ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HỆ THỐNG CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG ỨNG
DỤNG ĐỘNG CƠ SERVO

BÙI ĐỨC HƢNG

14017801

LÊ PHƢƠNG NAM

14013801

GVHD: TS. NGÔ THANH QUYỀN

TP.HCM <2018>


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1.

2.

Họ và tên sinh viên đƣợc giao đề tài
Lê Phƣơng Nam

MSSV: 14013801

Bùi Đức Hƣng

MSSV: 14017801

Tên đề tài
ỨNG DỤNG AC SERVO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY CHIẾT RĨT CHẤT
LỎNG

3.

Nội dung
+ Tìm hiểu và điều khiển đƣợc động cơ AC servo. Cài đặt các thông số cho
driver servo
+ Tìm hiểu lập trình đƣợc cho module điều khiển vị trí FX2N-20GM
+ Đọc, hiểu và khắc phục sự cố tủ điện điều khiển
+ Đọc hiểu sử dụng phần mềm FX-PCS-VPS/WIN-E của bộ điều khiển
FX2N-20GM
+ Sử dụng vi xử lý lập trình điều khiển trục Z theo đúng hành trình

4.

Kết quả
Mơ hình chạy theo đúng thiết kế.

Tp. HCM, ngày

Giảng Viên Hƣớng Dẫn

tháng năm 2018.


Sinh viên

i


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 6 năm 2018

Giảng Viên Hƣớng Dẫn

ii


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ................................................... i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ........................................................ ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .............................................................................1
1.1. Lí Do Chọn Đề Tài ................................................................................................1
1.2. Mục Tiêu Của Đề Tài............................................................................................1
1.3. Phƣơng Pháp Nghiên Cứu.....................................................................................1
1.4. Ý Nghĩa Của Đề Tài..............................................................................................2
2.1. Khái Niệm Máy Chiết Rót ....................................................................................3
2.2. Cấu Tạo Và Chức Năng Của Máy Chiết Rót ........................................................3
2.3. Bộ Điều Khiển.......................................................................................................4
2.4. Máy Chiết Rót Thực Tế Sử Dụng Ac Servo Motor ..............................................4
3.1. Thiết Kế Cơ Khí ....................................................................................................5
3.1.1. Các Thơng Số Thiết Kế Ban Đầu ...................................................................5
3.1.2. Cấu Tạo Của Máy Chiết Rót ...........................................................................5
3.2. Thiết Kế Tủ Điện ..................................................................................................8
4.1. Khái Niệm Servo .................................................................................................10
4.1.1. Cơ Cấu Định Vị ............................................................................................10
4.1.2. Hệ Thống Điều Khiển ...................................................................................11
4.1.3. Bộ Điều Khiển Pid ........................................................................................12
4.2. Sự Khác Biệt So Với Motor Thƣờng ..................................................................13
4.2.1. Tăng Tốc Độ Đáp Ứng .................................................................................13
4.2.2. Tăng Khả Năng Đáp Ứng .............................................................................14
iii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

4.2.3. Mở Rộng Vùng Điều Khiển (Control Range) ..............................................14

4.2.4. Khả Năng Ổn Định Tốc Độ ..........................................................................15
4.2.5. Tăng Khả Năng Chịu Đựng Của Động Cơ ...................................................15
4.3. Nguyên Lý Hoạt Động Của Encoder ..................................................................15
4.4. Động Cơ Ac Servo Hk-Kfs-13 Và Driver Mr-J2s-10a .......................................16
4.4.1. Giới Thiệu Driver Mr-J2s-10a ......................................................................16
4.4.2. Động cơ servo HC-KFS13. ...........................................................................17
4.5. SƠ ĐỒ KẾT NỐI ................................................................................................18
4.5.1. Kết Nối Ngoại Vi ..........................................................................................18
4.5.2. Sơ Đồ Kết Nối CN1A Và CN1B ..................................................................20
4.5.3. Sơ Đồ Mạch Điều Khiển ..............................................................................23
4.6. Bảng Tham Số .....................................................................................................23
4.7. Lƣu Đồ Màn Hình ...............................................................................................28
4.8. Quy Trình Vận Hành...........................................................................................33
4.8.1. Kiểm Tra Trƣớc Khi Vận Hành ....................................................................33
4.8.2. Trình Tự Vận Hành.......................................................................................33
4.9. Cài Đặt Các Tham Số Trên Mơ Hình .................................................................34
4.10. Các Lỗi Và Cảnh Báo Của Servo ......................................................................36
4.11. Hệ Thống Phát Hiện Vị Trí Tuyệt Đối .............................................................37
4.11.1. Đặc Điểm ....................................................................................................37
4.11.2. Cấu Hình .....................................................................................................38
4.11.3. Quy Trình Ban Đầu .....................................................................................39
CHƢƠNG 5: BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ FX2N-20GM ............................................40
5.1. Tổng Quan Về Bộ Điều Khiển Vị Trí Fx2n-20gm .............................................40
5.1.1. Sơ Lƣợc Về FX2N-20GM ............................................................................40
5.1.2. Kích thƣớc bên ngoài. ...................................................................................40
5.1.3. Đặc điểm kỹ thuật. ........................................................................................41
5.1.4. Tên Các Thành Phần. ....................................................................................42
5.1.5. Led Chỉ Thị ...................................................................................................42
5.1.6. Đặc Điểm Ngõ Vào, Ngõ Ra. .......................................................................43
iv



SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

5.1.7. Đầu Kết Nối I/O. ...........................................................................................45
5.1.8. Kết Nối Mở Rộng I/O. ..................................................................................46
5.1.9. Kết Nối PLC..................................................................................................46
5.1.10. Sơ Đồ Kết Nối FX2N-20GM Với Động Cơ Servo MR-J2S-10A ..............48
5.2. Tập Lệnh .............................................................................................................50
5.3. Cài Đặt Thơng Số ................................................................................................52
5.3.1. Cấu Hình Hệ Thống ......................................................................................52
5.3.2. Cài Đặt Thông Số: ........................................................................................52
CHƢƠNG 6: PHẦN MỀM FX-PCS-VPS/WIN-E VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI TRỤC Z
.......................................................................................................................................55
6.1. Phần Mềm Fx-Pcs-Vps/Win-E............................................................................55
6.1.1. Giới Thiệu: ....................................................................................................55
6.1.2. Giao Diện Của Phần Mềm ............................................................................55
6.1.3. Lập Trình Lƣu Đồ .........................................................................................58
6.2. Thiết Bị Ngoại Vi Trục Z ....................................................................................60
6.2.1. Động Cơ Bƣớc (Step Motor) ........................................................................60
6.2.2. Máy Bơm Chất Lỏng ....................................................................................62
CHƢƠNG 7: ĐIỀU KHIỂN MÁY CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG ................................64
KẾT LUẬN ...................................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................72

v



SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 2. 1 Máy chiết rót sử dụng AC servo trong thực tế ...............................................4
Hình 3. 1 Mơ hình máy chiết rót ....................................................................................5
Hình 3. 2 Chi Tiết Máy....................................................................................................6
Hình 3. 3 Cấu tạo vitme đai ốc bi ....................................................................................6
Hình 3. 4 Bộ phận trục X.................................................................................................7
Hình 3. 5 Bộ phận trục Y.................................................................................................7
Hình 3. 6 Bố trí thiết bị ....................................................................................................8
Hình 3. 7 Bố trí đèn báo nút nhấn ...................................................................................9
Hình 4. 1 Mơ hình của một hệ thống ............................................................................ 10
Hình 4. 2 Một số ví dụ về cơ cấu...................................................................................10
Hình 4. 3 Điều khiển vịng kín ......................................................................................11
Hình 4. 4 Cấu hình của một hệ thống servo ..................................................................11
Hình 4. 5 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID .................................................................12
Hình 4. 6 Thành phần chính của encoder ......................................................................16
Hình 4. 7 Nhãn mác của Driver .....................................................................................16
Hình 4. 8 Giao diện interface của amplifier ..................................................................17
Hình 4. 9 Tổng quan bộ driver servo .............................................................................17
Hình 4. 10 Động cơ AC servo HC-KFS13 ....................................................................18
Hình 4. 11 Kết nối ngoại vi ...........................................................................................19
Hình 4. 12 Sơ đồ kết nối các chân CN1A và CN1B .....................................................20
Hình 4. 13 Sơ đồ mạch điều khiển ................................................................................23
Hình 4. 14 Lƣu đồ màn hình .........................................................................................29
Hình 4. 15 Màn hình hiển thị cài đặt thơng số ..............................................................32
Hình 4. 16 Giao diện chế độ test ...................................................................................32

Hình 4. 17 Khối terminal mạch điều khiển ...................................................................33
Hình 4. 18 Hệ thống phát hiện vị trí tuyệt đối ...............................................................37
Hình 4. 19 Quy trình cài đặt pin ....................................................................................39
Hình 5. 1 Kích thƣớc FX2N-20GM ............................................................................. 40
Hình 5. 2 Các thành phần của FX2N-20GM .................................................................42
Hình 5. 3 Led chỉ thị và công tắc Manu/Auto ...............................................................43
vi


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Hình 5. 4 Sơ đồ chân đầu kết nối I/O ............................................................................45
Hình 5. 5 Kết nối khối mở rộng....................................................................................46
Hình 5. 6 Kết nối với PLC .............................................................................................47
Hình 5. 7 Sơ đồ kết nối FX2N- 20GM và động cơ servo..............................................48
Hình 5. 8 Cài đặt thơng số cho Dog switch ...................................................................49
Hình 5. 9 Đấu nối ABS phát hiện vị trí tuyệt đối .........................................................50
Hình 5. 10 Cấu hình hệ thống ........................................................................................52
Hình 5. 11 Tỷ số electronic gear (Servo Amplifier).....................................................52
Hình 6. 1 Giao diện chính của phần mềm .................................................................... 55
Hình 6. 2 Giao diện lƣu đồ ............................................................................................56
Hình 6. 3 Cửa sổ Mơ phỏng ..........................................................................................57
Hình 6. 4 Cửa sổ Program in text ..................................................................................59
Hình 6. 5 Comment .......................................................................................................59
Hình 6. 6 Parameter .......................................................................................................60
Hình 6. 7 Sơ đồ kết nối độc cơ bƣớc ............................................................................61
Hình 6. 8 Phần mềm Arduino IDE ................................................................................62
Hình 6. 9 Máy bơm DC12V-MB4090...........................................................................63

Hình 7. 1 Giao diện điều khiển khi chƣa khởi chạy ................................................... 65
Hình 7. 2 Chọn chế độ điều khiển .................................................................................66
Hình 7. 3 Tủ điều khiển .................................................................................................66
Hình 7. 4 Giao diện điều khiển khi đã khởi chạy ..........................................................67
Hình 7. 5 Chƣơng trình đang hoạt động chế độ Auto ...................................................67
Hình 7. 6 Báo lỗi............................................................................................................68

vii


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4. 1 Thông số cơ bản của động cơ HC-KFS13 ....................................................18
Bảng 4. 2 Tên và ký hiệu các chân CN1A và CN1B ....................................................21
Bảng 4. 3 Bảng tham số servo Amplifier MR-J2S-10A................................................24
Bảng 4. 4 Bảng giải thích các ký hiệu trên lƣu đồ màn hình .......................................29
Bảng 4. 5 Các tham số đƣợc cài đặt thực tế trên mơ hình ............................................34
Bảng 4. 6 Các lỗi, cảnh báo thƣờng gặp .......................................................................36
Bảng 5. 1 Đặc điểm ngõ vào FX2N-20GM.................................................................. 43
Bảng 5. 2 Đặc điểm ngõ ra FX2N-20GM .....................................................................44
Bảng 5. 3 Tập lệnh FX2N-20GM ..................................................................................50

viii


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng


Khóa Luận Tốt Nghiệp

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Lí Do Chọn Đề Tài
Trong nền công nghiệp 4.0 nhƣ hiện nay, công nghiệp hóa hiện đại hóa phát
triển mạnh mẽ. Dẫn đến nhu cầu máy móc thay thế cho con ngƣời trong các môi
trƣờng công việc độc hại và nguy hiểm ngày càng tăng cao. Nhƣng dù máy móc có
hiện đại đến đâu cũng khơng thể thay thế hồn tồn cho con ngƣời, do đó nhóm em
quyết định chọn đề tài “ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG ỨNG DỤNG
ĐỘNG CƠ SERVO ” để hỗ trợ và làm tăng sự an toàn cho các nhà khoa học trong quá
trình nghiên cứu của họ khi phải tiếp xúc trực tiếp với các chất độc hại, chất hạn chế
tiếp xúc và chất cần xử lí ở môi trƣờng đặc biệt.
Chúng em đã ứng dụng các ƣu điểm của động cơ servo (Momen trên các trục
đều, tốc độ cao, mạch điều khiển chính xác và đều, độ chính xác cao) để đảm bảo chọn
đúng vị trí cơng tác. Hạn chế thấp nhất có thể sự sai sót về vị trí trong q trình sử
dụng.
1.2. Mục Tiêu Của Đề Tài
Nội dung nghiên cứu của đề tài “ Hệ Thống Chiết Rót Chất Lỏng Ứng Dụng
Động Cơ Servo ” :
+ Tìm hiểu và điều khiển đƣợc động cơ AC servo. Cài đặt các thơng số cho driver
servo
+ Tìm hiểu lập trình đƣợc cho module điều khiển vị trí FX2N-20GM
+ Đọc, hiểu và sửa lỗi tủ điện điều khiển
+ Đọc hiểu sử dụng phần mềm FX-PCS-VPS/WIN-E của bộ điều khiển FX2N20GM
+ Sử dụng vi xử lý lập trình điều khiển trục Z theo đúng hành trình
1.3. Phƣơng Pháp Nghiên Cứu
Đề tài sử dụng động cơ AC servo để truyền động cho hai trục X,Y điều khiển
bằng bộ điều khiển FX2N-20GM một cách độc lập hoặc đồng thời chạy đúng theo
hành trình thiết kế. Dùng vi xử lý Arduino Uno R3 để điều khiển động cơ bƣớc truyền
động đầu chiết rót. Điều khiển bơm theo lƣu lƣợng cố định bằng bộ điều khiển.

1


SV: Lê Phƣơng Nam – Bùi Đức Hƣng

Khóa Luận Tốt Nghiệp

1.4. Ý Nghĩa Của Đề Tài
Đề tài “Hệ Thống Chiết Rót Chất Lỏng Ứng Dụng Động Cơ Servo” mơ phỏng
máy chiết rót thiết kế dƣới dạng compact đơn khối gồm các module điều khiển vị trí,
servo driver, PLC, màn hình touch screen và panel điều khiển (giao diện ngƣời thao
tác - operator interface). Giúp sinh viên nắm đƣợc cách cài đặt thông số cho driver của
AC servo, đấu nối AC servo với bộ điều khiển, ứng dụng của AC servo trong thực tế,
có kinh nghiệm trong việc nắm bắt các dịng AC servo khác nhau. Nắm bắt đƣợc cơng
việc lập trình trong thực tế, việc soạn chƣơng trình có thể đƣợc thực hiện theo hai
cách: lập trình tự động bằng tay nhờ panel điều khiển và lập trình tự động bằng máy
tính.
Sau khi hồn thành đề tài sinh viên có khả năng đọc và tìm hiểu tài liệu cho các
sản phẩm sử dụng trong đề tài, nắm bắt và làm chủ đƣợc cơng nghệ. Để hồn thành để
tài sinh viên cần phải vận dụng tất cả những kiến thức đã đƣợc học trong suốt quá trình
đồng thời là một cơ hội sinh viên kiểm tra lại kiến thức mình đã có những gì và thiếu
sót những gì để tìm tịi, nghiên cứu trang bị những kiến thức còn thiếu trƣớc khi ra
trƣờng và bƣớc vào môi trƣờng làm việc thực tế.

2