Power Supply R62P
Nguồn cung cấp Điện áp đầu vào 100 to 240 VAC (85 to 264 VAC)
Tần số đầu vào 50/60Hz ±5%
Hệ số biến dạng điện áp đầu vào Trong phạm vi 5%
Công suất xuất hiện cực đại 120VA
54
Dòng điện ra 5 VDC 3.5A
24 VDC 0.6A
Bảo vệ quá dòng 5 VDC 3.8A trở lên
24 VDC 0.66A trở lên
Bảo vệ quá áp (5 VDC) Từ 5.5 đến 6.5V
Hiệu quả 76% trở lên
Thời gian mất điện tạm thời cho phép Trong vòng 20ms
Kích thước ngoài (H x W x D) mm 106 x 54.6 x 110
Trọng lượng (kg) 0.45
2.1.2.7. Lựa chọn Base unit
Đây là khối để cắm, là tắm đỡ chính chô hệ thống và cố định các mô đun với nhau đồng thời cung cấp tín hiệu dữ liệu truyền nhận thông qua tuyến hệ thống. Số mô đun có thể lấp đặt là khác nhau tùy thuộc vào dung lượng và kích thước khe cắm của main base. Hiện có có 3 loại kích thuốc có sẳn 5,8 và 12 khe cắm.
Khi đã quyết định được kích thước và số mô đun bắt buộc, tiếp theo là chọn khối khe cắm thích hợp.
Tên mô đun Số khe cắm
R35B 5
R38B 8
R312B 12
55
2.1.3. Lập trình và Công cụ lập trình 2.1.3.1. Phần mềm GX Works3 2.1.3.1. Phần mềm GX Works3
Thiết kế hệ thống thuận tiện với một thư viện chứa hầu hết các dự án, Gx Works3 kết hợp các tính năng thiết kế hệ thống để các thành phần được lắp ráp trực tiếp trong
phần mềm lập trình.Thư viện MELSEC gồm bộ phận Các mô-đun iQ-R Được sử dụng
để đơn giản hóa việc tạo ra hệ thống.
Giao diện chương trình:
2.1.3.1.1. Chạy một project Tạo một project.
Click trên thanh công cụ hoặc chọn [Project] → [New Project] (có thể ấn phím tắt Ctrl + N ).
56
+ Click Type ( chọn loại CPU ) chọn R04 ( Module R04CPU) + Click Program Language ( chọn ngôn ngữ lập trình) chọn Ladder + Ok
Một dự án mới được tạo ra.
Cấu hình module hệ thống.
Click Parameter System Parameter
Kết nối PLC với máy tính ( Bằng cáp usb và cài driver Easysocket) Read Mounting Status( R )
57
OK
Cấu hình phần cứng là vô cùng quan trọng trong các bước lập trình trên GX Works 3. Từ cấu hình phần cứng có thể xác định được các điểm I/O để lập trình cho hệ thống.
Nạp chương trình.
Click “Online” Write to PLC
+ Click chọn các program muốn nạp
58
2.1.3.1.2. Các lệnh cơ bản và chức năng
Có 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có công dụng riêng. Để dể dàng xác định thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự:
X: dùng để chỉ ngõ vào vât lý gắn trực tiếp vào PLC
Y: dùng để chỉ ngõ ra nối trực tiếp từ PLC
T: dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC
C: dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC
M và S: dùng như là các cờ hoạt động bên trong PLC
Tất cả các thiết bị trên được gọi là “Thiết bị bit”, nghĩa là các thiết bị này có 2 trạng thái: ON hoặc OFF, 1 hoặc 0.
Các khối lệnh liên kết cơ bản :
+ Các lệnh liên kết
+ Các lệnh xung cạnh lên xuống
59
Chỉ dẫn out dùng cho các hàm ngõ ra như Y,T (timer),C ( counter). + Timer : OUT T + Counter: OUT C + Y : OUT Y Các Bộ lệnh so sánh Bảng 2.20 : Bộ lệnh so sánh Ký tự Chi tiết LD=, AND=, OR=
So sánh hai bộ dữ liệu nhị phân 16-bit . (Các thiết bị được sử dụng như các địa chỉ liên lạc bình thường.)
LD=_U, AND=_U, OR=_U LD<>, AND<>, OR<>
LD<>_U, AND<>_U, OR<>_U LD>, AND>, OR>
LD>_U, AND>_U, OR>_U LD<=, AND<=, OR<=
LD<=_U, AND<=_U, OR<=_U LD<, AND<, OR<
LD<_U, AND<_U, OR<_U LD>=, AND>=, OR>=
60
Các bộ lệnh toán học
Bảng 2.21 : Bộ lệnh tính toán
Ký tự Chi tiết
+
Thêm hai bộ dữ liệu nhị phân 16 bit được chỉ định
+P +_U +P_U -
Thực hiện phép trừ giữa hai bộ 16 bit dữ liệu nhị phân được chỉ định
-P -_U -P_Uc *
Nhân hai bộ dữ liệu nhị phân 16- bit
*P *_U *P_U /
Thực hiện phép chia giữa hai bộ dữ liệu nhị phân 16-bit /P
/_U *P_U
Khối lệnh theo từng module
61
Ở thanh cửa sổ này hỗ trợ tất cả các nhãn và khối lệnh cho từng module sử dụng. Chỉ cần chọn nhãn và lệnh cần dùng sau đó kéo ra khung lập trình.
2.1.3.2. Phần mềm MT Developer2
Phần mềm MT Developer2 dùng ngôn ngữ SFC để điều khiển các servo. Giao diện chương trình :
62
Tạo một project.
Click trên thanh công cụ hoặc chọn [Project] → [New Project] (có thể ấn phím tắt Ctrl + N ).
+ Click Series ( chọn dòng PLC ) chọn RCPU ( dòng iQ-R) + Click Type ( chọn loại CPU ) chọn R04 ( Module R04CPU) + Chọn Ok
Một dự án mới được tạo ra.
Cài đặt cấu hình hệ thống
Click cây thư mục bên trái chọn R series Common Parameter System CPU
63
Tiếp tục cài đặt click chọn Motion CPU Module CPU Parameter
64
Thiết lập số servo được sử đụng và cài đặt ta click Motion CPU Common
Parameter Servo Network Setting
Click đúp vào biểu tượng module servo để cài đặt rồi nhấn OK .
65
Thiết lập các tham số cố định Fixed Parameter
Thiết lập dữ liệu quay lại vị trí nguyên điểm Click vào Home Position Return
Data
Thiết lập dữ liệu vận hành chế độ JOG JOG Operation Data.(Vận hành chế độ
JOG là chức năng vận hành một động cơ servo một cách thủ công theo hướng quay đẩy về trước hoặc đảo ngược với vận tốc không đổi)
66
Click Motion Control Parameter Servo Parameter :
67
Thiết lập khối thông số
2.1.3.2.1. Chương trình chuyển động SFC ( Motion SFC program )
Chương trình SFC chuyển động là một chương trình tương tự như biểu đồ để biểu thị dòng chảy quá trình lập trình, rất dễ dàng cho người lâp trình.
Các đặc tính :
+ Bằng cách kết hợp vận hành của máy với mỗi bước vận hành, thì một chương trình mà mọi người đều có thể dễ dàng nắm bắt có thể được tạo bằng cách sử dụng định dạng biểu đồ.
68
+ Vì mô đun CPU chuyển động xác định điều kiện chuyển đổi và bắt đầu định vị, nên không có biến thể trong thời gian phản hồi bị ảnh hưởng bởi thời gian phản hồi bị ảnh hưởng bởi thơi gian quét tại phía mô đun CPU PLC.
+ Mô đun CPU chuyển động có thể xử lý không chỉ điều khiển định vị mà
còn vận hành dạng số, SET hoặc RST thiết bị … Điều này làm vân hành thông qua mô đun CPU PLC không cần thiết và rút ngắn nhị thời gian.
+ Việc mô tả điều kiện chuyển đổi cụ thể cho SFC chuyển động cho phép lệnh đưa cho bộ điều khiển servo sau khi điều kiện khởi động được thỏa mãn. Ngoài ra một chuyển đổi đến bước tiếp theo có thể được thực hiện sau khi bắt đâu định vị, mà không phải chở hoàn tất.
69 Chương trình ví dụ :
2.1.3.2.2. Chương trình Servo ( Servo Program )
70
Để viết 1 chương trình servo Click chuột phải vào Servo Program New Servo
Program
Có 13 nhóm lệnh cơ bản để thực hiện viết chương trình servo, tùy thuộc vào yêu cầu mà mỗi người muốn viết có thể lựa chọn khác nhau. Những nhóm lệnh chuyên dùng là Positioning (định vị), Positioning Arc (vòng cung định vị), Helical Interpol (nội suy xoắn). Khi chọn một lệnh nào đó thì sẽ có hình và biểu đồ mô tả chức năng cho lệnh đó .
71
72
+ Nhóm lệnh Helical Interpol
Ví dụ : một chương trình vẽ đường thẳng từ điểm I1(1000;6000) đến điểm I2(4000;6000) với tốc độ 500 mm/min.
73
Nạp chương trình từ MT Developer2 lên PLC :
Trước tiên ta kiểm tra lỗi click chọn Check/Convert Motion SFC Batch
Conversion hoặc phím tắt Ctrl+Alt+F4
74
Cuối cùng chọn Online Write to Motion và trên màn hình hiển thị tab ta chọn Parameter+Program Execute .
Mô phỏng chương trình :
Ta click vào biểu tượng trên thanh công cụ của phần mềm MT Developer2, hiển thị cửa sổ :
75
Trên cửa sổ click chọn biểu tượng để thiết lập : chọn Feed Curent Value cho
trục 1 rồi ấn mũi tên màu xanh , tương tự như vậy chọn cho trục 2.
Click Next ta cài đặt thời gian lấy mẫu chọn Sampling rate và chọn giá trị mong muốn và ấn Complete để thiêt lập xong.
76
Ta chọn màn hình hiển thị quỹ đạo cho 2 trục click chọn trên thanh công cụ và ấn
để chạy chương trình rồi ta có kết quả hiển thị.
2.2. Thiết bị điện 2.2.1. Bộ nguồn 2.2.1. Bộ nguồn
77 Điện áp 1 chiều: 24V
Dòng định mức: 2.5A
Khoảng dòng điện: 0~2.5A
Công suất định mức: 60W
Dải điện áp:
88~264VAC/ 124~370DC
Hiệu quả: 84%
Bảo vệ: Quá tải, quá điện áp
Kích thước 3 chiều:
78*93*56mm (L*W*H)
Cân nặng: 0.3K
Hình 2.31 : Bộ nguồn MEAN WELL
2.2.2. Các thiết bị đóng ngắt, thiết bị bảo vệ và kết nối vào ra
- CB : sử dụng MCB-BKN-C63 hãng
LS của Hàn Quốc.
+ Bảo vể : ngắn mạch ,quá tải.
+ Số cực (pha) : 3 cực
+ Dòng định mức : 63A
+ Dòng cắt : 6kA
Hình 2.32 : Circuit Breaker
- Cotactor : Contactor được sử dụng là loại MC-18b của hãng LS.
+ Dòng định mức: 18A
+ Số pha: 3 pha
+ Điện áp sử dụng: 220V
+ Tiếp điểm: 1NO + 1NC
78
- Relay : Các relay được sử dụng là loại relay 24V có 1 tiếp điểm thường đóng và một tiếp điểm thường hở. Ngoài ra còn có relay dùng để điều khiển động cơ, mỗi tiếp điểm relay chịu được tối đa 5A.
Hình 2.34 : Relay
- Kết nối vào ra : Các ngõ vào ra của PLC được kết nối thông qua một sợi
cáp , việc này thuận tiện cho việc lắp đặt hệ thống và hạn chế số lượng dây dẫn kết nối với PLC. Cáp nối là một đoạn dây 40 lõi .
79
2.2.3. Nút nhấn và công tắc ở bảng điều khiển
- Nút nhấn : nút nhấn công nghiệp không có chế độ tự giữ.
- Công tắc : loại có 4 tiếp điểm thường hở.
Hình 2.36 : Công tắc và nút nhấn
2.2.4. Công tắc hành trình
Công tắc hành trình dùng để giới hạn hành trình của động cơ servo di chuyển các trục X và Y theo chiều ngang và dọc. Ngoài ra công tắc hành trình còn được sử dụng như một cảm biến cảm nhận hành trình của động cơ.
Hình 2.37 : Công tắc hành trình
Công tắc hành trình được sử dụng của hãng Omron có thông số :
+ Cơ cấu vận hành: Loại tác động nhanh.
80
+ Dòng điện định mức: 15 A.
+ Điện áp định mức: 480 VAC.
+ Dòng điện khởi động: NC: 30 A, NO: 15 A.
+ Loại tiếp điểm: SPDT
+ Tần số hoạt động: Cơ: 240 lần/phút; Điện: 20 lần/phút
2.2.5. Động cơ servo
- Sử dụng động cơ servo HG-KR053 của hãng Mitsubishi để điều khiển các
trục X và Y.
- Các chỉ số :
+ Nguồn điện cấp : 3 pha – 200 VAC
+ Tốc độ tối đa : 3000 vòng/min
+ Công suất : 50W
81
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH CNC HAI TRỤC
3.1. Mô hình CNC hai trục
Mô hình thực tế : Mô hình thực tế cho ta thấy toàn cảnh mô hình, cách đấu dây và thể hiện vị trí bố trí thực và hợp lí của các công tắc hành trình, nút nhấn, mô đun PLC ,các trục, servo và các thiết bị điện khác.
82
3.2. Cơ cấu
3.2.1. Các thiết bị
Những thiết bị sử dụng giới thiệu bảng 3.1 sau :
Bảng 3.1 : Liệt kê các thiết bị mô hình CNC 2 trục
STT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật
1
PLC Mitsubishi IQ-R POWER R62P : Nguồn cấp 220VAC
R04CPU R16MTCPU RX42C4 : 64 Ngõ vào 24VDC RY42NR2P : 64 Ngõ ra 24VDC RD62P2 R60DA4 R60AD4 MR-J4-10B 2 Bộ nguồn DR-60-24 MEAN WELL Ngõ vào : 220V Ngõ ra : 24VDC 3
Động cơ Servo HG-KR053 Nguồn : 200VAC, 0.9A
Công suất : 50W Tần số hoạt động : 0-250Hz. Tốc độ định mức : 3000 vòng/phút 4 Công tắc hành trình hãng Omron
Nguồn cấp : 125, 250 hoặc 480 VAC
83
3.2.2. Sơ đồ đấu dây toàn hệ thống
84
3.2.3. Nguyên lí hoạt động
Khi cung cấp nguồn cho mô hình, đèn báo có nguồn sáng lên .Có điện cho các mô đun và thiết bị trên mô hình, lúc này 2 mô đun điều khiển động cơ servo ON với đèn tín hiệu d01 và d02. Các động cơ servo nằm vị trí ban đầu (X=0,Y=0) sẵn sàng hoạt động. Ta ấn nút Start các động cơ servo hoạt động điều khiển các trục chạy chương trình, chạy hoàn tất chương trình thì động cơ servo sẽ dừng. Khi dừng khẩn cấp ta ấn nút Stop động cơ điều khiển các trục sẽ dừng tại trí hiện tại. Hoạt động lại thì sẽ ấn lại nút Start bắt đầu chạy lại chương trình từ đầu.
3.2.4. Lưu đồ giải thuật chương trình
85
86
3.2.6. Chương trình con Chương trình con chữ I Chương trình con chữ I
87
Chương trình con chữ H
88
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1. Kết luận
Được sự hướng dẫn và góp ý tận tình và quan tâm của thầy Nguyễn Anh Tuấn, đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quy định và yêu cầu về nội dung đề tài.
Đề tài đã đạt được một số kết quả nhất định, đã điều khiển được các trục khi dùng ngôn ngữ SFC, hiểu được các dòng PLC họ iQ-R,… đem lại nhiều ý nghĩa thực tiễn. Nội dung đề tài mang tính thiết thực, đó là sự bổ sung nguồn tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt, có thể xem đây như một bức tranh tổng quát hệ thống mô hình CNC hai trục, giúp các bạn sinh viên có thể hiểu và thực hiện lại mô hình này một cách nhanh chóng rút gọn thời gian hơn .
4.2. Hướng phát triển
Đề tài chỉ thực hiện trong thời gian có hạn nên em tập trung thực hiện, nghiên cứu những vẫn đề cơ bản xung quanh đề tài như : nghiên cứu các mô đun PLC họ iQ-R sử dụng trong mô hình, các mô đun điều khiển servo, động cơ servo và cách lập trình điều khiển. Đồng thời cũng do kiến thức và kinh nghiệm có hạn nên trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các Thầy (Cô) đóng góp ý kiến để đề tài này được phát triển và hoàn thiện hơn.
Hướng phát triển thêm là các sinh viên nghiên cứu sau này sẽ phát triển mô hình CNC 2 trục theo hướng mới sử dụng G-code để có thể điều khiển các trục vẽ được nhiều hình và chi tiết khó hơn.
Cuối cùng em mong muốn nhiều trường đại học, cao đẳng sẽ có nhiều hướng phát triển rộng hơn nữa, thêm nhiều trang thiết bị mới để sinh viên có cơ hội tìm tòi, nghiên cứu thực tế đồng thời kích thích khả năng sáng tạo, năng động của tuổi trẻ để ngày càng nâng cao hiệu quả, tạo ra nhiều kĩ sư tốt cho đât nước và động lực phát triển nền kinh tế vững mạnh.
89
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phần mềm thư viện. E-Manual Viewer. MELSEC iQ-R CPU Module User’s Manual.