ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG CƠ AC
SERVO THÔNG QUA MẠNG SSCNET III/H

Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Sinh viên:

TRẦN ĐÌNH SANG
MSSV: 15151208
HỒ XN THANH
MSSV: 15151215

Hướng dẫn: Th.S LÊ HỒNG LÂM

TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2019


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN ĐÌNH SANG

MSSV: 15151208

Họ và tên sinh viên 2: HỒ XUÂN THANH

MSSV: 15151215

Chuyên ngành:

Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Khóa: 2015 – 2019

Lớp: 151511

I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG CƠ AC SERVO
THÔNG QUA MẠNG SSCNET III/H.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Tìm hiểu về động cơ servo cũng như cách điều khiển
- Tìm hiểu về bộ động cơ servo và driver MR-J4-B của Mitsubishi

- Tìm hiểu về điều khiển vị trí
- Tìm hiểu về các hệ thống đồng bộ trong công nghiệp
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống đồng bộ
- Thiết kế cơ khí cho mơ hình
- Thiết kế phần điều khiển cho hệ thống
- Viết chương trình điều khiển cho Q-motion CPU
- Viết chương trình điều ladder cho CPU dịng Q series
- Cài đặt các thơng số theo cơ khí đã thiết kế và điều chỉnh máy
- Thiết kế lập trình cho màn hình HMI GOT 1000
- Chạy thử nhiều lần, ghi nhận lại các qua trình chạy và rút ra sai số
- Nhận xét và kết luận
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S LÊ HOÀNG LÂM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
(Ký tên & đóng dấu)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng năm


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: TRẦN ĐÌNH SANG

MSSV: 15151208

Họ tên sinh viên 2: HỒ XUÂN THANH

MSSV: 15151215

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG CƠ AC SERVO THÔNG
QUA MẠNG SSCNET III/H.

Tuần/ngày

Nội dung

1

Xét duyệt đề tài và đề cương.

2

Tìm hiểu sơ lược hệ thống, lựa chọn thiết bị, cảm
biến, động cơ, Driver.

3

Tìm hiểu điều khiển động cơ Servo, điều khiển vị
trí, điều khiển tốc độ.


4

Tìm hiểu mạng quản lý động cơ Servo – SSCNET
III/IV.

5

Tìm hiểu chương trình SFC, viết chương trình SFC
đầu tiên.

6

Tìm hiểu cơ khí ảo, cách đồng bộ động cơ trong
phần mềm MT Developer của hãng Mitsubishi.

7

Viết chương trình điều khiển tốc độ, vị trí động cơ
đầu tiên.

8

Viết chương trình điều khiển đồng bộ tốc độ động
cơ Servo đầu tiên.

9

Tính tốn, thiết kế phần cơ khí.


10

Hồn thành phần cơ khí.

Xác nhận
GVHD


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

11

Tính tốn thiết kế phần điện.

12

Hồn thành phần điện.

13

Viết chương trình điều khiển hồn chỉnh cho mơ
hình.

14

Kiểm tra giải thuật, sửa lỗi, tăng tốc độ đồng bộ

15

Hoàn thành mơ hình, viết báo cáo


GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2019

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN ĐÌNH SANG

MSSV: 15151208

Họ và tên sinh viên 2: HỒ XUÂN THANH

MSSV: 15151215

Chuyên ngành:

Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy


Khóa: 2015 – 2019

Lớp: 151511

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Th.S LÊ HOÀNG LÂM
Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG CƠ AC SERVO THÔNG
QUA MẠNG SSCNET III/H.

NHẬN XÉT
Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ưu điểm:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Khuyết điểm:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

.........................................................................................................................................
Đề nghị cho bảo vệ hay không?

Đánh giá loại:........................................................................................................
Điểm:……………….(Bằng chữ: ...............)

TP. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 07 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2019

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN ĐÌNH SANG

MSSV: 15151208

Họ và tên sinh viên 2: HỒ XUÂN THANH

MSSV: 15151215

Chuyên ngành:


Cơng nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Khóa: 2015 – 2019

Lớp: 151511

Họ và tên Giáo viên phản biện: Th.S TRẦN VĂN SỸ
Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ CAO ĐỘNG CƠ AC SERVO THÔNG
QUA MẠNG SSCNET III/H.

NHẬN XÉT
Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ưu điểm:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

.........................................................................................................................................
Đề nghị cho bảo vệ hay không?
Đánh giá loại:........................................................................................................
Điểm:……………….(Bằng chữ: ...............)

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2019

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của chúng tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Người thực hiện đề tài


LỜI CẢM ƠN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
trong thời gian 3 tháng. Trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp, nhóm sinh viên đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ để hồn thành luận văn này.
Trước tiên nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
hướng dẫn Lê Hồng Lâm đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm
cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Xin gửi lời cảm ơn
đến quý thầy cô Khoa Điện- Điện tử , Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. HCM,
những người đã truyền đạt kiến thức nền tảng quý báu cho nhóm trong suốt thời gian
học tập vừa qua. Xin gửi lời cảm ơn bạn bè và các bạn sinh viên lớp 151511 đã ln
động viên, giúp đỡ nhóm trong quá trình làm luận văn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn đến mọi người xung quanh, gia đình,
người thân, bạn bè và thầy cô đã và đang bên cạnh, ủng hộ chung em trên con đường
học tập, làm việc và tìm ra những hướng đi mới trong tương lai.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.....................................................................................................1

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................2
1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI......................................................................................................2
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.........................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................................4
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC..................................................................................4
2.1.1 Tổng quan về PLC.................................................................................................4
2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC................................................................................5
2.1.3 Vai trò......................................................................................................................6
2.2 PLC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI...............................................................6
2.3 ĐỘNG CƠ SERVO.....................................................................................................10
2.3.1 Giới thiệu về Servo...............................................................................................10
2.3.2 Phân loại động cơ Servo......................................................................................10
2.3.3 Chức năng.............................................................................................................12
2.3.4 Cấu tạo..................................................................................................................12
2.4 DRIVER SERVO........................................................................................................12
2.5 ENCODER..................................................................................................................14
2.5.1 Khái niệm Encoder..............................................................................................14
2.5.2 Phân loại Encoder................................................................................................15
2.6 HMI GOT 1000...........................................................................................................16
2.7 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ SERVO...............................17
2.7.1 Thiết lập bộ truyền động điện tử........................................................................17
2.8 HỆ THỐNG CƠ KHÍ ẢO..........................................................................................20
2.8.1 Điều khiển đồng bộ...............................................................................................20
2.8.2 Module truyền động – trục đầu vào...................................................................21
2.8.3 Các Module dẫn động..........................................................................................22
2.8.4 Module đầu ra – đĩa CAM...................................................................................23
2.9 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH MOTION SFC...............................................................25
2.9.1 Sơ lược về việc sử dụng ngôn ngữ SFC..............................................................25
2.9.2 Cơ cấu chương trình SFC chuyển động.............................................................26
2.9.3 Bảng biểu tượng trong biểu đồ Motion SFC......................................................27



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.9.4 Cách điều khiển chuyển động.............................................................................29
2.9.5 Cách điều khiển quy trình...................................................................................30
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG..................................................31
3.1 GIỚI THIỆU...............................................................................................................31
3.2 PHẦN CƠ KHÍ...........................................................................................................31
3.2.1 Yêu cầu phần cứng...............................................................................................31
3.2.2 Trục truyền động..................................................................................................32
3.2.3 Phần khung mơ hình............................................................................................32
3.2.4 Phần bánh răng đồ bộ..........................................................................................33
3.3 PHẦN ĐIỆN................................................................................................................37
3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống...............................................................................37
3.3.2 Linh kiện sử dụng trong hệ thống.......................................................................38
3.3.2.1 Trạm CPU..........................................................................................................38
3.2.3 Màn hình HMI GOT 1000...................................................................................53
3.2.4 Động cơ Linear Servo..........................................................................................54
3.2.5 Nguồn 24VDC và 5VDC......................................................................................58
3.2.6 Cảm biến tiệm cận Omron EE-SX 772C............................................................58
3.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN........................................................................64
3.3.1 Mạch động lực......................................................................................................64
3.3.2 Mạch kết nối động cơ Servo................................................................................65
3.3.3 Mạch điều khiển...................................................................................................66
3.4 THI CÔNG MƠ HÌNH...............................................................................................70
3.4.1 Phần cơ khí...........................................................................................................70
3.4.2 Thi cơng phần điện...............................................................................................71
CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...............................73
4.1 MƠ TẢ HỆ THỐNG..................................................................................................73

4.2 MƠ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA MƠ HÌNH VÀ GIẢI THUẬT..................................73
4.2.1 Mơ tả hoạt động của mơ hình..............................................................................73
4.2.1 Giải thuật điều khiển...........................................................................................74
4.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.................................................................................80
4.3.1 Phần mềm cài đặt.................................................................................................80
4.4. Bước 6 – Chương trình SFC.....................................................................................95
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................101
5.1 KẾT LUẬN................................................................................................................101


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................103


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC Motion............................................4
Hình 2.2: Một động cơ Servo của hãng Mitsubishi................................................... 10
Hình 2.3: Một Driver Servo của hãng Mitsubishi......................................................13
Hình 2.4: Encoder dùng trong cơng nghiệp............................................................... 15
Hình 2.5: Đĩa Encoder tuyệt đối................................................................................16
Hình 2.6: Đĩa Encoder tương đối............................................................................... 17
Hình 2.7: Màn hình HIM GOT 1000......................................................................... 17
Hình 2.8: Minh họa chiều quay của động cơ............................................................. 19
Hình 2.9: Giới hạn hành trình cho cơ cấu.................................................................. 19
Hình 2.10: Về Home cho hệ thống............................................................................ 19
Hình 2.11: Tổng quan về hệ thống cơ khí ảo.................................... ......................... 20

Hình 2.12: Kí hiệu của trục Servo thực..................................................................... 21
Hình 2.13: Kí hiệu của trục Servo phụ...................................................................... 21
Hình 2.14: Kí hiệu của trục Servo thực..................................................................... 22
Hình 2.15: Ly hợp và cách thức hoạt động................................................................ 23
Hình 2.16: Kí hiệu Module đầu ra – đĩa cam.............................................................24
Hình 2.17: Cấu trúc chương trình ở CPU PLC.......................................................... 25
Hình 2.18: Mơ phỏng của cấu trúc của một chương trình......................................... 26
Hình 2.19: Cơ cấu của chương trình SFC chuyển động............................................ 27
Hình 3.1: Kích thước cánh quạt thiết kế.................................................................... 34
Hình 3.2: Mơ phỏng đồng bộ cơ khí bằng phần mềm Solid Works.......................... 34
Hình 3.3: Sơ đồ khối của hệ thống.............................................................................34
Hình 3.4: Một vài bản vẽ mơ tả vị trí các ngõ ra vào của Driver Motion..................36
Hình 3.5: Phần đế mơ hình chứa động cơ Linear và 2 trục Servo đồng bộ............... 36
Hình 3.6: Bảng bố trí các thiết bị quan trọng gắn trên giá đỡ mơ hình..................... 36


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.7: Cấu trúc sơ đồ khối toàn hệ thống............................................................. 37
Bảng 3.1: Tên của các thành phần trong trạm CPU................................................... 39
Hình 3.8: Cách bố trí các thiết bị trên Base Q38DB.................................................. 39
Hình 3.9: Hình ảnh thực tế của Q04UDHCPU.......................................................... 40
Hình 3.10: Mặt sau và mặt trước của Q173DSCPU.................................................. 41
Hình 3.11: Mặt sau và mặt trước của QD75D2N...................................................... 45
Bảng 3.7: Các thơng số điều khiển của QD75D2N................................................... 46
Hình 3.12: Nguyên lý điều khiển hoạt động của Module QD75D2N....................... 46
Hình 3.13: Sơ đồ ngõ giao điến của Module Q75D2N..............................................47
Hình 3.14: Mặt trước và mặt sau của module QX42................................................. 48
Hình 3.15: Mặt trước và các thông số cơ bản của QX42........................................... 48
Hình 3.16: Sơ đồ chân của Module Input QX42....................................................... 49

Hình 3.17: Mặt trước và mặt sau của Module QY41P giống với QX41................... 50
Hình 3.18: Mặt trước và các thơng số cơ bản của QY41-P....................................... 51
Hình 3.19: Ví dụ về cách kết nối ngõ ra của Module QY41P................................... 51
Hình 3.20: Sơ đồ chân của Module............................................................................51
Hình 3.21: Màn hình GOT 1000................................................................................ 52
Hình 3.23: Bộ nguồn tổ ong 24VDC......................................................................... 57
Hình 3.24: Cảm biến Omron EE-SX 772..................................................................57
Hình 3.25: Bản vẽ mạch động lực cấp cho Driver và PLC........................................58
Hình 3.26: Mạch kết nối với động cơ Servo.............................................................. 59
Hình 3.27: Mạch cung cấp điện áp cho chân EM và màn hình HMI........................ 60
Hình 3.28: Mạch điều khiển giao tiếp giữa Module QD75D2N và Driver Linear.... 61
Hình 3.29: Mạch điều khiển giữa Module QD75D2N Driver và Encoder Linear.....62
Hình 3.30: Mạch điều khiển ngõ vào QX42.............................................................. 62
Hình 3.31: Mạch điều khiển ngõ ra QY42P.............................................................. 62


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.32: Sơ đồ cấu hình động cơ Servo qua mạng SSCNET III/H........................63
Hình 3.33: 2 bánh răng in 3D.....................................................................................64
Hình 3.34: Cố định 2 trục bánh răng lên phần đế...................................................... 65
Hình 3.35: Gắn các module lên trục giá đỡ mơ hình................................................. 65
Hình 3.36: Đi dây I/O cho CPU Q04UDH và QD75D2N......................................... 66
Hình 3.37: Đi dây phần động lực cho mơ hình.......................................................... 66
Hình 3.38: Hồn thành phần điện.............................................................................. 66
Hình 4.1: Biểu đồ thời gian về chuyển động thẳng đều.............................................69
Hình 4.2: Biểu đồ thời gian về chuyển động thẳng nhanh dần đều........................... 69
Hình 4.3: giãn đồ thời gian biểu thị tốc độ của 2 trục theo thời gian.........................72
Hình 4.4: Lưu đồ của bài tốn đồng bộ..................................................................... 74
Hình 4.5: Cách chia sẽ vùng nhớ của Multiple CPU................................................. 76

Hình 4.6: Bên trong Positioning_Axis_# ..................................................................76
Hình 4.7: Bên trong Auto_Refesh............................................................................. 77
Hình 4.9: Giải thích cách về Home Dogless.............................................................. 84
Hình 4.10: Giải thích cách về Home Dogless............................................................ 85
Hình 4.11: Cấu hình cho Axis 2 thơng số đồng bộ.................................................... 87
Hình 4.3.4: Servo Data cho yêu cầu thay đổi giá trị hiện tại của 2 trục.................... 88
Hình 4.13: Servo Data cho yêu cầu trục 2 chạy tới vị trí lồng...................................88
Hình 5.1: Mơ phỏng bài tốn Cut to length (Flying Shear)....................................... 91


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các kí hiệu của PLC dòng Q series........................................................... 7
Bảng 2.2: Các loại thiết bị CPU hiện có.................................................................... 8
Bảng 2.3: Các loại nguồn cung cấp cho CPU............................................................ 8
Bảng 2.4: Các module ngõ vào.................................................................................. 9
Bảng 2.5: Các module ngõ ra..................................................................................... 9
Bảng 2.6: Nguyên lý phát xung điều khiển động cơ Servo.......................................18
Bảng 2.7: Các module dẫn động cơ bản.....................................................................22
Bảng 3.1: Tên của các thành phần trong trạm CPU................................................... 39
Bảng 3.2: Thông tin Base Q38DB............................................................................. 39
Bảng 3.3: Thông tin Module nguồn Q61P................................................................. 40
Bảng 3.4: Thông số cơ bản của Q04UDHCPU..........................................................41
Bảng 3.5: Các thành phần của Q173DSCPU............................................................. 44
Bảng 3.6: Thông số kĩ thuật Q173DSCPU................................................................ 44
Bảng 3.7: Các thông số điều khiển của QD75D2N................................................... 46
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật HMI GOT 1000........................................................... 53
Bảng 3.9 : Số Seri động cơ Linear.............................................................................53
Bảng 3.10 : Các chân ngõ vào gắn trên Driver.......................................................... 56

Bảng 3.11 : Các chân ngõ ra gắn trên Driver............................................................. 56
Bảng 4.1: Kí hiệu của và giá trị các thành phần trong bài toán đồng bộ................... 70
Bảng 4.2: Giá trị hồn thành của bài tốn đồng bộ.................................................... 71
Bảng 4.8: Giải thích thơng số cài đặt 1...................................................................... 84
Bảng 4.3: Giải thích thơng số cài đặt 2...................................................................... 85
Bảng 4.4: Giải thích thông số cài đặt đồng bộ của Axis 2 theo Axis 1..................... 88


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
60 năm trước động cơ servo đã cách mạng hóa ngành cơng nghiệp điều khiển
chuyển động. Từ đó đến nay, ngành công nghiệp servo đã phát triển không ngừng và
hầu như góp mặt trong mọi hệ thống điều khiển tự động trên thế giới. Khoa học kỹ
thuật phát triển không ngừng kéo theo yêu cầu về độ chính xác, khả năng đáp ứng
của các máy móc ngày càng phải nhanh và mạnh hơn, để đáp ứng được yêu cầu khắt
khe đó các hệ thống tự động hóa ngày nay hầu như đều sử dụng động cơ servo trong
những quá trình tự động cụ thể như cánh tay robot, máy CNC, cần trục và các cơ cấu
vít me, bàn xoay, linear...
Cùng sự ứng dụng của khoa học công nghệ, thế giới đã có những chuyển biến
rõ rệt và ngày càng tiên tiến hiện đại hơn. Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là
cơng nghệ tự động hóa đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc
hiện đại với những đặc điểm vượt trội với sự chính xác tuyệt đối, tốc độ nhanh, đáp
ứng nhu cầu công việc phức tạp trong dây chuyền sản xuất. Thực tế cho thấy rằng,
trong một hệ thống sản xuất, đối với những cơng việc hịi hỏi phải hoạt động cùng
thời điểm, đồng tốc độ, di chuyển chính xác vị trí đã cài đặt sẵn... Vấn đề đó thì

những hoạt động thủ cơng của con người gần như không thể thực hiện được. Nhưng
với cơng nghệ tiên tiến hiện nay, điều đó có thể thực hiện một cách dễ dàng. Xuất
phát từ nhu cầu muốn tìm hiểu về thiết bị, cách thức điều khiển thiết bị cũng như
muốn xây dựng mơ hình mơ tả hoạt động, nhóm quyết định lựa chọn đề tài “Điều
khiển mơ hình đồng bộ tốc độ cao động cơ AC Servo thông qua mạng SSCNET
III/H”.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tiến hành thực hiện động bộ 2 trục động cơ Servo ở tốc độ cao. Điều khiển
chính xác vị trí và vận hành tốc độ đúng theo yêu cầu. Xây dựng mơ hình điều khiển
và giám sát bao gồm 2 trục động cơ Servo, 1 trục động cơ Linear thông qua màn hình
HMI. Mơ hình sử dụng 2 động cơ Servo, driver 200W của hãng Mitsubishi, trục
Linear của hãng Yawasaki. Sử dụng 2 controller chính đó là Q04UDH và
Q173DSCPU. Q04UDH đóng vai trò giao tiếp thiết bị ngoại vị như nút nhấn, màn
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

hình HMI..., Q173DSCPU đóng vai trịng là CPU motion giúp giao tiếp và điều
khiển động cơ Servo.
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài này, nhóm đã nghiên cứu và thực hiện các phương pháp:
 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
 Phương pháp thực nghiệm khoa học
1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Chỉ dừng lại ở việc mơ hình ứng dụng chuyển động đồng bộ đơn giản.
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ sở lí thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, kiến thức chung về PLC hãng Mitsubishi,
Servo Driver , Servo motor, HMI Got 1000, Linear Yawasaki.
 Chương 3: Thiết kế và thi cơng mơ hình
Chương này nói về cách tính tốn và bố trí các thiết bị trong mơ hình cho phù
hợp với u cầu đặt ra. Mơ tả cách thức hoạt động của mơ hình và sự liên kết giữa
các thiết bị với nhau. Dựa vào cơ sở đã tính tốn lựa chọn thiết bị cho mơ hình.
Nhóm bắt đầu thi cơng mơ 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
Mơ tả hệ thống và giải thuật điều khiển, trình bày lưu đồ giải thuật. Trình bày
chi tiết các lệnh sử dụng trong mơ hình gồm lệnh điều khiển trình tự và lệnh SFC.
Giải thích các thơng số cài đặt chun biệt cho Servo. Trình bay lý thuyết về cơ khí
ảo sử dụng trong hệ thống.
 Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương này sẽ nói về kết quả đại được và sau đó nhận xét về mục tiêu đã đặt
ban đầu
 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài
Kết luận sau khi hồn thành mơ hình. Nêu ra những ưu, nhược điểm và hướng
phát triển của đồ án để đưa ra hướng phát triển tiếp theo cho đề tài


BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
2.1.1 Tổng quan về PLC
Định nghĩa: PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic
khả trình thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động theo chương trình người dùng. PLC
sử dụng bộ nhớ khả trình để lưu trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển.
PLC có thể coi là một máy tính được thiết kế hoạt động tin cậy trong môi trường
công nghiệp.
Cấu tạo: PLC được cấu tạo bao gồm các thành phần chính như bộ xử lý trung
tâm, khối vào (Module input, Analog input), khối ra (Module output, Analog output).

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC Motion
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit )
 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 cịn chứa các khối chứa 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 nhị phân như: cơng
tắc, nút nhấn, cơng 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 dịng 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.

 Khối ra (Module Output): Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output)
và ngõ ra tương tự AO (Analog Output).
 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…
2.1.2 Đặc điểm và vai trị của PLC
Ưu điểm: nhìn chung PLC có các ưu điểm so với các mạch tiếp điểm truyền
thống như sau.
 Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu, đối
tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thơng qua việc lập trình.
BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG


Trang | 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Số lượng Timer, Counter rất lớn. PLC cịn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức
năng chun 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, khơng 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, nối mạng với máy tính hay với PLC khác. Khả
năng này đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống
SCADA.
 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 với nhiều hệ thống điều khiển đơn
giản. Hiệu quả kinh tế không cao bằng bộ điều khiển tiếp điểm. Yêu cầu về kiến thực
lập trình PLC đối với người mới bắt đầu.
2.1.3 Vai trò
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm 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 của người vận hành.

2.2 PLC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI
Phát triển lên từ dòng sản phẩm trước đó họ AnSH, họ Q PLC Mitsubishi cho
phép người dùng phối hợp và lựa chọn sự kết hợp tốt nhất giữa CPU, công cụ truyền
tin, module điều khiển chuyên biệt và I/O trên cùng một nền tảng. Điều này cho phép
người dùng cấu hình hệ thống theo những gì mình cần, khi nào mình cần, nơi mình
BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

cần triển khai. Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion CPU, Process
Controllers và ngay cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4 CPU khác
nhau. Điều này tạo cho người sử dụng sự chọn lựa hướng điều khiển, ngôn ngữ lập
trình – tất cả cùng chung trên một nền tảng duy nhất. Linh động và phân cấp là đặc
tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực sự là một nền tảng tự động hóa duy nhất.
Người dùng có thể sử dụng trong điều khiển đơn giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc
quản lý tồn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng.
Tên CPU dịng Q

Mơ tả

Mẫu CPU

QnUCPU

Các tính năng, phương pháp, và thiết bị cho

Mã CPU ứng dụng tổng


lập trình

qt

Các tính năng, phương pháp, và thiết bị cho

Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu

lập trình

năng cao/ điều khiển qui

Qn(H)/QnPH/
QnPRHCPU

trình/ dự phịng
QCPU

Thơng tin cho cấu hình hệ thống đa CPU

Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu

(cấu hình hệ thống, thông số I/O, liên kết

năng cao/ điều khiển qui

thiết bị vào/ra và tính năng thiết bị thơng

trình/ ứng dụng tổng quan


minh)
QnPRHCPU

Cấu hình hệ thống dự phịng, tính năng, kết

Mã CPU dự phịng

nối với các thiết bị bên ngồi và xử lý sự cố
QnUCPU

Tính năng liên kế thơng qua cổng Ethernet

Mã CPU ứng dụng tổng

gắn trong

quát

Bảng 2.1: Các kí hiệu của PLC dịng Q series
Thuật ngữ
CPU thiết bị

Mơ tả
Tên gọi chung cho mấu QCPU cơ bản, QCPU hiệu năng cao,
CPU

tiến

trình,


CPU dự phịng và QCPU ứng dụng tổng qt.
Mẫu QCPU cơ bản

Tên gọi chung cho Q00JCPU, Q00CPU, và Q01CPU

Mẫu QCPU hiệu năng cao

Tên

gọi

chung

cho

Q02CPU,

Q02HCPU,

Q06HCPU,

Q12HCPU, và Q25HCPU
CPU điều khiển qui trình

Tên gọi chung cho Q02PHCPU, Q06PHCPU, Q12PHCPU, và
Q25PHCPU

CPU dự phòng


Tên gọi chung cho Q12PRHCPU và Q25PRHCPU

Mẫu QCPU ứng dụng tổng

Tên gọi chung cho Q00UJCPU, Q00UCPU, Q01UCPU,

quát

Q02UCPU,Q03UDCPU,Q03UDVCPU,Q03UDECPU,
Q04UDHCPU, Q04UDVCPU, Q04UDEHCPU, Q06UDHCPU,

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trang | 7