Số hiệu chương trình O Đặt tên chương trình
Số thứ tự khối lệnh N Dễ dàng tìm kiếm một khối lệnh bất kỳ
Lệnh G G Phương thức di chuyển Kích thước X, Y, Z U, V,W A, B, C I, J, K R Trục chuyển động tịnh tiến chính Trục chuyển động tịnh tiến phụ Trục phụ
Khoảng cách tọa độ tâm cung Bán kính cung trịn
Tốc độ chạy dao F
Tốc độ trục chính S
Chọn dao T
Lệnh phụ M
Lệnh gọi chương trình con P
Tham số P, Q Tham số của chu trình
2.3 Tổng quát về AC Servo2.3.1 Sơ lược về hệ thống Servo 2.3.1 Sơ lược về hệ thống Servo
Hệ thống servo được thiết kế cho hệ thống truyền động điều khiển hời tiếp vịng kín, nhận tín hiệu sau đó tiến hành so sánh tin hiệu dữ liệu (dạng xung) giữa ngõ vào và ngõ ra từ đó thực hiên một cách nhanh chóng và chính xác các lệnh từ các thiết bị điều khiển. Hệ thống Servo được sử dụng trong nhiều ứng dụng từ cơ bản, đa năng đến chuyên dụng trong nhiều ngành cơng nghiệp khác nhau.
Hình 2.8 Hệ thống servo
Động cơ servo ln có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi khơng có tín hiệu điều khiển, chính vì thế khi có một ngoại vi tác động làm thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với trục động cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch.
2.3.2 Động cơ servo
Động cơ servo hoạt động trê cơ chế vịng kín kết hợp phản hời vị trí để điều khiển tốc độ và vị trí. Tín hiệu ra của động cơ (từ Encoder) nối với bộ điều khiển (Driver). Khi trục động cơ quay tín hiệu sẽ hời tiếp về bộ điều khiển. Nếu chuyển động bị ngăn cản, bộ điều khiển sau khi so sánh nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được số xung mong muốn sẽ điều chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được vị trí chính xác theo yêu cầu.
Động cơ servo cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.
Hình 2.9 Các loại động cơ servo
- Động cơ servo có 2 loại: động cơ servo DC và động cơ servo AC
+ Động cơ servo DC: là động cơ hoạt động khi được cấp dòng điện 1 chiều hoạt động trong hệ hời tiếp vịng kín, kiểm sốt được dịng điện để giúp động cơ xác định được chính xác hướng hoạt động của mình. Gốm 2 loại là có chổi than và khơng chổi than
Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, hiệu suất cao.
Nhược điểm: phải thường xuyên bảo dưỡng, moment nhỏ và tốc độ không cao.
+ Động cơ servo AC: phát triển từ động cơ servo DC với tính năng dễ điều khiển, tốc độ nhanh,… nhưng có giá thành thấp hơn.
Ưu điểm: khơng cần bảo trì thường xun, cơng suất lớn, tốc độ cao Nhược điểm: cấu tạo phức tạp hơn DC servo, phải có bộ điều khiển
tương ứng Ứng dụng của động cơ servo:
- Điều khiển được chính xác vị trí: một số dây chuyền chiết rót, đóng gói cần chạy và dừng đúng vị trí cũng yêu cầu bắt buộc phải sử dụng động cơ servo,…
- Điều khiển tốc độ: điều chỉnh tốc độ chính xác trong phạm vi rộng, trong các dây chuyền sản xuất như máy in, máy làm giấy, máy nâng hạ,…
- Điều khiển moment/torque: canh chỉnh lực thu xả cuộn giấy và bao bì trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, điều chỉnh lực tùy thuộc vào phơi của ốc vít trong máy bắn vít tự động,…
Lợi ích khi sử dụng AC servo
- Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác.
- Tốc độ đáp ứng và phản hời nhanh, qn tính thấp (gần như khơng có qn tính).
- Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động.
- Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.
- Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng.
2.3.3 Encoder
- Encoder là thiết bị được ứng dụng trong nhiều ngành cơng nghiệp tự động. Nó cịn là bộ phận quan trọng trong sơ đờ cấu tạo của máy CNC
- Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động. Bản chất của Encoder là một thiết bị cơ điện có khả năng làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số hoặc xung. Chức năng của Encoder
- Encoder dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, có thể là đĩa quay của bánh xe, trục động cơ hay bất kì thiết bị nào cần xác định vị trí góc.
Cấu tạo và ngun lí hoạt động của Encoder
- Encoder cấu tạo cơ bản gồm một cặp diode thu phát quang đặt đối diện nhau, xen giữa chúng là một đĩa trịn có các rãnh. Khi đĩa quay, vị trí khơng có rãnh sẽ ngăn khơng cho ánh sáng đi qua và khi ở vị trí có rãnh ánh sáng được chiếu xuyên qua giúp diode thu nhận tín hiệu, từ đó tạo nên các chuỗi xung tương ứng theo cấu tạo vịng đĩa.
- Trường hợp trên đĩa quay có một rãnh duy nhất thì cứ mỗi lần diode thu nhận tín hiệu ánh sáng tương ứng với thiết bị đã quay được một vịng.
Hình 2.10 Cấu tạo của Encoder
Phân loại Encoder
- Encoder được chia làm 2 loại: Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) và Encoder tương đối (Incremental Encoder)
+ Encoder tuyệt đối: có nhiều vịng rãnh trên trục đờng tâm, xuất tín hiệu ngõ ra nhiều bit 0 và 1 theo dạng mã kỹ thuật số (BCD) hoặc mã nhị phân (Binary) để xác định vị trí cụ thể của thiết bị quay.
Hình 2.11 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của Encoder tuyệt đối
Ưu điểm: thông tin giá trị đầu ra là tuyệt đối và giữ được giá trị góc khi mất ng̀n Nhược điểm: giá thành cao, quá trình điều khiển phức tạp
Encoder tương đối: thường có 1, 2 hoặc 3 vịng rãnh tương ứng 3 kênh A, B, Z(I) để xác định số xung, chiều quay, số vịng quay.
Hình 2.12 Cấu tạo và ngun lí hoạt động của Encoder tương đối
Ưu điểm: dễ đọc tín hiệu và dễ điều khiển
2.3.4 Bộ điều khiển (Driver)
Bộ điều khiển servo drive là một bộ khuếch đại được sử dụng cho việc cung cấp nguồn để điều khiển động cơ servo. Servo drive là một kênh giao tiếp quan trọng trong hệ thống servo khi làm cầu nối giữa hệ thống điều khiển và động cơ servo
Hình 2.13 Một số loại Driver của Mitsubishi
Chức năng: bộ điều khiển servo có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung) từ PLC hoặc thiết bị điện tử sau đó truyền lệnh đến động cơ servo để điều khiển động cơ servo hoạt động theo lệnh, đờng thời nhận tín hiệu phản hời liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo từ encoder. Từ tín hiệu phản hời về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu.
2.4 Giới thiệu mạng SSCNET III
Với xu hướng phát triển công nghệ như hiện nay, việc điều khiển hệ thống Motor Servo cổ điển bằng dây đã trở nên lỗi thời và đang dần được thay thế bằng phương pháp điều khiển thông qua hệ thống mạng SSCNET
- SSCNET III (System servo control network III): là hệ thống điều khiển mạng servo của riêng hãng Mitsubishi.
- SSCNET III sử dụng cáp kết nối là cáp quang
Mục SCCNET III
Cáp kết nối Cáp quang
Tốc độ truyền tối đa 50Mbps
Tốc độ phản hồi Nhận dữ liệu 0.88ms/1.77ms Truyền dữ liệu 0.88ms/1.77ms
Số trục tối đa 32 trục
Khoảng cách truyền tối đa 1200m (50m x 32 trục) Ưu điểm của mạng SSCNET III:
- Tốc độ truyền dữ liệu điều khiển của mạng SCCNET III là rất nhanh nên việc truyền tín hiệu có thể được xem là ngay lập tức thực hiện
- SSCNET cung cấp độ chính xác cao và độ tin cậy trong giao tiếp với giao tiếp dữ liệu của nó khi truyền dữ liệu theo các gói dữ liệu (data frame)
Hình 2.14 Cách truyền dữ liệu của mạng SSCNET III
- Bỏ qua các hạn chế, các giới hạn về mặt vật lý trong truyền tín hiệu với việc sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu (Ảnh hưởng của yếu tố môi trường như nhiệt độ,…)
Hình 2.15 Hệ thống dây cáp của SSCNET III
- Khoảng cách tối đa của hệ thống có thể lên tới 1600m
Hình 2.16 Khoảng cách giữa các thiết bị của mạng SSCNET III
Nhược điểm
- Giá thành đầu tư ban đầu cao
- Thời gian thu hồi vốn lâu
2.5 Phân biệt sản phẩm bằng hệ thống mã vạch2.5.1 Khái niệm mã vạch 2.5.1 Khái niệm mã vạch
Mã vạch là phương pháp lưu trữ và truyền tải thông tin bằng một loại ký hiệu chuyên biệt. Đây là 1 ký hiệu gồm tổ hợp các khoảng trắng và vạch đen thẳng được sắp xếp theo một quy tắc mã hóa nhất định để thiết bị máy quét có thể đọc được
Khi thực hiện quét mã vạch sẽ cho ra các mẫu tự, ký hiệu và con số tùy theo tiêu chuẩn hoặc nhu cầu tạo mã của người sử dụng.
Hình 2.17 Cấu tạo của tiêu chuẩn của mã vạch
Để đọc được các ký hiệu mã vạch hiện nay người ta hay dùng một loại thiết bị gọi là máy quét mã vạch (barcode scanner). Ngoài ra với sự phát triển của công nghệ di động, các mã barcode, QR code,… có thể đọc bằng chính cả các smartphone được hỗ trợ thông qua ứng dụng (nhưng chỉ dùng để đọc với số lượng ít)
2.5.2 Ứng dụng phân biệt sản phẩm bằng mã vạch trong công nghiệp
Trong công nghiệp, với u cầu về độ chính xác và năng suất thì đánh dấu và nhận diện sản phẩm bằng mã ln là ưu tiện lựa chọn hàng đâu vì đáp ứng được những điều kiện:
- Độ chính xác: sai sót của con người có thể gây ra vấn đề trong mọi mặt của doanh nghiệp. Máy đọc mã vạch được coi là có độ chính xác cao hơn so với việc nhập dữ liệu bằng tay. Sử dụng máy quét mã vạch, người dùng có thể giảm thiểu đáng kể số lượng sai sót xảy ra.
- Năng suất: khả năng theo dõi dữ liệu nhanh chóng và chính xác có thể dẫn đến việc ra quyết định tốt hơn trong từng bộ phận. Do đó, năng suất chung của cơng ty được tăng lên.
- Tiết kiệm thời gian: mã vạch sẽ được nhận diện và đối chiếu trong thời gian rất ngắn có thể chỉ 1/1000 giây.
- Đào tạo nhân viên: tồn bộ q trình đào tạo của một máy đọc mã vạch ít tốn kém và đơn giản hơn cho nhân viên mới .Do đó, thời gian đào tạo giảm đáng kể đối với nhân viên mới.
CHƯƠNG 3. Thiết Kế Hệ Thống 3.1 Yêu cầu khách hàng
Nhu cầu gia công phôi nhôm, mica,.. thành các chi tiết máy phục vụ cho cơng nghiệp với số lượng lớn, chính xác và năng suất cao. Kết hợp dùng mã G-code để điều khiển và có thể dễ dàng thực hiện nạp và chỉnh sửa trên máy tính cá nhân, trên HMI,… Đề tài thực hiện xây dựng và diều khiển máy phay CNC H-frame kết hợp với cơng nghệ qt mã vạch có thể đáp ứng những yêu cầu như trên.
3.2 Thiết kế phần cứng3.2.1 Yêu cầu thiết kế 3.2.1 Yêu cầu thiết kế
Đối với hệ thống phân loại và giám sát sản phẩm, do yêu cầu khắt khe về độ chính xác, độ ổn định, tính tự động của hệ thống cũng như theo dõi hệ thống vận hành hay trục trặc ở thiết bị nào đó. Vì vậy hệ thống này u cầu những chức năng:
a. Vận hành được 2 chế độ Hand và Auto: Hand: cho phép người vận hành theo dõi và điều khiển các thiết bị bằng tay một cách độc lập mà không làm ảnh hưởng tới các thiết bị khác thông qua các nút nhấn và đèn báo. Auto: cho phép hệ thống tự động vận hành theo các quy trình đã lập trình sẵn.
b. Giám sát trên màn hình HMI: mọi trạng thái hoạt động của hệ thống (start, stop, emergency…) và mọi trạng thái của quá trình phân loại (băng tải mất điện, sản phẩm chưa được phân loại…) sẽ được được thơng báo và hiển thị trên màn hình HMI ở để người vận hành có thể theo dõi hoạt động của hệ thống và kịp thời xử lý.
3.2.2 Quy trình vận hành
Hệ thống phân loại và giám sát sản phẩm dựa trên mã vạch hoạt động theo quy trình được được mơ tả như Hình 3.2:
Hình 3.19 Quy trình vận hành hệ thống
Từ sơ đờ quy trình vận hành Hình 3.1, hệ thống gia công sản phẩm được chia thành 8 giai đoạn vận hành khác nhau bao gồm tạo file G-code, chọn và gá phôi, chọn và gá dao phay, quét mã, phân tích mã, gửi tín hiệu xuống bộ điều khiển, phay sản phẩm và cuối cùng là giai đoạn kiểm tra khiếm khuyết của sản phẩm.
3.2.3 Lựa chọn thiết bị
Từ quy trình phay sản phẩm trình bày ở mục 3.2.1, các thiết bị cần thiết sử dụng trong hệ thống sẽ được liệt kê như ở Bảng 3.1.
Từng thiết bị cụ thể được chọn sử dụng trong hệ thống sẽ được liệt kê ở mục này, PLC sẽ lựa chọn cuối cùng để phù hợp với yêu cầu và thiết bị đã chọn.
Bảng 3.3 Danh sách thiết bị cần lựa chọn cho hệ thống.
Loại thiết bị Giai đoạn sử dụng Số lượng
Vitme Cơ cấu 3 trục X,Y,Z 3
Thiết bị đóng cắt Cấp hoặc ngắt điện 9 Cảm biến vị trí Xác định điểm Home 9
Relay trung gian Điều khiển 4
Máy đọc mã vạch Quét mã vạch 1
HMI Điều khiển 1
Động cơ servo Cơ cấu 3 trục X,Y,Z 3
Driver Điều khiển động cơ
trục X, Y 1
Điều khiển động cơ
trục Z 1
Động cơ Spindle Cơ cấu phay vật thể 1
Biến tần Điều khiển 1
PLC Điều khiển 1
Module ngõ vào Điều khiển 1
Module ngõ vào Điều khiển 1
Module analog Điều khiển 1
a. Vitme: Vitme được sử dụng trong nhiều hệ thống máy phay nói riêng và máy CNC nói chung là bỏi vì độ tin cậy, khả năng chịu tải tốt, giá thành rẻ. Khơng khó để thay thế, bảo trì, thơng dụng trên thị trường. Độ chính xác tới hàng micromet rất phù hợp với động cơ servo vốn đứng đầu trong danh sách các loại động cơ chính xác.
Hiện nay, vitme trên thị trường có rất nhiều loại tùy theo cơng dụng của chúng mà giá thành, chất lượng cũng như độ chính xác khác nhau. Với quy mô của một đồ án tốt nghiệp, đề tài sử dụng 3 loại vitme, cụ thể như sau:
Vitme CKR3310A – 350LH cho trục X có hình dáng thực tế như Hình 3.3:
Thơng số kỹ thuật của vitme CKR3310A – 350LH được mô tả ở Bảng 3.2: Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật vitme CKR3310A – 350LH
Chiều dài 482mm Chiều rộng 70.4mm Chiều cao 70.4mm Kích thước lỗ 5mm Hình vẽ 2D vitme
Hình 3.21 Bản vẽ cơ khí vitme CKR3310A – 350LH
Vitme CKR4610A – 390LH cho trục Y có hình dáng thực tế như sau
Hình 3.22 Trục Y
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật vitme CKR4610A – 390LH Chiều dài 547mm Chiều rộng 92.8mm Chiều cao 92.8mm Kích thước lỗ 5mm Hình vẽ 2D vitme Hình 3.23 Bản vẽ 2D vitme CKR4610A – 390LH
Vitme CKR4610A – 240L cho trục Z có hình dáng thực tế như sau:
Hình 3.24Trục Z
Thơng số kỹ thuật của vitme CKR4610A – 240L được mô tả ở Bảng 3.4:
Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật vitme CKR4610A – 240L
Chiều rộng 92.8mm Chiều cao 92.8mm Kích thước lỗ 5mm Hình vẽ 2D vitme
Hình 3.25 Bản vẽ 2D vitme CKR4610A – 240L
b. Thiết bị đóng cắt: nhằm bảo vệ các thiết bị điện trong quá trình điều khiển tránh khỏi các nguyên nhân ngắn mạch, chập điện, … Thiết bị đóng cắt được sử dụng trong đề