Điều khiển động cơ AC SERVO trong hệ tọa độ tuyệt đối dùng PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ TỌA ĐỘ TUYỆT ĐỐI DÙNG PLC MÃ SỐ: T2015 - 71 SKC005617 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ TỌA ĐỘ TUYỆT ĐỐI DÙNG PLC Mã số: T2015-71 Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Hoàng Lâm TP HCM, 10/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ TỌA ĐỘ TUYỆT ĐỐI DÙNG PLC Mã số: T2015-71 Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Hoàng Lâm Thành viên đề tài: KS Bùi Thuận Ninh TP HCM, 10/2015 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU Tham gia nghiên cứu đề tài gồm thành viên: Lê Hoàng Lâm : Chủ nhiệm đề tài, giảng viên môn Cơ sở Kỹ Thuật Điện, khoa Điện – Điện Tử, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Bùi Thuận Ninh : Thành viên nghiên cứu, giảng viên môn Cơ sở Kỹ Thuật Điện, khoa Điện – Điện Tử, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh MỤC LỤC Mục lục Thông tin kết nghiên cứu A PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 6 Nhiê ̣m vu ̣ nghiên cƣ́u Phƣơng pháp nghiên cƣ́u Kế t quả đa ̣t đƣơ ̣c của đề tài 6 B PHẦN NỘI DUNG Chƣơng I Tổng quan điều khiển động AC Servo hệ toạ độ tƣơng đối hệ toạ độ tuyệt đối I Hệ tọa độ tƣơng đối hệ tọa độ tuyệt đối II Thiết lập hệ tọa độ tuyệt đối cho động AC Servo MR-J2S Chƣơng II Thiết lập kết nối động AC Servo MR-J2S PLC FX1S I Giới thiệu PLC FX II Kết nối điều khiển động AC Servo J2S PLC FX1S III Quá trình truyền liệu vị trí từ điều khiển động Servo PLC kiểm tra liệu truyền dẫn Chƣơng III Điều khiển vị trí động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối I Giới thiệu Mơ hình điều khiển thiết lập thơng số cho động Servo MR-J2S II Thiết lập điểm gốc cho hệ tọa độ tuyệt đối và đọc tọa độ điểm III Chƣơng trình ứng dụng 10 13 24 26 29 32 37 C KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 26 tháng 10 năm 2015 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Điều khiển động AC Servo hệ toạ độ tuyệt đối dùng PLC - Mã số: T2015 – 71 - Chủ nhiệm: Ths Lê Hoàng Lâm - Tham gia : KS Bùi Thuận Ninh - Cơ quan chủ trì: Trƣờng ĐH Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: Điều khiển động AC Servo hệ toạ độ tuyệt đối dùng PLC FX Tính sáng tạo: Điều khiển vị trí động AC servo để bị mất điện đột ngột và có điện trở lại động chạy vị trí mong muốn Sản phẩm: - Cơ sở lý thuyết điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối - Mơ hình minh họa Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Áp dụng khoa Điện –Điện tử phục vụ học tập, nghiên cứu Ngày 26 tháng 10 năm 2015 Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) Ths Lê Hoàng Lâm A PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việc mang lại cho máy móc khả tiếp tục hoạt động chu trình cịn dang dở hay cần tự động quay đến vị trí bất kỳ cách xác sau máy bị mất điện đột ngột làm cho việc điều khiển động Servo hệ toạ độ tuyệt đối trở thành lựa chọn hàng đầu cho giải pháp máy móc Đề tài này trình bày cách th ực giao tiếp Servo và PLC để PLC điều khiển Servo hệ toạ độ tuyệt đối thực ứng dụng cụ thể là điều khiển vị trí động Servo dùng PLC FX MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Điều khiển động AC Servo hệ toạ độ tuyệt đối dùng PLC FX ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU PLC điều khiển động Servo AC hệ toạ độ tuyệt đối PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ứng dụng với PLC FX và động Ac Servo MR-J2S NHIỆM VỤ NGHIÊN CƢ́U Chƣơng Tổng quan điều khiển Servo AC hệ toạ độ tƣơng đối toạ độ tuyệt đối Chƣơng Thiết lập kết nối Servo MR-J2S PLC FX Chƣơng Điều khiển vị trí Servo hệ toạ độ tuyệt đối PHƯƠNG PHÁ P NGHIÊN CỨ U Nghiên cứu lý thuyết phục vụ xây dựng sở lý luận; kiểm nghiệm thực tế đánh giá tính khả thi hiệu KẾ T QUẢ ĐẠT ĐƢỢC CỦA ĐỀ TÀI - Cơ sở lý thuyết điều khiển Servo AC hệ toạ độ tuyệt đối - Mơ hình điều khiển vị trí động Servo hệ toạ độ tuyệt đối B PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ TỌA ĐỘ TƢƠNG ĐỐI VÀ HỆ TỌA ĐỘ TUYỆT ĐỐI I Hệ tọa độ tƣơng đối hệ tọa độ tuyệt đối Ngày động AC Servo đƣợc dùng rất rộng rãi công nghiệp để điều khiển vị trí xác Trong điều khiển vị trí, vị trí đích (target position) đƣợc cài đặt theo phƣơng pháp :  Phƣơng pháp tƣơng đối (Incremental Method) ứng với dịch chuyển hệ tọa độ tƣơng đối  Phƣơng pháp tuyệt đối ( absolute Method) ứng với dịch chuyển hệ tọa độ tuyệt đối a Phƣơng pháp tƣơng đối Trong phƣơng pháp này, vị trí đích đạt đƣợc nhờ chiều dịch chuyển khoảng cách so với vị trí trƣớc Hình 1.1 Sự dịch chuyển hệ tọa độ tƣơng đối Theo hình 1.1, dịch chuyển vị trí ban đầu ( gọi zero point hay home position) Để dịch chuyển từ vị trí ban đầu đến điểm A cấu dịch chuyển đoạn 100 theo chiều dƣơng quy ƣớc chuyển động Để dịch chuyển từ điểm A đến điểm C cấu dịch chuyển đoạn 200 theo chiều dƣơng quy ƣớc chuyển động Để dịch chuyển từ điểm C đến điểm B cấu dịch chuyển đoạn 150 theo chiều âm quy ƣớc chuyển động II Thiết lập điểm gốc cho hệ tọa độ tuyệt đối đọc tọa độ điểm a Thiết lập điểm gốc cho hệ tọa độ tuyệt đối Để điểm trở thành điểm gốc hệ tọa độ tuyệt đối ta thực bƣớc sau  Bƣớc : Dịch chuyển Vitme đến vị trí xác định là điểm gốc ( mơ hình là điểm có tọa độ 0) cách nhấn nút jog+ jog- Chƣơng trình PLC thể nhƣ hình 3.3 Hình 3.3 Chƣơng trình PLC quay thuận quay nghịch vitme Điểm gốc đƣợc chọn mơ hình điều khiển là điểm thƣớc đo nhƣ hình 3.4 Hình 3.4 Điểm gốc (home) đƣợc chọn mơ hình  Bƣớc : Gạt cơng tắc Home setting lên để đọc vị trí điểm thiết lập điểm này là điểm gốc hệ tọa độ tuyệt đối Chƣơng trình PLC để thiết lập điểm là điểm gốc đƣợc trình bày nhƣ bên dƣới 32 Hình 3.5 Tín hiệu Servo On lên hệ thống đƣợc cấp điện Tín hiệu Servo On (Y4) lên hệ thống đƣợc cấp điện (M8002 xung On chu kỳ run PLC) Sau Servo On ABSM On lên hệ thống đƣợc cấp nguồn hay cơng tắc Home setting đƣợc gạt lên nhƣ trình tự truyền liệu Hình 3.6 Tín hiệu ABSM lên 1sau Servo On 33 Hình 3.7 Tín hiệu Send data ready ABSR Sau tín hiệu ABSM lên tín hiệu Send data ready từ driver vào PLC để báo cho PLC biết liệu gửi sẵn sàng Tín hiệu ABSR từ PLC Driver yêu cầu gửi liệu Dữ liệu vị trí đọc lần thứ nhất gồm bit X2 X3 đƣợc lƣu vào bit trung gian M10 M11 cuối nằm M57 M58 Sau lần đọc ghi từ M20 đến M58 dịch phải tiếp tục ghi liệu bit đọc về vào bit M56 M55 Quá trình thực 16 lần xác định đếm C2 để đọc giá trị liệu vị trí 19 lần xác định nhờ đếm C0 bao gồm bit kiểm tra lỗi Sau 16 lần đọc tổng bit đọc đƣợc lƣu vào D2 để so sánh với bit kiểm tra lỗi nhằm xác định liệu truyền có xác hay khơng Chƣơng trình đọc 19 lần lần bit đƣợc thể đoạn chƣơng trình nhƣ hình 3.8 hình 3.9 Hình 3.8 Đoạn chƣơng trình đọc lần bit liệu 34 Hình 3.9 Đoạn chƣơng trình lặp lại q trình đọc Dữ liệu vị trí sau 19 lần đọc ghi đƣợc chuyển vào ghi D0 q trình đọc vị trí điểm Home đƣợc chuyển vào ghi D6 là q trình đọc vị trí vitme vừa bật nguồn cho hệ thống Đoạn Chƣơng trình PLC thể hình 3.10 cho kết cuối lƣu vị trí đọc lƣu ghi D0 hay D6 Hình 3.10 Dữ liệu vị trí lƣu vào ghi 35 Nhƣ ta có đƣợc vị trí điểm gốc lƣu ghi D0 Vị trí chính là địa hệ tọa độ tuyệt đối mà PLC ghi nhận Địa chi đƣợc xác nhận ghi D8140 nhƣ hình 3.11 Hình 3.11 Xác định tọa độ tuyệt đối tƣơng ứng b Đọc vị trí điểm và xác định tọa độ tuyệt đối điểm đó: Việc đọc vị trí điểm và xác định tọa độ tuyệt đối điểm hệ tuyệt đối đƣợc thực mở nguồn Thực điều giống nhƣ là đọc vị trí điểm gốc và đƣợc xử lý song song phần a Vị trí điểm bất kỳ sau thiết lập điểm gốc đƣợc lƣu vào ghi D6 và để có đƣợc tọa độ tuyệt đối điểm ta lấy D6 trừ D0 và lƣu vào ghi D8140 PLC nhƣ hình 3,11 và PLC biết đƣợc vị trí cấu đâu mà phát xung điều khiển động AC Servo cho 36 III Chƣơng trình ứng dụng : a Chƣơng trình tự động Để minh họa cho việc điều khiển động hệ tọa độ tuyệt đối, ứng dụng cụ thể gồm giai đoạn điều khiển động Servo nhƣ sau:  Giai đoạn : Điều khiển Vitme chạy từ điểm gốc đến vị trí 100mm bên phải  Giai đoạn : Điều khiển Vitme chạy từ vị trí 100mm bên phải đến vị trí 100mm bên trái  Giai đoạn : Điều khiển Vitme chạy từ vị trí 10mm bên trái lại điểm gốc Hình 3.12 Hành trình dịch chuyển Vitme  Nếu là bài toán điều khiển hệ tọa độ tƣơng đối, bị cúp điện đột ngột, vitme phải đƣợc Jog trở điểm gốc trƣớc thực trình  Do hệ tọa độ tuyệt đối mà cụ thể là điểm gốc xác định từ đầu nên cúp điện và có điện lại hệ thống đọc vị trí cấu biết đƣợc tọa độ tuyệt đối vị trí nên cần xác định đƣợc hệ thống trình nào c ấu tiếp tục hành trình mà khơng phải quay điểm gốc Hình 3.13 Giai đoạn trình điều khiển 37 Các giai đoạn đƣợc gán với relay chốt S PLC FX1S, nhƣ mất điện và có điện lại PLC biết giai đoạn tiêp tục điều khiển cấu dịch chuyển 1mm tƣơng ứng với 1024 xung phát từ PLC nên vị trí 100mm tƣơng ứng với tọa độ tuyệt đối 102400 xung Hình 3.14 Giai đoạn giai đoạn trình điều khiển 38 b Chƣơng trình điều khiển vị trí bất kỳ Trong hệ tọa độ tuyệt đối thiết lập, vị trí điểm đạt đến cách gọi tọa độ điểm nên PLC có kết nối với hình HMI, ta nhập vào toa độ điểm vị trí chạy đến điểm đó, đồng thời giám sát tọa độ tuyệt đối cấu Hình 3.15 Giao diện hình HMI Hình 3.16 Chƣơng trình PLC điều khiển 39 C PHẦN KẾT LUẬN 40 KẾ T LUẬN  Điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối mang đến cho máy móc linh hoạt, tiết kiệm thời gian sản xuất áp dụng vào máy móc chuyển động phức tạp nhƣ CNC, cánh tay robot công nghiệp,v.v  Hƣớng nghiên cứu mở rộng thiết lập hệ tọa độ tuyệt đối điều khiển động AC Servo máy tính cơng nghiệp 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hồng Lâm , Xây dựng mơ hình thí nghiệm động AC Servo dùng giảng dạy đại học, Đề tài khoa học công nghệ cấp trƣờng T2011 – 21, Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp HCM [2] MR-J2S-A Servo Amplifier, Mitsubishi Electric [3] Melsec FX Series programming Manual , Mitsubishi Electric 42 PHỤ LỤC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ TỌA ĐỘ TUYỆT ĐỐI DÙNG PLC CONTROLLING AC SERVO MOTOR IN ABSOLUTE SYSTEM USING PLC Lê Hoàng Lâm, Bùi Thuận Ninh ĐH SưPhạmKỹThuật TPHCM, ĐH SưPhạmKỹThuật TPHCM TÓM TẮT Việc mang lại cho máy móc khả tiếp tục hoạt động chu trình cịn dang dở hay cần tự động quay đến vị trí cách xác sau máy bị điện đột ngột làm cho việc điều khiển động Servo hệ toạ độ tuyệt đối trở thành lựa chọn hàng đầu cho giải pháp máy móc Đề tài này trình bày cách thực giao tiếp Servo PLC để PLC điều khiển Servo hệ toạ độ tuyệt đối thực ứng dụng cụ thể điều khiển vị trí động Ac Servo dùng PLC FX Từkhóa: hệ tuyệt đối, ac servo, plc ABSTRACT The machine have ability to continue operating the unfinished cycle or as needed automatically rotate to any position correctly after the machine power is lost suddenly makes Servo motor control in absolute coordinate system becomes the first choice solution for machinery This topic demonstrates how to perform communication between Servo and PLC to PLC can control Servo in absolute coordinate system perform a specific application is positioning control ac servo motor using PLC FX Key words: absolute system, ac servo, compact plc I GIỚI THIỆU Các máy móc dùng động Servo ngày càng đƣợc chế tạo nhiều để phục vụ cho ứng dụng cần xác ngành công nghiệp ngày Dùng PLC để điều khiển động Ac Servo hệ toạ độ tuyệt đối mang lại cho máy móc khả tiếp tục hoạt động chu trình cịn dang dở bị mất điện đột ngột hay cần tự động quay lại vị trí ban đầu cách chính xác Do việc điều khiển động Ac servo hệ toạ độ tuyệt đối lựa chọn hàng đầu cho giải pháp máy móc cần điều kiện hoạt động khắt khe Đề tài này trình bày cách thực giao tiếp Servo và PLC để PLC điều khiển Servo hệ toạ độ tuyệt đối thực ứng dụng cụ thể là điều khiển vị trí động Servo dùng PLC FX 43 II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết phục vụ xây dựng sở lý luận; kiểm nghiệm thực tế đánh giá tính khả thi hiệu III KẾT QUẢ Để xây dựng hệ tọa độ tuyệt đối việc điều khiển động AC Servo ta cần thực bƣớc nhƣ sau: - Gắn Pin vào Driver động Ac Servo để cấp nguồn cho encoder tuyệt đối hoạt động Đọc tọa độ điểm gốc PLC báo cho PLC biết là gốc hệ tọa độ tuyệt đối Viết chƣơng trình cho PLC để lần mở nguồn lên là đọc vị trí tại, việc cập nhật vị trí giúp cho việc điều khiển Giá trị tọa độ đọc PLC giá trị xung mà encoder tuyệt đối ghi nhận đƣợc động dịch chuyển Mỗi lần bật nguồn, ta đọc giá trị xung điểm tại, lấy giá trị xung trừ giá trị xung điểm gốc, PLC biết đƣợc động đứng tọa độ Việc điều khiển động nhờ lệnh phát xung hệ tọa độ tuyệt đối PLC Đối với PLC FX lệnh DRVA Mơ hình điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối đƣợc xây dựng Hình1 Mơ hình điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối dùng PLC IV.THẢO LUẬN Điều khiển động AC Servo hệ tọa tuyệt đối tƣơng đối phức tạp, nhƣng mang lại hiệu rất tốt là ta cho máy móc tiếp tục hoạt động mà khơng cần phải bắt đầu nhƣng chu trình phức tạp lại từ đầu, dẫn đến lợi ích to lớn kinh tế thời gian 44 V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối mang đến cho máy móc linh hoạt, tiết kiệm thời gian sản xuất áp dụng vào máy móc chuyển động phức tạp nhƣ CNC, cánh tay robot công nghiệp,v.v Hƣớng nghiên cứu mở rộng thiết lập hệ tọa độ tuyệt đối điều khiển động AC Servo máy tính cơng nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hoàng Lâm , Xây dựng mơ hình thí nghiệm động AC Servo dùng giảng dạy đại học, Đề tài khoa học công nghệ cấp trƣờng T2011 – 21, Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp HCM [2] MR-J2S-A Servo Amplifier, Mitsubishi Electric [3] Melsec FX Series programming Manual , Mitsubishi Electric Địa lien hệ: LÊ HOÀNG LÂM ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM, 01, VÕ VĂN NGÂN, THỦ ĐỨC ĐT: 0949253277 lamlh@hcmute.edu.vn Chuyênngànhchính: Máy điện 45 S K L 0 ... Servo hệ toạ độ tƣơng đối hệ toạ độ tuyệt đối I Hệ tọa độ tƣơng đối hệ tọa độ tuyệt đối II Thiết lập hệ tọa độ tuyệt đối cho động AC Servo MR-J2S Chƣơng II Thiết lập kết nối động AC Servo MR-J2S PLC. .. độ tuyệt đối PLC Đối với PLC FX lệnh DRVA Mơ hình điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối đƣợc xây dựng Hình1 Mơ hình điều khiển động AC Servo hệ tọa độ tuyệt đối dùng PLC IV.THẢO LUẬN Điều. .. Cơ sở lý thuyết điều khiển Servo AC hệ toạ độ tuyệt đối - Mơ hình điều khiển vị trí động Servo hệ toạ độ tuyệt đối B PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC SERVO TRONG HỆ