Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển vị trí robot IAI sử dụng PLC keyence

Vấn đề cần thực hiện trong nội dung đồ án: - Tìm hiểu các dòng robot xy lanh điện đơn trục IAI, phương pháp điều khiển, kết nối trong mạng truyền thông công nghiệp. - Tìm hiểu dòng PLC realtime Keyence KV-5500. - Thiết kế hệ thống điều khiển vị trí sử dụng 2 robot xy lanh điện đơn trục. Các công cụ sử dụng: - Hai robot xy lanh điện đơn trục RCP2 dạng trượt, điều khiển bằng bộ điều khiển MSEL. - Bộ điều khiển MSEL. - Bộ điều khiển PLC Keyence KV-5500. - Module kết nối truyền thông KV-DN20, sử dụng để kết nối với bộ điều khiển MSEL qua mạng truyền thông deviceNET. - HMI Weintek MT8101iE. - Phần mềm PC Interface software for XSEL, KV STUDIO V9, Easy Builder PRO V6, Autocad Electric 2020. Kết quả đồ án: hoàn thành các vấn đề đặt ra, nắm vững được phương pháp, cách thức điều khiển robot xy lanh điện của hãng IAI Các kỹ năng đạt được sau đồ án: - Kỹ năng làm việc nhóm. - Kỹ năng đọc tài liệu tiếng Anh. - Kỹ năng làm việc với các thiết bị, phần mềm đang được sử dụng phổ biến trong ngành tự động hóa công nghiệp

TỔNG QUAN

Giới thiệu chung về robot đơn trục và các ứng dụng công nghiệp

Hiện nay, robot xy lanh điện đơn trục đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, thực hiện nhiều nhiệm vụ đơn giản mà trước đây thường thuộc về xy lanh khí, nhờ vào những đặc tính nổi bật của chúng.

Các robot đơn trục, nhờ vào sự đa dạng trong kiểu truyền động, có thể được ghép nối linh hoạt để phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ những ứng dụng đơn giản đến phức tạp.

Hình 1.1 Robot đơn trục dạng que đẩy

Hình 1.2 Robot đơn trục dạng trượt

Hình 1.3 Robot đơn trục dạng table

Hình 1.4 Robot đơn trục dạng quay

Hình 1.5 Robot đơn trục dạng gắp

Tuy có nhiều biến thể về truyền động nhưng các robot này đều dựa trên việc điều khiển các động cơ bước hoặc động cơ servo bên trong chúng

Robot xy lanh điện mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với xy lanh khí, nhờ vào các driver điều khiển mạnh mẽ cho phép tùy chỉnh vị trí, tốc độ, gia tốc và mô men xoắn Bên cạnh đó, các driver này dễ dàng kết nối với PLC qua các mạng truyền thông công nghiệp, đảm bảo độ tin cậy cao Do đó, robot xy lanh điện được xem là lựa chọn ưu việt và đáng tin cậy hơn so với xy lanh khí nén.

Hiện nay, thị trường cung cấp nhiều loại robot xy lanh đa dạng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể như máy ép nhựa cần lực đẩy lớn và vận tốc thấp, máy test nút nhấn yêu cầu lực đẩy vừa phải nhưng tốc độ cao, hoặc hệ thống vận chuyển ưu tiên tốc độ IAI là một nhà cung cấp giải pháp hàng đầu với nhiều dòng robot đáp ứng nhu cầu khác nhau trong các lĩnh vực này.

Một số ứng dụng trong công nghiệp sử dụng robot xy lanh điện:

Trong ngành sản xuất PCB, robot xy lanh được sử dụng để di chuyển mạch in PCB qua lưỡi cắt, thể hiện ứng dụng cơ bản nhất của robot xy lanh với việc sử dụng một trục duy nhất để thực hiện quá trình di chuyển vật.

Hình 1.6 Di chuyển 1 vật sử dụng 1 trục

- Máy hành điểm: ứng dụng này sử dụng khả năng cung cấp lực đẩy và khả năng định vị vị trí để hàn nhiều điểm trên một vỉ

Hình 1.7 Hàn nhiều vị trí trên một vỉ

Kiểm thử nút nhấn sau khi lắp ráp là một quy trình quan trọng, trong đó robot xy lanh sử dụng chức năng đẩy để đánh giá khả năng hoạt động của các nút nhấn Việc này đảm bảo rằng các nút nhấn hoạt động chính xác và hiệu quả sau khi được lắp ráp.

Máy kiểm thử nút nhấn là một trong nhiều ứng dụng của robot xy lanh điện Với tốc độ cao, khả năng điều khiển linh hoạt và ghép nối thông minh, các robot này đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, nâng cao quy trình sản xuất lên tầm cao mới.

Đề xuất nhiệm vụ thiết kế

Đề tài đồ án giới thiệu một hệ thống bao gồm hai robot xy lanh dạng trượt, một bộ điều khiển MSEL có khả năng điều khiển đồng thời bốn trục, cùng với một PLC Keyence Nhóm đề tài sẽ thiết kế các chương trình điều khiển nhằm xác định vị trí cho hai trục robot xy lanh, kèm theo một cơ cấu tay gắp trục Z với các chức năng như di chuyển lên xuống và gắp vật, tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh.

NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU DÒNG PLC REALTIME KV-5500

Giới thiệu chung

Dòng PLC KV-5500 của Keyence là một thiết bị điều khiển logic khả trình mạnh mẽ, lý tưởng cho các ứng dụng lớn và vừa Nó tích hợp nhiều chức năng đặc biệt như truyền thông mạng công nghiệp và các tính năng an toàn với độ tin cậy cao Series KV-5500 được thiết kế theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

Các tính năng ưu việt của dòng CPU KV-5500

- Tốc độ xử lý cực nhanh, công suất lớn

- Tích hợp sẵn 24 cổng vào ra, cung cấp bộ đếm tốc độ cao lên đến 100kHz

Màn hình điều khiển được trang bị cho phép theo dõi và điều chỉnh trực tiếp thông tin CPU, đồng thời có chức năng giám sát và thông báo trạng thái hoặc lỗi của các khối mở rộng.

Kết nối Ethernet/IP mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, cho phép liên kết hiệu quả giữa các CPU, cảm biến và thiết bị giám sát chỉ với việc sử dụng cáp Ethernet.

- Hỗ trợ Bluetooth, cho phép ghi, nạp chương trình thông qua Bluetooth

- Thiết kế nhỏ gọn, giúp thu nhỏ kích thước tủ điện

Phần cứng của Keyence được tối ưu hóa cho việc bảo trì dễ dàng, với tất cả các mẫu CPU được trang bị cổng USB Điều này cho phép truyền nhận dữ liệu tốc độ cao với PLC, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình cài đặt và bảo dưỡng.

Cấu tạo của một khối PLC thường gồm các thành phần chính: Module CPU KV-

5500, module I/O, module tương tự, module truyền thông

Hình 2.1 Cấu tạo một khối PLC

Các đặc điểm PLC dòng KV5000

Module CPU KV-5500 bao gồm các thành phần chính sau:

Trạng thái của CPU và các khối mở rộng được giám sát trên màn hình điều khiển:

- Khi màn hình hiển thị màu đỏ: CPU ở trạng thái PROG hoặc đang xảy ra lỗi

- Khi màn hình hiển thị màu xanh: CPU hoạt động bình thường và đang ở chế độ RUN

❖ Thông số kỹ thuật cơ bản

Bảng 2.1 Các loại biến của PLC KV-5500

Tên biến Kí hiệu Thông số kỹ thuật Độ rộng

Rơ le liên kết B 16384 điểm 1bit B0 đến B3FFF

Rơ le hỗ trợ trong

MR MR 16000 điểm 1bit MR000 đến MR99915

Rơ le chốt LR 16000 điểm 1bit LR000 đến LR99915

Rơ le điều khiển CR 640 điểm 1bit CR000 đến CR3915

Dữ liệu bộ nhớ DM 65535 điểm 16bit DM0 đến DM65534

Bộ nhớ tạm thời TM 512 điểm 16bit TM0 đến TM511

Bộ đếm tốc độ cao CTH 2 điểm 32bit CTH0 đến CTH1

So sánh bộ đếm tốc độ cao CTC 4 điểm 32bit CTC0 đến CTC3

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản PLC KV-5500

❖ Các thông số có thể điều khiển trực tiếp từ module CPU:

- Chế độ có thể được lựa chọn thông qua Switch RUN-PROG:

• RUN mode: chạy chương trình

• PROG mode: dừng chương trình, tất cả đầu ra OFF Đặc điểm kỹ thuật

Chế độ kiểm soát hoạt động Chế độ chương trình lưu trữ

Ngôn ngữ lập trình Sơ đồ dạng thang mở rộng, ký hiệu dễ nhớ Tốc độ thực hiện lệnh

Hướng dẫn cơ bản: tối thiểu 10ns Hướng dẫn áp dụng: tối thiểu 20ns

Dung lượng chương trình Xấp xỉ 260k bước

Số lượng khối cài đặt tối đa

16 khối (48 khối khi kết nối khối mở rộng)

Số lượng điểm vào/ra tối đa Tối đa 3096 điểm khi mở rộng Định vị xung ngõ ra 2 điểm (tần số ngõ ra tối đa

100KHZ) Ngõ vào/ra khối CPU Ngõ vào: 16 điểm, ngõ ra: 8 điểm

Chức năng duy trì mất điện

Bộ nhớ cực nhanh ghi được gấp

Dựa vào pin 5 năm (nhiệt độ môi trường xung quanh hoạt động 25 độ C, trong chế độ giữ mất điện) Chức năng tự chuần đoán

CPU bất thường, RAM bất thường, khác Đặc điểm kỹ thuật chung Điện áp định mức 24 VDC  10%

Nhiệt độ không khí xung quanh 0 đến 50 o C (không đóng băng) Độ ẩm môi trường hoạt động 10 đến 95% RH (không ngưng tụ)

Nhiệt độ bảo quản -20 đến +70 o C Độ ẩm môi trường lưu trữ 10 đến 95% RH (không ngưng tụ)

Môi trường làm việc Không có bụi và khí ăn mòn Độ cao hoạt động Từ 2000m trở xuống Điện áp chống chịu

1500VAC cho 1 phút giữa đầu cuối nguồn điện và đầu cuối vào/ra hoặc đầu cuối bên ngoài và vỏ bọc ôm kế 500Vdc)

KV-5500 được trang bị màn hình LCD nhỏ gọn với đèn nền hai màu, hiển thị màu xanh lá cây khi ở chế độ RUN và màu đỏ khi chuyển sang chế độ PRO.

Màn hình tích hợp giúp người dùng dễ dàng truy cập, theo dõi và điều chỉnh thông tin CPU Nó còn có chức năng giám sát trạng thái và thông báo lỗi các module, giúp người sử dụng nhanh chóng nắm bắt và xử lý các vấn đề phát sinh.

❖ Các chức năng của màn hình điều khiển:

Trong chế độ theo dõi đơn vị, trạng thái của khối có thể được giám sát thông qua cửa sổ truy xuất bằng cách nhấn công tắc truy cập trực tiếp kết nối với CPU.

- Device mode: Chế độ này cho phép giám sát và thay đổi các giá trị của thiết bị PLC

- Error clear: xóa lỗi nghiêm trọng về các khối CPU

- Display and setting of time: Trong chế độ này, đồng hồ nội có thể được hiển thị và thời gian có thể được thiết lập

Trong chế độ CPU monitor, người dùng có thể theo dõi tình trạng của CPU và chức năng đếm tần số Bên cạnh đó, tên của dự án chương trình lưu trữ trên khối CPU cũng có thể được kiểm tra.

- Monitoring alarm: Trong chế độ này, hệ thống báo động có thể được theo dõi và ghi báo động có thể được kiểm tra

Trong chế độ thẻ nhớ, người dùng có thể thực hiện các hoạt động như lưu trữ tệp, tải lên và tải xuống từ thẻ nhớ, cũng như hiển thị danh sách các tệp hiện có.

- Access Window setup: Trong chế độ này, có thể thiết lập độ tương phản của Access Window, ngôn ngữ hiển thị và các thiết lập khác có liên quan

Tất cả các dòng CPU của Keyence đều tích hợp khe cắm thẻ nhớ SD, cho phép người dùng lưu trữ, đọc và ghi chép dữ liệu trực tiếp vào CPU mà không cần sử dụng phần mềm KV Studio.

2.2.2 Các module vào ra a Module Input

❖ Các thành phần của module input

Bảng 2.3 Chức năng các thành phần trên module

Công tắc chọn điện áp đầu vào

Connecter đầu vào Kết nối đầu vào

Công tắc truy cập trực tiếp

Sau khi bật chế độ ON, bạn có thể theo dõi trạng thái của đơn vị mở rộng qua cửa sổ truy cập CPU Bên cạnh đó, trạng thái của đơn vị mở rộng cũng có thể được nhận biết thông qua màu sắc của công tắc.

Đèn LED xanh lá cây hoạt động bình thường, trong khi đèn LED xanh lục nhấp nháy cho thấy một đơn vị đang được chọn khi đèn LED màu xanh lá cây sáng và công tắc được bật Nếu đèn LED đỏ sáng, điều này chỉ ra rằng đã xảy ra lỗi.

Tắt đèn đỏ: khi bật công tắc BẬT và chọn thiết bị dưới đèn đỏ ở trạng thái

Khối terminal đầu vào Khối đầu cuối đầu vào Có thể được gỡ bỏ

Khóa đòn bẩy Khóa kết nối của thiết bị

Bảng 2.4 Các thông số kỹ thuật cơ bản module input

Chế độ kết nối mở rộng

Khối thiết bị đầu cuối có thể tháo rời

Connector (tiêu chuẩn MIL) Đầu vào terminal 24V

DC 5V DC 24VDC Điện áp vào tối đa 26,4V DC Điện áp đầu vào định mức

24V DC, 4.1mA Điện áp bật tối thiểu 19V 3.5V 19V 3.5V 19V Điện áp tắt tối đa - 1.5V - 1.5V -

Tiêu thụ dòng nội 15mA 25mA

❖ Các thành phần của module output

Bảng 2.5 Chức năng các thành phần trên module

Connecter đầu ra Kết nối đầu ra

Công tắc truy cập trực tiếp

Sau khi bật chế độ ON, người dùng có thể theo dõi trạng thái của đơn vị mở rộng thông qua cửa sổ truy cập CPU Bên cạnh đó, trạng thái của đơn vị mở rộng cũng được thể hiện qua màu sắc của công tắc.

Đèn LED màu xanh lá cây hoạt động bình thường, trong khi đèn LED xanh lục nhấp nháy cho biết một đơn vị đang được chọn khi đèn LED màu xanh lá cây sáng và công tắc được bật Nếu đèn LED đỏ sáng, điều này cho thấy có lỗi xảy ra.

Tắt đèn đỏ: khi bật công tắc BẬT và chọn thiết bị dưới đèn đỏ ở trạng thái

Khối đầu cuối đầu vào Có thể được gỡ bỏ Khóa đòn bẩy Khóa kết nối của thiết bị

Bảng 2.6 Các thông số kỹ thuật cơ bản module output

Chế độ đầu ra Relay Transitor (PNP)

Chế độ kết nối mở rộng

Khối thiết bị đầu cuối có thể tháo rời

Khối thiết bị đầu cuối có thể tháo rời Connector

Dòng điện rò rỉ trong trường hợp TẮT

2.2.3 Các module tương tự a Module chuyển đổi A/D KV-AD40

Hình 2.5 Module tương tự KV-AD40

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật cơ bản của module KV-AD40

Tiêu thụ dòng trong 110Ma

Nhiệt độ hoạt động 0 đến 50 o C Đầu vào analog 4 điểm Độ rộng đầu vào analog Điện áp: -10 đến10V

Trở kháng đầu vào Điện áp: 1M Dòng điện: 250

Tốc độ chuyển đổi 80 s/ch

Chế độ cách ly Khối CPU: Khớp nối

Chanel: không cách nhiệt Đầu vào tối đa Điện áp: 15V dòng điện: 30mA Đầu vào TRIG Tín hiệu đầu vào: NPN

Thời gian phản hồi: 200A Chức năng đặc biệt

Chức năng chuyển đổi phạm vi đầu vào, chia tỷ lệ, so sánh, chức năng bỏ qua kênh, phát hiện ngắt dòng

Số thiết bi cung cấp Rơ-le (R) 32

Bộ nhớ dữ liệu (DM) 22

❖ Các tín hiệu đầu vào của module KV-AD40

Bảng 2.8 Các tín hiệu vào đầu vào của module KV-AD40

Terminal Tên tín hiệu Dải thông số

V0+ Đầu vào điện áp ch0 Độ rộng đầu vào từ: -10 đến +10V, 0 đến 10V, 0 dến 5V, 1 đến 5V

V1+ Đầu vào điện áp ch1

I0+ Đầu vào dòng điện ch0 Độ rộng đầu vào: 0 đến 20mA hoặc 4 đến 20mA

I1+ Đầu vào dòng điện ch1

12 b Module chuyển đổi D/A KV-DA40

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật cơ bản của module KV-DA40

Tiêu thụ dòng trong 110mA

Nhiệt độ môi trường hoạt động 0 đến 50 o C Đầu vào analog 4 điểm Độ rộng đầu vào analog Điện áp: -10 đến10V (2.5mV)

Trở kháng đầu vào Điện áp: 1M Dòng điện: 250

Tốc độ chuyển đổi 80 s/ch

Chế độ cách ly Khối CPU: Khớp nối

Chanel: không cách nhiệt Đầu vào tối đa Điện áp: 15V dòng điện: 30mA Đầu vào TRIG Tín hiệu đầu vào: NPN

Chức năng đặc biệt Chức năng chuyển đổi phạm vi đầu vào, chức năng chia tỷ lệ, chức năng giữ / xóa đầu ra lỗi

Số thiết bi cung cấp

Bộ nhớ dữ liệu (DM) 18

❖ Các tín hiệu đầu ra của odule KV-DA40

Bảng 2.10 Các tín hiệu vào đầu ra của module KV-DA40

Terminal Tên tín hiệu Dải thông số

V0+ Đầu ra điện áp ch0

Dải đầu vào từ: -10 đến +10V, 0 đến 10V, 0 dến 5V,

I0+ Đầu ra dòng điện ch0

Dải đầu vào: 0 đến 20mA hoặc 4 đến 20mA

V0- Đầu ra điện áp GND ch0

Dải đầu vào từ: -10 đến +10V, 0 đến 10V, 0 dến 5V,

I0- Đầu ra dòng điện GND ch0

NC NC Không kết nối

Giao tiếp I/O chức năng Master cho phép kết nối tự động giữa đơn vị CPU cài đặt KV-DN20 và thiết bị DeviceNet slave ở chế độ master, mà không cần lập trình sơ đồ thang cho việc điều khiển truyền thông Các chế độ truyền trong giao tiếp này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đơn giản hóa quy trình kết nối.

Chức năng giao tiếp I/O của KV-DN20 hỗ trợ 4 chế độ truyền sau:

- Master gửi dữ liệu đến slave A

- Slave A gửi dữ liệu cho Master

- Master gửi dữ liệu đến slave B

- Slave B gửi dữ liệu đến Master

- Master gửi dữ liệu đến Slave

- Các slave C gửi dữ liệu đến Master

Các bước sau (1) đến (2) sẽ được lặp lại cho mỗi slave:

- Master gửi 1bit tin nhắn đầu ra cho tất cả các slave đồng thời (1)

- Các slave A, B và C gửi dữ liệu cho master (2)

Hình 2.7 Kiểu truyền dữ liệu Bit-Strobe

❖ COS (thay đổi trạng thái)

- Khi dữ liệu I/O được thay đổi, dữ liệu sẽ chỉ được gửi và nhận giữa master/slave đã trở thành mục tiêu

- Ngay cả khi dữ liệu I / O không được thay đổi, dữ liệu cũng sẽ được nhận và gửi trong một khoảng thời gian cố định

• Khi dữ liệu trong master đã được thay đổi, dữ liệu thay đổi sẽ được gửi đến slave

• Khi dữ liệu trong slave đã được thay đổi, dữ liệu thay đổi sẽ được gửi đến master

- Giá trị thời gian cố định, có thể được đặt bằng bộ hẹn giờ tín hiệu nhịp tim của danh sách quét cho từng slave

- COS không có khái niệm quét mạng

Chế độ xác minh "W / Ack" là lựa chọn tối ưu để nhận và gửi dữ liệu, giúp xác định tính thành công của giao tiếp qua việc nhận Ack Mặc dù chế độ này làm tăng lưu lượng truyền thông, nhưng nó đảm bảo rằng mọi lỗi trong quá trình giao tiếp đều được phát hiện Ngược lại, chế độ không có Ack giảm lưu lượng nhưng không thể phát hiện chính xác lỗi giao tiếp, điều này có thể dẫn đến rủi ro trong việc truyền tải dữ liệu.

- Các bước sau (1) đến (2) sẽ được lặp lại cho mỗi slave trong một khoảng thời gian cố định

• Master gửi dữ liệu cho slave (1)

• Các slave gửi dữ liệu cho master (2)

- Giá trị thời gian cố định, có thể được đặt bằng bộ đếm thời gian tín hiệu nhịp tim của danh sách quét cho từng slave

- Giao tiếp theo chu kỳ không có khái niệm quét mạng

- Chế độ xác minh để nhận và gửi dữ liệu phải được đặt thành "W / Ack"

Với cơ chế Ack, việc xác nhận dữ liệu đã nhận và gửi giúp phát hiện tình trạng liên lạc, mặc dù điều này có thể dẫn đến việc tăng lưu lượng truyền thông.

So với phương thức "W / Ack", việc không sử dụng Ack sẽ dẫn đến việc giảm lưu lượng giao tiếp, tuy nhiên, điều này cũng làm cho việc phát hiện lỗi trong giao tiếp trở nên khó khăn hơn Module truyền thông deviceNet KV-DN20 là một giải pháp hiệu quả trong bối cảnh này.

Bảng 2.11 Các thông số kỹ thuật cơ bản module KV-DN20

Nguồn cấp 24VDC ±10% (cấp bởi khối CPU)

Mức tiêu thụ dòng 24VDC, 45mA

Nhiệt độ hoạt động 0 đến +50 o c

Nhiệt độ bảo quản -20 đến +70 o c Độ ẩm hoạt động 35 đến 85%RH Điện áp chịu đựng 1500VAC trong 1 phút

❖ Các thông số trong chế độ master

Bảng 2.12 Các thông số trong chế độ Master

Mục Thông số kỹ thuật

Số đơn vị được kết nối trong 1 mạng Tối đa 64

Loại giao tiếp Giao tiếp I/O(Poll/Bit-Strobe/COS/Cyclic), giao tiếp message

Loại và kích thước của thiết bị được chỉ định

R (relay) hoặc DM (data memory)

Phương pháp gán thiết bị Tự động cấu hình (cố định hoặc được chỉ định từ phía trước) và chỉ định thủ công

Số slave được kết nối Tối đa 63 thiết bị

Output: 2048 điểm Độ dài tin Gửi: 106byte

Tìm hiểu công cụ lập trình cho PLC KV5000

KV-STUDIO V9 là phần mềm lập trình PLC tiên tiến nhất của Keyence, chuyên dụng cho các dòng PLC của hãng Phần mềm này sở hữu nhiều tính năng nổi bật, bao gồm lập trình cho module CPU, thiết lập cài đặt cho các module trong hệ thống, theo dõi hoạt động của CPU theo thời gian thực và mô phỏng chương trình mà không cần CPU KV-STUDIO V9 mang đến nhiều chức năng hữu ích khác, hỗ trợ tối ưu hóa quy trình lập trình và giám sát hệ thống.

Tại cửa sổ chính của chương trình, chọn File > New project

Hình 2.8 Tạo một project bước 1 Đặt tên cho project, chọn module CPU và đường dẫn lưu project, nhấn OK để tạo project

Hình 2.9 Tạo một project bước 2

Để vào cửa sổ Unit editor, bạn cần chọn Yes khi cửa sổ hiện lên Tại đây, bạn có thể thiết lập các module cần thiết cho hệ thống, chẳng hạn như module truyền thông và module I/O Sau khi hoàn tất việc thiết lập, hãy chọn OK để kết thúc quá trình tạo dự án.

Hình 2.10 Tạo một project bước 3

2.3.3 Download chương trình xuống PLC

Cắm cáp USB kết nối CPU KV-5500 với PC

Tại cửa sổ chính của chương trình, bạn có thể chọn tùy chọn Convert hoặc nhấn Ctrl+9 để kiểm tra lỗi Nếu không phát hiện lỗi nào, chương trình sẽ hiển thị kết quả với thông báo "Số lỗi: 0".

Hình 2.11 Kiểm tra lỗi chương trình

Tiếp tục chọn Monitor/Simulator > Transfer to PLC để nạp chương trình xuống PLC

Hình 2.12 Nạp chương trình xuống PLC

Sau khi chương trình được nạp thành công, hãy chọn Monitor/Simulator > Monitor mode để theo dõi hoạt động và thay đổi giá trị các biến của chương trình trong thời gian thực.

NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU CÁC ROBOT IAI

Giới thiệu chung robot xy lanh điện IAI

3.1.1 Các dòng Robot xy lanh điện

IAI cung cấp các loại robot xy lanh với đầy đủ cơ cấu truyền động: dạng que đẩy, dạng trượt, dạng xoay, dạng gắp,…

Hãng cũng phát triển các dòng robot xy lanh điện với các chức năng đặc thù phù hợp với từng ứng dụng cụ thể:

Dòng sản phẩm RCP2, RCP3 và RCP4 của IAI được trang bị thế hệ động cơ bước mới, lý tưởng cho các ứng dụng cần tốc độ thấp nhưng yêu cầu lực đẩy lớn.

Đối với các ứng dụng cần cung cấp lực đẩy liên tục và có dải tốc độ rộng, hãng cung cấp các dòng sản phẩm RCS3 và RCS2, được trang bị động cơ AC servo.

- Các dòng robot này đều có dạng que đẩy, dạng trượt, đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

- Các dòng thiết bị truyền động RCP và RCS có các đặc điểm điều khiển chính khác nhau phù hợp với chức năng mà hãng hướng đến:

Cơ cấu truyền động RCP có khả năng chịu tải cao hơn khi hoạt động ở tốc độ thấp Khi tải trọng tăng lên, cấu trúc điều khiển của dòng RCP sẽ bắt đầu giảm vận tốc theo đường cong mô men xoắn của động cơ.

Các cơ cấu truyền động ưu tiên tốc độ của hệ thống, với khả năng đánh giá tải trọng trong quá trình điều khiển Khi tải trọng tăng, cấu trúc điều khiển của dòng RCS duy trì tốc độ, nhưng nếu tải trọng vượt quá giới hạn cho phép, động cơ AC servo sẽ gây lỗi bộ điều khiển Do đó, việc lưu ý đến tải trọng là rất quan trọng khi chọn robot RCS cho hệ thống.

Về tốc độ, các robot loại trượt của IAI có thể đạt tốc độ 1000mm/s, trong khi loại que đẩy có thể lên đến 800mm/s

Một số dòng robot xy lanh nổi bật của IAI:

- Dòng sản phẩm RCP6: được trang bị sẵn encoder không dùng Pin, đầy đủ các dạng truyền động để người sử dụng dễ dàng lựa chọn

Hình 3.1 Dòng sản phẩm RCP6

- Dòng sản phẩm RCS3 Servo Press: sử dụng động cơ servo, là lựa chọn số

1 trong công nghiệp, cung cấp lực đẩy từ 200N, max lên tới 50000N

Hình 3.2 Dòng sản phẩm RCS3

Dòng sản phẩm RCP2 của IAI là sản phẩm phổ biến nhất, tích hợp nhiều dạng truyền động với chức năng đa dạng như chế độ định vị, đầu vào mạch xung, giao tiếp nối tiếp, và tương thích với xy lanh khí Sản phẩm cho phép lập trình các chuyển động phức tạp và hỗ trợ định vị đa điểm lên đến 512 điểm, mang lại hiệu suất cao trong các ứng dụng tự động hóa.

Hình 3.3 Dòng sản phẩm RCP2

Ngoài ra còn rất nhiều dòng sản phẩm khác như RCS2, mini cylinder robot, RCA2, RCP3, ERC3,… phù hợp với từng ứng dụng khác nhau

3.1.2 Các bộ điều khiển robot IAI

Các robot xy lanh điện này được điều khiển qua các bộ điều khiển mạnh mẽ do hãng cung cấp

- Dòng điều khiển vị trí:

• PCON: điều khiển 1 trục, cho các dòng sử dụng động cơ bước 24VDC

Hình 3.4 Bộ điều khiển PCON

• ACON: điều khiển 1 trục, cho các dòng sử dụng động cơ servo 24VDC

Hình 3.5 Bộ điều khiển ACON

• DCON: điều khiển 1 trục, cho các dòng sử dụng động cơ servo 24VDC

Hình 3.6 Bộ điều khiển DCON

• SCON: điều khiển 1 trục, cho các dòng sử dụng động cơ servo 230VAC

Hình 3.7 Bộ điều khiển SCON

- Dòng điều khiển khả trình:

• PSEL: điều khiển 1-2 trục, cho các dòng dùng động cơ bước 24 VDC

Hình 3.8 Bộ điều khiển PSEL

• ASEL: điều khiển 1-2 trục, cho các dòng dùng động cơ servo 24VDC

Hình 3.9 Bộ điều khiển ASEL

• SSEL: điều khiển 1-2 trục, cho các dòng dùng động cơ servo 24VDC

Hình 3.10 Bộ điều khiển SSEL

• MSEL: điều khiển 1-4 trục, cho các dòng dùng động cơ bước 24VDC

Hình 3.11 Bộ điều khiển MSEL

Tìm hiểu bộ điều khiển robot IAI PCON-CB

3.2.1 Các thông số kỹ thuật chính

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật chính bộ điều khiển PCON-CB Đặc điểm kỹ thuật

Số lượng trục được điều khiển 1 trục Điện áp cấp 24V DC ± 10%

Dòng điện 1A (RCP2, RCP3); max 4.2A (RCP4,

Nhiệt sinh ra 5W (RCP2, RCP3); 8W (RCP4, RCP5,

Nguồn áp PIO DC24V±10% (Cung cấp từ thiết bị bên ngoài) External

Kiểu PIO Tín hiệu vào ra 24V

DeviceNet, CC-Link, PROFIBUS-DP, CompoNet, MECHATROLINK, EtherCAT,EtherNet/IP, PROFINET-IO Cài đặt và nhập dữ liệu PC software hoặc teaching pendant

Chiều dài cáp kết nối tới bộ truyền động

Số vị trí trong chế độ Positioner Max 512 vị trí

Nhiệt độ tối đa bộ điều khiển -20 - 70℃

3.2.2 Sơ đồ ghép nối cơ bản

❖ Cấu tạo của bộ điều khiển PCON:

Hình 3.12 Bộ điều khiển PCON

- Absolute battery connector: đây là đầu nối để cắm vào pin kèm theo nếu áp dụng Simple Absolute Type

- Absolute battery: nó được đính kèm nếu áp dụng Simple Absolute Type

- Absolute battery status indicator LED: mỗi trạng thái của đèn LED sẽ tương ứng với một trạng thái hay lỗi nào đó xảy ra trên pin

- PIO connector / Field network connector: đầu cắm của cáp truyền thông giữa bộ điều khiển và PLC

- Controller status indicator LED: mỗi trạng thái của đèn LED sẽ tương ứng với một trạng thái hoạt động nào đó của bộ điều khiển

- LED for curent/Alarm Monitoring

Công tắc đặt số trục (Axis Number Setting Switch) cho phép người dùng thiết lập số lượng trục điều khiển một cách dễ dàng Sử dụng bộ chuyển đổi SIO, người dùng có thể điều khiển nhiều trục trên công cụ giảng dạy mà không cần phải kết nối hoặc ngắt kết nối cáp Bộ chuyển đổi SIO hỗ trợ tối đa 16 trục, tương ứng với các số thập lục phân từ 0 đến F.

- Operation mode setting switch: công tắc để chuyển đổi chế độ MANU/AUTO cho bộ điều khiển

- SIO connector: Đầu nối SIO được sử dụng để kết nối bộ điều khiển với teaching tool hoặc khối gateway thông qua cáp truyền thông thích hợp

- Motor – Encoder connector: đầu cắm của cáp kết nối giữa bộ điều khiển và bộ truyền động

- Power supply connector: là đầu nối cho nguồn áp 24V DC và là đầu vào của tín hiệu để quản lí điều khiển an toàn cho bộ điều khiển

❖ Sơ đồ ghép nối cơ bản

Hình 3.13 Sơ đồ ghép nối cơ bản bộ điều khiển PCON

3.2.3 Các phương thức điều khiển

Bộ điều khiển PCON vận hành thông qua truyển thông DeviceNet có thể hoạt động ở một trong năm chế độ sau

Bảng 3.2 Các phương thức điều khiển của bộ điều khiển PCON

Số lượng byte chiếm dụng 1CH 4CH 8CH 16CH 6CH

Chỉ định vị trí trực tiếp dưới dạng giá trị x o o o x

Chỉ định vận tốc, gia tốc trực tiếp x x o o x

Push-motion operation o o o o o Đọc vị trí hiện tại x o o o o Đọc tốc độ hiện tại x x o o x

Sử dụng giá trị trong bảng vị trí o o x x o Đọc số vị trí đã hoàn thành chuyển động o o x x o

Kích thước tối đa của bảng vị trí 512 768 Không dùng

Trong chế độ này, bộ truyền động hoạt động dựa trên giá trị đã được đăng ký trong bảng vị trí Để thiết lập dữ liệu vị trí, người dùng có thể sử dụng phần mềm RC PC.

Số lượng vị trí khả dụng được xác định bởi cài đặt Parameter No.25, “PIO pattern”

Số byte chiếm dụng: 1CH

Trong chế độ điều khiển này, bộ truyền động hoạt động bằng cách chỉ định số vị trí, cho phép người dùng chọn giá trị vị trí đích trực tiếp hoặc từ bảng dữ liệu vị trí thông qua tín hiệu điều khiển Các giá trị như vận tốc, gia tốc (tăng tốc/giảm tốc) và dải vị trí đều được lấy từ bảng dữ liệu vị trí đã được đăng ký trước Hệ thống hỗ trợ tối đa 768 điểm dữ liệu vị trí.

Hình 3.15 Chế độ Position/Simple Direct

Cấu hình kênh PLC được chỉ ra ở bảng sau ( n cho biết địa chỉ nút ) :

- Đầu ra PLC → Đầu vào bộ điều khiển

- Đầu ra bộ điều khiển → Đầu vảo PLC

Bảng 3.3 trình bày cấu hình địa chỉ kênh PLC và bộ điều khiển, bao gồm các thông tin về đầu ra PLC, thanh ghi đầu vào của bộ điều khiển, đầu vào PLC và thanh ghi đầu ra của bộ điều khiển Bảng cũng chỉ định vị trí đích cho các kênh này.

Chỉ định số chương trình được đăng kí trong bảng vi trí n + 2

Số vị trí tương ứng với vị trí hoàn thành n + 3 Tín hiệu điều khiển n + 3 Tín hiệu trạng thái c Half direct mode

Trong chế độ này, bộ truyền động được vận hành bằng cách chỉ định trực tiếp giá trị vị trí, vận tốc, gia tốc (tăng tốc/giảm tốc)

Hình 3.16 Chế độ Half direct

Bảng 3.4 Cấu hình địa chỉ kênh PLC/bộ điều khiển Đầu ra PLC Thanh ghi đầu vào bộ điều khiển Đầu vào PLC

Thanh ghi đầu ra bộ điều khiển n Vị trí đích n

Dòng điện yêu cầu n + 3 n + 3 n + 4 Vận tốc n + 4

Vận tốc hiện tại n + 5 Tăng tốc / giảm tốc n + 5 n + 6

Giá trị giới hạn hiện tại được sử dụng trong push-motion operation n + 6 Mã báo động n + 7 Tín hiệu điều khiển n + 7 Tín hiệu trạng thái d Full direct mode

Trong chế độ này, bộ truyền động hoạt động bằng cách chỉ định trực tiếp tất cả các giá trị liên quan đến điều khiển vị trí như vị trí, vận tốc, và tăng tốc/giảm tốc dưới dạng giá trị cụ thể.

Số lượng byte chiếm dụng: 16CH

Hình 3.17 Chế độ Full direct

Bảng 3.5 Cấu hình địa chỉ kênh PLC/bộ điều khiển Đầu ra PLC Thanh ghi đầu vào bộ điều khiển Đầu vào PLC

Thanh ghi đầu ra bộ điều khiển n Chỉ định vị trí đích n

Vận tốc chỉ định là n + 4, trong khi vận tốc hiện tại là n + 5, và n + 6 đánh dấu ranh giới khu vực Mã báo động được ghi nhận là n + 7, và khu vực này không thể được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào khác (khu vực đã chiếm dụng) với ranh giới khu vực là n + 8 Cuối cùng, tăng tốc được ghi nhận là n + 10.

Tổng số lần di chuyển n + 11 Giảm tốc n + 11 n + 12

Giá trị giới hạn hiện tại được áp dụng trong hoạt động đẩy, với tổng khoảng cách di chuyển và ngưỡng tải hiện tại được xác định Hệ thống sử dụng tín hiệu điều khiển và tín hiệu trạng thái để quản lý hoạt động hiệu quả Chế độ Remote I/O 2 cũng được tích hợp để nâng cao khả năng điều khiển và giám sát.

Trong chế độ này, bộ chấp hành được vận hành bởi PIOs (24V I/O) thông qua giao tiếp DeviceNet

Ngoài những gì như đã được cung cấp trong Remote I/O mode, chức năng được cung cấp thêm là đọc vị trí và lệnh hiện tại

Số lượng byte chiếm dụng: 6CH

3.2.4 Các thông số điều khiển chính

Trước khi thiết lập tham số cho bộ điều khiển trong phần mềm RC PC, cần chuyển công tắc “mode selector switch” về vị trí MANU Để chọn chế độ hoạt động, hãy đặt giá trị cho tham số No.84, “FMOD: Fieldbus operation mode” theo bảng hướng dẫn.

Bảng 3.6 Chọn chế độ hoạt động Đặt giá trị Chế độ hoạt động Số byte chiếm dụng

1 Position/simple direct mode 4CH

To configure the node address for the 4 Remote I/O mode 2 6CH, set parameter No 85, “NADR: Fieldbus node address,” within the allowable range of 0 to 63, ensuring that there are no duplicate node addresses.

Sau khi thiết lập các tham số, hãy kết nối lại bộ điều khiển và chuyển công tắc "mode selector switch" về vị trí AUTO Nếu công tắc vẫn ở vị trí MANU, hoạt động của PLC sẽ không thể thực hiện được.

Tìm hiểu bộ điều khiển robot IAI MSEL

3.3.1 Các thông số kỹ thuật chính

Bảng 3.7 Các thông số kỹ thuật chính bộ điều khiển MSEL Đặc điểm kỹ thuật

Số lượng trục được điều khiển 1 - 4 trục Điện áp cấp Một pha 100V đến 230V AC ± 10%

Tần số điện áp 50Hz/60Hz±5%

Nguồn áp PIO DC24V±10% (Cung cấp từ thiết bị bên ngoài)

DP, EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET IO, RS232C, RS485

Cài đặt và nhập dữ liệu PC software hoặc teaching pendant

Ngôn ngữ viết chương trình SEL Language

Số bước tối đa trong 1 chương trình 9999 bước

Số vị trí tối đa 30000 vị trí

Số chương trình tối đa 255 chương trình

3.3.2 Sơ đồ ghép nối cơ bản

❖ Cấu tạo của bộ điều khiển MSEL:

Hình 3.18 Cấu tạo bộ điều khiển MSEL

- AC power input connector: là đầu nối cho nguồn áp một pha 100V đến 230V

- Absolute bettery connector: hộp pin được đặt riêng sẽ được kết nối với một cáp cho bốn trục

- Actuator connection connector: đầu cắm cho cáp kết nối giữa bộ điều khiển và bộ truyền động

- Panel window: hiển thị trạng thái của bộ điều khiển

- Simple Absolute Status LED Lamps for Each Axis: đèn LED hiển thị trạng thái nếu áp dụng Simple Absolute Type

- Operation mode setting switch: công tắc để chuyển đổi chế độ MANU/AUTO cho bộ điều khiển

- SIO connector: đầu nối SIO được sử dụng để kết nối bộ điều khiển với teaching tool

- USB connector: là một đầu nối để cắm USB

- System I/O connector: là đầu nối đầu vào và đầu ra để quản lý điều khiển an toàn trên bộ điều khiển

- Standard I/O connector : là đầu nối để áp dụng tín hiệu PIO 16 điểm cho mỗi đầu vào và đầu ra mục đích chung

- Status LED for extension I/O: hiển thị trạng thái của PIO hoặc fieldbus được cắm vào extension I/O connector

- Extension I/O connector: : đầu cắm để kết nối bộ điều khiển với PLC

Khi xây dựng mạch an toàn cho nguồn động cơ, hãy kết nối một điểm tiếp xúc giữa MPI và MPO khi cung cấp hoặc cắt nguồn cho động cơ bên ngoài.

❖ Sơ đồ ghép nối cơ bản:

Hình 3.19 Sơ đồ ghép nối cấu bản bộ điều khiển MSEL

3.3.3 Các phương thức điều khiển

MSEL là bộ điều khiển khả trình độc lập, không cần đến bộ điều khiển chủ Để lập trình cho MSEL, người dùng sử dụng ngôn ngữ lập trình chuyên dụng của IAI, gọi là ngôn ngữ SEL.

❖ Các phương thức điều khiển:

- Hoạt động thông qua PIO interface:

• Hoạt động với truyền thông Fieldbus (DeviceNet, CC-Link,

PROFIBUS-DP, EtherNet / IP và EtherCAT được hỗ trợ)

- Hoạt động thông qua các lệnh truyền thông nối tiếp:

• Hoạt động với Serial Communication (truyền thông nối tiếp)

• Hoạt động với truyền thông Ethernet

- Hoạt động bằng cách sử dụng teaching tool

❖ Nhận và chuyển tiếp tín hiệu I/O:

- I/O Ports của MSEL controller và host controller thực hiện việc trao đổi dữ liệu với nhau thông qua 1 trong 2 loại giao diện: I/O interface (24V I/O) hoặc fieldbus interface

- Mỗi cổng có thể trao đổi 1 bit dữ liệu

- Việc sử dụng PIO (24V I/O) hay fieldbus được thiết lập bởi một tham số

Hình 3.20 Trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển MSEL và PLC

3.3.4 Các thông số điều khiển chính

❖ Để có thể chạy một chương trình ta cần:

- Tạo bảng vị trí (thực hiện việc teaching những tọa độ theo yêu cầu, ta sẽ thu được bảng vị trí) trong PC software

- Tạo chương trình bằng ngôn ngữ SEL trong PC software

- Viết bảng vị trí và dữ liệu chương trình đó vào trong bộ điều khiển

Ta quy ước program No nghĩa là chương trình thứ x (một trong số 255 chương trình có thể được tạo ra trong PC software)

❖ Có 2 cách để khởi động chương trình:

- Khởi động program No được chỉ định trong bộ điều khiển MSEL

- Khởi động program No được chỉ định từ host controller

33 a Khởi động chương trình Program No được chỉ định trong bộ điều khiển MSEL

Bảng 3.8 Cài đặt tham số khi muốn khởi động chương trình được chỉ định trong bộ điều khiển

Parameter type and No Đặt giá trị Mô tả

I/O parameter No.33 0 Input port (cổng đầu vào) 019 được chỉ định làm general- purpose input (đầu vào cho mục đích chung)

1 Ở chế độ AUTO, khi nguồn được bật hoặc thiết lập lại phần mềm được thực hiện, program

No được đặt trong I/O parameter No.1 được thực thi

2 Khi input port 019 ON, program No được đặt trong I/O parameter No.1 được thực thi Khi cổng này OFF, tất cả các chương trình đang chạy sẽ dừng

I/O parameter No 286 19 Input port 019 được chỉ định là cổng để gắn tính năng trong tham số I/O parameter No.33

I/O parameter No.1 1 to 255 Chỉ định program No , chương trình mà bạn muốn sẽ tự động được khởi động

Sau khi bật nguồn, program No được chỉ định trong bộ điều khiển MSEL, có thể được tự động khởi động Các bước thực hiện:

❖ Kết nối với PC software rồi thiết lập tham số:

- I/O parameter No.1 là program No (chương trình này sẽ tự động khởi động sau khi bật nguồn)

❖ Gạt công tắc “operation mode setting” trên bộ điều khiển MSEL sang

❖ Tắt nguồn và sau đó bật lại

Bộ điều khiển MSEL sẽ được khởi động lại và tín hiệu RDY bật lên để xác nhận khởi động thành công Sau đó, chương trình đã được chỉ định sẽ được thực hiện.

Hình 3.21 Các bước thực thi khởi động từ bộ điều khiển

Sau khi bật nguồn, chuyển động bất ngờ của robot có thể gây ra tình huống nguy hiểm Để đảm bảo an toàn, chúng ta cần cung cấp khóa liên động, yêu cầu chương trình chỉ được khởi động khi có tín hiệu xác nhận từ công tắc hoặc nút bấm Dưới đây là một ví dụ về hoạt động này.

❖ Kết nối với PC software rồi đặt giá trị:

- I/O parameter No.1 là program No (chương trình có chỉ số này được khởi động sau khi input port 019 turn ON và dừng khi cổng này turn OFF)

❖ Gạt công tắc “operation mode setting” trên bộ điều khiển MSEL sang

❖ Tắt nguồn và sau đó bật lại

Khởi động bộ điều khiển MSEL bằng cách bật tín hiệu RDY để xác nhận khởi động thành công Sau khoảng thời gian chờ 0,01 giây, thiết lập input port 019 để bật ON.

❖ Chương trình chỉ định được thực thi

Hình 3.22 Các bước thực thi khởi động từ bộ điều khiển có khóa liên động

35 b Khởi động chương trình program No được chỉ định từ host controller

Bảng 3.9 Cài đặt tham số khi muốn khởi động chương trình được chỉ định từ host controller

No Đặt giá trị Mô tả

Input port 016 được chỉ định làm general-purpose input (đầu vào cho mục đích chung)

- Sau khi chỉ định program No

(thiết lập bởi input port 023 (LSB) đến 030 (MSB) với định dạng BCD) Turn ON input port 016 để khởi động chương trình

- Chú ý: turn ON input port 016 trong ít nhất 0,1s

- Sau khi chỉ định program No

(thiết lập bởi input port 023 (LSB) đến 030 (MSB) với định dạng Binary) Turn ON input port 016 để khởi động chương trình

- Chú ý: turn ON input port 016 trong ít nhất 0,1s

Input port từ 023 đến 030 được chỉ định làm general-purpose input (đầu vào cho mục đích chung)

Input port từ 023 đến 030 được chỉ định để đặt giá trị cho program No

Input port 016 được chỉ định là cổng để gắn tính năng trong tham số I/O parameter No.30

No.290 to 297 23 to 30 Cổng (input port) được dùng để chỉ định giá trị cho program No

Chú ý: Giá trị lớn nhất của program No (tổng số chương trình ta có thể viết) là

Nếu chương trình có định dạng BDC, nó chỉ có thể được chỉ định từ số 1 đến số 99 (8bit) Để thực hiện chương trình từ số 100 đến 255, có thể sử dụng phương pháp đầu tiên được nêu trong mục a) hoặc sử dụng lệnh “EXPG”.

- Kết nối với PC software và thiết lập giá trị cho I/O parameter theo bảng trên

- Khởi động bộ điều khiển MSEL (tín hiệu RDY turn ON để chỉ báo khởi động thành công), sau ít nhất 0,01s, chỉ định giá trị program No

- Đặt giá trị “program No.”(chỉ số của chương trình mà bạn muốn thực thi) ứng với các input ports từ 023 đến 030

- Sau khi thiết lập giá trị “program No.” ít nhất 0.05s, turn ON input port 016(program start)

- Turn ON input port 016 và giữ nó ON khoảng 0.1s

- Chương trình chỉ định được thực thi

Hình 3.23 Các bước thực thi khởi động từ host controller

Tìm hiểu truyền thông DeviceNet trên các robot IAI

DeviceNet không chỉ là một giao thức ứng dụng cho CAN, mà còn cung cấp các chi tiết cho lớp vật lý và hỗ trợ các phương thức giao tiếp như tay đôi (Peer to Peer) và chủ tớ (Master/Slave).

Do cấu trúc mạng DeviceNet có thể giao tiếp Peer to Peer hoặc Master/Slave nên rất linh động và có ứng dụng cao trong thực tế sản xuất

DeviceNet là một mạng mở cho phép kết nối dễ dàng nhiều hệ thống kiểm soát và thiết bị như PLC, máy tính cá nhân, cảm biến và thiết bị truyền động Mạng này giúp giảm chi phí lắp đặt và bảo trì nhờ yêu cầu dây dẫn ít hơn, đồng thời cho phép kết nối các thiết bị tương thích DeviceNet từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.

DeviceNet sử dụng cấu trúc đường trục/đường nhánh, với đường trục là phần cốt lõi của mạng, có chiều dài tối đa 500m và trở kháng đầu cuối là 2 120 Ohm, 0.25w Các đường nhánh kết nối các nút với trục chính, có chiều dài tối đa 6m.

DeviceNet hỗ trợ kết nối tối đa 64 trạm trên một mạng duy nhất Mạng này sử dụng một hệ thống cáp đơn, vừa cung cấp nguồn điện vừa truyền tải dữ liệu Ngoài ra, mạng còn sử dụng một điện trở đầu cuối để xác định điểm kết thúc của hệ thống.

Hình 3.24 Mô hình truyền thông DeviceNet

Trong mạng DeviceNet, mỗi thành viên được gán một địa chỉ duy nhất trong khoảng từ 0 đến 63, được gọi là MAC-ID (Medium Access Control Identifier) Điều đặc biệt là việc thêm hoặc xóa một trạm có thể thực hiện ngay cả khi mạng vẫn đang tắt nguồn.

Hình 3.25 Cấu trúc mạng truyền thông DeviceNet

Phương pháp mã hóa bit: DeviceNet sử dụng phương pháp mã hóa bit của mạng CAN, tốc độ truyền 125Kbps, 250Kbps, 500Kbps tương ứng với chiều dài dây là 500m, 250m, 100m

Gói dữ liệu: Tối đa 8 byte

Kỹ thuật bus: Truyền thẳng hoặc rẽ nhánh, nguồn và tín hiệu trên cùng một cáp mạng Địa chỉ bus: Peer to Peer, MultiMaster hoặc Master/Slave

Bảng 3.10 Các thông số kỹ thuật chính của mạng truyền thông DeviceNet

DeviceNet 2.0 Group 2 only server Network-powered insulation node

Thông số kỹ thuật truyền thông Kết nối Master Slave

Bit strobe Polling Cyclic/Change of State

Baud rate 500k/250k/125kbps (cài đặt I/O parameter bằng phần mềm)

Chiều dài cáp truyền thông

Tốc độ truyền thông Độ dài tối đa Độ dài dòng nhánh tối đa

Tổng chiều dài đường nhánh

Nguồn cấp truyền thông 24Vdc

Dòng tiêu thụ của nguồn cấp 60mA

Số lượng nút chiếm dụng 1

Connector Sản xuất bởi PHOENIX CONTACT

3.4.2 Thiết lập truyền thông cho robot

Trước khi thiết lập tham số cho bộ điều khiển trong phần mềm máy tính, ta phải đưa công tắc “mode selector switch” về vị trí MANU

Trong phần này ta sẽ tìm hiểu về việc thiết lập tham số cho bộ điều khiển MSEL khi truyền thông với PLC thông qua DeviceNet

Bảng 3.11 Cài đặt truyền thông DeviceNet cho bộ điều khiển MSEL

Parameter No Phạm vi giá trị Giá trị đặt Mô tả

14 0 ÷ 240 16 Cài đặt số lượng cổng đầu vào

15 0 ÷ 240 16 Cài đặt số lượng cổng đầu ra

16 48 ÷ 287 48 Cài đặt cổng bắt đầu là cổng đầu vào

17 348 ÷ 587 348 Cài đặt cổng bắt đầu là cổng đầu ra

0: không sử dụng Device board 1: sử dụng Device board

- Khi xảy ra lỗi giao tiếp, dữ liệu cổng đầu vào:

C80000H Đặt thời gian cho đến khi kiểm tra, để xem liệu giao tiếp

DeviceNet có được thiết lập khi khởi động không

0: Not Mounted 1: CC-Link 2: DeviceNet 3: PROFIBUS

Khi cài đặt giá trị tránh để trùng node address

- Giá trị được cài đặt theo khối master:

Sau khi thiết lập các tham số, hãy kết nối lại bộ điều khiển và chuyển công tắc "mode selector switch" về vị trí AUTO Nếu công tắc vẫn ở vị trí MANU, hoạt động của PLC sẽ không thể thực hiện được.

Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình SEL cho robot

SEL là ngôn ngữ đơn giản nhất trong số nhiều ngôn ngữ robot hiện có, hoạt động như một chương trình thông dịch Nó cho phép thực hiện các điều khiển mức cao thông qua các biểu thức đơn giản, giúp việc lập trình trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

3.5.1 Bảng vị trí và chương trình Để chạy robot ta cần dùng PC để cung cấp chương trình và dữ liệu vị trí (thông tin vị trí để robot di chuyển) cho bộ điều khiển

Hình 3.26 Kết nối bộ điều khiển MSEl với PC

Dữ liệu nhập vào bảng vị trí được cung cấp trong phần mềm PC có:

- Cửa sổ chỉnh sửa khác nhau tùy thuộc vào loại robot

- Tổng số vị trí có thể đặt khác nhau tùy thuộc vào bộ điều khiển

Chương trình được viết bằng ngôn ngữ SEL có:

- Số lượng chương trình và tổng số bước khác nhau tùy thuộc vào bộ điều khiển

Với bộ điều khiển MSEL ta có:

- Tổng số vị trí có thể đặt là 30000

- Tổng số chương trình có thể viết là 255

- Giới hạn tổng số bước có thể thực thi trong một chương trình là 9999 Bảng vị trí được sử dụng chung cho tất cả chương trình

3.5.2 Cửa sổ chỉnh sửa và định dạng chương trình Để tạo một chương trình với cửa sổ chỉnh sửa chương trình (Program Edit) ta chỉ nhập thông tin cho vị trí, lệnh, v.v vào các khu vực thích hợp Sau đó, chương trình đã tạo sẽ được chuyển đến bộ điều khiển để được thực thi

Cửa sổ chỉnh sửa chương trình được mô tả như trong hình sau:

Hình 3.27 Các thành phần chính của một chương trình điều khiển Định dạng chương trình được mô tả như trong bảng sau:

Bảng 3.12 Định dạng chung của một chương trình điều khiển Điều kiện mở rộng

(AND, OR) Điều kiện đầu vào (I/O, flag)

Câu lệnh , khai báo Đầu ra

Lệnh Toán hạng 1 Toán hạng 2 Các điều kiện trước câu lệnh tương đương với “IF to THEN” trong ngôn ngữ lập trình cơ bản

- Khi có điều kiện đầu vào:

• Nếu các điều kiện đầu vào đáp ứng yêu cầu, lệnh sẽ được thực thi và sau đó bật cổng đầu ra (nếu được chỉ định)

• Nếu các điều kiện đầu vào không đáp ứng yêu cầu, nó sẽ chuyển sang bước tiếp theo

- Khi không có điều kiện đầu vào, lệnh được thực thi vô điều kiện và sau đó bật cổng đầu ra (nếu được chỉ định)

- Để sử dụng điều kiện ngược lại, hãy thêm “N” (NOT) vào điều kiện

- Ta có thể sử dụng cổng đầu vào, cổng đầu ra hoặc cờ cho điều kiện đầu vào

- Toán hạng 1 và 2, và đầu ra có thể được chỉ định gián tiếp

Hoạt động của đầu ra, được chỉ định sau lệnh và toán hạng 1 và 2, được giải thích bên dưới:

Khi thực hiện các câu lệnh điều khiển bộ truyền động, đầu ra sẽ tắt ngay lập tức khi lệnh được bắt đầu và sẽ bật lại khi lệnh hoàn tất.

- Đối với các câu lệnh tính toán, v.v., đầu ra sẽ ON khi kết quả là một giá trị nào đó (đã biết) và ON với các giá trị khác

- Ta có thể sử dụng cổng đầu ra hoặc cờ cho đầu ra

Ta có thể kết hợp các điều kiện bằng cách sử dụng cổng AND và cổng OR

- Mở rộng với cổng AND:

Bảng 3.13 Định dạng chương trình khi mở rộng với cổng AND Điều kiện mở rộng

A Điều kiện 3 Lệnh Toán hạng 1

- Mở rộng với cổng OR:

Bảng 3.14 Dịnh dạng chương trình khi mở rộng với cổng OR Điều kiện mở rộng

O Điều kiện 2 Lệnh Toán hạng 1

- Mở rộng với cổng AND và OR:

Bảng 3.15 Định dạng chương trình khi mở rộng với cổng AND và OR Điều kiện mở rộng

Lệnh Toán hạng 1 Toán hạng 2 Điều kiện 1

O Điều kiện 3 Lệnh Toán hạng 1 Toán hạng 2

Bảng dưới đây nêu ra các câu lệnh được sử dụng trong phạm vi đồ án và chức năng của chúng:

Bảng 3.16 Các câu lệnh thường dùng trong ngô ngữ SEL

- Các trục được chỉ định trong toán hạng 1 sẽ di chuyển về vị trí HOME

- Đầu ra sẽ TẮT khi trục bắt đầu chuyển động và BẬT khi chuyển động hoàn tất

- Đặt vận tốc cho bộ truyền động theo giá trị được chỉ định trong toán hạng 1 Đơn vị là mm/s

- Giá trị không vượt quá mức vận tốc tối đa (tùy thuộc vào kiểu máy truyền động được kết nối)

ACC - Đặt gia tốc cho bộ truyền động theo giá trị được chỉ định trong toán hạng 1 Đơn vị là G

TAG - Đặt số thẻ theo giá trị được chỉ định trong toán hạng 1

GOTO - Chuyển đến vị trí của số thẻ được chỉ định trong toán hạng

- Gán giá trị được chỉ định trong toán hạng 2 cho biến được chỉ định trong toán hạng 1

- Đầu ra sẽ BẬT khi 0 được gán cho biến được chỉ định trong toán hạng 1

Cộng giá trị của biến trong toán hạng 1 với giá trị trong toán hạng 2, sau đó gán kết quả cho biến trong toán hạng 1.

- Đầu ra sẽ BẬT khi kết quả là 0 CPEQ/

Đầu ra sẽ được kích hoạt khi nội dung của biến trong toán hạng 1 so sánh với giá trị trong toán hạng 2 và đáp ứng điều kiện đã đặt ra.

- Đầu ra sẽ TẮT nếu điều kiện không được thỏa mãn

- Di chuyển bộ truyền động đến vị trí tương ứng với số vị trí được chỉ định trong toán hạng 1

- Đầu ra sẽ TẮT khi trục bắt đầu chuyển động và BẬT khi chuyển động hoàn tất

- Đợi cổng I/O hoặc cờ được chỉ định trong toán hạng 1 BẬT / TẮT

- Chương trình có thể bị hủy bỏ sau thời gian đã chỉ định bằng cách đặt thời gian trong toán hạng 2.Phạm vi thiết lập là 0,01s đến 99s

- Đầu ra sẽ BẬT khi hết thời gian đã chỉ định (chỉ khi toán hạng 2 được chỉ định)

Bật hoặc tắt trạng thái của các cổng đầu ra hoặc cờ từ cổng được chỉ định trong toán hạng 1 đến cổng được chỉ định trong toán hạng 2.

EXSR Thực hiện chương trình con được chỉ định trong toán hạng

BGSR Khai báo bắt đầu chương trình con được chỉ định trong toán hạng 1

- Khai báo kết thúc chương trình con

- Lệnh này luôn được yêu cầu ở cuối chương trình con Sau đó, chương trình sẽ thực thi lệnh tiếp theo ngay sau lệnh EXSR đã được gọi

- Dừng chương trình và đợi thời gian quy định trong toán hạng 1 Phạm vi thiết lập từ 0,01s đến 99s

- Đầu ra sẽ BẬT khi hết thời gian đã chỉ định và chương trình tiến hành bước tiếp theo

Thực thi các chương trình từ chương trình được chỉ định trong toán hạng 1 đến chương trình được chỉ định trong toán hạng 2 và chạy chúng song song

ABPG - Hủy bỏ chương trình khác

Kết thúc chương trình Nếu đã thực thi đến bước cuối cùng mà không gặp phải bất kỳ lệnh EXIT nào, chương trình thực thi lại từ đầu.

Tìm hiểu công cụ lập trình cho bộ điều khiển MSEL

3.6.1 Giới thiệu chung Để lập trình cho bộ điều khiển MSEL, ta sử dụng công cụ PC Interface Software for XSEL

Chương trình là một công cụ hoàn chỉnh để lập trình cho bộ điều khiển MSEL Các chức năng chính của chương trình:

- Thay đổi các thông số cài đặt hệ thống của bộ điều khiển MSEL

- Thêm các vị trí định sẵn cho các trục được kết nối (tối đa lên đến 3000 vị trí được cài đặt)

- Lập trình cho bộ điều khiển bằng ngôn ngữ SEL

Chương trình được sử dụng cho các bộ điều khiển khả lập trình của IAI như MSEL, PSEL, ASEL, SSEL

Các cài đặt để bộ điều khiển MSEL có thể giao tiếp truyền thông với PLC đều thông qua chương trình PC Interface Software for XSEL

Giao diện chính của chương trình PC Interface Software for XSEL:

Hình 3.28 Giao diện chính của chương trình

3.6.2 Thêm các vị trí định trước cho bộ điều khiển MSEL

Tại giao diện chính của chương trình điều khiển, chọn Position, mục Position No Select chọn From 1 to 100, chọn OK Tối đa có thể cài đặt 30000 vị trí

Hình 3.29 Thêm vị trí định trước vào chương trình MSEL bước 1

Tại giao diện Position, người dùng có thể điều chỉnh vị trí cho trục 1 và trục 2, cùng với việc thiết lập vận tốc di chuyển và gia tốc cho từng trục khi di chuyển đến vị trí mong muốn.

Hình 3.30 Thêm vị trí định trước vào chương trình MSEL bước 2

❖ Lưu ý khi đặt vị trí định trước cho chương trình:

- Phía bên trên bảng vị trí có các thông số điều khiển chế độ chạy JOG, mà ta sẽ dùng trong việc dạy cho robot cách di chuyển

- Cần nhấn nút SV ở cả trục 1 và trục 2 để có thể chạy JOG

Để xác định tọa độ của một điểm chưa biết trên trục 1 và trục 2, bạn có thể sử dụng chức năng JOG để di chuyển đến điểm đó, rồi nhập thông số tọa độ vào bảng vị trí.

Kết hợp các câu lệnh với một hệ vị trí đầy đủ cho phép điều khiển linh hoạt đường đi của robot, từ đó tạo ra sự đa dạng và dễ dàng trong ứng dụng của robot.

3.6.3 Cài đặt các thông số hệ thống cho bộ điều khiển MSEL Để cài đặt các thông số hệ thống cho bộ điều khiển MSEL, ta truy cập vào mục Parameter

Hình 3.31 Cài đặt các thông số hệ thống cho MSEL

Tại đây, người dùng có thể tùy chỉnh tất cả các thông số của hệ thống, bao gồm cài đặt truyền thông và chức năng của các cổng I/O port của MSEL, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng cho từng ứng dụng cụ thể.

3.6.4 Viết chương trình cho bộ điều khiển MSEL Để bắt đầu viết chương trình cho bộ điều khiển MSEL, ta truy cập vào mục Program

Hình 3.32 Giao diện viết chương trình cho bộ điểu khiển MSEL

Với bộ điều khiển MSEL, ta có thể viết được 255 chương trình, mỗi chương trình giới hạn 9999 dòng lệnh

Chúng ta có thể gọi một chương trình bất kỳ bằng cách điều chỉnh giá trị của các bit vị trí chương trình, những bit này có thể được cấu hình trong cài đặt tham số I/O.

3.6.5 Download chương trình xuống bộ điều khiển MSEL Để download chương trình xuống MSEL, ta có 2 cách là Manual và Auto

Để nạp một chương trình vào bộ điều khiển MSEL, hãy chuyển gạt cần chọn cứng sang chế độ Manual và truy cập vào chương trình cần nạp, sau đó chọn biểu tượng có chữ “SEL”.

Hình 3.33 Nạp chương trình cho MSEL bước 1

Chọn Yes, bảng tùy chọn chế độ nạp hiện lên Tích chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng và chon Yes

Đợi chương trình được nạp thành công với thông báo “Successful” trên MSEL bước 2, bạn có thể sử dụng các công cụ trên thanh toolbar để điều khiển chương trình hiện tại.

Để bắt đầu, hãy chuyển cần chọn cứng trên MSEL sang chế độ Auto Khi đó, bạn có thể lựa chọn chương trình và điều khiển chương trình thông qua các cổng đầu vào No của MSEL, đã được thiết lập chức năng trong phần cài đặt tham số.

THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG NHIỀU

Yêu cầu chung

Thiết kế phần cứng hệ thống gồm 3 phần:

- Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống

- Sơ đồ kết nối truyền thông

- Sơ đồ kết nối với cơ cấu truyền động

Phần mềm gồm có 2 phần:

- Viết chương trình điều khiển cơ cấu truyền động cho bộ điều khiển MSEL

- Viết chương trình điều khiển các I/O port của bộ điều khiển MSEL bằng PLC KV-5500

Thiết kế sơ đồ điều khiển

4.2.1 Thiết kế sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống

Hệ thống sử dụng cả nguồn AC và DC, trong đó bộ biến đổi AC/DC cung cấp nguồn điện DC 24V cho PLC, HMI và tín hiệu so sánh cho truyền thông DeviceNet.

Bộ điều khiển MSEL sử dụng nguồn AC 230V

Hình 4.1 Sơ đồ kết nối nguồn hệ thống

4.2.2 Thiết kế phần ghép nối các bộ điều khiển với cơ cấu robot

Bộ điều khiển MSEL kết nối với cơ cấu robot qua các cổng MPG Trong cơ cấu này sử dụng 2 robot RCP, ứng với 2 cổng MPG1 và MPG2

4.2.3 Thiết kế phần ghép nối truyền thông và cài đặt truyền thông a Ghép nối truyền thông các thành phần hệ thống

PLC và bộ điều khiển MSEL được kết nối thông qua giao thức truyền thông DeviceNet, với các chân kết nối tương ứng trên PLC và MSEL được đánh dấu bằng màu sắc.

Bảng 4.1 Các chân kết nối truyền thông DeviceNet

Màu chân kết nối Chi tiết Đen Nguồn dương

Xanh lam Low side of signals

Trắng High side of signal Đỏ Nguồn âm

Hình 4.3 Cổng kết nối DeviceNet Hình 4.2 Sơ đồ ghép nối với cơ cấu robot

PLC kết nối với HMI Weintek MT-8101iE qua giao thức Ethernet

Hình 4.4 Ghép nối truyền thông các thành phần hệ thống

Bộ điều khiển MSEL được kết nối với PC qua cáp USB b Cài đặt truyền thông cho các thành phần hệ thống

❖ Cài đặt PLC KV-5500 và module truyền thông DN20

- Mở Project đã tạo ở chương 2 mục 2.3

Hình 4.5 Bước 1 cài đặt truyền thông PLC với HMI

- Nháy đúp chuột vào mục KV-5500 trong toolbar Project, chuột phải vào Unit KV-5500 chọn EtherNet/IP setting

- Nháy đúp chuột vào biểu tượng KV-5500, chỉnh IP address trong bảng phía bên phải thành 192.168.0.10, chọn OK để lưu cài đặt

- Quay lại trang chủ, tại toolbar Project chuột phải vào KV-DN20, chọn Unit setting

- Tại giao diện cài đặt, chọn EDS file > Register EDS file > chọn đến File EDS_IANP3810_DN20_V_2_3.eds nhấn Open

Hình 4.8 Bước 1 cài đặt truyền thông PLC với MSEL

- Chọn File > Create New Kéo thả file EDS vừa cài xuống dưới module DN20

- Nháy đúp chuột vào khu vực màu đỏ, chọn Auto assign trong bảng cài đặt

To successfully configure the slave controller MSEL with the master module DN20, first assign the parameters and perform the assignment Upon successful declaration, the red section will change to green, indicating that the setup is complete.

❖ Cài đặt HMI Weintek MT-8101iE

- Tạo một file lập trình HMI MT-8101iE trên phần mềm Easybuilder Pro Tại tab Home chọn System Parameter

Hình 4.11 Bước 1 cài đặt truyền thông HMI với PLC

- Chọn New Device, tại muck Device type tìm đến Keyence Kv… (Ethernet) Tại mục IP setting, set địa chỉ 192.168.0.10 (địa chỉ của CPU KV-5500)

Hình 4.12 Bước 2 cài đặt truyền thông HMI với PLC

- Nhấn OK để lưu lại các cài đặt.

Lắp ráp hệ điều khiển

Hệ thống thực tế sau khi kết nối với nguồn, kết nối truyền thông các thiết bị và kết nối với cơ cấu robot:

Hình 4.13 Hệ thống thực tế sau khi ghép nối các thành phần

Xây dựng ứng dụng mẫu

4.4.1 Máy trò chơi gắp búp bê a Mô tả công nghệ

Hệ thống máy trò chơi gắp búp bê hoạt động với hai trục truyền động, được điều khiển bởi hai công tắc bên ngoài Người chơi sử dụng các công tắc này để di chuyển tay gắp đến vị trí mong muốn nhằm nhặt búp bê trong thùng Khi tay gắp đến vị trí đã chọn, nó sẽ gắp búp bê và quay trở lại vị trí ban đầu.

Hai nút nhấn chỉ có thể điều khiển được khi cho xèng vào máy sau mỗi lượt chơi

Hình 4.14 Máy trò chơi gắp búp bê b Xây dựng lưu đồ chương trình điều khiển

❖ Giải thích hoạt động của hệ thống

Hình 4.15 Sơ đồ cơ cấu truyền động

- Đợi nút nhấn điều khiển trục 1 được nhấn

- Trục 1 di chuyển khi nút nhấn 1 được nhấn, dừng di chuyển khi nút nhấn 1 được thả ra

- Đợi nút nhấn điều khiển trục 2 được nhấn

- Trục 2 di chuyển khi nút nhấn 1 được nhấn, dừng di chuyển khi nút nhấn 2 được thả ra

- Đưa ra một lệnh điều khiển khởi động tay gắp từ MSEL tới bộ điều khiển tay gắp

- Đợi tín hiệu hoàn thành việc gắp búp bê từ tay gắp về bộ điều khiển MSEL

- Trở về vị trí HOME sau khi nhận tín hiệu, đợi nhấn Start để chơi lượt tiếp theo

❖ Lưu đồ hoạt động của chương trình

Hình 4.16 Lưu đồ hoạt động của chương trình

60 c Lập trình điều khiển cho MSEL

❖ Khai báo các đầu vào input, đầu ra output sử dụng trong MSEL

Bảng 4.2 Khai báo I/O sử dụng trong chương trình của MSEL

I/O No Tên tín hiệu Loại

Input port No 69 Tín hiệu chờ xèng để chơi Cảm biến

Input port No 70 Tín hiệu điều khiển trục 1 Nút nhấn

Input port No 71 Tín hiệu điều khiển trục 2 Nút nhấn

Input port No 72 Báo kết thúc quá trình gắp của tay gắp Tín hiệu điều khiển

Tín hiệu khởi động tay gắp 24V DC

❖ Chương trình điều khiển MSEL

Dựa vào lưu đồ thuật toán, ta viết chương trình điều khiển cho 2 trục trên bộ điều khiển MSEL với ngôn ngữ lập trình SEL như sau:

Bảng 4.3 Chương trình điều khiển sử dụng ngôn ngữ SEL

Step E N Cnd Cmnd Operand 1 Operand 2 Pst Comment

Trục 1 và trục 2 về vị trí HOME (servo ON)

2 VEL 400 Đặt tốc độ 400mm/s

4 WTON 69 Tín hiệu có xèng

5 WTON 70 Đợi nhấn nút điều khiển trục 1

Di chuyển tiến trục 1 khi nhấn nút điều khiển 1

7 WTON 71 Đợi nút nhấn điều khiển trục 2

Di chuyển tiến trục 1 khi nhấn nút điều khiển 2

Tín hiệu khởi động cho bộ điều khiển tay gắp ON

10 WTON 72 Đợi tay gắp hoàn thành công việc

Tín hiệu khởi động cho bộ điều khiển tay gắp OFF

Trục 1 và 2 lùi về vị trí HOME khi input 72

61 d Lập trình điều khiển cho PLC

❖ Khai báo I/O sử dụng trong chương trình PLC

Bảng 4.4 Khai báo I/O sử dụng trong chương trình PLC

Input Địa chỉ Chức năng

Chương trình MR001 được nạp cho MSEL, trong khi MR000 khởi động chương trình này Các tín hiệu điều khiển thay thế nút nhấn 1 được chỉ định bởi MR002 và MR003 Cuối cùng, tín hiệu báo Ready trên HMI được thể hiện qua MR005.

R000 Tín hiệu chờ để chơi

DM11000.0 đến DM11000.8 là các điều khiển cho các cổng đầu vào của MSEL, bao gồm cổng No 48, 69, 70, 71 và 72, giúp quản lý và điều chỉnh các tín hiệu đầu vào một cách hiệu quả.

Chương trình PLC cung cấp các đầu vào ra để điều khiển các Input port của bộ điều khiển MSEL, thông qua giao thức truyền thông DeviceNet

❖ Giải thích hoạt động của chương trình MSEL và PLC

- Ở trạng thái chờ, chương trình chờ tín hiệu từ cảm biến có xèng cho vào trong máy, báo về cổng Input R000 của PLC

- R000 báo tín hiệu về Input port No 69 của MSEL, chương trình MSEL sang trạng thái chờ nút nhấn điều khiển các trục

- Khi nhấn nút nhấn được liên kết với biến MR002 của PLC, Input port No

70 của MSEL ON, trục 1 di chuyển tiến, khi nhả nút thì trục 1 dừng

- Khi nhấn nút nhấn được liên kết với biến MR003 của PLC, Input port No

71 của MSEL ON, trục 2 di chuyển tiến, khi nhả nút thì trục 2 dừng

- Khi trục 2 dừng, Output No 368 của MSEL sẽ báo ON, Output R500 của PLC ON, điều khiển xy lanh tay gắp đi xuống

- Khi tay gắp đi xuống hết hành trình, cảm biến sẽ báo về Input R001 của PLC, R001 ON làm ON Input port No 72 của MSEL

Khi bật Input port No 72, tay gắp sẽ di chuyển lên, hai trục sẽ lùi về vị trí HOME, và chương trình MSEL sẽ chuyển về trạng thái chờ cho lượt chơi tiếp theo Đồng thời, giao diện vận hành trên màn hình HMI (Weintex) cũng được thiết kế để hỗ trợ quá trình này.

Giao diện điều khiển của máy trò chơi gắp búp bê rất đơn giản, bao gồm:

- Hai nút nhấn điều khiển 2 trục: nhấn giữ để di chuyển trục

- Đèn báo sẵn sàng: bắt đầu sáng khi cho xèng vào máy, tắt khi kết thúc 1 lượt chơi

Hình 4.18 Giao diện điều khiển máy trò chơi gắp búp bê

4.4.2 Hệ thống xếp hàng lên pallet a Mô tả công nghệ

Hệ thống xếp hàng hóa bao gồm các trục 1, trục 2 và trục Z, sử dụng một xy lanh khí nén với đầu ngàm gắp để gắp hàng hóa Ngàm gắp sẽ lấy hàng tại điểm cấp liệu và chuyển chúng vào pallet, quá trình này lặp lại cho đến khi pallet được lấp đầy.

Hình 4.19 Hệ thống xếp hàng lên pallet b Xây dựng lưu đồ chương trình điều khiển

❖ Giải thích hoạt động của hệ thống

Hình 4.20 sơ đồ cơ cấu truyền động

- Ban đầu, ngàm gắp ở vị trí chờ (P18), đợi tín hiệu khởi động

- Di chuyển đến điểm cấp liệu (P17) khi nhận được tín hiệu khởi động

- Trục Z đi xuống, ngàm khí nén kẹp vào hàng hóa

- Trục Z đi lên, di chuyển đến vị trí P1 trên pallet

- Trục Z đi xuống, ngàm khí nén nhả ra đặt hàng hóa lên pallet

- Trục Z đi lên, di chuyển đến điểm cấp liệu

- Cứ tiếp tục như vậy (vị trí P1 tịnh tiến theo hướng mũi tên sau mỗi vòng lặp) cho tới khi pallet đầy

- Khi pallet đầy, 1 tín hiệu báo đầy sẽ xuất hiện Ngàm gắp được di chuyển tới vị trí chờ (P18), đợi tín hiệu khởi động

❖ Lưu đồ hoạt động của chương trình

Hình 4.21 Lưu đồ hoạt động của chương trình

66 c Lập trình điều khiển cho MSEL

❖ Khai báo các đầu vào input, đầu ra output sử dụng trong MSEL

Bảng 4.5 Khai báo I/O sử dụng trong chương trình của MSEL

I/O No Tên tín hiệu Loại

No 49 Giới hạn trên của xy lanh trục Z

No 50 Giới hạn dưới của xy lanh trục Z Công tắc hành trình

No 51 Khởi động chu trình mới Nút nhấn

Output No 379 Khởi động trục Z 24V DC

No 378 Khởi động ngàm gắp 24V DC

No 370 Báo pallet đầy 24V DC

❖ Chương trình điều khiển MSEL

Dựa vào lưu đồ thuật toán, ta viết chương trình điều khiển cho 2 trục trên bộ điều khiển MSEL với ngôn ngữ lập trình SEL như sau:

Bảng 4.6 Chương trình điều khiển sử dụng ngôn ngữ SEL

1 HOME Trục 1 và trục 2 về vị trí

2 VEL 400 Đặt tốc độ 400mm/s

4 LET 368 0 Đặt giá trị biến 368=0

5 LET 369 0 Đặt giá trị biến 368=0

6 OSFT 11 0 Reset phần bù trục 1 và

7 MOVL 18 Di chuyển đến vị trí chờ

8 WTON 51 Đợi nút nhấn khởi động

9 BTOF 370 Tắt cảnh báo pallet đầy

11 MOVL 17 Di chuyển đến vị trí cấp liệu P17

12 EXSR 1 Nhảy vào chương trình con ngàm gắp

13 MOVL 1 Di chuyển đến vị trí 1

14 OFST 1 368 Gán phần bù trục 1 bằng giá trị biến 368

15 OFST 10 369 Gán phần bù trục 2 bằng giá trị biến 369

16 EXSR 1 Nhảy vào chương trình con ngàm gắp

17 ADD 368 20 Tăng giá trị phần bù trục 1 thêm 20

18 CPEQ 368 80 600 Kiểm tra xếp đủ 4 hàng

21 ADD 369 30 Tăng giá trị phần bù trục 2 thêm 30

22 CPEQ 369 120 601 Kiểm tra xếp đủ 4 cột

25 GOTO 1 Nhảy về vị trí chờ

26 BGSR 1 Bắt đầu chương trình con

27 BTON 379 Xy lanh đi xuống

28 WTON 50 Đợi đi xuống hết

29 BTNT 380 Đảo trạng thái ngàm gắp

31 BTOF 379 Xy lanh đi lên

32 WTON 49 Đợi đi lên hết

33 EDSR Kết thúc chương trình con về ctr chính d Lập trình điều khiển cho PLC

❖ Khai báo I/O sử dụng trong chương trình PLC

Bảng 4.7 Khai báo I/o sử dụng trong chương trình PLC

Input Địa chỉ Chức năng

MR001 Nạp chương trình cho MSEL

MR000 Khởi động chương trình cho MSEL

MR006 Tín hiệu báo về Input port No 50 của MSEL

DM10801.6 Output No 370 báo pallet đầy về PLC

DM10801.15 Output No 379 điều khiển Z xy lanh

DM11000.0 Điều khiển Input port No 48 của MSEL

R500 Báo pallet đầy trên PLC

R501 Tín hiệu điều khiển Z xy lanh từ PLC

Chương trình PLC cung cấp các đầu vào ra để điều khiển các Input port của bộ điều khiển MSEL, thông qua giao thức truyền thông DeviceNet

❖ Giải thích hoạt động của chương trình MSEL và PLC

- Ở trạng thái chờ, xy lanh trục Z ở vị trí P18, đợi tín hiệu Input port No 51 của MSEL ON

Khi tác động ON bit MR008 của PLC, Input port No 51 sẽ được kích hoạt, dẫn đến tín hiệu báo pallet đầy (Output port No 370) tắt Xy lanh trục Z sau đó di chuyển đến vị trí cấp liệu P17, nhảy vào chương trình con của MSEL để điều khiển cơ cấu gắp hàng tại vị trí P17 và đặt hàng lên pallet.

- Chương trình con của MSEL:

• ON tín hiệu Output port No 379, Output R501 của PLC ON, điều khiển xy lanh trục Z đi xuống

• Xy lanh xuống đến vị trí thấp nhất, cảm biến đưa tín hiệu ON bit MR006, Input port No 50 ON

• Output port No 380 đảo trạng thái, dẫn đến Output R502 của PLC

ON, điều khiển ngàm gắp gắp hàng

• Output port No 379 OFF, xy lanh đi lên đến vị trí cao nhất thì Input port No 49 ON, nhảy về chương trình chính

- Di chuyển đến vị trí P1

- Cộng giá trị vị trí của trục 1 với giá trị biến 368, cộng giá trị vị trí của trục

- Nhảy vào chương trình con của MSEL, nhả hàng vào vị trí P1

- Tăng giá trị của biến 368 lên thêm 20 (mm)

Kiểm tra giá trị biến 368 so với 80 để đảm bảo có 4 hàng Nếu giá trị khác, chuyển đến TAG 2 và lặp lại quy trình cho đến khi đạt được 4 hàng, lúc đó giá trị biến 368 sẽ bằng 80.

Đặt lại giá trị biến 368 về 0 và tăng giá trị biến 369 thêm 30mm Sau đó, quay lại TAG 1 và tiếp tục vòng lặp xếp hàng vào cột 2 cho đến khi giá trị biến 369 đạt 120, đảm bảo đủ 4 cột được xếp.

- Khi đã xếp đủ 4 hàng 4 cột, Output port No 370 ON, Output R500 của PLC

ON báo trạng thái pallet đầy

Chương trình MSEL chuyển sang TAG 1, thiết lập lại biến 368 và 369, đồng thời đặt giá trị OFSET của trục 1 và trục 2 về 0 XY lanh trục Z sẽ di chuyển đến vị trí P18 và chờ nút nhấn Start (biến MR008 của PLC) để tiếp tục với pallet mới.

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Vị Trí Robot IAI Sử Dụng PLC Keyence
Tác giả	Hoàng Trung Anh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Danh Huy
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	KT Điều Khiển & Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	2,69 MB