3.2.1.Giới thiệu về cổng LPT
Công ty Centronics, từng nổi tiếng thế giới với vị trí hàng đầu trong số nhà sản xuất máy in kiểu ma trận, đã thiết kế ra cổng song song nhằm mục đích nối máy tính PC với máy in. Về sau, cổng song song đã phát triển thành một tiêu chuẩn không chính thức. Tên gọi của cổng song song bắt nguồn từ kiểu dữ liệu truyền qua cổng này: các bit dữ liệu được truyền song song hay nói cụ thể hơn là byte nối tiếp còn bit song song. Cho đến nay cổng song song có mặt ở hầu hết các máy tính PC
được sản xuất trong những năm gần đây. Cổng song song còn được gọi là cổng máy in hay cổng Centronics. Cấu trúc của cổng song song rất đơn giản với tám đường dữ liệu, một đường dẫn mass chung, bốn đường dẫn điều khiển để chuyển các dữ liệu điều khiển tới máy in và năm đường dẫn trạng thái của máy in ngược trở lại máy tính. Giao diện song song sử dụng các mức logic TTL, vì vậy việc sử dụng trong mục đích đo lường và điều khiển có phần đơn giản. Khoảng cách cực đại giữa cổng song song máy tính PC và thiết bị ngọai vi bị hạn chế vì điện dung kí sinh và hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn có thể làmbiến dạng tín hiệu. Khoảng cách giới hạn là 8m, thông thường chỉ cỡ 1,5 – 2m. Khi khoảng cách ghép nối trên 3m nên xoắn các đường dây tín hiệu với đường nối đất theo kiểu cặp dây xoắn hoặc dùng loại cáp dẹt nhiều sợi trong đó mỗi đường dẫn dữ liệu điều nằm giữa hai đường nối mass. Tốc độ truyền dữ liệu qua cổng song song phụ thuộc vào linh kiện phần cứng được sử dụng. Trên lý thuyết tốc độ truyền đạt giá trị 1 Mbit/s, nhưng với khoảng cách truyền bị hạn chế trong phạm vi 1m. Với nhiều mục đích sử dụng thì khoảng cách này đã hoàn toàn thõa đáng. Nếu cần truyền trên khoảng cách xa hơn, nên nghĩ đến khả năng truyền qua cổng nối tiếphoặc USB. Một điểm cần lưu ý là: việc tăng khoảng cách truyền dữ liệu qua cổngsong song không chỉ làm tăng khả năng gây lỗi đối với đường dữ liệu được truyềnmà còn làm tăng chi phí của đường dẫn.
3.2.2.Cấu trúc cổng LPT( cổng song song)
Cổng LPT có 2 loại: - Ổ cắm 36 chân - Ổ cắm 25 chân
Ngày nay, loại ổ cắm 36 chân không còn được sử dụng, hầu hết các máy tính PC đều trang bị cổng song song(LPT) 25 chân nên chỉ quan tâm đến loại 25 chân. Cổng LPT gồm có 4 đường điều khiển, 5 đường trạng thái và 8 đường dữ liệu bao gồm 5 chế độ hoạt động:
- Chế độ tương thích (compatibility).
- Chế độ nibble.
- Chế độ byte.
- Chế độ ECP (Extended Capabilities Port)
3 chế độ đầu tiên sử dụng port song song chuẩn (SPP- Standard Parallel Port) trong khi đó chế độ 4, 5 cần thêm phần cứng để cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn. Như đã biết cổng LPT là thiết bị giao tiếp chuyên dụng giữa máy tính với máy in, nên bài dưới đây xin nói về chức năng của các đường dẫn tín hiệu giao tiếp giữa máy in với máy tính. Còn việc giao tiếp giữa các mạch điều khiển hay các thiết bị khác với máy tính chỉ việc đặt lại tên chân, còn ý nghĩa,chức năng từng chân tín hiệu của LPT không đổi.
Hình 3.4. Sơđồchứcnăngtừng châncủacổngmáyin (LPT)
- CổngLPTtrênmáytính.
o 8chânD0-D7làcácchânOUTPUT củathanhghiDATA.
o 5chân S3- S7là cácchân INPUTcủathanhghi STATUS.
o 4chânC0-C3làcácchânOUTPUTcủathanhghiCONTROL
Qua cách mô tả chức năng của từng tín hiệu riêng lẽ có thể nhận thấy các đường dẫn dữ liệu có thể chia thành 3 nhóm:
- Các đường dẫn tín hiệu, xuất ra từ máy tính PC và điều khiển máy tính, được gọi là các đường dẫn điều khiển. Các đường dẫn tín hiệu, đưa các thông tin thông báo ngược lại từ máy in về máy tính, được gọi là các đường dẫn trạng thái. - Đường dẫn dữ liệu, truyền các bit riêng lẽ của các ký tự cần in. Từ cách mô tả các tín hiệu và mức tín hiệu có thể nhận thấy là: các tín hiệu Acknowledge, Auto Linefeed, Error, Reset và Select Input kích hoạt ở mức thấp.
Thông qua chức năng của các chân này cũng hình dung được điều khiển cổng máy in. Đáng chú ý là 8 đường dẫn song song đều được dùng để chuyển dữ liệu từ máytính sang máy in. Trong những trường hợp này, khi chuyển sang các ứng
dụng để thực hiện nhiệm vụ đo lường phải chuyển dữ liệu từ mạch ngọai vi vào máy tính để thu thập và xử lý.
Vì vậy phải tận dụng một trong năm đường dẫn theo hướng ngược lại, nghĩa là từ bên ngoài về máy tính để truyền số liệu đo lường. Dưới đây đề cập chi tiết hơn đến các đặc tính một hướng và hai hướng của các đường dẫn này. Để có thể ghép nối các thiết bị ngoại vi, các mạch điện ứng dụng trong đo lường và điều khiển với cổng song song phải tìm hiểu cách trao đổi với các thanh ghi thông qua cách sắpxếp và địa chỉ các thanh ghi cũng như phần mềm.
Các đường dẫn của cổng song song được nối với ba thanh ghi 8bit khác nhau:
- Thanh ghi dữ liệu - Thanh ghi trạng thái - Thanh ghi điều khiển
Tám đường dẫn dữ liệu dẫn tới 8 ô nhớ trên thanh ghi dữ liệu còn bốn đường dẫn điều khiển Strobe, Auto Linefeed, Reset, Select Input dẫn tới bốn ô nhớ trên thanh ghi điều khiển, cuối cùng là năm đường dẫn trạng thái Acknowledge, Busy, Paper empty, Select, Error nối tới năm ô trên thanh ghi trạng thái. Riêng ở thanh ghi điều khiển còn phải chú ý tới một bit nữa được sử dụng cho mục đích ghép nối nhưng không được nối với ổ cắm 25 chân. Bit này có thể được sử dụng để xóa một bit ngắt liên quan với đường dẫn Acknowledge, vì vậy chưa đề cập đến đây.
Thanh ghi điều khiển cũng là hai hướng, thanh ghi trạng thái chỉ có thể được đọc và vì vậy gọi là một hướng. Có thể trao đổi với 3 thanh ghi này như thế nào? Hệ điều hành DOS dự tính đến bốn cổng song song và đặt tên là: LPT1, LPT2, LPT3 và LPT4.
Tuy vậy, hầu hết các máy tính PC đều chỉ có nhiều nhất hai cổng song song , và cho đến nay với lí do giảm giá thành, cổng song song chỉ còn lại một. Về mặt phần cứng, các nhà sản xuất đã dự tính bốn nhóm, mỗi nhóm 3 địa chỉ, để trao đổi với từng ô nhớ trên thanh ghi của mỗi giao diện. Có thể nhận thấy các địa chỉ thanh ghi nằm kế tiếp nhau.
ChứcnăngmặcđịnhcủacácchânLPTdo Mach3xuấttínhiệu.
Bảng 3.1. Danh mục kết nối boar mạch đệm mach3 với các tín hiệu điều khiển
Như vậy tín hiệu điều khiển được ứng dụng dựa vào 2 mức 0 và 1. Khi điều khiển động cơ có các vấn đề cần quan tâm như sau:
Điều khiển chiều động cơ và điều khiển tốc độ động cơ.
Tốc độ động cơ phụ thuộc vào số xung được truyền tải xuống Driver động cơ bước hoặc động cơ Sevor.
Hình 3.5. Sơ đồ điều khiển động cơ servo Bảng 3.2. Ký hiệu chức năng công CN1
Số Ký hiệu Chức năng Số Ký hiệu Chức năng
1 V+ Nguồn tín hiệu ra 11 SD Bảo vệ
2 ALM Báo hỏng 12 SG
3 PF Báo vị trí kết thúc 13 CR Clear
4 OP Xung pha Z 14 LSN Phanh đảo nghịch
5 SG 15 LSP Phanh thường
7 NP Chiều quay động cơ 16 V5 Nguồn kết nối
8 NG Chiều quay động cơ 17 SON Servo mở
9 PP Điều khiển vị trí 19 OPC Nguồn mở tự chọn
Hình 3.6. Sơ đồ kết nối CN1 trên Driver động cơ Mishubishi MR C20A [7]
Việc kết nối giữa động cơ và driver đã được các nhà sản xuất cung cấp cho khách hàng qua các cuốn Catalog.
Việc truyền dữ liệu từ phần mềm qua cổng LPT cần qua 1 boar mạch có nhiệm vụ truyền và nhận tín hiệu giữa động cơ, các thiết bị ngoại vi như cảm biến, công tắc hành trình và máy vi tính. Bo mạch này được gọi là bo mạch đệm.
Hình 3.8. Boar mạch đệm mach3 thực tế
+ Input signal là các ngõ vào như: Công tắc hành trình, Egmecy, cảm biến… + Power In: Nguồn chính cung cấp cho Boar hoạt động 24VDC
+ Power input: nguồn cung cấp cho các ngõ vào input bao gồm GDN – 5VDC – 12 VDC
+Output: X, Y, Z, A ngõ ra điều khiển các trục XYZ
+Output Relay: Điều khiển các ngõ ra khác vi dụ đánh lửa, tưới nguội, nâng hạ chiều cao…
Như đã trình bày ở trên kết nối giữa Driver động cơ và bo mạch đệm mach 3 chỉ sử dụng 4 đường tín hiệu bao gồm 2 mức tín hiệu điều khiển hướng quay của động cơ (mức cao mức thấp), 2 đường điều khiển vị trí (mức cao mức thấp).
Khi kết nối với driver động cơ servo ở trên chỉ kết nối các chân của bo mạch đệm với 04 chân số 7,8,9,10 (NP,NG,PP,PG) trên ngõ vào CN1 của Driver.
Tương tự với việc kết nối động cơ, driver khác cũng kết nối tương tự vơi boar đệm mach3 kết nối các dây tín hiệu điều khiển chân xung, và chân chiều (pulse, direction).
3.3. Kết luận
Trong chương này đã trình bày về các khâu thiết kế phần cứng cho trang bị điện, điện tử trong đó giải bài toán thông số về độ phân giải động cơ, giải quyết vấn đề giữa lựa chọn phần cứng đảm bảo độ chính xác đã đặt ra trong bài toán động học ngược.
Đã giới thiệu phương thức trao đổi dữ liệu điều khiển từ máy tính tới các thiết bị điện tử, sơ đồ đấu nối phần cứng cho thiết bị điện điện tử của máy cắt gas oxy điều khiển số.
CHƯƠNG 4:ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY
Đối với máy cắt Gas – Oxy điều khiển số, ngoài việc điều khiển sự chuyển động của bàn máy còn phải điều chỉnh chế độ cắt phù hợp, chế độ cắt bao gồm tốc độ dịch chuyển, khoảng cách giữa phôi và đầu cắt, có một yếu tố quan trọng nữa là điều chỉnh ngọn lửa cắt cũng chính là điều chỉnh lưu lượng khí.
4.1. Điều khiển và điều chỉnh nguồn năng lượng nhiệt
Hệ thống điều khiển và điều chỉnh nguồn năng lượng cắt bao gồm hệ thống dẫn khí, các hệ thống van giảm áp, van điều chỉnh khí, van chống cháy ngược và bộ phận đánh lửa mồi khi cắt.
Phương pháp cắt bằng ngọn lửa kết hợp bởi hai nguồn khí là Oxy và Gas, Oxy được chia làm 02 đường dẫn gọi là Oxy nung và Oxy xả. Các nguồn khí này được đưa vào máy bởi các hệ thống dẫn khí.
Hệ thống dẫn khí phải tuân thủ các yêu cầu về an toàn cháy nổ. Các dây dẫn đảm bảo tiêu chuẩn an toàn. Có 03 dây dẫn khí là dây dẫn khí Oxy xả, Oxy nung, và dây dẫn Gas. Dây dẫn khí cháy (Gas) được truyền tải trong dây dẫn khí màu đỏ, dây dẫn khí Oxy được dẫn bằng dây màu xanh.
Với vật liệu có chiều dày khác nhau sử dụng các đầu bép cắt khác nhau, chế độ cắt khác nhau.
Bảng 4.1. Thông số cắt bằng Gas – Oxy [6]
Mỗi dây dẫn đều có van đóng mở riêng biệt, hệ thống van đóng mở khí có thể điều chỉnh trực tiếp trên mỏ cắt hoặc tại bàn máy.
Hiện nay các máy trên thị trường hầu hết phổ biến điều chỉnh khí bằng tay, việc điều khiển không mang lại quá nhiều lợi ích vì vậy trong nghiên cứu không đề cập tới. Đây cũng là một bất cập của máy, lượng khí tiêu thụ, nguồn năng lượng cắt phụ thuộc vào khả năng, kinh nghiệm của người vận hành.
4.2. Điều khiển quỹ đạo mỏ cắt 4.2.1.Khả năng kết nối ngoại vi 4.2.1.Khả năng kết nối ngoại vi
Bản thân máy sử dụng máy vi tính để điều khiển vì vậy các kết nối ngoại vi kết nối với máy có thể sử dụng là các card PCI, cổng USB, RS232, cổng LAN thông dụng nhất vẫn là cổng giao tiếp USB. Người sử dụng có thể kết nối các bộ điều khiển chuyên dụng hỗ trợ cho máy như điều khiển không dây qua cổng USB. Việc truy xuất các dữ liệu khác sẽ dễ dàng hơn nhờ tính năng của máy vi tính, cho phép người sử dụng trao đổi, nhập dữ liệu, chỉnh sửa trên cùng 01 thiết bị. Cũng như tính năng của các máy cùng loại trên thị trường, máy có thể thực hiện các truyền dữ liệu như qua các cổng được tích hợp trên máy vi tính, người vận hành máy có thể nhập dữ liệu trực tiếp từ bàn phím máy tính, có thể nhận dữ liệu của các file NC trực tiếp trên máy, qua công giao tiếp USB, PCI, Lan đây là ưu điểm rất lớn so với các máy CNC chuyên dụng. Ở các thiết bị CNC chuyên dụng trên thị trường người sử dụng phải sử dụng thiết bị khác chuyển đổi các thông tin từ CAD/CAM sau đó chuyển qua máy gia công CNC, với thiết bị hiện tại cho phép sử tích hợp khả năng CAD – CAM. Người sử dụng có thể thiết kế các bản vẽ của mình bằng các phần mềm CAD trên máy, sau đó sử dụng phần mềm CAM để biên dịch file NC.
4.2.2.Liên kết CAD-CAM
Hình 4.1. Sơ đồ liên kết CAD – CAM
Để gia công trên máy điều khiển số yêu cầu bắt buộc là cần có các dữ liệu số để truy xuất. Có thể sử dụng các câu lệnh nhập từ bàn phím hay sử dụng các file NC được truy xuất từ các phần mềm CAM.
Trên máy cắt GAS –OXY điều khiển số sử dụng phần mềm CAD thông dụng là Autocad 2007, cho ra các bản vẽ. Sử dụng phần mềm LADY CAM để biên dịch và chỉnh sửa từ bản vẽ CAD sang tệp tin NC. Trên thực tế sau khi xuất tệp tin NC từ Lady Cam người sử dụng phải chỉnh sửa một số thông số trên tệp tin NC sau đó mới sử dụng được. Do đặc thù của cắt Gas – Oxy trước hết kim loại được nung nóng bởi sự kết hợp của nguồn khí Oxy nung và Gas, sau khi được nung nóng mới sử dụng đến Oxy xả để thổi bay kim loại ra ngoài hình thành rãnh cắt. Khoảng thời gian này cũng chính là lúc điều chỉnh ngọn lửa cho phù hợp với từng loại vật liệu thời gian thông thường mất 3 - 4s, để máy cắt được người sử dụng chèn vào một vài câu lệnh để duy trì khoảng thời gian này.
4.2.3.Điều khiển quỹ đạo cắt
Điều khiển quỹ đạo cắt chính là điều khiển các động cơ, giả sử tay máy chỉ có 1 bậc tự do, chuyển động tịnh tiến theo trục X.
Sơ đồ điều khiển máy được mô tả như hình 4.2
Trước hết dữ liệu NC sẽ được đưa vào phần mềm Mach3 xử lý, mach 3 sẽ dựa trên các dữ liệu đầu vào để xử lý sau đó sẽ truyền dữ liệu xuống bo mạch đệm, nhiệm vụ của boar mạch đệm là chuyển đổi dữ liệu số được mach 3 xuất ra tới driver động cơ. Driver động chịu trách nhiệm điều khiển động cơ, điều khiển ở đây bao gồm điều khiển dịch chuyển, tốc độ, chiều quay. Qua hộp số và dây đai răng chuyển động quay của động cơ hình thành nên chuyển động tịnh tiến của đầu cắt.
Hình 4.1. Sơ đồ khối điều khiển tín hiệu
Tốc độ của động cơ phụ thuộc vào khoảng thời gian phát xung của mạch đệm thời gian phát xung càng nhanh thì động cơ dịch chuyển nhanh, số lượng xung
Dữ liệu NC MACH3 Mạch đệm
Driver Động cơ
càng lớn thì khoảng cách dịch chuyển của bàn máy sẽ tăng lên. Động cơ sẽ được điều khiển bằng tín hiệu từ driver vì vậy trong kết nối driver với bo mạch đệm chỉ cần kết nối các dây tín hiệu về xung chiều(pulse và dir).
*Nguyên tắc điều khiển:
Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quá trình gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điện