ThamKhao

I - Nội dung đề tài Chương I: Cơ sở lí luận Chương II: Tìm hiểu hệ thống servo sở lí thuyết điều khiển vị trí - Chương III: Cơ sở lí thuyết PLC S7-200 OPC Chương IV: Tìm hiểu phần mềm STEP7 MICROWIN, WIN CC Chương V: Tìm hiểu thiết bị liên quan khác mơ hình Chương VI: Thiết kế mơ hình chạy thử Chương VII: Kết luận PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN I Lịch sử phát triển động Từ xưa chưa có phát minh động , lúc chủ yếu sử dụng máy móc chạy xăng dầu cấu tạo phức tạp nặng nề, cồng kềnh mà hiệu suất lại không cao, gây tiếng ồn Từ động phát minh đưa vào sử dụng thay cho máy móc chạy xăng dầu đem lại hiệu kinh tế cao Động không ngừng phát triển đa dạng nhiều chức khác nhau, ví dụ động chiều , động xoay chiều, động không đồng bộ, động đồng bộ, động pha, động pha tất lĩnh vực Ngày tương lai động phát triển theo hướng điều khiển dễ dàng , xác, điều khiển vịng kín (hồi tiếp): động đặc biệt , động bước, động Servo II Tình hình sản xuất nhu cầu sử dụng Hiện nay, tất lĩnh vực có sử dụng động Servo, sản phẩm động AC-Servo sản xuất nhiều , nhiều hãng sản xuất YASKAWA,PANASONIC,OMRON,FANUC, với nhiều loại AC-Servo dùng vào nhiều mục đích sử dụng khác Các sản phẩm làm từ nhà máy có sử dụng động Servo thường cho độ xác cao mẫu mã đẹp Do động Servo sử dụng đặc biệt nhiều ngành tự động hóa nói chung ngành sản xuất khn mẫu, sản xuất máy gia cơng xác nói riêng Chương II: Tìm hiểu hệ thống servo sở lí thuyết điều khiển vị trí I Tổng quan hệ thống điều khiển công nghiệp Sự phát triển công nghiệp gắn liền với hệ thống điều khiển cơng nghệ ngày đại địi hỏi hệt hống điều khiển phải đáp ứng yêu cầu khắt khe để đảm bảo trình sản xuất Sự phát triển hệ thống tóm tắt sau: + Điều khiển vòng hở (open loop) + Điều khiển nửa kín (semi-closed loop) + Điều khiển vịng kín (full –closed loop) Sau giới thiệu sơ lượt nguyên tắc điều khiển Giả sử có nhu cầu điều khiển thống số X đối tượng A Trong trường hopej điều khiển vòng hở đối tượng A điều khiển mà khơng cần quan tâm đến thống số X thực tết thống số X người điều khiển quan sát thao tác để điều khiển đối tượng A Trong trường hợp semi-closed loop hệ thống điều khiên nhận dạng thông số Y thơng số X qua ước lượng đại diện cho X Như tính “ quan sát mắt “ loại bỏ phần Tuy nhiên sai số mơ hính cao sai số điện Mơ hình áp dụng chủ yếu lý mặt giá thành thông số X đo độ xác dõ nhiên cao open loop Và cuối closed loop, dĩ nhiên trường hợp đối tượng X đươc trực tiếp feedback hệ thống để điều khiển để xử lý Điều khiển vòng hở (open loop) Bộ điều khiển vị trí thị lệnh cho động quay, quay mà thôi, quay tới quan lùi mà khơng cần biết quay vịng cho bàn chạy đến vị trí nào…nó dừng có tác động từ người hay từ hệ thống kệnh bên ngồi Điều khiển nửa kín (semi closed loop) Hình có điểm khác so với hình Đó số vịng quay motor mã hóa hồi tiếp điều khiển vị trí Nghĩa đến động quay số vòng định tùy thuộc vào lệnh điều khiển, nói cách khac điều khiển lệnh cho chạy dừng động theo lập trình sẵn có tùy thuộc vào ý đồ người thiết kế Tuy nhiên mà cần điều khiển vị trí bàn chạy khơng phải việc động quay vịng dừng đối tượng bàn Điều khiển vịng kín(full-closed loop) Hình rõ ràng khác hẳn hai hình Vịng hồi tiếp lúc khơng phải hổi tiếp từ trục động mà vòng hồi tiếp lúc hồi tiếp vị trí bàn chạy thơng qua thước tuyến tính Lúc điều khiển vị trí khơng điều khiển số vịng quay motor mà điều khiển trực tiếp vị trí bàn chạy Nghĩa sai số tĩnh sai số bành hay hệ thống truyền động loại bỏ Vòng điều khiển lệnh hồi tiếp khép vịng kín qt lên tồn thiết bị liên quan nên gọi vịng kín II Tìm hiểu hệ thống servo 1.Hệ thống servo hệ thống nào? Servo từ xuất phát từ tiếng Hy Lạp “servus” (hay servant),có nghĩa “nơ lệ”,hệ thống servo hệ thống bao gồm động servo thiết bị kèm nhằm phục vụ cách xác mệnh lệnh “chủ nhân” 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 2.Về động servo 2.1 Cấu tạo động servo Động servo cấu tạo,nguyên lý hoạt động,cấu tạo phần điện- từ giống với động bình thường (nghĩa có phần:phần cảm phần ứng,khe hở từ thơng cách đấu dây…) có khác biệt cấu trúc động servo có hình dáng dài,có đường kính trục rotor nhỏ so với động thường có cơng suất momen Sở dĩ có khác biệt chế tạo động servo có yêu cầu độ xác cao,cho nên chạy người ta phải đảm bảo cho momen quán tính dừng nhỏ nhất.do trục động kéo dài làm nhỏ đường kính lại để cho công suất monen khởi động không giảm giảm momen quán tính dừng Điểm bật khác động servo so với động thường có tích hợp cấu feedback sẵn động cơ.động điều khiển chu trình kín,từ tín hiệu hồi tiếp vị trí/tốc độ hệ thống điều khiển số điều khiển động cơ.vì động có thêm phận cảm biến để thơng báo vị trí tốc độ động cơ,cảm biến thường encoder máy phát tốc Hình 1:động servo 2.2 Phân loại động servo Hiện nay,có loại động servo thường hay sử dụng là: Động AC servo dựa tảng động ba pha lồng sóc,động DC servo dựa tảng động điện chiều động AC servo không chổi than dựa động đồng động không đồng Không phải động dùng làm động servo,động servo động hoạt động dựa lệnh điều khiển vị trí tốc độ.chính phải thiết kế cho đáp ứng phù hợp với nhu cầu điều khiển.tùy vào mục đích cụ thể mà người ta có cải tiến riêng.Cụ thể với toán tìm hiểu kĩ động AC servo Nhờ phát triển vượt bậc công nghệ điều khiển,hiện chuyển động chạy dao máy công cụ điều khiển số sử dụng nhiều động AC servo.tuy nhiên,nhược điểm động AC servo hệ thống điều chỉnh tốc độ phức tạp đắt tiền so với động DC.hệ điều chỉnh tốc độ động AC servo dựa sở biến đổi tần số.Tốc độ động xác định theo tần số nguồn.Một phương pháp điều chỉnh tốc độ động AC servo biến đổi dòng điện xoay chiều thành dịng chiều sau biến đổi trở lại thành dòng xoay chiều tần số định Hình hình dạng ngồi động AC servo sơ đồ điều khiển tốc độ động AC servo 2.3 Đặc tính động servo Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín.tín hiệu đầu động đưa mạch điều khiển.khi động quay,tốc độ vị trí hồi tiếp mạch điều khiển này.nếu có lý ngăn cản chuyển động quay động cơ,cơ cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu đầu chưa đạt vị trí mong muốn,mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm Đặc tính động phụ thuộc nhiều vào đặc tính từ phương pháp điều khiển động cơ.dưới sơ đồ ví dụ hệ thống điều khiển vị trí,tốc độ động servo 2.3.1 Tăng tốc độ đáp ứng Các động bình thường muốn chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác cần thời gian để đáp ứng gọi thời gian độ.trong số nhu cầu điều khiển,đòi hỏi tốc độ phải thay đổi khoảng thời gian ngắn vị trí cần nhanh chóng đạt chuẩn xác cách nhanh nhất.Ví dụ bạn muốn động quay từ vị trí X đến vị trí X’,động cần nhanh chóng tăng tốc để quay đến X’,nhưng đến X’ địi hỏi động cần quay chậm tức để đạt vị trí xác loại trừ độ vọt lố khỏi vị trí X’.Các động bình thường khơng thể đáp ứng đặc điểm này.để đáp ứng yêu cầu động cần phải thiết kế cho rút ngắn thời gian đáp ứng tốc độ động Muốn ta phải giảm momen quán tính tăng dịng giới hạn cho động cơ.để giảm momen qn tính động servo giảm kích thước rotor cấu sắt từ không cần thiết.để tăng dòng giới hạn cho động cơ,người ta chế tạo lõi sắt từ ferrit hình dạng lõi sắt thiết kế với hình dạng phù hợp.đối với động nam châm vĩnh cửu thiết kế cho ngăn khử từ.(hình dạng mạch từ) tăng khả từ tính nam châm ( sử dụng nam châm đất rare earth magnet) 2.3.2 Tăng khả đáp ứng Đáp ứng cần hiểu tăng hay giảm tốc cần phải “mềm”,tức gia tốc cần phải số hay gần Một số động thang máy hay số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng động phải “mềm”,quá trình độ vận tốc phải đường tuyến tính.để làm điều cuộn dây động phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả chống lại dòng điện mạch điều khiển yêu cầu.các động dạng thường thiết kế giảm thiểu số cuộn dây mạch có khả thu hẹp vịng từ mạch từ khe hở khơng khí 2.3.3 Mở rộng vùng điều khiển (Control range) Một số yêu cầu điều khiển cần điều khiển động dải tốc độ lớn tốc độ định mức nhiều.Động thường cho phép điện áp đặt lên nhỏ với điện áp định mức Tuy nhiên,động servo loại có thiết kế đặc biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng tăng khả bão hòa mạch từ động cơ.như động loại tăng cường khả cách điện sử dung săt từ ferrit nam châm đất (rare earth magnit) 2.3.4 Khả ổn định tốc độ Động loại thiết kế cho vận tốc quay ổn định Khơng có từ trường hồn hảo khơng có mạch điện hồn hảo thực tế.vì nói động quay 1500rpm thực tế tốc độ động dao động xung quanh số này.động servo thường độ ổn định cao so với động thường.các động loại ứng dụng nơi có u cầu xác mặt tốc độ cánh tay robot.nó thiết kế cho gia tăng dịng điện mạch từ lên cao gia tăng từ tính cực từ.các rãnh rotor thiết kế với hình dáng đặc biệt cuộn dây rotor bố trí cách đặt biệt để đáp ứng yêu cầu Một số hình ảnh minh họa : 2.3.5 Tăng khả chịu đựng động Một số động thiết kế cho có khả chịu tín hiệu điều khiển tần số cao có khả chịu yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ điều khiển (có khả tạo xung hài bậc cao).những động thường cải tiến phần để có tuổi thọ cao chống lại hao mòn ma sát ổ bi chổi than 2.4 Nguyên lý hoạt động encoder Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay.Đĩa quay trục động cơ,bánh xe hoạc thiết bị quay cần xác định vị trí góc quay.Encoder chia làm loại,absolute encoder (tuyệt đối) incremental encoder (tương đối) Encoder tuyệt đối rõ ràng vị trí encoder,chúng ta khơng cần xử lý thêm biết xác vị trí encoder.Encoder tương đối có 1,2 tối đa lỗ.Cứ lần qua lỗ,chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1.do có tên incremental encoder (encoder tăng lên đơn vị).và khơng thể cho ta biết xác vị trí Việc thiết kế encorder tuyệt đối cần nhiều vòng lỗ giới hạn kích thước encoder việc gia cơng xác lỗ q nhỏ khơng thể thực được.Chưa kể việc thiết kế dãy đèn led mắt thu