Chương IV: Ứng dụng hệ truyền động biến tầ n động cơ điện xoay chiều điều khiển bởi PLC S7-300 cho bàn máy gia công tia
CNC controler
Hệ điều khiển hở là hệ điều khiển không có mạch phản hồi và kết quả hoạt động của hệ thống điều khiển không được kiểm soát. Hệ điều khiển hở trong máy CNC thường dùng động cơ bước để chuyển động bàn máy.
Chương trình điều khiển máy đưa vào thông qua thiết bị truyền tín hiệu RS 232 hoặc các thiết bị khác. Cấu trúc chương trình được hệ điều khiển CNC chuyển đổi thành xung điện áp hoặc tín hiệu số và gửi nó tới mạch khuếch đại. Sau khi khuếch đại, tín hiệu được truyền tới hệ dẫn động động cơ.
Nhược điểm lớn nhất của hệ thống điều khiển hở là độ chính xác vị trí của hệ thống rất nhạy với sự biến đổi của tải trọng, bởi vì hàm điều khiển không phụ thuộc vào thời gian thực. Khi tải trọng thay đổi, tốc độ chuyển động cũng thay đổi theo, hệ điều khiển không có khả năng điều khiển để phù hợp với tải trọng mới. Ví dụ trong quá trình gia công, tại vùng gia công nào đó cơ tính của vật liệu gia công thay đổi làm tăng lực cắt dẫn đến giảm tốc độ cắt và hệ thống điều khiển vòng hở không kiểm soát được sự thay đổi này nên không hiệu chỉnh được tốc độ cho phù hợp với tốc độ yêu cầu. Ngoài ra hệ điều khiển hở còn chịu ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ, bôi trơn và các yếu tố bên ngoài khác. Vì vậy hệ thống điều khiển vòng hở chỉ phù hợp với các máy có công nghệ gia công theo vị trí. Với độ chính xác chế tạo vít me - đai ốc và công nghệ chế tạo động cơ bước, hệ điều khiển CNC kiểu vòng hở sử dụng động cơ bước có thể đạt độ chính xác tới 0,001 inch.
Ưu điểm của hệ thống điều khiển hở là thiết kế và chế tạo dễ dàng, giá thành thấp hơn hệ điều khiển kín và thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển đòi hỏi độ chính xác vị trí không cao.
IV.3.2. Hệ điều khiển kín
Sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống điều khiển kín và điều khiển hở là ở chỗ trong hệ thống điều khiển kín có mạch phản hồi. Hệ thống phản hồi dùng để đo vị trí và tốc độ thực tế của trục và so sánh chúng với vị trí và tốc độ yêu cầu. Sự khác nhau giữa giá trị thực và giá trị yêu cầu là sai số.
Hình 4.10. Hệ thống điều khiển vòng kín
Phần tử chuyển đổi của mạch phản hồi thường sử dụng một trong hai kiểu: tương tự hoặc số. Trong máy CNC thông số tốc độ chuyển động của bàn máy phải được điều khiển bởi tốc độ trên các trục có thể có quy luật biến thiên giống nhau, nhưng cũng có thể có quy luật biến thiên khác nhau. Tachometer (cảm biến tốc độ) là kiểu chuyển đổi tương tự và thường dùng để đo tốc độ chuyển động. Resolever và Encoder dùng để đo vị trí và tốc độ. Tín hiệu đưa ra từ Resolever cho dưới dạng tương tự còn tín hiệu đưa ra từ Encoder cho dưới dạng tín hiệu số.
Hình 4.11. Sơ đồ hệ thống điều khiển vòng kín dùng Tachometer, Resolver X Y Z CNC contr oler Tín hiệu yêu cầu RT R ω + _ Động cơ Bàn máy UYC UVT UTĐ Phản hồi vị trí Phản hồi tốc độ Vít me đai ốc Tachometer Resolver + _
Hình 4.12. Sơ đồ điều khiển vòng kín dùng Tachometer, Encoder.
IV.4 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều ba pha cho máy gia công tia lửa điện.
Dựa trên cơ sở thiết kế hệ thống truyền động kín để truyền động cho máy gia công tia lửa điện và dựa theo hình 4.12 chúng ta thiết kế sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều cho máy gia công tia lửa điện như hình vẽ dưới đây (hình 4.13).
* Giới thiệu sơ đồ.
Trong sơ đồ này hệ thống truyền động biến tần - động cơ điện xoay chiều điều khiển bởi PID S7-300 và mạch vòng phản hồi âm tốc độ dùng encoder. Để điều khiển chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện thì ta thiết kế một mạch vòng đo tín hiệu đặt, tín hiệu được lấy từ vị trí bàn máy. Như vậy encoder vừa dùng để tạo ra tín hiệu âm tốc độ vừa làm sensor để đo vị trí bàn máy và vị trí bàn máy láy từ encoder sẽ so sánh với tín hiệu đặt trên máy tính và được đưa vào điều khiển hệ thống truyền động. * Nguyên lý làm việc
Trong chương ba đã tính toán ổn định chất lượng và đã có kết luận về ổn định của hệ thống này và chất lượng đảm bảo vì vậy khi ứng dụng để truyền động máy gia công tia lửa điện CNC thì nguyên lý ổn định vị trí như sau:
Với một lượng đặt nhất định sẽ xác định một vị trí bàn máy nhất định trong quá trình làm việc nếu vị trí thay đổi thông qua tín hiệu của vị trí bàn máy lấy về từ encoder sẽ so sánh với lượng đặt từ máy tính và tín hiệu sai lệch này sẽ đưa đến điều khiển hệ thống truyền động và dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi làm cho vị trí bàn máy ổn định.