ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CÁNH TAY ROBOT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ AC SERVO THÔNG QUA PLC CỦA HÃNG MITSUBISHI

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là nghành điện tự động hóa đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Điều khiển chuyển động trong các hệ thống ngày càng đòi hỏi cao về độ chính xác, tính đáp ứng của máy móc trong hệ thống. Động cơ Servo cũng thay đổi và cải tiến liên tục để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe trong các hệ thống này như momen cao hơn, kích cỡ nhỏ hơn, khả năng phản hồi vị trí tuyệt đối và khả năng điều khiển được bằng phần mềm. Vì vậy mà động cơ Servo ngày càng được ứng dụng rộng rãi và được ưu tiên sử dụng hàng đầu trong công nghiệp. Máy tính ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực Công nghệ và nghành tự động hóa cũng nằm trong xu hướng tất yếu đó. Với sự tiện nghi của máy tính cùng với trí tuệ tuyệt vời của con người đã tạo ra những phần mềm có thể kết nối động cơ servo với PLC, màn hình HMI…qua đó việc điều khiển, giám sát trở nên dễ dàng, linh hoạt và tốn ít sức lực hơn nhiều so với trước đây.

MỤC LỤC Trang

LỜI MỞ ĐẦU 3

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

1.4 ƯU ĐIỂM VÀ THIẾU SÓT KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 7

1.5 Ý NGHĨA VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.5.2 THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 8

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CÓ SỬ DỤNG 11

2.1 THIẾT BỊ CƠ KHÍ VÀ KHÍ NÉN

2.1.1 MÁY CẤP NGUỒN KHÍ

2.1.2 VAN VÀ ỐNG KHÍ NÉN

2.1.3 XY LANH KHÍ NÉN 12

2.2 THIẾT BỊ ĐIỆN 13

2.2.1 BỘ NGUỒN 24V

2.2.2 THIẾT BỊ KHÍ CỤ, RƠ LE VÀ CÁC THIẾT BỊ NHỎ

2.2.3 CẢM BIẾN VÀ CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 14

2.3 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH 15

2.3.1 PLC FX3U-16MR

2.3.1.1 KHÁI QUÁT VỀ DÒNG PLC MISUBISHI

2.3.1.2 PHƯƠNG PHÁP ĐẤU DÂY NGÕ VÀO, NGÕ RA PLC 17

2.3.1.3 CÁC VÙNG NHỚ TRÊN HỌ PLC FX 19

2.3.1.4 ĐẶC TÍNH NGÕ VÀO, NGÕ RA 22

2.3.1.5 CÁC TẬP LỆNH CƠ BẢN TRÊN BỘ PLC FX 23

2.3.1.6 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH GX-DEVELOPER 55

2.3.2 FX2N-16EX 58

2.3.3 FX2N-1PG

2.3.4 BỘ DRIVER VÀ ĐỘNG CƠ SERVO YASKAWA SGDM-02ADA 61

2.3.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.3.4.2 GIỚI THIỆU VỀ SERVO YASKAWA SGDM 62

2.3.5 MÀN HÌNH PRO-FACE GP377R-TC11-24V 84

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 88

3.1 ĐỊA CHỈ I/O

3.2 LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG 89

3.3 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 90

3.4 TÓM TẮT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 92

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 106

4.1 KẾT LUẬN

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc cách mạng khoa học – công nghệ trên thế giới đang phát triển với nhịp

độ ngày càng nhanh Với những thành tựu khoa học đạt được, đặt biệt là công nghệ

tự động hóa, công nghệ vật liệu, công nghệ thông tin – truyền thông, công nghệ sinh học, v.v…, xã hội loài người đang dần chuyển giao từ nền văn minh công nghiệp sang nền văn minh tự động hóa

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và hợp tác quốc tế về khoa học – công nghệ đang được đẩy mạnh đã tạo điều kiện cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam

có cơ hội rút ngắn quá trình công nghiệp hóa Trước tình hình đó, chiến lược phát triển khoa học – công nghệ của Việt Nam là cần cập nhật công nghệ từ các nước phát triển nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu phát triển của các nghành kinh tế - kỹ thuật và tiếp thu có hiệu quả thành tựu khoa học – công nghệ hiện đại của thế giới Đối với lĩnh vực tự động hóa, mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tự động nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả sản xuất đã được Bộ khoa học ưu tiên hàng đầu Trong đó tập trung vào vấn đề tự thiết kế, xây dựng phần mềm, lắp ráp, bảo trì, vận hành các hệ thống điều khiển, giám sát thu thập và xử lý số liệu, ứng dụng công nghệ tự động hóa tích hợp toàn diện nhằm nâng cao hiệu quả cho toàn

bộ quá trình sản xuất, ứng dụng rộng rãi công nghệ tự động hóa đo lường và xử lý thông tin phục vụ cho các nghành sản xuất

Nhằm đóng góp cho sự phát triển của đất nước, nắm bắt được tính cấp thiết của vấn đề này trong thực tiễn ngày nay, đồng thời kết hợp với những kiến thức chuyênmôn của một kỹ sư Điện Tự Động tương lai, em đã chọn đề tài:

“ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CÁNH TAY ROBOT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ AC

SERVO THÔNG QUA PLC CỦA HÃNG MITSUBISHI ”

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ( Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ( Ký và ghi rõ họ tên)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là nghành điện tự động hóa đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp Điều khiển

chuyển động trong các hệ thống ngày càng đòi hỏi cao về độ chính xác, tính

đáp ứng của máy móc trong hệ thống Động cơ Servo cũng thay đổi và cải tiến

liên tục để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe trong các hệ thống này như momen cao hơn, kích cỡ nhỏ hơn, khả năng phản hồi vị trí tuyệt đối và khả

năng điều khiển được bằng phần mềm Vì vậy mà động cơ Servo ngày càng

được ứng dụng rộng rãi và được ưu tiên sử dụng hàng đầu trong công nghiệp Máy tính ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực Công nghệ và nghành tự động hóa cũng nằm trong xu hướng tất yếu đó Với sự tiện nghi của máy tính cùng với trí tuệ tuyệt vời của con người đã tạo ra những phần mềm có thể kết nối động cơ servo với PLC, màn hình HMI…qua đó việc điều khiển, giám sát trở nên dễ dàng, linh hoạt và tốn ít sức lực hơn nhiều so với trước đây

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu đạt được sau khi hoàn thành đề tài : nắm được cách lâp trình PLC Mitsubishi, nguyên lí hoạt động và điều khiển vị trí cho động cơ servo thông qua PLC, màn hình Pro-face và ứng dụng thực tế của việc điều khiển vị trí ở trong các hệ thống công nghiệp hiện nay

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Mô hình gồm 2 chế độ hoạt động là HAND và AUTO Có 1 vị trí gốc, 1 vị

trí Zero và 3 vị trí được đánh số từ 1 tới 3 Khi bật cầu trì ON cánh tay robot tự động di chuyển về vị trí gốc được định sẵn, đèn báo sáng báo cánh tay đã về vị trí gốc, Nhấn nút Zero cánh tay sẽ chạy đến vị trí Zero và cho phép nhấn nút chạy đến các vị trí còn lại Ngoài ra mô hình còn được cài sẵn 2 chế độ để cánh

tay di chuyển là “ gắp hàng “ và “ cất hàng “ ở mỗi chế độ đều có đèn báo

hoạt động Khi nhấn “ HAND “ và bật chế độ gắp hàng, nhấn “ VT1 “ cánh tay

sẽ gắp phôi ở vị trí Zero sau đó di chuyển ra vị trí 1 để bỏ phôi, tương tự cho các vị trí còn lại khi nhấn “ VT2 “ , “ VT3 “, còn khi bật chế độ cất hàng thì cánh tay sẽ di chuyển ra vị trí được nhấn và gắp hàng về Qua chế độ AUTO, màn hình hiển thị 2 chế độ để lựa chọn là “ gắp hàng “ và “ cất hàng “ , khi nhấn “ gắp hàng “ cánh tay sẽ tự động gắp phôi từ vị trí Zero ra 3 vị trí được càiđặt sẵn và tương tự cho chế độ “ cất hàng “ cánh tay sẽ gắp hàng lần lượt từ các

vị trí được cài đặt về vị trí Zero Các nút nhấn được khóa chéo với nhau để đảmbảo an toàn cho hệ thống Ngoài ra, sau khi thực hiện việc “ gắp hàng “ hay “ cất hàng “ cánh tay sẽ tự động di chuyển về vị trí Zero để sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ kế tiếp

1.4 ƯU ĐIỂM VÀ THIẾU SÓT TRONG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.

Động cơ servo được ứng dụng rộng rãi nhờ có momen cao, kích cỡ nhỏ, khả năng phản hồi vị trí tuyệt đối và khả năng cho phép điều khiển tốc độ ổn định Trong mô hình thực hiện đề tài của mình, em đã tìm hiểu về tính năng điều khiển vị trí của động cơ servo thông qua PLC mitsubishi và màn hình Pro-face tuy nhiên vẩn thấy còn nhiều thiếu sót đó là chưa tận dụng hết tính năng của động cơ servo về điều khiển momen và điều khiển tốc độ, vì vậy mong các nhóm tiếp theo có thể tiếp tục ngiên cứu và phát triển tiếp tục về các vấn đề đó

1.5 Ý NGHĨA VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa của đề tài

Giúp sinh viên được tiếp cận thực tế với các thiết bị công nghiệp như Bộ động cơ Servo, PLC Mitsubushi, màn hình Pro-face, các modul mở rộng

( FX2N-16EX, FX2N-1PG ) các cảm biến, van điện khí nén, các rơ le…tìm hiểu nguyên lý hoạt động và đấu nối trên mô hình từ đó điều khiển và lập trình trên máy tính Trang bị cho sinh viên các kiến thức chuyên nghành cơ bản về

mảng tự động hóa để ứng dụng vào công việc sau này Hiểu rõ hơn về lập trình PLC Mitsubishi, một trong những phương pháp hàng đầu hiện nay về phương thức thu thập dữ liệu và điều khiển tự động Nắm vững kiến thức về động cơ Servo, loại động cơ được ứng dụng rộng trong công nghiệp Biết lập trình, đấu nối cho màn hình cảm ứng giúp cho việc thoa tác điều khiển dễ dàng hơn Biết kết nối và đi dây cảm biến, các công tắc hành trình và các van điện khí nén.

1.5.2 Thực tiễn của đề tài

Hiện nay điều khiển vị trí servo được ứng dụng rất sâu rộng Động cơ

Servo được sử dụng rất nhiều và rộng rãi Nó là thứ vô cùng cần thiết để đảm bảo chất lượng khi mà sản phẩm có yêu cầu độ chính xác cao

Ví dụ như trong nghành bao bì nhựa, giấy :

Tính chính xác giúp các máy CNC có thể sản xuất ra các bao bì đúng tiêu chuẩn

Ứng dụng trong Máy cắt laser X500III, lợi dụng năng suất làm việc cao của

động cơ Servo mạch kín để giúp bộ đầu khắc di chuyển nhanh và chính xác kết hợp với hệ động cơ đáng tin cậy để tạo ra những sản phẩm cắt với độ chính xác tuyệt vời

Ứng dụng trong các máy yêu cầu độ chính xác cao như máy phay, máy cắt CNC công nghiệp:

Máy gia công cơ khí, máy tiện CNC :

Máy khắc cắt hoa văn gỗ:

2.1.1 Máy cấp nguồn khí

- Dùng để cấp nguồn khí nén cho các van khí nén

 Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa

 Loại van 5 cửa 2 vị trí

 Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC

Là dạng van khí nén tác động điện 24V, 110V, 220V dùng để điều khiển các cơcấu chấp hành như xi lanh khí nén.

2.1.3 Xy Lanh Khí Nén

Xy lanh khí nén hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng khí nén, thông

thường là không khí, nguyên tắc hoạt động của nó là sẽ truyền một lực có sẵn

và làm chuyển một lượng khí nén tích tụ từ bên trong thành động lực Do nguyên tắc hoạt động nó sử dụng nguồn năng lực từ bên trong nhờ vậy mà nó không hề tiêu tốn hay chịu bất cứ tác động nào từ dòng năng lượng bên ngoài Điều kiện xảy ra là khi có sự chênh lệch về áp xuất ở bên trong xy lanh do khí nén được cấp từ van khí nén, từ đó tạo ra chuyển động của piston theo hướng mong muốn làm các thiệt bị bên ngoài hoạt động ( tùy thuộc vào thiết kế của hệthống )

2.2 THIẾT BỊ ĐIỆN

2.2.1 Bộ nguồn 24V

Bộ nguồn 24V dùng để biến đổi

điện áp xoay chiều 220V thành

điện áp 1 chiều 24V để cung cấp

cho các thiết bị công nghiệp

Thông số kỹ thuật Bộ Nguồn

đổi mạch điện trong dây truyền sản

xuất hoặc bàn máy theo tín hiệu

hành trình của các cơ cấu truyền

ở trạng thái ON hoặc OF Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “ lặp ” trongchương trình do “ người sử dụng lập trình ra ” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tínhiệu ở ngõ ra tại thời điểm đã lập trình.

- Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình có thể được phân thành các thành phần.

Bộ phận mà chương trình được nạp vào lưu trữ và xử lý thường được gọi làMain processing hay còn gọi là CPU

Vậy, lập trình cho một PLC là đi tìm điều kiện tín hiệu ngõ vào tác động lên đối tượng điều khiển cho tín hiệu ngõ ra tương ứng

PLC FX ra đời từ năm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo Model như: FX0(S), FX1, FX2, FX0N, FX1S, FX1N, FX2N, FX3G và FX3U Tùy theo Model mà các loại này có dung lượng bộ nhớ khác nhau Dung lượng

bộ nhớ chương trình có thể từ 2kStep đến 8kStep ( hoặc 64kStep khi gắn thêm

bộ nhớ ngoài ) Tổng số I/O đối với các loại này có thể lên đến 256 I/O, riêng đối với FX3U(C) có thể lên đến 384 I/O Số Module mở rộng có thể lên đến 8 Module

Loại PLC 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: Module mở rộng vào ra (I/O),

Module mở rộng analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí, các Module mạng như Cclink, Profibus…

Ngoài ra còn có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board dùng cho truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485, và cả USB

Để lập trình PLC ta có thể sử dụng các phần mền sau: FXGP_WIN_E,

GX_Developer.

Các phương pháp lập trình như:

 LAD(ladder): là phương pháp lập trình hình thang, thích hợp trong

nghành điện công nghiệp

 FBD(Flowchart Block Diagram): là phương pháp lập trình theo sơ đồ

khối, thích hợp cho ngành điện tử số

 STL(Statement List): là phương pháp lập trình theo dạng dòng lệnh

giống như ngôn ngữ Assemply, thích hợp cho ngành máy tính

 Thanh ghi dữ liệu D, V và Z

2.3.1.2 Phương pháp đấu dây ngõ vào, ngõ ra PLC

Đấu dây ngõ vào ( X )

Trường hợp 1: có chân SS (sink/soure)

 Đấu dây sink (-, NPN)

 Đấu dây soure (+, PNP)

Trường hợp 2: không có chân SS (đấu dây sink (-))

Đấu dây ngõ ra ( Y )

Ngõ ra là relay (MR)

 M và S : Dùng như là các cờ hoạt động trong PC.

Tất cả các thiết bị trên được gọi là các ‘ thiết bị bit ’ nghĩa là các thiết bị này

có hai trạng thái ON hoặc Off 1 hoặc 0

Ta có thể tổ hợp các thiết bị bit lại để có thể tạo thành một dữ liệu 4bit, Byte,Word, hay Doulbe Word như sau:

K1M0 = M3M2M1M0 ( tương ứng dữ liệu 4bit )

K2M10 =M17M16M15M14M13M12M11M10 ( tương ứng với dữ liệu 8bit )

Tổng quát: KnMm (1  n 8)

 D: Thanh ghi 16 bit/32 bit Đây là thiết bị Word

 T: Dùng để xác định thiết bị định thì có trong PC (timer) Dữ liệu trên Timer là dữ liệu dạng Word (16bit) và trạng thái Timer ta nói Timer là thiết

Cơ bản :0.065

S



ứng dụng 0.642 ->100 S

Ngôn ngữ lập trình Ladder+ Instruction +SFC

Dung lượng chương

trình

2kStep 8kStep 8kStep(16kSte

p gắn thêm bộ nhớ ngoài)

8kStep(64kStep gắn thêm bộ nhớ ngoài)

Cấu hình vào /ra có

thề

128I/O (Max In/Out

30I/O (Max16In,

128I/O (Max

256 I/O 384I/O

Thập lục

phân H

16bit: 0000 -> FFFF 32bit:00000000 -> FFFFFFFF

2.3.1.5 Các tập lệnh cơ bản trên bộ PLC FX

Nhóm lệnh xử lý bit:

 Lệnh Load, Load Inverse:

LD (Load) Công tắc thường hở

Tác vụ logic bit

 Lệnh OUT:

OUT Điều khiển cuộn

dây

Tác vụ logic bit

S,cuộn M chuyên dùng :2 T: 3 C(16bit):3 C(32bit):5

 Lệnh And, And Inverse:

AND (And) Nối tiếp các công

 Lệnh Or, Or Inverse.

Or(Or) Nối song song các

công tắc thường hở (NO):

 Lệnh Or Block.

ORB(Or) Nối song song

nhiều mạch các công tắc thường hở (NO):

ORBI(OR

Block Inverse)

Nối song song nhiều mạch công tắc thường đóng (NC):

MRD(read) Đọc kết quả

hiện hành của tác vụ trong PC

MPP(pop) Lấy ra (gọi là

loại bỏ) kết quả đã lưu.

 Lệnh Master Control và Master Control Reset.

Lệnh gợi

nhớ

chương trình

MC(Master

Control)

Chỉ ra điểm bắt đầu của một khối

chính(Master Control block)

Y,M (cho phép thêm cuộn M chuyên dùng loại NO) N chỉ mức lồng (N0-

N chỉ mức lồng (N0-

>N7),được đặt lại

SET(set) Các thiết bị

thay đổi trạng thái

từ of sang on

Y,M,S Y,M :1, S:2

D,V,Z:3

RST( Reset) Các thiết

bị thay đổi trạng thái

từ on sang of

Y,M,S,D,V,Z

 Lệnh and Pulse, and Falling Pulse(xung cạnh lên, xung cạnh xuống).

chương trình

ANP(And

Pulse)

Mắc nối tiếp với các thiết bị.Khi có một xung cạnh lên thì thiết bị ngõ

ra được tác động

ANF(And

Falling Pulse)

Mắc nối tiếp với các thiết bị Khi có một xung cạnh xuống thì thiết bị ngõ ra được tác động

X,Y,M,S,T,C

 Lệnh Or Pulse, Or Falling Pulse(xung cạnh lên, xung cạnh xuống).

chương trình

ORP(OR

Pulse)

Mắc song song với các thiết bị.Khi có một xung cạnh lên thì thiết bị ngõ ra được tác động

Falling Pulse)

Mắc song song với các thiết bị Khi

có một xung cạnh xuống thì thiết bị ngõ

ra được tác động

13 bước

Dạng mẫu :

Chú ý: Đối với phép tính cộng và trừ khi kết quả lớn hơn dữ liệu 16/32 bit thì

M8021 = ON, kết quả nhỏ hơn giá trị âm 16bit/32bit thì M8022 = ON và kết quả

32 bit

7 bước DDIV,DDIVP:

INC

Thiết bị đích

sẽ tăng lên 1 khi dùng lệnh

5 bước

Dạng mẫu :

 Lệnh DEC (Giảm)

Lệnh Chức năng

Toán hạng

Số bước D

DEC

Thiết bị đích

sẽ giảm đi 1 khi dùng lệnh này

bị nguồn- kết quả lưu ở thiết

7 bước

DAND,DANDP

:

13 bước

trên hai thiết

bị nguồn- kết quả lưu ở thiết

NEG

Thực hiện đổi dấu nội dung thiết bị đích

K n Y, K n M, K n S, T, D, C, V, Z

NEG, NEGP:

3 bước DNEG,DNEGP:

5 bước

Dạng mẫu :

Nhóm lệnh điều khiển lưu trình

 Lệnh CJ (điều kiện nhảy)

Gọi chương trình con hoạt động

Các con trỏ đích hợp lệ có giá trị

từ 0-> 62(64->127)

CALL, CALLP:

3 bước

e return)

Trở về từ chương trình con

 Lệnh FEND

Toán hạng

Số bước D

FEND(First

End)

Dùng chỉ cuối chương trình chính.

IRET(Interrupt

Return)

Trở về từ chương trình ngắt.