Giải Pháp Mechatrolink Cho Tự Động Hóa Ngành Chế Tạo Máy

Mechatrolink là giao thức truyền thông mở cho tự động hóa, cung cấp giải pháp tích hợp bao gồm điều khiển, truyền động và cảm biến hiệu quả. Hôm nay, mời bạn cùng Nam Phương Việt tìm hiểu những ứng dụng của giao thức truyền thông này trong ngành chế tạo máy như thế nào nhé!

Khái niệm Mechatrolink và lợi ích vượt trội của nó

Mechatrolink là một giao thức truyền thông mở được phát triển bởi Yaskawa Electric Corporation cho hệ thống điều khiển tích hợp. Nó được sử dụng để kết nối các thiết bị điều khiển, truyền động và cảm biến trong các hệ thống tự động hóa. Mechatrolink cung cấp một giải pháp hiệu quả và linh hoạt cho việc tích hợp các thành phần khác nhau trong một hệ thống tự động hóa.

Hiện nay Mechatrolink được duy trì bởi hội thành viên Mechatrolink (MMA).

Lợi ích của Mechatrolink:

• Tăng hiệu quả và năng suất: Mechatrolink giúp giảm thiểu thời gian và chi phí thiết kế, lắp đặt và bảo trì hệ thống tự động hóa.
• Giảm chi phí vận hành: Mechatrolink giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí bảo trì.
• Nâng cao độ chính xác và độ tin cậy: Mechatrolink cung cấp khả năng truyền dữ liệu chính xác và đáng tin cậy, giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống tự động hóa.
• Tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Mechatrolink là một giao thức mở, cho phép dễ dàng thêm hoặc thay đổi các thiết bị trong hệ thống tự động hóa.
• Dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác: Mechatrolink có thể được tích hợp với các hệ thống tự động hóa khác, chẳng hạn như PLC, SCADA và HMI.

Các dòng Mechatrolink hiện nay

Tới thời điểm hiện tại, Mechatrolink có 3 phiên bản chính, gồm có:

Mechatrolink – II

MECHATROLINK-Ⅱ là mạng bus cho phép tối đa 30 địa chỉ nút và hỗ trợ comm. chu kỳ từ 0,25 đến 8 ms. Tất cả các trạm phụ trên mạng có thể chạy đồng bộ. Mặc dù MECHATROLINK-Ⅱ chuyên dùng cho các ứng dụng điều khiển chuyển động nhưng nó cũng cho phép kết nối tín hiệu I/O từ xa với cùng một mạng.

Định nghĩa sơ đồ giao thức truyền thông qua liên kết nối tiếp tương đương với RS485 với tốc độ tối đa 10Mbit/s và tối đa 30 slave.

Tính năng:

• Truyền thông tốc độ cao ở tốc độ truyền 10 Mbps và thời gian chu kỳ truyền tối thiểu là 250μs.
• Kết nối tối đa 30 trạm phụ với một trạm chính C1.
• Công cụ hỗ trợ có thể được kết nối dưới dạng trạm chính C2.

• Thời gian chu kỳ truyền có thể được đặt ở giá trị tối ưu trong khoảng 0,25 đến 8 ms tùy theo số lượng trạm được kết nối và lượng dữ liệu được truyền.
• Thực hiện liên lạc có độ tin cậy cao bằng cách sử dụng kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC) và các tính năng khác trong ASIC truyền thông.
• Đảm bảo liên lạc có độ tin cậy cao với mỗi lệnh từ Master được thực hiện xen kẽ với phản hồi từ Slave tương ứng.

• Cáp có thể được kéo dài tới 100 m bằng cách sử dụng bộ lặp.

MECHATROLINK-Ⅱ có thể truyền 17 hoặc 32 byte dữ liệu trên mỗi Slave.

Hiện có ba loại ASIC truyền thông MECHATROLINK-Ⅱ, bao gồm ASIC chính, ASIC chính/phụ và ASIC phụ. ASIC Slave nhỏ gọn và rẻ tiền, đồng thời đảm bảo việc phát triển Slave dễ dàng.

• ASIC Master: JL-098B (3,3V)
• ASIC Master & Slave: JL-080B (5V)
• ASIC Slave: JL-052C (3,3V)

Đầu nối MECHATROLINK-II tương tự như đầu nối USB có cơ chế khóa khóa vào cổng. Nó có thể được kết nối dễ dàng và an toàn.

Mechatrolink – III

Ở MECHATROLINK-Ⅲ, tốc độ truyền thông được nâng cấp đến một tầm cao mới. với tốc độ truyền đạt 100 Mbps nhờ áp dụng công nghệ Ethernet cho lớp vật lý. 

Bên cạnh đó, MECHATROLINK-Ⅲ có thể điều khiển 62 Slave với sự đồng bộ hóa hoàn hảo bằng cách sử dụng ASIC. Đồng thời đạt được tốc độ truyền thông tuần hoàn tốc độ cao cần thiết cho điều khiển chuyển động và truyền thông tin nhắn dung lượng cao.

Tính năng:

• MECHATROLINK-Ⅲ hỗ trợ nhiều cấu hình hệ thống khác nhau thông qua kết nối tầng hoặc kết nối sao bằng hub.

• Truyền thông tốc độ cực cao ở tốc độ truyền 100 Mbps và chu kỳ truyền tối thiểu là 31,25 μs.
• Kết nối được tới 62 trạm phụ.
• Hỗ trợ các hệ thống quy mô lớn và nhỏ với khoảng cách giữa các nút tối đa là 100 m và khoảng cách từ trạm đến trạm tối thiểu là 20 cm.
• Cho phép kết hợp sử dụng các dữ liệu có kích thước khác nhau (8, 16, 32, 48 và 64 byte), nhờ vậy người dùng có thể chọn kích thước tối ưu cho từng thiết bị.

 

• Có thể thay thế hoặc thêm Salve trong khi máy đang chạy.
• Sử dụng chức năng đa Slave để điều khiển nhiều Slave chỉ bằng một ASIC giao tiếp duy nhất.

• Master C1 hoặc Master C2 có thể giao tiếp với Slave bằng cách sử dụng liên lạc tin nhắn.
• Các Slave có thể giám sát dữ liệu liên lạc theo chu kỳ của các Slave khác.

Các ASIC MECHATROLINK-Ⅲ hiện nay:

• ASIC Master & Slave: JL-101 LQFP (20mm)
• ASIC Master & Slave: JL-100 FBGA
• ASIC Slave: JL-102 FBGA
• ASIC Slave: JL-103 LQFP

Hiện người dùng có thể thiết lập MECHATROLINK-Ⅲ bằng phần mềm chuyên dụng. 

Mechatrolink – IV

MECHATROLINK-IV đã phát triển thành mạng trường chuyển động thế hệ tiếp theo, đồng thời duy trì chức năng, hiệu suất, độ tin cậy cao và khả năng sử dụng của Mechatrolink-III tiền nhiệm.

Tính năng:

Tinh giản trình tự truyền:

MECHATROLINK-IV đã cải thiện đáng kể hiệu quả truyền dẫn bằng cách chuyển chế độ truyền thông từ bán song công sang song công hoàn toàn. Điều này cho phép MECHATROLINK-IV hỗ trợ tạo ra các hệ thống có chức năng được cải thiện và hiệu suất cao hơn.

• Cải thiện hiệu suất điều khiển: Chu kỳ truyền cho cùng số lượng thiết bị đã được rút ngắn xuống còn khoảng 1/4 so với phiên bản trước. Điều này giúp đạt được sự kiểm soát chính xác hơn.
• Hỗ trợ các hệ thống (thiết bị) quy mô lớn: Số lượng thiết bị phụ có thể được kết nối trong cùng một chu kỳ truyền xấp xỉ 4 lần so với MECHATROLINK-Ⅲ.
• Bỏ qua chu kỳ truyền, thời gian chạy không tải có thể được dùng cho giao thức Internet, tin nhắn và thực hiện truyền thông lại.

Nhiều chu kỳ truyền:

Với MECHATROLINK-IV, có thể đặt các cài đặt chu trình khác nhau cho từng máy phụ. Nhiều chu kỳ truyền có thể tồn tại trên cùng một mạng, cho phép các thiết bị phụ được điều khiển với chu kỳ truyền tối ưu.

• Chu kỳ truyền nhanh và chu kỳ truyền chậm có thể được thiết lập trên cùng một mạng.
• Các thiết bị I/O không yêu cầu điều khiển định kỳ nhanh có thể được kết nối với mạng tốc độ cao mà không làm tăng tải truyền thông.
• Có thể kết nối nhiều thiết bị phụ hơn bằng cách phân phối thời gian liên lạc của các thiết bị giao tiếp theo chu kỳ chậm.
• Chương trình chính có thể được tạo hiệu quả hơn bằng cách thiết lập chu kỳ truyền tối ưu cho mỗi máy phụ.

Hệ thống miền điều khiển đa năng:

MECHATROLINK-IV cho phép cấu hình hệ thống cho phép tối đa tám máy chủ trên cùng một mạng. Sử dụng hệ thống miền điều khiển đa năng để cải thiện hiệu suất thiết bị và hỗ trợ hệ thống an toàn.

• Xây dựng các nhóm logic được gọi là “miền kiểm soát” cho mỗi Master và Slave dưới sự kiểm soát của nó.
• Một Master có thể quản lý nhiều miền điều khiển.
• Slave có thể thuộc về nhiều miền điều khiển.
• Truyền thông điều khiển trong miền điều khiển có thể được thực hiện song song đồng thời. (truyền I/O song song)

Hỗ trợ hệ thống an toàn:

MECHATROLINK-IV có khả năng hỗ trợ các hệ thống an toàn bằng cách sử dụng hệ thống miền điều khiển đa năng (trong tương lai).

Kết nối với thiết bị Ethernet:

Các thiết bị Ethernet có thể được kết nối trực tiếp với MECHATROLINK-IV. Các băng tần không hoạt động trong chu kỳ truyền được tạo ra nhờ hiệu suất truyền được cải thiện sẽ được sử dụng làm băng tần giao thức Internet. Các băng tần giao thức Internet được sử dụng không ảnh hưởng đến việc điều khiển truyền thông.

Hệ thống Mechatrolink hoạt động như thế nào?

Hệ thống Mechatrolink bao gồm một bộ điều khiển trung tâm và một số thiết bị slave. Bộ điều khiển trung tâm chịu trách nhiệm điều khiển hệ thống và truyền dữ liệu đến các thiết bị slave. Các thiết bị slave thực hiện các tác vụ điều khiển, truyền động và cảm biến. Dữ liệu được truyền qua cáp Mechatrolink.

Các thành phần chính của hệ thống Mechatrolink

Hệ thống Mechatrolink bao gồm các thành phần chính sau:

Bộ điều khiển trung tâm Mechatrolink (Mechatrolink Master)

• Là “bộ não” của hệ thống, chịu trách nhiệm điều khiển và quản lý toàn bộ hệ thống.
• Gửi các lệnh điều khiển, dữ liệu cấu hình và dữ liệu thời gian thực đến các thiết bị slave.
• Nhận dữ liệu phản hồi từ các thiết bị slave, bao gồm trạng thái hoạt động, dữ liệu cảm biến và các thông tin khác.
• Quản lý luồng dữ liệu và đảm bảo sự đồng bộ hóa giữa các thiết bị trong hệ thống.

Slave Mechatrolink

• Là các thiết bị thực hiện các chức năng điều khiển, truyền động và cảm biến cụ thể.
• Nhận các lệnh điều khiển và dữ liệu từ bộ điều khiển trung tâm.
• Thực hiện các chức năng điều khiển, truyền động hoặc cảm biến theo lệnh.
• Gửi dữ liệu phản hồi về trạng thái hoạt động, dữ liệu cảm biến và các thông tin khác cho bộ điều khiển trung tâm.

Có nhiều loại slave Mechatrolink khác nhau, bao gồm:

• Servo drive: Điều khiển động cơ servo để thực hiện chuyển động chính xác.
• Biến tần: Điều khiển động cơ AC để điều chỉnh tốc độ và mô-men.
• Module I/O: Kết nối các thiết bị bên ngoài như nút bấm, công tắc, cảm biến,… với hệ thống Mechatrolink.
• Cảm biến: Cung cấp dữ liệu về các thông số vật lý như vị trí, tốc độ, nhiệt độ,…

Cáp Mechatrolink

• Dùng để truyền dữ liệu giữa bộ điều khiển trung tâm và các thiết bị slave.
• Có nhiều loại cáp Mechatrolink khác nhau, với các đặc điểm về tốc độ truyền dữ liệu, độ dài và khả năng chống nhiễu khác nhau.

Thiết bị I/O Mechatrolink

• Dùng để kết nối các thiết bị bên ngoài như nút bấm, công tắc, cảm biến,… với hệ thống Mechatrolink.
• Có nhiều loại thiết bị I/O Mechatrolink khác nhau, với số lượng đầu vào/ra, loại tín hiệu và giao thức truyền thông khác nhau.

Ngoài ra, hệ thống Mechatrolink có thể bao gồm các thành phần khác như:

• Bộ nguồn: Cung cấp nguồn điện cho các thiết bị trong hệ thống.
• Bộ lọc nhiễu: Giảm thiểu nhiễu điện trong hệ thống.
• Phần mềm cấu hình: Dùng để cấu hình và quản lý hệ thống Mechatrolink.

Ứng dụng của giao thức Mechatrolink trong chế tạo máy

Điều khiển động cơ và servo: Mechatrolink cho phép kết nối và điều khiển các động cơ và servo motor trong các ứng dụng chế tạo máy. Nó cung cấp khả năng điều khiển vị trí, tốc độ và lực của các động cơ một cách chính xác và linh hoạt.

Điều khiển các bộ điều khiển logic (PLC): Mechatrolink có thể được sử dụng để kết nối các bộ điều khiển logic (PLC) với các thiết bị và cảm biến trong hệ thống chế tạo máy. Điều đó giúp tạo ra một hệ thống điều khiển toàn diện và tích hợp.

Điều khiển hệ thống truyền động và nhiều trục: Mechatrolink cung cấp khả năng kết nối và điều khiển các hệ thống truyền động và trục trong các ứng dụng chế tạo máy. Các hệ thống truyền động như vít me, băng tải và các hệ thống trục xoay.

Thu thập dữ liệu và giám sát: Mechatrolink không chỉ giúp điều khiển các thiết bị mà còn khả năng thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị trong hệ thống. Điều này cho phép giám sát hoạt động của hệ thống, phát hiện sớm các vấn đề và tối ưu hóa được hiệu suất.

Tích hợp hệ thống tự động hóa toàn diện: Hệ thống sử mạng truyền thông Mechatrolink có thể được tích hợp với các hệ thống tự động hóa khác như hệ thống điều khiển tự động, hệ thống quản lý sản xuất và hệ thống quản lý tài nguyên doanh nghiệp (ERP) để tạo ra một hệ thống tự động hóa toàn diện và tích hợp.

Điều khiển máy CNC:

• Mechatrolink giúp điều khiển chính xác các trục của máy CNC, đảm bảo độ chính xác cao trong gia công và sản xuất.
• Giao thức này hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng nhu cầu xử lý dữ liệu nhanh chóng của các máy CNC hiện đại.

Điều khiển dây chuyền sản xuất tự động:

• Mechatrolink giúp kết nối và điều khiển các thiết bị khác nhau trong dây chuyền sản xuất tự động, bao gồm robot công nghiệp, máy móc, băng tải và hệ thống kiểm tra.
• Giao thức này hỗ trợ truyền dữ liệu đồng bộ giữa các thiết bị, đảm bảo sự phối hợp nhịp nhàng và hiệu quả của dây chuyền sản xuất.

Top các sản phẩm tích hợp hệ thống Mechatrolink tốt nhất hiện nay

Yaskawa Sigma-7 Servo Drives

• Yaskawa Sigma 7C là dòng servo hiệu suất cao với khả năng đáp ứng nhanh, độ chính xác cao và dễ dàng tích hợp với hệ thống Mechatrolink.
• Hỗ trợ nhiều loại động cơ servo khác nhau, bao gồm động cơ AC servo, động cơ servo Brushless và động cơ servo Linear.
• Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế tạo máy, robot, và tự động hóa nhà máy.

Bộ điều khiển Motion Mechatrolink Yaskawa MP2000 series

• Dễ dàng mở rộng và tùy chỉnh kiến trúc module  theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng.
• Tích hợp giao thức truyền thông Mechatrolink-II, đảm bảo truyền thông tốc độ cao và ổn định giữa các thiết bị.
• Hỗ trợ điều khiển nhiều trục chuyển động cùng lúc, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.
• Ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp như máy CNC, robot công nghiệp, và dây chuyền sản xuất.

Bộ điều khiển Motion Mechatrolink Yaskawa MP3000 Series

• MP3000 Series cung cấp khả năng xử lý nhanh hơn và khả năng điều khiển chính xác hơn MP2000.
• Tích hợp giao thức truyền thông Mechatrolink-III, mang lại tốc độ truyền thông nhanh hơn và dung lượng dữ liệu lớn hơn, hỗ trợ các ứng dụng phức tạp.
• Hỗ trợ các tính năng như điều khiển dự đoán, bù nhiễu và tối ưu hóa đường chuyển động.
• Hỗ trợ nhiều mô-đun và các tùy chọn kết nối để phù hợp với các ứng dụng đa dạng.
• Được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao nhất như sản xuất bán dẫn, máy móc y tế, và các hệ thống tự động hóa tiên tiến khác.

Các dòng robot Motoman của Yaskawa

• Articulated Robots – robot đa khớp được thiết kế cho các ứng dụng đa năng, với khả năng xử lý tải trọng từ 7 kg trở lên. Mô hình tiêu biểu: GP7, GP12, GP25,….
• SCARA Robots được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và tốc độ nhanh. Thích hợp cho các nhiệm vụ như lắp ráp các chi tiết nhỏ, gắp và đóng gói. Mô hình tiêu biểu: SG400, SG650
• Delta Robots có cấu trúc ba cánh tay độc đáo cung cấp phạm vi chuyển động rộng. Thích hợp cho các nhiệm vụ như lấy và đặt các vật thể nhỏ, hàn điểm và lắp ráp. Mô hình tiêu biểu: MPP3S, MPP3H
• Miniature Robots là dòng robot mini được chế tạo với độ chính xác cao (độ lặp lại chính xác ±0.02 mm), có thể thực hiện các nhiệm vụ tinh vi như lắp ráp linh kiện điện tử, kiểm tra sản phẩm, và xử lý vật liệu nhỏ.

Ngoài ra, còn có nhiều sản phẩm tích hợp hệ thống Mechatrolink khác như các drive servo, biến tần Mechatrolink, các encoder hay các I/O Mechatrolink, các hệ thống phần mềm máy tính như MPE720…

Hy vọng với bài viết này, bạn đọc đã hiểu rõ hơn về Mechatrolink và ứng dụng của nó trong chế tạo máy. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, bạn đọc vui lòng liên hệ cho Nam Phương Việt theo số hotline 0903 803 645 để được giải đáp.