Điều khiển hệ gia công trên mặt phẳng bằng cơ cấu dây băng

Nội dung text: Điều khiển hệ gia công trên mặt phẳng bằng cơ cấu dây băng

1. ĐIỀU KHIỂN HỆ GIA CÔNG TRÊN MẶT PHẲNG BẰNG CƠ CẤU DÂY BĂNG Nguyễn Anh Tuấn(1), Nguyễn Minh Tâm(2) (1)Trường Cao Đẳng nghề Long An (nguyen.tuanbill@gmail.com) (2) Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (tamnm@hcmute.edu.vn) Tóm tắt: Đề tài nghiên cứu này, Tác giả giới thiệu một mô hình máy công cụ CNC hai chiều dùng phương pháp truyền động bằng cơ cấu dây băng để điều khiển hệ gia công di chuyển trên mặt phẳng khả dụng. Phương pháp điều khiển cho hệ dựa trên nền tảng của logic mờ. Từ các yêu cầu công nghệ, tác giả xây dựng tập mờ. Sau đó, xây dựng các hàm liên thuộc ngã vào và ngã ra. Bước tiếp theo tìm và cho ra các luật mờ. Dựa trên các luật mờ, tác giả dùng công cụ giải mờ kết hợp với kinh nghiệm thực tế để rõ hóa các tín hiệu đầu ra và sử dụng ngôn ngữ lập trình PLC S7-200 thực hiện xử lý để điều khiển tốc độ và chiều quay của hai động cơ trong cơ cấu dây băng, làm di chuyển hệ gia công đến đúng vị trí xác lập trước do người dùng cài đặt. Ưu điểm của hệ này là có khả năng mở rộng mặt phẳng khả dụng theo yêu cầu thực tiển mà các yếu tố về kỹ thuật, vốn đầu tư, thời gian cần nâng cấp là ưu thế hơn. Ngoài ra, việc chỉnh sửa chương trình cũng ít can thiệp hơn. Kết quả vận hành của mô hình máy công cụ cho thấy hệ gia công đã dừng đúng tại các vị trí đặt trước trong mặt phẳng khả dụng. I. Giới Thiệu 1. Tính cấp thiết Một hệ thống gia công trên mặt phẳng hoạt động theo một quỹ đạo đã được định trước theo yêu cầu gia công. Một hệ cơ cấu chấp hành được dịch chuyển trên một mặt phẳng có một diện tích khả dụng nào đó. Yêu cầu đặt ra là cơ cấu hệ cơ gia công di chuyển đến vị trí đã được xác định trước một cách tối ưu và chính xác (kỹ thuật). Khi có yêu cầu gia công cho tiết diện lớn hơn, hệ thống có khả năng mở rộng diện tích khả dụng mà hạn chế thay đổi kết cấu của hệ thống và chương trình (linh hoạt). Trong khi đó giá thành nâng cấp hệ thống là thấp nhất (kinh tế) 2. Cấu trúc của cơ cấu dây băng Cơ cấu chấp hành gắn chặt left Mô tơ 2 vào dây Giới hạn diện tích top khả dụng Mô tơ 1 bottom right Mô tơ truyền động Các con lăn Một đường vẽ Hệ dây xoay minh họa truyền động Hình 1. Mô hình hệ truyền động bằng dây băng Đặc điểm của hệ: Đặc điểm nổi bật ở mô hình này là có khả năng mở rộng rất linh hoạt. Khi mở rộng, cần di chuyển vị trí các trụ đỡ của hệ thống và thay thế thanh đỡ rất dễ dàng. Mặt khác, hệ sử dụng động cơ DC bình thường và dùng PLC điều khiển nên việc lập trình và thay đổi chương trình khá đơn giản. Hệ sử dụng cảm biến khoảng cách quang học để xác định vị trí nên việc điều khiển và ổn tốc độ động cơ không cần phải chính xác, với nhiều ứng dụng có thể bỏ qua ổn tốc động cơ.
2. II. Quy trình làm việc cơ bản của cơ cấu dây băng Hệ băng tải được truyền động bởi chiều quay của hai mô tơ. A Khi hai động cơ quay theo chiều : A’A; BB’, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành di A’ A C chuyển theo chiều từ A đến B. B A’A;BB’, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành di D chuyển theo chiều từ B đến A. B A’A;B’B , hệ dây kéo cơ cấu chấp hành di B’ chuyển theo chiều từ D đến C. Hình 2 nguyên lý làm việc AA’;BB’ ,hệ dây kéo cơ cấu chấp hành di chuyển theo chiều từ C đến D. Khi một động cơ quay theo chiều như hình BB’, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành chuyển động theo hướng phần tư DB; AA’, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành chuyển động theo hướng phần tư AC; B’B, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành chuyển động theo hướng phần tư AD; A’A, hệ dây kéo cơ cấu chấp hành chuyển động theo hướng phần tư BC. III. Điều Khiển Hệ Dùng Logic Mờ III.1 Xây dựng bộ điều khiển và giair thuật Để điều khiển được hệ di chuyển đến đúng điểm quy định thì ta cần điều khiển hai thông số đó là tốc độ và chiều quay của động cơ theo mô hình như sau: Tín hiệu Tín hiệu đầu ra là đ ầu vào chiều V , V X Y quay, tốc Cảm biến PLC S7-200 SIEMENS ĐỘNG CƠ độ của Hình 3.1. mô hình điều khiển hệ thống dùng logic mờ. động cơ Với mô hình trên tác giả xây dựng giải thuật như sau: Tín hiệu Tập mờ về dấu ∆X và ∆Y ∆X ∆Y mờ hóa đầu vào Tập mờ về giá trị ∆X và ∆Y Mờ hóa Tập mờ về chiều quay moto mờ hóa đầu ra Các luật hợp thành Tập mờ về tốc độ moto Luật cho chiều quay moto Giải mờ Luật về tốc độ moto Tín hiệu ra rõ Chiều Quay và Tốc Độ Moto Hình 3.2 giải thuật điều khiển hệ thống dùng logic mờ
3. II.2. Các hàm liên thuộc vào và ra III.2.1. Hàm liên thuộc về dấu của tín hiệu vào â ℎ 푛 dươngx { (3.1a) x0-10% x0 x0 x0+10% x0 x x0 (3.1b) Hình 3.4 Hàm liên thuộc ngã vào X { { (3.1c) Tương tự cho ngã vào y ta chỉ cần thay chỉ số x và x0 bằng y và y0 ta được các phườn tình hàm liên thuộc cho trục y III.2.2.Hàm liên thuộc về giá trị của tín hiệu vào 1 -max max x -100 -10 10 100 xo Rất xa Gần Rất gần Gần Rất xa Hình 3.5 Hàm liên thuộc ngã vào giá trị trục x { (3.2a) { (3.2b) (3.2c) {
4. Tương tự cho ngã vào y ta chỉ cần thay chỉ số x và x0 bằng y và y0 ta được các phườn tình hàm liên thuộc cho trục y III.2.3. Hàm liên thuộc cho ngã ra tốc độ động cơ { (3.3a) Chậm 1 Trung bình nhanh (3.3b) { VDrive 0 6 12 15 18 24 { (3.3c) Hình 3.6 Hàm liên thuộc tốc độ III.3. Các luật mờ Luật hợp thành cho : chiều quay 2 động cơ M1 và M2 tốc độ 2 động cơ M1 và M2 Bảng 1. luật hợp thàng chiều quay Bảng 2. Luật hợp thành tốc độ IV. Mô hình thực tế và kết quả đạt được. Các relay PLC EM235 PS domino Hình 4. Mô hình tổng quát và mạch điều khiển hệ thống Đây là mô hình mà tác giả thực hiện phục vụ cho quá trình nghiên cứu của mình. Mô hình này đã được bảo vệ trước hội đồng bảo vệ tốt nghiệp cao học trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tháng 4/2016 đã được các PGS.TS, TS khoa học chấp thuận và thông qua.
5. V.Kết Quả Đạt Được Thiết lập được mô hình điều khiển cơ cấu truyền động bằng dây băng Lập trình điều khiển cơ cấu chấp hành đến đúng vị trí xác định Thuận lợi : Thiết bị sẳn có , dễ tìm, giá thành thấp, không cần cơ khí chính xác, Sử dụng động cơ có công suất nhỏ, tiết kiệm năng lượng hệ đáp ứng được các yêu cầu Kỹ Thuật, Linh Hoạt, Kinh Tế Khó khăn: Sử dụng cảm biến quang analog phi tuyến nên tín hiệu bị nhiễu cao, gây ra sai số lớn Sử dụng động cơ DC hạn chế điều khiển tốc độ chậm. Kiến nghị Tìm thiết bị thay thế, khắc phục các khó khăn trên để hệ chính xác Tìm đối tác hổ trợ đầu tư, chế tạo thiết bị sử dụng trong sản xuất hiện tại Tài liệu tham khảo [1] DAVID MORIN, “Introduction to classical mechanics With Problems and Solutions” Cambridge univercity [2] Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, “Modern Control Systems” (11th Edition), Prentice Hall. Upper Saddle River, NJ 07458. USA. [3] Roland S. Burns, “Advanced Control Engineering” Marine Engineering University of Plymouth, UK [4] Suk-Hwan Suh, Seong-Kyoon Kang, Dae-Hyuk Chung, Ian Stroud, “Theory and Design of CNC Systems”, Springer Series in Advanced Manufacturing ISSN 1860-516- 2008 Springer-Verlag London [5] Nguyễn Cát Hồ, Nguyễn Công Hào “Giáo trình Logic Mờ Và Ứng Dụng Dành cho học viên cao học” trường đại học khoa học Huế [6] Kazuhisa Takemura,“Fuzzy Logic - Algorithms, Techniques and Implementations” Waseda University, Japan [7] Abdel Ghani Aissaoui “Application of Fuzzy Logic in Control of Electrical Machines” Faculty of Science & Technology,University of Bechar, Bechar, [8] Ahmed Tahour “Application of Fuzzy Logic in Control of Electrical Machines” Faculty of Science & Technology,University of Mascara, Mascara, Algeria
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.