Module nguồn R61P được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho CPU, đầu ra, đầu vào và các module khác trên đế base.
Hình 3.8 : Module nguồn R61P
Thông số kĩ thuật:
- Điện áp vận hành: 100-240 VAC, 47-63 Hz. - Dòng điện đầu ra định mức: 6,5A.
3.2.3 Module điều khiển chuyển động RD77MS2
Cùng với các loại module chuyển động khác như RD77MS4, RD77MS8 và RD77MS16 thì RD77MS2 là dòng module điều khiển chuyển động mới nhất của hãng Mitsubishi. Module này được tích hợp công nghệ truyền thông bằng cáp quang, sử dụng đầu nối cáp SSCNET III để kết nối với biến tần servo. Module có thể điều khiển chuyển động tối đa 2 trục cùng lúc, hai trụnày có thể điều khiển riêng biệt hoặc điều khiển nội suy với 1 trục là trục tham chiếu.
Hình 3.9 : Module điều khiển chuyển động RD77MS2
Module RD77MS2 có rất nhiều tham số bao gồm tham số đơn vị, tham số hộp số điện tử (electrical gear), tham số tốc độ, tham số cấu hình đầu vào ra. Ngoài ra RD77MS2 còn có vùng nhớ lưu các quỹ đạo điều khiển vị trí với khả năng lưu tối đa 100 quỹ đạo di chuyển cho mỗi trục.
Module RD77MS2 có thể thực hiện nhiều phương pháp điều khiển khác nhau: điều khiển định vị cơ bản (Major Positioning Control), điều khiển định vị mức cao (High-Level Positioning Control), điều khiển mở rộng (Expansion Control).
Điều khiển định vị cơ bản là phương pháp điều khiển thường được ứng dụng nhất của dòng module RD77MS2, nó được thực hiện bằng cách lấy dữ liệu vị trí được lưu trong module chuyển động.
Phương pháp điều khiển định vị cơ bản được chia ra làm các loại phương pháp như: điều khiển vị trí (Position Control), điều khiển tốc độ (Speed Control), điều khiển chuyển đổi vị trí - tốc độ (Position - Speed Switching Control) và điều khiển chuyển đổi tốc độ - vị trí (Speed - Position Switching Control). Phương pháp được sử dụng trong phạm vi đồ án là điều khiển vị trí (Position Control).
Tên và chức năng các bộ phận bên ngoài của module RD77MS2 trên hình 3.9 được mô tả chi tiết dưới bảng 3.1.
Bảng 0.1 : Mô tả cấu tạo bên ngoài module RD77MS2
Ký hiệu
Tên Mô tả
(1) RUN LED Đèn LED hiển thị trạng thái của module RD77MS2 và trạng thái các trục.
(2) ERR LED (3) Axis LED
(4) Giắc cắm đầu vào Giắc các đầu vào ra số, phát xung, dừng khẩn.
(5) Giắc cắm SSCNET III Kết nối với biến tần servo.
(6) Số seri Số seri của module.
Các thông số chi tiết của module RD77MS2 được mô tả dưới bảng 3.2.
Bảng 0.2 : Các thông số của module RD77MS2
Thông số Mô tả
Số trục điều khiển tối đa 2 trục
Chu kì vòng quét 0.444ms/ 0.888ms/ 1.777ms/ 3.555ms Các hàm nội suy Nội suy 2 trục tuyến tính, nội suy 2
trục đường cong
Các phương pháp điều khiển PTP (điểm– điểm), quỹ đạo đặt trước (tuyến tính, cung tròn, xoắn ốc), điều khiển tốc độ, chuyển từ điều khiển tốc độ sang vị trí, chuyển từ điều khiển vị trí sang tốc độ, điều khiển tốc độ - mô
men.
Đơn vị đo lường vị trí mm, inch, độ (o), xung (pulse) Số mảng dữ liệu điều khiển vị trí có
trong bộ nhớ đệm
100 mảng dữ liệu/trục
Lưu dự phòng Dữ liệu tham số, dữ liệu điều khiển vị trí được lưu trong Flash ROM
Điều khiển vị trí
Hệ tham chiếu Tuyệt đối và tương đối
Dải điều khiển vị trí Trong hệ tham chiếu tuyệt đối và tương đối (mm):-214748364.8 đến 214748364.7 (um)
Dải điều khiển tốc độ
0.01 đến 20000000.00 (mm/min) Phương pháp tăng
giảm tốc
Hình thang hoặc S-curve Thời gian tăng giảm
tốc
1 đến 8388608 (ms)
Các đầu vào ra bổ sung Giắc cắm 40 chân đầu vào trên vỏ. Tần số phát
xung/encoder đồng bộ
Loại vi sai Tối đa 1 Mpulses/s
Loại collector hở Tối đa 200kpulses/s
3.2.4 Module vào/ra số
a, Module đầu vào số RX42C4: được sử dụng để thu nhận tín hiệu logic đầu vào từ các nút bấm, công tắc, cảm biến…
Hình 3.10 : Module đầu vào số RX42C4 và sơ đồ chân giắc cắm
Các thông số cơ bản của RX42C4: - Số đầu vào số: 64
- Điện áp định mức: 24VDC (20.4 – 28.8VDC) - Dòng điện định mức: 4.0mA
- Điện áp tối đa chịu được: 510VACrms trong 1 phút - Phương pháp đấu dây: 32 đầu vào ra/ 1 giắc cắm - Cấp độ bảo vệ: IP2X
b, Module đầu ra số RY42NT2P: được sử dụng để đưa tín hiệu điều khiển từ PLC xuống module điều khiển chuyển động.
Hình 3.11 : Module đầu ra số RY42NT2P và sơ đồ chân giắc cắm
Các thông số cơ bản của RY42NT2P: - Số đầu ra: 64
- Điện áp định mức: 12VDC/24VDC (10.2 - 28.8VDC) - Dòng điện tối đa: 0.2A/đầu ra
- Điện áp tối đa chịu được: 510VACrms trong 1 phút - Phương pháp đấu dây: 32 đầu vào ra/ 1 giác cắm - Cấp độ bảo vệ: IP2X
3.3 Tìm hiểu các phần mềm lập trình, thiết kế dùng cho robot 3.3.1 Phần mềm lập trình PLC GX Works3
Phần mềm GX Works3 là phiên bản nâng cấp thay thế cho phần mềm GX Developer lập trình PLC Mitsubishi các dòng FX3U FX5U, PLC dòng A cpu, Q cpu…. So với GX Developer thì GX Works lập trình nhanh hơn rất nhiều. GX
Works đã tích hợp sẵn mô phỏng nên bạn không cần cài thêm bản Simulation như GX Developer nữa.
Hình 3.12 : Phần mềm GX Works 3
Đặc điểm nổi trội của phần mềm GX Works 3 là khả năng quản lý project trực quan hơn. Bạn có các tùy chọn ngôn ngữ lập trình là: Ladder, Structure, FBD/LD, SFC khiến việc lập trình đa dạng hơn. GX Works3 có công cụ Debug và đặc biệt là Protection cũng được cải tiến với nhiều tính năng hơn.
Phần mềm này có tính bảo mật cao nhằm ngăn cản những truy cập không mong muốn . (Áp dụng đối với dòng FX5U) như: Password open Project, Password reading/Writing, và thêm tính năng protect by key (chỉ máy tính của ta mới có thể truy cập)
GX Works3 hỗ trợ cấu hình đa dạng truyền thông ethernet, RS485, cấu hình phát xung điều khiển vị trí, Servo, Step đơn giản hơn so với version cũ
Để cấu hình một project liên quan đến điều khiển chuyển động ta làm như sau:
Bước 1: Cấu hình module trong GX works 3
Trên thanh công cụ Navigation, chọn Module Configuration khi đó trên màn hình giao diện để tiến hành cấu hình module cho PLC, vào Element Selection chọn POU List, danh sách các module xuất hiện, chọn và sắp xếp các module từ thanh POU list sang màn hình chính lần lượt từ trái sang phải:
- Module Nguồn R61P - Module R04EN CPU
- Module truyền thông RJ71EN - 2 module RD77MS2
Hình 3.13 : Đọc các thiết bị từ phần cứng lên phần mềm
Sau khi kéo thả các module xong, ta cần kiểm tra tính tương thích của các module vừa được cấu hình. Ta click chuột phải vào module nguồn chọn Check => Power supply capacity and I/O Points, bảng result power supply capacity and I/O points check xuất hiện.
Hình 3.14 : Kiểm tra nguồn cấp cho PLC
Trên bảng có hiển thị đầy đủ các thông tin của các module, vị trí cấu hình trên base và dòng tiêu thụ tương ứng. Nếu không có thông báo lỗi hiện ra tức là module nguồn đủ sức cung cấp dòng cho các module khác của PLC.
Bước 2: Cấu hình các tham số chi tiết cho các module RD77MS2
Chọn Parameter trên thanh công cụ Navigation, tiếp tục chọn Module information, sau đó chọn 0020: RD77MS2 và chọn Simple Motion Module Setting, một màn hình mới hiện ra với tên MELSOFT Simple Motion Module
Setting Function. Đây chính là cửa sổ cấu hình chi tiết tham số hoạt động của RD77MS2 cùng các biến tần servo nối với module.
Hình 3.15 : Cửa sổ cấu hình cho RD77MS2
Click đúp vào hai hình hệ biến tần động cơ servo để thêm các hệ đó vào kết nối với RD77MS2.
Hình 3.16 : Cài đặt thêm biến tần servo
Cài đặt tham số cho RD77MS2 và biến tần servo
Sau khi đã cấu hình thành công ta tiếp tục chọn mục Parameter trên cửa sổ Navigation để cài đặt và tinh chỉnh các tham số cho RD77MS2.
Hình 3.17 : Cấu hình tham số cho module RD77MS2
Một số tham số cần lưu ý như là đơn vị đo lường, số xung encoder phát ra trên giây, độ dịch chuyển tịnh tiến đạt được trên mỗi vòng quay động cơ, thời gian tăng giảm tốc, giới hạn tốc độ, vị trí tuyệt đối…
Ta cũng có thể cài đặt các thông số khác như: cấu hình kiều đầu vào ra sink/source, cấu hình chức năng từng đầu vào ra, cách thực hiện dò gốc (dùng cảm biến hay đặt bằng tay), cài đặt giới hạn vận tốc tối đa trong chế độ chạy JOG cũng như chế độ chạy điều khiển chuyển động, giới hạn an toàn phạm vi chuyển động của servo (software limit) và có thể đổi tỉ số chuyển qua hộp số điện tử để có thể điều khiển chính xác và dễ dàng trong lập trình và vận hành.
Sau khi cài đặt xong tham số cho RD77MS2, ta tiến hành cài đặt tham số cho các biến tần servo. Click đúp vào Servo parameter sẽ mở ra tab cài đặt tham số
Hình 3.18 : Cấu hình tham số cho serbo của RD77MS2
Số lượng tham số có thể cài đặt cho biến tần servo là vô cùng nhiều. Tuy nhiên do phạm vi hiểu biết và giới hạn nội dung của đồ án được chọn nên chỉ các tham số sau được cấu hình chỉnh sửa: Tham số cho phép sử dụng encoder tuyệt đối trong mục Components Part và tham số đầu vào giắc cắm CN3 cấu hình cho các công tắc hành trình (PD02).
3.3.2. Phần mềm dùng cho việc lập trình xử lý ảnh và thiết kế giao diện Visual Studio Visual Studio
Visual studio là một trong những công cụ hỗ trợ lập trình website rất nổi tiếng nhất hiện nay của Mcrosoft và chưa có một phần mềm nào có thể thay thế được nó. Visual Studio được viết bằng 2 ngôn ngữ đó chính là C# và VB+. Đây là 2 ngôn ngữ lập trình giúp người dùng có thể lập trình được hệ thống một các dễ dàng và nhanh chóng nhất thông qua Visual Studio.
Trong đồ án này em sử dụng phiên bản Visual Studio 2019 , phiên bản mới nhất hiện nay để lập trình giao diện để điểu khiển và giám sát thông qua ứng dụng Windows Forms
Windows Forms là ứng dụng có giao diện đồ họa chạy trên hệ điều hành Windows
Để lập trình giao diện người dùng trên Windows Form chúng ta cần tạo mới một Project, chọn phần Windows Form Application để bắt đầu lập trình
Hình 3.19 : Giao diện thiết kế cho ứng dụng giám sát và điều khiển trên PC
Những vùng làm việc cơ bản được mô tả cụ thể dưới đây :
- Vùng 1: (ToolBox) đây là vùng chưa tất cả các control mà chúng ta có thể sử dụng cho project, có thể kéo thả những control này sang vùng 2. - Vùng 2: Đây là vùng chứa các control để tạo giao diện người dùng.
- Vùng 3 : Đây là nơi xuấy ra nhưng thông báo trong quá trình biên dịch dùng để hiển thị các lỗi và cảnh báo.
- Vùng 4 : Đây là nơi chúng ta chỉnh sửa các thuốc tính của các control như tên, vị trí hiện thị hay sự kiện của mỗi control,...
Những Control thường được dùng để lập trình giao diện người dùng trên Windows Form bao gồm :
- Button (nút nhấn) : là điều khiển tạo giao diện tạo nút lệnh trên form, khi người dùng nhấn chuột vào nút lệnh thì chương trình sẽ thực hiện một hành động nào đó.
- Label (nhãn) : thường dùng hiển thị thông tin chỉ đọc và thường dùng kèm với các điều khiển khác để mô tả chức năng .
- TextBox : là điều khiển dùng để nhập chuỗi làm dữ liệu đầu vào cho ứng dụng hoặc hiển thị chuỗi
- Data Grid View: Công cụ này chủ yếu là để kết nối và hiển thị các loại bảng dữ liệu, thêm, bớt, cập nhật các bảng dữ liệu SQL, Access hay Excel, vv…
- CheckBox : là điều khiển cho phép trình bày các giá trị để lựa chọn trên form, người dùng có thể chọn một hoặc nhiều giá trị cùng một lúc. - TabControl : là điều khiển tạo khung để chưa các điều khiển khác - Timer : là điều khiển cho phép thực thi lại một hành động sau một
khoảng thời gian xác định.
3.3.3 Phần mềm tạo kết nối PLC-PC MX Component
MX Component là một thư viện điều khiển ActiveX được thiết kế để thực hiện giao tiếp từ máy tính cá nhân đến bộ điều khiển khả trình (PLC) , mà người dùng không cần có bất kỳ kiến thức gì về các giao thức và mô-đun truyền thông.
MX Component góp phần vào sự hiệu quả của công việc phát triển bởi việc giảm đáng kể thời gian làm việc của con người. Nó cũng cho phép phát triển bởi nhiều ngôn ngữ như Visual Basic, Visual C++, VBA,..
MX Component gồm 3 phần mềm: Communication Setup Utility, Label Utility và PLC Monitor Utility.
(a) Communication Setup Utility
Dùng để cạt đặt số trạm logical, hiển thí danh sách và kiểm tra các yêu cầu truyền thông cho thiết bị được lập trình
Hình 3.20 : Giao diện cài đặt cho truyền thông qua MX Component
(b) PLC Monitor Utility
Dùng để monitor/ giám sát và thay đổi bộ nhớ thiết bị hoặc bộ nhớ đệm, và đọc cũng như ghi dữ liệu của PLC CPU
Để cài đặt truyền thông thì ta thao tác trên phần mềm Communication Setup Utility là chủ yếu, sau đây là thứ tự các bước
Sau khi kích chọn biểu tượng để mở ứng dụng lên, việc đầu tiên ta cần làm là tạo một thiết lập kết nối mới bằng cách trong tab Target setting ta kích vào Wizard.
Cửa sổ Communication Setting Wizard hiện lên. Chọn số thứ tự cho PLC muốn kết nối. Số thứ tự này là cần thiết để trình quản lý từ máy tính có thể xác định được trạm đang kết nối, các tham số kết nối như thế nào. Số thứ tự không nhất thiết phải liên tục và có thể chọn từ 0 đến 1023.Sau đó chọn next
Cấu hình giao thức phía máy tính. Trong phần này ta chọn cổng kết nối của máy tính là USB, thời gian chờ phản hồi là 10000ms
Hình 3.22 : Cấu hình truyền thông phần máy tính
Ta chọn module cần kết nối là CPU module, lựa chọn kiểu CPU là R04EN
Hình 3.23 : Chọn dòng PLC
Cấu hình một số thông tin về mạng truyền thông chứa CPU được tạo kết nối. Ta sẽ cấu hình thông tin để kết nối với CPU trong một mạng gồm nhiều trạm kết nối với nhau. Loại trạm được chọn là host. Chế độ nhiều CPU chọn là None
Hình 3.24 : Cấu hình thông tin mạng truyền thông cho trạm được kết nối
Hình 3.25 : Hoàn tất quá trình thiết lập kết nối
Sau khi thiết lập kết nối mới được hoàn thành, ta có thể vào tab List view để kiểm tra các kết nối đã được tạo. Cuối cùng, để kiểm tra thiết lập kết nối vừa tạo có thành công hay không, ta chuyển sang tab Connection test, chọn số thứ tự gán cho trạm vừa tạo, click vào nút Test để kiểm tra kết nối. Nếu thông báo hiện ra hiển thị Connection successful, tức là thiết lập kết nối chính xác và thành công.
Hình 3.26 : Tab List View chứa danh sách các thiết lập kết nối đã tạo
3.3.4. Thêm thư viện ActUtlType vào chương trình giao diện
Sau khi tải, cài đặt phần mềm và cấu hình truyền thông như trên bước tiếp theo chúng ta cần làm là add file thư viện là file .dll của Communication Setup Utility vào mục thư viện của Windows Form. Và trong mục ToolBox của Windows Form sẽ xuất hiện mục MITSUBISHI ActUtlType Control, đây là công cụ của Windows Form có tích hợp các hàm truyền thông PLC và máy tính, thực hiện các lệnh đọc ghi cần thiết để từ đó lập trình phần lõi truyền nhận dữ liệu trên giao diện đã tạo sẵn.
Trong thư viện MITSUBISHI ActUtlType Control có rất nhiều câu lệnh với nhiều chức năng khác nhau nhưng một số câu lệnh được sử dụng để thiết kế giao diện giám sát được mô tả dưới bảng sau
Bảng 3.5 : Chức năng của các phương thức trong thư viện ActUtlType