MỤC LỤC đồ án tốt nghiệp mô hình thực hành ac servo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

1.       Lý do chọn đề tài 9
2.       Cấu trúc. 9
3.       Cách thức hoạt động. 9
4.       Khái niệm về hệ thống Servo. 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 11

1.      Các bộ phận của mô hình. 11

1.1.     Nắp vali.11

1.2.     Đế vali.11

1.3.     Panel trên. 11

1.4.     Panel dưới12

2.      Lắp ráp. 14

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ15

1.      Driver Servo. 15

1.1.     Tổng quan về Servo Pack. 15

1.2.     Motor Servo.17

2.      Lựa chọn PLC.. 19
3.      HMI Delta. 21
4.      Một số thiết bị khác. 22

4.1.     Biến trở. 22

4.2.     Đồng hồ đo áp. 22

4.3.     Cảm biến. 23

4.4.     Trục vitme bi23

4.5.     Thanh ray và block. 24

4.6.     Đèn led I/O tín hiệu. 24

4.7.     Công tắc gạt25

4.8.     Jack banana đực cái25

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÁC BÀI TẬP. 27

1.      Bài 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO CHẠY THUẬN NGHỊC TRÊN SERVOPACK.. 27
2.      Bài 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO CHẠY CHẾ ĐỘ VỊ TRÍ (MODE POSITION)29
3.      Bài 3: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PLC (SPEED CONTROL)35
4.      Bài 4: ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ TỐC ĐỘ QUA HMI38

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN.. 45

5.1. Kết quả. 45

5.2. Hướng phát triển. 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 46

Danh mục hình ảnh

Hình 1: Ví dụ về cơ cấu định vị.10

Hình 2. Ứng dụng của Servo. 10

Hình 3. Nắp vali12

Hình 4. Đế vali12

Hình 5. Panel trên. 13

Hình 6: Panel dưới14

Hình 7: Ráp vali15

Hình 8: Hình dáng Driver. 16

Hình 9: Các kết nối tổng quan của ServoPack. 17

Hình 10: Thông số của ServoPack. 18

Hình 11: Hình dáng Motor servo.19

Hình 12: Chọn thông số cho motor servo. 19

Hình 13: Hình dáng PLC S7 1200. 21

Hình 14: Signal broad. 22

Hình 15: Màn hình HMI DOP B07E411. 23

Hình 16: Biến trở. 23

Hình 17: Đồng hồ. 24

Hình 18: Cảm biến. 24

Hình 19: Trục vitme. 25

Hình 20: Thanh ray và block. 25

Hình 21: Đèn. 26

Hình 22: Switch. 26

Hình 23: Jack banana đực cái 27

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, mô hình chạy trục sử dụng Servo khá phổ biến trong môi trường công nghiệp cũng như trường học. Tuy nhiên các mô hình trong trường học khá to và nặng rất khó để các giáo viên mang theo để dạy học. Nhìn thấy được vấn đề như thế em đã quyết định thực hành đề tài về vali kit thực hành sao cho nhìn nhỏ gọn dễ di chuyển hơn cũng như qua đề tài này có thể giúp cho các sinh viên tiếp cận sớm hơn với hệ thống động cơ AC Servo, nâng cao kĩ năng giải quyết vấn đề, tư duy logic, khả năng tìm kiếm tài liệu và ứng dụng trong thực tiễn.

2. Cấu trúc

Sử dụng PLC S7 – 1200 và Driver để điều khiển động cơ Servo chạy chính xác vị trí và tốc độ mong muốn. Kết hợp với màn hình HMI để giám sát cũng như điều khiển được trên HMI.

3. Cách thức hoạt động.

Vali kit thực hành Servo có 2 chế độ điều khiển chính là điều khiển vị trí và tốc độ. Trên giao diện HMI người dùng có thể nhập giá trị mong muốn và hệ thống sẽ hoạt động theo giá trị đó.

4. Khái niệm về hệ thống Servo

-        Hệ thống Servo là một hệ thống để kiểm soát dụng cụ cơ khí phù hợp với biến đổi vị trí hoặc tốc độ mục tiêu giá trị

-        Hệ thống servo không đơn giản chỉ là một phương pháp thay thế điều khiển vị trí và tốc độ của các cơ cấu cơ học, ngoài những thiết bị cơ khí đơn giản, hệ thống servo bây giờ đã trở thành một hệ thống điều khiển chính trong phương pháp điều khiển vị trí và tốc độ.

-        Một số ví dụ về cơ cấu định vị đơn giản và ứng dụng trong công nghiệp.

Hình 1: Ví dụ về cơ cấu định vị.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

1. Các bộ phận của mô hình

1.1.         Nắp vali.

-        Nắp vali có kích thước 350x500x90 mm. Vật liệu inox 304 gia công bằng phương pháp chấn.

1.2.         Đế vali.

-        Đế vali có kích thước 350x500x80mm. Vật liệu là inox 304 gia công bằng phương pháp chấn.

1.3.         Panel trên

-        Kích thước 350x496x35

1.4.         Panel dưới

-        Kích thước 350x500x70

2. Lắp ráp

 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ

1. Driver Servo

1.1.         Tổng quan về Servo Pack

-        Thông số kỹ thuật.

+ Model: SGDV-R90A01B

+ Công suất: 100W

+ Nguồn cấp: 220V

+ Nhiệt độ vận hành/nhiệt độ lưu kho: 0 to 55°C / -20 to 85°C

+ Độ ẩm hoạt động: thấp hơn 90%

+ Độ phân giải encoder tối đa đến 20-bit

+ Tần số tối đa: 1.6kHz                                   

-        Driver servo là một phần trong hệ thống Servo có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung/analog) từ PLC và truyền lệnh đến động cơ Servo để điều khiển động cơ servo hoạt động theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo từ encoder.

-        Các kết nối tổng quan của ServoPack:

-        Ý nghĩa và tên gọi của ServoPack

1.2.         Motor Servo.

      Motor SGMJV-01ADC6S thuộc seri Sigma V

-        Thông số kỹ thuật:

+ Nguồn cấp 200 V AC

+ Công suất: 50~750 W

+ Moment xoắn: 0.159~2.39 Nm

+ Dòng điện định mức 0.61~4.7 A

+ Dải tốc độ: 3000 min-1 (Max. 6000 min-1)

+ Độ phân giải encoder: 20-bit

-Ý nghĩa thông số của motor

-        So sánh với động cơ thường

+ Về kết cấu và hoạt đông của động cơ servo về cơ bản giống động cơ thường. Nhưng nó được thiết kế để đáp ứng độ chính xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm soát tốc độ và vị trí của các phương tiên cơ khí. Không phải bất kì động cơ nào cũng có thể dùng làm động cơ servo. Động cơ servo là động cơ hoạt động dựa theo các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ. Chính vì thế nó phải được thiết kế sao cho các đáp ứng là phù hợp với nhu cầu điều khiển.

+ Ưu điểm của động cơ servo

     Mở rộng vùng điều khiển: Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn hơn định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải bằng điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện áp định mức. Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ.

     Khả năng ổn định tốc độ: Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định. Như các ta biết là không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo trong thực tế. Chính vì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmp mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ servo khác biệt với động cơ thường là ở chỗ độ ổn định tốc độ khác cao. Các động cơ servo loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác (như robot). Nó được thiết kế sao cho có thể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và gia tăng từ tính của cực từ. Các rãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các cuộn dây rotor cũng được bố trí khác đặc biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này.

     Tăng khả năng chịu đựng của động cơ: Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số rất cao và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển.

2. Lựa chọn PLC

-        Hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC như: Mitsubishi, Siemens, Omron, Delta,…Mỗi hãng điều có thế mạnh riêng cũng như giá cả khác nhau. Tuy nhiên, chọn PLC Siemens bởi tính ổn định và chất lượng mà nó đem lại. Bên cạnh đó là ngôn ngữ lập trình dễ học và dễ tiếp cận với người dùng.

-        Trong các loại PLC mà Siemens có em đã chọn PLC S7-1200 1212 DC/DC/DC

-        Thông số kỹ thuật

+ Mã sản phẩm: 6ES7212-1AE40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC.

+ I/O: 8 DI 24V DC, 6 DI 24V DC, 2 AI 0-10V DC

+ POWER SUPPLY: 24V DC

+ MEMORY: 75 KB

-        Signal broad: 6ES7232-4HA30-0XB0

Hình 14: Signal broad

+ Điện áp hoạt động : 24V DC

+ AQ 1x12 BIT +/- 10VDC / 0-20Ma

3. HMI Delta

-                  Mã HMI: DOP-B07E411

-                  Kích thước màn hình hiển thị: 7 inch

-                  Độ phân giải màn hình: 800 x 480 pixels, QVGA

-                  Màu hiển thị: 65536 màu

-                  Nguồn cung cấp: 24 V DC

-                  Kết nối-truyền thông

+ 1 USB Host Ver 1.1 / 1 USB Client Ver 2.0

+ COM1: RS-232, COM2: RS-232/RS-485

+ Hỗ trợ Ethernet qua cổng RJ45

4. Một số thiết bị khác

4.1.         Biến trở

                 Hình 16: Biến trở

4.2.         Đồng hồ đo áp

-        Đồng hồ đo điện áp có dãy đó giới hạn từ 0-50V

                                    Hình 17: Đồng hồ

4.3.         Cảm biến

                             Hình 18: Cảm biến

4.4.         Trục vitme bi

-        Trục vitme bi T12, đai ốc bi và BK, BF được gắn với Motor Servo

                                                   Hình 19: Trục vitme

4.5.         Thanh ray và block

-        Thanh trượt và block H12 dùng để cố định đai ốc vitme

                        Hình 20: Thanh ray và block

4.6.         Đèn led I/O tín hiệu

-        Đèn báo hiệu tín hiệu hiện đang được sử dụng

                                    Hình 21: Đèn

4.7.         Công tắc gạt

                           Hình 22: Switch

4.8.         Jack banana đực cái

-        Jack đực cái 2mm nhỏ gọn dùng để đấu điện các tín hiệu với nhau.

Hình 23: Jack banana đực cái

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÁC BÀI TẬP

1. Bài 1: KHẢO SÁT DRIVER VÀ MOTOR SERVO .

1.1.         Mục đích.

-        Sử dụng chức năng trên có trên ServoPack.

-        Hiểu được cách sử dụng của các nút trên ServoPack.

-        Kiểm tra xem Servo còn hoạt động được không.

1.2.         Yêu cầu.

-        Biết cách cài đặt thông số cho động cơ.

-        Vận hành thiết bị theo đúng yêu cầu.

1.3.         Dụng cụ thực hành.

-        Vali kit thực hành PLC – Servo Control.

1.4.         Nội dung.

Thay đổi chiều quay động cơ bằng nút nhấn trên ServoPack.

1.5.         Hướng dẫn thực hành.

1.5.1.    Sơ đồ mạch điện.

1.5.2.    Đấu nối sơ đồ mạch điện.

-        Thứ tự đấu dây:

+ Đấu dây nguồn 1 pha vào L1,L2. Nối L1 với LC1 và L2 với L2C.

+ Đấu 3 dây pha động cơ vào ServoPack.

• Kiểm tra nguội:

-        Kiểm tra các đầu nối dây có bị lỏng.

-        Kiểm tra lại xem các dây nguồn đã được cấp đúng và lắp đặt đúng hay chưa.

1.5.3.    Cài đặt thông số.

1.5.3.1.         Cách cài đặt Parameters

+ Nhấn MODE/SET để hiện thị các chức năng như: Pn000, Fn000,Un000.

+ Nhấn ▼ ,▲để tăng giảm số, ◄ để thay đổi vị trí và nhấn giữ DATA ◄ để vào cài đặt thông số. Sau khi cài đặt thông số xong nhấn giữ DATA ◄ để lưu cài đặt.

• Lưu ý: Sau khi cài đặt thông số xong nên tắt nguồn mở lại và kiểm tra xem thông số đã đúng chưa.

1.5.3.2.         Vận hành

• Lưu ý:

+ Không nối dây Servo On.

+ Tốc độ chạy thay đổi được trong thông số Pn304.

+ Có thể cài đặt chiều quay thuận ,nghịch của động cơ qua Pn000.0

-        Bước 1: Nhấn MODE/SET đến khi hiển thị Fn000

-        Bước 2: Nhấn ▲ hoặc ▼ để được Fn002.

-        Bước 3: Nhấn giữ DATA ◄ đến khi màn hình hiển thị JOG

-        Bước 4: Nhấn MODE/SET để bật Servo

-        Bước 5: Động cơ sẽ chạy với tốc độ được cài trong Pn304 và chạy chiều thuận khi nhấn ▲ và nghịch khi nhấn▼.

-        Bước 6: Để thoát chế độ nhấn MODE/SET cho Servo Off sau đó nhấn giữ DATA◄ .

2. Bài 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO CHẠY CHẾ ĐỘ VỊ TRÍ (MODE POSITION)

2.1.         Mục đích.

-        Điều khiển vitme di chuyển tới vị trí mong muốn.

2.2.         Yêu cầu.

-        Sau khi học xong bài này người dùng có khả năng:

+ Vẽ được sơ đồ đấu nối giữa các thiết bị yêu cầu.

+ Sử dụng được công cụ và đấu nối được sơ đồ điện.

+ Cài đặt được thông số cần thiết.

+ Vận hành thiết bị chạy đúng yêu cầu.

2.3.         Dụng cụ thực hành.

-        Valy kit thực hành Servo.

-        Dây cắm xanh, đỏ.

2.4.         Nội dung.

-        Lập trình PLC xuất xung điều khiển động cơ sao cho vitme chạy đến vị trí mong muốn.

2.5.         Hướng dẫn thực hiện.

2.5.1.    Sơ đồ mạch điện.

2.5.2.    Đấu nối mạch điện.

-        Thứ tự đấu dây:

 + Đấu chân số 7(PLS) và chân số 11(SIG) vào ngõ ra PLC.

+ Chân 8(/PLS) và 12(/SIG) vào 0V(COM).

-        Kiểm tra nguội:

+ Kiểm tra nguồn 1 pha của Driver.

+ Kiểm tra lại dây điện có bị lỏng hay không.

+ Kiểm tra các dây tín hiệu đã được đấu đúng hay chưa.

2.5.3.    Cài đặt thông số.

Để thực hiện được bài này ta cần cài đặt một số tham số như sau

+ Bấm MODE/SET đến khi hiển thị Pn000, nhấn giữ DATA◄ để vào cài đặt thông số.

+ Nhấn ◄ và ▲ hoặc ▼ để màn hình hiện ra n.0010 và giữ DATA◄ lưu thông số

+ Sau đó vào Pn200 chọn kiểu xung, thay đổi thông số thành n.0000 để phù hợp với mục

2.5.4.    Vận hành.

-        Bước 1: Tạo chương trình điều khiển servo

+ Tạo một chương trình để điều khiển.

+ Chọn mã PLC theo đúng thực tế.

-        Bước 2: Tạo và cấu hình cho Axis

+ Trong mục “Technology objects” chọn “ Add new object” , ở cửa sổ mới mở ra chọn Motion control rồi bấm vào mục TO_PositioningAxis rồi chọn phần Automatic rồi bấm OK.

+ Ở phần Technology Objects đã xuất hiện thêm mục Axis_1[DB1], bấm vào Configuration rồi chọn General. Chọn PTO(Pulse Train Output) và đơn vị đo ở phần Positon Unit.

+ Chuyển vào mục Drive để cấu hình chân phát xung và hướng chạy của động cơ servo, cấu hình như hình bên dưới thì Q0.0 sẽ là ngõ phát xung, còn chọn chiều là chân Q0.1.

+ Tiếp theo bấm vào mục Mechanics để cấu hình độ phân giải của servo và vít me. Thông số như dưới hình có nghĩa là phát 1000 xung thì động cơ quay 1 vòng, 1 vòng thì vít me sẽ đi được 10mm

-        Bước 3: Lập trình.

+ Tạo khối lệnh “MC_POWER_DB” , “enable” là tín hiệu ON, OFF của động cơ.

+ Khối “MC_MoveJog_DB” là khối điều khiển Jog qua PLC.

+ Khối “MC_Home_DB” là khối trả về vị trí Home (0).

+ "MC_MoveAbsolute_DB": khối di chuyên tới vị trí mong muốn theo vị trí tuyệt đối.

-        Bước 4: Compile và Dowload chương trình xuống PLC. Sau đó giám sát hoạt động trên chương trình.

3. Bài 3: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PLC (SPEED CONTROL)

3.1.         Mục đích.

-        Điều khiển tốc độ động cơ trong giá trị mong muốn.

3.2.         Yêu cầu.

-        Sử dụng được công cụ và đấu nối được sơ đồ điện.

-        Cài đặt được thông số cần thiết.

-        Vận hành thiết bị chạy đúng yêu cầu.

3.3.         Dụng cụ thực hành.

-        Valy kit thực hành Servo.

-        Dây cắm xanh, đỏ.

3.4.         Nội dung.

-        Dùng PLC xuất tín hiệu Analog điều khiển tốc độ động cơ.

3.5.         Hướng dẫn thực hiện.

3.5.1.    Sơ đồ mạch điện.

3.5.2.    Đấu nối mạch điện.

-        Thứ tự đấu dây:

+ Đấu chân số 5 (V-REF) vào ngõ ra Analog của PLC với

+ Chân 6 vào 0V (COM).

-        Kiểm tra nguội:

+ Kiểm tra nguồn 1 pha của Driver.

+ Kiểm tra lại dây điện có bị lỏng hay không.

+ Kiểm tra các dây tín hiệu đã được đấu đúng hay chưa.

3.5.2.1.         Cài đặt thông số.

Để thực hiện được bài này ta cần cài đặt một số tham số như sau

+ Bấm MODE/SET đến khi hiển thị Pn000, nhấn giữ DATA◄ để vào cài đặt thông số.

+ Nhấn ◄ và ▲ hoặc ▼ để màn hình hiện ra n.0000 và giữ DATA◄ lưu thông số.

+ Vào Pn300=1000 chọn mức điện áp cho tham chiếu tốc độ.

3.5.3.    Vận hành.

Có thể dùng lại chương trình cũ của bài tập không cần phải cấu hình lại Axis

-                  Bước 1: dùng khối NORM_X và SCALE_X để chuyển đổi giá trị thành điện áp để phát analog.

-        Bước 2: Dowload chương trình xuống PLC.

-        Bước 3: Online chương trình trên PLC thay đổi giá trị và giám sát tốc độ của động cơ.

4. Bài 4: ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ TỐC ĐỘ QUA HMI

4.1.         Mục đích.

-        Đưa con chạy đến các vị trí mong muốn.

4.2.         Yêu cầu.

-        Kết nối được các thiết bị.

-        Vận hành theo đúng yêu cầu.

4.3.         Dụng cụ thực hành.

-        Kit thực hành Servo

4.4.         Nội dung.

-        Thiết kế giao diện HMI và kết nối với PLC

4.5.         Lập trình.

4.5.1.    Viết chương trình

-        Cấu hình trục Axis, gọi các khối “MC_POWER_DB, MC_MoveJog_DB, MC_Home_DB, MC_MoveAbsolute_DB” để điều khiển Servo (có thể sử dụng lại chương trình của Bài 2).

-        Sau đó Compile vào Dowload chương trình xuống PLC

4.5.2.    Thiết kế giao diện cho HMI.

-        Tải và cài đặt phần mềm DOPSoft 2.

-        Sau khi tải xong mở phần mềm lên chọn “New” để tạo File mới. Cửa sổ Project Winzard hiện ra, tiếp đó chọn mã đúng với mã của HMI hiện có và bấm Next.

-        Tạo các nút điều khiển và cài địa chỉ tương ứng địa chỉ đã lập trình

-        Sau khi đã cài đặt xong bấm  để Dowload màn hình xuống HMI. Một cửa sổ hiện ra thì bấm tìm kiếm HMI

-        Chọn HMI đã được tìm thấy và OK. 

-        Đợi Dowload xong cắm dây kết nối PLC với HMI là đã có thể điều khiển được Servo.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

5.1. Kết quả

          Sau khi hoàn thành mô hình, về cơ bản đã đạt được các yêu cầu đề ra cũng như có thể thực hành các bài tập.

          Từ đó chúng ta rút được nhiều kinh nghiệm cho bản thân về chế tạo mô hình chơ khí hay mạch điện, vẽ bản vẽ cơ khí, bản vẽ điện. Đặc biệt, biết khả năng của bản thân, kiến thức học được đã đủ hay thiếu sót.

          Vì còn ít kinh nghiệm nên việc thiết kế còn nhiều thiếu sót như bản vẽ thiết kế và chi tiết gia công xong có sai số về kích thước, chưa tính chính xác kích thước của các thiết bị.

5.2. Hướng phát triển

          Có thể thiết kế lại bố cục nhìn đẹp mắt hơn.

          Thu gọn lại mô hình.