Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU6LỜI CẢM ƠN8LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN9CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC FX2N, HMI PROFACE VÀ ĐỘNG CƠ SERVO111.1 Giới thiệu PLC MITSUBISHI họ FX2N111.1.1 Đặc điểm111.1.2 Đặc tính kỹ thuật121.1.3 Sơ đồ đấu dây171.2 Tập lệnh cơ bản trên bộ PLC FX.191.2.1 Định nghĩa chương trình191.2.2 Các thiết bị cơ bản dùng trong lập trình.191.3 Giới thiệu về HMI Proface GP377R241.3.1 Đặc điểm241.4 Tổng quan về động cơ servo và điều khiển281.4.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo281.4.2 Sơ đồ khối của hệ thống servo281.4.3 Tìm hiểu về dòng sản phẩm Servo MINAS A của Panasonic291.4.5 Bộ điều khiển Driver31CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP GHÉP NỐI PLC VỚI HMI VÀ ĐỘNG CƠ SERVO382.1 Ghép nối PLC FX2N với màn hình HMI Proface382.1.1 Phương pháp truyền thông382.1.2 Cài đặt kết nối cho HMI Proface402.1.3 Lỗi truyền thông442.2 Ghép nối PLC FX2N với động cơ SERVO442.2.1 Kết nối phần cứng giữa PLC với Driver442.2.2 Điều khiển hệ truyền động điện động cơ servo sử dụng PLC FX2N47CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TÍCH HỢP PLC, HMI VÀ ĐỘNG CƠ SERVO CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ543.1 Yêu cầu công nghệ553.2 Đấu nối phần cứng553.2.1 Kết nối HMI Proface với PLC FX2N553.2.2 Kết nối phần cứng giữa PLC và Driver563.2.3 Kết nối động cơ servo với driver573.3 Phần mềm hệ thống593.3.1 Thiết kế giao diện HMI Proface59CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN784.1. Kết Luận784.2 Hướng phát triển78TÀI LIỆU THAM KHẢO80
1 DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN MỤC LỤC Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày , phát triển công nghệ kĩ thuật diễn nhanh chóng toàn giới Những thành tựu kĩ thuật ứng dụng nhiều lĩnh vực, đặc biệt ngành công nghiệp Một thành tựu khoa học kỹ thuật ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điều khiển Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống thiết bị lập trình PLC, vi xử lý, vi điều khiển để điều khiển trình, dây chuyền công nghiệp ứng dụng đơn giản sống Tuy nhiên, việc kết nối điều khiển điều khiển cấu chấp hành gặp nhiều khó khăn Vì nhóm chúng em định chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng mô hình tích hợp hệ điều khiển HMI, PLC động servo cho toàn điều khiển vị trí” để tìm hiểu thêm ghép nối thiết bị hệ thống hoàn chỉnh Đề tài chũng em thực với mục đích: xây dựng mô hình viết chương trình cho hệ thống điều khiển vị trí động servo hình cảm ứng HMI Proface Đối tượng nghiên cứu - PLC Misubishi FX2N hãng Misubishi - Motor servo MINAS-A-Series hãng Panasonic - Viết chương trình điều khiển phần mềm GX Developer V8 - Thiết lập giao tiếp PLC Mitsubishi FX2N với HMI Pro-Face - Thiết kế giao diện HMI Pro-Face để điều khiển giám sát hệ thống Phạm vi nghiên cứu -Vì lý kinh tế điều kiện khách quan, đề tài dừng lại việc làm mô hình điều khiển đơn giản để mô tả hoạt động hệ thống servo Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN - Nghiên cứu thành công đề tài tiền đề trang bị kiến thức để làm việc với hệ thống điều khiển sau Tình hình nghiên cứu - Việc nghiên cứu đòi hỏi phải tham khảo nhiều tài liệu tìm hiểu thực tế - Chưa có nhiều đề tài nghiên cứu lĩnh vực Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu hệ thống điều khiển nhà máy gia công khí - Tìm nghiên cứu tài liệu có liên quan tới hệ thống, cách sử dụng phần mềm lập trình, thiết kế giao diện cho hệ thống… - Lập trình, kết nối thiết bị hệ thống - Làm mô hình - Kiểm tra chạy thử hiệu chỉnh mô hình Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo khoa điện đặc biệt thầy giáo Th.S Nguyễn Đăng Toàn, giáo viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người trực tiếp hướng dẫn cho chúng em kiến thức để hoàn thành đồ án Là kỹ sư điện tương lai em hiểu rỏ tầm quan trọng việc điều khiển tối ưu cho hệ thống điều khiển tự động Do kiến thức có hạn chưa có kinh nghiệm thực nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót, em kính mong thầy giáo thầy cô giáo khoa xem xét góp ý để em hoàn thành đồ án tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo! Hà Nội tháng 5/2014 Sinh viên thực Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC FX2N, HMI PROFACE VÀ ĐỘNG CƠ SERVO 1.1 Giới thiệu PLC MITSUBISHI họ FX2N 1.1.1 Đặc điểm Hình 1: PLC Mitsubishi họ FX2N PLC FX loại PLC micro hãng MISUBISHI có nhiều tính mạnh mẽ Loại PLC tích hợp sẵn I/O CPU Đây dòng PLC có tính mạnh dòng FX FX2N (hình 1.1) trang bị tất tính dòng FX1N, tốc độ xử lý tăng cường, thời gian thi hành lệnh giảm xuống cỡ 0.08us FX2N thích hợp với toán điều khiển với số lượng đầu vào khoảng 16-128 đầu vào ra, trường hợp cần thiết FX2N mở rộng đến 256 đầu vào Tuy nhiên, trường hợp mở rộng số lượng I/O lên 256, FX2N làm lợi giá không gian lắp đặt FX2N Bộ nhớ FX2N 8Kstep, nhớ RAM mở rộng đến 16Kstep cho phép thực toán điều khiển phức tạp Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 10 Module mở rộng nhiều chủng loại Analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí, Module mạng Cclink, Profibus… Ngoài có board mở rộng (Extension Board) Analog, board dùng cho truyền thông chuẩn RS232, RS422, RS485, USB FX2N trang bị hàm xử lý PID với tính tự chỉnh, hàm xử lý số thực đồng hồ thời gian thực tích hợp sẵn bên Những tính vượt trội với khả truyền thông, nối mạng nói chung dòng FX1N đưa FX2N lên vị trí hàng đầu dòng FX, đáp ứng tốt đòi hỏi khắt khe ứng dụng sử dụng hệ thống điều khiển cấp nhỏ trung bình FX2N thích hợp với toán điều khiển sử dụng dây chuyền sơn, dây chuyền đóng gói, xử lý nước thải, hệ thống xử lý môi trường, điều khiển máy dệt, dây truyền đóng, lắp ráp tàu biển Để lập trình PLC ta sử dụng phần mền sau: FXGP WIN E, GX Developer.6 Các phương pháp lập trình như: Ladder, Instruction, SFC Một PLC gồm có: Tín hiệu ngõ vào: X Tín hiệu ngõ ra: Y Bộ định thời Timers: T Bộ đếm Counter: C Các cờ nhớ PLC: M S 1.1.2 Đặc tính kỹ thuật Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 69 Hình 3.15 : Tab Address settings Sau cài đặt thuộc tính t tag ta nhấn OK giữ chuột trái quét toàn lên nút ấn Bit Swich vừa tạo (nút START) t tag phủ lên nút Bit Swich - Tương tự tạo nút START ta tạo nút ấn STOP với thiết lập địa PLC M51 nhãn STOP - Tương tự tạo nút START ta tạo nút TIME với thiết lập địa PLC D30, nhãn TIME - Cũng làm theo cách tạo nút chuyển trang trình bày phần tạo hình B1 ta tạo nút chuyển trang hình hình B1 Nút thứ có nhãn ABOUT để chuyển hình B1 nút thứ có nhãn RUN để chuyển hình B1 - Tạo Keypab input display: Mục đích: nhập giá trị tọa độ cần khoan cho địa D10,D20 PLC B1: Kích chọn biểu tượng Keypad Input Display công cụ Trên hình cửa sổ với Tab General Settings mnhư hình 3.16 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 70 Hình 3.16 : Tab General Settings Trong đó: 1: Hình ảnh bàn phím thị 2: Nhập địa Word dùng để lưu trữ liệu hiển thị 3: Khi "Bit" chọn cho tùy chọn "Bắt đầu vào", nhập vào kích hoạt bàn phím vào chế độ chờ cho đầu vào quan trọng Sử dụng bàn phím để nhập khóa nhập liệu B2: Tab Display format hình 3.17 Trong đó: 1: Chọn liệu hiển thị 2: ChọnLenghth liệu định dạng liệu 3:+ No of display digits:Dấu thập phân không bao gồm chữ số thị + Decimal places: chữ số sau dấu thập phân +Character size: kích thước Hình 3.17 : Tab Display format B3: Tab shape/color: cài đặt màu sắc, hình dạng cho bàn phím Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 71 Sau cài đặt thông số xong ta chọn OK đặt bàn phím vào vị trí phù hợp Tương tự ta thực tạo bàn phím khác để nhập giá trị tọa độ điểm vào địa D40,D44 cho PLC Sau hoàn thành ta kết hình Control System hình 3.18 Hình 3.18 : Màn hình Control System (B2) Truyền liệu từ máy tính xuống hình Proface Sử dụng cable GPW-CB03 để tải liệu lập trình từ máy tính xuống hình Proface 3.3.2 Lập trình PLC Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 72 a.Bảng định địa Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 73 - Bảng định địa đầu vào Đầu vào START STOP X1,X2 Y1,Y2 TIMER JOG X JOG Y Địa M50 M51 D10, D40 D20, D44 D30 M101, M102 M100, M103 Chức Khởi động hệ thống Dừng hệ thống Nhập tọa độ trục X Nhập tọa độ trục Y Thời gian chạy Chạy thử trục X Chạy thử trục Y Bảng 3.2.Bảng định địa đầu vào -Bảng định địa đầu Đầu Địa Chức Y0 Phát xung tốc độ cao trục X Y1 Phát xung tốc độ cao trục Y Y2 Điều hướng trục X Y3 Điều hướng trục Y Y4 Cấp điện khối tải Y6 Báo lỗi nhập sai vị trí Y7 Báo lỗi nhập sai thời gian Bảng 3.3.Bảng định địa đầu Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 74 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 75 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 76 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 77 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 78 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 79 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 80 b.Sơ đồ thuật toán: chương trình PLC trình bày hình 3.19 Start Nhập tọa độ x, y Thời gian t Nhấn nút Start saisaiBáo lỗi nhập sai tọa độ Y6 ≤ x ≤ xmax ≤ x ≤ ymax Báo lỗi nhập sai thời gian Y7 f = ≤ 32760 Phát xung sai M8029 = Đẩy xi lanh Trễ 2s Quay động END Hình 3.19 Sơ đồ thuật toán điều khiển PLC Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 81 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết Luận Đồ án hoàn thành tiến độ đạt yêu cầu đề sau: - Tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật thiết bị: PLC FX2N Hiểu nguyên lý hoạt động nắm đươc phương pháp điều khiển hệ thống servo - Sử dụng phần mềm GX Developer phần mềm ProPBWin C-Package03 - Chạy thành công hệ thống mô hình thật Với đồ án: “Nghiên cứu, xây dựng mô hình tích hợp hệ điều khiển HMI, PLC động servo cho toán điều khiển vị trí ”, sau thời gian làm đồ án, hướng dẫn thầy Nguyễn Đăng Toàn, đến chúng em hoàn thành nội dung đồ án Do thời gian có hạn nên tránh khỏi thiếu sót, em mong bảo, giúp đỡ thầy cô bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Đồng thời giúp chúng em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Đăng Toàn giúp em hoàn thành đồ án 4.2 Hướng phát triển Như biết điều khiển chuyển động lĩnh vực đa dạng phát triển nhanh ngành điều khiển tự động hóa Sự phát triển công nghiệp đòi hỏi xác đến tuyệt đối sản phẩm gia công.Chính điều ngày máy gia công khí tích hợp hệ thống điều khiển có khả đáp ứng yêu cầu cao Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 82 chất lượng sản phẩm.Cấu thành nên hệ thống điều khiển có đóng góp quan trọng hệ thống servo Do qua đồ án thấy hướng phát triển cao từ hệ thống ghép nối được, xây dựng cách thức phương pháp để điều khiển hệ thống, đặc biệt việc điều khiển xác vị trí sử dụng hệ truyền động điện động Servo để từ tạo máy móc, dây chuyền sản xuất tự động, phục vụ nhà máy, xí nghiệp giúp nâng cao suất, chất lượng sản phẩm tăng cường tính tự động hóa trình sản xuất Đồng thời từ việc sử dụng HMI proface để điều khiển hệ thống đồ án phát triển lên để xây dựng thành hệ thống SCADA có khả quản lý từ xa toàn hệ thống thiết bị Khi có cố phân đoạn hệ thống tự động phân tích gửi về, người vận hành nhận tín hiệu thông báo qua giao diện người máy( Human Machine Interface, HIM) phần mềm điều khiển Người vận hành cần ngồi bàn điều khiển trung tâm, theo dõi giám sát toàn hệ thống thay phải chạy xuống tận chỗ để kiểm tra có cố xảy hệ thống Từ điều ta có thấy tính ứng dụng to lớn đồ án thực tiễn, từ giup chúng em co thêm kiến thức kinh nghiêm trình làm việc sau Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] giáo trình môn học PLC MITSUBISHI-Lê Hoàng Vinh Đào Duy Khương Tái tháng năm 2006 [2]Lâm Tăng Đức Nguyễn Kim Ánh – Giáo trình điều khiển Logic – Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3]Lâm Quỳnh Trang – Lê Trọng Hiền – Nguyễn Minh Trung – Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh - Chương trình PFIEV.Động servo [4] http:www.profaceamerica.com [5] Internet Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN [...]... dụng điều khiển bởi các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao Thay vào đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho tốc độ và vị trí trong truyền động thay đổi tần số xoay chiều, các động cơ bước và truyền động vòng kín cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác Hiện nay có một số xu hướng trong điều khiển động cơ Trong một số trường hợp, ... thiết được tự động tạo ra Vì vậy, nó tạo ra một môi trường điều khiển kín Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệ tùy động servo, hay chỉ đơn giản là servo Điều khiển servo là một quá trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động cơ trên cơ sở động học của các tín hiệu vào như vị trí, tốc độ hay mômen Trong quá khứ người ta sử dụng các mạch tương tự để thực hiện điều khiển servo, nhưng... kiện điện Và nhiều hệ thống tự động khác… Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 29 1.4 Tổng quan về động cơ servo và điều khiển 1.4.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá Các khái niệm và công nghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những hệ thống servo chuyên... hiệu số (DSP) đã tạo ra một công nghệ mới cho sự lựa chọn trong nhiều ứng dụng 1.4.2 Sơ đồ khối của hệ thống servo Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 30 - Sơ đồ khối hệ truyền động servo (hình 3.1) Hình 1.9 : Hệ truyền động servo - Sơ đồ khối điều khiển động cơ servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ (hình 3.2) Hình 1.10 : Sơ đồ khối phản hồi của hệ truyền động dùng servo Trong đó phần A B C là phần... là điều khiển tốc độ, gia tốc, mômen hoặc các thuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển đầu vào là từ phía con người, chẳng hạn như qua bảng điều khiển Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc về phạm trù điều khiển vòng hở Trong một số trường hợp khác, động cơ phải tự động đưa ra các đáp ứng với các tác động thời gian thực Các đáp ứng đối với các tác động này được quan sát và các điều. .. màn hình hiển thị của Driver - Màn hình hiển thị của driver cho ta các thông tin về Mod điều khiển, các tín hiệu đầu vào vị trí, tốc độ, moment, sự cố lỗi và cho phép cài đặt các thông số (hình 1.15) Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 35 Hình 1.15 : Màn hình hiển thị của Driver - Việc cài đặt thông số được thực hiện bằng các key Chức năng của từng key được thể hiện ở hình 1.16 Hình 1.16 : Các key và. .. hình 1.8 A: Màn hình hiển thị Màn hình hiển thị là màn hình hiển thị cài đặt và các dữ liệu tương ứng từ PLC GP377RT TFT loại màn hình màu LCD B: Phím cảm ứng Thực hiện bất kỳ hoạt động thay đổi màn hình và gửi dữ liệu đến PLC C: LED trạng thái Đèn theo tình trạng hoạt động LED OFF Green Trạng thái GP Tắt nguồn Hoạt động bình thường Orange Lỗi đèn nền D: Nguồn cấp cho GP E: Cổng giao tiếp mở rộng Hình. .. Panasonic Động cơ servo Hình 1.11 : Hình ảnh về motor servo của Panasonic Trên nhãn của động cơ đã cung cấp một số thông số kĩ thuật quan trọng của động cơ như model, nguồn cấp, loại encoder… một ví dụ như hình 1.12 Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 32 Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 33 Hình 1.12 : Nhãn động cơ servo cung cấp một số thông số kỹ thuật cần thiết 3.2.2 Bộ điều khiển Driver Thông số kỹ thuật... các đầu vào ra, cấp nguồn…) Hình 1.13 là hình ảnh tổng quát về Driver Servo của hãng Panasonic, dựa vào đó ta có thể biết được các phím chức năng, đầu vào ra… của Driver Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 34 Hình 1.13 : Hình ảnh tổng quát về Driver Servo của hãng Panasonic - Nhãn của Driver cũng cung cấp cho ta một số thông số kĩ thuật cần thiết như điện áp đầu vào, loại encoder… (Hình 1.14) Hình 1.14... Doubling & Stacking Machine - Cao ốc: Hệ thống điều khiển và giám sát việc tiêu thụ điện của các cao ốc - Hóa học: Hệ thống xử lý nước thải, máy đúc chân không, hệ thống máy lọc và làm sạch dầu Nhóm SVTH Lớp TĐH 1 – K5 KHOA ĐIỆN 28 - Công nghiệp ôtô: Hệ thống bán vé tự động, quảng cáo, hệ thống đọc mã vạch… - Thép: Dây chuyền mạ, các loại máy CNC… - Xây dựng: Các hệ thống cân, các trạm trộn bê tông… ... nghiệm thực nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót, em kính mong thầy giáo thầy cô giáo khoa xem xét góp ý để em hoàn thành đồ án tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo! Hà Nội tháng 5/2014 Sinh... 1.1.3 Sơ đồ đấu dây Hình 2: Sơ đồ đầu vào PLC FX2N a Sơ đồ đấu dây ngõ vào Ngõ vào PLC FX2N đấu dây theo sơ đồ hình 1.3 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 17 Hình 3: Sơ đồ đấu dây ngõ vào b Sơ đồ đấu... 2.1: Các phương pháp kết nối Trong đồ án cable sử dụng cable serial RS-232C Sơ đồ chức chân cable thể hình 2.2 Nhóm SVTH Lớp TĐH – K5 KHOA ĐIỆN 40 Hình 2.2 : Sơ đồ, chân cable Nhóm SVTH Lớp TĐH