Đề tài Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

LỜI NÓI ĐẦU

rong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước đang bước thời kỳ công nghiệp

hoá-hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn.

Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những

T

nhiệm vụ nặng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt

huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh

chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tự

động hóa - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày.

Trong đó Điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát triển

nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống điều khiển vị trí, tốc độ

và moment yêu cầu sự chính xác cao rất cần đến một thiết bị đáp ứng.Đây là thách thức và

các nhà khoa học, nhà sản xuất đã chế tạo ra một loại động cơ thể làm được nhiệm vụ này đó

là động cơ servo. Ngày nay hệ thống servo được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống, các

máy yêu cầu sự chính xác cao. Đối với trường học việc tìm hiểu về động cơ servo là rất hạn

chế nên tôi cũng muốn tìm hiểu về nó để có thể hiểu về động cơ này

Vì thời gian nghiên cứu và điều kiện thực hiện hạn chế nên chắc chắn không tránh

được các sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy cô và các bạn để đề tài

được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện

Biện Quốc Thoại

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

1

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

LỜI CẢM ƠN

Để đề tài tốt nghiệp“Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo bằng PLC

kết hợp WinCC-Flexible Siemens” đạt được một số mục tiêu đặt ra, hoàn thành đúng thời

gian, Tôi xin chân thành cảm ơn:

TS. Nguyễn Minh Tâm-GVHD -trưởng Bộ môn Tự động hoá công nghiệp-giảng viên

Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ bảo,

giúp đỡ về chuyên môn, tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ về tài liệu và thiết bị hướng dẫn trong

thời gian thực hiện đề tài để tôi hoàn thành đồ án này.

- Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của toàn thể Giáo Viên

Bộ môn Tự động hoá Công nghiệp, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

Tp. Hồ Chí Minh đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo mọi điều kiện tốt nhất để để em hoàn thành

đề tài này một cách tốt nhất.

- Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 05118 đã giúp đỡ và đóng góp ý

kiến và động viên trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của quý thầy cô và các bạn.

Người thực hiện

Biện Quốc Thoại

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

2

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỰ ĐỘNG

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: Biện Quốc Thoại...........................MSSV: 05118051.....................

TÊN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ VÀ MOMENT ĐỘNG CƠ AC-

SERVO BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC-FLEXIBLE

........................................................................................................................................................

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

........................................................................................................................................................

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:.....................................................................................

NGÀY HOÀN THÀNH LUẬN VĂN:..........................................................................................

HỌ VÀ TÊN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:

PHẦN HƯỚNG DẪN

1)........................................................................................

2)........................................................................................

3)........................................................................................

1)..................................................

2)..................................................

3)..................................................

Nội dung và yêu cầu luận văn tốt nghiệp đã được thông qua.

Ngày

tháng

năm 2010

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

( Ký và ghi rõ họ và tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

( Ký và ghi rõ họ và tên)

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

3

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

  

.......................................................................................................................................................

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

4

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

  

.......................................................................................................................................................

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

5

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

MỤC LỤC

Đề mục

Trang

Lời nói đầu.............................................................................................................................1

Lời cảm ơn..............................................................................................................................2

Nhiệm vụ luận văn ................................................................................................................3

Nhận xét của GVHD..............................................................................................................4

Nhận xét của GVPB...............................................................................................................5

Mục lục...................................................................................................................................6

PHẦN 1 . ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................11

I. Lý do chọn đề tài..........................................................................................................12

II. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................................12

III. Giới hạn nghiên cứu...................................................................................................13

IV. Nhiệm vụ nghiên cứu.................................................................................................13

V. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................................13

VI. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................14

VII. Nội dung của đề tài...................................................................................................14

PHẦN 2 : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ....................................................................................15

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ LUẬN.................................................................................16

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ.......................................................16

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG........................................16

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT HỆ ĐIỀU KHIỂN SERVO.............................17

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP:.............17

2.1.1 Điều khiển vòng hở (open loop):..............................................17

2.1.2 Điều khiển nửa kín (semi-closed loop):....................................18

2.1.3 Điều khiển vòng kín(full-closed loop):...................................18

2.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG SERVO:.....................................................19

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

6

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

2.2.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo:...............19

2.2.2 Hệ thống servo:.........................................................................20

2.2.2.1 Hệ thống servo là gì?:.......................................................21

2.2.2.2 Cơ cấu định vị:.................................................................21

2.2.2.3 Cơ cấu chuyển động định hướng:.....................................21

2.2.2.4 Backlash và hiệu chỉnh:....................................................22

2.2.3 Sơ đồ khối của hệ thống servo:.................................................23

2.3 CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ SERVO.......................................24

2.3.1 Cấu tạo:.....................................................................................24

2.3.2 Đặc tính của động cơ servo:......................................................25

2.3.2.1 Tăng tốc độ đáp ứng:........................................................25

2.3.2.2 Tăng khả năng đáp ứng:...................................................26

2.3.2.3 Mở rộng vùng điều khiển(control range):.........................26

2.3.2.1 Khả năng ổn định tốc độ:..................................................27

2.3.2.1 Tăng khả năng chịu đựng của động cơ:............................27

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của encoder:.........................................28

2.4 TÌM HIỂU VỀ DÒNG SẢN PHẨM SIGMA AC-SEVO CỦA YASKAWA.......30

2.4.1 Động cơ Ac-Servo (SGM-******)....................................................30

2.4.1.1 Sơ đồ cấu trúc động cơ Ac-Servo (SGM-******).....................30

2.4.1.2 Thông số động cơ ......................................................................31

2.4.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ..............................................31

2.4.2 Bộ điều khiển driver của động cơ SERVOPACK (SGD*-***S)...31

2.4.12.1 Thông số bộ điều khiển driver SERVOPACK (SGD*-****)...32

2.4.12.2 Sơ đồ chân của driver SERVOPACK (SGD-02AS).................33

2.4.12.3 Nguyên lý điều khiển của driver trong mod điều khiển tốc độ

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

7

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

và moment...............................................................................35

2.4.3 Màng hình điều khiển DIGITAL OPERATOR (JUSP-OP02A,

JUSP-OP03A)....................................................................................39

2.4.3.1 Thông số của màng hình điều khiển Digital Oprater (JUSP-

OP02A, JUSP-OP03A)............................................................40

2.4.3.2 Chức năng và hướng dẫn sử dụng Digital Oprater

(JUSP-OP02A)...........................................................................40

2.4.3.3. Cài đặt thông số cho mod tốc độ và moment với màng hình

điều khiển Digital Oprater (JUSP-OP02A, JUSP-OP03A) ......46

2.4.4 Kết nối động cơ Ac-Servo (SGM-******) và với màng hình điều

khiển Digital Oprater (JUSP-OP02A) với driver SERVOPACK

(SGD*-****) .....................................................................................50

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC...................................52

3.1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7_200

3.1.1 Đặc điểm bộ điều khiển loic khả trình (PLC):.......................52

3.1.2 Cấu trúc phần cứng của S7-200................................................52

3.1.3 Cấu trúc bộ nhớ S7-200.............................................................52

3.1.4 Xử lý chương trình.....................................................................53

3.1.5 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành.............................54

3.2. BỘ ĐẾM XUNG TỐC ĐỘ CAO ( HSC: HIGHT SPEED COUNTER).

3.2.1 Giới thiệu về HSC........................................................................55

3.2.2 Số lượng bộ đếm HSC có trong PLC và tần số tối đa cho phép

3.2.3 Vùng nhớ đặc biệt sử dụng để lập trình cho HSC..................55

3.2.4 Các mode đếm của bộ đếm.......................................................55

3.2.5 Ý nghĩa các bit của byte trạng thái khi lập trình cho HSC....59

3.2.6 Ý nghĩa các bit của byte điều khiển khi lập trình cho HSC...60

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

8

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

3.2.7 Chọn kiểu Reset, Start và tần số đếm cho HSC ....................61

3.2.8 Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3,HSC4,HSC5. 61

3.2.9 Giá trị tức thời, giá trị đặt....................................................61

3.2.10 Các bước khởi tạo bộ đếm HSC........................................62

3.3.............................................................. CHƯƠNG TRÌNH NGẮT

...............................................................................................................63

3.3.1 Giới thiệu về ngắt trong S7 200..........................................63

3.3.2 Các lệnh sử dụng khi lập trình điều khiển ngắt....................63

3.3.3 Các sự kiện gây ngắt............................................................64

3.3.4 Các bước lập trình khi sử dụng ngắt....................................64

3.4............................................. MODUL ANALOG ( EM321, EM323)

...............................................................................................................65

3.4.1 Modul EM231..............................................................................65

3.4.1.1 Giới thiệu về Modul EM231...............................................65

3.4.1.2 Đọc tín hiệu analog qua modul EM232................................66

3.4.2 Modul EM232..............................................................................67

3.4.1.1 Giới thiệu về Modul EM231................................................67

3.4.2.2 Xuất tín hiệu analog qua modul EM232..............................67

3.5.................................................................. TỔNG QUAN VỀ OPC

...............................................................................................................67

3.5.1 OPC supermarket Analogy.................................................67

3.5.2 OPC Defined.......................................................................67

3.5.3 Ứng dụng của việc giao tiếp OPC.......................................68

3.5.4 OPC Server..........................................................................68

3.5.5 OPC Client .........................................................................68

3.5.6 Cách thức mà Server và Client làm việc với nhau...............69

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

9

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

3.5.7 Tên các cấp bậc trong hệ thống..........................................69

CHƯƠNG IV: WINCC FLEXIBLE VÀ HMI.................................................................70

4.1 Giới thiệu về SIMATIC HMI.........................................................70

4.2 Giới thiệu về WinCC Flexible.......................................................71

4.3 Một số thuộc tính nổi bật trong WinCC Flexible...........................72

4.3.1 Thiết lập giao thức kết nối..........................................................72

4.3.2 Tags và Tags Group.....................................................................74

4.3.3 Thiết kế giao diện cho HMI........................................................74

4.3.4 Một số hàm sử dụng....................................................................75

CHƯƠNG V: ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ..........................................................................77

5.1 Ưu điểm của đề tài.......................................................................77

5.2 Ưu điểm của đề tài.......................................................................77

PHẦN 3 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................78

I. Kết luận................................................................................................79

II. Kiến nghị.............................................................................................80

PHẦN 4 : TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ THƯ MỤC ĐÍNH KÈM ..............................81

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

10

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

PHẦN I

ĐẶT VẤN ĐỀ

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

11

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

gày nay, vớ

rên cả các lĩnh vực

cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ

i

sự phát t

r

i

ển nhanh chóng của khoa học và công nghệ

các sản phẩm ngày càng phả có yêu

ự động hoá sản

nh dáng h nh học.

t

tất

th

ì

i

t

N

xuấ

t

và đặc biệt là độ ch

ính xác g

i

a công về h

ì

Sự phát triển của nền công nghiêp robot hiện đại cũng gắn liền với việc điều khiển

chuyển động và là tiền đề cho phát triển nền công nghiệp.Với hệ thống SCADA, khả

năng quản lý từ xa toàn bộ hệ thống và các thiết bị tự động trong hệ thống trở nên rất

hiệu quả. Khi có sự cố ở bất kì phân đoạn nào hệ thống sẽ tự động phân tích và gửi về,

người vận hành sẽ nhận tín hiệu thông báo qua giao diện người máy( Human Machine

Interface, HIM) của các phần mềm điều khiển chuyên dụng như Wincc hay Wincc-

Flexible. Người vận hành chỉ cần ngồi tại bàn điều khiển trung tâm, theo dõi và giám

sát toàn bộ hệ thống thay vì phải chạy xuống tận chỗ để kiểm tra khi có sự cố xảy ra

trong hệ thống. Nhận thấy được sự tiện lợi và hiệu quả của hệ thống điều khiển servo

trong quá trình sản xuất cũng như nhu cầu của xã hội về lĩnh vực này,tôi đã thực hiện

đề tài: “Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo bằng PLC kết hợp WinCC-

Flexible Siemens” để hiểu rõ hơn về bản chất của điều khiển tốc độ và moment, hiểu

được quy trình điều khiển một hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu.

II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu đặt ra với đề tài “Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo bằng PLC

kết hợp WinCC-Flexible Siemens” là cần nắm vững, hiểu rõ cách thức hoạt động điều khiển

của AC-Servo, hiểu rõ được driver điều khiển động cơ, cách thức điều khiển từ PLC qua

winCC. Từ mô hình thực tế này tạo giao diện, xây dựng các thuật toán điều khiển và lập trình

cho bộ động cơ.

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

12

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

III. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

-

Vì lý do kinh tế và điều kiện khách quan, đề tài chỉ dừng lại ở việc làm mô

hình điều khiển đơn giản để mô tả hoạt động cơ bản của hệ thống servo.

Điều khiển tốc độ và moment trên một mô hình nhỏ gồm: PLC Siemens

S7-200 của SIEMEN, motor servo của YASKAWA.

-

Điều khiển bằng phần mềm Step 7 MicroWin V4.0.

Giao tiếp giữa PLC Siemens S7-200 và phần WinCC Flexible bằng phần PC

Access.

- Tạo giao diện trên WinCC để điều khiển và giám sát bằng phần mềm WinCC Flexible.

IV. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành được mục tiêu đề ra, những nhiệm vụ được đặt ra như sau:

–

Tham khảo tài liệu, tìm hiểu về những lĩnh vực có liên quan đến điều khiển

tốc độ và moment của động cơ AC-Servo

Tìm hiểu về PLC-S7200 đấu nối phần cứng và cách thức lập trình, WinCC

Flexible cách thức sử dụng và cách tạo giao diện cho một chương trình ứng dụng.

Tìm hiểu cách kết nối giữa PLC-S7200 và bộ động cơ AC-Servo, cách thức

điều khiển tốc độ và moment của bộ động cơ AC-Servo bằng WinCC Flexible qua PLC-

S7200.

–

Nghiên cứu và phân tích các công trình liên hệ.

V. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

–

PLC Siemens S7-200 của SIEMEN, motor servo của YASKAWA.

Chương trình điều khiển bằng phần mềm Step 7 MicroWin V4.0.

Thiết lập giao tiếp giữa PLC Siemens S7-200 và phần WinCC Flexible

bằng phần PC Access.

–

Tạo giao diện điều khiển và giám sát bằng phần mềm WinCC Flexible.

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

13

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

VI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

–

Tham khảo, tra cứu thông tin từ các tài liệu khoa học.

–

Tìm hiểu hệ thống điều khiển trong các máy gia công cơ khí.

Sử dụng các thiết bị điều khiển tự động của hãng Siemens PLC S7-200,servo

của YASKAWA.

–

Làm mô hình.

Lập trình và mô phỏng trên máy tính.

Kiểm tra và chạy thử tại các phòng thiết bị của nhà trường.

VII. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG1: CƠ SỞ LÝ LUẬN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN SERVO

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC

CHƯƠNG 4:WINCC FLEXIBLE VÀ HMI

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

14

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

PHẦN II

GIẢI QUYẾT

VẤN ĐỀ

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

15

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

1.1

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ

Từ xưa khi chưa có phát minh ra động cơ, lúc đó chủ yếu sử dụng các máy móc

chay bằng xăng dầu cấu tạo phức tạp năng nề, cồng kềnh mà lại hiệu suất không, gây

tiếng ồn. Từ khi động cơ được phát minh và đưa vào sử dụng thay thế cho các máy

móc chạy bằng xăng dầu đã đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Động cơ cũng không ngừng phát triển đa dạng và nhiều chức năng khác nhau,

ví dụ như động cơ một chiều, động cơ xoay chiều, động cơ không đồng bộ, động cơ

đồng bộ, động cơ một pha, động cơ ba pha, và trong tất cả các lĩnh vực.

Ngày nay về tương lai động cơ được phát theo hướng điều khiển được dễ dàng,

chính xác, điều khiển vòng kín (hồi tiếp): động cơ đặc biệt, động cơ bước, động cơ

servo…

1.2

TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG

Hiện nay, tất cả các lĩnh vực điều có sử dụng động cơ Servo, do đó sản phẩm

động cơ Ac-Servo được sản xuất nhiều, nhiều hãng sản xuất như YASKAWA,

PANASONIC, OMRON, FANUC….với rất nhiều loại Ac-servo dung vao nhiều mục

đích sử dụng khác nhau.

Các sản phẩm làm ra từ các máy trong đó có sử dụng động cơ servo thường độ

chính xác cao và mẫu ma đẹp do đó động cơ servo đuọc sử dụng nhiều đặc biệt trong

nghành tự động hoá nói chung và nghành sản xuất khuôn mẫu, sản xuất các máy gia

công chinh xác nói riêng.

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

16

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ HỆ ĐIỀU

KHIỂN SERVO

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG

NGHIỆP:

Sự phát triển của nền công nghiệp gắn liền với các hệ thống điều khiển.Công

nghệ ngày càng hiện đại đòi hỏi các hệ thống điều khiển phải đáp ứng được các yêu

cầu khắt khe để đảm bảo quá trình sản xuất.

Sự phát triển các hệ thống điều khiển được tóm tắt như sau:

– Điều khiển vòng hở (open loop)

– Điều khiển nửa kín (semi-closed loop)

– Điều khiển vòng kín(full-closed loop)

Sau đây giới thiệu sơ lược về các nguyên tắc điều khiển

Giả sử như chúng ta đang có nhu cầu điều khiển một thông số X của đối tượng A.

Trong trường hợp điều khiển vòng hở thì đối tượng A sẽ được điều khiển mà không

cần quan tâm đến thông số X và thực tế thì thông số X sẽ được người điều khiển quan

sát và thao tác để điều khiển đối tượng A.

Trong trường hợp semi-closed loop thì hệ thống điều khiển sẽ nhận dạng một

thông số Y không phải là thông số X nhưng qua nó có thể ước lượng hoặc đại diện cho

X. Như vậy tính "quan sát = mắt" được loại bỏ một phần. Tuy nhiên sai số của mô

hình khá cao do các sai số về cơ và điện. Mô hình này được áp dụng chủ yếu là lý do

về mặc giá thành hoặc đôi khi thông số X không thể đo đạc được. Độ chính xác của nó

dĩ nhiên là cao hơn opened loop.

Và cái cuối cùng đó là closed loop, dĩ nhiên trong trường hợp này đối tượng X

được trực tiếp feedback về hệ thống điều khiển để xử lý.

2.1.1 Điều khiển vòng hở (open loop):

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

17

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

Bộ điều khiển vị trí chỉ thị lệnh cho động cơ quay, nhưng chỉ quay mà thôi, quay

tới quay lùi mà không cần biết quay bao nhiêu vòng cho bàn chạy đến vị trí nào…, nó

chỉ dừng khi có tác động từ con người hay từ một hệ thống ra lệnh nào đó bên ngoài

nó.

2.1.2 Điều khiển nửa kín (semi-closed loop):

Hình này có điểm khác so với hình trên. Đó là số vòng quay của motor được mã

hóa và hồi tiếp về bộ điều khiển vị trí. Nghĩa là đến đây thì động cơ chỉ quay một số

vòng nhất định tùy thuộc vào “lệnh” của bộ điều khiển, nói cách khác bộ điều khiển có

thể ra lệnh cho chạy hoặc dừng động cơ theo một lập trình sẵn có tùy thuộc vào ý đồ

của người thiết kế. Tuy nhiên cái mà chúng ta cần điều khiển chính là vị trí của bàn

chạy chứ không phải là việc động cơ quay bao nhiêu vòng thì dừng .... Đối tượng là

cái bàn

2.1.3 Điều khiển vòng kín (full-closed loop):

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

18

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

Hình này rõ ràng là khác hẳn so với 2 hình kia. Vòng hồi tiếp lúc này không phải

hồi tiếp từ trục động cơ về mà vòng hồi tiếp lúc này là hồi tiếp vị trí của bàn chạy

thông qua một thướt tuyến tính. Lúc này bộ điều khiển vị trí không điều khiển số vòng

quay của motor nữa mà nó điều khiển trực tiếp vị trí của bàn chạy. Nghĩa là các sai số

tĩnh do sai khác trong các bánh răng hay hệ thống truyền động được loại bỏ. Vòng điều

khiển lệnh và hồi tiếp khép một vòng kín quét lên toàn bộ thiết bị liên quan cho nên nó

được gọi là vòng kín.

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

19

Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM

bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens

2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐỘNG CƠ SERVO:

2.2.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo:

Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh vực đa dạng và

phát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá. Các khái niệm và công

nghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những hệ thống servo chuyên dụng

điều khiển bởi các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao. Thay vào

đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho tốc độ và vị trí

trong truyền động thay đổi tần số xoay chiều, các động cơ bước và truyền động vòng

kín cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác.

Hiện nay có một số xu hướng trong điều khiển động cơ. Trong một số trường

hợp, vấn đề cần quan tâm chỉ đơn giản là điều khiển tốc độ, gia tốc, mômen hoặc các

thuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển đầu vào là từ phía con

người, chẳng hạn như qua bảng điều khiển. Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc về

phạm trù điều khiển vòng hở. Trong một số trường hợp khác, động cơ phải tự động

đưa ra các đáp ứng với các tác động thời gian thực. Các đáp ứng đối với các tác động

này được quan sát và các điều chỉnh cần thiết được tự động tạo ra. Vì vậy, nó tạo ra

một môi trường điều khiển kín. Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệ

tùy động servo, hay chỉ đơn giản là servo.

Điều khiển servo là một quá trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động

cơ trên cơ sở động học của các tín hiệu vào như vị trí, tốc độ hay mômen. Trong quá

khứ người ta sử dụng các mạch tương tự để thực hiện điều khiển servo, nhưng khả

năng thích nghi của các bộ vi xử lý tín hiệu số đã tạo ra một công nghệ mới cho sự lựa

chọn trong nhiều ứng dụng.

SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI

20