Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ảo hóa dây chuyền sản xuất và lập trình điều khiển

-

NGUYỄN VĂN THƠM

ẢO HÓA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

(Virtualization Of Production Lines And Programming Control)

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60 52 02 16

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ ) 1 TS NGUYỄN VĨNH HẢO

2 TS NGUYỄN TRỌNG TÀI

3 PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN 4 PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG 5 TS TRẦN NGỌC HUY

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN VĂN THƠM MSHV: 11834053

Ngày, tháng, năm sinh: 1976 Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60 52 02 16

I TÊN ĐỀ TÀI: “Ảo hóa dây chuyền sản xuất và lập trình điều khiển” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Xây dựng mô hình dây chuyền sản xuất 3D bằng NX MCD

2 Nghiên cứu và phối hợp các giải thuật điều khiển chuyển động (Path) cho Robot 3 Viết chương trình PLC điều khiển hệ thống

4 Xây dựng HMI điều khiển hệ thống sử dụng Wincc

5 Vận hành ảo hệ thống với mô hình và chương trình đã xây dựng 6 Kết luận và đề xuất hướng phát triển

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 12 /2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU

Tp HCM, ngày tháng năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU TS NGUYỄN VĨNH HẢO TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin được gửi lời cám ơn đến tất cả quý thầy cô bộ môn tự động hóa trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt rất nhiều kiến thức hữu ích giúp tôi thực hiện được đề tài luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn thầy TS.Trương Đình Châu đã nhận lời và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn Cùng với những lời động viên và những góp ý hữu ích của thầy đã giúp tôi có nhiều thuận lợi hơn để hoàn thành đề tài

Đặc biệt tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, đồng nghiệp đã có sự hỗ trợ cũng như động viên và chia sẽ kinh nghiệm cho tôi trong thời gian qua

Xin trân trọng cám ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 05 năm 2019 Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Thơm

TÓM TẮT

Luận văn này tập trung vào nghiên cứu và thiết kế một dây chuyền sản xuất ảo bằng NX MCD (Mechatronics Concept Designer) Hệ thống bao gồm các bộ phận ảo có tiêu chuẩn và đặc trưng hoạt động như một nhà máy sản xuất thật, các bộ phận bao gồm các thiết bị trong công nghiệp như băng chuyền, cảm biến, robot… hệ thống sẽ được vận hành ảo bằng chương trình điều khiển tiêu biểu cho những công đoạn sản xuất trong công nghiệp như: Gia công, di chuyển, gắp đặt và phân loại sắp xếp sản phẩm trên PLC ảo Vận hành ảo được thực hiện thông qua trao đổi tín hiệu điều khiển giữa NX MCD và PLCSIM Advanced V2.0 để đánh giá và xác thực các thông số mô hình hóa hệ thống chính xác nhất mà không cần hệ thống vật lý Trong luận văn cũng đề cập nghiên cứu phương pháp cấu hình và giải thuật điều khiển chuyển động các đối tượng trên mô hình trong SIMATIC S7-1500 Cuối cùng luận văn trình bày kết quả vận hành ảo với chương trình và mô hình đã thực hiện, trên cơ sở đó đưa ra những đánh giá về khả năng ứng dụng cũng như những đề xuất phát triển số hóa nhà máy trong tương lai

ABSTRACT

This thesis focuses on researching and designing a virtual production line with NX MCD (Mechatronics Concept Designer) The system includes virtual and standard parts that act as a real factory, parts including industrial equipment such as conveyors, sensors, robots the system will be operated virtual control program typical for industrial processes such as: machining, moving, placing and sorting products on virtual PLCs Virtual operation is performed through exchange of control signals between NX MCD and PLCSIM Advanced V2.0 to evaluate and validate the most accurate system modeling parameters without the need for a physical system The dissertation also discusses the method of configuration and algorithm to control motion of objects on the model in SIMATIC S7-1500 Finally, the dissertation presents the virtual operation results with the program and model that has been implemented, based on that, it gives assessments of applicability as well as proposals for developing digital factory in the future

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đề tài: “Ảo hóa dây chuyền sản xuất và lập trình điều khiển” dưới sự hướng dẫn của thầy TS Trương Đình Châu là do tôi thực hiện

Tất cả kết quả trong luận văn này đều do tôi thực hiện và chưa được công bố bởi các tác giả khác

Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 05 năm 2019 Học viên

Nguyễn Văn Thơm

1.5 Phương pháp nghiên cứu 5

1.6 Tóm lược nội dung luận văn 5

Chương 2 7

CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 7

2.1 Bộ điều khiển và ngôn ngữ lập trình PLC 7

2.2 Totally Integrate Automation Portal (TIA Portal) 8

2.3 PLCSIM Advanced 9

2.4 NX MCD (Mechatronics Concept Designer) 11

2.4.1.Tạo chi tiết cơ khí trong NX 13

2.4.2.Thiết kế đối tượng cơ khí (thiết bị) trong NX 14

2.5 Điều khiển chuyển động với PLC S7-1500 18

2.5.1 Chức năng điều khiển chuyển động tích hợp trong hệ thống CPU S7-150018 2.5.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển chuyển động của S7-1500 18

2.5.3 Các loại trục 21

2.5.4.Cài đặt modulo 22

2.5.5.Điều khiển vòng kín 22

2.5.6 Cấu trúc điều khiển 23

2.5.7 Hoạt động trục điều khiển tốc độ 24

2.5.8 Hoạt động trục định vị 24

2.5.9.Hoạt động trục đồng bộ 25

2.5.10 Hoạt dộng bộ mã hóa 26

2.5.11 Đo đầu vào tín hiệu 27

2.5.12 Cấu hình trục điều khiển trục định vị và trục đồng bộ 27

2.6 Điều khiển Robot trong điều khiển chuyển động với PLC S7-1500 34

2.6.5 Cấu hình đối tượng công nghệ động học 43

2.7.Vấn đề nội suy đường dẫn (Path Interpolation) 47

3.1 Xây dựng mô hình 3D và các dữ liệu hình học của đối tượng 50

3.2 Điều khiển mô hình NX MCD thông qua PLC ảo S7-1500 51

3.2.1 Nguyên lý hoạt động 52

3.2.2 Kết nối tín hiệu của mô hình MCD với CPU mô phỏng 54

3.2.3.Thay đổi các tham số mô hình MCD 56

3.2.4 Cấu hình các đối tượng công nghệ trong TIA Portal 57

3.3 Chương trình điều khiển 58

3.3.1.Chương trình điều khiển Pick & Place 58

3.3.1.Chương trình điều khiển chuyển động đường dẫn (control Path) 59

Chương 4 76

MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ VẬN HÀNH ẢO 76

4.1 Mô hình mô phỏng trong NX MCD 76

4.1.1 Mô hình các khối Product 78

4.1.2 Mô hình Robot Scara 78

4.1.3 Mô hình Robot Arti 80

4.1.4 Mô hình băng chuyền chính 81

4.1.5 Mô hình 2 băng chuyền phụ 82

4.1.6 Mô hình thùng chứa 82

4.1.7 Mô hình các cảm biến 83

4.2 Chương trình điều khiển 84

4.2.1 Chương trình main 84

4.2.2 Chương trình control Path - Scenario 1: Contour 92

4.2.3 Chương trình Scenario 2: PickandPlace 94

4.2.3.1.Call Pick and Place 94

4.2.3.2 Pick and Place 98

4.3 Chương trình điều khiển WinCC 104

2 Thông số của ArticulateArm3D ……… 109

3 Thông số của Scara………109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển thiết bị ảo và thết bị thật 2

Hình 1.2 Các bước số hóa đảm bảo máy đã được xây dựng và thiết lập đúng cách 2 Hình 1.3 Vận hành ảo giảm chi phí và rủi ro 3

Hình 1.4 Mô hình 3D sẽ xây dựng 5

Hình 2.1.Bộ PLC S7-1500 7

Hình 2.2 CPU thực thi chương trình người dùng 8

Hình 2.3 Cấu trúc phần mềm TIA Portal 9

Hình 2.4 PLCSIM Advanced V2.0 9

Hình 2.5 PLCSIM Advanced tạo bộ điều khiển S7-1500 ảo để mô phỏng 10

Hình 2.6 NX MCD cung cấp nhiều tiện lợi cho nhà thiết kế hệ thống 12

Hình 2.7 Các bước thự hiện để tạo ra mô hình 3D trong NX MCD 12

Hình 2.8 Các công cụ tạo chi tiết trong môi trường Sketch của NX 13

Hình 2.9 Các công cụ tạo chi tiết 3D trong NX 13

Hình 2.10 Các công cụ trong Assembly 14

Hình 2.11.Sơ đồ điều khiển chuyển độngvới TIA Portal 18

Hình 2.12.Trục tuyến tính 21

Hình 2.13.Trục tuyến quay 22

Hình 2.14.Cấu trúc điều khiển vòng kín hiệu quả mà không cần DSC 23

Hình 2.15 Cấu trúc điều khiển vòng kín hiệu quả với DSC 23

Hình 2.16 Nguyên tắc hoạt động cơ bản của trục tốc độ 24

Hình 2.17 Nguyên tắc hoạt động cơ bản của trục định vị 25

Hình 2.18.Nguyên tắc hoạt động cơ bản của trục đồng bộ 25

Hình 2.19.Nguyên tắc hoạt động cơ bản của bộ mã hóa 26

Hình 2.20 Nguyên tắc hoạt động cơ bản của đo đầu vào 27

Hình 2.21 Cấu hình thông số cơ bản 27

Hình 2.22 Giao diện phần cứng 28

Hình 2.23 Thông số mở rộng 30

Hình 2.24 Cấu hình thông số chuyển động 31

Hình 2.25 Cấu hình - Hoạt động homing 32

Hình 2.26 Cấu hình - Giám sát định vị 32

Hình 2.27 Cấu hình – phát hiện lỗi 33

Hình 2.28 Cấu hình – xác định điểm dừng tín hiệu 33

Hình 2.29 Cấu hình - điều khiển vòng kín 34

Hình 2.30 Nguyên tắc hoạt động động học của đối tượng công nghệ 35

Hình 2.31 Vị trí tương đối của các hệ tọa độ bằng cách sử dụng ví dụ về không gian làm việc 36

Hình 2.32.Cấu hình chính và không gian làm việc của robot SCARA 39

Hình 2.33 Không gian làm việc của Articulated arm 3D 41

Hình 2.34 Cấu hình thông số cơ bản cho Robot SCARA 43

Hình 2.35 Cấu hình thông số cơ bản cho Robot SCARA 44

Hình 2.36 Cấu hình động lực học cho Robot SCARA 45

Hình 2.37 Cấu hình hệ tọa độ động học cho Robot SCARA 45

Hình 2.38 Cấu hình công cụ cho Robot SCARA 46

Hình 2.39 Quỹ đạo vị trí trong không gian 47

Hình 2.40 Quỹ đạo tròn trong không gian 49

Hình 3.1 Các chi tiết của Robot Arti khi lắp ráp lại 50

Hình 3.2 Ràng buộc hình học trong đối tượng 50

Hình 3.3 Các tín hiệu điều khiển đối tượng 51

Hình 3.4 Thông số hình học trong đối tượng 51

Hình 3.5 Chức năng mô phỏng PLCSIM Advanced và NX MCD 52

Hình 3.6 Mở hộp ánh xạ tín hiệu 54

Hình 3.7 Hộp thoại cấu hình 55

Hình 3.8 Ánh xạ tín hiệu trong MCD 55

Hình 3.9 Chọn đối tượng trên mô hình MCD để thay đổi tham số 56

Hình 3.10 Thay đổi tham số trong Part Navigator 57

Hình 3.11.Tham số hóa dữ liệu hình học trong đối tượng động học của TIA Portal 57

Hình 3.12 Cấu trúc chương trình điều khiển Pick & Place 58

Hình 3.13 Sơ đồ khối của LKinCtrl_MC_MovePath 60

Hình 3.14 Sơ đồ khối của LKinCtrl_MC_JogFrame 62

Hình 3.15 Sơ đồ khối của LKinCtrl_MC_ExecuteKinMotionCmd 65

Hình 3.16 Sơ đồ khối của LKinCtrl_PreBuffer 68

Hình 3.17 MC_PathSelect 70

Hình 3.18 Sơ đồ khối LKinCtrl_MC_groupPower 70

Hình 3.19 Sơ đồ khối LKinCtrl_MC_groupReset 71

Hình 3.20 Sơ đồ khối LKinCtrl_MC_groupHome 72

Hình 4.1 Robot Scara bố trí trong mô hình 76

Hình 4.2 Robot Arti bố trí trong mô hình 76

Hình 4.3 Mô hình dây chuyền sản xuất ảo hoàn chỉnh 77

Hình 4.4 PLC kết nối với Drivers qua Profinet 77

Hình 4.5 Khối Product trong mô hình 78

Hình 4.6 Khai báo các thuộc tính cho khối Product 78

Hình 4.7 Mô hình Robot Scara 79

Hình 4.8 Mô hình và tín hiệu điều khiển Robot Scara 79

Hình 4.9 Mô hình và tín hiệu điều khiển bộ phận gắp vật 80

Hình 4.10 Mô hình Robot Arti 80

Hình 4.11 Mô hình và tín hiệu điều khiển Robot Arti 80

Hình 4.12 Mô hình và tín hiệu điều khiển bộ phận gắp vật của Robot Arti 81

Hình 4.13 Mô hình băng chuyền chính 81

Hình 4.14 Mô hình và tín hiệu điều khiển băng chuyền chính 82

Hình 4.15 Mô hình và tín hiệu điều khiển băng chuyền phụ 82

Hình 4.16 Mô hình thùng chứa 82

Hình 4.17 Mô hình và thuộc tính thùng chứa 83

Hình 4.18 Mô hình và khai báo thuộc tính cảm biến 83

Hình 4.19 Mô hình và tín hiệu cảm biến 83

Hình 4.20 Khai báo tín hiệu cho cảm biến 84

Hình 4.21 Tọa độ Home được thiết lập ở Kinematic Control 90

Hình 4.22 Gao diện HMI……… 104

Hình 4.23 Giao diện điều khiển Robot Arti……… 104

Hình 2.4 Giao diện điều khiển Robot Scara……… 105

Hình 4.25 Kết nối Wincc và PLC……… 105

Hình 4.26 Kết quả vận hành ảo 1066

Hình 4.27 Màn hình điều khiển chính………106

Hình 4.28 Màn hình điều khiển Robot Arti……… 107

Hình 4.29 Màn hình điều khiển Robot Scara……….107

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Mô tả một số khối chức năng của file NX MCD (file vận hành) 15

Bảng 2.2 Cho thấy các yếu tố đồ họa và biểu tượng được sử dụng để hiển thị động học 38

Bảng 3.1 Tham số của LKinCtrl_MC_MovePath 61

Bảng 3.2 Tham số đầu vào của LKinCtrl_MC_JogFrame 64

Bảng 3.3 Tham số của LKinCtrl_MC_ExecuteKinMotionCmd 66

Bảng 3.4 Thông số của LKinCtrl_PreBuffer 69

Bảng 3.5 Thông số của MC_PathSelect 70

Bảng 3.6 Thông số của LKinCtrl_MC_groupPower 71

Bảng 3.7 Tham số của LKinCtrl_MC_groupReset 72

Bảng 3.8 Tham số của LKinCtrl_MC_groupHome 73

Bảng 3.9 Cấu hình PathData trong DB toàn cục 74

Bảng 3.10 Gán lệnh PathData: cmdType 75

Bảng 4.1 Các tín hiệu điều khiển cho các Robot Arti 89

Bảng 4.2 Các tín hiệu điều khiển cho các Robot Scara 89

Bảng 4.3 Các tín hiệu điều khiển 90

Bảng 4.4 Các tín hiệu cảm biến từ NX làm input cho PLC 91

Bảng 4.5 Các tín hiệu được khai báo Mapping tương ứng Input/Output trên phần mềm NX – Kết nối với PLCSIM Advanced 91

Bảng 4.6 Tín hiệu điều khiển Contour 93

Bảng 4.7 Dữ liệu về path di chuyển cho robot được truyền vào qua bộ Data 94

Bảng 4.8 Tín hiệu điều khiển Path1 101

Bảng 4.9 Tín hiệu điều khiển Path2 101

Bảng 4.10 Dữ liệu điều khiển Path1 102

Bảng 4.11 Dữ liệu điều khiển Path2 103

Bảng 4.12 Lệnh điều khiển Path 103

Bảng 4.13 Danh sách các Tag được liên kết……… 106

Chương 1

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề

Các hệ thống tự động hóa trong những thập niên gần đây đã gia tăng sự phức tạp và đa dạng, trong đó nhu cầu vận hành nhanh hơn và an toàn hơn rất quan trọng đối với ngành Cách tiếp cận hiện tại để vận hành dựa trên cấp độ truyền thống trong đó các hệ thống kiểm soát được xác minh bằng phương pháp dựa trên thử sai trong xưởng hoặc trực tiếp trong cơ sở sản xuất Mức độ vận hành truyền thống là một cách tiếp cận tốn thời gian và tốn kém, vì vậy tìm kiếm một phương pháp khác là bắt buộc để đáp ứng nhu cầu hiện tại Các nhà nghiên cứu đã đề xuất vận hành ảo là một cách để xác minh hệ thống trong môi trường ảo trước khi đưa vào xây dựng và vận hành hệ thống vật lý thực Các dự án công nghiệp dựa trên vận hành ảo có hai cách tiếp cận chính để vận hành, xây dựng phần mềm điều khiển và hệ thống sản xuất ảo, trong đó việc vận hành hệ thống điều khiển và mô hình sản xuất được thực hiện trong thực tế ảo, để xác minh các chương trình điều khiển trong giai đoạn vận hành sớm và do đó giảm thiểu thời gian vận hành tại cơ sở sản xuất

Vận hành hệ thống ảo làm giảm rủi ro và tăng độ an toàn trong quá trình thiết kế và xây dựng hệ thống thật Từ vận hành hệ thống theo quy trình mô phỏng ảo được thực hiện sẽ giúp khắc phục sự cố nhanh hơn và hiệu quả hơn Tối ưu hóa hệ thống tự động hóa có thể được thực hiện dưới sự sử dụng hệ thống ảo này, tín hiệu điều khiển và dữ liệu được kiểm soát trước Quy trình mô phỏng cho phép đo lường và hiệu chỉnh tín hiệu I/O của các đối tượng vật lý và vận hành không làm hỏng bất kỳ thiết bị thực nào Vận hành thử nghiệm ảo làm cho các nhà thiết kế cũng tiện lợi để có thể cung cấp nhanh chóng mô hình 3D ảo và mô phỏng sản phẩm của họ cho khách hàng lựa chọn

Cách tiếp cận này cho phép tối ưu hóa nhà máy và thiết kế toàn bộ môi trường của nó như quy trình sản xuất, các vật liệu, chương trình robot, thiết bị phát tín hiệu… trong giai đoạn phát triển trước khi bắt đầu giai đoạn thử nghiệm với phần cứng thực

Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển thiết bị ảo và thết bị thật

Như hình 1.1 ở trên vận hành ảo tạo kết nối giữa thực tế ảo và môi trường thực thông qua bộ điều khiển logic khả trình Do đó, mô phỏng cũng có thể chứa các thiết bị thực, robot và tín hiệu…

Hình 1.2 Các bước số hóa đảm bảo máy đã được xây dựng và thiết lập đúng cách Để tiến hành xây dựng một dây chuyền sản xuất đầu tiên xuất phát từ ý tưởng sau đó lên kế hoạch thiết kế chi tiết, một bước quan trọng là thiết kế một hệ thống ảo là hệ thống hoàn toàn giống như một hệ thống thực sẽ thực hiện trong trong tương lai, các quá trình hoạt động động lực học như robot, hay tín hiệu các bộ cảm biến…đòi hỏi phải hoạt động chính xác, trong đó cấu hình và điều khiển đối tượng công nghệ phải xác định là quan trọng quyết định tính ổn định của hệ thống Trong luận văn này sẽ nghiên cứu xây dựng một mô hình ảo 3D, lập trình và vận hành ảo Thiết kế và mô phỏng ảo thành công, điều đó có nghĩa là thiết kế chung của chương

trình điều khiển có thể được tạo trong giai đoạn thiết kế ban đầu của dự án, do đó rút ngắn thời gian và giảm khối lượng công việc Điều này cho phép xác thực các kỹ thuật có thể được phát hiện sớm và sửa chữa hoặc tránh trước khi đưa vào vận hành thực tế Trong điều kiện thực tế, việc vận hành và so sánh giữa hệ thống ảo và hệ thống thực song song giúp có thể đáp ứng kịp thời với các thay đổi và tự động xem xét sửa đổi trong các giai đoạn phát triển

Hình 1.3 Vận hành ảo giảm chi phí và rủi ro

1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan

Ý tưởng về việc sinh đôi kỹ thuật số của một dây chuyền hoặc nhà máy phát triển khi tiến độ dự án đã được thảo luận trong ít nhất vài năm, với [13] mô tả cách một hệ thống như vậy có thể hoạt động Khi vận hành ảo ngày càng trở nên phù hợp hơn, nhiều nghiên cứu hơn về những gì có thể được số hóa đã được thực hiện Một vài dự án đã được thực hiện bằng PLC ảo, chủ yếu là sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng như mô phỏng quy trình (của Siemens PLM), Robot Studio (bởi ABB Robotics) hoặc thậm chí CATIA / DELMIA (của Dassault Systèmes) [14, 15, 16] Cũng đã có một số nghiên cứu về những gì có thể là trọng tâm trong tương lai [17] Họ kết luận vận hành ảo là một khía cạnh quan trọng trong tương lai của phát triển sản xuất, nhưng nó vẫn còn một số trở ngại cần khắc phục, chẳng hạn như quyết định mức độ chính xác nào để đạt được Ý tưởng tạo ra một mô hình mô phỏng dựa trên mã PLC hiện tại đã được kiểm tra trong một vài năm [18, 19] nhưng những mô hình đó không bao giờ được sử dụng cho bất cứ điều gì ngoài việc đánh

giá chương trình PLC Tuy nhiên, chủ đề của báo cáo này sẽ tập trung vào điều ngược lại, cụ thể là tạo mã PLC dựa trên mô hình mô phỏng Một số nghiên cứu về tạo mã tự động đã được thực hiện, với [20, 21, 22, 23, 24] tập trung vào việc tạo mã PLC bằng một số ngôn ngữ khác nhau được mô tả trong phần [25] mặc dù không ai trong số họ đã kiểm tra cách các chương trình DES có thể được sử dụng trong các ứng dụng như vậy

Tối ưu hóa một hệ thống tự động hóa hiện có thể được thực hiện dưới việc sử dụng các sản phẩm kỹ thuật số, dữ liệu điều khiển và dữ liệu tài nguyên Các mô hình 3D liên quan đến các khía cạnh động học, hình học và điện có khả năng đại diện 1: 1 của một hệ thống tự động (S Makris, G Michalos và G Chryssolouris, 2012.)

1.2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu và xây dựng một hệ thống dây chuyền sản xuất ảo 3D, hệ thống bao gồm các bộ phận ảo tiêu chuẩn như một hệ thống thực trong nhà máy sản xuất trong công nghiệp như băng chuyền, robot, cảm biến…, cơ cấu của các bộ phận được tạo ra trong môi trường NX MCD (Mechatronics Concept Designer) của Siemens Mô hình sẽ được kết nối và điều khiển bởi chương trình trên PLC ảo tạo bởi PLCSIM Advanced V2.0 được dowload từ TIA Portal của Siemens Các tín hiệu điều khiển kết nối giữa PLCSIM Advanced V2.0 và mô hình trong NX MCD sẽ được nghiên cứu và thực hiện trong luận văn này Ngoài ra điều khiển chuyển động theo quỹ đạo tọa độ cũng được nghiên cứu cho các đối tượng công nghệ và cấu hình điều khiển cho các đối tượng

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng dây chuyền sản xuất ảo đặc trưng cho một khâu sản xuất, vận hành ảo thực hiện trên cơ sở chương trình đã xây dựng, điều khiển một số công đoạn của nhà máy

Luận văn ghiên cứu điều khiển chuyển động trong TIA Portal cho các đối tượng công nghệ và áp dụng điều khiển các đối tượng của mô hình

Hình 1.4 Mô hình 3D sẽ xây dựng

1.5 Phương pháp nghiên cứu

-Nghiên cứu lý thuyết liên quan thiết kế mô hình 3D bằng NX MCD và môi trường lập trình TIA Portal V15.0

-Nghiên cứu phương pháp cấu hình và giải thuật điều khiển chuyển động trong SIMATIC S7-1500

-Viết chương trình trên TIA Portal và dowload chương trình xuống PLC ảo tạo bởi PLCSIM advanced v2.0

-Kết nối mô hình và tín hiệu điều khiển giữa NX MCD và PLCSIM Advanced V2.0

-Vận hành ảo hệ thống và đưa ra kết quả thảo luận

1.6 Tóm lược nội dung luận văn

Nội dung đề tài gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan đề tài

Nội dung chương này giới thiệu sơ lược về các vấn đề nghiên cứu, tổng quan về các công trình nghiên cứu, các mục tiêu nghiên cứu Chương này cũng đề cập đến các phương pháp nghiên cứu để đạt được mục tiêu đặt ra cuối cùng là tóm lược nội dung luận văn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan

Trình bày khái quát về các phần mềm liên quan đến luận văn trong đó tập trung nghiên cứu NX MCD và TIA Portal Cấu hình và phương pháp điều khiển chuyển động các đối tượng công nghệ cũng đề cập trong chương này chương trình và giao thức giữa TIA Portal và Siemens NX được sử dụng trong luận văn này cũng được giới thiệu trong phần lý thuyết cũng như giao thức OPC, kết nối tín hiệu điều

khiển giữa NX MCD và TIA Portal

Chương 3: Xây dựng dây chuyền ảo và lập trình điều khiển

Chương này xây dựng và mô tả dây chuyền sản xuất ảo đại diện cho một hệ thống sản xuất Phân tích các hàm chức năng và thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống

Chương 4: Mô hình và chạy mô phỏng

Chương này trình bày vận hành ảo và các kết quả mô phỏng của hệ thống Chương 5: Kết luận và đánh giá

Chương này trình bày những kết quả đạt được trong luận văn cũng như những kết quả chưa đạt trong luận văn và đề xuất hướng phát triển tiếp theo để hoàn thiện và mở rộng luận văn

PLC Siemens S7 - 1500 là bộ điều khiển lập trình được thiết kế cho các giải pháp tự động hóa tích hợp hệ thống với quy mô trung bình S7-1500 tích hợp tính năng Motion Control để làm việc với encoder và một số tính năng web sever

+ CPU có tốc độ tính toán xử lí cao

+ Dùng cho nhiệm vụ tự động hóa công nghiệp trong nhiều loại máy móc

+ Có 2 cổng kết nối truyền thông PROFINET

+ Thêm 2 giao diện PROFINET với địa chỉ IP riêng biệt + Có giao diện PROFIBUS DP

+ Tích hợp chức năng Motion Control để điều khiển tốc độ, vị trí, hỗ trợ cho encoder

+ Tích hợp Web Server với các tùy chọn để tạo ra các trang web do người dùng định nghĩa

Ngôn ngữ lập trình cho PLC có ba loại ngôn ngữ, bao gồm:

 Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)

 Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)

 Ngôn ngữ lập trình STL (Statement List) Chương trình người dùng được thực thi :

Hình 2.2 CPU thực thi chương trình người dùng

2.2 Totally Integrate Automation Portal (TIA Portal)

TIA Portal Là phần mềm do Siemens phát triển tích hợp các hệ thống tự động hóa (tất cả trong một – All in one) từ giao tiếp các phần cứng như biến tần, HMI tới các phần mềm điều khiển như:

-SIMATIC STEP7 Professional và SIMATIC STEP 7 PLCSIM dùng để lập trình và mô phỏng S7-300, S7-400, S7-1200

-SIMATIC WinCC Professional thiết kế và lập trình giao diện SCADA, HMI…

-SIMATIC Start Driver cấu hình dao tiếp với biến tần Siemens

Hình 2.3 Cấu trúc phần mềm TIA Portal

Trong luận văn này sử dụng TIA Portal làm môi trường lập trình các ứng dụng

2.3 PLCSIM Advanced

Hình 2.4 PLCSIM Advanced V2.0

PLCSIM Advanced là một phần mềm mô phỏng có khả năng mô phỏng toàn diện các chức năng trong chương trình của PLC S7-1500 Phần mềm này giao tiếp

trực tiếp với TIA Portal, PLCSIM Advanced tạo PLC S7-1500 ảo để mô phỏng đối tượng, cho phép nó điều khiển các đối tượng như điều khiển bởi một PLC S7-1500 thực Ngoài ra có thể kết nối bộ điều khiển ảo này với mô hình ảo của nhà máy hoặc

phần mềm mô phỏng như SIMIT hoặc NX MCD (Mechatronics Concept Designer)

để kiểm tra chương trình người dùng với TIA Portal.

PLCSIM Advanced có hai chế độ cài đặt, TCP/IP Ethernet cục bộ và ảo Local tạo một chương trình PLC giao tiếp trực tiếp trên máy tính chỉ có thể truy cập trên máy chủ

Cách thứ hai sử dụng chế độ TCP/IP Ethernet ảo, chương trình PLC có thể truy cập được trên bất kỳ mạng nào mà PC chủ được kết nối

Virtual Ethernet TCP/IP cho phép mô phỏng PLC chạy trên máy tính khác so với cổng TIA Portal và cả những người tham gia giao tiếp phải ở trên cùng một PC Trong cấu hình này, có thể sử dụng các chức năng TCP/IP của bộ điều khiển ảo, chẳng hạn như giao tiếp qua OPC UA và websever

Hình 2.5 PLCSIM Advanced tạo bộ điều khiển S7-1500 ảo để mô phỏng

Phiên bản được sử dụng trong dự án, PLCSIM Advanced V2.0 có khả năng mô phỏng 2 họ khác nhau của CPU PLC: Serial SIMATIC ET 200 SP và Serial SIMATIC-1500

2.4 NX MCD (Mechatronics Concept Designer)

NX là một trong những giải pháp phát triển sản phẩm CAD/CAM/CAE tiên tiến nhất và được tích hợp chặt chẽ nhất từ Phần mềm PLM của Siemens giúp mô phỏng đối tượng 3D ở hầu hết các lĩnh vực Phiên bản NX 12.0 trở đi có những cải tiến trong các wizard, dialog giúp cho việc thiết kế 3D trở nên dễ dàng hơn

NX là một phần mềm mạnh giải quyết nhanh và hiệu quả những vấn đề đang được đặt ra, cung cấp giải pháp xây dựng hệ thống ảo, trực quan hoá các tiến trình cơ điện tử Công cụ thiết kế 3D mạnh mẽ của NX giúp thiết kế các đối tượng cơ khí một cách chuẩn xác Công cụ lắp ráp cho phép liên kết các đối tượng một các chân thật Các thuật toán vật lý hoá các chuyển động, thông số hoá đối tượng có thể tạo ra hàm truyền để mô phỏng gần với thực tế nhất

NX MCD (Mechatronics Concept Designer) là một tiện ích bổ sung cho lớp ứng dụng của NX giúp mô phỏng các tiến trình cơ điện tử trên một thiết bị cũng như nhiều thiết bị trên dây chuyền trong một nhà máy MCD cho phép mô hình hóa, thiết kế và mô phỏng thiết bị với cùng một phần mềm ngay từ đầu MCD đã được phát triển để tăng tốc thiết kế và thử nghiệm các thiết bị cơ điện tử thông qua mô hình ảo Điểm mạnh của MCD là phát hiện sớm các vấn đề và lỗi tiềm ẩn, giúp giảm chi phí cho các chi phí phát sinh, tăng tốc quá trình thiết kế và đưa ra quyết định dễ dàng hơn Một trong những mục tiêu của MCD là đưa các nhà thiết kế từ các lĩnh vực khác nhau đến cùng một môi trường thiết kế Trong trường hợp này, các nhà thiết kế điện, cơ khí và tự động hóa sẽ có thể xem xét chức năng của các giải pháp của họ ở giai đoạn sớm hơn bình thường Hình 2.6 một mô hình thực hiện trong NX MCD

Hình 2.6 NX MCD cung cấp nhiều tiện lợi cho nhà thiết kế hệ thống

NX cung cấp cho lập trình viên công cụ kiểm tra chương trình lập trình trước khi đi vào vận hành, thật vậy NX có khả năng liên kết với các chương trình lập trình như TIA Portal, PLCSIM Advanced, SIMIT, Matlab Bên cạnh đó NX cung cấp các thuật toán thống kê, tạo ra quá trình ngẫu nhiên, có thể giả lập các lỗi do nhiễu, do thành phần không chắc chắn trong thực tế Điều này giúp phát hiện các lỗi trước khi vận hành, cũng như phát hiện những khả năng trục trặc trong quá trình vận hành liên tục của hệ thống

NX hạ thấp giá thành, giảm nhẹ chi phí cho thử nghiệm hệ thống Một số thiết bị được thực hiện trong NX ta có thể thay thế thiết bị thực tế có giá đắt hơn, khởi động và vận hành trong NX ít mất thời gian hơn như thực tế

Như Hình 2.7 cho thấy các bước của quy trình tạo mô hình ảo trên NX MCD

Hình 2.7 Các bước thự hiện để tạo ra mô hình 3D trong NX MCD

Tiếp theo tìm hiểu về các tính năng thiết kế CAD cơ bản như phác thảo, mô hình 3D, quản lý lắp ráp hoặc nhập và xuất dữ liệu Phần này chỉ giới thiệu cách

thiết kế một hệ thống cơ điện tử, còn cụ thể xem thêm tài liệu chuyên về thiết kế NX

2.4.1.Tạo chi tiết cơ khí trong NX

Các chi tiết cơ khí (bộ phận cơ khí) được tạo bằng chức năng Model trong NX, các chi tiết cơ khí sẽ tạo trong môi trường Sketch thông qua một số công cụ 2D Bảng Sketch xem như bảng thảo bao gồm kích thước và ràng buột hình học

Hình 2.8 Các công cụ tạo chi tiết trong môi trường Sketch của NX

Mỗi chi tiết tạo thành một file có phần mở rộng prt, sau khi phác thảo xong, có nhiều công cụ khác nhau sử dụng để tạo chi tiết cơ khí thành một khối thống nhất dưới dạng 3D như: Extrude, Hole, Tramfer…

Hình 2.9 Các công cụ tạo chi tiết 3D trong NX

2.4.2.Thiết kế đối tượng cơ khí (thiết bị) trong NX

Thiết kế đối tượng là tạo ra hình dạng cơ khí Đó có thể là hình dạng cơ khí của một chi tiết, một bộ phận của một thiết bị hoặc là cả một thiết bị Thiết kế đối tượng bao gồm cả thiết kế chi tiết (bộ phận) và thiết kế thiết bị bằng cách lắp ráp các bộ phận Lắp ráp các chi tiết rời rạc lại với nhau từ các file chi tiết tạo ra file lắp ráp dựa trên Assembly Constraints NX ràng buộc hai vật thể bởi một quy luật hình học nào đó, các bộ phận của file lắp ráp do đó cũng đơn thuần là gắn kết về mặt hình ảnh, không có liên kết vật lý Do vậy cần thêm những hiệu ứng chuyển động (hiệu ứng vật lý) được thiết kế ở phần sau Kết quả của phần lắp ráp, các bộ phận được đóng gói trong cùng một file, có kết cấu cơ khí như một thiết bị, hoạt động như một nhóm các bộ phận liên kết nhau

Một số khối chức năng của file lắp ráp (file thiết bị): -Thêm các bộ phận vào file lắp ráp Add

-Di chuyển các bộ phận Move Component

-Thêm ràng buộc cho các bộ phận Assembly

Hình 2.10 Các công cụ trong Assembly

2.4.3 Thêm hiệu ứng vật lý cho đối tượng với Mechatronics Concept Designer (MCD) trong NX tạo file vận hành ảo

Mechatronics Concept Designer (MCD) thêm vào đối tượng các đặc tính cơ điện tử đầy đủ, tạo ra các phần tử chấp hành vận hành theo tín hiệu điều khiển cũng như nhận được tín hiệu cảm biến trả về từ thế giới ảo trong NX Các chuyển động

cơ điện được mô phỏng có các thông số (ví dụ: hệ số ma sát tĩnh, hệ số ma sát động, moment cực đại, gia tốc cực đại,… ) để mô phỏng đặc tính động học

Bảng 2.1 Mô tả một số khối chức năng của file NX MCD (file vận hành) Chức năng này làm cho các bộ phận di chuyển đến vị trí khác Nếu không có hiệu ứng này, vật không thay đổi trạng thái, nếu có vật chịu các hiệu ứng vật lý và kể cả trọng lực

Có chức năng sao chép một vật và nhả ra vào nhiều thời điểm khác nhau Dùng trong mô phỏng sản phẩm trên băng chuyền.Làm biến mất các bản sao của Object Source nào đó, nếu bản sao đó chạm vào Object Sink

Tạo bề mặt va chạm, giúp nó chạm được với mặt va chạm khác, kích được cảm biến tiệm cận hoặc kích được Object Sink Nếu không có hiệu ứng này, bất cứ vật nào cũng có thể đi xuyên qua vật như là nó đang vô hình.

Vật 1 trượt lên vật 2 trên một trục cố định Vật 1 chỉ trượt chứ không quay quanh trục Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base)

Vật liệu Va chạm được gọi bằng các vật va chạm và bề mặt vận chuyển Nó xác định hành vi cơ bản của một vụ va chạm.

Vật 1 quay quanh vật 2 quanh một trục cố định, và bị dính lại tại điểm liên kết (không tịnh tiến trên trục quay) Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base).

Vật 1 trượt lên vật 2 trên một trục cố định Vật 1 chỉ trượt chứ không quay quanh trục Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base)

Vật 1 vừa quay quanh trục chung với vật 2, vừa tịnh tiến trên trục chung nầy, nhưng việc tịnh tiến và việc quay là độc lập nhau, không có ràng buộc giữa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base).

Vật 1 tịnh tiến trên trục chung với vật 2 bằng cách quay thuận chiều kim đồng hồng hoặc ngược chiều kim đồng hồ tuỳ theo vector làm trục và quy tắc bàn tay phải như một vít Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base) Ta có thể điều chỉnh pitch (bước xoắn) Nếu sử dụng động cơ quay cho liên kết này, ta dùng ở chế độ Track Multiple Turn.

Vật 1 gắn vào vật 2 qua điểm bi, vật 1 di chuyển tự do trong không gian nhưng bị đính vào điểm bi (quỹ đạo nó quét ra khi di chuyển hết vùng của nó là một hình cầu) Liên kết này không thể gắn động cơ Vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment), vật 2 gọi là vật làm gá (Base).

Liên kết cố định: Vật 1 đứng yên so với vật 2, vật 1 gọi là vật đính lên (Attachment) vật 2 gọi là vật làm gá (Base)

Nhóm Electrical (Phần tử điện): Một số chức năng cơ bản

Xác định một cảm biến tiện cận (Proximity)

Xác định động cơ điều khiển vị trí góc (Angular) hoặc vị trí dài (Linear)

Xác định động cơ điều khiển tốc độ góc (Angular) hoặc tốc độ dài (Linear)

Tạo bảng chứa các tín hiệu theo nhóm để dễ quản lý Tạo một tín hiệu nội trong NX

Nhóm Automation (Tự động hoá)

Tạo liên kết với các tín hiệu nội NX và tín hiệu bên ngoài Nếu tên các tín hiệu nội và ngoại giống nhau từng cặp thì ta dùng Do Auto Mapping để tự động liên kết, có thể tạo liên kết bằng tay Các cửa sổ làm việc bên trái

Physics Navigator: Chứa các hiệu ứng vật lý được thiết kế, tín hiệu và các đường liên kết tín hiệu

Runtime Inspector: Tương tự như Watch and Force Table của TIA Portal cho phép theo dõi và sửa các tín hiệu khi chạy runtime Để giám sát một tín hiệu nào đó ở Physic Navigator ta click chuột phải dòng ấy và chọn Add to Inspector

Assembly Navigator: Chứa các chi tiết của đối tượng và các ràng buột hình học

2.5 Điều khiển chuyển động với PLC S7-1500

2.5.1 Chức năng điều khiển chuyển động tích hợp trong hệ thống CPU S7-1500

Điều khiển chuyển động S7-1500 hỗ trợ định vị và di chuyển các trục được kiểm soát và là một phần không thể thiếu của mỗi CPU S7-1500 Chức năng Điều khiển chuyển động hỗ trợ các đối tượng công nghệ sau:

● Tốc độ trục ● Trục định vị ● Đồng bộ trục

● Bộ mã hóa bên ngoài ● Đo đầu vào

● Đầu ra cam ● Track cam

2.5.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển chuyển động của S7-1500

Khi ta tạo một dự án, phải định cấu hình các đối tượng công nghệ và tải cấu hình về CPU bằngTIA Portal Chức năng điều khiển chuyển động được xử lý trong CPU Chúng ta điều khiển các đối tượng công nghệ bằng các hướng dẫn điều khiển chuyển động trong chương trình

Hình 2.11.Sơ đồ điều khiển chuyển độngvới TIA Portal

TIA Portal hỗ trợ trình tự và vận hành chức năng điều khiển chuyển động: ● Tích hợp và cấu hình phần cứng

● Tạo và cấu hình các đối tượng công nghệ ● Tạo chương trình người dùng

● Dowload xuống CPU ● Vận hành trục

● Tối ưu hóa drives ● Chẩn đoán

Chúng ta sử dụng TIA Portal để định cấu hình phần cứng, các đối tượng công nghệ cũng như chương trình người dùng Chúng ta tải chương trình đã tạo vào CPU, sau đó kiểm tra chương và chẩn đoán phần cứng với các chức năng chẩn đoán và trực tuyến của TIA Portal

Đối tượng công nghệ

Các đối tượng công nghệ đại diện cho các đối tượng thực (ví dụ: một drive ) trong bộ điều khiển Gọi các chức năng của các đối tượng công nghệ bằng các hướng dẫn điều khiển chuyển động trong chương trình Các đối tượng công nghệ cung cấp điều khiển vòng mở và vòng kín về chuyển động của các đối tượng thực và báo cáo thông tin trạng thái (ví dụ: vị trí hiện tại) Cấu hình của các đối tượng công nghệ đại diện cho các thuộc tính của đối tượng thực Dữ liệu cấu hình được lưu trữ trong một khối dữ liệu công nghệ

● Đối tượng công nghệ trục tốc độ

Đối tượng công nghệ trục tốc độ ("TO_SpeedAxis") được sử dụng để chỉ định tốc độ cho drive Chúng ta lập trình chuyển động của trục với các hướng dẫn điều khiển chuyển động

● Đối tượng công nghệ trục định vị

Đối tượng công nghệ trục định vị ("TO_PocationingAxis") được sử dụng để định vị drive với điều khiển vị trí vòng kín Chúng ta định vị cho trục bằng các hướng dẫn điều khiển chuyển động trong chương trình

● Đối tượng công nghệ trục đồng bộ

Đối tượng công nghệ trục đồng bộ ("TO_SynyncousAxis") bao gồm tất cả các chức năng của đối tượng công nghệ trục định vị Trục cũng có thể được kết nối với một giá trị ban đầu để trục theo sự thay đổi vị trí của trục dẫn trong hoạt động đồng bộ

● Đối tượng công nghệ bộ mã hóa bên ngoài

Đối tượng công nghệ bộ mã hóa bên ngoài ("TO_ExternalEncoder") phát hiện một vị trí và cung cấp cho bộ điều khiển Vị trí được phát hiện có thể được đánh giá trong chương trình

● Đối tượng công nghệ đo đầu vào

Đối tượng công nghệ đo lường đầu vào ("TO_MeasuringInput") phát hiện các vị trí thực tế một cách nhanh chóng, chính xác và kích hoạt sự kiện

● Đối tượng công nghệ cam đầu ra

Đối tượng công nghệ cam đầu ra ("TO_OutputCam") tạo tín hiệu chuyển đổi tùy thuộc vào vị trí của trục hoặc bộ mã hóa bên ngoài Chúng ta có thể đánh giá các tín hiệu chuyển đổi trong chương trình người dùng hoặc đưa chúng vào đầu ra số

● Đối tượng công nghệ track cam

Đối tượng công nghệ theo track cam ("TO_CamTrack") tạo ra chuỗi tín hiệu chuyển đổi tùy thuộc vào vị trí của trục hoặc bộ mã hóa bên ngoài Trong quá trình này, có tới 32 cams riêng lẻ được đặt chồng lên nhau và tín hiệu chuyển đổi được phát ra dưới dạng rãnh Chúng ta có thể đánh giá các tín hiệu chuyển đổi trong chương trình người dùng hoặc đưa chúng vào đầu ra số

● Đối tượng công nghệ cam (S7-1500T) Đối tượng công nghệ cam ("TO_Cam") xác định hàm f (x) bằng các điểm nội suy và / hoặc phân đoạn Bỏ qua phạm vi chức năng được nội suy

● Đối tượng công nghệ động học (S7-1500T) Đối tượng công nghệ động học ("TO_Kinatures") được sử dụng để kết nối các trục định vị với động học Khi

định cấu hình đối tượng công nghệ động học, sẽ kết nối các trục theo loại động học được cấu hình

Technology data block

Các thuộc tính của các đối tượng thực được cấu hình bằng các phương tiện của các đối tượng công nghệ và được lưu trong một khối dữ liệu công nghệ Khối dữ liệu công nghệ chứa tất cả dữ liệu cấu hình, điểm đặt và giá trị thực và thông tin trạng thái của đối tượng công nghệ TIA Portal tự động tạo khối dữ liệu công nghệ khi đối tượng công nghệ được tạo Chúng ta truy cập dữ liệu của khối dữ liệu công nghệ (truy cập đọc / ghi) bằng chương trình của mình

Motion Control instructions

Với hướng dẫn điều khiển chuyển động, chúng ta thực hiện chức năng mong muốn trong các đối tượng công nghệ Các hướng dẫn Điều khiển chuyển động có sẵn trong Cổng thông tin TIA trong phần "Instructions > Technology > Motion Control"

2.5.3 Các loại trục

Các trục có thể được cấu hình với các loại trục khác nhau:

● Trục định vị và trục đồng bộ có thể được định cấu hình là trục quay hoặc trục tuyến tính

● Trục tốc độ luôn là trục quay Tùy thuộc vào việc thực hiện cơ học, một trục được thực hiện dưới dạng trục tuyến tính hoặc trục quay:

Điều khiển Servo động (DSC) Trong các drive hỗ trợ điều khiển Servo động (DSC), ta có thể tùy chọn sử dụng bộ điều khiển vị trí vòng kín trong drive Nếu ta sử dụng telegrams hỗ trợ DSC, DSC sẽ tự động được kích hoạt Bộ điều khiển vị trí trong drive thường được thực hiện với chu kỳ kiểm soát tốc độ nhanh Điều này cải thiện hiệu suất điều khiển cho các ổ đĩa được ghép nối số Các yêu cầu sau đây phải được đáp ứng để sử dụng DSC:

● Bộ mã hóa động cơ (bộ mã hóa đầu tiên trong telegram) của drve được sử dụng làm bộ mã hóa đầu tiên cho đối tượng công nghệ

● Một trong những telegram PROFIdrive sau đây được sử dụng cho ổ đĩa: - Telegram tiêu chuẩn 5 hoặc 6 - SIEMENS telegram 105 hoặc 106

2.5.6 Cấu trúc điều khiển

Hình 2.14.Cấu trúc điều khiển vòng kín hiệu quả mà không cần DSC ① Bộ nội suy có điều khiển chuyển động

② Xem xét nội bộ về thời gian truyền tín hiệu và thời gian thay thế vòng điều khiển tốc độ

③ Giao tiếp giữa bộ điều khiển và drive

Hình 2.15 Cấu trúc điều khiển vòng kín hiệu quả với DSC ① Bộ nội suy có điều khiển chuyển động

② Xem xét nội bộ về thời gian truyền tín hiệu và thời gian thay thế vòng điều khiển tốc độ

③ Giao tiếp giữa bộ điều khiển và drive

2.5.7 Hoạt động trục điều khiển tốc độ

Trục tốc độ tính toán các điểm đặt tốc độ, có tính đến các cài đặt động và xuất chúng vào drive Tất cả các chuyển động của trục tốc độ diễn ra được kiểm soát tốc độ Một drive được gán cho từng trục tốc độ bằng telegram PROFIdrive hoặc giao diện điểm đặt tương tự Tốc độ được chỉ định theo số vòng quay trên mỗi đơn vị thời gian

Hình 2.16 Nguyên tắc hoạt động cơ bản của trục tốc độ

2.5.8 Hoạt động trục định vị

Trục định vị tính toán các điểm đặt vị trí, có tính đến các cài đặt mã hóa và xuất các điểm đặt tốc độ tương ứng cho drive Trong chế độ điều khiển vị trí, tất cả các chuyển động của trục định vị diễn ra dưới dạng các chuyển động được điều khiển vị trí Mỗi trục định vị được gán một drive bằng telegram PROFIdrive hoặc giao diện điểm đặt tương tự cũng như bộ mã hóa bằng telegram PROFIdrive Mối quan hệ giữa các giá trị bộ mã hóa và vị trí xác định được thiết lập bằng cách gán tham số của các thuộc tính cơ học và cài đặt bộ mã hóa và bằng thao tác homing Đối tượng công nghệ cũng có thể thực hiện các chuyển động mà không có mối quan hệ vị trí và các chuyển động vị trí tương đối, ngay cả khi không ở trạng thái homed