Đồ án PLC dieu khien AC DC servo

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.17 MB, 55 trang )

Mục Lục
GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………………………………………..4
1. Lý do chọn đề tài…………………………………………………………………………………………4
2. Mục đích của đề tài……………………………………………………………………………………..4
3. Phạm vi của đề tài……………………………………………………………………………………….4
4. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………………………………….5
5. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài……………………………………………………………………..6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI……………………………………………………………7
1.1. Giới thiệu về động cơ Servo………………………………………………………………………7
1.1.1. Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo…………………………………7
1.1.2. Cấu tạo và đặc tính của động cơ servo……………………………………………………12
1.2. Giới thiệu về PLC Mitsubishi…………………………………………………………………..19
1.2.1. Giới thiệu chung về PLC……………………………………………………………………..19
1.2.2.Giới thiệu chung về PLC Misubishi……………………………………………………….20
1.3. Giới thiệu về nguyên lý điều khiển động cơ secvor……………………………………40
1.3.1. Sơ đồ cấu trúc động cơ Ac-Servo………………………………………………………….40
1.3.2. Sơ đồ cấu trúc động cơ DC-Servo…………………………………………………………41
KẾT LUẬN………………………………………………………………………………………………47
1. Kết quả đạt được……………………………………………………………………………………….47
2. Hạn chế đề tài……………………………………………………………………………………………47
3. Hướng phát triển………………………………………………………………………………………47
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………………49

Page 1

LỜI CẢM ƠN
Lập trình ứng dụng PLC là một môn học hay và rất lý thú, là những sinh
viên chuyên ngành “Điện – Tự động hóa”, chúng em luôn muốn được tiếp cận
và tìm hiểu sâu hơn nữa về bộ môn này vì đây là cơ hội cho chúng em tìm hiểu
thêm về kiến thức thực tế ,củng cố những kiến thức đã học. Vì vậy, đồ án môn

học về thiết kế, chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt để giúp chúng em kiểm chứng
được những lý thuyết đã được học.
Trong đồ án lần này, chúng em đã nhận được đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và
chế tạo mô đun điều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng
Mitshubishi”.
Trước hết, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy “ Nguyễn Đình Hùng “ đã
trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu và
quá trình hoàn thành đồ án.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy, Cô giáo “ Khoa Điện –
Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” đã trang bị kiến
thức và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình thực tập và
nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè,và các bạn cùng lớp đã quan tâm,
động viên giúp đỡ chúng em về tinh thần và vật chất trong quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Bắc Ninh, ngày … tháng … năm 20…
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện
Hoàng Văn Quân
Nguyễn Văn Quang

Page 2

GIỚI THIỆU CHUNG
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế, việc áp dụng các phương thức
quy trình hiện đại vào trong các ngành công nghiệp là một điều tất yếu. Trong
đó, hệ thống PLC, HMI và SERVO đã được sử dụng rất nhiều trong các nhà
máy, xí nghiệp vì sự thuận tiện và an toàn mà nó mang lại. Để hiểu rõ hơn về hệ

thống giao tiếp này, chúng em đã được giao đề tài “thiết kế và chết tạo mô đun
điều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi” để
nghiên cứu.
2. Mục đích của đề tài
Việc nghiên cứu đề tài này giúp chúng em hiểu rõ thêm về sự quan trọng của
hệ thống làm việc này và cũng cung cấp cho chúng em thêm hiểu biết, để khi ra
trường có được những kiến thức nhất định và khi được làm việc tại các khu công
nghiệp điện – điện tử sẽ không bị bỡ ngỡ, khó khăn khi tiếp xúc với các hệ
thống máy móc ứng dụng phát triển trên cơ sở của hệ thống HMI, PLC, SERVO.
3. Phạm vi của đề tài.
Nhóm đã nghiên cứu, tìm hiểu về một số thiết bị đào tạo trong và ngoài cơ
sở của nhà trường, cũng như tại một số nhà máy xí nghiệp hiện nay thì có thể
thấy rằng PLC của hãng Mitsubishi được sử dụng phổ biến nhất, chiếm đến 6070% trong công nghiệp, tiếp sau đó là PLC của các hãng Siemen, Omron, Idec,
Fuji …. Một số dòng sản phẩm PLC của hãng Mitsubishi như FX 1N,FX 2N, đặc
biệt là FX 3U có khả năng kết nối với nhiều màn hình giao diện HMI một cách
dễ dàng với tính ổn định của hệ thống cao. Chính vì vậy chúng em đã chọn PLC
FX3SA-10MT-CM là mục tiêu nghiên cứu của mình để giải quyết một số vấn đề
thiết yếu như sau: phục vụ trong quá trình học tập và nghiên cứu của sinh viên
Page 3

để sau khi tốt nghiệp có thể nhanh chóng tiếp cận với những hệ thống sản xuất
tự động trong công nghiệp đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa trong công nghiệp.
Điều khiển lập trình PLC FX3SA-10MT-CM mềm dẻo và linh hoạt thông qua
kết nối với Driver HBS86H để điểu khiển Servo 86HBM80-EC-1000 một cách
dễ dàng. Qua đồ án trên, chúng em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽ
lĩnh hội được nhiều hơn về các vấn đề liên quan tới PLC như: cấu hình phần
cứng, tập lệnh của PLC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình cho hệ thống điểu
khiển Servo. Ngoài ra còn có thể mở rộng và phát triển đề tài hơn nữa bằng cách
mô phỏng hệ thống trên màn hình giao diện HMI Xinje hay khảo sát đặc tính

của các bộ Servo Motor bằng Biến tần,… .
4. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong công
nghiệp nhưng lại là kiến thức mới đối với sinh viên. Đề tài của nhóm em được
chia ra thành 3 phần chính:
Phần 1: Giới thiệu về Servo Motor
– Giới thiệu về động cơ Servo
– Tìm hiểu về Servo 86HBM80-EC-1000
– Tìm hiểu về Driver Servo HBS86H
Phần 2: Giới thiệu về PLC Mitshubishi
– Giới thiệu cơ bản về PLC
– Tìm hiểu về PLC Mitshubishi FX3SA-10MT
Phần 3: Lập trình điều khiển.
– Sử dụng và khai thác phần mềm GX developer phục vụ viết ch ương
trình cho PLC FX 3U và phần mềm GX simulator V7 để mô phỏng, kiểm tra
trực tiếp chương trình trên máy tính.
– Thiết lập giao diện điều khiển và viết chương trình điều khiển cho
động cơ SERVO chạy ổn định.

Page 4

Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài khó tránh khỏi những sai sót,
nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sữa chữa của quý
thầy ( cô).
5. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài
– Phục vụ trong công tác học tập, nghiên cứu và giảng dạy trong các
trường đại học, cao đẳng, trung cấp thuộc những khối ngành kỹ thuật trên khắp
cả nước, giúp sinh viên tiếp cận thức tế có cái nhìn khách quan và chân thực
nhất trong quá trình học tập.

– Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào những nhà máy, xí nghiệp, phục vụ
cho công việc vận chuyển hàng, gia công chi tiết.

Page 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu về động cơ Servo
1.1.1. Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo
Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh vực đa dạng và
phát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá. Các khái niệm và công
nghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những hệ thống servo chuyên dụng
điều khiển bởi các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao. Thay vào
đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho tốc độ và vị trí
trong truyền động thay đổi tần số xoay chiều, các động cơ bước và truyền động vòng
kín cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác.
Hiện nay có một số xu hướng trong điều khiển động cơ. Trong một số trường
hợp, vấn đề cần quan tâm chỉ đơn giản là điều khiển tốc độ, gia tốc, mômen hoặc các
thuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển đầu vào là từ phía con
người, chẳng hạn như qua bảng điều khiển. Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc về
phạm trù điều khiển vòng hở. Trong một số trường hợp khác, động cơ phải tự động
đưa ra các đáp ứng với các tác động thời gian thực. Các đáp ứng đối với các tác động
này được quan sát và các điều chỉnh cần thiết được tự động tạo ra. Vì vậy, nó tạo ra
một môi trường điều khiển kín. Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệ
tùy động servo, hay chỉ đơn giản là servo.
Điều khiển servo là một quá trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động
cơ trên cơ sở động học của các tín hiệu vào như vị trí, tốc độ hay mômen. Trong quá
khứ người ta sử dụng các mạch tương tự để thực hiện điều khiển servo, nhưng khả
năng thích nghi của các bộ vi xử lý tín hiệu số đã tạo ra một công nghệ mới cho sự lựa
chọn trong nhiều ứng dụng.

Page 6

a. Hệ thống servo

Hình 1.1: Hệ thống servo

 Hệ thống servo là gì?
Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Servus (servant), nghĩa là nô lệ, đày tớ. Một
hệ thống được gọi là servo khi hệ thống đó chấp hành một cách chính xác mệnh lệnh
của chủ nhân (tức là người điều khiển. Hệ thống servo là hệ thống điều khiển các thiết
bị cơ học với các biến là biến vị trí và tốc độ (giá trị đặt và giá trị thực). Sau đây là một
ví dụ minh họa.

Hình 1.2: Một ví dụ sử dụng động cơ servo
Page 7

 Cơ cấu định vị:
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.
Cơ cấu định vị điều khiển bởi servo motor

Hình 1.3: Cơ cấu định vị điều khiển bởi servo motor

Ưu điểm của cơ cấu này đó là độ chính xác và đáp ứng tốc độ cao, có thể dễ
dàng thay đổi vị trí đích và tốc độ của cơ cấu chấp hành.

 Cơ cấu chuyển động định hướng:
Cơ cấu này chuyển động theo hướng nhất định được chỉ định từ bộ điều
khiển.Chuyển động có thể là chuyển động tịnh tiến hay quay.

Hình 1.4: Cơ cấu chuyển động định hướng tịnh tiến và quay

Page 8

Ưu điểm là cơ cấu chấp hành đơn giản và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động
(do truyền động khá êm).
 Backlash và hiệu chỉnh:
Backlash hiểu nôm na đó là giới hạn chuyển động của một hệ thống servo.Tất cả các
thiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa chuyển động hoặc quay theo chiều
dương và âm (cũng giống như động cơ trước khi đảo chiều thì vận tốc
phải giảm về 0). Xét một chuyển động tịnh tiến lùi và tới như trong hình sau:

Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động tiến lùi và tới.

Page 9

Chuyển động tịnh tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo. Chuyển
động tới và lùi được giới hạn bởi một khoản trống như trong hình. Như vậy động cơ sẽ
quay theo chiều dương hoặc chiều âm theo một số vòng nhất định để chuyển động của
thanh quét lên toàn bộ khoản trống đó nhưng không được vượt quá khoản trống (đây là
một trong những điều kiện cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo). Giới hạn này
được gọi là backlash, từ nay hệ gặp từ backlash thì chắc các bạn đã hiểu nó là cái gì rồi
đúng không. Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vòng chính xác để con
trượt trượt chính xác và quét lên toàn bộ khoản trống trên là rất khó thực hiện nếu

không có một sự bù trừ cho nó. Và trong hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnh
thực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này. Như trong hình vẽ trên, hệ thống servo gửi xung
lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển và các xung lệnh hiệu chỉnh
này sẽ không được tính đến trong bộ đếm xung.

Page 10

b. Sơ đồ khối của hệ thống servo
Sau đây là một sơ đồ khối hệ truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc
độ:

Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ

Trong đó phần A, B, C là phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnh
lệnh. Phần D, E là cơ cấu thực thi và hồi tiếp. Các phần A, B, C thì khá phổ dụng trong
các sơ đồ khối điều khiển, phần D, E thì tùy các thiết bị sử dụng mà chúng có khác
nhau đôi chút nhưng về bản chất chúng hoàn toàn giống nhau. Sau đây là một số ví dụ
về phần D, E thường gặp:

Page 11

Hình 1.7a – phần D

Hình 1.7b – ph ần E

Hình 1.7: Một số cơ cấu thực thi và hồi tiếp thường gặp

1.1.2. Cấu tạo và đặc tính của động cơ servo

a. Cấu tạo
Động cơ servo về nguyên lý, cấu tạo phần điện – từ thì giống như các loại động
cơ bình thường (nghĩa là cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây
nhưng có sự khác biệt về cấu trúc cơ học, đó là động cơ servo có hình dáng dài, đường
kính trục và rotor nhỏ hơn động cơ thường cùng công suất, moment.
Điểm nổi bật của 1 servo motor là tích hợp sẵn cơ cấu feedback vào bên trong
động cơ. Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín. Từ tín hiệu hồi
tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơ
servo. Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ (encoder hoặc máy phát tốc)
là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo.

Page 12

Hình 1.8: Cấu tạo bên trong của động cơ servo

– Cấu tạo của một động cơ Servo
1. Motor
2. Electronics Board – Bảng điện tử
3. Positive power Wire (Red) – Dây điện tích cực (Đỏ)
4. Signal Wire (Yellow or White) – Dây tín hiệu (Vàng hoặc Trắng)
5. Negative or Ground Wire (Black) – Dây nối đất hoặc âm (Đen)
6. Potentiometer – Chiết áp
7. Output Shaft/Gear – Trục đầu ra/ Bánh rang
8. Servo Attachment Horn/Wheel/Arm – Seervo đính kèm Horn/Bánh xe/Cánh
tay
9. Servo Case
10. Integrated control Chip – Chíp điều khiển tích hợp
– Có 3 loại động cơ servo được sử dụng hiện nay đó là động cơ servo AC dựa trên
nền tảng động cơ AC lồng sóc; Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC; và

động cơ servo AC không chổi than dựa trên nền tảng động cơ không đồng bộ và động
cơ đồng bộ.
– 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. Tuy
Page 13

nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà nó có một số điểm cải tiến hơn (dành cho những
mục đích đặc biệt) so với động cơ thường để phục vụ cho các mục đích điều khiển cụ
thể.

b. Đặc tính của động cơ servo
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 bất 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

Hình 1.9: Sơ đồ khối đặc tính của động cơ servo

Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và
phương pháp điều khiển động cơ servo.

c. Tăng tốc độ đáp ứng
Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần
có một khoảng thời gian quá độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ
phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian
ngắn nhất, hoặc đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Ví dụ bạn muốn điều
khiển một cơ cấu từ vị trí X đến vị trí X, ban đầu khi ở xa vị trí X thì động cơ quay với

vận tốc lớn để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì
để có thể đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí. Các

Page 14

động cơ thường không thể đáp ứng được điều này. Để động cơ đáp ứng được những
yêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ.

Hình 1.10: Đặc tính đáp ứng tăng tốc độ

Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động
cơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại
bỏ các cơ cấu sắt không cần thiết. Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng
sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ
nam châm vĩnh cửu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hình
dạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếm
rare earth magnet).
 Tăng khả năng đáp ứng:
Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa là
gia tốc là một hằng số hay gần như là một hằng số.

Hình 1.11: Đặc tính đáp ứng gia tốc

Một số động cơ như thang máy hay trong một số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng
tốc độ của cơ cấu phải “mềm”, tức là quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách
Page 15

tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ

nhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu.
Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trong
mạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở không khí.
 Mở rộng vùng điều khiển (control range):
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 (nghĩa là động cơ làm việc ở
đoạn phía dưới cách xa đoạn định mức. Như vậy động cơ servo thuộc loại này phải
được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth).
 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.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 khá 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. Một hình ảnh minh hoạ

Page 16

Hình 1.12: Cách bố trí các rãnh rotor và cuộn dây rotor

Page 17

 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 và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ
từ bộ điều khiển (có thể tạo ra các xung điện hài bậc cao). Những động cơ như thế này
thường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao
mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than (đối với DC).
Một động cơ servo có thể một số đặc điểm trên để phù hợp với nhu cầu điều
khiển của người điều khiển.

d. Nguyên lý hoạt động của encoder
Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể
là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder (tuyệt đối) và incremental
encoer (tương đối).
Encoder tuyệt đối chỉ rõ ràng vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm,
cũng biết chính xác vị trí của encoder ,encoder tương đối chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3
vòng lỗ. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Do
vậy, encoder loại này có tên incremental encoder (encoder tăng lên 1 đơn vị) do đó
không thể cho ta biết chính xác vị trí.
Việc thiết kế encoder tuyệt đối cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn tới giới hạn về kích
thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thể thực
hiện được. Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởng
rất lớn đến kích thước giới hạn này nên trong đa số các Motor incremental optical
encoder được dùng và mô hình động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ.


Sự khác biệt giữa absolute encoder và incremental encoder:
Absolute encoder sẽ theo dõi vị trí trục động cơ ngay cả khi hệ thống

bị mất điện và một số chuyển động xảy ra trong thời gian đó. Incremental encoder là
không có khả năng trên.
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ
không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ
Page 18

chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với
các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có
chiếu qua lỗ hay không.

Hình 1.13: Optical Encoder

Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I. Trong
hình 2.13 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phátthu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cứ mỗi lần motor quay được
một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ
xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế
kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia
thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này.
Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm
khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số
rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có
độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chỉ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp
đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của
encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả
phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn
có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một
chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng
tần số với kênh A nhưng lệch pha 90 độ. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc

sẽ biết chiều quay của động cơ.
Page 19

Hình 1.14: Hai kênh A và B lệch pha trong encoder

Hình trên cùng trong hình 3 thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch
pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng
ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường
hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan
sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức
thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua
trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng
cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông
qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở
cạnh xuống của kênh A).

1.2. Giới thiệu về PLC Mitsubishi
1.2.1. Giới thiệu chung về PLC
* Khái niệm: PLC là bộ điều khiển lập trình “ Programmable Logic Controller”.
– Bộ điều khiển lập trình là một thiết bị mà người sử dụng có thể lập trình để
thực hiện một loạt hay 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 trễ như thời gian
định thì hay các sự kiện được đếm.Một khi sự kiện được kích hoạt, nó ở trạng thái ON
hoặc OF.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử

Page 20

dụng lập trình ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại thời điểm đã lập

trình.
– Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình có thể được phân thành các thành phần.
Bộ phận mà chương trình được nạp vào lưu trữ và xử lý thường được gọi là Main
processing hay còn gọi là CPU.
Vậy lập trình cho một PLC là đi tìm điều kiện tín hiệu ngõ vào tác động lên đối tượng
điều khiển cho tín hiệu ngõ ra tương ứng.

1.2.2.Giới thiệu chung về PLC Misubishi
PLC FX là một loại PLC micro của hãng MISUBISHI nhưng có nhiều tính
năng mạnh mẽ. Loại PLC này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU. PLC FX ra đời từ
năm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo Model như: F, F1, FX1,
FX0(S), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N…và FX3U. Tùy theo Model mà các loại này có
dung lượng bộ nhớ khác nhau.Dung lượng bộ nhớ chương trình có thể từ 2kStep đến
8kStep (hoặc 64kStep khi gắn thêm bộ nhớ ngoài).Tổng số I/O đối với các loại này có
thể lên đến 256 I/O, riêng đối với FX3U(C) có thể lên đến 384 I/O. Số Module mở
rộng có thể lên đến 8 Module.
Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xung
hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực…
Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí,
các Module mạng như Cclink, Profibus….
Ngoài ra còn có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board
dùng cho truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485, và cả USB.
Để lập trình PLC ta có thể sử dụng các phần mềm sau: FXGP_WIN_E,
GX_Developer.
Các phương pháp lập trình như:
 LAD(ladder): là phương pháp lập trình hình thang, thích hợp trong ngành điện
công nghiệp.
 FBD(Flowchart Block Diagram): là phương pháp lập trình theo sơ đồ khối, thích
hợp cho ngành điện tử số.

Page 21

 STL(Statement List): là phương pháp lập trình theo dạng dòng lệnh giống như
ngôn ngữ Assemply, thích hợp cho ngành máy tính.
Một PLC gồm có các vùng nhớ sau:
 Tín hiệu ngõ vào: X
 Tín hiệu ngõ ra : Y
 Bộ định thời Timers : T
 Bộ đếm Counter: C
 Các cờ nhớ của PLC: M và S
 Thanh ghi dữ liệu D
 Sơ đồ đấu dây

a. Đấu dây ngõ vào:

Page 22

b. Đấu dây ngõ ra:
– Ngõ ra output (Relay)

– Ngõ ra output (Transitor)

Page 23

 Các đặc tính kỹ thuật chung
 Đặc tính ngõ vào:

Điện áp ngõ vào
Dòng ngõ vào
Công tắc ngõ Off-> On
On-> Off
vào
Thời gian đáp ứng
Cách ly mạch điện dùng
Chỉ dẫn hoạt động

FX bộ phận chính ,FX Modul mở rộng
X0 ->X7
X10 -> �
24VDC �10%
24VDC,7mA
24VDC, 5mA
>4.5mA
>3.5mA
<1.5 mA
<10ms
Dùng photocoupler
Dùng led

 Đặc tính ngõ ra:
Mô tả

Ngõ ra dùng relay

Ngõ ra dùng Transistor

Điện áp

<240VAC,<30VDC5-> 30VDC

Tỷ lệ dòng điện /N ngõ

2A/1 ngõ, 8A/Com

0.5A/1 ngõ, 0.8A/Com

Công suất lớn nhất của tải

80VA

12W/24VDC

Đèn phụ tải lớn

100w(1.17A/85VAC,
0.4A/250VAC)

1.5W/24VDC

Phụ tải nhỏ

Khi nguồn cấp nhỏ hơn
5VDC thì cho phép ít
nhất 2mA

—————

Thời
gain đáp ứng

Off->On
10ms
ON->OFF

<0.2ms; <5  S
(chỉ Y0,Y1)

Mạch cách ly

Bằng Relay

Photocuopler

Dòng điện rỉ

—————-

0.1mA/30VDC
Page 24

Chỉ dẫn hoạt động

LED sáng khi cuộn dây được kích hoạt

 Các vùng nhớ trên bộ PLC FX
Có 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có công dụng riêng. Để dễ dàng xác
định thì mỗi thiết bị gán cho một ký tự.
X: Dùng để chỉ ngõ vào vật lý gắn trực tiếp vào PLC. Các ngõ vào này có thứ
tự đếm theo hệ đếm bát phân X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7, X10 X11…..
Y: Dùng để chỉ ngõ ra trực tiếp từ PLC. Các ngõ ra này có thứ tự đếm theo hệ
đếm bát phân Y0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7, Y 10 Y 11…..
M và S: Dùng như là các cờ hoạt động trong PLC.
Tất cả các thiết bị trên được gọi là các thiết bị bit nghĩa là các thiết bị này có hai
trạng thái ON hoặc Off 1 hoặc 0.
Ta có thể tổ hợp các thiết bị bit lại để có thể tạo thành một dữ liệu 4bit, Byte,
Word, hay Doulbe Word như sau:
K1M0 = M3M2M1M0(tương ứng dữ liệu 4bit)
K2M10 =M17M16M15M14M13M12M11M10(tương ứng với dữ liệu 8bit)
Tổng quát: KnMm ( 1 �n �8 )
D: Thanh ghi 16 bit/32 bit. Đây là thiết bị Word.
T: Dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC(timer). Dữ liệu trên Timer là
dữ liệu dạng Word (16bit) và trạng thái Timer ta nói Timer là thiết bị bit.
C : Dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC. Dữ liệu trên Counter là dữ
liệu dạng Word (16bit/32bit) và trạng thái trên counter là trạng thái bit.
 Ta có bảng các thiết bị như sau (đối với các PLC phiên bản từ 2.0 trở lên):
Mục
Phương pháp xử lý
chương trình
Phương pháp xử lý
vào ra
Thời gian xử lý

FX0S(N)

FX1s

FX1N

FX2N(C)

FX3U(C)

Thực hiện chương trình tuần hoàn
Cập nhật ở đầu và cuối chu kỳ quét(khi lệnh END được thi hành)
Cơ

Cơ bản:

Cơ bản :

Cơ bản :

bản:1.6-

0.72  S

0.08  S

0.065  S

>3.6  S

ứng dụng

ứng dụng

ứng dụng
Page 25

học về phong cách thiết kế, sản xuất mẫu sản phẩm là điều kiện kèm theo tốt để giúp chúng em kiểm chứngđược những triết lý đã được học. Trong đồ án lần này, chúng em đã nhận được đề tài : “ Nghiên cứu, phong cách thiết kế vàchế tạo mô đun điều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãngMitshubishi ”. Trước hết, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy “ Nguyễn Đình Hùng “ đãtrực tiếp hướng dẫn, giúp sức nhóm chúng em trong suốt thời hạn nghiên cứu và điều tra vàquá trình hoàn thành xong đồ án. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới những Thầy, Cô giáo “ Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên ” đã trang bị kiếnthức và tạo điều kiện kèm theo thuận tiện cho chúng em trong suốt quy trình thực tập vànghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn mái ấm gia đình, bạn hữu, và những bạn cùng lớp đã chăm sóc, động viên giúp sức chúng em về ý thức và vật chất trong quy trình học tập vàthực hiện đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! TP Bắc Ninh, ngày … tháng … năm 20 … Nhóm Sinh Viên Thực HiệnHoàng Văn QuânNguyễn Văn QuangPage 2GI ỚI THIỆU CHUNG1. Lý do chọn đề tàiNgày nay, cùng với sự tăng trưởng của kinh tế tài chính, việc vận dụng những phương thứcquy trình tân tiến vào trong những ngành công nghiệp là một điều tất yếu. Trongđó, mạng lưới hệ thống PLC, HMI và SERVO đã được sử dụng rất nhiều trong những nhàmáy, xí nghiệp sản xuất vì sự thuận tiện và bảo đảm an toàn mà nó mang lại. Để hiểu rõ hơn về hệthống tiếp xúc này, chúng em đã được giao đề tài “ phong cách thiết kế và chết tạo mô đunđiều khiển động cơ AC – Servo ba pha sử dụng PLC hãng Mitshubishi ” đểnghiên cứu. 2. Mục đích của đề tàiViệc điều tra và nghiên cứu đề tài này giúp chúng em hiểu rõ thêm về sự quan trọng củahệ thống thao tác này và cũng phân phối cho chúng em thêm hiểu biết, để khi ratrường có được những kỹ năng và kiến thức nhất định và khi được thao tác tại những khu côngnghiệp điện – điện tử sẽ không bị kinh ngạc, khó khăn vất vả khi tiếp xúc với những hệthống máy móc ứng dụng tăng trưởng trên cơ sở của mạng lưới hệ thống HMI, PLC, SERVO. 3. Phạm vi của đề tài. Nhóm đã điều tra và nghiên cứu, khám phá về 1 số ít thiết bị huấn luyện và đào tạo trong và ngoài cơsở của nhà trường, cũng như tại 1 số ít nhà máy sản xuất nhà máy sản xuất lúc bấy giờ thì có thểthấy rằng PLC của hãng Tập đoàn Mitsubishi được sử dụng thông dụng nhất, chiếm đến 6070 % trong công nghiệp, tiếp sau đó là PLC của những hãng Siemen, Omron, Idec, Fuji …. Một số dòng loại sản phẩm PLC của hãng Tập đoàn Mitsubishi như FX 1N, FX 2N, đặcbiệt là FX 3U có năng lực liên kết với nhiều màn hình hiển thị giao diện HMI một cáchdễ dàng với tính không thay đổi của mạng lưới hệ thống cao. Chính vì thế chúng em đã chọn PLCFX3SA-10MT-CM là tiềm năng điều tra và nghiên cứu của mình để xử lý 1 số ít vấn đềthiết yếu như sau : ship hàng trong quy trình học tập và điều tra và nghiên cứu của sinh viênPage 3 để sau khi tốt nghiệp hoàn toàn có thể nhanh gọn tiếp cận với những mạng lưới hệ thống sản xuấttự động trong công nghiệp phân phối nhu yếu hiện đại hóa trong công nghiệp. Điều khiển lập trình PLC FX3SA-10MT-CM mềm dẻo và linh động thông quakết nối với Driver HBS86H để điểu khiển Servo 86HBM80 – EC-1000 một cáchdễ dàng. Qua đồ án trên, chúng em kỳ vọng sau khi nghiên cứu và điều tra đề tài này sẽlĩnh hội được nhiều hơn về những yếu tố tương quan tới PLC như : thông số kỹ thuật phầncứng, tập lệnh của PLC, thiết kế xây dựng lưu đồ và viết chương trình cho mạng lưới hệ thống điểukhiển Servo. Ngoài ra còn hoàn toàn có thể lan rộng ra và tăng trưởng đề tài hơn nữa bằng cáchmô phỏng mạng lưới hệ thống trên màn hình hiển thị giao diện HMI Xinje hay khảo sát đặc tínhcủa những bộ Servo Motor bằng Biến tần, …. 4. Phương pháp điều tra và nghiên cứu. Đề tài đề cập đến một nghành đang ứng dụng rất phổ cập trong côngnghiệp nhưng lại là kiến thức và kỹ năng mới so với sinh viên. Đề tài của nhóm em đượcchia ra thành 3 phần chính : Phần 1 : Giới thiệu về Servo Motor – Giới thiệu về động cơ Servo – Tìm hiểu về Servo 86HBM80 – EC-1000 – Tìm hiểu về Driver Servo HBS86HPhần 2 : Giới thiệu về PLC Mitshubishi – Giới thiệu cơ bản về PLC – Tìm hiểu về PLC Mitshubishi FX3SA-10MTPhần 3 : Lập trình điều khiển. – Sử dụng và khai thác ứng dụng GX developer Giao hàng viết ch ươngtrình cho PLC FX 3U và ứng dụng GX simulator V7 để mô phỏng, kiểm tratrực tiếp chương trình trên máy tính. – Thiết lập giao diện điều khiển và viết chương trình điều khiển chođộng cơ SERVO chạy không thay đổi. Page 4V ì kỹ năng và kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài khó tránh khỏi những sai sót, nhóm thực thi đề tài rất mong nhận được quan điểm góp phần và sữa chữa của quýthầy ( cô ). 5. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài – Phục vụ trong công tác làm việc học tập, nghiên cứu và điều tra và giảng dạy trong cáctrường ĐH, cao đẳng, tầm trung thuộc những khối ngành kỹ thuật trên khắpcả nước, giúp sinh viên tiếp cận thức tế có cái nhìn khách quan và chân thựcnhất trong quy trình học tập. – Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào những nhà máy sản xuất, nhà máy sản xuất, phục vụcho việc làm luân chuyển hàng, gia công cụ thể. Page 5CH ƯƠNG I : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI1. 1. Giới thiệu về động cơ Servo1. 1.1. Xu hướng trong điều khiển hoạt động dùng servoĐiều khiển hoạt động ( ĐKCĐ ) có lẽ rằng là một trong những nghành phong phú vàphát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá. Các khái niệm và côngnghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những mạng lưới hệ thống servo chuyên dụngđiều khiển bởi những hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao. Thay vàođó, ngày này ta còn thấy những tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho vận tốc và vị trítrong truyền động biến hóa tần số xoay chiều, những động cơ bước và truyền động vòngkín cũng như những hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác. Hiện nay có 1 số ít xu thế trong điều khiển động cơ. Trong 1 số ít trườnghợp, yếu tố cần chăm sóc chỉ đơn thuần là điều khiển vận tốc, tần suất, mômen hoặc cácthuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển nguồn vào là từ phía conngười, ví dụ điển hình như qua bảng điều khiển. Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc vềphạm trù điều khiển vòng hở. Trong một số ít trường hợp khác, động cơ phải tự độngđưa ra những cung ứng với những tác động ảnh hưởng thời hạn thực. Các đáp ứng đối với những tác độngnày được quan sát và những kiểm soát và điều chỉnh thiết yếu được tự động hóa tạo ra. Vì vậy, nó tạo ramột thiên nhiên và môi trường điều khiển kín. Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệtùy động servo, hay chỉ đơn thuần là servo. Điều khiển servo là một quy trình giải quyết và xử lý tín hiệu tương quan đến điều khiển độngcơ trên cơ sở động học của những tín hiệu vào như vị trí, vận tốc hay mômen. Trong quákhứ người ta sử dụng những mạch tương tự như để triển khai điều khiển servo, nhưng khảnăng thích nghi của những bộ vi giải quyết và xử lý tín hiệu số đã tạo ra một công nghệ tiên tiến mới cho sự lựachọn trong nhiều ứng dụng. Page 6 a. Hệ thống servoHình 1.1 : Hệ thống servo  Hệ thống servo là gì ? Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Servus ( servant ), nghĩa là nô lệ, đày tớ. Mộthệ thống được gọi là servo khi mạng lưới hệ thống đó chấp hành một cách đúng chuẩn mệnh lệnhcủa gia chủ ( tức là người điều khiển. Hệ thống servo là mạng lưới hệ thống điều khiển những thiếtbị cơ học với những biến là biến vị trí và vận tốc ( giá trị đặt và giá trị thực ). Sau đây là mộtví dụ minh họa. Hình 1.2 : Một ví dụ sử dụng động cơ servoPage 7  Cơ cấu xác định : Hệ thống servo không đơn thuần chỉ là một chiêu thức thay thế sửa chữa điều khiển vịtrí và vận tốc của những cơ cấu tổ chức cơ học, ngoài những thiết bị cơ khí đơn thuần, hệ thốngservo giờ đây đã trở thành một mạng lưới hệ thống điều khiển chính trong chiêu thức điềukhiển vị trí và vận tốc. Cơ cấu xác định điều khiển bởi servo motorHình 1.3 : Cơ cấu xác định điều khiển bởi servo motorƯu điểm của cơ cấu tổ chức này đó là độ đúng chuẩn và cung ứng vận tốc cao, hoàn toàn có thể dễdàng đổi khác vị trí đích và vận tốc của cơ cấu tổ chức chấp hành.  Cơ cấu hoạt động xu thế : Cơ cấu này hoạt động theo hướng nhất định được chỉ định từ bộ điềukhiển. Chuyển động hoàn toàn có thể là hoạt động tịnh tiến hay quay. Hình 1.4 : Cơ cấu hoạt động khuynh hướng tịnh tiến và quayPage 8 Ưu điểm là cơ cấu tổ chức chấp hành đơn thuần và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động ( do truyền động khá êm ).  Backlash và hiệu chỉnh : Backlash hiểu nôm na đó là số lượng giới hạn hoạt động của một mạng lưới hệ thống servo. Tất cả cácthiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa hoạt động hoặc quay theo chiềudương và âm ( cũng giống như động cơ trước khi hòn đảo chiều thì vận tốcphải giảm về 0 ). Xét một hoạt động tịnh tiến lùi và tới như trong hình sau : Hình 1.5 : Cơ cấu hoạt động tiến lùi và tới. Page 9C huyển động tịnh tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo. Chuyểnđộng tới và lùi được số lượng giới hạn bởi một khoản trống như trong hình. Như vậy động cơ sẽquay theo chiều dương hoặc chiều âm theo 1 số ít vòng nhất định để hoạt động củathanh quét lên hàng loạt khoản trống đó nhưng không được vượt quá khoản trống ( đây làmột trong những điều kiện kèm theo cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo ). Giới hạn nàyđược gọi là backlash, từ nay hệ gặp từ backlash thì chắc những bạn đã hiểu nó là cái gì rồiđúng không. Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vòng đúng chuẩn để contrượt trượt đúng mực và quét lên hàng loạt khoản trống trên là rất khó thực thi nếukhông có một sự bù trừ cho nó. Và trong mạng lưới hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnhthực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này. Như trong hình vẽ trên, mạng lưới hệ thống servo gửi xunglệnh hiệu chỉnh cộng / trừ số lượng xung lệnh điều khiển và những xung lệnh hiệu chỉnhnày sẽ không được tính đến trong bộ đếm xung. Page 10 b. Sơ đồ khối của mạng lưới hệ thống servoSau đây là một sơ đồ khối hệ truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốcđộ : Hình 1.6 : Sơ đồ khối mạng lưới hệ thống truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độTrong đó phần A, B, C là phần so sánh giải quyết và xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnhlệnh. Phần D, E là cơ cấu tổ chức thực thi và hồi tiếp. Các phần A, B, C thì khá phổ dụng trongcác sơ đồ khối điều khiển, phần D, E thì tùy những thiết bị sử dụng mà chúng có khácnhau đôi chút nhưng về thực chất chúng trọn vẹn giống nhau. Sau đây là một số ít ví dụvề phần D, E thường gặp : Page 11H ình 1.7 a – phần DHình 1.7 b – ph ần EHình 1.7 : Một số cơ cấu tổ chức thực thi và hồi tiếp thường gặp1. 1.2. Cấu tạo và đặc tính của động cơ servoa. Cấu tạoĐộng cơ servo về nguyên tắc, cấu trúc phần điện – từ thì giống như những loại độngcơ thông thường ( nghĩa là cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dâynhưng có sự độc lạ về cấu trúc cơ học, đó là động cơ servo có hình dáng dài, đườngkính trục và rotor nhỏ hơn động cơ thường cùng hiệu suất, moment. Điểm điển hình nổi bật của 1 servo motor là tích hợp sẵn cơ cấu tổ chức feedback vào bên trongđộng cơ. Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng quy trình kín. Từ tín hiệu hồitiếp tốc độ / vị trí, mạng lưới hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơservo. Với nguyên do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc vận tốc ( encoder hoặc máy phát tốc ) là những bộ phận thiết yếu phải tích hợp cho một động cơ servo. Page 12H ình 1.8 : Cấu tạo bên trong của động cơ servo – Cấu tạo của một động cơ Servo1. Motor2. Electronics Board – Bảng điện tử3. Positive power Wire ( Red ) – Dây điện tích cực ( Đỏ ) 4. Signal Wire ( Yellow or White ) – Dây tín hiệu ( Vàng hoặc Trắng ) 5. Negative or Ground Wire ( Black ) – Dây nối đất hoặc âm ( Đen ) 6. Potentiometer – Chiết áp7. Output Shaft / Gear – Trục đầu ra / Bánh rang8. Servo Attachment Horn / Wheel / Arm – Seervo đính kèm Horn / Bánh xe / Cánhtay9. Servo Case10. Integrated control Chip – Chíp điều khiển tích hợp – Có 3 loại động cơ servo được sử dụng lúc bấy giờ đó là động cơ servo AC dựa trênnền tảng động cơ AC lồng sóc ; Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC ; vàđộng cơ servo AC không chổi than dựa trên nền tảng động cơ không đồng điệu và độngcơ đồng nhất. – Không phải bất kể động cơ nào cũng hoàn toàn có thể dùng làm động cơ servo. Động cơservo là động cơ hoạt động giải trí dựa theo những lệnh điều khiển vị trí và vận tốc. Chính vì thếnó phải được phong cách thiết kế sao cho những cung ứng là tương thích với nhu yếu điều khiển. TuyPage 13 nhiên tuỳ theo nhu yếu điều khiển mà nó có 1 số ít điểm nâng cấp cải tiến hơn ( dành cho nhữngmục đích đặc biệt quan trọng ) so với động cơ thường để Giao hàng cho những mục tiêu điều khiển cụthể. b. Đặc tính của động cơ servoĐộng cơ servo được phong cách thiết kế cho những mạng lưới hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu racủa động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, tốc độ và vị trí sẽđược hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kể nguyên do nào ngăn cản chuyển độngquay của động cơ, cơ cấu tổ chức hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mongmuốn. Mạch điều khiển liên tục chỉnh xô lệch cho động cơ đạt được điểm chínhHình 1.9 : Sơ đồ khối đặc tính của động cơ servoĐặc tính quản lý và vận hành của một động cơ servo phụ thuộc vào rất nhiều vào đặc tính từ vàphương pháp điều khiển động cơ servo. c. Tăng tốc độ đáp ứngCác động cơ thông thường, muốn chuyển từ vận tốc này sang vận tốc khác thì cầncó một khoảng chừng thời hạn quá độ. Trong một số ít nhu yếu điều khiển, yên cầu động cơphải tăng / giảm tốc nhanh gọn để đạt được một vận tốc mong ước trong thời gianngắn nhất, hoặc đạt được một vị trí mong ước nhanh nhất. Ví dụ bạn muốn điềukhiển một cơ cấu tổ chức từ vị trí X đến vị trí X, khởi đầu khi ở xa vị trí X thì động cơ quay vớivận tốc lớn để tăng cường, tuy nhiên khi đến gần X yên cầu động cơ cần giảm tốc tức thìđể hoàn toàn có thể đạt được vị trí mong ước một cách đúng chuẩn và loại trừ sự vọt lố vị trí. CácPage 14 động cơ thường không hề phân phối được điều này. Để động cơ phân phối được nhữngyêu cầu trên thì nó phải được phong cách thiết kế sao cho rút ngắn cung ứng vận tốc của động cơ. Hình 1.10 : Đặc tính phân phối tăng cường độMuốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng số lượng giới hạn cho độngcơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loạibỏ những cơ cấu tổ chức sắt không thiết yếu. Để tăng dòng số lượng giới hạn, động cơ servo hoàn toàn có thể sử dụngsắt Ferrit để làm mạch từ và phong cách thiết kế hình dạng lõi sắt cho tương thích. Đối với động cơnam châm vĩnh cửu thì nó cần được phong cách thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ ( hìnhdạng mạch từ ) và tăng năng lực từ tính của nam châm từ ( sử dụng nam châm hút đất hiếmrare earth magnet ).  Tăng năng lực phân phối : Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng / giảm tốc cần phải “ mềm ” nghĩa làgia tốc là một hằng số hay gần như là một hằng số. Hình 1.11 : Đặc tính cung ứng gia tốcMột số động cơ như thang máy hay trong 1 số ít băng chuyền yên cầu đáp ứngtốc độ của cơ cấu tổ chức phải “ mềm ”, tức là quy trình quá độ tốc độ phải xảy ra một cáchPage 15 tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏnhằm vô hiệu năng lực chống lại sự biến hóa dòng điện do mạch điều khiển nhu yếu. Các động cơ servo thuộc loại này thường được phong cách thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trongmạch và có năng lực thu hẹp những vòng từ trong mạch từ khe hở không khí.  Mở rộng vùng điều khiển ( control range ) : Một số nhu yếu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải vận tốc lớnhơn định mức rất nhiều. Động cơ thông thường chỉ được cho phép điện áp đặt lên nó phảibằng điện áp chịu đựng của động cơ và thường thì không quá lớn so với điện ápđịnh mức. Động cơ servo thuộc loại này có phong cách thiết kế đặt biệt nhằm mục đích ngày càng tăng điện áp chịuđựng hoặc tăng năng lực bão hoà mạch từ trong động cơ ( nghĩa là động cơ thao tác ởđoạn phía dưới cách xa đoạn định mức. Như vậy động cơ servo thuộc loại này phảiđược tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm hút đất hiếm ( rare earth ).  Khả năng không thay đổi vận tốc : Động cơ servo loại này thường được phong cách thiết kế sao cho tốc độ quay của nó rất ổnđịnh. Không có mạch điện tuyệt vời và hoàn hảo nhất, không có từ trường hoàn hảo nhất trong trong thực tiễn. Chínhvì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmpmà nó chỉ xê dịch quanh giá trị này. Động cơ servo độc lạ với động cơ thường làở chỗ độ không thay đổi vận tốc khá cao. Các động cơ servo loại này thường được sử dụngtrong những ứng dụng yên cầu vận tốc đúng chuẩn ( như robot ). Nó được phong cách thiết kế sao cho cóthể ngày càng tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và ngày càng tăng từ tính của cực từ. Cácrãnh rotor được phong cách thiết kế với hình dáng đặc biệt quan trọng và những cuộn dây rotor cũng được bố tríkhác đặc biệt quan trọng để hoàn toàn có thể phân phối được nhu yếu này. Một hình ảnh minh hoạPage 16H ình 1.12 : Cách sắp xếp những rãnh rotor và cuộn dây rotorPage 17  Tăng năng lực chịu đựng của động cơ : Một số động cơ servo được phong cách thiết kế sao cho hoàn toàn có thể chịu đựng được những tín hiệuđiều khiển ở tần số rất và có năng lực chịu được được những nhu yếu tăng cường bất ngờtừ bộ điều khiển ( hoàn toàn có thể tạo ra những xung điện hài bậc cao ). Những động cơ như thế nàythường được nâng cấp cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và hoàn toàn có thể chống lại được sự haomòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than ( so với DC ). Một động cơ servo hoàn toàn có thể 1 số ít đặc thù trên để tương thích với nhu yếu điềukhiển của người điều khiển. d. Nguyên lý hoạt động giải trí của encoderEncoder mục tiêu dùng để quản trị vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thểlà bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kể thiết bị quay nào cần xác lập vị trí góc. Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder ( tuyệt đối ) và incrementalencoer ( tương đối ). Encoder tuyệt đối chỉ rõ ràng vị trí của encoder, tất cả chúng ta không cần giải quyết và xử lý gì thêm, cũng biết đúng mực vị trí của encoder, encoder tương đối chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, tất cả chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Dovậy, encoder loại này có tên incremental encoder ( encoder tăng lên 1 đơn vị chức năng ) do đókhông thể cho ta biết đúng chuẩn vị trí. Việc phong cách thiết kế encoder tuyệt đối cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn tới số lượng giới hạn về kíchthước của encoder, chính bới việc gia công chính xác những lỗ quá nhỏ là không hề thựchiện được. Chưa kể rằng việc phong cách thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởngrất lớn đến size số lượng giới hạn này nên trong hầu hết những Motor incremental opticalencoder được dùng và quy mô động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ. Sự độc lạ giữa absolute encoder và incremental encoder : Absolute encoder sẽ theo dõi vị trí trục động cơ ngay cả khi hệ thốngbị mất điện và 1 số ít hoạt động xảy ra trong thời hạn đó. Incremental encoder làkhông có năng lực trên. Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trênđĩa có những lỗ ( rãnh ). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗkhông có lỗ ( rãnh ), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ ( rãnh ), đèn led sẽPage 18 chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Vớicác tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led cóchiếu qua lỗ hay không. Hình 1.13 : Optical EncoderEncoder thường có 3 kênh ( 3 ngõ ra ) gồm có kênh A, kênh B và kênh I. Tronghình 2.13 bạn thấy hãy quan tâm một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phátthu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cứ mỗi lần motor quay đượcmột vòng, lỗ nhỏ Open tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽxuyên qua lỗ nhỏ đến cảm ứng quang, một tín hiệu Open trên cảm ứng. Như thếkênh I Open một “ xung ” mỗi vòng xoay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chiathành những rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho những rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động giải trí của kênh A cũng tương tự như kênh I, điểmkhác nhau là trong 1 vòng xoay của motor, có N “ xung ” Open trên kênh A. N là sốrãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải ( resolution ) của encoder. Mỗi loại encoder cóđộ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chỉ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợpđến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải củaencoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng tác động đến độ đúng mực điều khiển và cảphương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên những encoder còncó một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch mộtchút ( lệch M + 0,5 rãnh ), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùngtần số với kênh A nhưng lệch sóng 90 độ. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọcsẽ biết chiều quay của động cơ. Page 19H ình 1.14 : Hai kênh A và B lệch sóng trong encoderHình trên cùng trong hình 3 biểu lộ sự bộ trí của 2 cảm ứng kênh A và B lệchpha nhau. Khi cảm ứng A mở màn bị che thì cảm ứng B trọn vẹn nhận được hồngngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trườnghợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ đeo tay, tín hiệu “ đi ” từ trái sang phải. Bạn hãy quansát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp ( cạnh xuống ) thì kênh B đang ở mứcthấp. trái lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ đeo tay, tín hiệu “ đi ” từ phải quatrái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằngcách phối hợp 2 kênh A và B tất cả chúng ta không những xác lập được góc quay ( thôngqua số xung ) mà còn biết được chiều quay của động cơ ( trải qua mức của kênh B ởcạnh xuống của kênh A ). 1.2. Giới thiệu về PLC Mitsubishi1. 2.1. Giới thiệu chung về PLC * Khái niệm : PLC là bộ điều khiển lập trình “ Programmable Logic Controller ”. – Bộ điều khiển lập trình là một thiết bị mà người sử dụng hoàn toàn có thể lập trình đểthực hiện một loạt hay trình tự những sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tácnhân kích thích “ ngõ vào ” tác động ảnh hưởng vào PLC hoặc qua những hoạt động giải trí trễ như thời gianđịnh thì hay những sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt, nó ở trạng thái ONhoặc OF.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “ lặp ” trong chương trình do “ người sửPage 20 dụng lập trình ra ” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại thời gian đã lậptrình. – Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình hoàn toàn có thể được phân thành những thành phần. Bộ phận mà chương trình được nạp vào tàng trữ và giải quyết và xử lý thường được gọi là Mainprocessing hay còn gọi là CPU.Vậy lập trình cho một PLC là đi tìm điều kiện kèm theo tín hiệu ngõ vào ảnh hưởng tác động lên đối tượngđiều khiển cho tín hiệu ngõ ra tương ứng. 1.2.2. Giới thiệu chung về PLC MisubishiPLC FX là một loại PLC micro của hãng MISUBISHI nhưng có nhiều tínhnăng can đảm và mạnh mẽ. Loại PLC này được tích hợp sẵn những I / O trên CPU. PLC FX sinh ra từnăm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo Model như : F, F1, FX1, FX0 ( S ), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N … và FX3U. Tùy theo Model mà những loại này códung lượng bộ nhớ khác nhau. Dung lượng bộ nhớ chương trình hoàn toàn có thể từ 2 kStep đến8kStep ( hoặc 64 kStep khi gắn thêm bộ nhớ ngoài ). Tổng số I / O so với những loại này cóthể lên đến 256 I / O, riêng so với FX3U ( C ) hoàn toàn có thể lên đến 384 I / O. Số Module mởrộng hoàn toàn có thể lên đến 8 Module. Loại PLC FX tích hợp nhiều công dụng trên CPU ( Main Unit ) như ngõ ra xunghai tọa độ, bộ đếm vận tốc cao ( HSC ), PID, đồng hồ đeo tay thời hạn thực … Module lan rộng ra nhiều chủng loại như Analog, giải quyết và xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí, những Module mạng như Cclink, Profibus …. Ngoài ra còn có những board lan rộng ra ( Extension Board ) như Analog, những boarddùng cho truyền thông online những chuẩn RS232, RS422, RS485, và cả USB.Để lập trình PLC ta hoàn toàn có thể sử dụng những ứng dụng sau : FXGP_WIN_E, GX_Developer. Các giải pháp lập trình như :  LAD ( ladder ) : là chiêu thức lập trình hình thang, thích hợp trong ngành điệncông nghiệp.  FBD ( Flowchart Block Diagram ) : là chiêu thức lập trình theo sơ đồ khối, thíchhợp cho ngành điện tử số. Page 21  STL ( Statement List ) : là giải pháp lập trình theo dạng dòng lệnh giống nhưngôn ngữ Assemply, thích hợp cho ngành máy tính. Một PLC gồm có những vùng nhớ sau :  Tín hiệu ngõ vào : X  Tín hiệu ngõ ra : Y  Bộ định thời Timers : T  Bộ đếm Counter : C  Các cờ nhớ của PLC : M và S  Thanh ghi tài liệu D  Sơ đồ đấu dâya. Đấu dây ngõ vào : Page 22 b. Đấu dây ngõ ra : – Ngõ ra output ( Relay ) – Ngõ ra output ( Transitor ) Page 23  Các đặc tính kỹ thuật chung  Đặc tính ngõ vào : Điện áp ngõ vàoDòng ngõ vàoCông tắc ngõ Off -> OnOn -> OffvàoThời gian đáp ứngCách ly mạch điện dùngChỉ dẫn hoạt độngFX bộ phận chính, FX Modul mở rộngX0 -> X7X10 -> � 24VDC � 10 % 24VDC, 7 mA24VDC, 5 mA > 4.5 mA > 3.5 mA < 1.5 mA < 10 msDùng photocouplerDùng led  Đặc tính ngõ ra : Mô tảNgõ ra dùng relayNgõ ra dùng TransistorĐiện áp < 240VAC, <3 0VDC5 -> 30VDCT ỷ lệ dòng điện / N ngõ2A / 1 ngõ, 8A / Com0. 5A / 1 ngõ, 0.8 A / ComCông suất lớn nhất của tải80VA12W / 24VDC Đèn phụ tải lớn100w ( 1.17 A / 85VAC, 0.4 A / 250VAC ) 1.5 W / 24VDCP hụ tải nhỏKhi nguồn cấp nhỏ hơn5VDC thì được cho phép ítnhất 2 mA ————— Thờigain đáp ứngOff -> On10msON -> OFF < 0.2 ms ; < 5  S ( chỉ Y0, Y1 ) Mạch cách lyBằng RelayPhotocuoplerDòng điện rỉ----------------0. 1 mA / 30VDCP age 24C hỉ dẫn hoạt độngLED sáng khi cuộn dây được kích hoạt  Các vùng nhớ trên bộ PLC FXCó 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có hiệu quả riêng. Để thuận tiện xácđịnh thì mỗi thiết bị gán cho một ký tự. X : Dùng để chỉ ngõ vào vật lý gắn trực tiếp vào PLC. Các ngõ vào này có thứtự đếm theo hệ đếm bát phân X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7, X10 X11 … .. Y : Dùng để chỉ ngõ ra trực tiếp từ PLC. Các ngõ ra này có thứ tự đếm theo hệđếm bát phân Y0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7, Y 10 Y 11 … .. M và S : Dùng như thể những cờ hoạt động giải trí trong PLC.Tất cả những thiết bị trên được gọi là những thiết bị bit nghĩa là những thiết bị này có haitrạng thái ON hoặc Off 1 hoặc 0. Ta hoàn toàn có thể tổng hợp những thiết bị bit lại để hoàn toàn có thể tạo thành một tài liệu 4 bit, Byte, Word, hay Doulbe Word như sau : K1M0 = M3M2M1M0 ( tương ứng tài liệu 4 bit ) K2M10 = M17M16M15M14M13M12M11M10 ( tương ứng với tài liệu 8 bit ) Tổng quát : KnMm ( 1 � n � 8 ) D : Thanh ghi 16 bit / 32 bit. Đây là thiết bị Word. T : Dùng để xác lập thiết bị định thì có trong PLC ( timer ). Dữ liệu trên Timer làdữ liệu dạng Word ( 16 bit ) và trạng thái Timer ta nói Timer là thiết bị bit. C : Dùng để xác lập thiết bị đếm có trong PLC. Dữ liệu trên Counter là dữliệu dạng Word ( 16 bit / 32 bit ) và trạng thái trên counter là trạng thái bit.  Ta có bảng những thiết bị như sau ( so với những PLC phiên bản từ 2.0 trở lên ) : MụcPhương pháp xử lýchương trìnhPhương pháp xử lývào raThời gian xử lýFX0S ( N ) FX1sFX1NFX2N ( C ) FX3U ( C ) Thực hiện chương trình tuần hoànCập nhật ở đầu và cuối chu kỳ luân hồi quét ( khi lệnh END được thi hành ) CơCơ bản : Cơ bản : Cơ bản : bản : 1.6 - 0.72  S0. 08  S0. 065  S > 3.6  Sứng dụngứng dụngứng dụngPage 25

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay