ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử KIT THỰC TẬP ĐỘNG CƠ AC SERVO
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử KIT THỰC TẬP ĐỘNG CƠ AC SERVO
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ SERVO MOTOR VÀ DRIVER.............................. Trang 1
1.1. Động cơ servo.................................................................................................... Trang 1
1.2. Những loại động cơ Servo phổ biến............................................................... Trang 2
1.3. Động cơ AC servo Σ – L Series SGMPH của hãng Yaskawa Nhật Bản ... Trang 5
1.3.1. Thông số kĩ thuật
1.3.2. công suất động cơ (servopack)
1.3.3. thông số Ecoder
1.3.4. hình thức bên ngoài amplifier
1.3.5 Sơ đồ kết nối với Driver
1.3.6. kết nối nguồn cho servo SGDH-01AE
1.3.7.Servopack(Driver)
1.3.8.Sơ đồ cấu tạo của Driver
1.3.9.Hình ảnh CN1 và danh sách đầu cuối CN2
Chương 2:CÁC NGUYÊN TẮC VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVOR AC…………………………………………………………………Trang 19
2.1 .. .. Thông số cài đặt và tham số........................................................................ Trang 19
2.2 .. .. Chuyển mạch hướng xoay servomotor..................................................... Trang 20
2.3 Thiết lập các giới hạn chức năng Overtravel......................................Trang 20
2.4. Tham chiếu tốc độ..................................................................................Trang 21
2.4.1.Sử dụng tín hiệu /P-CON
5 . Tham số vi trí..........................................................................................Trang 23
2.5.1.Lựa chọn một mẩu xung tham chiếu
2.5.2.Nhận xung ngõ vào
2.5.3Tín hiệu đầu vào xung tham chiếu thời gian
2.5.4.Kết nối tín hiệu đầu vào
2.5.5.Kết nối tín hiệu đầu ra
2.6. Tham chiếu momen xoắn........................................................................Trang 29
2.6.1.Nguyên tắc của giới hạn tốc độ
2.7 Hướng dẫn sử dụng cơ bản màn hình Operator …………...........Trang 32
Chương 3: ENCODE.........................................................................................Trang 34
3.1. Encode................................................................................................................ Trang 34
3.1.1. Giới thiệu và phân loại
3.1.2. Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder
3.1.3. Độ phân giải của encoder
CHƯƠNG 4- SƠ LƯỢC VỀ ĐIỀU KHIỀN....................................................Trang 38
4.1 Vi điều khiển PIC 16F877A.....................................................................Trang 37
4.1.1 Cấu trúc phần cứng của PIC 16F877A
4.1.2,Một số chế độ đặt biệt của vi điều khiển PIC 16F877A
Chương 5 : GIỚI THIỆU KIT THỰC TẬP ĐỘNG CƠ AC SERVO….. .....Trang 42
5.1. Hình ảnh thực tế KIT thực tập động cơ AC servo.................................... Trang 42
5.2. Bản vẽ thiết kế giao diện chính KIT thực tập động cơ AC servo.Trang 42
5.3. Các thông số thiết kế KIT............................................................Trang 42
5.4 Các thiết bị được gắn lên mặt nạ KIT................................... Trang 43
5.4.1. Động cơ AC servo.
5.1.4. Hộp đựng KIT
5.4.2. Driver
5.4.3. cổng kết nối của Driver.
5.4.4. Công tắc điều khiển
5.4.5. Nút cắm dây điện.
5.4.6.. Biến trở Volume.
5.5. Sơ đồ kết nối của Driver với các thiết bị........................................Trang 46
5.6. Kết nối thực tế giữa các cổng và thiết bị điều khiển.....................Trang 48
5.7 Các phân vùng trên KIT thực tập......................................... Trang 50
5.7.1. Phân vùng Driver và cổng kết nối
5.7.2. Phân vùng chọn chế độ điều khiển.
5.7.3. Phân vùng Điều khiển.
5.7.4. Phân vùng Servo motor:
5.7.5. Phân vùng biến trở Volume:
Chương 6: BÀI TẬP THỰC HÀNH VÀ HƯỚNG DẪN CHI TIẾT.................. Trang 54
6.1. Bài tập 1: Điều khiển tốc độ động cơ........................................................... Trang 54
6.2. Bài tập 2: Điều khiển mômen động cơ......................................................... Trang 56
6.3. Bài tập 3: Điều khiển động cơ chạy thuận – nghịch................................. Trang 58
6.4. Bài tập 4 :Điều khiển vị trí động cơ……………………………. Trang 59
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN........................................................................................... Trang 68
Danh sách tài liệu tham khảo.................................................................................... Trang 68
Phụ lục............................................................................................................................ Trang 69
LỜI CẢM ƠN
Đề tài đồ án tốt nghiệp của chúng em được giao là KIT THỰC TẬP ĐỘNG CƠ AC SERVO. Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì đề tài này góp phần cho chúng em hiểu rõ hơn về servo và giúp cho mọi người dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu động cơ servo . Trong quá trình làm đồ án chúng em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và góp ý của các Thầy, các Cô trong bộ môn Tự động hoá, khoa Điện-Điện lạnh, . Đặc biệt chúng em xin cám ơn sự chỉ dẫn tận tình của thầy Đoàn Minh Hải trong suốt quá trình chúng em làm đồ án.
Do kinh nghiệm và trình độ còn hạn chế, phần thể hiện và trình bày còn nhiều khiếm khuyết. Kính mong quý Thầy, Cô thông cảm bỏ qua cho chúng em.
Chúng em xin trân trọng kính chào .
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trong cuộc sống hàng ngày chúng ta thường xuyên gặp các mô hình động cơ servo . Như trong các nhà máy xí nghiệp ở các phương tiện lao động: máy phân loại sản phẩm, máy nâng công cụ, canh tay robot ... Như vậy có thể nói động cơ servo lắm vai trò quan trọng cuộc sống và trong lao động sản xuất. Do sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử nên các thiet bị sử dụng servo cũng có các bước phát triển nhảy vọt. Việc ứng dụng kỹ thuật điện tử với những thiết bị hiện đại làm cho hệ thống dây truyền ngày càng hoạt động tốt hơn và khả năng tự động hoá cao.
Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên ngày càng xuất hiện nhiều những dây truyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với các hệ thống sử dụng đông cơ servo tốc độ cao. Việc xuất hiện của động cơ servo đã góp phần thúc đẩy sự phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành tự động hoá ở nước ta tiếp thu khoa học kỹ thuật hiện đại nhằm tăng khả năng sản xuất,tăng chất lượng,đồng thời tiết kiệm được chi phí cho việc thuê nhân công và làm năng suất sản phẩm tăng lên. Chính vì vậy việc tạo ra những hệ thống dây truyền có sử dụng servo tạo nên sự thuật tiện và điều khiển chúng được dể dàng hơn là việc làm vô cùng xác thực.
Qua đây chúng em quyết định chọn đề tài kít thực tập động cơ servo nhằm giup mọi người hiểu rõ hơn về ứng dụng cung nhu chức năng động cơ servo đem lại. Ngoài ra mục đích chính để chúng em hiếu rõ hơn về servo thuan tiện cho việc sử dụng và làm việc với servo. Đồng thời là điều kiện để chúng em được tìm hiểu và học hỏi thêm kinh nghiệm.
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ SERVO MOTOR VÀ DRIVER
1.1. Động cơ servo
Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng.
Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi.
Hình 1.1 Một số loại động cơ Servo trên thị trường hiện nay.
1.2. Những loại động cơ Servo phổ biến
Có 3 loại động cơ servo sử dụng rộng rãi hiện nay:
Động cơ servo DC : Dựa trên nền tảng động cơ DC tức là động cơ DC có bộ điều khiển hồi tiếp.
Hình1.2. Ảnh minh họa 1 động cơ DC servo.
Hình 1. 3. Cấu trúc cơ bản 1 động cơ DC servo.
Động cơ servo R/C(Radio-Controlled) : Là động cơ servo được điều khiển bằng liên lạc vô tuyến(điều khiển từ xa). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên các mô hình máy bay, xe hơi.... Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.
Hình 1.4. Ảnh minh họa 1 động cơ RC servo.
1. Motor
2. Bảng điện tử
3. Dây nguồn dương
4. Dây tín hiệu
5. Dây nối đất
6. Volt kế
7. Trục bánh răng
8. Đĩa tròn đính kèm
9. Vỏ động cơ
10. Encoder
Hình1.5. Cấu trúc cơ bản động cơ R/C servo.
- Động cơ servo AC. Động cơ AC Servo được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, trong các nhà máy tự động mà cụ thể là điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu servo, robot, chuyển động chạy dao trong máy CNC…
Hình 1.6. Ảnh minh họa 1 động cơ AC servo.
Động cơ AC servo dựa trên nền tảng là động cơ xoay chiều 3 pha. Động cơ xoay chiều 3 pha làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi cấp điện áp xoay chiều 3 pha vào động cơ, trong stato xuất hiện từ trường quay, từ trường này tác động lên roto làm roto quay theo.
Hình 1.7. Stato và dòng điện 3 pha.
Hình 1.8. Cấu trúc cơ bản 1 động cơ AC servo.
1.3.Động cơ AC servo Σ – L Series SGMPH của hãng Yaskawa Nhật Bản.
HìnH 1.9. Động cơ AC servo Yaskawa SGMPH-01A1A21.
1.3.1. Thông số kĩ thuật
Bảng thông số kĩ thuật động cơ AC servo SGMPH
Các thông số quan trọng cần chú ý:
- Công suất : 100 W
- Nguồn cấp : 200 V
- Mômen : 0.318 N.m
- Tốc độ tối đa : 3000 vòng/phút
1.3.2 Công suất của servo motor được thiết lập trong bảng sau:
|
Ký tự |
SGMAH |
SGMPH |
SGMGH |
SGMUH |
SGMUH |
SGBMH |
|
|
3000rpm |
3000rpm |
1500rpm |
3000rpm |
6000rpm |
1500rpm |
|
A3 |
0.03 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
A5 |
0.05 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
01 |
0.1 |
0.1 |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
02 |
0.2 |
0.1 |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
04 |
0.4 |
0.4 |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
05 |
-- |
-- |
0.45 |
-- |
-- |
-- |
|
08 |
0.75 |
0.75 |
|
-- |
-- |
-- |
|
09 |
-- |
-- |
0.85 |
-- |
-- |
-- |
|
10 |
-- |
-- |
-- |
1.0 |
1.0 |
-- |
|
13 |
-- |
1.5 |
1.3 |
-- |
1.5 |
-- |
|
15 |
-- |
-- |
-- |
1.5 |
3.0 |
-- |
|
20 |
-- |
-- |
1.8 |
2.0 |
4.0 |
-- |
|
30 |
-- |
-- |
2.9 |
3.0 |
-- |
-- |
|
40 |
-- |
-- |
|
4.0 |
-- |
-- |
|
44 |
-- |
-- |
4.4 |
-- |
-- |
-- |
|
50 |
-- |
-- |
--- |
5.0 |
-- |
-- |
|
55 |
-- |
-- |
5.5 |
-- |
-- |
-- |
|
75 |
-- |
-- |
7.5 |
-- |
-- |
-- |
|
1A |
-- |
-- |
11 |
-- |
-- |
-- |
|
1E |
-- |
-- |
15 |
-- |
-- |
-- |
|
2B |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
22 |
|
3Z |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
30 |
|
3G |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
37 |
|
4E |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
45 |
|
5E |
-- |
-- |
-- |
-- |
--- |
55 |
Bảng thông số sản phẩm của dòng servo motor:
1.3.3 Thông số Encoder
|
Mã số |
Thông số kĩ thuật |
SGMAH |
SGMPH |
SGMGH |
SGMUH |
SGBMH |
|
1 |
16-bit mã hóa tuyệt đối |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
- |
- |
- |
|
1 |
17-bit mã hóa tuyệt đối |
- |
- |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
|
A |
13-bit mã hóa gia tăng |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
- |
- |
- |
|
B |
16- bit mã hóa gia tăng |
Tùy chọn |
Tùy chọn |
- |
- |
- |
|
C |
17- bit mã hóa gia tăng |
- |
- |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
Tiêu chuẩn |
1.3.4 Hình thức bên ngoài Amplifier
1.3.5 Sơ đồ kết nối với Driver :
Hình 1.10. Sơ đồ kết nối dây với Driver.
1.3.6 Kết nối nguồn cho servo SGDH-01AE
|
Ký hiệu đầu cuối |
Tên |
Mô tả |
||
|
L1,L2 |
Đầu cuối ngỏ vào mạch chính AC |
30w đến 200w |
Một pha 100 đến 115v ,50/60hz |
|
|
|
|
30W đến 400W |
Một pha 200 đến 230v,50/60hz |
|
|
|
|
500w đến 15kw 200V |
Ba pha 200 đến 230V,50/60hz |
|
|
|
|
|
|
|
|
U,V,W |
Kết nối đầu cuối servomotor |
Kết nôi đầu cuối servormotor |
||
|
L1C,L2C |
Ký hiệu đẩu cuối kiểm soát đầu vào |
30kw đến 15kw |
Một pha 220v đến 230v,50hz/60hz |
|
|
MAX |
Đầu cuối tới đất |
Kết nối với các thiet bị đầu cuối cung cấp điện nối đất và đầu cuối động cơ nối đất |
||
|
B1,B2 |
Đầu cuối điện trở tái tạo bên ngoài |
30w đến 400w |
Thông thường Không kết nối .kết nối điện trở bên ngoài tái sinh giữa B1 và B2 nếu khả năng tái sinh là không đổi |
|
...........................................
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
- Những kết quả đạt được:
- Nắm được nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ AC Servo.
- Thiết kế và hoàn thiện mô hình KIT thực tập Servo Motor và Driver.
- Soạn thảo các bài thí nghiệm thực hành KIT thực tập.
- Những kết quả chưa đạt được:
- .vị trí điều khiển chưa được chính xác
- Mô hình chưa đẹp
- Hạn chế về lập trình
- Hướng phát triển:
- Thiết kế giao tiếp với máy vi tính để điều khiển động cơ hoạt động.
- Kết nối và dùng PLC để điều khiển hoạt động của động cơ.
- Thiết kế mô hình sử dụng băng tải để kiểm tra mômen của động cơ.
Danh sách tài liệu tham
- USER’S MANUAL – YASKAWA:
http://www.yaskawa.com/site/dmservo.nsf/LEG/TKUR-7E9LMQ/$file/SGDL%20User%20Manual%20-%20Position.pdf
- Giới thiệu về các loại động cơ Servo:
http://webdien.com/d/showthread.php?t=20220
- Tài liệu “động cơ servo” của nhóm tác giả Lâm Quỳnh Trang – Lê Trọng Hiền – Nguyễn Minh Trung – Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh .
- Và một số tài liệu được đính kèm trong CD báo cáo.
