Đồ án điện công nghiệp mô HÌNH hệ THỐNG ĐỘNG cơ SERVO

1/ Mục lụcChương 1: Phần giới thiệu Chương 2: Cơ sở lý thuyết I- Khái quát chung về máy tiện CNC 7II- Khái quát chung về động cơ servo 8 Chương 3: Linh kiện cấu thành trục Y của hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG CAO ĐẴNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ SERVO

Giảng viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Minh Đức

Cô Nguyễn Thùy Linh

Sinh viên thực hiện : Tô Văn Tính

Ong Dù Sén

Trần Thanh Vũ Nguyễn Hữu Trọng Nguyễn Văn Thương Nguyễn Văn Thành

1/ Mục lục

Chương 1: Phần giới thiệu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

I- Khái quát chung về máy tiện CNC 7II- Khái quát chung về động cơ servo 8

Chương 3: Linh kiện cấu thành trục Y của hệ thống động cơ servo

VI- Bo mạch giao tiếp giữa máy tính và bộ điều khiển 21

Chương 4: Nguyên lý hoạt động của hệ thống động cơ servo 22

I- Bảng tổng hợp kết chi phí

II- Đánh giá thực trạng mô hình

III- Tổng hợp kết quả đạt được

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trong lĩnh vực kĩ thuật công nghiệp những máy công cụ

CNC đang ngày càng phát triển và đã được đưa vào sử dụng rộng rãi

trong các công ty xí nghiệp, máy CNC mang lại những lợi ích to lớn

trong việc nâng cấp chất lượng cùng với số lượng sản phẩm được làm

ra Vì vậy yêu cầu về kỹ thuật và kiến thức lý thuyết cơ bản về những

máy CNC là hết sức cần thiết với các kỹ thuật viên sửa chữa điện

công nghiệp

Do trong quá trình học chúng em có tiếp xúc và biết được hệ thống

động cơ servo còn thiếu trục Y để hoàn thiện, vì lý do đó hôm nay với

sự giúp đỡ của thầy cô, nhóm chúng em đã lựa chọn mô hình trục Y

của hệ thống động cơ servo, là một trong những máy CNC cơ bản để

thực hiện cho đồ án môn điện công nghiệp của nhóm

Đồ án bao gồm 5 chương:

Chương 1:Phần giới thiệu

Chương 2:Phần cơ sở lý thuyết

Chương 3:Phần chức năng linh kiện

Chương 4:Phần nguyên lý hoạt động

Chương 5:Phần tổng kết

Với kiến thức và khả năng hiểu biết có hạn, chắc chắn trong quá

trình thiết kế và thi công sẽ mắc nhiều sai sót Nhóm thực hiện chúng

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến chân tình từ các thầy cô

Nhóm thực hiện chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đếnvới cơ thầy Nguyễn Minh Đức, cô Nguyễn Thùy Linh, cùng với các

thầy cô trường cao đẳng Lý Tự Trọng đã hướng dẫn và giúp đỡ để

chúng em thực hiện đồ án mô hình này

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Ý Kiến Giáo Viên

Chương 1:Phần giới thiệu

I- Thực trạng vấn đề nghiên cứu

Hiện nay trong các nhà máy sản xuất, điều khiển tự động đóng mộtvai trò quan trọng Các cơ cấu tự động điều khiển bởi động cơ bước hayservo được vận hành thông qua máy tính Từ đó đã góp phần mang lạihiệu quả cao cho quá trình thi công sản xuất sản phẩm cả về mặt sốlượng lẫn chất lượng

II- Lý do chọn đề tài

Trong một mô hình thí nghiệm máy tiện CNC gồm 3 trục Nhưng vì

bộ thí nghiệm cần thêm trục y và z để hoàn thiện cho hệ thống servo,trong quá trình tìm hiểu chúng em thấy trục y của động cơ servo phùhợp với khả năng thực hiện và kinh phí cũng nằm trong mức cho phépnên nhóm em đã quyết định chọn trục y để thực hiện cho đề tài củamình

III- Mục tiêu nghiên cứu:

- Tạo ra mô hình đồ án của nhóm, đồng thời đáp ứng phần nào đó cho

nhu cầu trang thiết bị phục vụ việc dạy và học của nhà trường

- Học hỏi và hiểu thêm được phần nào về máy CNC nhằm đáp ứng chocác công việc về sau

IV- Đối tượng nghiên cứu và khách thể

1/ Đối tượng nghiên cứu

Bộ thí nghiệm động cơ servo điều khiển servo trục y gồm:

A Động cơ servo

B Bộ điều khiển cho động cơ servo

C Bàn trượt, Vitme trục y của hệ thống động cơ servo

2/ Khách thể nghiên cứu

Thầy cô và sinh viên khoa điện-điện tử trường cao đẳng kỹ thuật Lý

Tự Trọng

V- Nhiệm vụ nghiên cứu

- Lắp đặt được trục Y vào hệ thống động cơ chính

cách chính xác thông qua bộ điều khiển.

VI- Danh mục tài liệu tham khảo

- catalog minas A series

- Giáo trình động cơ servo

- Wed :http://tailieu.vn/tag/dieu-khien-servo-dc.html

- Wed: http://webdien.com/d/forum.php

VII- Phương pháp nghiên cứu

- Dựa trên các tài liệu và các giáo trình kỹ thuật mạch điện tử, điện côngnghiệp, các tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình kèm theo, cùng một sốthông tin thu thập được trên internet

- Dựa vào sự hướng dẫn của thầy cô, tham khảo ý kiến của ban bè

VII- Kế hoạch thực hiện

Nội dung thực hiện

Thời gian thực hiện

Hoàn thành bộ điều khiển cho trục y của hệ thống servo

4/Thi công phần cơ của trục Y

Từ ngày 6/11/2014 đến ngày 18/11/2014

Hoàn thành sơ bộ trục Y cho động cơ servo

5/Lắp đặt phần điều khiển và phần cơ lên hệ thống động cơ servo

Từ ngày 21/11/2014 đến ngày 29/11/2014

Hoàn thành việc lắp đặt lên động cơ chính

6/ Thử nghiệm và đưa ra bản báo cáo

Từ ngày 30/11/2014 đến ngày 5/12/2014

Sữa chữa hoàn thiện và đánh giá bản báo cáo, các lổi sửa chữa bao gồm:điện áp nguồn vào không đủ, động cơ chỉ quay thuận.

7/Tổng hợp và làm báo cáo tường trình

Từ ngày 6/12/2014 đến ngày 24/12/2014

Hoàn thành bản báo cáo tường trình

8/Bảo vệ đồ án

Ngày 26/12/2014

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

I- Khái quát chung về máy tiện CNC:

Máy tiện CNC có cấu tạo tương tự như máy tiện thông thường Đốivới máy tiện thông thường, khi gia công cắt gọt chi tiết được phải theodõi vị trí dao cắt, thao tác kịp thời để tạo ra những chi tiết đạt yêu cầu kỹthuật, độ chính xác và năng suất tốt, vì vậy nó phụ thuộc rất nhiều vàotrình độ tay nghề người điều khiển Ở máy tiện CNC do được hoạt độngtheo một chương trình đã được lập trình theo một quy tắc chặt chẽ phùhợp với quy trình công nghệ được soạn thảo và phần mềm được cài đặttrong máy từ đó hiệu quả làm việc của máy tiện CNC sẽ cao hơn, lúcnày người điều khiển máy sẽ đóng vai trò theo dõi và kiểm tra các chứcnăng hoạt động của máy tiện CNC

-So sánh cấu trúc máy tiện công cụ thông thường và máy tiện CNC:+ Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy công cụ vạnnăng Sự khác nhau thật sự là ở chỗ các bộ phận liên quan đến tiến trìnhgia công của máy công cụ CNC được điều khiển bởi máy tính

+ Các hướng chuyển động của các bộ phận máy công cụ CNC được xácđịnh bởi một hệ trục tọa độ

+ Mỗi chuyển động của các bộ phận máy có một hệ thống đo riêng đểtính toán các vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này về hệ điềukhiển

- So sánh chức năng máy công cụ thông thường và máy tiện CNC:

+ Nhập dữ liệu: máy tiện CNC dùng chương trình phần mềm CNC

chuyên biệt để vận hành máy

+ Điều khiển: Máy tính được tích hợp trong hệ điều khiển CNC và phần

mềm sẽ kiểm soát toàn bộ các chức năng điều khiển của máy công cụ

+ Kiểm tra: Trên máy công cụ CNC, kích thước của chi tiết gia công

được đảm bảo trong suốt quá trình gia công với sự phản hồi liên tục của

hệ thống đo

II- Khái quát về động cơ servo

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín, tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điềukhiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trongnhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các

mô hình máy bay và xe hơi

Hình 1: Cấu trúc động cơ servo

1- Motor

2- Mạch điều khiển

3- Dây nguồn dương(màu đỏ)

4- Dây nguồn âm(màu đen)

10- Bộ điều khiển dữ liệu

Chương 3: Chức năng linh kiện cấu thành trục Y của

hệ thống động cơ servo

Bao gồm các bộ phận : Động cơ servo, bộ điều khiển, trục vitme,thanh trượt, bàn trượt, cổng USB kết nối với máy tính, bo mạch giaotiếp, biến áp bộ nguồn

I- Bộ điều khiển (Minas A-Series) :

Bao gồm các đầu nối, các ngõ vào ra để qua đó điều khiển động cơ

servo hoạt động Các ngõ ra bao gồm đầu 25 chân dùng để điều khiểncho động cơ hoạt động, đầu 15 chân dùng để đưa vào encoder dùng đểđiều khiển chiều quay và xác định vị trí.

Hình 3.1.1 Bộ điều khiển và động cơ servo

- Bộ điều khiển động cơ servo có chức năng biến đổi tần số này thànhtần số khác, tần số càng cao động cơ quay càng nhanh theo công thức: n

¿60 f

p Do động cơ có số đôi cực không thay đổi, nên khi ta tăng tần số thì

số vòng quay tăng lên và ngược lại

Bộ điều khiển động cơ servo:

Hình 3.1.2 Vị trí các phím và đầu nối dây

1-Khung

2- Led hiển thị

3- Phím nhập dữ liệu

: di chuyển đến hình trước

: thay đổi dữ liệu /chọn thông số

4- Đầu nối đến tín hiệu điều khiển

5- Đầu nối đến bộ mã hóa vòng quay encoder

6- Set : Phím chọn hiển thị hoặc thực thi hiển thị

7- Mode : Phím chọn chế độ

8- U,V,W: dây đấu vào động cơ

Dây đỏ nối đến U

Dây trắng hoặc vàng nối đến V

Dây đen nối đến W

Dây xanh nối đến vỏ

9-Dây nối đất

10-Công tắc quay

11-Kiểm tra nguồn

Hình 3.1.3 Sơ đồ các đầu dây điều khiển

Hình 3.1.4 Vị trí các chân trên jack cắm nối đến các thiết bị điều khiển

Nguồn cung

cấp

Nguồn của tínhiệu điều khiển

Ngõ vào cấmquay thuận

Ngõ ra vị trícuối hay tốc độ

đã đặt

Ngõ vào giới hạn moment quay thuận

Ngõ vào giớihạn momentquay ngược

Ngõ vào điềukhiển moment TRQRGND 1415Tín hiệu hiển

thị tốc độ

Tín hiệu hiểnthị moment

Ngõ vào xungđiều khiển

Ngõ vào xungđiều khiển SIGN1SIGN 2 56Ngõ vào xóa bộ

Cấm xung điềukhiển

Hình 3.1.5 Vị trí các chân trên jack cắm nối đến encoder:

II- Động cơ servo

Được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra củađộng cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc

và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý donào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhậnthấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếptục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Hình 2 Cấu tạo bên ngoài động cơ servo

III- Encoder

Khái niệm: Là 1 loại cảm biến vị trí, đưa ra thông tin về góc quay củađĩa quay dưới dạng số, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặcbất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc Encoder quay quang cònđược gọi là bộ mã hóa vòng quay

Hình 3.3.1 Encoder

Hình 3.3.2 Cấu tạo encoder

Nguyên lý hoạt động của encoder : Nguyên lý cơ bản của encoder làmột đĩa tròn xoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ (hoặc rãnh) Dùngđèn led chiếu lên mặt đĩa Khi quay, chỗ không có lỗ (rãnh) thì đènkhông thể chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh) thì đèn sẽ chiếu xuyênqua Phía mặt bên kia của đĩa được đặt một cảm biến thu Với các tínhiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, ta ghi nhận được đèn led cóchiếu qua lỗ hay không.

chiều quay Tốc độ

Hình 3.3.3 Sơ đồ khối động của hệ thống động cơ servo

IV- Trục vít me và thanh trượt

Trục vít me đai ốc bi sẽ biến chuyển động quay thành chuyển độngtịnh tiến của bàn máy

Thanh trượt dùng để di chuyển phôi để đến vào vị trí cần tiện mộtcách chính xác

Bàn trượt tịnh tiến theo trục vít me đưa phôi đến vị trí cần thi công

Nguyên lý hoat động: Bộ điều khiển nhận tín hiệu về chiều quay và tín

hiệu xung điện Ứng với mỗi tín hiệu xung điện, bộ điều khiển sẽ đưa ratín hiệu điện thế để làm cho động cơ quay một góc nhất định nào đó Từ

đó trục vít me đai ốc bi sẽ biến chuyển động quay thành chuyển độngtịnh tiến của bàn trượt

Bộ khuếchđại

Thông số

điều khiển

Dữ liệu Motor servo

Encoder

Hình 3.4.1 Thanh trượt và trục vitme

Hình 3.4.2 Bàn trượt

Hình 3.4.3 Phần cơ của động cơ servo

V- Biến áp bộ nguồn

Khái niệm MBA:

MBA là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lí cảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

Cấu tạo MBA:

Lõi thép (hay mạch từ) dùng tập trung đường sức từ thông để hình

thành hiện tượng cảm ứng điện từ Lỏi thép được ghép thành từ các láthép rời có độ dầy từ 0,35 mm đến 0,5 mm Lá thép kỹ thuật điện là hợpchất của sắt và Silic, hàm lượng Silic từ 1% đến 4%

Bộ dây sơ cấp hay ngõ vào biến áp nhận điện năng từ nguồn cấp vào

biến áp

Bộ dây thứ cấp hay ngõ ra của biến áp cấp điện năng đến tải.

Các thông số định mức của máy biến áp:

Điện áp định mức

Dòng điện định mức

Công suất biểu kiến định mức

Ở hệ thống servo biến áp dùng để cấp nguồn cho bộ điều khiển động cơ (Từ 3 pha 380V, ta lấy 1 đầy dây pha và đầu dây trung tình để lấy

nguồn 110V cấp cho bộ điều khiển)

Hình 3: Ảnh biến áp bộ nguồn

VI- Bo mạch giao tiếp giữa máy tính và bộ điều khiển động

cơ servo

Có rất nhiều loại mạch giao tiếp, tùy thuộc vào yêu cầu chế tạo, chế

độ làm việc của từng loại máy CNC để thiết kế mạch giao tiếp cho phùhợp với máy Mạch giao tiếp có nhiệm vụ kết nối giữa máy tính và bộđiều khiển động cơ, đồng thời khi tín hiệu qua mạch đệm sẽ được ổnđịnh hơn về đường truyền và bảo vệ cho cổng USB của máy tính khixảy ra sự cố

Trên thực tế thì máy tính hoàn toàn có khả năng kết nối trực tiếp đếncác thiết bị điều khiển, nhưng nếu làm như vậy thì nguy cơ rủi ro, hưhỏng là khá cao Bởi vậy chúng ta nên sử dụng đến mạch giao tiếp để cóthể đảm bảo an toàn cho máy làm việc

Hình 4: Ảnh mạch giao tiếp máy tính

a VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4550 là một trong những PIC hỗ trợ

đầy đủ các tính năng cho USB, nghĩa là ta nối trực tiếp cácchân USB của vi điều khiển tới máy tính mà không cần mạchkéo hay bất cứ mạch gắn ngoài nào khác

b 1 Tụ 470u : Nạp xả

Hình 4.1.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống động cơ

Hình 4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ servo

Chức năng của từng khối:

- Khối tín hiệu điều khiển: truyền tín hiệu điều khiển từ máy tính đến

bo mạch giao tiếp thông qua chương trình CNC USB

- Khối bo mạch giao tiếp: tiếp nhận thông tin từ máy tính, đồng thời dùng để ổn định tín hiệu xuất ra

- Khối điều khiển: nhận tín hiệu từ mạch giao tiếp, thực hiện các lệnhđiều khiển do tín hiệu đưa vào để tạo ra sự di chuyển của động cơ

- Khối động cơ servo: nhận tín hiệu điều khiển và hoạt động theo tín hiệu điều khiển của máy tính

Nguyên lý làm việc của hệ thống động cơ servo:

Tín hiệu điều khiển gia công từ máy tính sẽ được truyền qua cổngUSB đến bo mạch giao tiếp, bo mạch giao tiếp sẽ truyền tín hiệu đến

cơ cấu chấp hành chính là động cơ servo, tín hiệu điều khiển đưa đến

bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ xử lý tín hiệu để điều khiển động cơhoạt động, và hệ thống encoder phản hồi vị trí và chiều quay về máytính thông qua cổng USB Từ đó sẽ điều chỉnh động cơ quay và đưaphôi di chuyển trên thanh trượt thông qua trục vitme để đến vị trí cầngia công

Động cơ Servo

Bộ điều khiển

Bo mạch giao tiếp

Tín hiệu

đưa vào

từ máy

tính

Hình 4.1.2 Ảnh bên trong tủ điều khiển

Hình 4.1.3 Ảnh bên ngoài tủ điều khiển

-Trong quá trình vận hành thường xuất hiện lỗi ở bộ điều khiển.

III/ Tổng hợp kết quả thực hiện

- Điều khiển được trục y của động cơ servo hoạt động một cách cóhiệu qua thông qua máy tính,đáp ứng được mục tiêu ban đầu đề ra

- Nhóm thực hiện đã phần nào tiếp cận đó tiếp cận được với các thiết

bị máy công cụ CNC và ứng dụng của nó ngoài thực tế