Thay Tool tự động cho máy CNC 3 trục đa năng :Khóa luận tốt nghiệp khoa Công nghệ Điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THAY TOOL TỰ ĐỘNG CHO MÁY CNC 3 TRỤC

ĐA NĂNG

SINH VIÊN : LÊ TẤN CHÍNH 16071041

NGUYỄN TRỌNG THỨC 16073391

LỚP : DHDKTD12C

GVHD : ThS. VÕ TRUNG THƯ

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài:

(1) LÊ TẤN CHÍNH 16071041

(2) NGUYỄN TRỌNG THỨC 16073391

2. Tên đề tài

THAY TOOL TỰ ĐỘNG CHO MÁY CNC 3 TRỤC ĐA NĂNG

3. Nội dung

- Mô hình máy CNC đã có: Sử dụng thiết bị điều khiển lập trình Mitsubishi PLC họ

iQ gồm: module R04CPU, module R16MT CPU, module nguồn R62P, module

RX42C4, module RY42N2P, module RD62P2, module R60AD4, module R60DA4;

Các bộ điều khiển động cơ servo MR-J3, MR-J4; Các thiết bị điện, khí nén; Băng

tải vận chuyển sản phẩm, Kho lưu trữ, Các đầu công cụ: Gắp, Phay, Viết. Việc thay

Tool được thực hiện tự động.

4. Kết quả

- Mô hình phải đạt được các tính chất: kỹ thuật, an toàn, bền chắc, thẩm mĩ.

- Khả năng làm việc: Viết chữ trên giấy; Phay chữ hoặc các biểu tượng trên mặt ván

gỗ; Xuất, nhập các sản phẩm vào kho lưu trữ.

- Khả năng ứng dụng mô hình vào việc học tập và nghiên cứu ứng dụng.

- Trước khi thực hiện một chức năng, máy phải tự nhận biết hiện đang mang bộ Tool

nào trên mình. Nó phải tự di chuyển đến kho Tool và tự tháo cất tool vào kho đúng

vị trí đã quy định. Sau đó, máy tự di chuyển đến vị trí Tool cần sử dụng và tự động

lắp vào trước khi tiến hành công việc.

- Nếu công việc yêu cầu làm mà bộ Tool trên máy đã phù hợp thì việc thay Tool

không diễn ra. Máy sẽ tiến hành làm việc luôn.

Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, ngày tháng năm 2020

Sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng,

với sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những thành tựu khoa học

đó. Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều

công nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ lỗi thời.

Nhằm đáp ứng nhu cầu đổi mới đó, Mitsubishi Electric cho ra đời sản phẩm mới

vào năm 2014. MELSEC iQ-R là series bộ điều khiển thế hệ tiếp theo mang tính cách

mạng mới, mở ra một kỉ nguyên mới trong tự động hóa hệ thống điều khiển có quy mô

trung bình và lớn. MELSEC iQ-R được phát triển dựa trên các vấn đề cơ bản mà khách

hàng phải đối mặt và thay đổi hợp lý những lĩnh vực cơ bản như: Năng suất, Kỹ thuật,

Bảo trì, Chất lượng, Kết nối, Bảo mật, Tương thích. Mitsubishi Electric giải quyết các

vấn đề: Giảm TCO (tổng chi phí), Tăng độ tin cậy, Tái sử dụng sản phẩm trước đó.

Trong các trường đại học, cao đẳng đã và đang đưa các thiết bị hiện đại có khả năng

điều khiển vào giảng dạy. Một trong các loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo

độ tin cậy cao là hệ thống điều khiển tự động PLC. Trước đây trường Đại học Công

Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã có giảng dạy về các dòng Mitsubishi trước đó như

FX1N hay FX3U. Với đề tài “Máy CNC ba trục đa năng”, chúng em đã được tiếp xúc

với dòng điều khiển tự động PLC mới nhất hiện nay của Mitsubishi Electric. Sau quá

trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại trường chúng em đã tích lũy được một số kiến

thức để thực hiện đề tài của mình. Cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Trung

Thư cũng như các thầy cô giáo trong khoa và các bạn sinh viên cùng khóa, đến nay tụi

em đã hoàn thành đề tài này.

Nhóm em xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH..................................................................................8

DANH SÁCH BẢNG BIỂU........................................................................................10

CHƯƠNG 1:...................................................................................................................1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THIẾT BỊ .....................................................................1

1.1 TỔNG QUAN VỀ PLC MITSUBISHI IQ DÒNG R........................................1

1.2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN........................................................................................3

1.2.1 Mô đun điều khiển khả trình R04CPU........................................................3

1.2.2 Mô đun điều khiển chuyển động R16MTCPU............................................7

1.2.3 Mô đun Input RX42C4................................................................................10

1.2.4 Mô đun Output RY42NT2P........................................................................12

1.2.5 Mô đun đếm xung tốc độ cao RD62P2.......................................................14

1.2.6 Mô đun chuyển đổi tín hiệu Analog covert to Digital R60AD4...............17

1.2.7 Mô đun chuyển đổi tín hiệu Digital covert to Analog R60DA4...............20

1.2.8 Mô đun nguồn ..............................................................................................23

1.2.9 Lựa chọn Basic unit.....................................................................................25

1.2.10 HMI GOT 1000 ..........................................................................................25

1.2.11 Động cơ Servo ............................................................................................27

CHƯƠNG 2:.................................................................................................................32

CẤU TRÚC MÁY CNC 3 TRỤC ĐA NĂNG...........................................................32

2.1 TÓM TẮT...........................................................................................................32

2.2 NỘI DUNG .........................................................................................................32

CHƯƠNG 3:.................................................................................................................53

CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG................................................................................53

3.1 TÓM TẮT...........................................................................................................53

3.2 NỘI DUNG .........................................................................................................53

3.2.1 Phần mềm GX-Work 3................................................................................53

3.2.2 Phần mềm MT Developer2 .........................................................................58

3.2.3 Phần mềm MR Configurator 2...................................................................79

3.2.4 Phần mềm GT Designer 3 ...........................................................................84

CHƯƠNG 4:.................................................................................................................97

THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VIẾT CHỮ..................................97

4.1 TÓM TẮT...........................................................................................................97

4.2 NỘI DUNG .........................................................................................................97

4.2.1 Xây dựng thư viện bảng chữ cái...............................................................102

4.2.3 Xây dựng chương trình điều khiển ..........................................................106

CHƯƠNG 5:...............................................................................................................110

THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PHAY ........................................110

5.1 TÓM TẮT.........................................................................................................110

5.2 NỘI DUNG .......................................................................................................110

5.2.1 Lập trình điều khiển máy CNC phay hình Lá cờ:..................................110

5.2.2 Lập trình điều khiển máy CNC phay logo của hãng Mitsubishi:.........113

CHƯƠNG 6:...............................................................................................................116

THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHẬP KHO..............................116

6.1 TÓM TẮT.........................................................................................................116

6.2 NỘI DUNG .......................................................................................................116

6.2.1 Chương trình GX Works 3 .......................................................................116

6.2.2 Chương trình MT Developer2..................................................................117

6.2.3 Chương trình Softgot 1000 .......................................................................118

CHƯƠNG 7:...............................................................................................................120

THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN XUẤT KHO..............................120

7.1 TÓM TẮT.........................................................................................................120

7.2 NỘI DUNG .......................................................................................................120

7.2.1 Chương trình GX Works 3 .......................................................................120

7.2.2 Chương trình MT Developer2..................................................................121

7.2.3 Chương trình Softgot1000 ........................................................................122

CHƯƠNG 8:...............................................................................................................123

CHƯƠNG TRÌNH THAY TRỤC TỰ ĐỘNG........................................................123

8.1 TÓM TẮT.........................................................................................................123

8.1.1 Tổng quan về các công cụ và lý do cần thay thế tự động.......................123

8.2 NỘI DUNG .......................................................................................................124

8.2.1 Chương trình điều khiển thay trục phay tự động ..................................124

8.2.2 Chương trình điều khiển thay trục tay gắp tự động ..............................128

8.2.3 Chương trình điều khiển thay trục viết tự động.....................................132

CHƯƠNG 9:...............................................................................................................136

XỬ LÝ LỖI................................................................................................................136

9.1 TÓM TẮT.........................................................................................................136

9.2 NỘI DUNG .......................................................................................................136

9.2.1 Lỗi chạy chương trình khi Servo chưa ở chế độ ON mã lỗi: 1901H.....136

9.2.2 Truyền thông dữ liệu giữa R04CPU và R16MTCPU.............................138

KẾT LUẬN ................................................................................................................141

HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................142

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................143

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 Ưu điểm của iQ-R .............................................................................................1

Hình 2 Mô đun iQ-R R04CPU .....................................................................................3

Hình 3 Mô đun iQ-R R16MTCPU...............................................................................7

Hình 4 Mô đun Input RX42C4...................................................................................10

Hình 5 Sơ đồ đấu dây 32 chân bên trái .....................................................................11

Hình 6 Mô đun Output RY42NT2P...........................................................................12

Hình 7 Sơ đồ mạch của mô đun output RY ..............................................................14

Hình 8 Mô đun đếm xung tốc độ cao RD62P2..........................................................14

Hình 9 Mô đun R60AD4 .............................................................................................17

Hình 10 Đấu dây cho mô đun R60AD4 .....................................................................20

Hình 11 Mô đun R60DA4 ...........................................................................................20

Hình 12 Sơ đồ đấu dây cho mô đun R60DA4 ...........................................................23

Hình 13 Mô đun cấp nguồn ........................................................................................24

Hình 14 Main base unit...............................................................................................25

Hình 15 HMI Dòng sản phẩm màn hình cảm ứng ...................................................26

Hình 16 Dòng sản phẩm động cơ dẫn động trực ......................................................27

Hình 17 Dòng sản phẩm động cơ servo xoay ............................................................28

Hình 18 Dòng sản phẩm động cơ servo tuyến tính...................................................29

Hình 19 MR-J3-10B ....................................................................................................31

Hình 20 Sơ đồ bố trí thiết bị .......................................................................................32

Hình 21 Bố trí các trụ, kho hàng, băng tải................................................................33

Hình 22 Sơ đồ đấu dây phần nguội............................................................................33

Hình 23 Sơ đồ đi dây T0..............................................................................................34

Hình 24 Sơ đồ đi dây Relay1 và Relay2.....................................................................35

Hình 25 Sơ đồ đi dây PLC và MR-J3-10B ................................................................36

Hình 26 Sơ đồ đi dây Sol, T3, T4, T5 và Bộ điều chỉnh động cơ DC......................37

Hình 27 Sơ đồ đấu dây nam châm điện, relay và mạch chuyển áp 24V-12V ........38

Hình 28 Hình ảnh máy CNC 3 trục đa năng ............................................................39

Hình 29 Nguồn 24V- 6A..............................................................................................39

Hình 30 CB...................................................................................................................40

Hình 31 Congtactor .....................................................................................................40

Hình 32 Relay...............................................................................................................41

Hình 33 PLC.................................................................................................................41

Hình 34 Sơ đồ nguyên lí ..............................................................................................44

Hình 35 Kích thước cảm biến.....................................................................................44

Hình 36 Băng tải ..........................................................................................................45

Hình 37 Kho lưu trữ....................................................................................................45

Hình 38 Trục các nối các tool .....................................................................................46

Hình 39 Bảng vẽ thông số kỹ thuật............................................................................46

Hình 40 Cánh tay gắp..................................................................................................47

Hình 41 Trục phay.......................................................................................................48

Hình 42 Trục viết.........................................................................................................49

Hình 43 Giá đỡ.............................................................................................................50

Hình 44 Giá đỡ.............................................................................................................51

Hình 45 Giá công cụ ....................................................................................................52

Hình 46 Giao diện GX Works3 ..................................................................................53

Hình 47 Giao diện của 1 project GX Works mới .....................................................54

Hình 48 Giao diện MT Developer2 ............................................................................58

Hình 49 Giao diện một dự án MT Developer 2 mới.................................................59

Hình 50 Giao diện MR Configuration2.....................................................................80

Hình 51 Giao diện GT Dígner 3 .................................................................................88

Hình 52 Giao diện thư viện bảng chữ cái................................................................102

Hình 53 Kết quả trục viết .........................................................................................109

Hình 54 Kết quả trục phay .......................................................................................115

Hình 55 Kết quả trục cánh tay gắp..........................................................................119

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thông số kỹ thuật R04CPU .............................................................................3

Bảng 2 Bảng thông số R16MTCPU .............................................................................7

Bảng 3 Chế độ của R16MTCPU...................................................................................9

Bảng 4 Thông số kỹ thuật Module Input RX42C4...................................................10

Bảng 5 Cài đặt thời gian đáp ứng ngõ vào ................................................................12

Bảng 6 Thông số kỹ thuật Module Output RY42NT2P...........................................13

Bảng 7 Thông số kỹ thuật Module RD62P2..............................................................15

Bảng 8 Thông số kỹ thuật Module R60AD4 .............................................................18

Bảng 9 Thông số kỹ thuật mô đun R60DA4 .............................................................21

Bảng 10 Thông số kỹ thuật Module nguồn R62P.....................................................24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐKTĐ

GVHD: THS. VÕ TRUNG THƯ 1

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THIẾT BỊ

1.1 TỔNG QUAN VỀ PLC MITSUBISHI IQ DÒNG R

Mô đun sê-ri MELSEC iQ-R, dòng mô đun được tung ra năm 2014, là dòng sêri bộ

điều khiển khả trình thế hệ tiếp theo mang tính cách mạng mới, mở ra kỹ nguyên mới

trong tự động hóa cho các hệ thống có quy mô trung bình và lớn. Được thiết kế từ các

cơ sở PLC trước đó, hệ thống dựa trên và khắc phục những vấn đề chung khách hàng

gặp phải.

 Năng suất: cải tiến năng suất thông qua hoạt động chức năng tiên tiến. Có thệ thống

mạng tốc độ cao, điều khiển chuyển động tiên tiến.

 Kỹ thuật: Giảm chi phí phát triển thông qua công nghệ kỹ thuật trực quan. Phần

mềm kỹ thuật đôi khi được coi là một phần cơ bản của hệ thống điều khiển ngoài

các thành phần phần cứng.

 Bảo trì: Giảm chi phí bảo trì và thời gian dừng, tận dụng các tính năng bảo trì dễ

dàng hơn. Các chức năng cơ bản của hệ thống bảo trì:

+ Biểu đồ hóa dữ liệu sản xuất trong thời gian thực.

Hình 1 Ưu điểm của iQ-R

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐKTĐ

GVHD: THS. VÕ TRUNG THƯ 2

+ Ngăn chặn thời gian chết của hệ thống với việc theo dõi rơ le.

+ Có bộ nhớ cho phép xác nhận các vấn đề hoạt động.

 Kết nối: Mạng liền mạch giúp giảm chi phí hệ thống. Sê-ri MELSEC iQ-R là một

phần của nhóm sản phẩm kết nối với nhau qua nhiều cấp độ tự động hóa. Dựa trên

giao thức liên lạc liền mạch (SLMP), dòng dữ liệu giữa mức cảm biến và mức quản

lý thông qua các mạng tự động hóa công nghiệp rất rõ ràng.

 Tính tương thích: Bất cứ khi nào đưa một hệ thống hoặc công nghệ mới vào việc

sản xuất hiện có.

 Chất lượng: MELSEC iQ-R dựa trên hai khía cạnh chất lượng cơ bản là “chất lượng

sản phẩm” và “chất lượng để áp dụng”.

 Bảo mật: Ngày nay việc bảo vệ sở hữu trí tuệ trở nên rất quan trọng. Mặc khác, việc

truy cập trái phép vào hệ thống hay sai sót của người dùng cuối cùng có thể tổn hại

đến sự an toàn của toàn hệ thống điều khiển. Dòng iQ-R có một số tính năng giúp

đáp ứng các nhu cầu này, như chìa khóa phần cứng và phần mềm để bảo vệ sở hữu

trí tuệ hay truy cập theo cấp người dùng khi thiết kế.

 Sê-ri MELSEC iQ-R là một hệ thống điều khiển mô đun được trang bị các mô đun

khác nhau như CPU, nguồn điện, I/O kỹ thuật số, I/O analog và Base unit (khay) và

các mô đun chức năng thông minh, mỗi bộ đều có trách nhiệm riêng trong hệ thống.

Cốt lõi của hệ thống là một Base unit (khay) kết nối tất cả các mô đun với nhau và

cho phép truyền thông tốc độ cao giữa mỗi mô đun. Từ hệ thống nhỏ đến hệ thống

lớn, khả năng mở rộng là đơn giản. Có thể kết nối tới bảy Base unit mở rộng và có

thể lắp đặt tối đa 64 mô đun tại một thời điểm. Một Base unit mở rộng R-Q cũng có

sẵn, đảm bảo khả năng tương thích với các mô đun sê-ri MELSEC-Q hiện có.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐKTĐ

GVHD: THS. VÕ TRUNG THƯ 3

1.2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1.2.1 Mô đun điều khiển khả trình R04CPU

R04CPU là loại CPU phổ biến nhất. CPU này điều khiển chương trình, cho

phép thực hiện một loạt các nhiệm vụ kiểm soát. R04CPU là loại được nhúng CC￾Link IE để cắt giảm chi phí phần cứng cho mô đun giao tiếp.

Thông số mô đun R04CPU được giới thiệu bảng 1 sau:

Bảng 1 Thông số kỹ thuật R04CPU

Mục R04CPU

Phương pháp kiểm soát hoạt động Hoạt động chương trình được lưu

trữ chu kỳ

Chế độ kiểm soát I / O Chế độ làm mới

(Đầu vào / đầu ra truy cập trực

tiếp có sẵn bằng cách xác định

đầu vào / đầu ra truy cập trực tiếp

(DX, DY).)

LD X0 0.98ns

Hình 2 Mô đun iQ-R R04CPU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐKTĐ

GVHD: THS. VÕ TRUNG THƯ 4

Thời gian

xử lý lệnh

MOV D0 D1 1.96ns

Thời gian

xử lý lệnh

(văn bản có

cấu trúc)

IF 1.96ns

CASE 1.96ns

FOR 1.96ns

Dung lượng

bộ nhớ

Năng lực chương trình 40K steps

(160K bytes)

Bộ nhớ chương trình 160K bytes

Thẻ nhớ SD Tùy thuộc vào thẻ nhớ SD được

sử dụng. (Thẻ nhớ SD / SDHC:

Tối đa

32G byte)

Bộ nhớ

thiết bị /

nhãn

Toàn bộ 400K bytes

Khu vực

thiết bị

80K bytes

Khu vực

nhãn

60K bytes

Vùng nhãn

latch

4K bytes

Khu vực

lưu trữ tệp

256K bytes

Bộ nhớ

lưu lượng

tín hiệu

Diện tích

cho các

chương

trình

5K bytes

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐKTĐ

GVHD: THS. VÕ TRUNG THƯ 5

Khu vực

cho các

khối chức

năng

256K bytes

Bộ nhớ dữ liệu 2M byte

Bộ nhớ chức năng 5120K bytes

Bộ nhớ đệm CPU 1072K byte (536K từ)

(bao gồm vùng truyền thông cố

định quét (24K từ))

Làm mới bộ nhớ 2048K byte

Số lượng

tệp lưu trữ

Bộ nhớ chương trình

(P: Số lượng tệp chương

trình,

FB: số tệp FB)

P: 124

FB: 64 (Một tệp FB có thể lưu

trữ

64 khối chức năng.)

Bộ nhớ thiết bị / nhãn

(khu vực lưu trữ tệp)

324 (có hoặc không có khay

SRAM mở rộng)

Bộ nhớ dữ liệu 256

Thẻ nhớ SD ・NZ1MEM-2GBSD: 256

・NZ1MEM-4GBSD,

NZ1MEM￾8GBSD, NZ1MEM-16GBSD:

32767

Bộ nhớ dữ liệu 256