Có thể nói, bộ điều khiển servo driver có một số ưu điểm nhất định như hoạt động theo chế độ điều khiển vị trí (Dir – Pulse), điều khiển vận tốc, điều khiển moment, … Bên trong có bộ đệm xung (làm mềm các chuyển động gián đoạn do quá trình điều khiển gây ra) nhằm đạt tốc độ nhận xung cao nhất. Ngồi ra, Driver cịn trang bị bộ PID và bộ bù xung thông minh giúp cho việc điều khiển dễ dàng, chính xác và mềm mại.
4.4. PLC (program logic control) và phương thức truyền thông
4.4.1. Tổng quan về PLC
PLC viết tắt của programmable logic controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell... Các khối chức năng chính của PLC S7-1200 gồm:
53 a. Khối CPU
Khối CPU là loại khối có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thơng ... và có thể cịn có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.
b. Khối vào (INPUT)
Các ngõ vào của khối này sẽ được kết nối với các bộ chuyển đổi tín hiệu và biến đổi các tín hiệu này thành tín hiệu phù hợp với tín hiệu xử lý của CPU. Dựa vào loại tín hiệu vào sẽ có các khối ngõ vào tương ứng. Gồm có hai loại khối vào cơ bản sau: Khối vào số (Digital Input) và khối vào tương tự (Analog Input).
c. Khối ra (OUT PUT)
Khối này có nhiệm vụ khuếch đại các tín hiệu sau xử lý của CPU (được gửi đến vùng đệm ra) cung cấp cho đối tượng điều khiển là cuộn dây, đèn báo, van từ ... Tùy thuộc vào đối tượng điều khiển nhận tín hiệu dạng nào mà sẽ có các khối ra tương ứng. Gồm có hai loại khối ra tiêu biểu: Khối ra số (DO: Digital Output), khối ra tương tự (AO: Analog Output).
d. Timer
Bộ định thời được sử dụng trong các u cầu điều khiển cần trì hỗn về thời gian. Đây là phần tử chức năng cơ bản của các bộ PLC và rất thường được sử dụng trong các chương trình điều khiển. Chẳng hạn như một băng tải khi có tín hiệu hoạt động sẽ chạy trong 10s rồi dừng lại, một van khí nén cần có điện trong 5s, ngun liệu cần trộn trong thời gian 10 phút…Các PLC S7-200 có 256 Timer có địa chỉ từ T0 đến T255, chia làm 3 loại (xem them chương 4 Bộ điều khiển lập trình PLC S7-200):
+ Timer đóng mạch chậm TON (On-delay Timer).
+ Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-delay Timer). + Timer ngắt mạch chậm TOF (Off-delay Timer).
54 e. Counter
Trong nhiều trường hợp, việc kiểm tra một số lượng xác định phải thơng qua tổng các xung. Có thể thực hiện đếm các xung này bằng các bộ đếm. Sử dụng bộ đếm có thể giải quyết được một số vấn đề sau:
+Đếm số lượng
+So sánh với một giá trị đặt trước ở các trường hợp bằng nhau, nhỏ hơn, lớn hơn. +Kiểm tra sự khác biệt về số lượng. Các PLC thường có 3 loại bộ đếm: bộ đếm lên, bộ đếm xuống, bộ đếm lên-xuống.
+Bộ đếm lên CTU (Up Counter). +Bộ đếm xuống CTD (Down Counter). +Bộ đếm lên-xuống (Up/Down Counter).
4.4.2. Truyền thơng giữa máy tính và PLC
Việc giao tiếp giữa phần mềm điều khiển trên máy tính với các PLC, trong trường hợp này máy tính đóng vai trị là Master điều khiển và giám sát hoạt động của 4 PLC Slave, qua đó điều khiển các biến độ dài của dây cáp.
Để có thể thực hiện việc truyền thơng giữa máy tính và các PLC, nhóm chúng tơi sử dụng phương thức truyền bằng Ethernet kết nối với 4 PLC thông qua module wifi theo kiểu Master-Slave. Các Slave sẽ được gán cho một ID cố định riêng cho mình, khi quá trình truyền thơng diễn ra thì Master sẽ gửi lệnh kèm địa chỉ xuống và các Slave sẽ nhận được lệnh, tuy nhiên Slave nào có đúng địa chỉ thì mới được nhận lệnh. Sau đó là q trình giao tiếp giữa Master và Slave, giao tiếp xong thì Master chủ động đóng cổng giao tiếp lại và q trình truyền thơng giữa Master – Slave kết thúc.
Khi muốn dữ liệu từ Slave gửi lên Master (Điển hình ở đây là gửi lên giá trị hồi tiếp Encoder của động cơ) thì tại một thời điểm chỉ có truyền thơng giữa Master và một Slave duy nhất, thì Master phải chủ động liên kết truyền thông với Slave để mở kết nối. Tiếp đó Master sẽ truy cập vào bộ nhớ của Slave (PLC) để lấy dữ liệu lên thông qua địa chỉ các thanh ghi mà Master gửi xuống Slave.
55
Hệ điều khiển các dây của Robot Cable gồm 4 PLC Siemen S7-1200 dùng để điều khiển 8 động cơ AC Servo Delta thông qua 4 Driver Delta, mỗi PLC điều khiển 2 Driver và nhận tín hiệu từ cảm biến.
Nhiệm vụ của hệ thống như sau:
Điều khiển vận tốc và vị trí của các trục thơng qua điều khiển số xung xuất ra và tần số xung xuất.
Nhận tín hiệu hồi tiếp từ Encoder gửi lên máy tính để theo dõi q trình điều khiển.
Nhận tín hiệu trả về từ các cảm biến để xác định độ căng của dây cáp và xác định khối lượng tải đầu cơng tác
Giao tiếp với máy tính qua cổng Ethernet thơng qua giao thức profinet, nhằm gửi tín hiệu điều khiển các động cơ thơng qua phần mềm được thiết kế trên máy tính.
a. Khái niệm phương thức giao tiếp profinet
Profinet (thường được viết thành là PROFINET, như một từ viết tắt của Process Field Net) là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp, được thiết kế để thu thập dữ liệu từ và điều khiển thiết bị trong các hệ thống công nghiệp, với sức mạnh đặc biệt trong việc cung cấp dữ liệu theo hạn chế thời gian chặt chẽ (theo thứ tự 1ms trở xuống). Tiêu chuẩn này được PROFIBUS & PROFINET International (PI), một tổ chức ơ có Ưu điểm của truyền thơng profinet.
Ưu điểm của truyền thông profinet:
- Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực. - An tồn: truyền thơng đảm bảo an tồn.
- Phân tích: Vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả.
- Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus trụ sở tại Karlsruhe, Đức duy trì và hỗ trợ.
Chức năng của truyền thơng profinet:
- Thiết bị có thể thay thế mà khơng cần dùng đến công cụ ES. - Khả năng về mặt kỹ thuật.
56
- Các thông số của từng thiết bị đều được bảo vệ và tách biệt không chịu ảnh hưởng bởi thiết bị khác.
- Tạo ra một sơ đồ top của thiết bị. - Quản lý thiết bị.
- Truyền tải dữ liệu chính xác theo thời gian. - Cung cấp hệ thống dự phòng.
- Dễ dàng thay thế thiết bị.
b. Truyền dữ liệu bằng Ethernet
Ethernet là một dạng công nghệ truyền thống dùng để kết nối các mạng LAN cục bộ, cho phép các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thơng qua một giao thức - một bộ quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung. Là một lớp giao thức data-link trong tầng TCP/IP, Ethernet cho thấy các thiết bị mạng có thể định dạng và truyền các gói dữ liệu như thế nào, sao cho các thiết bị khác trên cùng phân khúc mạng cục bộ có thể phát hiện, nhận và xử lý các gói dữ liệu đó. Cáp Ethernet là một hệ thống dây vật lý để truyền dữ liệu qua.
So với công nghệ mạng LAN khơng dây, Ethernet thường ít bị gián đoạn hơn - cho dù là do nhiễu sóng vơ tuyến, trở ngại vật lý hay băng thông. Ethernet cũng cung cấp mức độ bảo mật và kiểm soát mạng tốt hơn so với công nghệ không dây (các thiết bị phải được kết nối bằng cáp vật lý - người ngồi sẽ gặp khó khăn khi truy cập dữ liệu mạng hay khi cố gắng điều hướng băng thông cho các thiết bị không được cung cấp.
c. Sơ đồ chân của cổng Ethernet
Như chúng ta đều biết, Ethernet là một công nghệ mạng được sử dụng để kết nối máy tính của bạn với Internet và giao tiếp với các máy tính hoặc thiết bị mạng khác.
Giao diện kết nối được sử dụng cho mạng máy tính và trong viễn thơng được gọi là Registered Jack (RJ) và cổng RJ-45 nói riêng được sử dụng cho Ethernet thông qua cáp. Đầu nối RJ-45 là đầu nối kiểu mô-đun 8 chân 8 (8P - 8C).
57
Công nghệ Ethernet mới nhất được gọi là Gigabit Ethernet và hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu trên 10Gigabits mỗi giây. Ethernet hoặc cổng LAN có đầu nối loại 8P - 8C cùng với cáp RJ-45 male được hiển thị ở hình ảnh bên dưới.
Đầu nối mơ-đun 8P - 8C khơng có khóa thường được gọi là Ethernet RJ-45. Thơng thường, các cổng RJ-45 được trang bị hai đèn LED thơng báo phát hiện truyền dữ liệu và gói lưu lượng.
Như đã đề cập trước đó, một cổng Ethernet RJ-45 có 8 chân kết nối và hình dưới đây mơ tả sơ đồ kết nối trong một cổng RJ-45.