Chương 1: Tổng quan Giới thiệu tổng quan về đề tài, lý do chọn đề tài, các vấn đề sẽ được giải quyết trong đề tài, các giới hạn chưa giải quyết được, các phương pháp và kết quả đạt được sau khi hoàn tất đề tài. ❖ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các lý thuyết liên quan đến các chuẩn giao tiếp, kỹ thuật, các linh kiện, phần cứng sử dụng để thực hiện đề tài. ❖ Chương 3: Tính toán, thiết kế và thi công Giới thiệu chi tiết về hệ thống, lựa chọn thiết bị sử dụng và tính toán giải pháp thiết kế, thiết kế nguyên lý phần cứng và thiết kế phần mềm. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 3 CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN ❖ Chương 4: Thuật toán, chương trình điều khiển Trình bày thuật toán được sử dụng trong hệ thống, các chương trình được thiết kế để điều khiển hệ thống. ❖ Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Trình bày các kết quả đạt được của đề tài, đưa ra nhận xét và đánh giá về các kết quả đó. ❖ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề còn tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 4 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. Sơ lược về PLC 2. Giới thiệu về PLC PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình xử lý từ đơn giản đến phúc tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các hoạt động nhờ vào các tác nhân đầu vào tác động vào PLC hoặc thông qua các bộ định thời (Timer) hay qua các bộ đếm (Counter).1 Các hãng PLC thông dụng. Cấu trúc Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trình và những module giao tiếp nhập – xuất.
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Cấu trúc của PLC 2. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của PLC về cơ bản thì khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống các module ngõ vào/ra dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, con…).
Sau khi nhận được tín hiệu ở đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển qua module ngõ ra kết nối với các thiết bị được điều khiển. Trong quá trình hoạt động thì CPU đọc hoặc quét dữ liệu hoặc trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện chương trình trong bộ nhớ như sau: một bộ đệm chương trình sẽ nhận lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi để thi hành. Chương trình ở dạng STL hay ở dạng Ladder sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy bên trong bộ nhớ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT chương trình.
Sau khi thực hiện xong chương trình, sau đó là truyền thông nội bộ và kiểm lỗi và CPU sẽ gửi hoặc cập nhật tín hiệu tới các thiết bị được điểu khiển thông qua module đầu ra. Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín nhiệu ở đầu ra thì được gọi là một chu kỳ quét. Đặc điểm Bộ điều khiển lập trình (PLC- Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và các thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển một hệ thống với nhiều thiết bị một cách dễ dàng và linh hoạt trong việc sữa chữa và nâng cấp dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà khống cần có sự thay đổi đáng kể nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chính ở đây là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua các phần mềm lập trình chuyên dụng.
Về phần cứng, PLC tương tự như một PC nhưng chúng có những đặc điểm để phù hợp trong môi trường công nghiệp: - Khả năng chống nhiễu tốt. - Cấu trúc dạng module, giúp dễ dàng thay thế, tăng khả năng và thêm chức năng cho hệ thống. - Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở đầu vào và đầu ra được chuẩn hóa. Phân loại các dòng PLC PLC compact: Bộ lập trình PLC dạng mô-đun được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp do tính linh hoạt và khả năng mở rộng của chúng.
Chúng bao gồm một hệ thống giá đỡ mô-đun cho phép người dùng thêm hoặc bớt các mô-đun đầu vào và đầu ra BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT theo yêu cầu của họ. Tính linh hoạt này làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng mà số lượng đầu vào và đầu ra có thể khác nhau.3 PLC Compact Micro PLC: PLC nhỏ gọn, như tên gọi, là các đơn vị có kích thước nhỏ được thiết kế cho các ứng dụng có không gian hạn chế. Chúng tích hợp CPU, các mô-đun đầu vào/đầu ra và các thành phần cần thiết khác vào một vỏ bọc nhỏ gọn duy nhất.
PLC nhỏ gọn thường được sử dụng trong các dự án tự động hóa quy mô nhỏ hoặc nơi không gian là một hạn chế.4 Micro PLC PLC gắn trên giá đỡ: PLC gắn trên giá đỡ là các hệ thống PLC lớn hơn được gắn trên giá đỡ hoặc tủ. Chúng cung cấp sức mạnh xử lý cao và phù hợp với các ứng dụng có số lượng lớn các điểm đầu vào và đầu ra. PLC gắn trên giá đỡ có thể xử lý các nhiệm vụ điều khiển phức tạp và thường được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp quy mô lớn. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 8 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5 PLC gắn trên giá đỡ 2. MELSEC iQ-R Series 2. Giới thiệu MELSEC iQ-R Series bao gồm một loạt các bộ điều khiển lập trình có khả năng phục vụ các nhu cầu điều khiển tự động đa dạng, được thiết kế với bus hệ thống tốc độ cao để đảm bảo MELSEC iQ-R mới có thể đạt hiệu suất cao và khả năng xử lý thông minh hơn. Cấu hình bao gồm bộ điều khiển đa năng, hiệu suất cao (có sẵn cấu hình mạng CC-Link IE nhúng) có khả năng thay đổi dung lượng bộ nhớ và bộ điều khiển chuyển động vị trí có độ chính xác cao.
Ngoài ra, mỗi loại CPU được thiết kế dành riêng cho từng yêu cầu ứng dụng; Safety CPU (hỗ trợ các tiêu chuẩn an toàn cho chức năng), Process CPU (hỗ trợ điều khiển PID tốc độ cao và phản ứng nhanh với các mô đun I/O khi được ghép nối với mô đun chức năng dự phòng sẽ tạo ra hệ thống điều khiển có tính khả dụng cao) và CPU C, cung cấp ngôn ngữ lập trình C để ứng dụng cho các hệ thống điều khiển vi mô hoặc chuyển đổi chương trình từ máy tính cá nhân/ vi điều khiển một cách thuận tiện hơn. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.6 MELSEC iQ-R Series 2. Các dòng CPU trong hệ - CPU cơ bản: R00CPU, R01CPU, R02CPU, R04CPU, R08CPU, R16CPU, R32CPU, R120CPU.
- CPU với CC-Link IE: R04ENCPU, R08ENCPU, R16ENCPU, R32ENCPU, R120ENCPU. - Motion CPU: R16MTCPU, R32MTCPU, R64MTCPU. - Safety CPU: R08SFCPU-SET, R16SFCPU-SET, R32SFCPU-SET, R120SFCPU- SET. - Process CPU: R08PCPU, R16PCPU, R32PCPU, R120PCPU.
- SIL2 process CPU: R08PSFCPU-SET, R16PSFCPU-SET, R32PSFCPU-SET, R120PSFCPU-SET. - Redundant function module: R6RFM. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 10 CHƯƠNG 2. Các thành phần của một trạm - CPU - Base - Nguồn - Module I/O - Module I/O analog - Module mạng - Module motion, position 2.
Ưu điểm - PLC Mitsubishi iQ-R Series có khả năng mở rộng cao với hiệu suất chương trình từ 10K đến 1200K bước. - Cải thiện kiến trúc bộ điều khiển với đa CPU. - CPU được tích hợp cổng mạng gigabit. - DB nội bộ dễ dàng kiểm soát hàng loạt công thức.
- Trình bảo mật được nhúng trong phần cứng SRAM. - Có thể điều khiển nhiều chuyển động khác nhau (vị trí, tốc độ, mô-men xoắn, đồng bộ hóa nâng cao, v. - CPU PLC Mitsubishi đạt tiêu chuẩn an toàn quốc tế (ISO 13849-1 PL e, IEC 61508 SIL 3). - Điều khiển PID tốc độ cao, thay thế mô-đun trong khi trực tuyến (trao đổi nóng), hỗ trợ CPU xử lý hệ thống dự phòng có độ tin cậy cao.
- Lập trình C/C++ cho các hệ thống dựa trên PC/ vi điều khiển. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 11 CHƯƠNG 2. Động cơ AC Servo 2. Giới thiệu Động cơ servo là một loại động cơ điện đặc biệt được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động để cung cấp chuyển động chính xác và kiểm soát vị trí, tốc độ và mô-men xoắn.
Chúng thường được sử dụng trong robot, máy công cụ CNC, và các ứng dụng tự động hóa công nghiệp.7 Động cơ Servo BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 12 CHƯƠNG 2. Cấu tạo Hình 2.7 Cấu tạo động cơ Servo Phần Stato gắn với khung động cơ được quấn dây theo kiểu quấn dải để đảm bảo sức điện động của động cơ tạo ra có dạng hình Sin, tạo ra từ trường quay khi được cấp điện và được điều khiển bởi Servo Driver đi kèm là quay trục động cơ theo hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần Rotor bao gồm trục động cơ được gắn nam châm vĩnh cửu có mật độ từ trường cao, tổn thất từ trường thấp, có khả năng tái nạp lại từ trường trong quá trình hoạt động Phần ổ bi (vòng bi) được sử dụng để nâng đỡ phần Rotor để có thể quay tròn ổn định theo một trục của nó. Phần vỏ động cơ để bao bọc và bảo vệ động cơ, chứa đầu nối dây từ các cuộn dây của Stator đưa ra bên ngoài.
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 13 CHƯƠNG 2. Nguyên lý hoạt động Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên lý phản hồi vòng kín (closed-loop feedback). Một hệ thống servo cơ bản bao gồm ba thành phần chính: - Động cơ điện (Motor): Được sử dụng để tạo ra chuyển động. - Cảm biến (Sensor): Thường là một encoder hoặc resolver, giúp đo lường vị trí thực tế của động cơ.
- Bộ điều khiển (Controller): So sánh tín hiệu đầu vào (vị trí mong muốn) với vị trí thực tế và điều chỉnh động cơ để đạt được vị trí mong muốn. Quá trình điều khiển diễn ra liên tục, với bộ điều khiển cập nhật các tín hiệu để đảm bảo rằng vị trí, tốc độ, và mô-men xoắn của động cơ được duy trì theo yêu cầu. Driver động cơ servo 2.