Bộ DRIVER và động cơ SERVO YASKAWA SGDM-02ADA

Một phần của tài liệu Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hybrid để điều khiển và giám sát robot công nghiệp (Trang 56 - 65)

2.3.3.1. Gi i thi u chung ớ ệ

Trong công nghi p có r t nhi ấ ều quá trình điều khiển và điều khi n v trí là ể ị

một trong nh ng khâu quan tr ng nh t. Bữ ọ ấ ởi l khi mu n s n xu t hàng lo t sẽ  ả ấ ạ ản phẩm có kích thưc đồng điều nhau thì bu c hộ  thng phải điều khi n chính xác ể như: h ng đng gi sả th n phẩm, đng nắp chai, đo và cắt chiều dài trên băng tải, khắc ch , cữ ắt ng….và ứng d ng lụ n nh t hi n nay là các máy công c CNC. Vì th ấ  ụ ế

vic ứng dụng các thi t bế ịđiều khi n vể ịtrí như Step Motor, Servo Motor là rất cần thiết. Vì nhu c u ầ ứng d ng rụ ất l n nên các hãng s n xu ả ất các thi t b công nghi p lế ị  n

như Siemen, Omron, Mitsubishi, Yakawa, koyo, Parasonic…đ không ngừng ch tế ạo

và đưa ra các sản ph m m i nhẩ  ằm làm thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng.

2.3.3.2. Gii thi u v Servo YASKAWA SGDMệ ề

Hình 2. 14. Servo YASKAWA SGDM

Động cơ servo là thành phần quan trọng của h thng điều khiển chuyển động. Để hoạt động được, chúng ta phải ni động cơ servo vi các phần cứng, phần mềm hỗ trợđiều khi n chuyể ển động. Động cơ servo được k t hế ợp cơ khí vi các thiết bịmáy mc khác để cung c p l c di chuy n các thi t b này theo yêu c u cấ  ể ế ị ầ ủa

ứng dụng.

Động cơ servo được sử dụng trong các h thng điều khiển chuyển động để cung cấp một lc cơ học cụ thể trong khoảng thời gian nhất định. Để đạt được điều này, chúng ta phải điều khiển vị trí vận tc, mô men và của động cơ servo theo yêu cầu ứng dụng.

- Bộ điều khiển: Thông thường là PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng sẽ chạy chương trình điều khiển để thc hin đúng theo yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng.

- Bộ điều khiển động cơ:Thiết bị đin tử c chức năng cung cấp đủ năng lượng cho động cơ theo đúng cách, đúng thời điểm.

- Bộ m ha xung vòng quay: Tạo phản hồi cho hoạt động của động cơ.

Hình 2. . 16 Động cơ servo Cấu trúc động cơ servo:

- Động cơ AC Servo

- Động cơ DC Servo Động cơ servo c 2 loại:

Động cơ DC Servo c 2 loại: động cơ 1chiều c chổi than và động cơ 1 chiều không chổi than

Động cơ AC Servo c 3 cuộn dây vi 1 đầu chung cho tất cả các cuộn dây. Thông thường đầu chung được ni vi dương nguồn và được kích từ theo thứ t liên tục, 120 cho mỗi bưc. Rotor trong động cơ c 2 răng, Stator c 3 cc cách 0 nhau 1200. Khi một cuộn kích đin thì răng của rotor bị hút vào cc một. Nếu dòng qua cuộn một bị ngắt và đng dòng cho cuộn hai, rotor quay 120 và răng của rotor 0

bị hút vào cuộn hai. Để động cơ quay một cách liên tục chúng ta cần cấp đin luân

phiên cho 3 cuộn dây.

Chức năng của bộ điều khiển động cơ servo

Cần c nguồn đin cấp tương thích vi thiết kế của động cơ servo. Bộ điều khiển cung cấp nguồn cho động cơ servo đúng lượng, đúng thời điểm để điều khiển vị trí tc độ và mô men tương ứng vi các đầu vào từ bộ điều khiển chuyển động, phản hồi từ bộ m ha xung vòng quay và từ bản thân động cơ servo.

Các chức năng khác của bộ điều khiển bao gồm:

- Truyền thông vi bộ điều khiển chuyển động

- Đọc phản hồi từ bộ m ha xung vòng quay và điều chỉnh thời gian thc cho mạch vòng điều khiển kín.

- Xử lý các tín hiu vào/ra ví dụ như các thiết bị an toàn, chế độ đầu vào và các tín hiu đầu ra về trạng thái hoạt động. Vì lý do này, mỗi bộ điều khiển thường kết hợp vi một dòng động cơ servo cụ thể.

Trong khi tín hiu đầu vào cho bộ điều khiển động cơ servo là dòng một chiều (DC), đầu ra bộ điều khiển gần như là dạng sng đin xoay chiều để điều khiển trơn tc độ, gia tc và mô men của động cơ servo.

Hình 2. 18. Tín hiệu điều khiển động cơ servo Tín hiu điều khiển động cơ servo:

Da vào dữ liu lưu trong chương trình điều khiển chuyển động, bộ điều khiển nhận tín hiu để thc hin một dạng chuyển động nhất định. Tín hiu từ bộ điều khiển chuyển động gửi ti bộ điều khiển động cơ servo c thể c nhiều dạng:

- Đin áp một chiều dạng tương t (ví dụ như từ -12VDC đến +12VDC)

- Dãy xung

- Gi dữ liu truyền qua mạng Phản hồi trong h thng động cơ servo

Bộđiều khiển và động cơ servo cùng hoạt động để vận hành trong chế độ mạch vòng kín.

Khi sử dụng mạch phản hồi, vị trí thc tế, vận tc hay mô men của động cơ servo được so sánh vi lnh chuyển động và bất kỳ sai s nào giữa các cặp giá trị trên đều được xác định. Sau đ, bộ điều khiển động cơ servo sẽ sử dụng các thông tin sai s này để điều chỉnh hoạt động của động cơ theo thời gian thc, sao cho quá trình hoạt động của động cơ đáp ứng được yêu cầu của ứng dụng. Chu trình phản hồi – xác định sai s –trit tiêu sai sđược gọi là mạch vòng điều khiểnkín .

Mạch vòng điều khiển

Hình 2. 20. Các mạch vòng điều khiển

Mạch vòng điều khiển được xử lý bởi bộ điều khiển động cơ servo, bộ điều khiển chuyển động hoặc cả hai tùy thuộc vào yêu cầu điều khiển. Để đạt được chuyển động như mong mun cho ứng dụng của mình, chúng ta c thể tách riêng các mạch vòng điều khiển cho vị trí, vận tc và mô men.

Không phải tất cả các ứng dụng điều khiển đều bao gồm cả ba dạng mạch vòng điều khiển vừa nêu. Nhiều ứng dụng chỉ gồm c mạch vòng dòng đin và mạch vòng tc độ dùng cho điều khiển tc độ. Nhiều ứng dụng lại cần c cả ba mạch vòng điều khiển để điều khiển vị trí.

- Điều khiển vị trí (Position Loop)

Vị trí được hiểu là vị trí gc tuyt đi của trục động cơ servo hoặc trong vài trường hợp, là vị trí của thiết bị truyền động bởi động cơ servo. Khi động cơ servo thay đổi vị trí, bộ m ha xung vòng quay của động cơ servo sẽ gửi phản hồi vị trí thc tế của trục động cơ ti bộ điều khiển động cơ servo hoặc c thể gửi tín hiu trc tiếp ti bộ điều khiển chuyển động.

Mạch vòng vị trí sẽ tiến hành so sánh vị trí đặt và vị trí thc tế; từ sai s nhận được và các thông s căn chỉnh của mạch vòng, bộ điều khiển t động điều chỉnh vị trí trục quay động cơ theo thời gian thc để trit tiêu sai lch vị trí. Theo cách này,

động cơ servo sẽ thc hin chính xác theo thông s đ đặt trưc ngay cả khi điều kin vận hành thay đổi. Ví dụ như, nếu thiết bị truyền động bởi động cơ servo trở nên kh di chuyển, bộ điều khiển động cơ servo sẽ điều khiển tăng mô men sinh ra và/hoặc điều khiển động cơ vận hành trong khoảng thời gian lâu hơn để đạt được vị trí mong mun bất chấp ma sát của cơ cấu truyền động.

Tc độ ở đây được hiểu là vận tc và chiều quay của động cơ servo. Khi động cơ servo tăng tc hoặc giảm tc, bộ m ha xung vòng quay sẽ gửi vận tc và chiều quay thc tế ti bộ điều khiển động cơ servo hoặc gửi trc tiếp ti bộ điều khiển chuyển động.

Mạch vòng tc độ sẽ so sánh tc độ đặt vi tc độ hin tại; da vào sai s tc độ và các thông s căn chỉnh của mạch vòng, bộ điều khiển động cơ sẽ t động điều chỉnh vận tc động cơ theo thời gianthc để đạt được các yêu cầu của ứng dụng.

Theo cách này, động cơ servo sẽ thc hin đúng theo các thông s đ cài đặt ngay cả khi điều kin vận hành thay đổi. Ví dụ như, nếu động cơ servo truyền động cho một cơ cấu c trọng lượng ln, động cơ sẽ rất kh để giảm tc. Trong trường hợp này, động cơ c thể tăng mô men nghịch để dừng tải trong khoảng thời gian và khoảng cách theo yêu cầu của ứng dụng.

- Điều khiển Mô men (Current Loop)

Mô men của động cơ Servo là lc tạo ra từ chuyển động quay của rotor động

cơ.Mô men tạo ra tỷ l thuận vi dòng đin hiu dụng chạy trong cuộn dây stator của động cơ. Dòng hiu dụng càng cao, mô men sinh ra càng ln.

Bộ điều khiển động cơ servo đo trị s dòng hiu dụng chạy trong cuộn dây stator và dùng phản hồi giá trị này để t động điều chỉnh dòng đin trong động cơ theo thời gian thc nhằm đáp ứng được yêu cầu mô men của ứng dụng.

Mạch vòng dòng đin đôi khi được hiểu là mạch vòng mô men.

Hình 2. 21. Bộ mã hóa xung vòng quay

- Bộ phản hồi m hóa xung vòng quay

Bộ m ha xung vòng quay (encoder):Là thiết bị phần cứng thiết yếu của h thng động cơ servo c tác dụng phản hồitc độ và vị trí.

Thông thường, bộ m ha xung vòng quay nằm trong hoặc được gắn vi động cơ servo. Trong một vài ứng dụng, bộ m ha xung vòng quay là thiết bị được gá lắp riêng bit vi động cơ. Cách gá lắp này giúp cho bộ m ha xung vòng quay ghi nhận được các thông s khác ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ servo.

C hai dạng bộ m ha xung vòng quay chính:

Cấu trúc vật lý của bộ m ha xung vòng quay quyết định dạng tín hiu phản hồi.

Hình 2. 22. Cấu trúc vật lý bộ mã hóa xung vòng quay

- Bộ m ha xung vòng quay tỷ l

Bộ m ha xung vòng quay tỷ l áp dụng nguyên lý quang học sử dụng một đĩa thủy tinh trong sut được in các vạch đi xứng tỏa tròn theo khoảng cách đều. Đĩa này được gắn c định vi trục động cơ và quay cùng rotor của động cơ.

Các vạch trên đĩa được phát hin bởi một cảm biến quang đin. Đầu ra của cảm biến thay đổi mỗi khi c s thay đổi từ sáng sang ti hoặc từ ti sang sáng. Tc độ thay đổi này tỷ l thuận vi vận tc động cơ. Đầu ra của bộ m ha xung vòng quay là một dải xung tỷ l vi vận tc động cơ. Đầu ra này đôi lúc còn được gọi là tín hiu Pha A.

Như vậy, vi bộ m ha này chúng ta không thể biết được chiều quay mà chỉ biết được tc độ của động cơ.

Để biết được chiều quay, bộ m ha xung vòng quay tỷ l cần lắp thêm một cảm biến quang thứ hai, cách cảm biến thứ nhất một khoảng cách nhất định

Hình 2. 23. Chiều quay bộ mã hóa xung vòng quay

Khi thay đổi chiều quay thì xung cũng thay đổi vị trí của cảm biến thứ hai được lắp ở trị trí sao cho s thay đổi sáng ti làm cho đầu ra của cảm biến thứ hai lch pha 90 độ so vi cảm biến thứ nhất.

Quan h giữa các xung này được gọi là chậm pha ¼ chu kỳ Bằng cách so .

sánh hai dy xung lch pha này, ngoài xác định được vận tc quay còn c thể xác

cạnh tín hi u pha A và pha B, b mã hóa xung vòng quay có th ộ ểc đầu ra thứ ba

được g i là Pha Z Pha Z chọ . ỉ xuất đi ộ m t xung ứng v i m ỗi vòng quay. Tín hiu này có tác dụng xác định v ịtrí gc ban đầu hoặc vị trí tham chiếu.

Hình 2. 24. Pha Z bộ mã hóa xung vòng quay

Bộ m ha xung vòng quay tỷ l sử dụng xung tham chiếu này là điểm bắt đầu để từ đ xác định vị trí tuyt đi bằng cách đếm s xung bắt đầu từ một vị trí đ biết.

- Bộ m ha xung vòng quay tuyt đi

Hình 2. 25. Bộ mã hóa tuyệt đối

Bộ m ha xung vòng quay tuyt đicũng sử d ng mụ ột đĩa trong sut; nhưng

thay vì dùng các vạch in, đĩa này c các vùng trong sut và vùng mờ sắp xếp theo mã

nhị phân.

Mỗi bit m ha là một vùng riêng bit trên đĩa và các cảm biến quang sẽ đồng thời đọc tất cả các vùng này.

Dữ liu đọc từ đĩa là duy nhất ứng vi mỗi vị trí gc của trục động cơ. Dữ liu này c thể được gửi đi từ bộ m ha theo phương thức song song hoặc được chuyển đổi sang kiểu dữ liu ni tiếp. S bit trong m dữ liu quy định độ phân giảigc của bộ m ha xung vòng quay.

Theo lý thuy t, m t b mã hóa xung vòng quay có ế ộ ộ độ phân giải 12 bit ẽ s sinh

ra 4096 m đơn nhất khi quay một vòng 360 độ; hay nói cách khác khi trục động cơ quay được 0.088 độ sẽ xuất ra một m đơn nhất. Có nhiều yếu tảnh hưởng ti vic

tăng thêm s góc thc tếnhưng bộm ha 20 bit cũng không phải là hiếm gặp.

Một phương pháp khác để xác định vị trí tuyt đi là kết hợp một dạng đặc bit của bộ m ha xung vòng quay tỷ l vi một bộ nh phần cứng cùng vi một phần mềm riêng thay vì sử dụng chiếc đĩa đắt đỏ của bộ m ha tuyt đi.

Thiết bị sử dụng các xung lũy tiến từ bộ m ha để tạo một vị trí ảo tuyt đi trong bộ nh phần cứng. Nhờ c pin, bộ nh được duy trì ngay cả khi ngắt nguồn của h thng.

Cả hai dạng bộ m ha xung vòng quay tuyt đi đều c thể gửi phản hồi vị trí cần thiết đến bộ điều khiển động cơ servo.

Sau đây là sơ đồ kết ni cấp nguồn cho bộdriver Servo và sơ đồ đấu dây ở 3 chế độ điều khi n: ể

Kết luận chương II: ác giả đ nghiên cứu và tính toán động T lc học của robot đồng thời nghiên cứu về PLC FX3U, đưa ra được phương pháp điều khiển và sơ đồ kết ni mạch điều khiển.

CHƯƠNG III

LẮP ĐẶT, THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1. Sơ đồ ết nố k i servo

3.1.1. Đấu với nguồn 1 pha

Một phần của tài liệu Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hybrid để điều khiển và giám sát robot công nghiệp (Trang 56 - 65)