50
3.3.1 Thiết kế mạch điều khiển quay phôi
Hệ thống mạch điều khiển quay phơi gầm các bộ phận chính sau: + Bộđiều khiển lập trình PLC
+ Một động cơ không đồng bộ ba pha 220V
+ Một biến tần điều khiển chuyển động của động cơ + Một rơle 4 chân đểđóng mở phanh động cơ + Một bộ nguồn điện 24VDC
+ Một cầu nối + Một cảm biến từ
PLC là bộ điều khiển trung tâm của hệ thống. PLC có các đầu vào L1, L2 nối với nguồn điện 220V. Các đầu vào 00, 01 nối với cảm biến từ gắn trên đồ gá để nhận tín hiệu do cảm biến từ phát ra khi mâm cặp của đồ gá phôi quay. Đầu ra 00 được nối với role để điều khiển đóng/ngắt cho role. Bốn chân của role được nối với phanh của động cơ và biến tần điều khiển động cơ hoạt động. Khi khơng có tín hiệu điều khiển từ PLC role ở chế độ thường đóng là lúc động cơ khơng hoạt động và phanh động cơ đóng. Khi có tín hiệu thì role chuyển sang chế độ thường mở và lúc đó phanh động cơ sẽ mở ra và động cơ hoạt động.
Biến tần 3G3JV: Là biến tần điều khiển hoạt động của động cơ 1. Với các cổng L1, L2 nối với nguồn điện 220V, U V W nối với 3 pha của động cơ 1. B2 và B6 nối với role 1 để điều khiển động cơ 1.
Nguồn điện 220 cấp cho các thiết bị PLC, biến tần, bộ đổi nguồn 24VDC thông qua một cầu nối điện. Nguồn 24 VDC cấp cho role, cảm biến từ.
3.3.2 Thiết kế mạch điều khiển tịnh tiến đầu hàn
Hệ thống điều khiển tịnh tiến đầu hàn gồm các bộ phận sau + Bộđiều khiển lập trình PLC
+ Một động cơ không đồng bộ ba pha 220V
+ Một biến tần điều khiển chuyển động của động cơ + Một rơle 4 cặp tiếp điểm để đóng mởphanh động cơ + Một bộ nguồn điện 24VDC
51
+ Một cầu nối + Một Encoder
Các đầu vào 02, 03 nối với Encoder gắn trên phía đầu trục vít để nhận tín hiệu. Khi trục vít quay sẽ làm cho encoder phát ra các tín hiệu xong và các tín hiệu hày sẽ được truyền về PLC xử lý. Đầu ra 01 được nối với role để điều khiển đóng/ngắt cho role. Bốn chân của role được nối với phanh của động cơ và biến tần điều khiển động cơ hoạt động. Khi khơng có tín hiệu điều khiển từ PLC role ở chế độ thường đóng là lúc động cơ khơng hoạt động và phanh động cơ đóng. Khi có tín hiệu thì role chuyển sang chế độ thường mở và lúc đó phanh động cơ sẽ mở ra và động cơ hoạt động.
Biến tần 3G3JV: Là biến tần điều khiển hoạt động của động cơ 2. Với các cổng L1, L2 nối với nguồn điện 220V, U V W nối với 3 pha của động cơ 1. B2 và B6 nối với role 1 để điều khiển động cơ 2.
3.3.3 Thiết kế mạch nâng hạ đầu hàn
Mạch điều khiển nâng hạđầu hàn gồm các bộ phận sau: + Bộđiều khiển lập trình PLC
+ Một nguồn điện 24V
+ Một role loại 4 cặp tiếp điểm + 2 van điện từ SF 1101
Hai cực của van điện từ được nối với nguồn điện 24V qua role 4 chân. Nguồn 24V được nối với PLC. PLC sẽ điều khiển sự lên xuống của đầu mỏ hàn thông qua sự làm việc của một trong hai hệ thống quay phôi hoạc tịnh tiến đầu hàn.
Ở chế độ quay phơi tức là hàn theo biên dạng trịn. Khi động cơ điền khiển phôi bắt đầu hoạt động van điện từ A ở phía trên xylanh sẽ mở và đẩy pitong trong xylanh đi xuống đồng thời đẩy đầu hàn được gắn trên pitong đi xuống theo. Khi phơi ngừng quay van A sẽđóng lại đồng thời mở van B ởphía dưới để đẩy đầu mỏ hàn lên và kết thúc chếđộ hàn. Ở chếđộ hàn tịnh tiến các van cũng hoạt động tương tự.
52
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Trong chương 3 tác giả đã nghiên cứu, phân tích, tính tốn và trình và được các vấn đề sau:
Nghiên cứu, phân tích và lựa chọn được phương án thiết kế hệ thống điều khiển đồ gá hàn một trục quay. Trong đó đồ gá hàn một trục quay được điều khiển bởi hệ thống điều khiển chuyển động quay phôi, hệ thống điều khiển chuyển động tịnh tiến đầu hàn, hệ thống điều khiển nâng hạ đầu hàn.
Nghiên cứu, phân tích và lựa chọn các thiết bị trong hệ thống điều khiển đồ gá hàn. Trong đó tác giả chọn sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC CPM2A, biến tần 3G3JV,cảm biến từ, encoder và các thiết bị khác.
Nghiên cứu, phân tích, thiết kế bảng điều khiển đồ gá hàn khi điều khiển tay. Trong đó bảng bao gồm các công tắc: Start, Stop, quay thuận chiều kim đồng hồ, quay ngược chiều kim đồng hồ, tịnh tiến mỏ hàn ra xa mâm cặp, tịnh tiến mỏ hàn về gần mâm cặp, nâng mỏ hàn, hạ mỏ hàn, nút dừng khẩn cấp (EMG), nút chế độ có hai chế độ là điều khiển tự động(Auto) và điều khiển bằng tay (MAN).
Nghiên cứu, phân tích, thiết kế mạch điều khiển chuyển động quay phôi, chuyển động tịnh tiến đầu hàn, chuyển động nâng hạ đầu hàn.Trong đó dùng biến tần để điều khiển tốcđộ quay của mâm cặp và tốc độ di chuyển tịnh tiến mỏ hàn.
53
Chương IV. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI VỚI HỆ THỐNG HÀN TỰĐỘNG
4.1. Giới thiệu về phần mềm SYSWIN
SYSWIN là một phần mềm lập trình cho PLC OMRON dưới dạng Ledder Diagram thực thụ chạy trong WINDOW. Để cài đặt phần mềm này cần đảm bảo máy tính có cấu hình tối thiểu như sau:
Windows 3.1, 3.11 ,Windows95, Windows98 >486 DX50 CPU
>8 M Byte Ram
>10 MB Free HDD (Đĩa cứng trống)
4.2. Lập trình với SYSWIN
- Chọn folder nơi lưu SYSWIN và khởi động chương trình - Từ menu File chọn New Project để tạo chương trình mới PLC Type chọn CPM1
CPU chọn ALL Series chọn C Editor chọn Ladder
Project Type chọn Program
Interface chọn Serial Communications Bridge chọn Option Direct
54
Codding Option chọn SYSWIN Way
Ta lựa chọn các mục trên ở hộp hội thoại New Project Setup tiếp theo là Click OK - Màn hình sẽ hiện ra một khung làm việc cho chương trình dạng Ladder Diagram.
Dùng chuột di đến thanh công cụ ( Drawing Tool ) và nhấn vào biểu tượng tiếp điểm (Contact) hoặc nhấn phím F2 để chọn lệnh này.
55
Đánh vào địa chỉ 000.00 ở ô Address và nhấn OK trên hộp thoại trên.
Màn hình sẽ hiện ra một network mới với tiếp điểm vừa nhập và ô chọn màu đen chuyển sang vị trí bên cạnh tiếp điểm này.
Làm tương tự như vậy với các tiếp điểm tiếp theo
Đánh vào ô Address địa chỉ 000.01 rồi nhấn OK.
56
nhấn nút trái chuột
Đánh vào ô Address địa chỉ 010.00 rồi nhấn OK.
Nhận lệnh OR bằng cách tạo ra một tiếp điểm nối song song với tiếp điểm đầu tiên trên network.
Trên thanh công cụ chọn tiếp điểm contact Và đặt nó dưới tiếp điểm đầu tiên là 000.00
57
Tiếp theo nối tiếp điểm vừa tạo với tiếp điểm nằm trênbằng cách chọn công cụ Vertical Short rồi nhấn chuột vào vị trí nằm giữa hai dịng hoặc nhấn F5.
Để xoá tiếp điểm CH000.01, nhấn con trỏ chuột ở tiếp điểm này ( hoặc dùng bàn phím di ơ chọn đến tiếp điểm) sau đó nhấn phím DEL hoặc từ menu Edit chọn Delete.
58
Hiện ta đã nhập xong một network của chương trình. Để thêm network mới vào ta nhấn vào nút Insert Network.
Từ hộp thoại hiện ra, chọn vị trí nơi sẽ chèn Network. ở đây ta sẽ chèn Network mới vào phía dưới network hiện hành nên ta sẽ chọn Below Curent Network và nhấn OK
Trên màn hình sẽ xuất hiện như sau: Insert Network
59
Giả sử Network mới này là lệnh END (01). Đặt vị trí con trỏ vào vị trí ơ đầu tiên của network, sau đó bấm phím F8 để chèn lệnh Function vào ơ trống đó. Để chọn lệnh cần thiết, có thể đánh mã lệnh (ở đây là 01) đánh tên lệnh hoặc lựa Function từ một danh sách có sẵn bằn cách nhấpvào nút Select. Ngồi ra có thể tham khảo thêm về lệnh bằng cách nhấp vào nút Reference.
Gõ END vào ô Function rồi nhấn OK để kết thúc. - Đặt tên kí hiệu mô tả (SYMBOL) cho các địa chỉ.
Để đặt tên ký hiệu mô tả cho các địa chỉ, trước tiên di ô chọn đến địa chỉ cần đặt tên, ơ Adr ở cuối màn hình sẽ hiển thị địa chỉ hiện hành. Sau đó bấm vào ơ Sym và đánh vào một tên cho địa chỉ này. Phần mô tả địa chỉ chỉ có thể đánh vào ơ Com. Lưu tên vừa đặt bằng cách bấm nút Stor.
60
- Nạp chương trình vào PLC ( Download Program to PLC )
Nối máy tính PC với bộ PLC qua bộ chuyển đổi cáp RS232C. Đầu cắm của bộ chuyển đổi sẽ nối vào cổng Peripheral Port của PLC.
Sau khi việc nối các thiết bị đẵ được máy tính nhận biết. Từ menu Oline, chọn Connect để kết nối với PLC. Sau khi máy tính đã kết nối được với PLC, đèn COMM trên PLC sẽ nhấp nháy và các mục khác trên menu Online sẽ trở thành màu đen( được phép chọn lựa).
61
Cũng từ menu Online chọn Download Program. Một hộp thoại sau đây sẽ hiện ra hỏi ta có xố bộ nhớ chương trình trong PLC khơng (Clear Program Memory) trước khi nạp. Nên lựa tuỳ chọn này để tránh các vấn đề có thể xảy ra. Bấm OK để nạp chương trình vào PLC.
Khi việc nạp hoàn tất bấm nút OK ở hộp thoại sau để tiếp tục.
Chú ý: Không thực hiện được việc Download vào PLC nếu PLC đang ở chế độ RUN
- Chạy chương trình PLC (RUN)
62
Chuyển từ chọn lựa STOP/PRG Mode sang Monitor Mode rồi click OK PLC sẽ chuyển sang chế độ Monitor Mode.
Chú ý: Trong khi chương trình đang hoạt động có thể theo dõi cách hoạt động của chương trình bằng cách bấm vào nút Monitor ( F11).
- Bổ sung các lệnh Timer và Counter vào chương trình.
Trước hết ta chuyển chế độ của PLC sang Program Mode. Máy tính sẽ hỏi thao tác này làm thay đổi chế độ PLC, có tiếp tục hay khơng, ta chọn Yes.
Bổ sung một network mới vào chương trình bằng cách chọn Insert network. Trong network mới thêm tiếp điểm Open Contact có địa chỉ là 000.03.
Bổ sung Timer vào bằng cách chọn TIM và đặt nó sau tiếp điểm trên. Trong hộp thoại trên Timer mở ra nhập 000 là số thứ tự của Timer, trong ô Value nhập vào giá trị #1000 (tức 100 giây) chú ý phải có dấu #.
63
Kết quả sau khi bổ sung lệnh Timer
Bổ sung tiếp một network nữa vào chương trình bằng chọn Insert Network , chọn Below Current Network và nhấp OK.
Thêm một tiếp điểm nữa có Address là 000.04 vào Network này.
Bổ sung Counter vào chương trình bằng cách chọn và định vị con trỏ vào ngay sau tiếp điểm trên. Nhấp vào cửa sổ của Counter là 1 và Value là DM0000 rồi nhấp OK.
64
Bổ sung chân nối đầu vào reset cho Counter bằng cách chọn tiếp điểm Open Contact.
Nhập địa chỉ 000.05 cho tiếp điểm này.
Sau đó thực hiện việc nạp chương trình vào PLC (Download program) Chuyển PLC sang chế độ Monitor Mode hoặc Run Mode
Bấm nút Monitor để theo dõi.
Chú ý: Nếu lúc này thử bật cơng tắc 000.04 thì bộ đếm khơng đếm gì cả bởi giá trị đặt là nội dung trong DM0000 là 0.
- Hight speed counter trong PLC Sơ đồ kết nối
65
PLC CPM2A có các input 00000 đến 00002 dùng để đếm tốc độ cao với các input 00000 và 00001 dùng để đọc tín hiệu và input 00002 dùng để reset.
Với encoder E6B2-CWZ6C sơ đồ kết nối như sau: Sau khi đã kết nối encoder với PLC thành công ta
cần cài đặt các thơng số cho PLC để có thể đọc được tốc độ cao. Ở đây, chúng ta dùng phần mềm SYSWIN để thiết lập các thông số sau đó nạp các thơng số này vào PLC trước khi nạp chương trình.
Các bước thực hiện như sau:
66
Khi đó bảng C series PLC setup sẽ hiện ra.
Bước 2: Vào View chọn Hight-speed Counter Settings và thiết lập các thơng số như hình vẽ dưới.
Sau khi thiết lập xong ta ấn để nạp chương trình vào PLC. Khi đó PLC có thể đếm được các tín hiệu do encoder phát ra.
67
Để lưu chương trình, từ menu File ta chon Save Project as Sau đó chọn thư mục lưu File và gõ tên file vào hộp File name rồi nhấn OK để lưu.
- Đọc chương trình từ PLC (Upload Program From PLC)
Từ menu file ta chọn New project sau đó nhấp OK để tạo chương trình mới. Sau khi chương trình mới được mở ra ta vào menu Online, chọn Upload program rồi nhấn OK để đọc chương trình từ PLC lên máy tính.
Chương trình hiện trong bộ nhớ PLC sẽ được hiện thị trên màn hình.
Sau đó có thể chọn lưu chương trình hoặc thực hiện các thay đổi bình thường.
• 3 •
68
• TựĐộng: một nút chạy(start) và một nút dừng (stop)
- Điều khiển vị trí bằng các tín hiệu lấy từ encoder và cảm biến từ
4.3. Thuật tốn và lập trình điều khiển đồ gá
4.3.1.Bài toán giả thiết
Sử dụng bộđiều khiển lập trình PLC CPM2A
Người dùng điều khiển hệ thống thông qua bộ điều khiển cầm tay trong đó có:
• Một nút lựa chọn giữa hai chếđộ TựĐộng hay Bằng Tay
• Bằng Tay: 6 nút điều khiển bằng tay. Điều khiển cho 2 động cơ quay thuận quay nghịch và hê thống khí nên nâng hạđầu hàn.
• TựĐộng: một nút chạy(start) và một nút dừng (stop)
Điều khiển vị trí bằng các tín hiệu lấy từ encoder và cảm biến từ
69
4.3.2.1 Sơ đồ khối thuật tốn
4.3.2.2.Phân tích sơ đồ
Có 2 chế độ điều khiển. Chế độ chạy tự động và chế độ điều khiển bằng tay. Nếu ở chế độ điều khiển bằng tay sẽ có 6 nút để điều khiển 2 động cơ quay thuận và
Bắt đầu
Chọn chế độ (Tự động/Bằng tay)
Ấn nút Start
Đầu hàn đi xuống Phôi
quay thuận Phôi quay nghịch Tiến đầu hàn Lùi đầu hàn Quay phôi/ tịnh tiến đầu hàn
Cảm biến từ, Encoder điều khiển
Bắt đầu quá trình hàn
encoder đếm xung Kết thúc
Số xung≤5000
Đầu hàn Dừng và PLC điều khiển nâng đầu hàn
lên Nâng đầu hàn Hạ đầu hàn No Yes No Yes
70
quay nghịchvà nâng hạ đầu hàn. Khi chuyển sang chế độ chạy tự động khi bấm nút “Chạy” trên điều khiển cầm tay đồ gá sẽ hoạt động theo chương trình đã được nạp vào PLC. Động cơ quay phôi bắt đầu quay thuận đến khi PLC nhận được tín hiệu do cảm biến từ phát ra thì sẽ gửi tín hiệu dừng động cơ đồng thời gửi tín hiệu đến cho động cơ tịnh tiến đầu hàn quay và hệ thống khí nén hạ đầu hàn xuống bắt đầu quá trình hàn. Quá trình hàn kết thúc khi PLC đếm đủ số xung đặt trước theo yêu cầu. PLC điều khiển động cơ tịnh tiến đầu hàn dừng lại và nâng đầu hàn lên. Kết thúc chương trình.
Bảng 4-1. Bảng phân chia các đầu vào: Địa chỉ 000.00 000.01 000.02 000.03 000.04 000.05 000.06 000.07 000.08 000.09 000.10 000.11 Chức năng Nhận tín hiệu từ encoder Nhận tín hiệu từ cảm biến từ Nút chạy (start) ở chế độ tự động Nút dừng(stop) ở chế độ tự động Công tắc chuyển sang chế độ tự động Công tắc chuyển sang chế độ bằng tay Nút bật động cơ 1 quay thuận
Nút bật động cơ 1 quay nghịch Nút bật động cơ 2 quay thuận Nút bật động cơ 2 quay nghịch Hạ đầu hàn
Nâng đầu hàn
Bảng 4-2.Bảng phân chia các đầu ra: Địa chỉ
010.00 010.01 010.02
Chức năng
Role 1 điều khiển phanh động cơ 1 và biến tần 1 làm động cơ quay thuận
71 010.05 010.03 010.04 010.05 nghịch
Role 3 điều khiển phanh động cơ 2 và biến tần 2 làm động cơ quay thuận
Role 4 điều khiển phanh động cơ 2 và biến tần 2 làm động cơ quay