Download miễn phí Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn máy CNC
MỞ ĐẦU


Với sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học - Công nghệ đặc biệt là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép những nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy khoan cắt kim loại với các hệ thống điều khiển ngày càng chính xác hơn với tóc độ nhanh hơn và giá thành thấp hơn.
Sự xuất hiện của các máy CNC(Computer Numerical Control) đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.
Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu về máy CNC, mô hình máy CNC khoan và phay biên dạng chi tiết sản phâm được tui thiết kế nhỏ gọn, điều khiển bằng PLC S7-200. Với mục đích áp dụng những gì đã học, những phương pháp điều khiển,bộ giám sát vào thực tế. Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn may CNC” được thực hiện trong thời gian hơn năm tháng, nhưng vì thời gian có hạn nên đề tài vẫn có nhiều khuyết điểm, rất mong ý kiến đóng góp của quí thầy cô giáo để việc nghiên cứu trở nên thực tế hơn.
Mục lục
MỞ ĐẦU 1
LỜI CẢM ƠN 2
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ 9
PHẦN I: 13
A.MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC): 13
I. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC):. 13
II. CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC:. 16
II.1. Điều khiển trực tuyến DNC (Direct Numerical Control): 16
II.2. Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control): 18
II.3. Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems): 20
III. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MÁY CNC:. 23
IV. LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC:. 25
B. CÁC ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH TRÊN MÁY CNC: 27
I.HỆ TỌA ĐỘ:. 27
I.1. Điểm Zero chương trình: 28
I.2. Điểm khởi hành: 28
I.3. Điểm chuẩn: 29
I.4. Lập trình theo tọa độ tuyệt đối (Absolute) và theo toạ độ gia số (Incremental): 30
II.ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN TRÊN MÁY CNC:. 31
II.1. Những khái niệm liên quan đến phép đo vị trí: 31
II.2. Các phương pháp đo: 31
II.3. Các công cụ đo vị trí : 36
II.4. Các dạng dịch chuyển :. 45
C. CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: 46
I.BẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN G:. 46
II. Ý NGHĨA MỘT SỐ CHỨC NĂNG:. 50
II.1.Chọn mặt phẳng: 50
II.2.Di chuyển nhanh (G00): 51
II.3.Nội suy tuyến tính (nội suy thẳng) G01: 51
II.4.Nội suy phi tuyến (nội suy cung tròn) G02, G03: 52
PHẦN II. 55
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 55
I.MÔ HÌNH:. 55
I.1.Cấu trúc mô hình: 55
I.2.Cảm biến vị trí ghép với động cơ DC: 56
II.SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ:. 57
III.MẠCH ĐỘNG LỰC:. 57
III.1.Sơ đồ khối của tác động khâu động lực: 58
III.2.Chức năng của các khối: 59
IV.MẠCH NHẬN XUNG TỐC ĐỘ CAO TỪ ENCODER:. 60
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 61
I.SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID S7-200: 61
I.1.Thuật toán PID số: 61
I.2.Làm việc với bộ PID S7-200: 63
II.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ BỘ PID ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 64
III.TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ Kp, Ki, Kd THEO LÝ THUYẾT CHO ĐỘNG CƠ: 64
III.1.Thiết lập hàm truyền cho động cơ: 64
III.2.Vẽ đáp ứng điều khiển P: 66
III.3.Đáp ứng PI: 68
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM . 70
I.KẾT NỐI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÁY TÍNH:. 70
II. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT CÁC HÀM NỘI SUY. 76
II.1.Phương pháp nội suy. 76
II.2.Phương pháp nội suy đường thẳng : 77
II.3.Nội suy cung tròn : 79
II.4.Nội suy xoắn ốc. 80
II.5.Nội suy parabol 81
II.6.Nội suy bậc 3: 81
III.TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY ĐOẠN THẲNG THEO 2 TRỤC OX,OY:. 81
III.1.Tính toán nội suy đoạn thẳng theo lượng chạy cắt F. 81
III.2.Di chuyển quảng đường dài L(LX,LY) trên hai trục với lượng chạy cắt F: 84
III.3.Giải thuật nội suy đoạn thẳng G04: 86
III.4.Giải thuật nội suy G00: Chạy dao nhanh đến một điểm tọa độ cho trước. 89
IV.TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY G01,G02,G03:. 89
IV.1.Nội suy đường tròn tâm O bán kính R (G01): 89
IV.2.Nội suy cung tròn từ điểm A đến điểm B bán kính R (G02: ngược chiều kim đồng hồ; G03: cùng chiều kim đồng hồ): 92
V. XÁC ĐỊNH ĐIỂM TRONG HỆ TỌA ĐỘ CỰC 97
V.1.Tính góc của một điểm trong hệ tọa độ cực: 97
V.2.Tính góc quay của lệnh nội suy cung tròn: 99
V.3.Giải thuật nội suy G02,G03: 100
VI.GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH:. 101
VI.1.Phần hiển thị: 102
VI.2.Phần tập lệnh: 103
VI.3.Phần tải lệnh từ tập tin Excel: 106
VI.4.Giản đồ xung kết nối hoạt động giữa máy tính và PLC: 106
VI.5.Giải thuật kết nối hoạt động giữa máy tính và VB: 107
PHẦN 3: 108
I.NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI LÀM LUẬN VĂN: 108
II.NHỮNG KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC: 108
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 109

http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/26/thiet_ke_he_thong_giam_sat_va_dieu_khien_ban_may_c.g9jiZ1YBLu.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-31579/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

cung tròn nội suy thì máy sẽ báo lỗi.
PHẦN II
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
I.MÔ HÌNH:
I.1.Cấu trúc mô hình:
Mô hình gồm 3 trục Ox, Oy, Oz:
Trục Ox: Gồm 1 motor Dc 24v có bộ giảm tốc (1:100), gắng Encoder 100xung trực tiếp vào trục động cơ; Một Trục vitme vòng 5mm bi với sai số nhỏ 0.001mm; hai thanh trượt để chuẩn đường dich chuyển của vitme. Bàn máy được gắng trực tiếp vào trục Ox.
Trục Oy: Gồm 1 motor Dc 24v có bộ giảm tốc (1:100), gắng Encoder 100xung trực tiếp vào trục động cơ; Một Trục vitme bi vòng 5mm với sai số nhỏ 0.001mm; hai thanh trượt để chuẩn đường dich chuyển của vitme.
Trục Oz: Gồm cơ cấu dịch chuyển bộ phận khoan và phay lên xuống, cơ cấu gồm hai thanh trượt, một trục vitme vòng 1mm được chuẩn đường dịch chuyển thông qua thanh trượt. Một động cơ DC24V, gắng encoder 100xung vào trục hộp số giảm tốc.
Hình 30: Mô hình khoan phay CNC
I.2.Cảm biến vị trí ghép với động cơ DC:
Ta sử dụng động cơ một chiều 24V kích từ độc lập bằng nam châm vĩnh cửu, công suất nhỏ làm đối tượng điều khiển. Điện trở nội động cơ: 11(Ohm),công suất 50W. Động cơ một chiều sử dụng hộp số giảm tốc, tỉ lệ 1: 100 vòng.
Cảm biến vị trí là Encoder 100 xung, Encoder này được ghép đồng trục với trục động cơ DC bằng khớp nối cứng, và hồi tiếp vị trí trục động cơ DC về PLC.
Một điều ta phải quan tâm là khớp nối cứng giữa trục động cơ và trục vitme ta cần thật chính xác, nhằm giúp động cơ và cảm biến quay đồng trục với nhau để sai số điều khiển sẽ giảm đi nhiều.
Hình 31: Động cơ gắng Encoder sử dụng trong mô hình
II.SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ:
M
+
-
Mạch khuếch đại công suất
Cảm biến vị trí
Mạch
điều khiển
(Uđk)
Mạch động lực
PLC
Máy tính
Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vị trí
PLC xuất ra điện áp thay đổi thông qua việc điều xung để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ thông qua mạch điều khiển và mạch khuếch đại công suất. Giá trị từ cảm biến vị trí được đưa về PLC để xác định vị trí hiện tại của trục động cơ, từ đó hiệu chỉnh và xuất điện áp điều khiển thích hợp.
III.MẠCH ĐỘNG LỰC:
Mạch khuếch đại công suất dùng để điều khiển chiều quay và tốc độ của động cơ, yêu cầu đặt ra là để động cơ có thể làm việc ở cả 4 phần tư của mặt phẳng đặc tính cơ, nghĩa là động cơ có thể làm việc được ở cả chế độ động cơ và chế độ hãm.
Ta sử dụng bộ mạch công suất là bộ chopper, với các công tắc lá Role công suất có cấu hình như sau:
Hình 33: Mạch động lực sử dụng cho mô hình
III.1.Sơ đồ khối của tác động khâu động lực:
Xung PWM từ PLC
Tín hiệu đảo chiều từ PLC
Khối cách ly
Khối đảo tín hiệu
Khối cách ly
Kích dẫn đóng ngắt role
Kích dẫn đóng ngắt role đảo chiều
Hình 34: Sơ đồ khối của các khâu động lực
Xung PWM xuất ra từ PLC sẽ được cách ly vói phần công suất thông qua Opto để lấy mức tín hiệu 12V đóng mở Role 4 tiếp điểm. Chiều quay của động cơ sẽ được đảo khi có tín hiêu một ngõ ra từ PLC đống mở đảo chiều động cơ. Vận tốc động cơ được điều chỉnh bằng việc điều chế xung ra từ ngõ ra PLC, điện áp trung bình sẽ được cung cấp cho motor hoạt động.
VAB
VAB1
Vd
Vd
wt
Hình 35: Điện áp trung bình khi điều xung
III.2.Chức năng của các khối:
III.2.1.Khối cách li điện áp:
Với mục đích lấy điện áp cách ly 24V so với PLC là 24V kích dẫn Role công suất. Khối cách ly gồm một Opto PC817. Opto được kích dẫn khi tín hiệu 24V hạn dòng điện trở 4,7k. Điện áp 12V sẽ được lấy đưa vào khối đảo tín hiệu. Sơ đồ biểu diễn dạng điện áp.
t
24V
t
12V
V2
V1
Hình 36: Giản đồ xung khối cách li điện áp
III.2.2.Khối đảo tín hiệu:
Dòng qua cuộn cảm role sẽ được cho phép thông qua FET IRF540. Tín hiệu lấy từ khối cách ly sẽ được đảo chiều thông qua bộ đảo gồm 2 transistor PNP và NPN mắc song song. Khi FET được kích dẫn, dòng điện sẽ chạy trực tiếp từ nguồn đến cuộn dây qua FET xuống max 0V. Role được bảo vệ dòng ngược thông qua diod dạp dòng công suất vừa 4007.
t
t
1
0
1
0
Tín hiệu từ PLC
Tín hiệu đóng ngắt rơle
Hình 37: Giãn đồ xung qua khối công suất
IV.MẠCH NHẬN XUNG TỐC ĐỘ CAO TỪ ENCODER:
Mạch nguyên lí:
Hình 38: Mạch nguyên lí mạch nhận xung Encoder
Tín hiệu ra của encoder là 5V. Vì vậy để lấy tín hiệu đưa vào PLC, tín hiệu từ encoder sẽ được chuyển áp thông qua bộ cách ly. Sơ đồ khối chuyển mức:
Tín hiệu từ Encoder
Bộ cách li điện áp
Tín hiệu đưa vào PLC
Hình 39: Sơ đồ khối mạch nhận xung Encoder
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ:
I.SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID S7-200:
I.1.Thuật toán PID số:
Luật PID trên miền thời gian (liên tục) được mô tả bởi công thức:
Với Kp là hằng số tỉ lệ
TC là hằng số thời gian tích phân
Td là hằng số thời gian vi phân
Xấp xỉ thành phần I: TI = TC / KC
Xấp xỉ theo nguyên tắc hình chữ nhật:
Xấp xỉ theo nguyên tắc hình thang:
Trong đó T là chu kì trích mẫu.
Xấp xỉ thành phần D:
Khai triển thành chuỗi:
Biến đổi Laplace: S.F(s) ≈ F(s) [C0 + C1e-sT + … + Cne-snT]
Vi phân xấp xỉ bậc hai:
Vi phân xấp xỉ bậc 1:
Xấp xỉ luật PID:
Theo Takahashi có thể làm giảm bớt biên độ độ lớn điều khiển khi đại lượng chủ đạo ( giá trị đặt ) có đột biến nhanh bằng cách, thay vì ek = wk – xk chỉ sử dụng ek = - xk. Từ đó ta có :
Ta có được mô hình điều khiển PID số:
KP
Kd(1-z-1)-1
Tín hiệu vào
Tín hiệu ra
Tín hiệu bù
Hình 40: Mô hình điều khiển PID số
I.2.Làm việc với bộ PID S7-200:
Bộ PID S7-200 được nhà sản xuất đưa ra tính toán thuật toán PID và chứa đựng sẵn trong PLC. Bộ PID được tính toán lưu dữ liệu dưới dạng bảng và dữ liệu vào ra được xử lí khi có lệnh như mọi lệnh khác.
Dữ liệu dạng bảng được lưu vào 32 byte liên tiếp và theo thứ tự sau:
Byte Dữ liệu Định dạng Kiểu Ý nghĩa
0 PVn Số thực Vào Giá trị thực tế
(nằm trong khoảng 0.0-1.0)
4 SPn Số thực Vào Giá trị đặt
(nằm trong khoảng 0.0-1.0)
8 Mn Số thực Vào/Ra Giá trị ra PID
(nằm trong khoảng 0.0-1.0)
12 Kc Só thực Vào Hệ số khuyếch đại
16 Ti Số thực Vào Hằng số thời gian lấy mẫu
20 Ts Số thực Vào Hằng số thời gian tích phân
24 Td Số thực Vào Hằng số thời gian vi phân
28 MX Số thực Vào/ra Tín hiệu ra trước đó
32 PVn-1 Số thực Vào/ra Giá trị thực tế trước đó
Giá trị đặt đặt được tính toán và xử lí đưa vào nằm trong khoảng 0.0 đến 1.0. Lúc đó giá trị ra Mn sẽ được xử lí ngược lại đưa ra tín hiệu thực.
Các hằng số Kc, Ts, Ti ,Td được ta tính toán dựa vào thuật toán PID.
II.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ BỘ PID ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ:
Áp dụng với mô hình bàn máy CNC:
Giới hạn di chuyển trục Ox là 200mm, tương ứng với số xung: 200*4000 = 800000xung.
Tương tự trục Oy là 120mm, Tương ứng 4800000 xung
Như vậy ta lấy hệ số chia: 10^7
Giá trị xung đặt hiện tại: K (xung)
Giá trị tính toán sai lệnh qua thuật toán PID là Mn.
Ta có được mức điện áp tương ứng: là Mn*500.
Ứng với động cơ chạy tốc độ điều xung tỉ lệ băm xung 500/2000
Giá trị Mn sẽ được PID PLC tính toán và đưa ra ...

---