Trong công nghiệp sản xuất mạch in điện tử hiện nay băng chuyền đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển và phân loại mạch in PCB. Băng chuyền hoạt động kết hợp với các thành phần khác của dây chuyền sản xuất mạch in nhƣ: Thiết bị đếm số lƣợng mạch in, máy kiểm tra lỗi mạch in hay máy hàn linh kiện. Khi có tín hiệu báo lỗi từ máy kiểm tra lỗi báo hiệu mạch in bị lỗi thì băng chuyền di chuyển mạch in đến vị trí loại bỏ hoặc quay lại quá trình đầu. Nếu máy báo không có lỗi thì mạch in đƣợc chuyển đến bƣớc tiếp theo để lắp ráp hoặc tieps tục quá trình.
Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển của băng chuyền
Máy kiểm
tra lỗi Máy hàn linh kiện PCB Băng chuyền Loại Tốt Mạch lỗi Sản phẩm PCB
Trong dây chuyền sản xuất mạch in, PLC Panasonic FP0R là trái tin của hệ thống. PLC thực hiện các nhiệm vụ: gửi tín hiệu điều khiển đến cho cơ cấu chấp hành (các động cơ); nhận tín hiệu từ các cảm biến và driver AC servo; truyền và nhận tín hiệu điều khiển từ các hệ thống băng chuyền ở phía trƣớc và phía sau; nhận tín hiệu từ giao diện điểu khiển ngƣời-máy (HMI - Human-Machine Interface), và gửi lên các thông báo cho ngƣời điều khiển xử lý khi hệ thống không hoạt động bình thƣờng.
Khối vi xử lý trung tâm:
Trong dây chuyền sản xuất mạch in , PLC Panasonic FP 0R là trung tâm của hệ thống đƣợc coi nhƣ bô ̣ não của hê ̣ thống . PLC Panasonic FP 0R có nhiệm vụ là trung tâm giám sát và điều khiển toàn bô ̣ hê ̣ thống, nhâ ̣n dƣ̃ liê ̣u tƣ̀ màn hình điều khiển, cảm biến và xƣ̉ lý dƣ̃ liê ̣u tiếp nhâ ̣n tƣ̀ các khối cảm biến , tín hiều điều khiển và đƣa ra các tín hiệu điều khiển cho động cơ để khiều khiển băng chuyền và gửi tín hiều lên màn hình điều khiển.
Khối cảm biến:
Trong hệ thống sản xuất mạch in sử dụng 8 cảm biến quang điện để định vị chuyển động của băng chuyền và PCB.
Khối cơ cấu chấp hành
Để vận hành băng chuyền sản xuất mạch in hệ thống sử dụng 2 động cơ Secvo và động cơ bƣớc. PLC Panasonic FP0R đƣa ra tín hiệu điều khiển hai động cơ để vận chuyển mạch in PCB.
Khối giao tiếp người máy:
Để tƣơng tác hoạt động giữa con ngƣời và dây chuyền sản xuất mạch in thì ta sử dụng màn hình điều khiển để nhập các tín hiều điều khiển cho PLC Panasonic FP0R và đƣa ra tín hiều điều khiển cho cơ cấu chấp hành hay băng chuyền.
2.3 Nguyên tác hoạt động
Nhằm đem lại sự linh hoạt trong sử dụng và đáp ứng đƣợc yêu cầu sử dụng đa dạng thì chƣơng trình điều khiển đƣợc xây dựng hai chế độ điều khiển khác nhau:
Chế độ bằng tay: Ở chế độ bằng tay cho phép ngƣời sử dụng cài đặt các thông số hoạt động cho băng chuyền ví dụ nhƣ: kích thƣớc của mạch in, tốc độ hoạt động của băng chuyền.
Hình 2.4 Chế độ điều khiển bằng tay
Chế độ tự động: Ở chế độ tự động băng chuyền có thể kết hợp với các thiết bị hay máy móc khác nhƣ máy kiểm tra lỗi, phối hợp với các dây chuyền phía trƣớc và sau để vận chuyển mạch in theo đúng yêu cầu.
Ví dụ: băng chuyền có thể đƣợc kết hợp cùng với máy kiểm lỗi mạch in. Với những mạch in đạt chuẩn, băng chuyền sẽ chuyển mạch in.
Hình 2.5 Chế đô ̣ tƣ̣ đô ̣ng
Máy kiểm
tra lỗi Máy hàn linh kiện PCB Băng chuyền Loại Tốt Mạch lỗi Sản phẩm PCB
Hình 2.6 Lƣu đồ giải thuật điều khiển
Quay động cơ AC, nhận PCB. Di chuyển PCB
Có tín hiệu sẵn sang nhận PCB
Đúng
Di chuyển băng chuyền đến hàng sau. Gửi yêu cầu tới dây chuyền phía
sau. PCB không lỗi
Gửi yêu cầu tới dây chuyền phía sau.
Đúng
Start
Động cơ Servo hoạt động, di chuyển băng chuyền về vị trí mặc định và sẵn sàng nhận PCB Động cơ AC hoạt động nhận PCB Sẵn sàng nhận PCB Đúng sai sai
2.4 Các thành phần trong hệ thống dây chuyền phân loại mạch in
Trong đề tài thiết kế dây chuyền phân loại mạch in PCB em đã sử dụng các vi xử lý nhƣ PLC Panasonic FP0R, driver và động cơ AC servo, driver và động cơ bƣớc, màn hình điều khiển, cảm biến.
2.4.1. PLC Panasonic FP0R [8]
Hình 2.7 PLC FP0R – C32 CT
PLC đƣợc sử dụng trong băng chuyền là loại FP0R-C32CT thuộc dòng FP0R của Panasonic. Đây là dòng PLC nhỏ gọn nhƣng rất mạnh mẽ trong điều khiển chuyển động.
Các thông số kỹ thuật của FP0R-C32CT:
Nguồn cung cấp : DC 24 V Dung lƣợng bộ nhớ : 12K steps Mở rộng tối đa 384 In/Out
High – speed counter – Pulse output – PWM Kết nối qua cổng RS232/485
Phƣơng thức lập trình : biểu tƣợng rơle/vận hành theo chu kỳ Bộ nhớ chƣơng trình : bộ nhớ flash ROM lắp sẵn
Khả năng lập trình : 32 k bƣớc
Số lệnh : cơ bản : 93 , cấp cao : 216 / 218
Tốc độ vận hành : 0.32µ/bƣớc (loại 32k), 0.4 µ/bƣớc (loại 12k) Số điểm bộ nhớ vận hành :
• Rơle : Rơle nội : 4096 điểm (loại 32k):RO đến R255F, 1568 điểm(loại 12k) : RO đến R97F
Đồng hồ hẹn giờ : 1024 điểm
• Vùng bộ nhớ :
Thanh ghi dữ liệu : 32765 word Thanh ghi chỉ mục : 14 Word
Thanh ghi dữ liệu liên kết : 256 word(loại 32k), 128 Word(loại 12k) Điểm rơle điều khiển chính : 256 điểm
Số nhãn (JMP và LOOP) : 256 nhãn Điểm vi sai : không giới hạn
Số thang bƣớc : 1000 ngắt
Số chƣơng trình con : 100 chƣơng trình con
2.4.2 Driver và động cơ AC servo
Hình 2.8 Động cơ và driver servo sử dụng trong băng chuyền
Động cơ AC servo
Loại : MSMD 04 2 P 1 A. Công suất: 450W.
Nguồn: 110 - 220V.
Tốc độ quay: tối đa 4500 vòng/phút. Encoder: loại 2500P/r (10000 xung).
Driver AC servo
Nhãn: MBDDT2210. Dòng tối đa: 20A.
Nguồn: 110 - 220V 1 pha.
Tín hiệu đầu vào: Xung lệnh và tín hiệu tƣơng tự.
Chức năng: thay đổi hệ số thời gian thực, điều khiển rung.
2.4.3 Driver và động cơ bước
Hình 2.9 Động cơ bƣớc 5 pha AH8K
Thông số kỹ thuật động cơ bước
Nhãn: AH8K – M566
Loại động cơ bƣớc: 5 pha ngũ giác Nguồn: 24V DC
Mô-men giữ tối đa: 8000 kgf-cm Dòng động cơ: 1.4A/pha
Hình 2.10 Driver động cơ bƣớc ngũ giác KR-5MC
Thông số kỹ thuật driver động cơ bước
Nhãn: KR-5MC
Loại điều khiển ngũ giác với dòng điện lƣỡng cực không đổi Nguồn: 20-35V DC/3A
Dòng điều khiển: 1.4A/pha
Tần số xung điều khiển (tối đa): 280kpps
2.4.4 Màn hình điều khiển
Màn hình điều khiển sử dụng trong hệ thống băng chuyền thuộc dòng GP-2480 của Autonics. Đây là loại màn hình điều khiển có rất nhiều chức năng khác nhau, với thiết kế nhỏ gọn và rất dễ sử dụng cũng nhƣ giao tiếp với ngƣời sử dụng.
Hình 2.11 Màn hình điều khiển GP-2480
Thông số kỹ thuật của màn hình điều khiển
Model: GP-2480-SBD0 Nguồn: DC 24V
Loại LCD: STN Blue Độ phân giải: 240x80 điểm Màu hiển thị: Xanh, trắng Bộ nhớ đồ họa: 512kB
Số lƣợng màn hình tối đa: 500 trang Giao tiếp: RS232C, RS485
2.4.5 Cảm biến
Hình 2.12 Cảm biến quang sử dụng trong băng chuyền
Trong hệ thống băng chuyền sử dụng 8 cảm biến quang điện để định vị của băng chuyền và kích thƣớc PCB. Các loại cảm biến sử dụng có thông số điện nhƣ sau:
Nguồn nuôi: 12-24V DC
Đối tƣợng phát hiện: Xác định vật mờ đục Khoảng cách phát hiện: 5mm/25-30mm Dòng tiêu thụ: 25mA/30mA
Loại đầu ra: NPN collector hở
Điện áp đầu ra: tối đa 24V DC (max. 50mA/100mA) Yếu tố phát: LED hồng ngoại
Yếu tố thu: Photo Transitor
2.4.6 Khối nguồn
Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các thành phần của hệ thống băng chuyền. Nguồn cung cấp trong thiết bị băng chuyền là nguồn DC 24V - 2.1A, là chuẩn nguồn đƣợc sử dụng tƣơng đối rộng rãi trong công nghiệp, nhằm cung cấp năng lƣợng cho khối sử lý trung tâm PLC, màn hình cảm ứng, các động cơ và cảm biến.
Trong đó:
ELB: Bật tắt nguồn EPB1, EPB2: Ngắt cứng
PB1_off, PB1_on: Bật tắt nguồn chính FU1: Cầu chì bảo vệ mạch
NF1: Bộ lọc nhiễu (Noise Filter) RY0: Rơ-le đóng/ngắt nguồn chính RY1: Rơ-le đóng/ngắt các động cơ AC PE: Tiếp đất
2.4.7 Sơ đồ kết nối phần cứng
Hình2.14 Sơ đồ lắp đặt khối nguồn
Hình 2.16 Rơ-le 14 chân
Hình 2.18 Sơ đồ kết nối driver secvo
CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 3.1 Điều khiển động cơ bƣớc
3.1.1 Sơ đồ điều khiển
.
Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển
Trong dây chuyền sản xuất mạch in sử dụng hai động cơ là động cơ bƣớc và động cơ servo nhằm mục đích tạo chuyển động trong băng chuyền. Động cơ bƣớc đƣợc sử dụng để di chuyển vị trí băng chuyền nhằm mục đích vận chuyển mạch in đến các vị trí phân loại khác nhau hay di chuyển đến vị trí tiếp nhận từ băng chuyền phía trƣớc.
3.1.2 Một số hàm điều khiển [8] Các hàm đếm Các hàm đếm
F166_HighSpeedCounter_Set
Khi giá trị đếm đạt đến giá trị đặt trƣớc (s_diTargetValue), thì lối ra (d_Y) sẽ ở trạng thái ON, đồng thời hàm cũng ngừng đếm xung vào. Đầu vào đếm xung đƣợc chọn từ X0 đến X3. Khối xử lý trung tâm PLC Băng chuyền (SERVO, ĐC bƣớc..) Đầu vào PCB Màn hình ĐK Ngƣời ĐK
Hình3.2 Hàm đếm tốc độ cao F166
Các hàm phát xung
F171_PulseOutput_Home, Home return
Khi đầu vào Home input ở mức ON, PLC sẽ ngừng phát xung.
Cấu hình cho kênh 0 của dòng FPΣ: CW: Y0-Y2, CCW:X1-X3, Home input: X2
Hình 3.3 Hàm phát xung
F170_PulseOutput_PWM, PWM output Hàm phát xung PWM với các biến:
n_iPulseOuputChannel: kênh phát xung (0=Y0, 1=Y1)
Hình 3.4 Hàm phát xung PWM F170
Hàm định thời
Hình 3.5 Biểu đồ thời gian hàm Timer
1: Q đƣợc thiết lập trễ trong khoảng thời gian chỉ định trong PT.
2: Nếu đầu vào IN chỉ thiết lập cho giai đoạn trễ trong PT hoặc một thời gian ngắn hơn trong khoảng t3 – t2 < PT thì Q sẽ không đƣợc cài đặt.
Bảng 3.1 Tham số của hàm Timer
Data type I/O Function
IN Đầu vào Thời gian bắt đầu đƣợc
tính khi có xung sƣờn trái lên
PT Đầu vào Chuyển sang trễ
Q Đầu ra Tín hiệu ra đƣợc thiết lập
nếu PT = ET
ET Đẩu ra Thời gian tính
3.2 Điều khiển động cơ servo [1], [2]
3.2.1 Sơ đồ điều khiển
Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển của băng chuyền
Trong dây chuyền sản xuất mạch in sử dụng hai động cơ là động cơ bƣớc và động cơ servo nhằm mục đích tạo chuyển động trong băng chuyền. Động cơ servo đƣợc sử dụng để di chuyển bề rọng băng chuyền theo kích thƣớc khác nhau của mạch in PCB đƣợc vận chuyển trong băng chuyền.
3.2.2 Các hàm sử dụng trong chương trình
FPWIN PRO là phần mềm lập trình cho các loại PLC và tƣơng thích với với nhiều dòng chuẩn IEC nên phần mềm bao gồm tất các các hàm và khối hàm quen thuộc trong các phần mềm lập trình PLC tƣơng thích với chuẩn này. Ngoài ra FPWIN PRO còn bao gồm thƣ viện các hàm riêng có. Các hàm này đƣợc sử dụng để khai thác các chức năng đặc biệt có trong các dòng PLC của PANASONIC.
Bảng 3.2 Các hàm sử dụng trong chƣơng trình
Tên Hình Mô tả
DIV Chia hai số cùng dạng
F172_PulseOput_Jog Hàm điều khiển xung.
Greater or equal Hàm so sánh ( bằng
hoặc lớn hơn)
INT_TO_DINT Hàm chuyển kiểu dữ
liệu từ INT sang DINT
MOVE Hàm di chuyển dữ liệu
TON Hàm thời gian
SUB Hàm tính hiệu 2 số
3.3 Đầu vào ra PLC FP0R [2]
3.3.1 Đầu vào của PLC
%IX0.0 (Limit+): Cảm biến xác định hành trình chuyển động của băng chuyền. %IX0.1 (Limit-): Cảm biến xác định hành trình chuyển động của băng chuyền %IX0.2 (Home ): Cảm biến xác định hành trình chuyển động của băng chuyền %IX0.5 (PCB in): Cảm biến xác định hành trình chuyển động của băng chuyền %IX0.6 (PCB out): Cảm biến xác định vị trí mạch in đã ra khỏi băng chuyền %IX0.7 (PCBSafety): Cảm biến xác định vị trí mạch in.
%IX2.3 (Awa_home): Cảm biến xác định hành trình cuối động cơ bƣớc.
Đầu vào từ driver AC servo
%IX2.0 (ServoReady): Tín hiệu sẵn sàng làm việc của driver. %IX2.1 (ServoAlarm): Cảnh báo khi có lỗi xảy ra với driver.
Đầu vào truyền thông
%IX0.8 (PCB_transfer_pass): Tín hiệu nhận từ máy kiểm lỗi, mạch in không có lỗi.
%IX0.9 (PCB_transfer_fail): Tín hiệu nhận từ máy kiểm lỗi, mạch in có lỗi. %IX0.11 (PCB_request): Tín hiệu sẵn sàng nhận mạch in của dây chuyền phí sau
Khác
%IX0.15 (EMG): Cảnh báo khi nút ngắt cứng đƣợc kích hoạt
3.3.2. Đầu ra của PLC Đầu ra driver AC servo
%QX0.0 : Đầu ra điều khiển vị trí băng chuyền. %QX0.1 : Đầu ra điều khiển vị trí băng chuyền.
%QX2.0 (servo_on) : Đầu ra kích hoạt điều khiển driver servo. %QX2.1 (servo_alarm_clear) : Đầu ra reset driver khi cảnh báo lỗi .
Đầu ra động cơ bước
%QX0.2 : đầu ra điều khiển vị trí động cơ bƣớc. %QX0.3 : đầu ra điều khiển vị trí động cơ bƣớc.
Đầu ra truyền thông
%QX0.9 (PCB_transfer): Đầu ra báo sẵn sàng phân loại mạch in.
Khác
X0.6 (conveyor run): Đầu ra động cơ mặt đệm băng chuyền.
Hình 3.8 Code điều khiển
3.4 Lập trình màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD0 [6]
3.4.1 Giới thiệu phần mềm lập trình GP Editor 4
GP Editor là phần mềm cá nhân, nó có thể chỉnh sửa các dữ liệu về màn hình sử dụng. Chỉnh sửa giao diện màn hình nhƣ: hình dạng, vị trí, thuộc tính về từ khóa và download dữ liệu đến bộ nhớ của man hình cảm ứng. Sau đó GP bắt đầu tiến hành giám sát, điều khiển hệ thống.
Màn hình cảm ứng là một thiết bị giao diện nhằm theo dõi các chỉ số của bộ điều khiển trung tâm nhƣ PLC hay vi xử lý. Đây là một trong những giao thức truyền thông trong công nghiệp. Nó đƣợc sử dụng để tìm ra giá trị hiện tại và tình trạng của quá trình giữa bộ điều khiển và sử dụng, Nó cũng đƣợc sử dụng để hiển thị hay giám sát các tham số điều khiển trên màn hình LCD, chuyển đổi màn hình cảm ứng hoặc thiết lập một tùy biến. Thông tin lẫn nhau giữa GP và điều khiển đƣợc truyền qua giao tiếp nối tiếp. Biến của bộ điều khiển đƣợc hiển thị nhƣ thẻ, ví dụ, các biến thể là một nhiệt độ, nó đƣợc hiển thị nhƣ phƣơng pháp số với các thẻ và nó có sẵn để có thể theo dõi sự thay đổi về nhiệt độ và đƣa ra xu hƣớng dƣới dạng đồ thị. Tất cả dữ liệu của
ngƣời sử dụng màn hình GP đƣợc chỉnh sửa trong phần mềm tin GP Editor. Sau khi chỉnh sửa dữ liệu màn hình bao gồm các hình thức, sắp xếp, ghi của thẻ, tải về thẻ với GP, nó bắt đầu theo dõi dữ liệu bởi các màn hình.
Bắt đầu với GP Editor
Hình 3.9 Khởi tạo Project Chọn tạo Project hoặc load project…
New Project: Tạo quá trình mới. Ta chọn 'new', một hộp thoại để thiết lập "GP / PLC" đƣợc xuất hiện ..
Open project: Tải các quá trình đã lƣu. Ta chọn 'Open', một hộp thoại hộp đƣợc xuất hiện, và bắt đầu chỉnh sửa dự án với quy trình khác.
: Nếu không kiểm tra sẽ kiểm tra hộp, hộp thoại này - ô này không xuất hiện
Hình 3.10 Thiết lập loại PLC
Thiết lập chính xác loại GP/PLC nếu muốn sử dụng GP GP type:
Lựa chọn để sử dụng chế độ model GP, trong phiên bản này ta chỉnh sửa: “ GP – 2480”
Setup CH1: Ta thiết lập nhóm hoặc loại CH2 cho việc truyền tải đến GP. Chọn NAIS FP0R SERIES.
Link device configuration: thiết lập bên trong word device (UV) cho việc