Báo cáo hệ thống Điều khiển servo nội dung tìm hiểu driver servo mr j4 20b

Tổng quan về MR-J4-20B MR-J4-20B là một bộ khuếch đại servo thuộc dòng MELSERVO-J4 của Mitsubishi Electric, được thiết kế để cung cấp khả năng điều khiển chuyển động chính xác trong các

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

-

 -BÁO CÁO

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SERVO

Nội dung: Tìm hiểu Driver Servo MR-J4-20B

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trịnh Lương Miên

Sinh viên thực hiện Mã sinh viên

Hà Nội, tháng 11 năm 2024

MỤC LỤC

I Tổng quan 4

1 Tổng quan về MR-J4-20B 4

2 Bản vẽ phác thảo MR-J4-20B 5

3 Sơ đồ đấu nối phần cứng 6

II Đặc điểm kĩ thuật 7

III Các phương án ghép nối và điều khiển 9

1 Các phương án ghép nối 9

1.1 Kết nối với PLC (Bộ điều khiển logic lập trình): 9

1.2 Kết nối với HMI hệ thống (Giao diện người-máy): 9

1.3 Kết nối qua giao thức chuyển đổi (Gateway): 9

1.4 Kết nối máy tính và phần mềm MR Configurator2: 10

1.5 Kết nối với biến cảm ứng và bộ mã hóa: 10

2 Các phương án điều khiển 10

2.1 Điều khiển qua SSCNET III/H (Mạng bộ điều khiển hệ thống servo III/H): 10

2.2 Điều khiển từ PLC qua mạng công nghiệp khác: 11

2.3 Điều khiển từ HMI (Giao diện người-máy): 11

2.4 Điều khiển bằng tín hiệu bên ngoài (Đầu vào bên ngoài): 11

2.5 Điều khiển máy tính và phần mềm MR Configurator2: 11

2.6 Bộ mã hóa điều khiển và vị trí biến thể: 11

IV Sơ đồ và đặc tính 12

1 Sơ đồ khối chức năng 12

2 Sơ đồ đặc tính 12

3 Đặc tính điều khiển, dòng 14

3.1 Điều khiển đặc tính 14

3.2 Đặc tính dòng điện 14

V.Thông tin tín hiệu dữ liệu 15

1 Điều khiển tín hiệu (Tín hiệu điều khiển) 15

2 Bộ mã hóa tín hiệu (Tín hiệu phản hồi) 15

3 Giao tiếp dữ liệu (Giao thức giao tiếp) 15

4 Tín hiệu bảo vệ (Tín hiệu bảo vệ) 15

5 Cổng USB và hoạt động giao diện 16

VI Ghép nối truyền thông với giao thức như thế nào? Khoảng cách như thế nào? 16

1 RS-422/RS-485 16

2 EtherCAT 16

3 Mạng lưới hiện trường CC-Link IE 17

4 USB (cấu hình và giám sát) 17

VII Tìm hiểu về các model cùng loại 17

1 Công suất điện áp nguồn và tổn thất sinh ra trên mỗi mô tơ servo tại công suất định mức 17

2 MR-J4-20B và MR-J4-20A khác nhau về điểm gì 18

2.1 Loại kết nối I/O : 18

2.2 Ứng dụng : 19

2.3 Chi phí và hiệu quả : 19

2.4 Tốc độ và độ chính xác : 19

I Tổng quan

1 Tổng quan về MR-J4-20B

MR-J4-20B là một bộ khuếch đại servo thuộc dòng MELSERVO-J4 của Mitsubishi Electric, được thiết kế để cung cấp khả năng điều khiển chuyển động chính xác trong các hệ thống tự động hóa Thiết bị này hỗ trợ hoạt động với tốc độ

và độ chính xác cao, phù hợp với các ứng dụng như robot, máy CNC, và hệ thống đóng gói

Bộ khuếch đại này hoạt động với công suất định mức 200 W và thuộc dòng MR-J4-B, nổi bật với thiết kế nhỏ gọn và khả năng điều khiển nhiều trục MR-J4-20B tích hợp mạng truyền thông tốc độ cao SSCNET III/H, giúp đồng bộ hóa các trục trong thời gian thực Nó cũng hỗ trợ các chức năng an toàn tiên tiến, bao gồm Safe Torque Off (STO), đảm bảo an toàn bằng cách ngăn chặn chuyển động động

cơ không mong muốn trong trường hợp khẩn cấp

Dòng MR-J4 chú trọng vào độ tin cậy với các tính năng như giảm rung động,phanh tái tạo và khả năng chống chịu môi trường khắc nghiệt Thiết bị sử dụng encoder vị trí tuyệt đối 22-bit, giúp nâng cao độ chính xác trong điều khiển chuyển động và định vị

MR-J4-20B được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất và ô tô, nơi yêu cầu điều khiển chuyển động đồng bộ và chính xác

2 Bản vẽ phác thảo MR-J4-20B

3 Sơ đồ đấu nối phần cứng

II Đặc điểm kĩ thuật

3 Xung thử là tín hiệu có thể tắt tức thời một tín hiệu tới bộ khuếch đại servo tại khoảng thời gian không đổi để mạch ngoại vi tự chẩn đoán lỗi.

4 Ngoại trừ đối với bảng đấu dây

5 Bộ khuếch đại servo MR-J4-_B chỉ tương thích với loại hai dây Bộ khuếch đại servo MR-J4-_B-RJ tương thích với loại hai dây, loại bốn dây, và phương pháp ngõ ra lệch pha-A/B/Z Hãy tham khảo bảng 1.1 để biết thông tin chi tiết

6 Dòng điện định mức là 2.9 A khi sử dụng bộ khuếch đại servo với UL hoặc mô tơ servo tương thích với CSA

7 Để biết phiên bản tương thích của hệ thống vòng lặp kín, hãy tham khảo bảng 1.1 Kiểm tra phiên bản phần mềm của bộ khuếch đại servo sử dụng Bộ cấu hình MR 2

8 Chu trình truyền tin tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của bộ điều khiển và số lượng trục được kết nối

9 Sử dụng một phanh động bên ngoài cho bộ khuếch đại servo này Việc không thực hiện như vậy sẽ gây ra tai nạn bởi vì mô tơ servo không thể dừng lại ngay mà chạy theo quán tính khi dừng khẩn cấp Đảm bảo sự an toàn trong toàn bộ thiết bị

10 Để biết phiên bản tương thích của chức năng đo định tỷ lệ, hãy tham khảo bảng 1.1 Kiểm tra phiên bản phần mềm của bộ khuếch đại servo sử dụng Bộ cấu hình MR 2

11 Giá trị này có thể áp dụng được khi sử dụng nguồn cấp điện 3-pha

III Các phương án ghép nối và điều khiển

1 Các phương án ghép nối

1.1 Kết nối với PLC (Bộ điều khiển logic lập trình):

 Thường sử dụng các PLC như Mitsubishi FX, Q, L hoặc iQ-R Series

 Cách thức kết nối yếu qua các giao thức như RS-422/485, CC-Link, hoặc EtherCAT , tùy chọn vào mô hình cụ thể của PLC.

 Các tín hiệu điều khiển như khởi động, dừng, tốc độ và vị trí được gửi

từ PLC đến servo trình điều khiển để điều khiển động cơ servo

1.2 Kết nối với HMI hệ thống (Giao diện người-máy):

 HMI có thể kết nối với driver MR-J4-20B để giám sát và điều chỉnh các thông số điều khiển

 Các giao thức như Ethernet hoặc RS-485 thường được sử dụng, tùy

chọn kết nối của HMI và trình điều khiển

1.3 Kết nối qua giao thức chuyển đổi (Gateway):

 Khi trình điều khiển MR-J4-20B cần giao tiếp với các thiết bị sử dụng các giao thức khác nhau (như MODBUS TCP/IP, EtherNet/IP hoặc Profibus), sử dụng cổng là một phương án khả thi

 Gateway sẽ chuyển đổi tín hiệu để tương thích với trình điều khiển và các thiết bị khác trong hệ thống

1.4 Kết nối máy tính và phần mềm MR Configurator2:

 MR Configurator2 là phần mềm của Mitsubishi cho phép cài đặt, giámsát và điều chỉnh trình điều khiển MR-J4-20B thông qua cổng USB hoặc RS-422/485

 Máy tính có thể kết nối trực tiếp với trình điều khiển để thiết lập các thông số, điều chỉnh và kiểm tra trạng thái hoạt động của servo hệ thống

1.5 Kết nối với biến cảm ứng và bộ mã hóa:

 Driver MR-J4-20B có thể kết nối trực tiếp với các bộ mã hóa hoặc cảm biến để lấy tín hiệu phản hồi cho vị trí, tốc độ và năng lượng

 Điều này giúp hệ thống servo có thể hoạt động chính xác và đồng bộ hơn các thành phần khác trong hệ thống

2 Các phương án điều khiển

MR-J4-20B có khả năng điều khiển linh hoạt, phù hợp với nhiều hệ thống tự động hóa khác nhau Dưới đây là các phương pháp điều khiển phổ biến dành cho MR-J4-20B:

2.1 Điều khiển qua SSCNET III/H (Mạng bộ điều khiển hệ thống servo

III/H):

o Đây là phương pháp điều khiển chính và phổ biến nhất cho dòng J4-20B SSCNET III/H là một mạng truyền thông tốc độ cao, cho phépđồng bộ hóa nhiều trục với tốc độ chính

MR-o Phù hợp khi MR-J4-20B cần phối hợp điều khiển với nhiều trục động

cơ khác trong hệ thống tự động phức tạp

o Kết nối này thường yêu cầu PLC hoặc bộ điều khiển hỗ trợ SSCNET III/H, chẳng hạn như các d

2.2 Điều khiển từ PLC qua mạng công nghiệp khác:

o Ngoài SSCNET III/H, MR-J4-20B cũng có thể kết nối với các mạng

công nghiệp khác Gateway hoặcModule bổ sung, ví dụ:EtherCAT, Trường CC-Link IE, EtherNet/IP

o Phù hợp khi cần tích hợp MR-J4-20B vào hệ thống có sẵn mạng công nghiệp nhưng không sử dụng

2.3 Điều khiển từ HMI (Giao diện người-máy):

o HMI can connect with MR-J4-20B để giám sát

o Use Ethernet Protocol or **RS-485 ,

2.4 Điều khiển bằng tín hiệu bên ngoài (Đầu vào bên ngoài):

o Có thể kết nối với các tín hiệu điều khiển bên ngoài như công tắc, nút nhấn, các cảm biến MR-J4-20 có các cổng vào/ra hỗ trợ điều khiển đơn giản, như chạy/dừng, ngắt khẩn cấp, đối hướng

o Phương án này phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển trực tiếphoặc độc lập, không cần thông qua PLC hoặc mạng công nghiệp

2.5 Điều khiển máy tính và phần mềm MR Configurator2:

o MR Configurator2 là phần mềm chuyên dụng của Mitsubishi dùng để cấu hình, giám sát và điều chỉnh driver MR-J4-20B

o Phương pháp này phù hợp cho việc cấu hình ban đầu, tối ưu hóa tham

số điều khiển, và kiểm tra bảo trì định kỳ

o Kết nối với máy tính với MR-J4-20B có thể thông qua cổng USB hoặcRS-422/485

2.6 Bộ mã hóa điều khiển và vị trí biến thể:

o MR-J4-20B có khả năng nhận phản hồi từ bộ mã hóa hoặc cảm biến

để thực hiện điều khiển chính xác về vị trí và tốc độ

o Đây là phương pháp hữu ích trong các ứng dụng cần điều khiển vòng kín (điều khiển vòng kín) để đảm bảo độ chính xác cao

IV Sơ đồ và đặc tính.

1 Sơ đồ khối chức năng

2 Sơ đồ đặc tính

3 Đặc tính điều khiển, dòng

3.1 Điều khiển đặc tính

 Điều khiển vòng kín : MR-J4-20B sử dụng bộ mã hóa (bộ mã hóa) có

độ phân giải cao để thực hiện điều khiển vòng kín, giúp tăng cường độchính xác và giảm thiểu sai lệch

 Điều khiển mô-men xoắn, vị trí, vận tốc : Hỗ trợ các dạng điều

khiển đa phương thức như điều khiển mô-men xoắn (mô-men xoắn),

vị trí (vị trí) và tốc độ (vận tốc), phù hợp với nhiều ứng dụng

 Điều chỉnh tự động (Tự động điều chỉnh) : Bộ điều khiển có khả

năng tự điều chỉnh các điều khiển số theo tải của động cơ, giảm thời gian cấu hình ban đầu

 Chức năng bù ma sát và dao động (Giảm rung) : Giúp giảm rung

động trong các chuyển động nhanh hơn, duy trì sự ổn định khi tải thay đổi

 Phản hồi tốc độ cao (Phản hồi tốc độ cao) : Tốc độ phản hồi của

trình điều khiển đạt tốc độ cao, đáp ứng nhanh các yêu cầu thay đổi tốc độ và vị trí trong quá trình điều khiển

3.2 Đặc tính dòng điện

 Dòng định mức : MR-J4-20B có công suất 200W, dòng đầu ra định

mức khoảng 1,4A, với dòng cực đại lên đến 3,9A

 Điện áp đầu vào : Hoạt động với nguồn cung cấp từ 200V đến 240V

AC, 1 pha hoặc 3 pha

 Hiệu suất cao và tiết kiệm điện : Với thiết kế tiết kiệm điện và khả

năng giảm thiểu tổn thất năng lượng, MR-J4-20B giúp giảm thiểu chi phí vận hành trong thời gian dài

V.Thông tin tín hiệu dữ liệu

1 Điều khiển tín hiệu (Tín hiệu điều khiển)

 Đầu vào xung : Tín hiệu điều khiển bằng xung cho vị trí, vận tốc Có

các chế độ như vị trí tuyệt đối hoặc tăng cường

 Đầu vào analog (±10V) : Tín hiệu điều khiển mô-men xoắn hoặc tốc

độ Cơ sở điều khiển điện tương thích

 I/O kỹ thuật số : Các tín hiệu đầu vào và đầu ra số để điều khiển

bật/tắt servo, đặt lại, điều khiển tín hiệu hướng và dừng khẩn cấp

2 Bộ mã hóa tín hiệu (Tín hiệu phản hồi)

 Phản hồi của bộ mã hóa : Sử dụng hợp nhất độ phân giải cao của bộ

mã hóa trên cơ sở, truyền vị trí tín hiệu và tốc độ cho trình điều khiển servo Độ phân giải có thể đạt tới 22 bit

 Đầu ra bộ mã hóa gia tăng : Cung cấp thông tin về vị trí cho các thiết

bị khác cần nhận tín hiệu phản hồi từ trình điều khiển servo

3 Giao tiếp dữ liệu (Giao thức giao tiếp)

 422/485 : MR-J4-20B hỗ trợ truyền thông 422 hoặc

RS-485, cho phép giao tiếp tiếp theo với các thiết bị ngoại vi và hệ thống điều khiển qua kết nối giao thức tiếp theo

 EtherCAT, CC-Link IE Field Network (ở các phiên bản cao hơn):

Giao thức này hỗ trợ truyền tốc độ cao, phù hợp với việc thực hiện điều khiển thời gian ứng dụng

4 Tín hiệu bảo vệ (Tín hiệu bảo vệ)

 Đầu ra cảnh báo : Tín hiệu cảnh báo (báo động) kích hoạt khi phát

hiện lỗi như quá tải, quá dòng hoặc nhiệt độ lỗi Tín hiệu này thường được truyền đến chính hệ thống điều khiển để kích hoạt trình bảo vệ

 Tín hiệu cảnh báo : Tín hiệu cảnh báo để cảnh báo trước khi xảy ra

lỗi, giúp hệ thống kiểm tra và điều chỉnh trước khi xảy ra lỗi nghiêm trọng

5 Cổng USB và hoạt động giao diện

 USB : Giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm MR Configurator2,

cho phép cấu hình, giám sát và phân tích hoạt động của servo

 Hoạt động giao diện : Một số kiểu máy hỗ trợ màn hình LED/LCD

hỗ trợ hiển thị trạng thái và mã lỗi để dễ dàng kiểm tra trình điều khiểnservo trạng thái

VI Ghép nối truyền thông với giao thức như thế nào? Khoảng cách như thế nào?

1 RS-422/RS-485

 Kết nối : MR-J4-20B được hỗ trợ RS-422 hoặc RS-485, là các chuẩn

truyền thông kết nối phổ biến tiếp theo trong công nghiệp, cho phép nhiều thiết bị ghép nối qua cùng một truyền thông xe buýt

 Tốc độ truyền : Thường đạt từ 9600 bps đến 1 Mbps, tùy thuộc vào

cài đặt và yêu cầu của hệ thống

 Khoảng cách : RS-485 có thể truyền lên đến khoảng 1.200m với tốc

độ chậm hơn (9,6 kbps) và khoảng cách giảm xuống khi tăng tốc độ RS-422 thường được hỗ trợ với khoảng cách tối đa là 1.500m, tùy thuộc vào chất lượng dây dẫn và tốc độ truyền dữ liệu

 Ứng dụng : Được sử dụng để truyền điều khiển dữ liệu từ hệ thống

chính đến trình điều khiển servo hoặc quay ngược lại, cũng như trong các ứng dụng truyền tín hiệu đa điểm (multi-drop)

2 EtherCAT

 Kết nối : EtherCAT là giao thức thời gian thực thi với tốc độ cao,

thường được sử dụng cho các hệ thống điều khiển yêu cầu khả năng phản hồi nhanh MR-J4-20B có EtherCAT hỗ trợ phiên bản hỗ trợ, chophép dễ dàng tích hợp các bộ điều khiển (PLC) và các thiết bị khác qua mạng EtherCAT

 Tốc độ truyền : EtherCAT hoạt động ở tốc độ 100 Mbps.

 Khoảng cách : Đối với EtherCAT, mỗi mạng đoạn có thể kéo dài đến

100m giữa các thiết bị nhờ sử dụng cáp CAT5 hoặc cao hơn, giúp tạo nên các mạng hệ thống lớn hơn với tính ổn định cao

 Ứng dụng : Phù hợp cho các ứng dụng phân tán điều khiển và hệ

thống yêu cầu độ chính xác và tốc độ chậm

3 Mạng lưới hiện trường CC-Link IE

 Kết nối : Đây là giao thức độc quyền của Mitsubishi, có khả năng kết

nối các thiết bị điều khiển như PLC, servo và HMI trên cùng một mạng

 Tốc độ truyền : CC-Link IE Field Network hỗ trợ tốc độ truyền lên

tới 1 Gbps, giúp đảm bảo truyền tải dữ liệu lớn và nhanh chóng

 Khoảng cách : Khoảng cách tối đa giữa hai nút là 100m, nhưng có thể

mở rộng bằng bộ chuyển mạch hoặc thiết bị chuyển mạch

 Ứng dụng : Phù hợp cho các hệ thống tự động hóa lớn, trong các nhà

máy yêu cầu độ tin cậy cao và tốc độ truyền tải nhanh

4 USB (cấu hình và giám sát)

 Kết nối : Cổng USB cho phép MR-J4-20B kết nối trực tiếp với máy

tính để thực hiện cấu hình và giám sát thông tin qua phần mềm MR Configurator2

 Khoảng cách : Với tiêu chuẩn cáp USB, khoảng cách thường không

quá 5m

VII Tìm hiểu về các model cùng loại

1 Công suất điện áp nguồn và tổn thất sinh ra trên mỗi mô tơ servo tại công suất định mức

2 MR-J4-20B và MR-J4-20A khác nhau về điểm gì

Điểm khác biệt chính giữa MR-J4-20B và MR-J4-20A của Mitsubishi là có

khả năng kết nối và giao tiếp Dưới đây là một số cơ sở khác biệt:

2.1 Loại kết nối I/O :

o MR-J4-20B : Dòng "B" có khả năng kết nối mạng bus công nghiệp ,

hỗ trợ thường xuyên SSCNET III/H (Mạng điều khiển hệ thống

servo) - một mạng tốc độ cao do Mitsubishi phát triển, cho phép điều khiển các cuộc khủng hoảng động cơ đồng bộ với tốc độ cao và độ chính xác cao trong hệ thống phức tạp

o MR-J4-20A : Dòng "A" sử dụng kết nối analog và xung I/O , chủ

yếu phù hợp với các ứng dụng đơn giản hơn, có thể điều khiển động

cơ qua tín hiệu xung hoặc analog

2.2 Ứng dụng :

o MR-J4-20B : Thường được sử dụng trong hệ thống phức hợp nhiều

trục, nơi cần có đồng bộ giữa các trục và điều khiển tập trung qua một PLC hoặc bộ điều khiển với SSCNET III/H

o MR-J4-20A : Phù hợp với các hệ thống đơn giản hoặc điều khiển độc

lập, không yêu cầu đồng bộ hóa cao, ví dụ như các ứng dụng chỉ cần điều chỉnh

2.3 Chi phí và hiệu quả :

o MR-J4-20B : Thường có chi phí cao hơn so với việc tích hợp giao

thức mạng SSCNET III/H, nhưng lại mang lại hiệu quả cao trong môi trường sản xuất tự động phức tạp

o MR-J4-20A : Chi phí thấp hơn, phù hợp với các ứng dụng không yêu

cầu điều khiển tốc độ cao, giúp tiết kiệm ngân sách cho các hệ thống nhỏ

2.4 Tốc độ và độ chính xác :

o MR-J4-20B : Với giao thức SSCNET III/H, tốc độ truyền dữ liệu cao

hơn và ổn định hơn so với tín hiệu xung hoặc analog, giúp hệ thống có

độ chính xác cao trong điều khiển vị trí và tốc độ