- 2 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển chuyển động. - 2 1.1.1 Kiến trúc cơ bản của hệ thống điều khiển chuyển động bao gồm. - 2 1.1.2 Các chức năng điều khiển chung bao gồm. - 3 1.1.3 Ứng dụng của các hệ điều khiển chuyển động. - 4 1.2 Vai trò của hệ điều khiển servo trong hệ thống điều khiển chuyển động. - 4 1.2.2 Công nghệ điều khiển servo. - 5 1.2.3 Động cơ PMSM và cảm biến trong hệ thống điều khiển vị trí servo. - 9 2.2.1 Các thiết bị xây dựng lên hệ điều khiển servo. - 19 2.5.3 Tìm hiểu Module điều khiển chuyển động RD77MS2. - 30 3.1 Yêu cầu chung và tính toán chọn hệ điều khiển. - 30 3.1.2 Tính toán chọn hệ điều khiển. - 31 3.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển. - 44 4.1 Thiết kế chương trình điều khiển. - 44 4.1.1 Mô tả phương thức thực hiện hệ điều khiển. - 44 4.1.2 Lưu đồ chương trình điều khiển PLC và lập trình điều khiển. - 59 4.2 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển. - Bộ điều khiển chuyển động là tâm điểm của hệ thống điều khiển chuyển động. - Cấu trúc hệ điều khiển chuyển động servo Mitshubishi. - Hệ thiết bị điều khiển mô hình máy cắt kính. - Sơ đồ đấu dây điều khiển cho biến tần servo. - Giao diện chương trình điều khiển giám sát máy cắt kính. - Các trong phương pháp điều khiển định vị cơ bản của module RD77MS2. - Các thành phần chính liên quan thường bao gồm bộ điều khiển chuyển động , bộ khuếch đại năng lượng, và một hoặc nhiều động cơ hoặc cơ cấu chấp hành . - Điều khiển chuyển động có thể là vòng hở hoặc vòng kín. - 1.1.1 Kiến trúc cơ bản của hệ thống điều khiển chuyển động bao gồm. - Một bộ điều khiển chuyển động để tạo ra các điểm đặt (đầu ra mong muốn hoặc biên dạng chuyển động. - Một bộ truyền động hoặc bộ khuếch đại để biến đổi tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển chuyển động sang năng lượng tới cơ cấu chấp hành. - 2 Sơ đồ dưới đây mô tả các thành phần thiết yếu của hệ thống điều khiển chuyển động: Hình 1.1. - Kết nối bộ điều khiển chuyển động và bộ biến tần là rất quan trọng khi điều phối chuyển động được yêu cầu, vì nó phải cung cấp sự đồng bộ chặt chẽ . - Các kết nối sau có thể điều khiển chuyển động bao gồm Ethernet / IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink và EtherCAT . - 1.1.2 Các chức năng điều khiển chung bao gồm. - Điều khiển vận tốc. - Điều khiển vị trí (điểm - điểm): Có một số phương pháp để tính quỹ đạo chuyển động. - Áp lực hoặc điều khiển lực. - 1.1.3 Ứng dụng của các hệ điều khiển chuyển động: Điều khiển chuyển động là một phần quan trọng của robot và các máy CNC. - Hầu hết các cánh tay robot ngày nay được điều khiển bởi các động cơ servo. - Ngoài ra điều khiển chuyển động thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp sau. - 1.2 Vai trò của hệ điều khiển servo trong hệ thống điều khiển chuyển động 1.2.1 Giới thiệu cơ bản về hệ servo Servo là một dạng cơ cấu chấp hành dùng để điều khiển đối tượng đáp ứng chính xác các yêu cầu do bộ điều khiển quy định. - Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống servo là điều khiển vị trí chính xác theo yêu cầu bộ điều khiển. - Để có thể thực hiện nhiệm vụ điều khiển vị trí một cách chính xác, motor servo cần có một số đặc tính như. - Khả năng phản ứng nhanh khi chạy ở tốc độ chậm, cũng như có thể điều khiển tốc độ và vị trí đồng thời. - 1.2.2 Công nghệ điều khiển servo Động cơ servo là thành phần quan trọng của hệ thống điều khiển chuyển động. - Để hoạt động được, chúng ta phải nối động cơ servo với các phần cứng, phần mềm hỗ trợ điều khiển chuyển động. - Động cơ servo được sử dụng trong các hệ thống điều khiển chuyển động để cung cấp một lực cơ học cụ thể trong khoảng thời gian nhất định. - Để đạt được điều này, chúng ta phải điều khiển vị trí, vận tốc và mô men của động cơ servo theo yêu cầu ứng dụng. - Bộ điều khiển chuyển động: là thành phần xây dựng quỹ đạo di chuyển, các tham số vị trí tốc độ, gia tốc… của quá trình chuyển động, rồi gửi các thông tin đó cho biến tần servo. - Biến tần servo: Thiết bị điện tử có chức năng nhận yêu cầu điều khiển từ bộ điều khiển chuyển động, cung cấp đủ năng lượng cho động cơ servo hoạt động theo đúng yêu cầu điều khiển chuyển động. - Encoder: Encoder được lắp đầu phía sau của trục động cơ, dùng để đo và phản hồi tín hiệu xung chỉ vị trí tuyệt đối hoặc tương đối của trục động cơ và phản hồi về bộ điều khiển vị trí. - 6 1.2.3 Động cơ PMSM và cảm biến trong hệ thống điều khiển vị trí servo a. - Chính vì vậy mục tiêu của đề tài này tôi sẽ xây dựng cấu trúc một hệ thống điều khiển chuyển động servo cụ thể, có thể áp dụng vào thực tiễn. - Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hệ điều khiển servo của các hãng nổi tiếng như ABB, Siemens, Schneider. - Chính vì vậy mà tôi chọn các thiết bị của Mitshibishi để thiết kế hệ điều khiển servo. - 2.2 Lựa chọn thiết bị và xây dựng cấu trúc phần cứng: 2.2.1 Các thiết bị xây dựng lên hệ điều khiển servo. - Bản vẽ chi tiết cấu trúc động cơ HG-KR053B Hệ thống robot sử dụng 3 động cơ dẫn động cho 3 trục điều khiển X, Y, R. - Động cơ trục R nối trực tiếp với cơ cấu tay gắp qua khớp nối mềm điều khiển góc quay của tay gắp. - 2.4 Tìm hiểu Biến tần servo Mitsubishi MR-J4-10B 2.4.1 Giới thiệu chung về biến tần servo Biến tần servo là một dạng biến tần được thiết kế dành riêng cho việc cung cấp nguồn điều khiển các động cơ servo. - Biến tần servo do đó được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống điều khiển chuyển động, giải quyết các bài toán điều khiển vị trí từ đơn giản đến phức tạp, từ đơn trục cho tới đa trục. - Biến tần servo nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển vị trí, khuếch đại tín hiệu, và truyền tín hiệu khuếch đại đó dưới dạng dòng điện tới động cơ servo để tạo chuyển động tương ứng với tín hiệu điều khiển. - Tín hiệu điều khiển có thể bao gồm vị trí, tốc độ, hoặc mô men. - Encoder gắn trên trục động cơ sẽ phản hồi tín hiệu về biến tần servo để biến tần có thể điều chỉnh tín hiệu đầu ra bù cho sai lệch điều khiển. - Do đó biến tần thường chỉ dùng với các bộ điều khiển vị trí của Mitsubishi (R16MTCPU, RD77MS2, QD77MS2. - Các hàm điều khiển vị trí, tốc độ cũng như vùng nhớ dữ liệu điều khiển vị trí đều có trong bộ nhớ của biến tần nên với các hệ điều khiển vị trí đơn giản, biến tần có thể hoạt động mà không cần bộ điều khiển. - Chi tiết các chân tín hiệu của giắc cắm CN3 Tín hiệu Kí hiệu Tên Mô tả chức năng Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đầu vào DI1. - DI2 DI3 TÔI2 Forced stop 2 Tín hiệu dừng khẩn cấp, yêu cầu giảm tốc độ động cơ cho tới khi dừng hẳn, có thể liên động với tín hiệu dừng khẩn cấp của bộ điều khiển vị trí để tăng độ tin cậy. - Được thiết kế từ phần cơ sở, hệ thống điều khiển được thiết kế dựa trên các vấn đề chung mà khách hàng gặp phải. - Loại module CPU sử dụng làm bộ điều khiển robot là R04EN, được Mitsubishi tài trợ. - Base R38B 21 2.5.3 Tìm hiểu Module điều khiển chuyển động RD77MS2 Trong mô hình máy cắt kính thì việc điều khiển vị trí và tốc độ chính xác là yêu cầu bắt buộc. - Và bộ phận tính toán, điều khiển vị trí trong mô hình này chính là module điều khiển chuyển động RD77MS2 của Mitsubishi. - RD77MS2 là module điều khiển chuyển động đơn giản (Simple Motion Module) đi theo dòng PLC iQ-R của Mitsubishi. - Module này thuộc sê ri module điều khiển chuyển động RD77MSx mới nhất hiện nay của Mitsubishi (x ứng với số trục mà module chuyển động có thể điều khiển được). - Đóng vai trò như một bộ điều khiển chuyển động, module RD77MS2 thực hiện chức năng xây dựng quỹ đạo di chuyển, các tham số tốc độ, gia tốc… của quá trình chuyển động, rồi gửi các thông tin đó cho các bộ biến tần servo. - Thông số kỹ thuật Dòng RD77MSx với x là số trục module có thể điều khiển. - Trên thị truyền hiện nay, dòng RD77MS có những module điều khiển RD77MS2, RD77MS4, RD77MS8, RD77MS16. - Đúng như tên gọi, module RD77MS2 cho phép điều khiển chuyển động trên 2 trục, 2 trục này có thể chuyển động riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau. - Các chức năng điều khiển Module RD77MS2 có thể thực hiện nhiều phương pháp điều khiển khác nhau: điều khiển định vị cơ bản (Major Positioning Control), điều khiển định vị mức cao (High-Level Positioning Control), điều khiển mở rộng (Expansion Control). - Điều khiển vị trí cơ bản được thực hiện bằng các lấy dữ liệu vị trí được lưu trong module chuyển động. - Phương pháp điều khiển định vị cơ bản lại được chia ra làm các loại phương pháp con như: điều khiển vị trí (Position Control), điều khiển tốc độ (Speed Control), điều khiển chuyển đổi vị trí - tốc độ (Position - Speed Switching Control), điều khiển chuyển đổi tốc độ - vị trí (Speed - Position Switching Control). - Sau đây ta chỉ xét đến phương pháp điều khiển vị trí (Position Control) là phương pháp được sử dụng trong phạm vi đồ án. - Điều khiển tuyến tính một trục ứng dụng cho chương trình chạy JOG theo từng trục X hoặc Y. - Điều khiển tuyến tính 2 trục ứng dụng cho cắt kính hình chữ nhật. - Điều khiển nội suy cung tròn 2 trục ứng dụng cho cắt kính hình tròn hoặc cung tròn. - Lệnh chạy điều khiển vị trí. - Ở chương tiếp theo, ta sẽ ứng dụng cấu trúc đã xây dựng ở trên để thực nghiệm với bài toán thiết kế hệ điều khiển cắt kính tự động. - Phần cuối của chương này sẽ giới thiệu cách đấu nối các thiết bị điều khiển để được một mô hình máy cắt kính hoàn chỉnh về mặt phần cứng. - Ghép nối và đi dây cho các thiết bị điều khiển. - Bàn máy phải được thiết kế chắc chắn, các thiết bị điều khiển cần được bố trí gọn gàng tiết kiệm tối đa không gian. - Do đó, ta chọn hệ thống dẫn động là động cơ servo gắn trực tiếp lên xilanh khí nén và có điều khiển góc quay. - Nguyên lý hoạt động của máy Chuyển động của đầu cắt trên các trục X và Y được tạo bởi động cơ servo có điều khiển tốc độ và vị trí. - Vận tốc và vị trí của đầu cắt trên trục X được điều khiển thông qua vận tốc và góc quay của trục động cơ. - Vận tốc và vị trí của đầu cắt trên trục Y được điều khiển thông qua vận tốc và góc quay của trục động cơ trục Y. - Trong suốt quá trình cắt, đầu cắt được điều khiển để lưỡi cắt luôn ở phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt. - Bố trí thiết bị điều khiển Các thiết bị điều khiển bao gồm. - Các thiết bị điều khiển này được đặt lên một giá thí nghiệm được thiết kế khá gọn với kích thước 70*20*70 cm. - Hệ thiết bị điều khiển mô hình máy cắt kính b. - Sơ đồ đi dây thiết bị điều khiển i, Mạch nguồn: Mạch nguồn hệ thống điều khiển được chia làm 2 phần. - Nguồn AC cung cấp cho module nguồn của PLC, nguồn mạch lực và mạch điều khiển của biến tần servo. - Tín hiệu điều khiển phanh động cơ MBR. - Phần cuối của chương nói về phần cấu hình cho module điều khiển chuyển động RD77MS2 và biến tần MR-J4 các tham số phù hợp với mô hình máy cắt kính. - 52 4.1.2 Lưu đồ chương trình điều khiển PLC và lập trình điều khiển Chương trình Ladder được sử dụng viết cho mô hình máy cắt kính của luận văn này sẽ sử dụng kiểu chương trình vòng quét chính (Scan). - Nếu các cờ thỏa mãn, biến tần servo sẽ được bật để điều khiển các động cơ servo
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt