Đồ án Tìm hiểu điều khiển PID tay máy

Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc MỤC LỤC Phần 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ............................................................................. 1 I. Giới thiệu về động cơ điện một chiều ..................................................................... 1 1. Cấu tạo.................................................................................................................. 1 2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 1 3. Phân loại ............................................................................................................... 1 4. Phương trình cơ bản của động cơ điện 1 chiều ...................................................... 2 5. Encoder................................................................................................................. 2 6. Động cơ được sử dụng trong mô hình ................................................................... 3 II. Giới thiệu về Xy-lanh, Van khí nén: ..................................................................... 4 1. Xy lanh ................................................................................................................. 4 1.1 Loại một chiều................................................................................................. 4 1.2 Loại hai chiều.................................................................................................. 4 2. Các loại valse khí .................................................................................................. 5 2.1. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 1 cuộn dây)..................................................... 5 2.2. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 2 cuộn dây)..................................................... 6 3. Truyền động bánh răng ......................................................................................... 6 III. Giới thiệu PLC S7-200 ......................................................................................... 8 1. Sơ đồ khối cấu tạo của PLC .................................................................................. 9 2. Ứng dụng xuất xung tốc độ cao............................................................................. 9 2.1. Điều rộng xung 50% (PTO) ......................................................................... 10 2.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM)................................................................... 10 3. Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC).............................................. 11 4. Bộ điều khiển PID............................................................................................... 18 IV. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center) ................................................. 24 1. Cài đặt Driver kết nối PLC.................................................................................. 24 2.1 Biến nội ....................................................................................................... 25 2.2. Biến ngoại: Sử dụng PC Access.................................................................. 26 1. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng ........................................................ 28 2. Cài đặt thông số cho WinCC Runtime................................................................. 29 Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc 3. Lâp trình C cho WinCC ...................................................................................... 30 5.1. Một số lệnh thường dùng trong chương trình................................................ 32 5.2. Các hàm điều khiển thường dùng.................................................................. 33 6. Hiển thị các giá trị quá trình và vẽ đồ thị trong WinCC ....................................... 35 6.1. Mở Tag Logging........................................................................................... 35 6.2. Cấu hình bộ định thời (Timer) ...................................................................... 35 6.3. Tạo vùng lưu trữ (Archive) ........................................................................... 35 6.4. Tạo bảng biểu(Table).................................................................................... 36 6.5. Tạo bảng đồ thị............................................................................................. 38 8.6. Thiết lập thuộc tính chạy thực (Runtime)...................................................... 38 Phần 2: THỰC HIỆN ĐỒ ÁN ..................................................................................... 40 I. Mục đích – yêu cầu của đề tài............................................................................... 40 1. Mục đích............................................................................................................. 40 2. Yêu cầu............................................................................................................... 40 II. Phân tích – thi công – thiết kế và điều khiển ...................................................... 40 1. Phân tích ............................................................................................................. 40 2. Tính toán thiết kế - thi công mạch ....................................................................... 40 2.1 Thiết kế ......................................................................................................... 40 2.2 Thi công ........................................................................................................ 41 2.2.1 Trình tự thi công .................................................................................... 41 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in .......................................................... 41 2.2.3. Số xung Encoder .................................................................................... 44 1. Khâu 2 ................................................................................................................ 46 2. Khâu 3 (tay kẹp) ................................................................................................. 48 3. Tay kẹp quay trái, phải........................................................................................ 48 IV. Giao tiếp.............................................................................................................. 50 1. Định nghĩa các vùng nhớ..................................................................................... 50 2. Kết nối với PLC .................................................................................................. 51 2.1. Kết nối với ngõ ra......................................................................................... 51 2.2. Kết nối với đầu vào....................................................................................... 52 Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc IV. Khảo sát đáp ứng của bộ điều khiển PID.......................................................... 53 V. Lưu đồ giải thuật chương trình........................................................................... 55 1. Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển động cơ ............................................. 56 2. Lưu đồ giải thuật chương trình con High Speed Counter..................................... 57 3. Lưu đồ giải thuật chương trình con PWM (điều xung) ........................................ 57 4. Giải thuật chương trình xung sang góc ................................................................ 58 5. Giải thuật chương trình góc sang xung ................................................................ 58 6. Lưu đồ giải thuật chương trình cài đặt thông số PID ........................................... 59 7. Lưu đồ giải thuật chương trình con PID .............................................................. 59 8. Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt .................................................................... 60 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 62 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 63 1. Sơ đồ mạch in......................................................................................................... 63 2. Giao diện Màn hình giao tiếp.................................................................................. 65 3. Code chương trình Step 7 Micro Win. .................................................................... 66 4. Code chương trình WinCC ..................................................................................... 74 Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ứng dụng rộng rãi của điện tử vào đời sống. Với sự phát triển đó máy móc đã dần thay thế con người trong tất cả lĩnh vực. Đồng thời chúng có thể thay thế con người làm những việc nguy hiểm và làm trong thời gian dài… Đó là những cánh tay máy, cánh tay Robot, những con Robot. Đồ án này là mô hình thu nhỏ của Cánh tay Máy. Mô phỏng những đặc tính cơ bản của cánh tay. Nó có thể di chuyển lên xuống, qua lại và gắp thả vật ở vị trí cố định. Mô hình ứng dụng PLC S7-200 DC/DC/DC để giao tiếp và điều khiển. Đề tài trên rất hay và ứng dụng rất thực tế, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên quá trình thi công đề tài không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như các bạn sinh bạn sinh viên. Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường: ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em. Đặc biệt quý thầy cô khoa Công Nghệ Điện Tử đã trực tiếp giảng dạy chúng em trong suốt thời gian vừa qua. Xin chân thầnh cảm ơn cô TRẦN THỊ HOÀNG OANH và thầy TRẦN VĂN TRINH đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Sinh viên Nguyễn Công Lộc Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc NHẬN XÉT TỔNG HỢP Đồ án này là mô hình điều khiển cánh tay máy gắp thả vật ở vị trí cố định, nó có thể di chuyển qua phải, qua trái và lên xuống. Đồ án này đã làm được những vấn đề sau: · Điều khiển PID cho khâu đế. · Đếm xung tần số cao. · Điều rộng xung cho khâu tay kẹp (hai động cơ hoạt động đồng thời). · Nắm vững tập lệnh PLC S7-200. · Sử dụng tốt phần mềm WinCC. · Điều khiển được hoạt động của cánh tay máy theo chế độ tuần tự. Những vấn đề chưa làm được: · Khâu 2 chưa được điều xung nên động cơ chạy còn hơi giật. · Tay máy chưa có thị giác nhân tạo do đó để tay máy hoạt động gắp nhả đúng vị trí. · Số xung Encoder của các khâu nhỏ dẫn đến có sai số trong việc điều khiển vị trí. · Kết cấu cơ khí chưa được ổn định. Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. Ngày ……….. tháng …….. năm 2009 Chữ ký GVHD Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển PID tay máy GVHD: ThS Trần Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Công Lộc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... Ngày ……….. tháng …….. năm 2009 Chữ ký GV