6.3.1 Cài đặt, khai báo biến cho bộ nhớ chương trình
Bảng 6.1 : Liệt kê biến đầu/vào ra và biến trung gian sử dụng trong chương trình PLC
Địa chỉ Mô tả chức năng
M1 Ra lệnh về HOME
M2 Điều khiển định vị vị trí theo mong muốn
M3 Reset lỗi
M4 Dừng chương trình điều khiển vị trí M5 Bật khí nén bằng manual
M6 Tắt khí nén bằng manual
M0 Bit yêu cầu thực hiện chế độ chạy JOG M10 Chạy JOG thuận trục X
M11 Chạy JOG ngược trục X
M12 TEACHING trục X
M20 Chạy JOG thuận trục Y M21 Chạy JOG ngược trục Y
M22 TEACHING trục Y
M30 Chạy JOG thuận trục Z M31 Chạy JOG ngược trục Z
M32 TEACHING trục Y
M40 Chạy JOG thuận trục R M41 Chạy JOG ngược trục R
M42 TEACHING trục R
M43 Nạp dữ liệu cho trục R sau khi nhận dữ liệu của vật từ khâu xử lý ảnh
M20 Điều kiện reset biến M2
M4 Dừng chương trình điều khiển vị trí M300 Chương trình sẵn sàng chạy auto M301 Chạy băng tải 1
M302 Trục X và Y đến vị trí chụp ảnh
M305 Trụ X và Y đến vị trí gắp vật M306 Trục R xoay theo phương của vật M307 Trục Z xuống vị trí gắp vật
M308 Tay kẹp xy lanh đi ra kẹp vật, delay 0.5 s M309 Trục Z đi lên vị trí cũ
M310 Trục X và Y đến vị trí thả vật
M311 Trục R xoay vật dọc theo phương của băng tải 2 M312 Trục Z đi xuống vị trí thả vật
M313 Tay kẹp xy lanh đi vào thả vật ra, delay 0.5 s M314 Trục Z đi lên vị trí cũ
M315 Lệnh quay về trạng thái tiếp tục chạy băng tải M50 Báo trạng thái đã chụp ảnh
M51 Báo trạng thái vật đã thỏa mãn điều kiện phân loại T1 Timer Delay 0.5 s
T2 Timer Delay 0.5 s
M95 Báo trạng thái vật không thỏa mãn điều kiện phân loại X0A0 Đầu vào cảm biến tiệm cận phát hiện vật trên băng tải 1 X21 Tín hiệu đồng bộ truyền thông module RD77MS2_1 X41 Tín hiệu đồng bộ truyền thông module RD77MS2_2 Y20 Tín hiệu PLC sẵn sàng cho module RD77MS2_1 Y40 Tín hiệu PLC sẵn sàng cho module RD77MS2_2
Y21 Cho phép biến tần gắn với module RD77MS2_1 hoạt động Y41 Cho phép biến tần gắn với module RD77MS_2 hoạt động Y68 Điều khiển van khí nén gắp/nhả vật
Y69 Điều khiển băng tải có encoder (băng tải 1)
Y70 Điều khiển băng tải không có encoder (băng tải 2) U2\G2400 Giá trị vị trí hiện tại của trục X
U2\G6006 Giá trị vị trí chụp ảnh của trục X U2\G6016 Giá trị vị trí thả vật của trục X U2\G6026 Giá trị vị trí gắp vật của trục X U2\G2500 Giá trị vị trí hiện tại của trục Y U2\G7006 Giá trị vị trí chụp ảnh của trục Y U2\G7016 Giá trị vị trí thả vật của trục Y
U2\G7026 Giá trị vị trí gắp vật của trục Y U4\G2400 Giá trị vị trí hiện tại của trục Z U4\G6006 Giá trị vị trí trên cao của trục Z U4\G6016 Giá trị vị trí gắp/thả của trục Z U4\G2500 Giá trị vị trí hiện tại của trục R
U4\G7006 Giá trị vị trí xoay theo phương của vật
D500 Tọa độ trục X xác định bởi RD77_1,16 bit thấp D501 Tọa độ trục X xác định bởi RD77_1,16 bit cao D502 Tọa độ trục Y xác định bởi RD77_1,16 bit thấp D503 Tọa độ trục Y xác định bởi RD77_1,16 bit cao D504 Tọa độ trục Z xác định bởi RD77_2,16 bit thấp D505 Tọa độ trục Z xác định bởi RD77_2,16 bit cao D1004 Tọa độ trục X gắp vật, 16 bit thấp
D1005 Tọa độ trục X gắp vật, 16 bit cao D1006 Tọa độ trục Y gắp vật, 16 bit thấp D1007 Tọa độ trục Y gắp vật, 16 bit cao D1008 Cài đặt tốc độ,16 bit thấp
D1009 Cài đặt tốc độ,16 bit cao
D1014 Tọa độ của Z gắp vật,16 bit thấp D1015 Tọa độ của Z gắp vật,16 bit cao D1114 Tọa độ trục Z nhả vật,16 bit thấp D1115 Tọa độ trục Z nhả vật,16 bit cao
6.3.2 Cài đặt biến tần Servo MR-J4-10B
Việc cài đặt cho biến tần servo cũng được thực hiện tương như cài đặt cho module RD77MS2, cũng được thực hiện ở của sổ ứng dụng MELSOFT Simple Motion Module Setting Function. Sau đó click vào phần Servo Parameter để cài đặt thông số. Hai tham số cài đặt cho biến tần cần chú ý bao gồm:
- Trong mục Component Parts: Điều chỉnh tham số pin (sau khi đã lắp pin vào biến tần) để sử dụng tín năng encoder tuyệt đối.
- Trong mục I/O: Sửa giá trị tham số PD02 (Input signal automatic on selection 2 – Tự động cấu hình tham số đầu vào CN3) để cho phép dùng DI1, DI2 làm đầu vào tín hiệu công tắc giới hạn hành trình.
6.3.3 Cài đặt tham số (parameters) cho 2 module RD77MS2
Để cài đặt tham số cho module RD77MS2, trên thanh công cụ Navigation chọn mục Parameter, chọn Module Information, chọn module RD77MS2 muốn cài đặt, chọn Simple Motion Module khi đó xuất hiện cửa sổ ứng dụng MELSOFT Simple Motion Module Setting Function, click vào Parameter và bắt đầu cài đặt tham số.
Các tham số cần cài đặt trong mục Parameter được mô tả dưới bảng
Bảng 6.2 : Các tham số cần cài đặt cho module RD77MS2
Tham số Mô tả
Pr.1: Unit setting Đơn vị của các trục X, Y được gán là 0: mm; đơn vị của trục R là 2: degree (độ)
Pr.2: No. of pulses per rotation
Độ phân giải của encoder, ở đây tất cả động cơ đều giống nhau nên giá trị mặc định sẽ là 4194304
Pr.2:Movement amount per rotation
Độ dịch chuyển trên một vòng quay. Với các trục X, Y đó là bước răng của vít me, bước răng vít me của trục X, Y là 3750 μm. Với trục Z, độ dịch chuyển là 360º
Pr.3:Unit Magnification
Tỉ số truyền cơ khí của cơ cấu, với tay máy được đặt là 1:1
Pr.9 và Pr.10: Acc.time và Dec.time
Thời gian tăng tốc và giảm tốc của động cơ
Pr.12: Software upper limit
Giới hạn hành trình trên bằng phần mềm. Với trục X là 450 mm, với trục Y là 350 mm
Pr.13: Software lower limit
Giới hạn hành trình dưới bằng phần mềm. Với trục X là -10 mm, với trục Y là -5 mm
Pr.22: Input signal logic selection: upper limit and lower limit
Cài đặt dạng tín hiệu logic cho các tín hiệu đầu vào công tắc hành trình. Ở đây ta chỉ dùng công tắc hành trình cho trục X, Y và dạng logic được cài là 0: Negative Logic (đầu vào sink)
Pr.116: FLS signal selection: Input type
Chọn đầu vào cho tín hiệu công tắc hành trình giới hạn trên. Ở đây ta chọn 1: Servo Amplifier để sử dụng DI1 của giắc CN3 biến tần servo làm đầu vào tín hiệu công
tắc hành trình giới hạn trên Pr.117: RLS signal
selection: Input type
Chọn đầu vào cho tín hiệu công tắc hành trình giới hạn dưới. Ta cũng chọn 1: Servo Amplifer để sử dụng DI2 của giắc CN3 của biến tần servo làm đầu vào tín hiệu công tăc hành trình giới hạn dưới
Phần cài đặt từ Pr1-Pr3 sẽ giúp việc lập trình đơn giản hơn rất nhiều. Người dùng chỉ cần nhập tọa độ hoặc lượng dịch chuyển và vận tốc dịch chuyển, việc cấp bao nhiêu xung để thực hiện yêu cầu chuyển động đó sẽ do module RD77MS2 chịu trách nhiệm. Đây thực sự là một ưu điểm vượt trội khi sử dụng module RD77MS2 để điều khiển hệ servo
6.4 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên PC
Phần này sẽ đề cập đến việc thiết kế giao diện điều khiển và giám sát tay máy. Giao diện phải được thiết kế sao cho tối ưu nhất, thân thiện với người dùng với những thao tác đơn giản và dễ dàng vận hành.
Hiện nay trên thị trường có khá nhiều công cụ để thực hiện chức năng điều khiển giám sát.Ví dụ như Siemens có phần mềm WinnCC, Allen Bradley có phần mềm Factory Talk hay Mitsubishi có phần mềm GT Designer lập trình giao diện trên HMI. Với dòng PLC được chọn là iQ-R thì phầm mềm tốt nhất là MC Works64 nhưng do đây là phần mềm bản quyền và không có bản crack nên nhóm đã chọn giải pháp sử dụng hai phần mềm là MX Component để kết nối PLC với máy tính và phần mềm Visual Studio 2019 với ngôn ngữ lập trình C# để thiết kế giao diện.
Vùng số 1 (tab Connect to PLC) : Được dùng để kết nối với PLC có số thứ tự thiết lập kết nối đã tạo với máy tính. Sau khi nhập số thứ tự thiết lập và click vào nút nhấn Connect to PLC, nếu như kết nối thành công thì sẽ có 1 Message box hiện lên thông báo kết nối thành công, đèn Led Ready và P Run sẽ sáng lên.
Vùng số 2: giám sát trạng thái module RD77MS2, các bit trạng thái nội, đầu vào ra của module điều khiển chuyển động:
- PLC READY: Trạng thái PLC sẵn sàng, gửi xuống các biến tần servo. - READY: Tín hiệu được nhận từ CPU cho phép RD77MS2 được hoạt
động.
- Synchronization Flag: Tín hiệu đồng bộ truyền thông. - All axes servo ON: Cho phép các biến tần được hoạt động. - Force Stop Input: trạng thái bit tín hiệu dừng khẩn.
- BUSY: cho biết trục nào đang được điều khiển.
- Error detection: Có lỗi xảy ra với biến tần nối với RD77MS2.
- Axis warming detection: cảnh báo biến tần servo nối với RD77MS2. Vùng số 3: Thông số các tọa độ X, Y, Z khi tay máy di chuyển.
Tab điều khiển thứ hai : Chế độ chạy JOG
- Enable : Cho phép hoạt động ở chế độ chạy JOG. - Disable : Tắt chế độ chạy JOG.
- Forward : Các trục được chọn quay thuận theo chiều kim đồng (tịnh tiến ra xa so với vị trí gốc).
- Reverse : Các trục được chọn quay ngược chiều kim đồng hồ (di chuyển lại gần vị trí gốc).
- Hold : Bật van khí nén dùng để kẹp vật. - Release : Tắt van khí nén dùng để thả vật. - Jog speed : Cài đặt tốc độ ở chế độc chạy JOG.
- Teaching : Dạy điểm, nạp tọa độ vị trí hiện tại của trục được chọn và số vị trí được ghi trong textbox
- Position : Định vị điểm, chạy đến vị trí được định vị của trục được chọn
Hình 6.11 : Giao diện chạy JOG
Tab điều khiển thứ ba là AUTO RUN có chức năng thực hiện chu trình phân loại sản phẩm theo kích thước một cách tự động.
Tab này chia ra gồm bốn vùng chính :
- Vùng 1 : là vùng tọa độ của các vị trí trong quá trình tay máy hoạt động. Ở đây do vị trí băng tải và tay máy cố định nên "tọa độ chụp ảnh" và "tọa độ thả vật" sẽ được xác định trước nhờ chương trình chạy JOG và TEACHING điểm. Còn "tọa độ gắp vật" sẽ được cập nhật sau mỗi lần chụp ảnh và xử lý ảnh. Số liệu nhập vào các tọa độ là đơn vị xung, có quy đổi là 100000 xung đượng đương với 1cm.
- Vùng 2 : Các thông số dữ liệu về vật như chiều dài, góc lệch sau khi đã xử lý ảnh
- Vùng 3 : Các button để khởi động và dừng chương trình auto run
- Vùng 4 : là vùng hiển thị ảnh sau khi ảnh được chụp từ camera và được xử lý. Ảnh sẽ hiển thị vật, thứ tự đỉnh vật, góc lệch của vật sao với phương ngang.
Hình 6.12 : Giao diện vận hành phân loại sản phẩm tự động
6.5 Chạy thử nghiệm hệ thống
Sau khi cài đặt hoàn tất các thông số của hệ thống, nhóm đã tiến hành bắt đầu cho hệ thống hoạt động. Đầu tiên em mở phần mềm giao diện Windows Form lên và kết nối cho nó kết nối với PLC
Hình 6.13 : Kết nối đến PLC
Sau khi đã kết nối với PLC, ta chuyển sang tab Run JOG để tiến hành việc nạp giá trị vị trí làm việc của tay máy cho RD77MS2. Bật chế độ chạy JOG bằng các kích chuột vào button ENABLE. Sau khi chế độ RUN JOG đã được bật, ta chọn trục X, nhập tốc độ chạy JOG cho nó. Để di chuyển trục X đến vị trí cần dạy điểm, ta giữ nút FORWARD liên tục cho đến khi trục chạy đên vị trí ta cần, nếu trục chạy quá có thể giữ nút REVERSE để quay lại. Cuối cùng ta nhập số 1
vào ô text ngay trên button TEACHING và nhấn nút TEACHING ngay sau đó để dạy điểm cho trục. Vị trí hiện tại của trục sẽ được lưu vào vị trí số 1 của trục X. Số 1 ở đây được ta quy ước trong chương trình PLC là vị trí để chụp ảnh. Tương tự, ta cũng làm như trên với các vị trí khác và trục khác.
Trong quá trình TEACHING điểm, nếu xảy ra lỗi ta có thể nhấn nút RESET ERROR để reset lỗi của 2 module định vị RD77MS2. Sau đó có thể dùng nút POSITION để kiểm tra xem đã dạy được điểm chưa.
Hình 6.14 : TEACHING điểm
Sau khi đã hoàn thành phần TEACHING điểm cho các vị trí làm việc, ta chuyển sang tab Operation để vận hành chương trình phân loại sản phẩm tự động. Ô text ở vị trí Specidied piece’s length để nhập chiều dài của vật cần gắp. Ở đây, ta sẽ chọn gắp vật có kich thước 10 cm. Sau đó nhấn Start để bắt đầu chạy chương trình.
Hình 6.15 : Nhập kích thước cần phân loại
Chu trình chạy của hệ thống :
- Ban đầu tay máy đang ở vị trí gốc, có hai cách xác định vị trí gốc đó là bằng phần cứng dùng công tắc hành trình và bằng phần mềm được set trong chương trình PLC. Trong đồ án này nhóm em chọn cách xác định gốc bằng phần mềm.
- Vật cần phân loại được đưa lên băng tải.
- Vật đi qua cảm biến quang phát hiện có vật thì lập tức dừng lại
- Tay máy từ vị trí gốc di chuyển đến vị trí chụp ảnh đã được TEACHING từ trước
- Chụp ảnh và xử lý ảnh : xác định kích thước chiều dài vật.
- Nếu vật có chiều dài 10 cm thì tay máy sẽ đi ra gắp và đem đến vị trí băng tải 2 để thả vật sau đó tiếp tục quay lại vị trí chụp ảnh.
- Nếu vật có chiều dài khác 10 cm thì băng tải 1 tiếp tục chạy loại bỏ vật và đợi vật khác vào để phân loại tiếp.
- Sau đây là vật có kích thước đạt yêu cầu sẽ có thông tin như sau - Chiều dài vật : 10,04 cm
- Chiều rộng vật: 1,28 cm - Góc lệch vật : 31,41 độ
Tuy nhiên trong quá trình xử ly ảnh, chiều dài của vật sẽ không tuyệt đối chính xác 10 cm mà có thể thay đổi trong khoảng nhỏ. Theo thống kê và tính toán về sai số là 0.12 cm đối với vật có kích thước 10 cm nên em đã để sai số cho phép trong chương trình là 1.2 %
Hình 6.16 : Phân loại sản phẩm vật thỏa mãn
Hình 6.17 : Tay máy đi đến gắp vật
Sau đây là vật có kích thước không đạt yêu cầu sẽ có thông tin như sau - Chiều dài vật : 8,85 cm
- Chiều rộng vật: 1,32 cm - Góc lệch vật : 43,41 độ
Hình 6.18 : Phân loại sản phẩm không thỏa mãn
CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN
Thông qua các lần thử nghiệm với việc thay đổi kích thước vật cần phân loại khác nhau em đưa ra được các đánh giá như sau :
Về tính năng : hệ thống tay máy này đã làm việc đáp ứng được yêu cầu đề ra của đồ án, có thể ứng dụng trong sản xuất
Về mặt ổn định : hệ thống làm việc tương đối ổn định ở tốc độ trung bình, tuy nhiên khi đưa tay máy lên tốc độ cao xảy ra hiện tượng rung lắc do quán tính, đây là một yếu điểm mà hệ thống cần phải giải quyết để có thể đưa vào hoạt động sản xuất thực tế
Về độ chính xác : tay máy hoạt động khá chính xác khi được điều khiển định vị đến các vị trí. Tuy nhiên ở phần camera calibration, tức là phần hiệu chỉnh các tỷ lệ về kích thước để hệ thống thông qua xử lý ảnh có thể định vị