ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢOĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ACDC SERVO BẰNG PLC MITSUBISHI ĐỒ ÁN TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN AC DC SERVO TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU CHO SINH VIÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO
Mục Lục GIỚI THIỆU CHUNG Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Phạm vi đề tài 4 Phương pháp nghiên cứu 5 Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu động Servo .7 1.1.1 Xu hướng điều khiển chuyển động dùng servo .7 1.1.2 Cấu tạo đặc tính động servo 12 1.2 Giới thiệu PLC Mitsubishi 19 1.2.1 Giới thiệu chung PLC 19 1.2.2.Giới thiệu chung PLC Misubishi 20 1.3 Giới thiệu nguyên lý điều khiển động secvor 40 1.3.1 Sơ đồ cấu trúc động Ac-Servo 40 1.3.2 Sơ đồ cấu trúc động DC-Servo 41 KẾT LUẬN 47 Kết đạt 47 Hạn chế đề tài .47 Hướng phát triển 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .49 Page LỜI CẢM ƠN Lập trình ứng dụng PLC mơn học hay lý thú, sinh viên chuyên ngành “Điện - Tự động hóa”, chúng em ln muốn tiếp cận tìm hiểu sâu mơn hội cho chúng em tìm hiểu thêm kiến thức thực tế ,củng cố kiến thức học Vì vậy, đồ án mơn học thiết kế, chế tạo sản phẩm điều kiện tốt để giúp chúng em kiểm chứng lý thuyết học Trong đồ án lần này, chúng em nhận đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô đun điều khiển động AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi” Trước hết, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy “ Nguyễn Đình Hùng “ trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em suốt thời gian nghiên cứu q trình hồn thành đồ án Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Thầy, Cô giáo “ Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” trang bị kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình thực tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè,và bạn lớp quan tâm, động viên giúp đỡ chúng em tinh thần vật chất trình học tập thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Bắc Ninh, ngày … tháng … năm 20 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Hồng Văn Quân Nguyễn Văn Quang Page GIỚI THIỆU CHUNG Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển kinh tế, việc áp dụng phương thức quy trình đại vào ngành cơng nghiệp điều tất yếu Trong đó, hệ thống PLC, HMI SERVO sử dụng nhiều nhà máy, xí nghiệp thuận tiện an tồn mà mang lại Để hiểu rõ hệ thống giao tiếp này, chúng em giao đề tài “thiết kế chết tạo mô đun điều khiển động AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi” để nghiên cứu Mục đích đề tài Việc nghiên cứu đề tài giúp chúng em hiểu rõ thêm quan trọng hệ thống làm việc cung cấp cho chúng em thêm hiểu biết, để trường có kiến thức định làm việc khu công nghiệp điện – điện tử khơng bị bỡ ngỡ, khó khăn tiếp xúc với hệ thống máy móc ứng dụng phát triển sở hệ thống HMI, PLC, SERVO Phạm vi đề tài Nhóm nghiên cứu, tìm hiểu số thiết bị đào tạo sở nhà trường, số nhà máy xí nghiệp thấy PLC hãng Mitsubishi sử dụng phổ biến nhất, chiếm đến 6070% công nghiệp, tiếp sau PLC hãng Siemen, Omron, Idec, Fuji Một số dòng sản phẩm PLC hãng Mitsubishi FX 1N,FX 2N, đặc biệt FX 3U có khả kết nối với nhiều hình giao diện HMI cách dễ dàng với tính ổn định hệ thống cao Chính chúng em chọn PLC FX3SA-10MT-CM mục tiêu nghiên cứu để giải số vấn đề thiết yếu sau: phục vụ trình học tập nghiên cứu sinh viên Page để sau tốt nghiệp nhanh chóng tiếp cận với hệ thống sản xuất tự động công nghiệp đáp ứng nhu cầu đại hóa cơng nghiệp Điều khiển lập trình PLC FX3SA-10MT-CM mềm dẻo linh hoạt thơng qua kết nối với Driver HBS86H để điểu khiển Servo 86HBM80-EC-1000 cách dễ dàng Qua đồ án trên, chúng em hy vọng sau nghiên cứu đề tài lĩnh hội nhiều vấn đề liên quan tới PLC như: cấu hình phần cứng, tập lệnh PLC, xây dựng lưu đồ viết chương trình cho hệ thống điểu khiển Servo Ngồi mở rộng phát triển đề tài cách mơ hệ thống hình giao diện HMI Xinje hay khảo sát đặc tính Servo Motor Biến tần,… Phương pháp nghiên cứu Đề tài đề cập đến lĩnh vực ứng dụng phổ biến công nghiệp lại kiến thức sinh viên Đề tài nhóm em chia thành phần chính: Phần 1: Giới thiệu Servo Motor - Giới thiệu động Servo - Tìm hiểu Servo 86HBM80-EC-1000 - Tìm hiểu Driver Servo HBS86H Phần 2: Giới thiệu PLC Mitshubishi - Giới thiệu PLC - Tìm hiểu PLC Mitshubishi FX3SA-10MT Phần 3: Lập trình điều khiển - Sử dụng khai thác phần mềm GX developer phục vụ viết ch ương trình cho PLC FX 3U phần mềm GX simulator V7 để mô phỏng, kiểm tra trực tiếp chương trình máy tính - Thiết lập giao diện điều khiển viết chương trình điều khiển cho động SERVO chạy ổn định Page Vì kiến thức hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi sai sót, nhóm thực đề tài mong nhận ý kiến đóng góp sữa chữa quý thầy ( cô) Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Phục vụ công tác học tập, nghiên cứu giảng dạy trường đại học, cao đẳng, trung cấp thuộc khối ngành kỹ thuật khắp nước, giúp sinh viên tiếp cận thức tế có nhìn khách quan chân thực trình học tập - Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào nhà máy, xí nghiệp, phục vụ cho công việc vận chuyển hàng, gia công chi tiết Page CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu động Servo 1.1.1 Xu hướng điều khiển chuyển động dùng servo Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ lĩnh vực đa dạng phát triển nhanh ngành điều khiển tự động hố Các khái niệm cơng nghệ ĐKCĐ từ lâu khơng gói gọn hệ thống servo chuyên dụng điều khiển hệ truyền động thiết bị tạo sẵn thường có giá cao Thay vào đó, ngày ta thấy tính ĐKCĐ ứng dụng cho tốc độ vị trí truyền động thay đổi tần số xoay chiều, động bước truyền động vòng kín hệ truyền động động servo AC DC thông dụng khác Hiện có số xu hướng điều khiển động Trong số trường hợp, vấn đề cần quan tâm đơn giản điều khiển tốc độ, gia tốc, mơmen thuộc tính khác động sở tín hiệu điều khiển đầu vào từ phía người, chẳng hạn qua bảng điều khiển Việc điều khiển tay thuộc phạm trù điều khiển vòng hở Trong số trường hợp khác, động phải tự động đưa đáp ứng với tác động thời gian thực Các đáp ứng tác động quan sát điều chỉnh cần thiết tự động tạo Vì vậy, tạo mơi trường điều khiển kín Các điều khiển vòng lặp kín gọi hệ tùy động servo, hay đơn giản servo Điều khiển servo trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động sở động học tín hiệu vào vị trí, tốc độ hay mơmen Trong q khứ người ta sử dụng mạch tương tự để thực điều khiển servo, khả thích nghi vi xử lý tín hiệu số tạo công nghệ cho lựa chọn nhiều ứng dụng Page a Hệ thống servo Hình 1.1: Hệ thống servo Hệ thống servo gì? Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp Servus (servant), nghĩa nô lệ, đày tớ Một hệ thống gọi servo hệ thống chấp hành cách xác mệnh lệnh chủ nhân (tức người điều khiển Hệ thống servo hệ thống điều khiển thiết bị học với biến biến vị trí tốc độ (giá trị đặt giá trị thực) Sau ví dụ minh họa Hình 1.2: Một ví dụ sử dụng động servo Page Cơ cấu định vị: Hệ thống servo không đơn giản phương pháp thay điều khiển vị trí tốc độ cấu học, thiết bị khí đơn giản, hệ thống servo trở thành hệ thống điều khiển phương pháp điều khiển vị trí tốc độ Cơ cấu định vị điều khiển servo motor Hình 1.3: Cơ cấu định vị điều khiển servo motor Ưu điểm cấu độ xác đáp ứng tốc độ cao, dễ dàng thay đổi vị trí đích tốc độ cấu chấp hành Cơ cấu chuyển động định hướng: Cơ cấu chuyển động theo hướng định định từ điều khiển.Chuyển động chuyển động tịnh tiến hay quay Hình 1.4: Cơ cấu chuyển động định hướng tịnh tiến quay Page Ưu điểm cấu chấp hành đơn giản nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động (do truyền động êm) Backlash hiệu chỉnh: Backlash hiểu nôm na giới hạn chuyển động hệ thống servo.Tất thiết bị khí có điểm trung tính chuyển động quay theo chiều dương âm (cũng giống động trước đảo chiều vận tốc phải giảm 0) Xét chuyển động tịnh tiến lùi tới hình sau: Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động tiến lùi tới Page Chuyển động tịnh tiến điều khiển động servo Chuyển động tới lùi giới hạn khoản trống hình Như động quay theo chiều dương chiều âm theo số vòng định để chuyển động quét lên toàn khoản trống khơng vượt q khoản trống (đây điều kiện cốt lõi việc điều khiển động servo) Giới hạn gọi backlash, từ hệ gặp từ backlash bạn hiểu không Tuy nhiên thực tế độ động quay vòng xác để trượt trượt xác quét lên toàn khoản trống khó thực khơng có bù trừ cho Và hệ thống servo thiết có hàm lệnh thực việc bù trừ, hiệu chỉnh Như hình vẽ trên, hệ thống servo gửi xung lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển xung lệnh hiệu chỉnh không tính đến đếm xung Page 10 Chú thích: Ví dụ ghi D10 lưu trữ giá trị 10 Thì nhấn X0 giá trị hành ghi D10 đổi thành -10 1.3 Giới thiệu nguyên lý điều khiển động secvor 1.3.1 Sơ đồ cấu trúc động Ac-Servo AC-Servo motor chia thành hai loại: động đồng động cảm ứng Loại đồng thường sử dụng nhiều Đối với động loại đồng tốc độ motor điều khiển thay đổi tần số dòng điện xoay chiều Động loại đồng có momen giữ mạnh động dừng loại sử dụng đòi hỏi điều khiển vị trí xác, loại thường sử dụng cho servo điều khiển vị trí Hình minh họa theo sau cấu trúc bên động AC-Servo loại đồng Hình 1.15: Sơ đồ cấu trúc bên động AC-Servo loại đồng a Thông số động cơ: Nhãn động cho ta thông số kĩ thuật động Page 41 Hình 1.16: Thơng số kĩ thuật động AC-Servo 1.3.2 Sơ đồ cấu trúc động DC-Servo - Là thiết bị điều khiển chu trình kín tương tự động AC servo Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số điều khiển hoạt động động servo Với lý nêu nên sensor đo vị trí tốc độ phận cần thiết phải tích hợp cho động servo Đặc tính vận hành động servo Page 42 phụ thuộc nhiều vào đặc tính từ phương pháp điều khiển động servo Động servo DC dựa tảng động DC - Một động DC servo tiêu biểu gồm có thành phần sau: Stator: Được gắn liền với vỏ động Rotor: Là thành phần tạo chuyển động quay Chổi than vành góp: Giúp đưa điện vào Rotor Encoder: Hay gọi mã hóa vòng quay, phản hồi xung, đơn vị tính (xung/vòng) - Ngồi ra, DC servo có thêm thành phần sau: Phanh điện từ: Giúp hãmđộng trường hợp cần thiết Tachometer: Là thành phần phản hổi tương tự, thực chất máy phát điện nhỏ, với điện áp phản hồi tính (vol/vòng quay) Mặt ghép nối: Dùng để cố định dộng treo lên Hình 1.17 Cấu trúc bên động DC-Servo b Nguyên tắc hoạt động động cơ: - Theo hình động có góc quay 120 độ cho bước Rotor động có Stator có ba cực cách 120 độ Khi cuộn kích điện rotor bị hút vào cực một.Nếu dòng qua cuộn bị ngắt đóng dòng cho cuộn hai , rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ rotor hút vào cực hai Page 43 - Servo điều khiển từ driver động servo: Tín hiệu hồi tiếp động nhờ encoder đưa driver Driver xử lý tín hiệu hồi tiếp để đưa tín hiệu điều khiển cho động CHƯƠNG II TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ ĐUN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SECVOR 2.1 Trình bày ý tưởng thiết kế Với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô đun điều khiển động AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi” Chúng em lựa chọn phương pháp điều khiển lập trình cụ thể mơn học điều khiển lập trình mà chúng em học nghiên cứu nhà trường : Mơn Điều khiển lập trình với PLC mơn Tự động hóa q trình sản xuất Phương pháp điều khiển lập trình có nhiều ưu điểm bật so với phương pháp điều khiển khác như: Mạch điện đơn giản Làm việc tin cậy, độ xác cao Dễ dàng thay đổi chương trình Chi phí lắp đặt thấp Chương trình điều khiển in giấy giúp thuận tiện cho vấn đề theo dõi, bảo trì sửa chữa hệ thống Dựa thiết bị thực tập có phòng thí nghiệm Điện - Điện tử nhà trường chúng em thấy thiết bị thực tập thường chế tạo dạng bảng thực tập, vali, board mạch hay thông dụng module thực tập Trên sở phân tích đặc điểm kỹ thuật hiệu kinh tế, nhóm nghiên cứu định lựa chọn chế tạo thiết bị dạng modul với mục đích đảm bảo tính linh hoạt sử dụng dễ dàng vận chuyển, sửa chữa , bảo quản, mở rộng kết nối với modul khác 2.2 Thiết kế mặt giao diện Module Từ kinh nghiệm thực tiễn thiết bị có phòng nghiệm P403 nhà trường, nhóm lựa chọn vật liệu: Page 44 - Mặt Giao diện thực tập: Bao gồm module làm nhựa PVC màu trắng dày 5mm vẽ phầm mềm Auto Cad gia công phay CNC Hà Nội Bản vẽ Cad: + Module PLC Mitsubishi FX3SA + Module Driver Servo HBS86H + Module động Servo Encoder Hình 2.1 Hình ảnh vẽ Cad Module Sản phẩm module sau hồn thiện Page 45 Hình 2.2 Hình ảnh Module PLC Driver Hình 2.3 Hình ảnh Module động Servo Page 46 - Nắp đậy phía sau modul: Sử dụng loại hộp nối chống cháy 235x235x80mm - SP – E265/53 có bán sẵn thị trường Hình 2.4 Hình ảnh hộp nắp đậy module - Chân cắm kết nối: Sử dụng loại chân cắm an tồn có đường kính 4mm, đường kính ngồi 12mm, bán sẵn thị trường, có dạng với chân cắm với thực tập trường Hình 2.5 Hình ảnh Jack cắm kết nối - Dây nối mạch thực tập: Sử dụng loại dây đồng với chân cắm an toàn Page 47 Hình 2.5 Hình ảnh dây kết nối mạch - Các linh kiện, thiết bị sử dụng mạch mua “chợ trời” Hà Nội 2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Sơ đồ kết nối: a PLC b Driver c Servo Hình 2.6 Sơ đồ kết nối PLC -> Driver -> Servo - Sơ đồ đấu dây: Page 48 Hình 2.7 Sơ đồ đấu dây - Sơ đồ nguyên lý: Page 49 2.4 Tính tốn, lựa chọn thiết bị Đề tài gồm có thiết bị chính: - PLC Mitshubishi FX3SA-10MT - Servo 86HBM80-EC-1000 - Driver Servo HBS86H - DC MINERTIA MOTOR F SERIES - Và số thiết bị phụ trợ khác 2.4.1 PLC Mitshubishi FX3SA-10MT Đặc tính kỹ thuật: • Bộ nhớ EEPROM 16.000 bước (Dung lượng chương trình 4000 bước) Tớc độ xử lý: • Lệnh bản: 0.21μs/Lệnh • Lệnh chương trình ứng ụng: 0.5 to 100 μs/ lệnh Thiết bị: • Relay: 1,536 pts • Timer: 138 pts • Counter: 67 pts • Data Register: 3000 pts 2.4.2 Servo 86HBM80-EC-1000 86HS80-EC động bước pha với 1000 dòng mã hóa(4000ppr) thiết kế để làm việc với Driver Leadshine Hybrid Servo HBS86 hệ thống điều khiển Servo Moment xoắn động 8N.m Mặt trước động vng 86mm2, với lỗ có đường kính 5mm khoảng cách lỗ 69.5mm Thơng sớ kỹ tḥt: • Bước góc: 1,8 độ • Cơng suất pha: • Cường độ dòng điện: 6.0A Page 50 • Kháng pha: 0.44Ω (±10%) • Điện áp cuộn dây: 2.6V (liên tục) • Điện cảm pha (±20%): 3.73mH (±20%) • Moment xoắn 8N.m • Quán tính Rotor: 2580g.cm2 • Trọng lượng: 3.8Kg • Kích thước khung NEMA: 34 • Chiều dài tổng thể: 135mm Đường kính trục: 14mm Hình 2.8 Hình ảnh Servo thơng số 2.4.3 Drive Servo HBS86H a Tổng quan sản phẩm Hybrid servo hãng Leadshine 86HBM80-1000 Driver HBS86H loại động bước Phase lai enconder, Đây dòng sản phẩm Easy Servo mạnh mẽ Sản phẩm không ứng dụng máy CNC mà áp dụng rộng rãi khắp hệ thống b Tính • Sử dụng cơng nghệ điều khiển 32bit- DSP tiên tiến • Moment xoắn đạt: 8Nm • Nguồn điện hoạt động tối đa: 80VAC 110VDC • Vi bước mặc định 4000 xung/vòng Page 51 • Tín hiệu điều khiển cách ly tần số cao, chế độ DIR/Step CW/CCW • Tần số xung dịch bước lên tới 500KHz • Tự động điều chỉnh dòng tair-8A • Bảo vệ q dòng q nhiệt độ hoạt động Page 52 KẾT LUẬN Kết đạt Với nỗ lực tìm tòi nghiên cứu nhóm thực đề tài, bên cạnh giúp đỡ từ phía Thầy Cơ, bạn bè, thuyết hồn thành thời gian quy định đạt kết sau: Làm quen với PLC hãng Mitsubishi Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý điểu khiển động Servo Lập trình chương trình điều khiển máy tính với phần mềm viết chương trình cho PLC hãng Hoàn thành thuyết minh theo thời gian giao Hạn chế đề tài Mơ hình chúng em đáp ứng yêu cầu đề tài đặt chưa trình độ cao nhiều nhược điểm thiếu sót, nhược điểm sau: - Chỉ làm quen, tìm hiểu với loại PLC hãng Mitsubishi dẫn đến hiểu biết chưa đa dạng - Chỉ lập trình điều khiển đơn giản, chưa thực chương trình phức tạp hay kết nối PLC với - Trong đề tài điều khiển cho động chạy ổn định chưa chuyên sâu khảo sát tín hiệu động Servo - Chưa chuyên sâu nghiên cứu ứng dụng PLC nhà máy, thực tiễn Hướng phát triển Đề tài có nhiều gợi mở nhiều khía cạnh khác với mong muốn hồn thiện Có thể phát triển theo hướng sau: - Hoàn thiện hệ thống Servo điều khiển tốc độ động cơ, kiểm sốt vị trí, phát triển khả ứng dụng PLC FX điều khiển thiết bị chấp hành truyền thông hai PLC FX Page 53 - Sử dụng tài liệu cung cấp đề tài kiến thức PLC Mitsubishi, cấu trúc hệ thông Servo để thiết kế, điều khiển ứng dụng nhà máy xí nghiệp Page 54 Page 55 ... động servo sử dụng động servo AC dựa tảng động AC lồng sóc; Động servo DC dựa tảng động DC; động servo AC không chổi than dựa tảng động không đồng động đồng - Không phải động dùng làm động servo. .. Ground Wire (Black) – Dây nối đất âm (Đen) Potentiometer - Chiết áp Output Shaft/Gear - Trục đầu ra/ Bánh rang Servo Attachment Horn/Wheel/Arm – Seervo đính kèm Horn/Bánh xe/Cánh tay Servo Case 10... Servo Motor - Giới thiệu động Servo - Tìm hiểu Servo 86HBM80-EC-1000 - Tìm hiểu Driver Servo HBS86H Phần 2: Giới thiệu PLC Mitshubishi - Giới thiệu PLC - Tìm hiểu PLC Mitshubishi FX3SA-10MT Phần