Hướng dẫn tính toán và lựa chọn động cơ servo cho chuyển động bàn máy X và Y trong hệ thống CNC
MỤC LỤC
Thông số cho trước Loại máy CNC : máy phay
Các máy phay CNC có tốc độ quay của vitme không quá lớn hay tốc độ dịch chuyển của bàn máy là không lớn nhưng để đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm cao khi gia công trên máy CNC thì hệ thống dẫn hướng yêu cầu độ chính xác cao.
Thông số đầu vào
Momen quán tính khối
Thời gian dành cho quá trình có gia tốc rất ngắn, do ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều(chiếm phần lớn thời gian gia công). Mô men ma sát quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi là không đáng kể nên có thể bỏ qua, do vậy ở đây mô men ma sát quy đổi gây ra bởi ray dẫn hướng được sử dụng để tính toán.
Tính toán chọn động cơ cho bàn máy Y
Momen quán tính khối
Do đó, Monen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen cần thiết khi phai thôi. Do vậy 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 sẽ không thay đổi đáng kể khi kể thêm mô men quy đổi gây ra bởi trục.
Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động vòng kín và mô hình bàn máy
33 Vậy công việc cần làm để thiết kế một hệ thống điều khiển tự động là phải xác định được đối tượng điều khiển, sau đó tìm ra bộ điều khiển thích hợp để điều khiển đối tượng đấy. Cụ thể trong phần xác định đối tượng điều khiển này ta phải xây dựng được sơ đồ khối mô tả hoạt động của cả hệ thống máy CNC thông qua các phần tử điển hình.
Thiết kế bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) cho bàn máy X
Thiết kế PID controller theo phương pháp thực nghiệm (phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất)
Phương pháp này có nhiệm vụ xaccs định các tham số Kp, Ti, Td cho bộ điều khiển PID trên cơ sở xấp xỉ hàm truyền đạt G(s) về dạng (1), để hệ kín nhanh chóng trở về chế đọ xác lập và đọ quá điều chỉnh ∆h không vượt quá một giá trị cho phép, khoảng 40% so với ℎ∞= lim. Như vậy ta có thể thấy là để áp dụng được phương pháp xấy xỉ mô hình bậc nhất có trễ, đối tượng đã phải ổn định và ít nhất hàm quá độ của nó phải có dạng hình chữ S.
Thiết kế bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) cho bàn máy Y Tương tự như bàn máy X ta có
-Kp : điều khiển tỷ lệ có ảnh hưởng làm thời gian đầu quá độ (thời gian hệ thống cần đạt được từ 10% → 90% giá trị ổn định hoặc giá trị cuối cần đạt) và tăng độ quá điều chỉnh thời gian đạt đến sai số cho phép tăng (thường là 5%) sai lệch cuối cùng không đổi. Cổng ra (Output) là cổng nói để bạn nối tới khối Body mà bạn muốn kích hoạt. Khớp giữa hai Body thể hiện số bậc tự do giữa chúng. Khối Joint Actuator kích hoạt một khối Joint kết nối giữa hai Body với một trong các tín hiệu sau: Một lực suy rộng. + Lực cho chuyển động tịnh tiến dọc theo khớp lăng trụ nguyên thủy. + Momen cho chuyển động quay quanh một khớp nguyên thủy quay. Một chuyển động. + Chuyển động tịnh tiến cho khớp nguyên thủy lăng trụ, dưới dạng vị trí, vận tốc và gia tốc. + Chuyển động quay cho khớp nguyên thủy quay, dưới dạng góc quay, vận tốc góc và gia tốc góc. 54 Khối To Workspace đưa ra một tín hiệu và ghi dữ liệu tín hiệu ra vào không gian. làm việc của MatLab. Trong quá trình mô phỏng, khối này ghi dữ liệu vào một vùng nhớ đệm bên trong. Khi quá trình mô phỏng hoàn thành hoặc dừng lại thì dữ liệu đƣợc ghi vào không gian làm việc. biểu tượng của khối thể hiện tên mảng mà dữ liệu đƣợc ghi vào. Để xác định tên của biến không gian làm việc mà khối To Workspace ghi dữ liệu dùng thông số “Variable name”. Để xác định dạng dữ liệu của biến, sử dụng thông số. Sau khi xây dựng mô hình 3D trong Solidworks, xuất sang file .xml ta được mô hình hệ bàn máy gồm các khối sau :. Hình 5.1: Mô hình bàn báy sử dụng công cụ Simscape xuất từ file Solidworks 5.2. Giới thiệu về Simulink trong Matlab. Một hệ điều khiển phản hồi vòng kín có dạng như sau :. Các tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển sẽ được dùng để tính toán các sai lệch và điều chỉnh các tín hiệu điều khiển để các sai lệch đó thỏa mãn các điều kiện về độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ,…. 55 Cấu trúc điều khiển PID có dạng:. Tín hiệu đặt. Gia công đường thẳng. SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN. Bộ điều khiển PID vị trí X. Bộ điều khiển PID vị trí Y. 57 Thiết kế quỹ đạo chuyển động với di chuyển là đa thức bậc 3 theo thời gian. Ta có điều kiện:. Mục đích : vẽ các đồ thị thể hiện tương quan giữa các giá trị đặt và giá trị thực. - Xây dựng khối simulink mô phỏng bộ điều khiển PID dựa theo số liệu đã tính chọn. - Dùng simmechanic để mô hình hóa cơ cấu chấp hành. Ta có mô phỏng matlab simulink: Lấy trong thư viện simulink ra các khối : subsystem, PID, Fcn, gain, scope, in, out, sum… kết hợp khối mô hình xuất từ simechanic để xây dựng các khối giải. ▪ Bộ điều khiển PID: các hệ số Kp, Ki, Kd đã được tính chọn từ phần trước. Sử dụng simmechanic trong solidwork để xuất ra khối mô hình của bàn máy. Tín hiệu điều khiển từ khối PID được đưa vào điều khiển các động cơ, các sensor phản hồi lại giá trị thực tế của bàn máy x, y, vx, vy. Đồ thị quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực gia công đường thẳng. Kết luận: Chất lượng điều khiển tốt đáp ứng yêu cầu. Gia công đường tròn vòng tròn. 2 ) là trung điểm của AB Bộ điều khiển PID vị trí.
Gia công vuông
Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ.
Ngôn ngữ lập trình cho PLC
Lược đồ hình thang LAD
Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời gian chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu.
Liệt kê câu lệnh STL (Statement List)
Để giải thớch cỏch vẽ nấc sơ đồ thang, có thể xét trường hợp cấp điện cho thiết bị xuất, chẳng hạn động cơ tuỳ thuộc vào công tắc khởi động thường mở. Ngôn ngữ này cho phép người lập trình xây dựng các quy trình điều khiển phức tạp bằng cách lấy các hàm từ thư viện FBD và viết chúng vào một diện tích đồ hoạ.
Giới thiệu về PLC S7-200 của Siemens
Các loại PLC S7-200 hiện đang bán trên thị trường
Các lệnh lôgic bít còn gọi là các lệnh lôgíc rơle, vì chúng có thể thực hiện các tác động điều khiển thay thế cho các mạch lôgic rơle. Một khối hàm lôgíc biểu diễn quan hệ hay hàm giữa các biến đầu vào và đầu ra.
Các khái niệm cơ bản về PLC S7-200
Trong sơ đồ này công tắc bật động cơ (nút chuyển mạch Start/Stop) được nối vơi một đầu vào. Khi ta chuyển công tắc sang vị trí Start, S7-200 CPU sẽ đưa tới đầu ra tín hiệu cho phép chạy động cơ. Khi ta chuyển công tắc sang vị trí Stop, S70-200 đưa tới đầu ra tín hiệu dừng động cơ. Cách S7-200 CPU thực hiện các nhiệm vụ trong một vòng quét. S7-200 CPU thực hiện các nhiệm vụ của nó có tính lặp đi lặp lại, chu kỳ lặp đó được gọi là vòng quét. Nhờ khả năng thực hiện các nhiệm vụ theo vòng quét mà PLC có thể đưa ra các tín hiệu điều khiển ra thích hợp, kịp thời khi có sự thay đổi của tín hiệu vào. Trong một vòng quét S7-200 CPU thực hiện năm nhiệm vụ chính:. Hình 6.4: Vòng quét chương trình. ghi xử lí ảnh đầu vào. 2) Thực hiện các điều khiển logic trong chương trình: S7-200 thực hiện các cấu trúc lệnh và lưu giữ các giá trị tính toán trong các vùng nhớ khác nhau. 4) CPU tự thực hiện chuẩn đoán lỗi: S7-200 thực hiện kiểm tra để đảm bảo, các chương trình cơ sở (firmware), các vùng bộ nhớ, các đầu vào ra và các modun mở rộng hoạt động chính xác. 5) Đưa kết quả ra: Các kết quả tính toán được lưu giữ tại vùng bộ nhớ thanh ghi xử lý ảnh đầu ra sẽ được đưa tới các đầu ra vật lý. Bộ đếm tăng lên một đơn vị khi có tín hiệu từ thấp lên cao tại chân vào của bộ đếm, bộ đếm tăng lên một đơn vi khi có tín hiệu từ cao xuống thấp tại chân vào của bộ đếm, bộ đếm tăng lên một đơn vị khi có xung lên hoặc xung xuống tại chân vào của bộ đếm.
Chương trình PLC hệ thống dẫn hướng CNC
Khi khởi động, kiểm tra nút Stop có được nhấn hay không, nếu không thì cho động cơ X, Y quay ngược cho đến khi đưa bàn máy về vị trí 0 ( được nhận biết bằng sensor). Bài toán : tính toán thiết kế điều khiển truyền động bàn máy phay CNC Dựa vào đồ án 1 ta tính chọn các chi tiết, bộ phận dùng cho các máy CNC.