đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn đề tài và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, kiến thức chung về PLC hãng Mitsubishi, Động cơ Servo, SoftGot2000, các phương pháp điều khiển được sử dụng trong đồ án. Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống 2 Chương này nói về cách tính toán và bố trí các thiết bị trong mô hình cho phù hợp với yêu cầu đặt ra. Mô tả cách thức hoạt động của mô hình và sự liên kết giữa các thiết bị với nhau.
Dựa vào cơ sở đã tính toán lựa chọn thiết bị cho mô hình. Nhóm bắt đầu thi công mô hình từ khâu cơ khí, lắp ráp và kết nối các thiết bị với nhau. Kiểm tra độ an toàn về điện, tránh ảnh hưởng tới con người và thiết bị. Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển Chương 5: Kết quả - Kết luận - Hướng phát triển đề tài Chương này sẽ nói về kết quả đạt được.
Kết luận sau khi hoàn thành mô hình. Nêu ra những ưu điểm, nhược điểm và đưa ra hướng phát triển tiếp theo cho đề tài. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU PLC 2.1 Tổng quan về PLC Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) hay còn gọi là bộ điều khiển lập trình, là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt 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 có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell. PLC được cấu tạo bao gồm các thành phần chính như bộ xử lý trung tâm, khối vào (Digital input, Analog input), khối ra (Digital output, Analog output).1: Cấu tạo bộ điều khiển PLC Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit) 4 Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tính thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC. CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối ra.
CPU còn chứa các khối chức năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng. Khối vào (Module Input): Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input) Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhịp hân như: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận… Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được. Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở… Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thông số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ… Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: biến tần, van tuyến tính… 2.2 Đặc điểm của PLC Ưu điểm: nhìn chung PLC có các ưu điểm so với các mạch tiếp điểm truyền thống như sau: 5 - Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu hoặc đối tượng điều khiển, PLC chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trình. - Số lượng Timer, Counter rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID… - Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hoàn toàn bằng chương trình PLC.
- Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, không bị cứng hóa về phần cứng. Người dùng dễ dàng lựa chọn những module nào cần thiết với yêu cầu điều khiển hiện tại giúp tiết kiệm chi phí. Cấu trúc dạng module của PLC giúp việc mở rộng quy mô điều khiển đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU mới. Tuy nhiên khi mở rộng cần chú ý tới khả năng kết nối tối đa của CPU.
- Khả năng truyền thông linh hoạt – Ngoài các thiết bị đầu vào và đầu ra, PLC cũng có thể kết nối với các loại hệ thống khác. Ví dụ người dùng có thể xuất dữ liệu ứng dụng được PLC ghi lại vào hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) giám sát nhiều thiết bị được kết nối. PLC cung cấp một loạt các cổng giao thức và truyền thông để đảm bảo rằng PLC có thể giao tiếp với các hệ thống khác này. - Dễ dàng điều khiển thông qua sử dụng HMI (Human Machine Interface) – Chúng giúp tương tác với PLC đơn giản và trực quan hơn, cho phép người dùng xem lại và nhập thông tin vào PLC trong thời gian thực.
- Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp. Nhược điểm: Giá thành cao chính là một trong những nhược điểm của PLC, việc giá thành cao dẫn đến việc không thể tiếp cận đối với nhiều hệ thống điều khiển đơn giản. Chúng yêu cầu kiến thực lập trình PLC đối với người mới bắt đầu.3 Vai trò của PLC Với những ưu điểm và nhược điểm như đã được nêu trên, PLC đã thể hiện ưu thế vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai lầm của người vận hành.2 ĐỘNG CƠ AC SERVO 2.1 Giới thiệu AC Servo là hệ hồi tiếp vòng kín.
Động cơ sử dụng khả năng hồi tiếp tín hiệu từ encoder về driver, sau đó tính toán điều chỉnh tốc độ, momentum, vị trí của động cơ hay các kết cấu cơ khí đi kèm đạt được như mong muốn. Khi có vật cản hoặc những tác động làm hãm trục động cơ, hệ thống hồi tiếp sẽ giúp động cơ tự điều chỉnh cho lực moment, tốc độ, hay quán tính cho phù hợp với tải đang mang. Ngoài ra động cơ servo luôn có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi không có tín hiệu điều khiển, vì thế khi có một lực ngoại vi tác động làm thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với trục động cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch.2: Một động cơ Servo hãng Mitsubishi 2.2 Cấu tạo AC Servo được cấu hình với hai thiết bị chính: Driver Servo (bộ khuếch đại Servo) và Motor Servo (thiết bị dò và dẫn động). Thiết bị dò và dẫn động được tách rời và được nối với bộ khuếch đại Servo bằng dây dẫn, đây được xem như là trái tim của AC Servo Motor.
Motor Servo gồm hai phần, động cơ và encoder. Động cơ của nó được cấu tạo từ Rotor và Stator, bao gồm cuộn dây dẫn thứ cấp (nhôm hoặc đồng), nam châm, phanh điện từ, trục dẫn động hoạt động theo nguyên lý ứng dụng nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, AC Servo không thể hoạt động chỉ với hai bộ phận chính nêu trên. Hệ thống cần một bộ điều khiển để cấp lệnh điều khiển.
Bộ điều khiển cấp lệnh đến tới bộ khuếch đại Servo, sau khi nhận lệnh bộ khuếch đại Servo sẽ truyền lệnh này tới động cơ Servo. Sau đó 8 động cơ Servo sẽ phát ra lực dẫn động theo lệnh đó. Encoder được gắn chung với động cơ Servo có chức năng như máy dò để dò vị trí hiện tại và chuyển thông tin này tới bộ khuếch đại Servo. Bộ khuếch đại Servo sẽ so sánh giá trị của lệnh với giá trị hiện tại như encoder đã đọc được và sau đó đưa ra một lệnh sửa đổi để giảm tối thiểu mức chênh lệch.
Quá trình này gọi là điều khiển hồi tiếp.1 Giới thiệu Driver Servo là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt có chức năng theo dõi tín hiệu phản hồi từ cơ chế Servo sau đó liên tục điều chỉnh độ lệch từ các hành vi dự kiến và chuyển thông tin về bộ điều khiển để hiển thị trên màn hình. Drive Servo cũng có chức năng nhận tín hiệu lệnh từ một hệ thống điều khiển, khuếch đại tín hiệu và truyền dòng điện cho một động cơ Servo để tạo ra chuyển động phù hợp với tín hiệu lệnh. Tín hiệu lệnh có thể đại diện cho một vận tốc mong muốn, cũng có thể biểu diễn một momen hoặc vị trí mong muốn. Một cảm biến gắn vào động cơ Servo báo cáo tình trạng thực tế của động cơ về lại bộ khuếch đại.
Bộ khuếch đại sẽ so sánh trạng thái động cơ thực tế với trạng thái động cơ được chỉ định. Sau đó, thay đổi tần số, điện áp hoặc độ rộng xung tới động cơ để sửa lỗi cho bất kỳ độ lệch nào từ trạng thái lệnh.3: Một Driver của hãng Mitsubishi 2.2 Các tham số quan trọng của Driver Trong hệ thống điều khiển động cơ Servo, để đảm bảo động cơ quay với vận tốc gần với tín hiệu vận tốc nhận được từ bộ điều khiển và đảm bảo chiều hướng quay của động cơ đúng với yêu cầu người điều khiển. Người dùng phải hiểu và điều chỉnh các tham số như sau: Number of pulses per rotation (Số xung trên mỗi vòng quay): đây là thiết lập rất quan trọng và là bắt buộc để việc điều khiển đạt được đúng sự chính xác như mong muốn. Đây là số xung yêu cầu để động cơ servo hoàn thành một vòng quay mà số xung này phụ thuộc vào số xung cố định trên đĩa encoder.