KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN SERVO AC
MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp giáo dục của nước ta hiện nay mục tiêu là giáo dục và đào tạo ra những con người có đủ đức, đủ tài, có văn hóa, có kỹ năng ,kỹ xảo nghề nghiệp và có thái độ ứng xử tốt phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa - xây dựng nước nhà. Để đạt được mục đích đó thì thế hệ trẻ đặc biệt là sinh viên phải luôn chủ động tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu khoa học mới, cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà.
Là sinh viên năm cuối được làm đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho em tìm hiểu thêm về kiến thức thực tế ,củng cố những kiến thức đã học, em đã được nghiên cứu về đề tài:
MÔ HÌNH HỆ THỐNG SERVO
“Ứng dụng PLC điều khiển Servo AC”
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 em được chia ra thành 3 phần chính:
Phần 1: PLC Mítsubichi
Phần 2: Servo Motor
Phần 3: Lập trình điều khiển.
Phụ lục: Các bản vẽ
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).
MỤC LỤC
Trang
Phần A: Giới thiệu
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp................................................................................................... ii
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn...................................................................................... iii
Nhận xét của giáo viên phản biện....................................................................................... iv
Nhận xét của hội đồng phản biện....................................................................................... v
Lời cảm ơn.............................................................................................................................. vi
Lời nói đầu............................................................................................................................. vii
Liệt kê các hình................................................................................................................. viii
Phần B: Nội dung
Chương 1
Tổng quan về PLC
- Giới thiệu về PLC......................................................................................................... 1
- Phân loại........................................................................................................................ 3
- Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng................................................................... 3
- Các lĩnh vực ứng dụng PLC......................................................................................... 4
- Các ưu điểm khi sự dụng hệ thống điều khiển với PLC.......................................... 4
Chương 2
Khảo sát PLC FX1s của hãng Mitsubishi
2.1 Giới thiệu PLC Mitsubishi............................................................................................ 5
- Tổng quan................................................................................................................... 5
2.2 Đặc điểm kỹ thuật chi tiết PLC FX1S......................................................................... 6
2.2.1 Sơ đồ cấu tạo của FX1S........................................................................................ 6
2.2.2 Các module có khả năng két nối PLC FX1S...................................................... 7
2.2.3 Đọc mã sản phẩm................................................................................................... 8
2.2.4 Nguồn cung cấp..................................................................................................... 9
2.2.5 Ngõ vào ra (Relay-Transistor)............................................................................. 12
3.1 Khảo sát tập lệnh PLC FX............................................................................................. 17
3.1.1Khái quát................................................................................................................. 17
3.2 Tập lệnh cơ bản............................................................................................................... 19
3.2.1 Lệnh logic với bit ( lệnh về tiếp điểm)............................................................ 19
3.2.2 Lệnh so sánh........................................................................................................ 20
3.2.3 Lệnh định thời (Timer)...................................................................................... 21
3.2.4 Lệnh bộ đếm (Counter)...................................................................................... 22
3.2.5Relay phụ trợ (Auxiliary relays)....................................................................... 23
3.2.6 Lệnh dịch chuyển .............................................................................................. 24
3.2.7 Lệnh phép toán số học....................................................................................... 25
3.2.8 Lệnh xử lý phép toán logic................................................................................ 28
3.2.9 Những lệnh về xử lý dữ liệu.............................................................................. 29
3.2.10 Lệnh biến đổi và dịch chuyển dữ liệu............................................................ 30
3.2.11 Lệnh điều khiển chương trình......................................................................... 33
Chương 4
Phần mềm GX DEVELOPER 8.0
4.1 Giới thiệu................................................................................................................... 36
4.2 Các thao tác cơ bản sự dụng phần mềm GX.......................................................... 36
- Tạo một project mới......................................................................................... 37
- Các tổ hợp phím tắt.......................................................................................... 38
- Hướng dẫn upload (đọc) và download (ghi) chương trình vào PLC......... 39
Chương 5
Giới thiệu về hệ thống Servo.
-
Hệ thống servo............................................................................................................... 42
- Cơ cấu định vị.................................................................................................... 42
- Cơ cấu định vị đơn giản.................................................................................... 42
- Cơ cấu định vị linh hoạt bởi Servo motor....................................................... 43
- Cơ cấu chuyển động định hướng...................................................................... 44
- Backlash và hiệu chỉnh..................................................................................... 44
- Hệ thống điều khiển....................................................................................................... 46
5.2.1 Điều khiển vòng hở.......................................................................................... 46
5.2.2 Điều khiển nửa kín........................................................................................... 46
5.2.3 Điều khiển vòng kín......................................................................................... 46
5.3 Cấu hình của hệ thống Servo....................................................................................... 47
5.3.1Bộ điều khiển....................................................................................................... 47
5.3.2 Sơ đồ khối điều khiển Servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ................ 47
5.4 Giới thiệu về động cơ Servo.......................................................................................... 49
5.4.1 Động cơ Servo...................................................................................................... 49
5.4.2 Sự khác biệt so với động cơ thường.................................................................. 50
5.4.3 Các loại và tính năng của Servo Motor............................................................ 53
5.4.4 Cấu trúc động cơ Servo AC................................................................................ 54
5.5 Nguyên tắc hoạt động của động cơ Servo AC......................................................... 54
5.6 Giới thiệu về điều khiển Servo.................................................................................. 55
5.6.1 Các dạng điều khiển tiêu biểu........................................................................ 55
Chương 6:
Quá trình điều khiển Servo
6.1 Các bước tiến hành điều khiển ................................................................................... 58
Chương 7
Thiết kế và thi công mô hình
7.1 Sơ đồ kết nối dây mạch động lực.................................................................................. 63
7.2 Sơ đồ mạch điều khiển................................................................................................... 63 7.3 Sơ đồ đấu dây tín hiệu ngỏ vào Servopack: ............................................................................................... 64
7.4 Sơ đồ đấu dây PLC.......................................................................................................... 64
7.5 Bản vẽ mô hình: ............................................................................................................. 65
Chương 8
Kết luận và hướng phát triển đề tài
8.1 Kết luận........................................................................................................................... 67
8.1 Hướng phát triển của đề tài.......................................................................................... 67
Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo`
Phụ lục A : Chương trình PLC......................................................................................
Phụ lục C: Mô hình sau khi thi công...........................................................................
Tài liệu tham khảo
Bảng liệt kê các hình sự dụng trong đồ án
Hình 1.1 Dạng ngôn ngữ lập trình
Hình 1.2 Quá trình điều khiển PLC
Hình 1.3 Hệ thống điều khiển sự dụng PLC:
Hình 2.1: Sơ đồ các dòng PLC FX của hãng MITSUBISHI ELECTRIC
Hình 2.2 Chức năng của họ PLC FX1S
Hình 2.3 Sơ đồ hình dáng bên ngoài PLC FX1S
Hình 2.4 Các Mô đun có khả năng kết nối voi PLC FX1S
Hình 2.5 Đọc mã sản phẩm
Hình 2.6 : Sơ đồ mạch điện đấu nối PLC FX-1S với nguồn điện AC
Hình 2.7 : Sơ đồ mạch điện đấu nối PLC FX-1S với nguồn điện DC
Hình 2.8 Sơ đổ vị trí ngõ vào và ra bố trí trên PLC loại FX1S-10MT-DSS
Hình 2.9Các cách kết nối tác động ngõ vào
Hình 2.10 Sơ đồ đấu dây các ngõ ra transistor và relay
Hình 4.1 Giao diện phần mềm GX Developer V8
Hình 4.2 Tạo Project
Hình 4.3 Tổ hợp phím tắt chương trinh GX
Hình 5.1 Hệ thống Servo cơ bản
Hình 5.2 Các cơ cấu định vị cơ bản
Hình 5.3 Cơ cấu định vị linh hoạt điều khiển bởi servo motor
Hình 5.4 Cơ cấu chuyển động định hướng:
Hình 5.5 Backlash và hiệu chỉnh
Hình 5.6 Điều khiển vòng hở:
Hình 5.7 Điều khiển nửa kín
Hình 5.8 Điều khiển vòng kín
Hình 5.9 Cấu hình của hệ thống Servo
Hình 5.10 Sơ đồ khối điều khiển động cơ servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ:
Hình 5.1 Động cơ Servo
Hình 5.12 Phân loại đông cơ Servo
Hình 5.13 Cấu trúc động cơ Servo
Hình 5.14 Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo
Hình 5.15 Mạch điều khiển động cơ Servo cơ bản
Hình 1.16 Hình dạng bên ngoài của Servo Pack YasKaWa
Hình 6.1 Đấu dây nguồn và Cáp Encoder
Hình 7.2 Panel hiện thị
Hình 7.3 Chế độ hoạt động (Fn002)
Hình 7.4 Kết nối tính hiệu ngõ vào
Hình 7.5 Panel tín hiệu ngõ vào.
Hình 8.1 Sơ đồ kết nối
Hình 8.2 Mạch điều khiển
Hình 8.3 Sơ đồ đấu tín hiệu vào Servo Pack
Hình 8.4 Sơ đồ đấu dây PLC
Hình 8.5 Bản vẽ mô hình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
«
- FX Series Programmable Controllers
Programming Manual
Manual number: JY992D88101
Manual revision: D
Date: April 2003.
- FX1S Series Programmable Controllers
Hardware Manual
Manual number: JY992D89301
Manual revision: K
Date: November 2005.
- FX-Series PLC Training Manual using GX-Developer (R18-0211-SLSASG-001-F).
- USER'S MANUAL SGMAH/SGMPH/SGMGH/SGMSH/SGMDH/SGMCS Servomotors
SGDM SERVOPACK
- Tham khảo các Websites:
http://www.mitsubishi-automation.com
http://www.meau.com
http://www.mikrokontrol.co.yu
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC (programmable Logic control)(Bộ điều khiển logic khả trình)
Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng,ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
- Dễ dàng sửa chửa thay thế
- Ổn định trong môi trường công nghiệp.
- Giá cả cạnh tranh.
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC)là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình,thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Hình 1.1 Dạng ngôn ngữ lập trình
Như vậy,với chương trình điều khiển của mình,PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn,dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh(với các plc khác hoặc với máy tính )toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình(khối OB,FC,FB)và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét.
Hình 1.2 Quá trình điều khiển PLC
Để có thể thực hiện đươc một chương trinh điều khiển tất nhiên plc phải có tính năng như một máy tính,nghĩa là phải có một bộ vi xử lý(CPU),một hệ điều hành,bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển,dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số ,PLC còn phải có them các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm(counter),bộ định thì(timer)…..và những khối hàm chuyên dụng.
Hệ thống điều khiển sự dụng PLC:
Hình 1.3 Hệ thống điều khiển sự dụng PLC:
1.2 PHÂN LOẠI:
PLC được phân loại theo 2 cách :
- Hãng sản xuất:gồm các nhãn hiệu như Siemen,Omron,Mitsubishi,alenbratlay…..
- Version:
Ví dụ:PLC Siemen có các họ s7-200,s7-300,s7-400,logo.
PLC Mitsubishi có các họ :Fx,Fxn….
1.3 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG:
1.3.1Các bộ điều khiển:
Ta có các bộ điều khiển:Vi xử lý,PLC,Máy tính
1.3.2 Phạm vi ứng dụng
Máy tính
- dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao.
- có giao diện than thiện
- Tốc độ xử lý cao
- Có thể lưu trữ với dung lương lớn.
Vi xử lý
- Dùng trong chương trình có độ phức tạp không cao(vì chỉ xử ly 8 bit)
- Giao diện không than thiện với người sử dụng
- Tốc độ tính toán không cao.
- Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít.
PLC:
- Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao
- Giao diện không than thiện với người sử dụng
- không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít
- Môi trường làm việc khắc nghiệt
1.4 CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG PLC:
PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành:Công nghiệp,Máy nông nghiệp,Thiết bị y tế,Ô tô ( xe hơi , cần cẩu..)
1.5 CÁC ƯU ĐIỂM KHI SỰ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC :
+Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng roowle.
+Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao,khi cần chỉ cần thay đổi chương trình phần mềm điều khiển.
+Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.
+Nhiều chức năng điều khiển
+Tốc độ cao.
+Công suất tiêu thụ nhỏ.
+Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.
+Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối them các khối vào ra chưc năng.
+Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới.
+Giá thành không cao.
Chính nhờ những ưu thế đó,PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động,cho phép nâng cao năng suất sản xuất,chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm,tăng hiệu xuất,giảm năng lượng tiêu tốn,tăng múc an toàn,tiện nghi và thoải mái trong lao động.Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm.
Chương 2
KHẢO SÁT PLC FX1S CỦA HÃNG MITSUBISHI
2.1 GIỚI THIỆU PLC MITSUBISHI:
2.1.1 TỔNG QUAN:
a.SƠ LƯỢC PLC FX CỦA MITSUBISHI
MITSUBISHI ELECTRIC là một tập đoàn hàng đầu của thế giới về tự động hóa trong công nghiệp. Vào đầu năm 1981, tập đoàn đã ra mắt thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmable logic controller) đầu tiên của tập đoàn là dòng PLC FX Series với các phiên bản sơ khai F0, F1, F2. Cụm từ Series dùng để thay thế cho các model khác nhau trong một phiên bản như: S, 1S, 0N, 1N, 2N, 2NC, 3U… Các phiên bản sau kế thừa các phiên bản trước, dần dần chúng trở nên hoàn thiện hơn về công nghệ đáp ứng được các yêu cầu công nghiệp khắc khe khác nhau. Ví dụ PLC FX2 ra mắt năm 1991, nó là kết quả của sự kế thừa công nghệ tích hợp siêu nhỏ của vỏ bọc PLC FX0 kết hợp với công nghệ kết nối các module rời theo cấu trúc Permian-load. Đến nay dòng sản phẩm PLC FX Series của tập đoàn có mặt hầu như khắp nơi trên thế giới, trong tất cả các ứng dụng công nghiệp, tự động hóa, dân dụng và gia đình. Với khẩu hiệu của dòng sản phẩm là “Everything in a single unit”. Nó đặt tiền thân cho dòng sản phẩm System Q sau này. Do đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu và lập trình dòng PLC FX làm cơ sở cho việc nghiên cứu các dòng sản phẩm mới sau này.
Hình 2.1: Sơ đồ các dòng PLC FX của hãng MITSUBISHI ELECTRIC
b.SƠ LƯỢC PLC FX1S
Dòng PLC FX1S được tích hợp nhiều chức năng hơn, với giá thành thấp, kích thước nhỏ gọn và I/O có thể lên tới 30 point, đồng thời cho phép mở rộng linh hoạt bằng các module chuyên dụng phù hợp với từng bài toán điều khiển cụ thể. PLC FX1S còn được tích hợp bộ điều khiển vị trí sẵn sàng cho mọi ứng dụng. FX1S phù hợp cho các bài toán điều khiển ở mức độ trung bình.
Khả năng truyền thông và trao đổi dữ liệu của PLC FX1S là ý tưởng cho những ứng dụng mà phần cứng bộ điều khiển, tính năng truyền thông, chức năng đặc biệt và tốc độ xử lý là then chốt.
c.Chức năng của họ PLC FX1S:
Hình 2.2 Chức năng của họ PLC FX1S
2.2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CHI TIẾT PLC FX1S:
PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ và khối vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và đưa vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng, thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhập và lưu vào bộ nhớ đệm; sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các ‘tiếp điểm’ kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Sau đây là các đặc điểm chi tiết của PLC họ FX1S.
2.2.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO CỦA FX1S:
+SƠ ĐỒ HÌNH DÁNG BÊN NGOÀI:
Hình 2.3 Sơ đồ hình dáng bên ngoài PLC FX1S
2.2.2 CÁC MODULE CÓ KHẢ NĂNG KÉT NỐI PLC FX1S
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
A |
Các loại PLC họ FX1N. |
1 |
Cổng bên trái PLC.
|
B |
Khối mở rộng của FX1N có tích hợp vào/ra. |
||
C |
Khối mở rộng của FX1N không có tích hợp vào/ra. |
1’ |
Cổng bên trái PLC + FX1N-232-BD. Hoặc Cổng bên trái PLC + FX1N-CNV-BD + FX2NC-232ADP. Hoặc Cổng bên trái PLC + FX1N-CNV-BD + FX0N-232ADP. |
D |
Băng bộ nhớ hoặc module hiển thị. |
||
E |
Các phần mềm sử dụng cho PLC. |
||
F |
Các bộ chuyển đổi RS-232/RS-422 nối kết PLC với máy tính. |
||
G: |
Các trình chuyên dụng hỗ trợ lập trình. |
1’’ |
Cổng bên trái PLC + FX1N-422-BD
|
H |
Các thiết bị HMI (GOT-F900/ GOT-A900/ DM/ DU). |
2 |
Cổng lập trình |
K |
Các khối chức năng đặc biệt |
Hình 2.4 Các Mô đun có khả năng kết nối voi PLC FX1S
2.2.3 ĐỌC MÃ SẢN PHẨM
Hình 2.5 Đọc mã sản phẩm
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
|
A) |
Chủng loại PLC |
|
B) |
Tổng số ngõ vào/ra |
|
C) |
|
Loại thiết bị |
M |
MPU chính |
|
D) |
|
Loại ngõ ra |
R |
Rơle |
|
T |
Transistor |
|
E) |
|
Đặc điểm nguồn |
Omit |
Nguồn AC, của nước Nhật |
|
D |
Nguồn DC, của nước Nhật |
|
DS |
Nguồn DC theo chuẩn chung của thế giới, bao gồm Châu Âu và Hoa kỳ. |
|
DSS |
Nguồn DC theo chuẩn chung của thế giới, bao gồm Châu Âu và Hoa kỳ và nguồn điện nắn dòng sử dụng Transistor. |
|
E |
Nguồn AC, của nước Nhật |
|
ES |
Nguồn AC theo chuẩn chung của thế giới và Châu Âu |
|
ESS |
Nguồn AC theo chuẩn chung của thế giới bao gồm Châu Âu và chuyển đổi dùng Transistor. |
|
F) |
UL |
Theo chuẩn nguồn của Hoa kỳ |
Trong đó: |
|
1) |
Năm sản xuất |
2) |
Tháng sản xuất |
3) |
Mã số sản phẩm |
2.2.4 NGUỒN CUNG CẤP:
Sản phẩm PLC FX có nhiều loại nguồn cung cấp từ AC đến DC cho PLC làm việc và tương thích với tất cả các chuẩn nguồn khắc khe của Hoa Kỳ và Châu Âu. Có hai loại nguồn cung cấp chính cho PLC bao gồm:
- Nguồn AC:
Các định mức |
FX1S-10M |
FX1S-14M |
FX1S-20M |
FX1S-30M |
Nguồn cung cấp |
100 - 240V AC +10%, -15%, 50-60Hz |
|||
Khoảng thời gian tối đa cho phép làm việc khi gặp sự cố nguồn |
10ms; nếu nhỏ hơn 10ms, thì PLC vẫn tiếp tục làm việc. Nếu lớn hơn 10ms, thì PLC sẽ ngừng làm việc |
|||
Điện áp và dòng điện định mức |
250V 1A |
|||
Ngưỡng dòng áp cho phép thay đổi |
100V AC - Max. 30A for 5ms 200V AC - Max. 50A for 5ms |
|||
Công suất tiêu thụ bao gồm dòng cung cấp 5mA và 7mA |
19W |
19W |
20W |
21W |
Dòng cung cấp của nguồn 24VDC |
|
- Nguồn DC:
Các định mức |
FX1S-10M |
FX1S-14M |
FX1S-20M |
FX1S-30M |
Nguồn cung cấp |
24V DC +10%-15% |
|||
Khoảng thời gian tối đa cho phép làm việc khi gặp sự cố nguồn |
5ms; nếu nhỏ hơn 5ms, thì PLC vẫn tiếp tục làm việc. Nếu lớn hơn 5ms, thì PLC sẽ ngừng làm việc |
|||
Dòng điện định mức |
0,8A |
|||
Ngưỡng dòng cho phép thay đổi |
15A for 0.1ms |
|||
Công suất tiêu thụ bao gồm dòng cung cấp 5mA và 7mA |
6W |
6.5W |
7W |
8W |
Ngoài ra nhà sản xuất còn cung cấp loại pin đặc biệt tích hợp bên trong PLC( tùy PLC mà nó có hỗ trợ hay không), nhằm mục đích nếu nguồn cung cấp bị mất đi do sự cố thì hệ thống vẫn còn làm việc do có nguồn điện dự phòng này.
Dưới đây là các sơ đồ mạch điện ví dụ cách đấu nối nguồn điện và PLC và các khối mở rộng của nó.
Hình 2.6 : Sơ đồ mạch điện đấu nối PLC FX-1S với nguồn điện AC
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
Nguồn cung cấp AC 100 - 240V AC, +10% -15%, 50 - 60 Hz |
|
Mạch bảo vệ hoặc cấu chì |
|
Công tắc ngắt nguồn khẩn cấp |
|
Công tắt nguồn |
|
Đèn báo nguồn cung cấp |
|
Nguồn cung cấp cho tải |
|
Nối đất cho thiết bị, điện trở đất nhỏ hơn 100Ω |
|
Cầu chì nội |
|
Khối PLC |
|
Dao đóng ngắt nguồn |
Hình 2.7 : Sơ đồ mạch điện đấu nối PLC FX-1S với nguồn điện DC
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
Nguồn cung cấp DC, 24V DC, +10% -15% |
|
Mạch bảo vệ hoặc cấu chì |
|
Công tắc ngắt nguồn khẩn cấp |
|
Công tắt nguồn |
|
Đèn báo nguồn cung cấp |
|
Nguồn cung cấp cho tải |
|
Nối đất cho thiết bị, điện trở đất nhỏ hơn 100Ω |
|
Cầu chì nội |
|
Khối PLC |
|
Dao đóng ngắt nguồn |
2.2.5NGÕ VÀO RA (RELAY-TRANSISTOR)
Trong PLC của Mitsubshi:
Các ngỏ vào được ký hiệu là “X”
Các ngỏ ra được ký hiệu là “Y”
Mức logic thường dùng cho khối PLC là:
Mức 0 tương ứng với điện áp là “0” .
Mức 1 tương ứng với điện áp là “24”.
Hình 2.8 Sơ đổ vị trí ngõ vào và ra bố trí trên PLC loại FX1S-10MT-DSS
Tác động ngõ vào: ngõ tác tác động của PLC có hai nguồn tác động, loại nguồn tác động theo chuẩn công nghiệp 24VDC .
Các thông số |
FX1N |
||
X0→X7 |
X10→X17 |
||
Điện áp vào |
24V DC ±10% |
||
Dòng điện ngõ vào |
24V DC, 7mA |
24V DC, 5mA |
|
Đóng ngắt dòng điện ngõ vào |
OFF→ON |
>4.5mA |
>3.5mA |
ON→OFF |
<1.5mA |
||
Thời gian đáp ứng ngõ vào |
10ms |
||
Thời gian biến thiên đáp ứng ngõ vào |
X000-X0017 0-15ms
|
||
Mạch điện cách ly |
Sử dụng cặp bán dẫn cách ly Photocoupler |
||
Báo trạng thái ngõ vào |
Đèn Led sáng |
Kết nối ngõ vào trong PLC FX nói chung có các cách kết nối sau: kết nối kiểu sink/source, kết nối mắc thêm diode, kết nối mắc thêm điện trở song song với ngõ vào hoặc kết nối trực tiếp áp vào tiếp điểm ngõ vào để tạo mức logic mức thấp và cao tương ứng. Mỗi cách kết nối đều có ưu khuyết điểm khác nhau nhưng đều phục vụ cho từng ứng dụng cụ thể.
Hình 2.9Các cách kết nối tác động ngõ vào
Tác động ngõ ra:
Ở PLC FX1S thì ngõ ra làm việc chỉ với relay và Transistor với các giá trị định mức như bảng sau:
Các thông số |
Ngõ ra Relay |
Ngõ ra Transistor |
|
Đóng ngắt điện áp (thuần trở) |
≤ 240V AC, ≤ 30V DC |
5-30V DC |
|
Dòng điện định mức/N point (thuần trở) |
2A/1 point, 8A/COM |
0.5A/1 point, 0.8A/COM |
|
Tải điện cảm tối đa |
80VA, 120/240V AC |
12W/24V DC |
|
Tải điện cảm nhỏ nhất |
Khi cấp nguồn < 5V DC Thì nó cho phép dòng điện nhỏ nhất 2mA đi qua |
--- |
|
Thời gian đáp ứng ngõ ra |
OFF→ON |
10ms |
< 0.2ms; < 5µs (Y000,Y001 only) |
ON→OFF |
10ms |
< 0.2ms (I > 0.2A); <5µs (Y000,Y001 only) |
|
Mạch điện cách ly |
Dùng Relay |
Dùng PhotoCoupler |
|
Dòng điện rò lúc không tải |
--- |
0.1mA/30V DC |
|
Đèn báo ngõ ra |
Đèn LED sáng khi cuộn dây ngõ ra có điện |
||
Bảo vệ ngõ ra |
Thiết bị bên trong |
Không có |
|
Thiết bị bên ngoài |
Giá trị định mức theo tải |
Quy định các các giá trị định mức cho ngõ ra relay và Transistor
Dưới đây mạch mô tả cách đấu nối ngõ ra PLC với tải Relay và Transistor:
- Tải Relay:
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
Đầu nối này không dùng đến, sử dụng làm đấu nối trung gian |
|
Cấu chì |
|
Diode bảo vệ dòng điện ngược |
|
Khóa chéo chuyển mạch |
|
Công tắc ngắt nguồn khẩn cấp |
|
Thiết bị chống sét( bao gồm tụ +điện trở, 0.1µF + 100-120Ω) |
|
Tải cảm kháng |
|
Tải đèn dây tóc |
|
Nguồn cung cấp DC |
|
Nguồn cung cấp AC |
-
Tải Transistor:
- Kiểu Source
- Kiểu Sink (chỉ dành cho sản phẩm xuất xứ từ Nhật Bản):
Ký hiệu |
Ý nghĩa |
Đầu nối này không dùng đến, sử dụng làm đấu nối trung gian |
|
Công tắc ngắt nguồn khẩn cấp |
|
Cấu chì |
|
Khóa chéo chuyển mạch |
|
Nguồn cung cấp DC |
|
Tải đèn dây tóc |
|
Diode bảo vệ dòng điện ngược |
|
Tải cảm kháng |
Hình 2.10 Sơ đồ đấu dây các ngõ ra transistor và relay
- Lưu ý:
Khi sử dụng PLC cần lưu có ngõ ra tác động là relay hay transistor để đấu nối cho hợp lý. Đối với PLC có ngõ ra Transistor thì khi kết nối nguồn cung cấp DC cần lưu ý xuất xứ của loại PLC.
+Ví dụ: Đối với sản phẩm xuất xứ từ Nhật Bản thì chắc chắn phải đấu nối theo kiểu Sink, khi đó dòng điện đi từ các Y*** về các cổng COM tương ứng. Trừ trường hợp có ghi chú khác.
Khi đấu nối tải sử dụng cần lưu ý, về kỹ thuật, thẩm mỹ. Nếu tải nhỏ thì dùng trực tiếp tiếp điểm trên PLC, nếu tải lớn thì dùng thêm relay, contactor… để đóng ngắt tiếp điểm ngõ ra.
3.1 KHẢO SÁT TẬP LỆNH PLC FX:
3.1.1 KHÁI QUÁT:
Hầu hết các PLC hiện nay, là lập trình chủ yếu dùng 4 ngôn ngữ như sau: instruction list (STL), ladder diagram (LAD), sequential functions chart (SFC) và functional block diagram (FBD). Trong giới hạn đề tài chỉ giới thiệu tập lệnh sử dụng ngôn ngữ ladder của PLC FX, vì tính chất phổ biến và trực quan dễ hiểu đối với đa số người mới lập trình.
Dưới đây các thông số toán hạng và giới hạn cho phép của PLC FX1S để người lập trình dễ dàng theo dõi và lập trình cho đúng giới hạn.
Mục |
Chi tiết kỹ thuật |
Ghi chú |
|
Dung lượng chương trình |
Có sẵn 2000 bước |
Có thể mở rộng đến 8000 bước khi sử dụng bộ nhớ gắn thêm |
|
Cấu hình vào/ra |
Về phần cứng cấu hình vào/ra có tối đa. |
||
Rơle phụ trợ M
|
Chung |
Số lượng 384 |
M0 đến M383 |
được chốt |
128 |
M384 đến M511 |
|
Chuyên dùng |
256 |
M8000 đến M8255 |
|
Role trạng thái S |
cờ hiệu |
128 |
S0 đến S127 |
khởi tạo |
10(tập con) |
S0 đến S9 |
|
Bộ định thì (T)
|
100 mili giây |
Khoảng định thì 0 đến 32767giây Số lượng 63 |
T0 đến T162 |
10 mili giây |
Khoảng định thì :0đến 32767 giây Số lượng 31 |
T32 đến T62 Khi M8028 ON |
|
1 mili giây |
Khoảng định thì :0 đến 32767 giây Số lượng 1 |
T63 |
|
Bộ đếm (C)
|
Chung (16bit) |
Khoảng đếm :1 đến 32.767 Số lượng 16 |
C0 đến C15 loại bộ đếm lên 16 bit. |
Được chốt(16bit) |
16 (tập con) |
C16 đến C31 loại bộ đếm lên 16 bit |
|
Bộ đếm tốc độ cao (C)
|
1 pha |
Khoảng đếm :-2147483648 đến 2147483647 Qui tắc chung : chọn cách kết hợp bộ đếm với tần số đếm từ 5kHz trở xuống (1pha) và 2kHz trở xuống(2 pha hoặc pha A/B) |
Từ C235 đến C240 6 bộ |
1 pha hoạt động bằng ngõ vào |
C241 đến C245 5 bộ |
||
2 pha |
C246 đến C250 5 bộ |
||
Pha A/B |
C251 đến C255 5 bộ |
||
Thanh ghi dữ liệu (D)
|
Chung |
Số lượng 128 |
D0 đến D127 Loại cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit |
Được chốt |
128(tập con) |
Từ D128 đến D255 Loại cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho 32 bit |
|
Thanh ghi tập tin |
1500 |
D1000 đến D2499 được đặt bởi thông số trong 3 khối của 500 bước chương trình Loại thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit |
|
Thanh ghi tập tin thay đổi bên ngoài |
0 đến 255 Số lượng: 2
|
Dữ liệu được đưa từ ngoài vào thanh ghi (D8030 D8031). Loại thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit. |
|
Đặc biệt |
256 D8013 |
Trong khoảng D8000 đến D8255. Loại thanh chi lug trữ dữ liệu 16 bit |
|
Chỉ mục |
16 |
V và Z Loci thanh chi lưu trữ dữ liệu 16 bit |
|
Thanh chi con trỏ (P) |
Sử dụng cho lệnh CALL |
64 |
Từ P0 đến P63 |
Sử dụng cho lệnh ngắt |
6 |
I00x đến I50x, Cạnh lên x =1, Cạnh xuống x =0) |
|
Hằng số |
Thập phân |
16 bit: -32,768 to +32,767 32 bit: -2,147,483,648 to +2,147,483,647 |
|
Số thập lục phân |
16 bit: 0000 to FFFF 32 bit: 00000000 to FFFFFFFF |
Để thuận lợi cho việc nắm bắt các tập lệnh trong PLC họ FX người viết bài đã phân chia các tập lệnh thành các nhóm có tính chất chung nhất về ý nghĩa, chức năng. Bao gồm các tập lệnh sau:
3.2 TẬP LỆNH CƠ BẢN
3.2.1 LỆNH LOGIC VỚI BIT ( LỆNH VỀ TIẾP ĐIỂM)
Lệnh LD (Load), LDI (Load inverse):
Tên lệnh |
Chức năng |
Hình dạng |
Thiết bị |
Số bước thực hiện |
LD(Load) |
Khởi tạo loại contact NO |
|
X,Y,M,S,T,C |
1 |
LDI(Load inverse) |
Khởi tạo loại contact NC |
|
X,Y,M,S,T,C |
1 |
*Thí dụ:
Ladder |
Instructions |
|
LD X0 |
* Giải thích:
-Y0 on khi X0 on |
|
* Đặc điểm: Lệnh LD, LDI được nối trực tiếp vào đầu bên trái, ngoài ra cũng được dùng để xác định khối chương trình khi dùng lệnh ANB và ORB.
Lệnh LDP, LDF:
Tên lệnh |
Chức năng |
Hình dạng |
Thiết bị |
Số bước |
LDP
|
Được kích hoạt tương ứng với ngõ vào tác động cạnh lên của xung, vào đầu một dòng lệnh hay một khối. |
|
X,Y,M,S,T,C |
LDP: 1 bước |
LDF
|
Được kích hoạt tương ứng với ngõ vào tác động cạnh xuống của xung, vào đầu một dòng lệnh hay một khối. |
|
X,Y,M,S,T,C |
LDP: 1bước |
Lệnh OUT
Tên lệnh |
Chức năng |
Hình dạng |
Thiết bị |
Số bước thực hiện |
OUT |
Cho kết quả ra đến cuộn dây |
|
X, Y, M, S, T, C |
Y,M: 1, S, cuộn M chuyên dùng: 2, T: 3, C ( 16bít ): 3 và với 32 bít là: 5 |
*Thí dụ:
Ladder |
Instructions |
|
LD X0 |
* Đặc điểm:
- Lệnh OUT nối trục tiếp với đầu biên phải.
- Nhiều lệnh OUT có thể nối song song.
- Lệnh OUT không thể dùng để điều khiển thiết bị ngõ vào loại X.
3.2.2 LỆNH SO SÁNH
Lệnh CMP, DCMP ( Compare, double compare )
........................................
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. 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 (đôi với DC)
5.4.3 Các loại và tính năng của Servo Motors:
Động cơ Servo được phân loại thành các động cơ servo DC, động cơ servo AC, và động cơ bước.
Có hai loại động cơ servo AC , động cơ servo đồng bộ và động servo loại cảm ứng.
+Phân loại động cơ servo:
Hình 5.12 Phân loại đông cơ Servo
+Nét đặc trưng của mỗi động cơ servo:
|
Động cơ bước |
Động cơ Servo DC |
Động cơ Servo AC loại đồng bộ |
Động cơ Servo AC loại cảm ứng |
Công suất |
Nhỏ hơn 100W |
Nhỏ hơn 500W |
100 đến 2KW |
2KW trở lên |
Ưu điểm |
Nhỏ gọn Giá rẽ |
Kích thước bên ngoài nhỏ Mô men lớn Dể điều khiển Giá rẻ |
Không cần bảo trì. Tốc độ cao và Mô men lớn. |
Không cần bảo trì. Tốc độ cao và Mô men lớn. Bền. |
Nhược điểm |
Tốc độ động cơ thấp. |
Khó sửa chửa. Sự tin cậy thấp Đòi hỏi sự bảo trì. |
Giá thành cao. |
Hoạt đông hiểu quả với mô hình công suất trung bình. Mạch điều khiển phức tạp. Giá thành cao. |
5.4.4 Cấu trúc động cơ servo AC :
Hình 5.13 Cấu trúc động cơ Servo
Các tính năng của động cơ servo AC so với động cơ servo DC:
- Nam châm vĩnh viễn được gắn sẳn trên roto .... từ trường quay.
- Cuộn dây được cung cấp trên các Stator ... ... ... ... tĩnh phần ứng.
- Mặt khác, các chức năng điện của Stator một rotor được đảo ngược, động cơ AC servo không có các chuyển mạch và chuổi than mà động cơ DC servo có.
5.5Nguyên tắc hoạt động của đông cơ servo AC:
Hình 5.14 Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo
Như hình trên thì động cơ có ba cuộn dây với một đầu chung cho tất cả các cuộn dây. Thông thường đầu chung được đấu với nguồn dương nguồn và được kích từ theo thứ tự liên tục.
Theo hình thì đây là động cơ có góc quay 120 độ cho mỗi bước. Rotor trong động cơ có 2 răng. Stator có ba cực cách nhau 120 độ. Khi cuộn một kích điện thì răng của rotor bị hút vào cực một.Nếu dòng qua cuộn một bị ngắt và đóng dòng cho cuộn hai , rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ và răng của rotor sẽ hút vào cực hai.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta cần cấp điện liên tục luân phiên cho ba cuộn dây. Bảng dưới đây thể hiển rõ quá trình hoạt động của động cơ servo.
5.6 Giới thiệu về điều khiển SERVO
5.6.1 Các dạng điều khiển tiêu biểu:
Một trong những dạng phổ biến trong những hoạt động điều khiển Servo Motor là sự dụng Transistor.
5.6.1.1 Transistor PWM
5.6.1.2Nguyên lý hoạt động:
Hình 5.15 Mạch điều khiển động cơ Servo cơ bản
5.7.1.3 Giới thiệu sơ lược về ServoPack YasKaWa:
Hình 1.16 Hình dạng bên ngoài của Servo Pack YasKaWa
Chương 6
QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN SERVO
- Bước 1 : Cài đặt.
Cài đặt động cơ servo và servopack theo các điều kiện cài đặt.Không kết nối đến tải vì động cơ servo sẽ được vận hành đầu tiên theo một điều kiện không tải để kiểm tra.
- Bước 2 : Đấu dây và kết nối.
Xác định các cáp kết nối của mạch chính cung cấp điện, động cơ và encorder, ngoại trừ kết nối với bộ điều khiển. Hệ thống dây điện không chính xác thường là lý do tại sao servomotors không hoạt động cho đúng trong hoạt động điều khiển.
Với cổng CN1 là không cần thiết kết nối, hãy kiểm tra nguồn điện mạch và hệ thống dây điện servomotor.
Hình 6.1 Đấu dây nguồn và Cáp Encoder
- Bước 3 : Cấp nguồn.
Nếu nguồn điện cung cấp là chính xác, các panel hiển thị trên bảng điều khiển phía trước của SERVOPACK sẽ xuất hiện như hình dưới đây
Màn hình hiển thị rằng quay thuận bị nghiêm cấm (POT) và quay ngược bị nghiêm cấm (N-OT)
Nếu một màn hình hiển thị báo động xuất hiện,thì việc cấp điện mạch servomotor ,hệ thống dây điện, hoặc dây encorder là không chính xác. Nếu báo thức được hiển thị, thì tiến hành tắt nguồn ,tìm nguyên nhân vấn đề, và sửa chữa nó.
Hình 7.2 Panel hiện thị
- Bước 4 :Thực hiện chế độ hoạt động chạy thử.
Sử dụng panel của bảng điều khiển để vận hành chức năng tiện ích servomotor với Fn002 (Jog Chế độ hoạt động).
Kiểm tra xem servomotor xoay theo hướng về phía trước của UP, và đảo ngược hướng của phím DOWN. hoạt động là hoàn thành khi hoạt động được thực hiện như mô tả dưới đây và màn hình hiển thị báo động không xuất hiện. Hoàn thành chế độ Fn002 (Jog Chế độ hoạt động) và lần lượt OFF nguồn.
Chế độ hoạt động (Fn002)
Hình 7.3 Chế độ hoạt động (Fn002)
- Bước 5:Kết nối tín hiệu ngõ vào CN1. Sau khi ngắt nguồn.
Hình 7.4 Kết nối tính hiệu ngõ vào
- Bước 6 :Kiểm tra đầu tín hiệu đầu vào.
Bật nguồn và nếu tín hiệu đầu vào là đúng thì Panel điều khiển sẽ hiện thị như hình dưới đậy:
Kiểm tra tín hiệu với chức năng Un005 trên Panel điều khiển
Tiến hành bật ON/OFF tín hiệu đầu vào để xem sự thay đổi trên Panel điều khiển.
Hình 7.5 Panel tín hiệu ngõ vào
Nếu Encoder được sự dụng thì Servo sẽ không khởi động khi có tín hiệu đầu vào ON (S-ON) đến khi tín hiệu SEN được ON.
Kiểm tra tín hiệu SEN bằng Panel điều khiển , khi tín hiệu SEN vào ON thì led trên sẽ sáng vì tín hiệu ở mức cao.
Bật tín hiệu chạy Servo Panel .
- Bước 7 Thiết lập tham số cần thiết cho ServoPack phù hợp với điều kiện đặt ra.
Như dưới đây ta thiết lập tham số cho hoạt động kiểm soát vị trí của động cơ.
Bước |
Hoạt động |
Cấu hình tải |
|
|
|||
1 |
Kiểm tra thông số cài đặt |
Góc trên mỗi vòng là 360° Tỷ lệ 3:1
|
|
2 |
Kiểm tra xung Encoder |
13-bit: 2048 P/R
|
|
3 |
Đơn vị dịch chuyển được sự dụng |
Góc quay tham khảo 0.01°.
|
|
4 |
Tính toán khoảng cách tải |
Góc quay tham khảo 0.01°.
|
|
5 |
Tính toán tỷ số chuyền động |
|
|
6 |
Đặt thông số |
Pn202 |
24576 |
Pn203 |
3600 |
- Bước 8: Chạy Servo.
Chương 7
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
7.1 Sơ đồ kết nối dây mạch động lực:
Hình 8.1 Sơ đồ kết nối
7.2 Sơ đồ mạch điều khiển:
Hình 8.2 Mạch điều khiển
7.3 Sơ đồ đấu dây tín hiệu ngỏ vào Servopack:
Hình 8.3 Sơ đồ đấu tín hiệu vào Servo Pack
7.4 Sơ đồ đấu dây PLC
Hình 8.4 Sơ đồ đấu dây PLC
7.5 Bản vẽ mô hình:
Hình 8.5 Bản vẽ mô hình
CHƯƠNG 8
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
8.1 KẾT LUẬN
Với sự nỗ lực tìm tòi nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài, bên cạnh sự giúp đỡ từ phía Thầy Cô, bạn bè, quyển Đồ Án đã hoàn thành đúng thời gian qui định và đạt được những kết quả sau:
- Khảo sát họ PLC FX-1S của hãng MITSUBISHI cùng các phần mềm liên quan. Tìm hiểu khả năng ứng dụng của PLC FX trong điều khiển các thiết bị chấp hành và truyền thông giữa hai PLC FX. Định hướng điều khiển truyền thông cho nhiều PLC FX khác.
- Khảo sát phần mềm GX-Developer, nắm bắt các bước lập trình, các tập lệnh cơ bản đến chuyên dụng.
- Tìm hiểu về lý thuyết hệ thống hệ thống Servo.
- Thiết kế mô hình thực tế cho các hệ thống Servo .
8.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Đề tài có nhiều gợi mở ở nhiều khía cạnh khác nhau với mong muốn được hoàn thiện hơn. Có thể phát triển theo các hướng sau:
- Hoàn thiện hệ thống Servo trong điều khiển tốc độ động cơ, kiểm soát vị trí..
- Sử dụng các tài liệu cung cấp của đề tài như kiến thức cơ bản PLC của Mitsubishi, cấu trúc hệ thông Servo để thiết kế, điều khiển các ứng dụng trong các nhà máy xí nghiệp.