Giáo trình hệ thống sản xuất linh hoạt tham khảo

Trong quaù trình coâng nghieäp hoaù, hieän ñaïi hoaù cuûa ñaát nöôùc, Ñaûng vaø Nhaø nöôùc ta ñaõ chuû tröông ñaàu tö phaùt trieån caùc ngaønh khoa hoïc coù haøm löôïng tri thöùc cao, vôùi vai troø quan troïng cuûa mình töï ñoäng hoùa ñöôïc xem laø moät trong nhöõng lónh vöïc chuû ñaïo nhaän ñöôïc söï quan taâm ñoù. Vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, töï ñoäng hoaù ngaøy nay khoâng chæ goùi goïn ôû moãi moät ngaønh nhö cô khí, ñieän, ñieän töû, tin hoïc… Maø laø söï keát hôïp haøi hoaø cuûa taát caû caùc ngaønh treân. Chính söï keát hôïp haøi hoøa ñoù töï ñoäng hoùa ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu cao. Ñeå giuùp cho ngöôøi hoïc sau khi ñaõ cô baûn hoøan taát caùc moân hoïc chuyeân ngaønh coù theå tieáp caän vôùi moät heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng ngay töø khi coøn ngoài treân gheá nhaø tröôøng, haõng Festo (Ñöùc) ñaõ cheá taïo ra moâ hình traïm MPS (Modular Production System). Traïm MPS laø moät coâng cuï daïy hoïc ñöôïc xem laø lyù töôûng nhaát, heä thoáng goàm coù 9 traïm, noù laø moät quaù trình saûn xuaát gia coâng coù tính chaát lieân tuïc, töø vieäc caáp phoâi, gia coâng, laép raùp ñeán phaân loïai saûn phaåm, gaén lieàn vôùi quaù trình saûn xuaát trong thöïc teá. Traïm MPS laø söï keát hôïp haøi hoaø giöõa ñieän, ñieän töû, cô khí, tin hoïc, thuyû löïc, khí neùn, vaø kyõ thuaät laäp trình PLC, moâ phoûng baèng phaàn meàm Cosimir, giaùm saùt heä thoáng saûn xuaát baèng phaàm meàm WinCC…

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN

GIÁO TRÌNH

LINH HOẠT MPS NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm 2019 của

Trường cao đẳng nghề Ninh Thuận

Năm 2019

dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao

Đẳng Nghề, giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS là một trong những giáo

trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao

Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 120 giờ gồm có:

Bài 1: Tổng quan về hệ thống MPS

Bài 2: Tự động hóa trong sản xuất

Bài 3: Hệ thống phần cứng trong MPS

Bài 4: Phần mềm và hệ thống điều khiển MPS

Bài 5: Lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC

Bài 6: Điều khiển trạm cấp phôi hệ thống MPS

Bài 7: Điều khiển trạm gia công hệ thống MPS

Bài 8: Điều khiển trạm vận chuyển hệ thống MPS

Bài 9: Điều khiển trạm phân loại hệ thống MPS

Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học củng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng

Ninh Thuận, ngày tháng năm 2019 Tham gia biên soạn

1 Chủ biên:

2

TRANG

Mã mô đun: MĐ32 Mục tiêu:

* Về kiến thức:

- Mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc modul;

- Trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật điều khiển linh hoạt: Các hiểu biết về hệ thống MPS, logic điều khiển, phương pháp lắp đặt, thiết lập hệ thống MPS

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra*

Mã bài: MĐ32-1

Mục tiêu của bài:

- Nhận thức được tầm quan trọng hệ thống sản xuất linh hoạt đối với sản xuất hiện đại

- Coi trọng cơng nghệ thơng tin và tự động hĩa trong nền sản xuất tiên tiến

- Phân tích được cấu trúc của MPS

- Nhận diện được các hệ thống MPS

Nội dung của bài:

Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, Đảng và Nhà nước ta đã chủ trương đầu tư phát triển các ngành khoa học có hàm lượng tri thức cao, với vai trò quan trọng của mình tự động hóa được xem là một trong những lĩnh vực chủ đạo nhận được sự quan tâm đó

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hoá ngày nay không chỉ gói gọn ở mỗi một ngành như cơ khí, điện, điện tử, tin học… Mà là sự kết hợp hài hoà của tất cả các ngành trên Chính sự kết hợp hài hòa đó tự động hóa đã đạt được nhiều thành tựu cao

Để giúp cho người học sau khi đã cơ bản hòan tất các môn học chuyên ngành có thể tiếp cận với một hệ thống sản xuất tự động ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, hãng Festo (Đức) đã chế tạo ra mô hình trạm

MPS (Modular Production System) Trạm MPS là một công cụ dạy học được xem là lý tưởng nhất, hệ thống gồm có 9 trạm, nó là một quá trình sản

xuất gia công có tính chất liên tục, từ việc cấp phôi, gia công, lắp ráp đến phân lọai sản phẩm, gắn liền với quá trình sản xuất trong thực tế Trạm MPS là sự kết hợp hài hoà giữa điện, điện tử, cơ khí, tin học, thuỷ lực, khí nén, và kỹ thuật lập trình PLC, mô phỏng bằng phần mềm Cosimir, giám sát hệ thống sản xuất bằng phầm mềm WinCC…

1 Sinh viên chỉ được sử dụng hệ thống khi có sự cho phép của giáo viên

2 Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn trước khi sử dụng

3 Chỉ được phép kết nối hoặc ngắt dây nối tín hiệu khi nguồn điện đã tắt

4 Chỉ sử dụng điện áp tối đa lên đến 24V

5 Chỉ được sử dụng nguồn khí có áp suất tối đa là 8bar

6 Chỉ bật nguồn cấp khí khi việc kết nối các thiết bị khí nén đã hoàn tất

7 Luôn theo dõi hệ thống khi nguồn cấp khí đã được bật

8 Không được dùng tay di chuyển bất kỳ vật gì gần robot khi robot hoạt động

9 Cuối quá trình hoạt động tay gắp của robot không được giữ phôi

BÀI 2

TỰ ĐỘNG HỐ TRONG SẢN XUẤT

Mã bài: MĐ32-2

Mục tiêu của bài:

- Ý thức về vai trị và ý nghĩa của tự động hĩa trong nền sản xuất hiện đại

- Phân tích các kiểu hệ thống tự động

Nội dung của bài:

1 Chức năng: Trạm Lắp ráp làm việc liên kết với trạm Robot và có chức

năng cung cấp linh kiện (thân xilanh, piston, lò xo và nắp) cho trạm Robot lắp ráp thành một xilanh hoàn chỉnh

2 Trạm Robot bao gồm các module sau:

-Module ổ chứa lò xo (spring magazine module)

-Module ổ chứa nắp (cap magazine module)

-Module băng trượt (slide module)

-Module chứa piston(pallet module)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

-Module bảng điều khiển và board mạch PLC (control console and PLC

board module)

3 Vai trò một số module chính của trạm Robot:

chuẩn bị cho quá trình lắp ráp

Cảm biến quang phát hiện nắp đã được đẩy ra để chuẩn bị cho quá trình lắp ráp

3 Sơ đồ kết nối CPU S7-300:

5 Sơ đồ mạch điện Panel điều khiển:

6 Sơ đồ ngõ vào cảm biến:

7 Sơ đồ mạch đièn hiển thị:

8 Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

9 Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

HỆ THỐNG PHẦN CỨNG TRONG MPS

Mã bài: MĐ32-3

Mục tiêu của bài:

- Hiểu được cấu trúc phần cứng trong hệ thống MPS

- Liệt kê được các danh mục phần cứng cần thiết trong hệ thống

Nội dung của bài:

1 Chức năng:

-Xác định tính chất vật liệu của phôi

(workpiece material characteristics)

-Xác định chiều cao của phôi

(workpiece height)

-Loại các phôi không đạt

-Chuyển các phôi đạt tiêu chuẩn

(standard workpiece) tới trạm tiếp theo

4 Trạm kiểm tra bao gồm các module

sau: -Module cảm biến (sensor

module) -Module nâng (lifting module)

-Module đo lường (measuring module)

-Module băng trượt (slide module)

-Module bảng điều khiển và board mạch PLC (control console and PLC

board module)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

2 Vai trò một số module chính của trạm kiểm tra:

- Module nhận biết phôi :

Vật liệu và màu sắc của phôi được nhận biết bằng hai cảm biến: +Cảm

biến quang (optoelectronics sensor) (Part_AV) xác định có phôi +Cảm biến tiệm cận điện dung (capacitive proximity sensor) (B2) xác định

phôi là kim loại hay phi kim

+Khi phôi là kim lọai,

phôi sẽ được nâng lên bằng

bộ nâng để kiểm tra

+Cơ cấu nâng gồm một

xylanh không có trục và

một xylanh chuyên dùng

để đẩy phôi ra

+Các ống dẫn khí nén

(plastic tubing) cung cấp

khí cho xylanh và dây dẫn

điện (cho van điện) nằm

chung trong cáp dẫn

+Cuối hành trình của xylanh nâng được nhận biết bằng tiệm cận nam

châm (magnetic proximity sensor) (1B1, 1B2)

Bộ đo gồm một cảm biến nhận

tín hiệu dạng tương tự (B5) để xác

định chiều cao phôi Nguyên tắc

hoạt động dựa trên bộ đo tuyến

tính (linear measurer) với bộ chia

điện áp Một bộ phận giảm chấn

được gắn ở bộ đo để giảm chấn

cho xy lanh nâng khi nó nâng phôi

lên Giá trị đo tương tự sẽ được số

hóa thông qua bộ so sánh Tín hiệu

tương tự cũng có thể được chuyển

đến PLC thông qua bộ kết nối

- Module băng trượt có đệm khí:

Băng trượt có đệm khí có nhiệm vụ chuyển sản phẩm qua trạm tiếp theo Băng trượt có thể chứa 5 sản phẩm cùng lúc nếu như cửa chặn đóng lại Đệm khí giảm tối thiểu ma sát giữa sản phẩm và bề mặt băng trượt và các sản phẩm trượt cùng vận tốc

phẩm lỗi Băng trượt có thể chứa 4 sản phẩm cùng lúc nếu cửa chặn đóng lại Góc nghiêng của băng trượt phải được xác định thích hợp

- Điều kiện họat động:

+Cảm biến quang (Part_Av) xác định có phôi

+Cảm biến gương phản xạ (B4) xác định không có tay quay ở trạm

2 +Cảm biến nhận tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 3 không bận +Người dùng nhấn nút Start (S1)

- Quy trình họat động:

Nhấn nút Start:

+Cảm biến tiệm cận điện dung (B2) kiểm tra phôi là kim loại (metal) hay phi kim (non_metal)

+Nếu phôi không phù hợp (phi kim):

Piston đi ra đẩy phôi vào ngăn chứa phế phẩm Piston rút về, kết thúc chu trình

+Nếu phôi phù hợp (kim lọai):

Bộ nâng nâng vật lên để kiểm tra độ cao của vật

Vật đạt độ cao:

Piston đi ra đẩy phôi đồng thời bật đệm khí Sau khỏang thời gian định trước, tắt đệm khí Rút piston về

Hạ bộ nâng xuống, kết thúc chu trình Vật không đạt độ cao:

Hạ bộ nâng xuống Piston đi ra đẩy phôi vào ngăn chứa phế phẩm Sau khỏang thời gian định trước, rút piston về, kết thúc

chu trình Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động

Nhấn nút Reset:

+Bộ nâng ở dưới +Piston ở trong +Đệm khí tắt

Kí Địa Mức logic ở trạng

Chức năng hiệu chỉ thái bình thường

Part

I0.0 0 Cảm biến quang thu phát độc lập nhận

AV biết có phơi trong ngăn chứa

Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để

B2 I0.1 0 phân biệt phơi là kim loại hay phi kim (tich cuc khi phoi la kim loai) Cảm biến gương phản xạ nằm phía B4 I0.2 1 trên phôi xác định không có tay quay ở

1B2 I0.5 0 Cảm biến tiệm cận nam châm nhận

biết bộ nâng đang ở vị trí dưới

S1 I1.0 0 Nút nhấn Start

S2 I1.1 1 Nút nhấn Stop

S3 I1.2 0 Công tắc chọn chế độ

S4 I1.3 0 Nút nhấn Reset

1Y1 Q0.0 0 Cuộn dây của 1V1, khi bị tác động sẽ

điều khiển piston đưa bộ nâng đi xuống

1Y2 Q0.1 0 Cuộn dây của 1V1, khi bị tác động sẽ

điều khiển piston đưa bộ nâng đi lên

2Y1 Q0.2 0 Cuộn dây của 2V1, khi bị tác động sẽ

điều khiển piston đẩy vật đi ra

3Y1 Q0.3 0 Cuộn dây của 3V1, khi bị tác động sẽ

IP_N

Q0.7 0

Cảm biến quang phát tín hiệu hồng

FO ngoại báo trạm 2 đang bận

H1 Q1.0 1 Đèn báo trạng thái Start

H2 Q1.1 0 Đèn báo trạng thái Reset

Đèn báo tính chất của phơi, đèn tắt khi

H3 Q1.3 0 phơi đen, đèn sáng khi phơi đỏ hoặc kim lọai

6 Sơ đồ kết nối CPU S7-300:

7 Sơ đồ mạch điện Panel điều khiển:

8 Sơ đồ ngõ vào cảm biến:

9 Sơ đồ mạch đièn hiển thị:

10 Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

11 Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

Mã bài: MĐ32-4

Mục tiêu của bài:

Sử dung được phần mềm lập trình cho PLC

Nội dung của bài:

1 Chức năng:

-Xác định đặc điểm, vật liệu của phôi

-Nhận phôi từ các khâu trước

-Lưu giữ phôi ở module lưu trữ và lắp ráp

-Lưu giữ các phôi đỏ/kim loại hoặc đen trong các bộ phận dành riêng cho từng loại phôi

-Di chuyển phôi đến các trạm kế tiếp

-Module chứa phôi (retainer module)

-Module băng trượt (slide module)

-Module chứa phôi lắp ráp (assemply retainer module)

-Module lưu trữ (magazine module)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

3 Vai trò một số module chính của trạm Robot:

Module trượt: được dùng để cung cấp phôi cho

module lưu trữù

Module lưu trữù: Phôi sẽ được phát hiện ở module lưu

trữù bằng một cảm biến quang

Phôi được di chuyển bằng một máng trượt đến bộ

khí nén Phôi được giữ lại ở môđun chứa phôi

Một cảm biến quang được gắn vào hàm kẹp Cảm biến này sẽ phân biệt giữ a phôi đen và phôi màu Phôi có thể được giữ lại trong các kho chứa khác nhau dựa vào sự phân biệt này Nó cũng có thể di chuyển phôi đến các trạm tiếp theo

Tuỳ thuộc vào màu của xy lanh mà Robot sẽ chọn loại piston cho từng loại màu Với phôi đỏ và kim loại thì piston đen sẽ được sử dụng, với phôi đen thì piston kim loại được sử dụng Các piston này được lấy trên Module Pallet của trạm Lắp ráp

Sau đó Robot lấy lò xo từ ổ chứa lò xo để lắp ráp vào xy lanh

Cuối cùng lấy nắp xy lanh trong ổ chứa nắp sau khi được dập ở trạm Dập để gắn vào xy lanh

Phôi hoàn chỉnh sẽ được đặt vào băng trượt trên trạm lắp ráp để

chuyển đến trạm kế

STT Tên Công dụng

1 POWER Công tắc nguồn: Chuyển nguồn bộ điều khiển sang

trạng thái On/Off

2 START Nút nhấn Start: Thi hành chương trình, cho phép

Robot hoạt động

3 STOP Nút nhấn Stop: Dừng chương trình ngay lập tức

(nguồn động cơ không bị ngắt)

4 RESET Nút nhấn Reset: Reset khi gặp lỗi, chương trình đang

thực thi cũng bị reset

5 EMG.STOP Nút nhấn dừng khẩn cấp: Dừng robot khẩn cấp

(nguồn động cơ bị ngắt)

Công tắc kết nối với bộ điều khiển bằng tay: Cho

6 REMOVE T/B phép kết nối hay không kết nối với bộ điều khiển

bằng tay (nguồn bộ điều khiển không bị ngắt)

7 CHNGDISP Nút nhấn cho phép thay đổi nội dung hiển thị trên

màn hình LCD

8 END Nút nhấn END: Chỉ cho phép chương trình được thực

thi 1 lần

9 SVO.ON Nút nhấn SVO.ON: Bật nguồn động cơ

10 SVO.OFF Nút nhấn SVO.OFF: Tắt nguồn động cơ

13 PC CONNECTOR

cáp RS232

14 MODE Cho phép chuyển đổi giữa các chế độ: Auto(OP),

Teach, Auto(Ext)

15 UP/DOWN Nút nhấn Up/Down: Tăng giảm các giá trị hiển thị

trên màn hình LCD

Bộ điều khiển bằng tay:

E Công tắc cho phép hay không cho phép sử dụng TB

3 Dislay LCD Màn hình LCD dùng để hiển thị chương trình hay

trạng thái làm việc

XYZ Nút nhấn cho phép chuyển sang chế độ nội suy trục

5 MENU Hiển thị Menu

Chức năng tương tự như nút nhấn STOP của bộ

6 STOP điều khiển Robot Lệnh được thực hiện ngay cả khi công tắc DIABLE/ENABLE đang chuyển

sang

phép cánh tay robot di chuyển

8 +/FORWD -Được nhấn đồng thời với phím INP/EXE trong lúc

lệnh kế tiếp

-Được nhấn kết hợp với phím STEP/MOVE sẽ cho phép tăng vận tốc di chuyển cánh tay Robot

-Được nhấn đồng thời với phím INP/EXE trong lúc

9 -/BACKWD soạn thảo chương trình sẽ cho phép hiển thị dòng lệnh trước đó

-Được nhấn kết hợp với phím STEP/MOVE sẽ cho phép giảm vận tốc di chuyển cánh tay Robot

10 COND Phím được sử dụng để soạn thảo chương trình Phím dùng để reset khi lỗi xảy ra Khi được nhấn

11 ERROR RESET kết hợp với phím INP/EXE chương trình sẽ được

Các phím từ –X (J1) đến +C (J6) Được sử dụng kết

12 JOG OPERATION hợp với nút nhấn ở mặt sau TB và phím STEP/MOVE để di chuyển cánh tay Robot Ngoài

ra còn được sử dụng trong lúc soạn thảo chương

14 RPL/ Được sử dụng để chỉnh sửa dữ liệu vị trí và di

chuyển con trỏ xuống

15 DEL/ Được sử dụng để xóa dữ liệu vị trí và di chuyển

con trỏ sang trái

16 HAND/ Được nhấn kết hợp với các phím từ -A (J4) đến +C

(J6) để đóng mở tay kẹp tương ứng

17 INP/EXE

18 POSCHAR Thay đổi giữa việc sử dụng ký tự số hay anphabe

khi soạn thảo chương trình

19 DEADMAN Được sử dụng kết hợp với các phím STEP/MOVE SWITCH để điều khiển cánh tay Robot

20 CONTRAST Điều chỉnh độ tương phản màn hình LCD

SETTING SWITCH

- Các bước Robot sẽ thực hiện:

10.Di chuyển (nội suy khớp) tay gắp đến vị trí Pwait

100 MOV PWAIT

-Các bước lập trình từ thiết bị điều khiển bằng tay TB:

+Bước 1: Chuyển công tắc MODE từ bộ điều khiển Robot sang

MODE_TEACH

+Bước 2: Chuyển công tắc DISABLE/ENABLE trên TB sang ENABLE

+Bước 3: Trên màn hình MENU, nhấn các phím mũi tên : để di chuyển con

trỏ đến 1.TEACH và sau đó nhấn phím INP/EXE, màn hình soạn thảo sẽ xuất hiện