Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cnc cho máy cắt plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ VĂN LÂM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT PLASMA Chuyên ngành: Tự động hóa 60.52.60 Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHAN MINH TẠO HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Nội dung luận văn hồn tồn phù hợp với tên đề tài đăng ký phê duyệt theo định số 835/QĐ-MĐC Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Văn Lâm MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Môc lôc Danh mơc c¸c ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương TỔNG QUAN MÁY CẮT KIM LOẠI TẤM BẰNG NHIỆT 1.1 Các phương pháp cắt kim loại 1.2 Phương pháp cắt plasma 1.3 Sự phát triển máy cắt plasma 1.4 Phân tích lựa chọn hệ điều khiển số CNC cho máy cắt plasma 12 Chương GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CẮT PLASMA DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ANILAM 3000M VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN RƠLE – CÔNG TĂC TƠ 25 2.1.Hệ thống điều khiển 25 2.2 Thông số kỹ thuật thiết bị 25 2.3 Nguyên lý điều khiển 27 2.4 Sơ đồ nguyên lý 27 2.5 Đánh giá hệ thống 29 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CẮT PLASMA -CNC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SOFTSERVO MC QUAD 31 3.1 Yêu cầu điều khiển 31 3.2 Lựa chọn thiết bị 31 3.3 Tín hiệu vào 66 3.4 Quy trình cơng nghệ cắt 66 3.5 Viết chương trình PLC điều khiển cho máy 66 3.6 Giao diện giám sát điều khiển 70 3.7 Sơ đồ nguyên lý 88 Chương QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÁY 90 4.1 Các điều kiện an toàn trước vận hành máy 90 4.2 Các bước vận hành 90 Kết luận kiến nghị 94 Tài liệu tham khảo 95 Phụ lục 96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC - Computer numerical contron PLC - Programmable Logic Controller RTX - Real time extension SDK - Servoworks development kit PC - Personnal computer DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1.Các thông số động DC servo 26 Bảng 2.2 Các thông số encoder 26 Bảng 3.1.Các kiểu tín hiệu địa 53 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Powermax1650 55 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật Bộ điều khiển SN2000 60 Bảng 3.4 Cầu đấu TB 61 Bảng 3.5 Jack CN1 61 Bảng 3.6 Jack CN2 62 Bảng 3.7 Cài đặt tham số 63 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật động AC servo 65 Bảng 3.9 Tín hiệu vào 69 Bảng 3.10 Tín hiệu 69 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các phương pháp cắt nhiệt Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống cắt plasma Hình 1.3 Phương pháp sử dụng dịng khí Hình 1.4 Phương pháp cắt plasma bảo vệ nước Hình 1.5 Hình ảnh máy cắt sử dụng 11 Nhà máy Kết cấu thép Đông Anh-Hà Nội 11 Hình 1.6 Hình ảnh máy cắt sử dụng 12 Nhà máy Đóng tàu Sơng Cấm- Hải Phịng 12 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 25 Hình 2.2 Bộ điều khiển ANILAM3000M 25 Hình 3.1 Cổng giao diện Card FP95 nối với PC 33 Hình 3.2 Modul giao diện vào PLC 34 Hình 3.3 Modul giao diện servo 34 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển MC-Quad 36 Hình 3.5 Sơ đồ khối điều khiển động servo 37 Hình 3.6 Hệ thống servoWorks CNC 38 Hình 3.7 Cấu trúc phần mềm Servo Work 40 Hình 3.8 Quan hệ mođun 43 Hình 3.9 Giao diện viết chương trình dạng sơ đồ( Ladder Diagram) 48 Hình 3.10 Giao diện viết chương trình dạng danh sách (Instruction List) 48 Hình 3.11: Ví dụ thực chuỗi lệnh PLC Engine 49 Hình 3.12 Trình tự thực chương trình PLC 51 Hình 3.13 Các địa liên quan đến PLC 52 Hình 3.14 Miêu tả địa 52 Hình 3.15 Nguồn Plasma Powermax1650 54 Hình 3.16 Vết cắt khoảng cách từ mỏ cắt tới mặt phôi thay đổi 57 Hình 3.17 Sơ đồ điều khiển chiều cao DYNATORCH THC 58 Hình 3.18 Bộ điều khiển động AC servo SN2000 59 Hình 3.19 Sơ đồ kết nối điều khiển 60 Hình 3.20 Động AC servo 65 Hình 3.21 Chương trình PLC dạng Ladder swPLC_DIAGNOSE 67 Hình 3.22 Giao diện nạp chương trình swPLC_CONTROL 67 Hình 3.23 Giao diện máy khởi động bình thường 70 Hình 3.24 Giao diện báo lỗi máy không đủ điều kiện khởi động 71 Hình 3.25 Các vùng hình làm việc 71 Hình 3.26 Hiển thị hình chi tiết trình gia cơng 72 Hình 3.27 Giao diện giám vị trí trạng thái trục 73 Hình 3.28 Chế độ hiển thị trạng thái Over Pos Erro, Home Switch, 74 Hình 3.29: Chế độ làm việc thứ (Hiển thị bít IM DC) 74 Hình 3.30 Vào chế độ JOG 75 Hình 3.31 Chạy nhấp cách vào mũi tên 76 Hình 3.32: Chọn trục chạy 76 Hình 3.33 Chọn chiều chạy 76 Hình 3.34 Nhấn Start F2 để chạy 76 Hình 3.35 Kéo chuột để thay đổi tốc độ 77 Hình 3.36 Chức lề dùng phôi bị lệch 77 Hình 3.37 Chọn chế độ Home 78 Hình 3.38 Chọn trở điểm gốc trục 78 Hình 3.39 Lựa chọn trục Home 78 Hình 3.40 Nhấn Edit F11 để thực chức 79 Hình 3.41 Nhập chương trình gia cơng tay 79 Hình 3.42 Nhấn Reset F7 để thực chức 80 Hình 3.43 Nhấn Ok để xác nhận Reset, Cancel để hủy 80 Hình 3.44 Nhấp Kerf để đặt bù khe hở mạch 80 Hình 3.45 Nhập kerf nhấn Ok để xác nhận nút X để hủy 81 Hình 3.46 Cài đặt tham số cho trục 82 Hình 3.47 Giao diện cài đặt tham số NC 84 Hình 3.48 Cài đặt tham số cho độngcơ điều khiển động 86 Hình 4.1 Click chuột nút Jog ấn F2 để vào chế độ Jog 91 Hình 4.2 Chạy nhấp cách vào mũi tên 91 Hình 4.3 Nhấp Open (hoặc phím F1) để mở file 92 Hình 4.4 Hình vẽ chi tiết cần gia cơng 93 Hình 4.5 Nhấn Start (hoặc F2) để chạy 93 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Máy cắt kim loại, điều khiển CNC dạng máy công cụ chuyên dùng để cắt kim loại theo hình dạng cách sử dụng lượng dạng nhiệt Nguồn nhiệt dùng nguồn hồ quang Plasma hay nguồn nhiệt hoá học sinh phản ứng cháy nhiên liệu (khí gas hay khí Acetylen) Oxy Việc chuyển động mỏ cắt để nhận biên dạng hình học phơi thực nhờ điều khiển CNC (Computer Numeric Control) Nhờ sử dụng lượng dạng nhiệt, nên máy cắt kim loại cắt kim loại có chiều dày lớn: tới 100mm cắt hồ quang Plasma, tới 250 mm sử dụng nguồn nhiệt hoá học (khi cắt gas) Đặc biệt, máy cắt loại kim loại khác đồng, nhôm, Inox cắt Plasma Nhờ điều khiển CNC có khả giao tiếp với nguồn thơng tin bên ngồi cổng nối ghép RS232 hay đĩa mềm nên việc thay đổi biên dạng cắt trở nên linh động nhanh chóng thuận tiện sản xuất tự động quản lý chất lượng sản phẩm theo chuẩn ISO Trên Thế giới việc sử dụng máy cắt kim loại điều khiển CNC trở nên phổ biến hầu hết ngành công nghiệp sản xuất kết cấu thép, sản xuất thiết bị, xây dựng, cầu đường Đặc biệt cơng nghiệp đóng tàu, máy cắt kim loại đóng vai trị thiết bị việc đóng vỏ tàu Nó loại bỏ quy trình hạ liệu phóng dạng vỏ tàu theo phương pháp truyền thống (đo đạc lấy dấu phôi) mà sử dụng kỹ thuật đại Autoship, Autocad phần mềm CAM cho việc lập trình để cắt vật liệu Chính thế, nâng cao độ xác suất cơng việc Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghiệp đóng tàu, nhu cầu máy cẵt kim loại điều khiển CNC ngày cấp thiết.Việc nghiên cứu khoa học máy CNC ngày trọng nhằm đạt suất gia công cao chất lượng gia cơng tốt Vì việc nghiên cứu thiết kế nâng cấp chế tạo máy cắt plasma Trường ĐHCN Hà Nội cần thiết nhằm phục vụ cho công tác đào tạo nghiên cứu khoa học Muốn đạt kết cần phải đầu tư thiết bị, thời gian cơng sức Vì thời gian điều kiện thiết bị có hạn, luận văn nghiên cứu chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển CNC cho máy cắt plasma” Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ thực tiễn đề tài việc thiết kế hệ điều khiển phù hợp với máy cắt plasma phân xưởng thực hành Trường Đại Học Công Nghiệp để phục vụ cho công tác đào tạo nghiên cứu khoa học Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Máy cắt plasma Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cho máy cắt plasma CNC Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu máy cắt plasma - Nghiên cứu hệ điều khiển máy cắt plasma - Thiết kế hệ điều khiển phù hợp với máy cắt plasma trường Đại Học Công Nghiệp hà Nội Phụ lục 9: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển vào MBIO 105 Phụ lục 10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động servo 106 Phụ lục 11: Sơ đồ nguyên lý mạch Jack nối tới động trục X Y 107 Phụ lục 12: Sơ đồ nguyên lý mạch Jack nối tới điều khiển anilam 108 109 Phụ lục 13 %@3 // Plasma CNC cutting machine // MC_Quad CNC controller // Suquiang motor // 02 Plasma Torch with Dynatorch Auto height control RD X0.0 WRT G8.4 // Interlocks RD R0.0 OR.NOT R0.0 WRT G8.0 WRT G130.0 WRT G130.1 WRT G130.2 WRT G130.3 WRT G130.4 WRT G130.5 WRT G130.6 WRT G130.7 //HW_ESTP //*ESP //MFLAG //MFLAG //*IT //*IT1 //*IT2 //*IT3 //*IT4 //*IT5 //*IT6 //*IT7 //*IT8 // Program //***************************************** // M - Code RD F9.7 //DM00 OR F9.6 //DM01 OR F9.5 //DM02 OR F9.4 //DM30 WRT R0.0 //MFLAG RD OR WRT R0.0 F7.0 G5.0 //MFLAG //MF //MFIN; MDONE //************************************************ // T - code // tfin ( by t strobe ) RD F7.3 //TF t strobe WRT G5.3 //TFIN t done //*********************************************************************** ******************** // Convert T code to intermediate variable (plasma 1) RD F26.0 //T1_ON : Tcode=1 AND.NOT F26.1 //T2_ON: WRT R0.1 //AUT_CUT_ON: Auto turn on cutting start RD.NOT AND WRT cutting stop F26.0 F26.1 R0.2 //T1_ON : //T2_ON: //AUT_CUT_OFF : Auto turn off // Convert T code to intermediate variable (plasma 2) RD F26.2 //T1_ON : Tcode=1 AND.NOT F26.3 //T2_ON: WRT R20.1 //AUT_CUT_ON: Auto turn on cutting start 110 RD.NOT F26.2 //T3_ON : AND F26.3 //T4_ON: WRT R20.2 //AUT_CUT_OFF : Auto turn off cutting stop //*********************************************************************** ********************* RD F9.5 //DM02: m02 decode OR F9.4 //DM30: m30 decode WRT R0.3 //END_PRO: End of NC program //*********************************************************************** ********************* //*********************************************************************** ******************** //Turn control power supply on/off RD X20.2 //POWER_ON: Release Estop button WRT Y8.4 //POWER_ON_RL: Turn control power supply on //*********************************************************************** ******************** // Select torch RD X20.0 //TORCH1: Select Plasma power on switch AND Y8.4 //POWER_ON_RL: AND.NOT X20.6 // WRT Y8.0 //TORCH1_RL: Active relay for torch // Select torch RD X20.1 //TORCH2 : Select Plasma power on switch AND Y8.4 //POWER_ON_RL: AND.NOT X21.0 // WRT Y8.1 //TORCH2_RL: Active relay for torch //******************************Plasma start/stop**************************************** RD X20.5 //PLA_START: Plasma start switch OR R0.1 //Auto turn PLASMA on OR Y8.2 //Latch on AND Y8.0 //Plasma power on AND.NOT X20.6 //PLA_STOP: Plasma stop switch AND.NOT R4.2 //Auto turn PLASMA off AND.NOT R0.3 //End of NC program WRT Y8.2 //Plasma start relay //******************************Plasma start/stop**************************************** RD X20.7 //PLA_START: Plasma start switch OR R0.2 //Auto turn PLASMA on OR Y8.3 //Latch on AND Y8.0 //Plasma power on AND.NOT X21.0 //PLA_STOP: Plasma stop switch AND.NOT R40.2 //Auto turn PLASMA off AND.NOT R0.3 //End of NC program WRT Y8.3 //Plasma start relay 111 //*****************************Plasma 1,2 Delay ********************************************** RD X20.3 //MOTION: Machine Motion TMR 11 WRT R4.0 //Pierce delay of plasma to machine running RD OR AND AND.NOT AND.NOT WRT R0.2 R4.1 Y8.0 R0.1 R4.2 R4.1 RD R4.1 TMR 12 WRT R4.2 machine stop in 0,5 second RD TMR 12 WRT running X20.4 R24.0 RD R20.2 OR R40.1 AND Y8.0 AND.NOT R20.1 AND.NOT R40.2 WRT R40.1 RD R40.1 TMR 12 WRT R40.2 machine stop in 0,5 second // Machine auto stop when arc stop //auto start turn of plasma after //MOTION: Machine Motion //Pierce delay of plasma to machine // Machine auto stop when arc stop //auto start turn of plasma after //******************************Auto Start/stop machine********************************** //Auto stop RD R0.1 //AUT_CUT_ON : turn on automatic OR X20.6 //Plasma stop switch OR X21.1 //Plasma stop switch OR R0.2 AND F3.5 //Auto Mode AND Y8.4 // AND.NOT R0.3 //END_PRO: end program WRT G8.5 //Cycle Stop //Auto start RD R24.0 //Machine auto start when gas Torch pierce metal OR R4.0 //Machine auto start when Plasma Torch pierce metal AND Y8.4 // AND.NOT R0.3 //END_PRO: end NC program AND.NOT X20.6 // AND.NOT X21.1 WRT G7.2 //Cycle Start //********************************************************************* Phụ lục 14 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực cấp cho plasma động di chuyển lên xuống mỏ cắt 112 Phụ lục 15 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển nguồn Plasma 113 Phụ lục 16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động servo 114 Phụ lục 17 Sơ đồ nguyên lý đầu vµo PLC 115 Ph? l?c 18 So d? nguyên lý d?u PLC 116 Phụ lục 19 Sơ đồ nguyên lý Jack từ DC150 tới điều khiển động 117 Phụ lục 20 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động trục X trục Y 118 Phụ lục 21 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cữ giới hạn vị trí đa DC150 119 ... đào tạo nghiên cứu khoa học Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Máy cắt plasma Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cho máy cắt plasma CNC Nội dung nghiên cứu - Tìm... cứu - Tìm hiểu máy cắt plasma - Nghiên cứu hệ điều khiển máy cắt plasma - Thiết kế hệ điều khiển phù hợp với máy cắt plasma trường Đại Học Công Nghiệp hà Nội Phương pháp nghiên cứu Dựa phần mềm... nghiên cứu khoa học Muốn đạt kết cần phải đầu tư thiết bị, thời gian cơng sức Vì thời gian điều kiện thiết bị có hạn, luận văn nghiên cứu chuyên đề: ? ?Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển CNC cho