 𝜃4, 𝜃5, 𝜃6𝐽𝑇10 = [

⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡−𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝜃1⁄2 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡0 ⁡⁡0 ⁡0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑎1 𝑐𝑜𝑠𝜃1⁄2 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡0

⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡0 ⁡⁡⁡0 ⁡⁡0 ⁡00 ⁡0

𝐽𝑇10 𝑇=[

⁡−𝑎1 𝑠𝑖𝑛𝜃1⁄ ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡ 𝑎2 1 𝑐𝑜𝑠𝜃1⁄20⁡⁡⁡ 0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡

0000]𝑅𝑐10 =[

𝑐𝑜𝑠𝜃1 0 𝑠𝑖𝑛𝜃1𝑠𝑖𝑛𝜃1 0 −𝑐𝑜𝑠𝜃1

𝑅̇𝑐10 =[

−𝑠𝑖𝑛𝜃1 0 𝑐𝑜𝑠𝜃1𝑐𝑜𝑠𝜃1 0 𝑠𝑖𝑛𝜃1

] 𝜃1Ma trận sóng:

0] Đạo hàm riêng lần lượt cho 𝜃1, 𝜃2, 𝜃3, 𝜃4, 𝜃5, 𝜃6

0 𝑚1𝑎1

0 0 𝑚1𝑎112 ]Ma trận khối⁡lượng M(q) =𝐽𝑇1𝑇 𝑚1𝐽𝑇1+ 𝐽𝑅1𝑇 𝛩𝑐1𝑟 𝐽𝑅1

M(q) = [

𝑚1𝑎112 0

∏=∏1+∏2+∏3+∏4+∏5+∏6

Ma trận gia tốc trọng trường g = [0 −𝑔 0] Với ∏𝑖 = 𝑚𝑖 𝑔 ℎ𝑐𝑖

• Lực suy rộng của các lực không thế

𝑄𝑗 = ∑𝑛=6𝑖=1(𝐽𝑇𝑖𝑇𝑗𝐹𝑖 + 𝐽𝑇𝑖𝑇𝑗𝑀𝑖)⁡ (j=i+1)

❖ Tính tĩnh học:

Phân tích lực tĩnh học robot là vấn đề quan trọng trong việc xác định giá trị của lực truyền qua các khớp của cơ cấu Kết quả này sẽ là cơ sở cho việc thiết kế lựa chọn kích cỡ các khâu và các động cơ dẫn thích hợp

Dựa vào mô hình thiết kế trên solidwork, vật liệu được chọn trong thiết kế là

Nhôm (6061 Alloy) ta có được khối lượng của các khâu như dưới đây:

Bảng 4 Khối lượng các khâu 1

Dựa vào phương pháp cân bằng khâu:

• Tách cấu trúc và xét cân bằng từ khâu cuối (n) đến khâu (0) • Tiên đề: tác dụng bằng phản lực tác dụng

Tính lực (mô-men) dẫn động tại các khớp đảm bảo robot cân bằng tĩnh Hệ phương trình cân bằng trong hệ tọa độ cơ sở:

{ 𝐹⃗𝑖,𝑖−1 =

0 𝐹⃗𝑖+1,𝑖−0𝑃⃗⃗𝑖

𝑀⃗⃗⃗𝑖,𝑖−1 =0 𝑀⃗⃗⃗𝑖+1,𝑖−0𝑟̃𝑖×0𝐹⃗𝑖,𝑖−1−0𝑟̃𝐶𝑖 ×0𝑃⃗⃗𝑖Trong đó:

𝐹⃗𝑖,𝑖−1 là lực do khâu i-1 tác dụng lên khâu i ở khớp thứ i trong hệ tọa độ cơ bản 𝑀⃗⃗⃗𝑖,𝑖−1 là mô-men do khâu i-1 tác dụng lên khâu i ở khớp thứ i trong hệ tọa độ cơ bản

0 là trọng lực của khâu i trong hệ tọa độ cơ bản, 𝑟𝑖

], 𝑀𝐸,6 = [000

]

Thay vào 2 phương trình trên ta thu được:𝐹6,5 = [0049

],𝑀𝑑𝑐6 = 0.38 (N.m) Tương tự tính cho các khớp còn lại ta thu được kết quả dưới đây:

Lực tĩnh của từng khâu 𝐹6,5 = [

], 𝐹5,4 = [00117

],𝐹4,3 = [00190

],𝐹3,2 = [00289

],𝐹2,1 = [00480

],

𝐹1,0 = [00779

]

Momen tĩnh động cơ cần để robot cân bằng: Với các số liệu:

𝑑1 = 170𝑚𝑚, 𝑎1 = 70𝑚𝑚, 𝑎2 = 305𝑚𝑚, 𝑑4 = ⁡263𝑚𝑚, 𝑑6 = 60𝑚𝑚 Ta thu được các kết quả:

𝑀𝑑𝑐1 = 0 (N.m) 𝑀𝑑𝑐4 = 1.2 (N.m) 𝑀𝑑𝑐2 = 50 (N.m) 𝑀𝑑𝑐5 = 0.4 (N.m) 𝑀𝑑𝑐3 = 2.84 (N.m) 𝑀𝑑𝑐6 = 0.38 (N.m)

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ROBOT 2.1 Thiết kế 3D của Robot

Dưới đây là hình ảnh các khâu của Robot đượcc thiết kế trên phần mềm Solidworks:

Hình 2.1 Khâu đế Robot

Hình 2.2 Khâu 1

Hình 2.3 Khâu 2

Hình 2.4 Khâu 3

Hình 2.5 Khâu 4,5

Hình ảnh tổng thể của Robot sau khi chỉnh sửa trên Solidworks:

Hình 2.6 3D Robot trên Solidworks

Hình 2.7 Một số kích thước chính Robot

Hình 2.8 Chiều quay các khớp Robot

- Khả năng chịu tải kém hơn so với các bộ truyền vít me khác

Hình 2.10 Bộ truyền vít me- đai ốc bi

• Bộ truyền đai răng cho khớp 1,3,4 và 5 ➢ Ưu điểm:

- Có khả năng truyền chuyển động giữa các trục xa nhau - Làm việc êm và không ồn

- Giữ an toàn cho các chi tiết và động cơ khi bị quá tải nhờ hiện tượng trượt đai

- Kết cấu đơn giản, dề dàng lắp ráp và thay thế, không yêu cầu bôi trơn định kỳ

➢ Nhược điểm :

- Kích thước đai và pulley lớn - Hiệu suất thấp do trượt đàn hồi - Tuổi thọ của dây đai thấp

- Lực tác dụng lên trục và ổ bi lớn do phải căng đai

+ Động cơ khớp 5:

Hình 2.16 Động cơ khớp 5: 17LS19-1684E-200G

+ Động cơ khớp 6:

Hình 2.17 Động cơ khớp 6: 14HS11-1004DPG19 Bảng 5 Bảng thông số các động cơ

Khớp Thông số

Đường kính trục (mm)

Ø8h7 Ø14h7 Ø8h7 Ø6−0.030 Ø8 Ø6−0.25+0.25Kích thước

(DxRxC)

42.3x42.3x62.5

57x57x160.15

42x42x62.5

28x28x118

42.3x42.3x48

35.2x35.2x91.3 Tỉ số truyền

Tuổi thọ(h) 20000 6000 20000 6000

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 3.1 Ý tưởng thiết kế

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình

được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo

Bộ điều khiển robot công nghiệp bằng PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ thống điện tử được sử dụng để kiểm soát các tác vụ tự động trong quá trình sản xuất công nghiệp Nó là một giải pháp hiệu quả và linh hoạt để kiểm soát các robot công nghiệp trong môi trường sản xuất

3.1.1 Bộ điều khiển sử dụng FX3U

Sử dụng PLC của Mitsubishi dòng FX-3U: - Ưu điểm của PLC Mitsubishi:

PLC Mitsubishi là một trong các dòng PLC đang được dùng phổ biến nhất trên thế giới và Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi Electric (Nhật Bản) Mitsubishi Electric là một nhà sản xuất tự động hóa công nghiệp (FA) toàn diện trên tất cả lĩnh vực sản xuất từ bộ điều khiển đến thiết bị điều khiển truyền động, thiết bị điều khiển phân phối điện và cơ điện tử công nghiệp Cùng với việc phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng, Mitsubishi Electric sử dụng kỹ thuật tiên tiến để cung cấp các giải pháp FA đáng tin cậy với một tầm nhìn hướng đến những thế hệ mới trong sản xuất

PLC Mitsubishi có ưu điểm lớn về giá thành, chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng đa dạng các cấu hình yêu cầu các tính năng như: Giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, các module đọc nhiệt độ, loadcell …vv

Ở Việt Nam, PLC Mitsubishi được dùng nhiều trong ngành Dệt sợi, Bao bì giấy, Carton, Nilon, Nhựa, Thực phẩm, Cơ khí chính xác, Chế tạo máy …vv - Một số dòng PLC của Mitsubishi:

• PLC Mitsubishi iQ-R Series • PLC Mitsubishi iQ-F Series • PLC Mitsubishi Q Series • PLC Mitsubishi L Series • PLC Mitsubishi F/FX Series • PLC Mitsubishi QS/WS Series • PLC Mitsubishi A Series • PLC Mitsubishi Alpha Series - Lựa chọn PLC dòng FX-3U

PLC Mitsubishi dòng F/FX được ra đời từ năm 1981, là một loại PLC micro của hãng Mitsubishi nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ Loại PLC này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU Tùy theo model mà các loại này có dung lượng và bộ nhớ khác nhau Dung lượng bộ nhớ có thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep nếu gắn thêm bộ nhớ ngoài) Tổng số I/O có thể lên đến 256 I/O Riêng với FX3U có thể lên đến 384 I/O Số module mở rộng có thể lên đến 8 module

• Các CPU PLC Mitsubishi dòng FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xung hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực…

• Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, nhiệt độ, điều khiển vị trí, các module mạng như Cclink, Profibus…

• Có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board dùng cho truyền thông chuẩn RS232, RS422, RS485, và USB

• Phần mềm lập trình PLC FX series : FXGP_WIN_E, GX_Developer • Ngôn ngữ lập trình: Ladder, Instruction, SFC

Các dòng PLC Mitsubishi F/FX Series (MELSEC-F Series) được biết đến như: FX0N, FX0S, FX1N, FX1S, FX2N, FX3U‚ FX3UC‚ FX3GE‚ FX3G‚ FX3GC‚ FX3S, FX3SA, FX3GA

Dòng sản phẩm mới PLC FX3U là thế hệ thứ ba trong gia đình họ FX-PLC, là một PLC dạng nhỏ gọn và thành công của hãng Mitsubishi Electric

Hình 3.1 PLC FX- 3U 64MT

• Sản phẩm được thiết kế đáp ứng cho thị trường quốc tế, tính năng mới đặc biệt là hệ thống “adapter bus” được bổ hữu ích cho việc mở rộng thêm những tính năng đặc biệt và khối truyền thông mạng Khả năng mở rộng tối đa có thể lên đến 10 khối trên hệ thống mới này

• Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic, cùng với 209 tập lệnh được tích hợp sẵn và cải tiến liên tục đặc biệt cho việc điều khiển vị trí Dòng PLC mới này còn cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB, hỗ trợ cổng Ethernet và cổng lập trình RS-422 mini

DIN Với tính năng mạng mở rộng làm cho PLC này nâng cao được khả năng kết nối tối đa lên đến 384 I/O, bao gồm cả các khối I/O qua mạng • Thông số kỹ thuật:

▪ Điện áp nguồn cung cấp: 24VDC hoặc 100/240VAC ▪ Bộ nhớ chương trình: 64000 bước

▪ Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, profibus, CAN, CC-Link

▪ Bộ đếm tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz với module chức năng ▪ Loại ngõ ra: relay, transistor

▪ Phát xung tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz hoặc 1Mhz với module chức năng

+ Dùng 2 PLC kết nối thông qua module truyền thông

(Phương án sử dụng: 1 PLC FX-3U 32MT và 1 PLC FX-3U 64MT Module truyền thông 485 dùng kết nối 2 PLC

Hình 3.2 Module truyền thông 485

Chương trình truyền thông 2 PLC trên GX Works 2)

- Ngoài ra, bộ điều khiển còn bao gồm: laptop (hiển thị giao diện điều khiển), các bộ nguồn cho PLC , Driver, động cơ,…

3.1.2 Driver cho động cơ

- Driver cho mỗi động cơ dùng loại của MicroStepdriver

Driver hay mạch điều khiển động cơ là mạch hỗ trợ lập trình điều khiển để thay đổi thông số động cơ (bước- step hoặc servo) cụ thể là thay đổi điện áp/ dòng điện vào các cổng, từ đó thay đổi số xung- góc quay nhỏ nhất làm việc của động cơ Trong bài này, nhóm sử dụng mạch điều khiển động cơ bước TB6600 4.0A 9~42VDC

Hình 3.3 Driver TB6600

Bảng thông số của Driver:

Bảng 6 Bảng thông số Driver TB6600

Bảng 7 Bảng cài đặt dòng điện trên Driver

Bảng 8 Bảng cài đặt số xung/ vòng trên Driver

Nguồn cấp điện cho Driver:

Driver có điện áp đầu vào là 9~42V nên nhóm đã chọn nguồn tổ ong có ngõ ra là 24V

• Giá thành rẻ, gọn, nhẹ, dễ tích hợp cho thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao Nhược điểm:

• Tuổi thọ thường không cao, khó sửa chữa khi xảy ra sự cố