BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG Họ tên sinh viên: HUỲNH THANH THƯỢNG Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008-2012 Tháng 6/2012 THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG Tác giả HUỲNH THANH THƯỢNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Tấn Phúc TS Nguyễn Văn Hùng Tháng năm 2012 i LỜI CẢM ƠN Trong bốn năm học tập nghiên cứu trường, em giảng dạy, bảo nhiệt tình từ quý thầy cơ, đặc biệt q thầy khoa Cơ Khí Công Nghệ, môn Cơ Điện Tử Trong hai tháng thực khóa luận, ngồi nổ lực thân, em hướng dẫn, hỗ trợ tận tình thầy hướng dẫn Với tất tình cảm quý mến cảm phục em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Phúc thầy Nguyễn Văn Hùng người theo sát hướng dẫn đưa góp ý giúp em hồn thành tốt khóa luận Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn, người đồng hành bên suốt hành trình học tập, ln bên tơi lúc vui buồn, ủng hộ giúp đỡ lúc khó khăn Và hết xin gửi lời cảm ơn đến bậc sinh thành Cha mẹ người đứng xa mỉm cười thành công lại thật gần vấp ngã nguồn động lực vực đứng dậy Xin chân thành cảm ơn người TP.HCM ngày 23 tháng năm 2012 Sinh viên Huỳnh Thanh Thượng ii TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế khảo nghiệm máy dập lỗ tự động” thực Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh thời gian từ tháng đến tháng năm 2012 Kết thu sau trình thực hiện:  Truy xuất liệu tọa độ gia công từ vẽ Autocad  Tiến hành khảo nghiệm chứng thực độ xác thuật toán PID  Thiết kế vận hành thành công máy đột lỗ tự động đạt độ xác theo yêu cầu iii MỤC LỤC Trang Lời tựa i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ .vii DANH SÁCH BẢNG ix Chương MỞ ĐẦU 1.1 Dẫn nhập: 1.2 Mục tiêu thực hiện: 1.2.1 Mục tiêu chung: 1.2.2 Mục tiêu cụ thể: 1.3 Phạm vi nghiên cứu: Chương TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)): 2.1.1 Cấu trúc hệ điều khiển số CNC: 2.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển 2.2 Giới thiệu thuật toán PID (Proportional Intesgral Derivative): 2.2.1 Bộ hiệu chỉnh tỉ lệ P: 2.2.2 Bộ hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ PD: 2.2.3 Bộ hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI: 2.2.3 Bộ hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID: 2.3 Tổng quan thiết bị điều khiển 2.3.1 Vi điều khiển Pic 2.3.1 Encoder: 10 iv 2.3.2 Cảm biến từ D-M9N: 12 2.4 Tổng quan cấu chấp hành: 13 2.4.1 Lý thuyết dập nguội: 13 2.4.2 Động DC: 15 2.4.3 Hệ thống truyền động: 16 2.4.4 Khí nén: 17 2.3 Các phần mềm hỗ trợ: 19 2.5.1 Phần mềm biên dịch CCS C 19 2.5.2 Visual Basic: 20 2.5.3 AutoCAD: 21 2.5.4 Inventor: 22 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1 Nội dung 24 3.2 Phương pháp nghiên cứu: 24 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 4.1 Thiết kế mơ hình máy: 25 4.1.1 Yêu cầu thiết kế: 25 4.1.2 Lựa chọn mơ hình: 25 4.1.3 Tính tốn thiết kế khí: 26 4.1.4 Thiết kế điều khiển: 36 4.1.5 Thiết kế chương trình điều khiển: 44 4.2 Khảo nghiệm sơ bộ: 47 4.2.1 Kết khảo nghiệm hệ số PID cho hai truyền động: 47 4.2.2 Kết khảo nghiệm cấu đột: 51 4.2.3 Kết khảo nhiệm hệ thống thu thập kết đánh giá sai số: 52 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54 5.1Kết luận: 54 5.2 Đề nghị: 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT P (Proportional) PI (Proportional Integral) PD (Proportional Derivative) PID (Proportional Integral Derivative) CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)) USART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) PPC (Capture/Compare/PWM) PWM (Pulse Width Modulation) ADC (Analog to digital converter) RAM (Random Access Memory) EEPEROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) I2C (Inter-Integrated Circuit) SPI (Serial Peripheral Interface) vi DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển CNC 3  Hình 2.2 Đáp ứng hiệu chỉnh tỉ lệ 4  Hình 2.3 Đáp ứng vi phân tỉ lệ 5  Hình 2.4 Đáp ứng tích phân tỉ lệ 6  Hình 2.5 Sơ đồ khối hiệu chỉnh PID 6  Hình 2.6 Cấu tạo Encoder 10  Hình 2.7 Cấu tạo đĩa Absolute encoder 11  Hình 2.8 Cấu tạo đĩa Incremental encoder 11  Hình 2.9 Đồ thị xung Incremental encoder 12  Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 13  Hình 2.11 Sơ đồ khối cảm biến D-M9N 13  Hình 2.12 Các giai đoạn q trình cắt hình đột lỗ 14  Hình 2.13 Nguyên tắc hoạt động động DC 16  Hình 2.14 Ký hiệu van 5-2 18  Hình 2.15 Van 5-2 thực tế 18  Hình 2.16 Cấu tạo kích thước xy lanh 19  Hình 2.17 Giao diện phần mềm CCS C 20  Hình 2.18 Giao diện phần mềm Visual Basic 21  Hình 2.19 Giao diện phần mềm AutoCAD 22  Hình 2.20 Giao diện phần mềm Autodesk Inventor 23  Hình 4.1 Một số máy đột CNC sản xuất 25  Hình 4.2 Mơ hình máy dập lỗ tự động 26  Hình 4.2 Sơ đồ khối hoạt động hệ thống cần thiết kế 26  Hình 4.3 Mơ hình cấu đột Inventor 28  Hình 4.4 Thơng số kiểm bền đai trục X phần mềm 29  Hình 4.5 Thông số kiểm bền đai trục Y phần mềm 30  vii Hình 4.6 Kết phân tích hệ số an tồn Inventor 31  Hình 4.7 Kết kiểm bền cho mối hàn 32  Hình 4.8 Mơ hình cụm chi thân máy sau hồn thiện 33  Hình 4.9 Mơ hình cụm chi tiết trục Y sau hồn thiện 34  Hình 4.10 Mơ hình máy sau hồn thiện 35  Hình 4.11 Mơ hình máy đột tự động 36  Hình 4.12 Sơ đồ khối mạch điều khiển 37  Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm 37  Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính 38  Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 38  Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý khối động lực điều khiển động 39  Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý khối động lực điều khiển van khí nén 40  Hình 4.18 Encoder sử dụng mơ hình 41  Hình 4.19 Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí 42  Hình 4.20 Vi mạch điều khiển thực tế 44  Hình 4.21 Thơng số file liệu xuất từ AutoCAD 45  Hình 4.22 Giao diện phần mềm khảo nghiệm 45  Hình 4.23 Giao diện điều khiển 46  Hình 4.24 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh tỉ lệ đến đáp ứng 47  Hình 4.25 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ đến đáp ứng 48  Hình 4.26 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ đến đáp ứng 48  Hình 4.27 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh tỉ lệ đến đáp ứng 49  Hình 4.26 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ đến đáp ứng 49  Hình 4.28 Biểu đồ ảnh hưởng hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ đến đáp ứng 50  Hình 4.29 Gia công thép dày 0.2 mm 51  Hình 4.30 Bảng vẽ chi tiết AutoCAD 52  Hình 4.31 Kết sau gia công 52  viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Yêu cầu thiết kế máy đột tự động Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật D-M9N 13 Bảng 4.1 Ảnh hưởng hệ số đến hiệu chỉnh PID 50 Bảng 4.2 Thông số kĩ thuật mơ hình 53 ix if (ch=='/') { restart(); } if (ch=='|') { Stop=1; } if (ch=='#') { Stop=0; enable_interrupts(INT_TIMER1); set_timer1(15535); } if (ch=='?') { putc('*'); } if (ch=='x') { gets(s); strcpy(string,s); SP=atof(string); set=SP*10; enable_interrupts(INT_TIMER1); set_timer1(15535); } clear_interrupt(INT_RDA); } /* HAM DOC XUNG TU ENCODER -*/ #int_EXT Void count_encoder() { if (input(PIN_B1)) { count=count+1; } else { count=count-1; } CP=count/10; lcd_gotoxy(12,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(12,1); printf(lcd_putc,"%3.1f ",CP); lcd_gotoxy(4,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(4,1); printf(lcd_putc,"%3.1f ",SP); clear_interrupt(INT_EXT); } /* HAM XU LY THUAT TOAN PID -*/ #INT_TIMER1 void PID() { set_pwm1_duty(125); delay_us(100); set_timer1(15535); // 4*(65535-15535)/20000000=10ms e_before=e; e=set-count; // sai so vi tri if( count>(set-2) &&count62) control_value=62; if (control_value200) { duty=125; disable_interrupts(INT_TIMER1); I_value=0; lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Move Finish"); delay_ms(1000); press=1; e=0; } set_pwm1_duty(duty); if (input(PIN_B3)) {set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } if (input(PIN_B4)) {set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } clear_interrupt(INT_TIMER1); } /* CHUONG TRINH CHINH -*/ void main() { trisa=0x00; trisb=0xff; output_high(PIN_A0); lcd_init(); ext_int_edge(0,L_TO_H); enable_interrupts(INT_EXT); enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); setup_timer_1(T1_INTERNAL| T1_DIV_BY_1); setup_timer_2 (T2_DIV_BY_16,124,1); setup_ccp1 (CCP_PWM); set_pwm1_duty(125); delay_ms(1000); Restart(); lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc("SP:"); lcd_gotoxy(9,1); lcd_putc("CP:"); while (true) { if (stop==1) { set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } else { if (input(PIN_B3)) {set_pwm1_duty(125); delay_us(100); disable_interrupts(INT_TIMER1); output_high(PIN_A1); set_pwm1_duty(62); while(Input(PIN_B3)); set_pwm1_duty(125); delay_ms(2000); count=0; lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc("SP:"); lcd_gotoxy(9,1); lcd_putc("CP:"); lcd_gotoxy(12,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(4,1); lcd_putc(" "); } if (input(PIN_B4)) {set_pwm1_duty(125); delay_us(100); disable_interrupts(INT_TIMER1); output_low(PIN_A1); set_pwm1_duty(62); while(Input(PIN_B4)); set_pwm1_duty(125); } if (press==1) { if (input(PIN_B5)) { press=0; output_low(PIN_A0); while (input(PIN_B6)==1) {} output_high(PIN_A0); while (input(PIN_B7)==1) {} lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Press Finish"); delay_ms(1000); putc('*'); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc(" } } } } } "); Code vi điều khiển trục Y /*============================================================ * Nong Lam University * Name: Huynh Thanh Thuong * Class: DH08CD * Module: ControlY ============================================================*/ /* THIET LAP -*/ #include #include #device *=16 adc=8 #use delay(clock=20000000) #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use rs232(baud=9600,parity=n,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7) #use fast_io(b) #use fast_io(a) #include #include float count=1; float e=0; float e_before=0; float P_value,I_value,D_value; float control_value=0; int8 duty,k; float set=0; char string[5]; char s[5]; char ch; int1 Stop=0; float CP; float SP; /* HAM KHOI DONG HE THONG -*/ void restart() { stop=0; lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc("Restart"); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Waiting "); disable_interrupts(INT_TIMER1); output_low(PIN_A1); set_pwm1_duty(62); while(input(PIN_B3)==0); lcd_putc("\f"); output_low(PIN_A0); output_high(PIN_A1); } /* HAM TRUYEN NHAN DU LIEU TU MAY TINH -*/ #INT_RDA void rda() { output_low(PIN_A0); ch=getc(); if (ch=='/') { restart(); } if (ch=='|') { Stop=1; } if (ch=='#') { Stop=0; enable_interrupts(INT_TIMER1); set_timer1(15535); } if (ch=='y') { gets(s); strcpy(string,s); SP=atof(string); set=25.6*SP; enable_interrupts(INT_TIMER1); set_timer1(15535); } clear_interrupt(INT_RDA); } /* HAM DOC XUNG TU ENCODER -*/ #int_EXT Void count_encoder() { if (input(PIN_B1)) { count=count+1; } else { count=count-1; } CP=count/25.6; lcd_gotoxy(12,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(12,1); printf(lcd_putc,"%3.1f ",CP); lcd_gotoxy(4,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(4,1); printf(lcd_putc,"%3.1f ",SP);// in so nguyen truoc dau so thap phan dau clear_interrupt(INT_EXT); } /* HAM XU LY THUAT TOAN PID -*/ #INT_TIMER1 void PID() { set_pwm1_duty(125); delay_us(100); set_timer1(15535); // 4*(65535-15535)/20000000=10ms e_before=e; e=set-count; // sai so vi tri if( count>(set-2) &&count124) control_value=124; if (control_value100) { duty=125; disable_interrupts(INT_TIMER1); I_value=0; output_high(PIN_A0); e=0; e_before=0; lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Moving Finish"); Delay_ms(1000); lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc(" "); } set_pwm1_duty(duty); if (input(PIN_B3)) {set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } if (input(PIN_B4)) {set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } clear_interrupt(INT_TIMER1); } /* CHUONG TRINH CHINH -*/ void main() { trisa=0x00; trisb=0xff; lcd_init(); ext_int_edge(0,L_TO_H); enable_interrupts(INT_EXT); enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); setup_timer_1(T1_INTERNAL| T1_DIV_BY_1); setup_timer_2 (T2_DIV_BY_16,124,1); setup_ccp1 (CCP_PWM); set_pwm1_duty(125); delay_ms(1000); restart(); lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc("SP:"); lcd_gotoxy(9,1); lcd_putc("CP:"); while (True) { if (stop==1) { set_pwm1_duty(125); disable_interrupts(INT_TIMER1); } if (input(PIN_B3)) {set_pwm1_duty(125); delay_us(100); disable_interrupts(INT_TIMER1); output_high(PIN_A1); set_pwm1_duty(62); while(Input(PIN_B3)); set_pwm1_duty(125); delay_ms(2000); count=0; lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc("SP:"); lcd_gotoxy(9,1); lcd_putc("CP:"); lcd_gotoxy(12,1); lcd_putc(" "); lcd_gotoxy(4,1); lcd_putc(" "); } if (input(PIN_B4)) {set_pwm1_duty(125); delay_us(100); disable_interrupts(INT_TIMER1); output_low(PIN_A1); set_pwm1_duty(62); while(Input(PIN_B4)); set_pwm1_duty(125); } } } ...THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG Tác giả HUỲNH THANH THƯỢNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn:... động lực vực đứng dậy Xin chân thành cảm ơn người TP.HCM ngày 23 tháng năm 2012 Sinh viên Huỳnh Thanh Thượng ii TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế khảo nghiệm máy dập lỗ tự động” thực Trường Đại Học Nơng... đổi trạng thái pin RB0/INT Cạnh tác động gây ngắt cạnh lên hay cạnh xuống điều khiển bit INTEDG (thanhghi OPTION_REG ) Khi có cạnh tác động thích hợp xuất pin RB0/INT, cờ ngắt INTF set Ngắt