he thong MPS.pdf

2.Trạm phân phối bao gồm các module sau: -Ngăn chứa stack magazine module -Module vận chuyển changer module -Module đẩy phôi trolley -Bảng điều khiển control console -Board mạch PLC

TỔNG QUAN HỆ THỐNG MPS

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…

MỘT SỐ QUI ĐỊNH KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG MPS

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

I TRẠM 1 (TRẠM PHÂN PHỐI - DISTRIBUTION STATION)

1.Chức năng:

-Tách rời (separate out) phôi

(workpiece) ra khỏi ngăn chứa

(stack magaqzine module)

-Vận chuyển (transfer) các phôi

sang trạm kế bằng thiết bị tay

quay (rotary drive) có gắn giác

hút (suction cup)

2.Trạm phân phối bao gồm các module sau:

-Ngăn chứa (stack magazine module)

-Module vận chuyển (changer module)

-Module đẩy phôi (trolley)

-Bảng điều khiển (control console)

-Board mạch PLC (PLC board)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

3.Vai trò một số module chính

của trạm phân phối:

-Module ngăn chứa phôi:

Tách phôi ra khỏi ngăn chứa

bằng xy lanh tác động kép (double

acting cylinder), xy lanh này đẩy

phôi dưới cùng của ngăn chứa ra vị

trí để chuẩn bị vận chuyển Các

phôi trong ngăn chứa hình tròn được

nhận biết bằng cảm biến quang thu

phát độc lập (optoelectronic sensor)

(B4) Vị trí của phôi đẩy ra được

nhận biết bằng cảm biến tiệm cận

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

-Module vận chuyển:

Là một thiết bị sử dụng khí nén Phôi được nhặt bằng giác hút và vận chuyển bằng thiết bị quay Góc quay có thể điều chỉnh từ 0 đến 1800 bằng cách sử dụng thiết bị cơ khí để cản lại Vị trí cuối được phát hiện bằng công tắc hành trình

(limitted sensor) (3S1, 3S2)

4.Họat động:

-Điều kiện họat động:

+Cảm biến quang thu phát độc lập (B4) nhận biết có phôi trong ngăn chứa +Cảm biến thu tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 2 không bận +Người dùng nhấn nút Start (S1)

-Quy trình họat động:

Nhấn nút Start:

+Tay quay quay sang trạm 2

+Piston đẩy phôi ra khỏi ngăn chứa

+Tay quay quay về trạm 1

+Giác hút hút phôi

+Tay quay quay sang trạm 2 đồng thời piston đẩy phôi rút về

+Giác hút nhả phôi

+Tay quay quay về trạm 1, kết thúc chu trình

Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động

Nhấn nút Reset:

+Piston ở vị trí ngòai

+Giác hút nhả phôi

+Tay quay ở trạm 1

Thể hiện dưới dạng ký hiệu:

Piston đẩy phôi (A):

A+: Piston rút vào (phôi bị đẩy ra)

A-: Piston đi ra

Tay quay (B):

B+: Tay quay quay sang trạm 2

B-: Tay quay quay về trạm 1

Giác hút (C):

C+: Giác hút hút phôi

C-: Giác hút nhả phôi

Chu trình:

Start + X1 Y1(B+) -> X2(Y13S2) Y2(A+) ->X3(Y2)

2B1 I0.3 0 Cảm biến áp suất chân khơng Cho biết đủ

áp suất chân khơng để hút phôi 3S1 I0.4 0 Cơng tắc hành trình điện cơ Cho biết tay

quay đang ở trạm 1 3S2 I0.5 0 Cơng tắc hành trình điện cơ Cho biết tay

quay đang ở trạm 2

B4 I0.6 1 Cảm biến quang thu phát độc lập Cho biết

phôi có trong ngăn chứa IP_FI I0.7 0 Cảm biến quang thu tín hiệu hồng ngoại

2Y1 Q0.1 0 Cuộn dây của 2V1, điều khiển giác hút

Khi bị tác động thì giác hút sẽ hút phôi

Cuộn dây của 2V1, điều khiển giác hút Khi bị tác động thì khơng khí sẽ tràn vào cửa U của giác hút để đẩy phôi ra khỏi giác hút

H1 Q1.0 0 Đèn báo trạng thái Start

H2 Q1.1 0 Đèn báo trạng thái Reset

H3 Q1.2 0 Đèn báo có phôi trong ngăn chứa

6.Sơ đồ kết nối CPU S7-300:

7 Sơ đồ mạch điện Panel điều khiển:

8.Sơ đồ mạch cảm biến:

9.Sơ đồ mạch đèn hiển thị:

10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

11.Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

II TRẠM 2 (TRẠM KIỂM TRA - TESTING STATION)

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

2.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)

3.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

-Module nâng:

+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)

-Module đo lường:

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

-Module băng trượt:

Băng trượt dùng để chuyển sản 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

4.Họat động:

-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

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

biết có phơi trong ngăn chứa

Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để phân biệt phơi là kim loại hay phi kim (tich cuc khi phoi la kim loai)

Cảm biến gương phản xạ nằm phía trên phôi xác định không có tay quay ở trạm 2

Cảm biến tương tự xác định chiều cao của phôi, ngõ ra tích cực khi phôi đủ độ cao

1B1 I0.4 0 Cảm biến tiệm cận nam châm nhận

biết bộ nâng đang ở vị trí trên 1B2 I0.5 0 Cảm biến tiệm cận nam châm nhận

biết bộ nâng đang ở vị trí dưới 2B1 I0.6 0 Cảm biến tiệm cận nam châm nhận

biết piston đẩy phôi đã được rút về IP_FI I0.7 0 Cảm biến quang thu tín hiệu hồng

ngoại nhận biết trạm 4 đang bận

S3 I1.2 0 Công tắc chọn chế độ

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

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 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 đèn hiển thị:

10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

11.Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

III TRẠM 3 (TRẠM GIA CÔNG - PROCESSING STATION)

1.Chức năng:

-Kiểm tra đặc tính của phôi (có hay

không có lỗ)

-Gia công doa (drill) phôi

-Chuyển phôi đến trạm tiếp theo

2.Trạm gia công bao gồm các module

sau:

-Module mâm quay (rotary indexing

table module)

-Module kiểm tra (testing module)

-Module doa (drilling module)

-Module giữ phôi (clamping module)

-Module gạt phôi (sorting gate

module)

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

module)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

3.Vai trò một số module chính của trạm gia công:

-Trong trạm gia công, phôi được kiểm tra và gia công trên mâm quay Mâm quay được điều khiển bằng động cơ một chiều DC Mâm quay được đặt ở vị trí phù hợp với rơle, với vị trí này mâm quay được nhận biết bởi cảm biến tiệm cận điện từ (B3)

-Trên mâm quay phôi sẽ được kiểm tra và doa trong 2 quá trình song song Cảm biến tiệm cận điện dung (B2) sẽ kiểm tra xem phôi được đưa vào đúng vị trí doa hay chưa Trong suốt quá trình doa, phôi được giữ chặt bởi phần tử chấp hành

(actuator) của cuộn solenoid

-Kết thúc, phôi được chuyển sang trạm khác thông qua cơ cấu điện

-Module mâm quay:

+Module mâm quay được điều

khiển bởi những bánh răng (gear)

của động cơ một chiều DC 6 vị trí

của đĩa được xác định bởi những

cánh quạt trên mâm quay và được

giám sát bởi cảm biến cảm ứng

+Mỗi một nửa của ngăn chứa

hình tròn trên 6 cánh quạt có một

lỗ ở giữa để thuận lợi cho việc kiểm tra bằng các cảm biến cảm ứng điện dung

-Module kiểm tra:

+Phôi được đưa vào đúng vị trí kiểm tra, sau đó module kiểm tra sẽ đưa dầu dò xuống để kiểm tra xem phôi có lỗ sẵn hay chưa

+Nếu phôi không có lỗ như yêu cầu thì sẽ không

thực hiện được quá trình doa

-Module doa:

+Module doa dùng đánh bóng lỗ phôi

+Một hàm kẹp sẽ kẹp sản phẩm, sản phẩm được

giữ và tác động trở lại máy doa Máy doa sẽ được tác động bởi một dây đai thang răng cưa Động cơ bánh răng sẽ được truyền chuyển động thẳng và lúc đó mạch rơle dùng tác động vào mô tơ

+Mô tơ máy doa hoạt động ở điện áp 24VDC và tốc độ không được điều chỉnh.Vị trí cuối được giới hạn bởi công tắc hành trình (1B1, 1B2)

4.Quy trình họat động:

-Điều kiện họat động:

+Có phôi trong ngăn chứa

+Mũi doa ở vị trí trên

+Tay gạt phôi ở vị trí trong

+Thiết bị giữ phôi rút về

+Cảm biến thu tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 4 không bận +Người dùng nhấn nút Start (S1)

-Quá trình họat động:

Nhấn nút Start:

+Mâm quay quay 600

+Kiểm tra lỗ phôi

+Phôi có lỗ:

 Có phôi mới ở ngăn chứa:

 Mâm quay quay 600

 Kiểm tra lỗ phôi

 Thực hiện quá trình doa

 Đợi có phôi mới ởø ngăn chứa

 Phôi có lỗ và có phôi mới ở ngăn chứa: (*)

 Mâm quay quay 600

 Kiểm tra lỗ phôi

 Thực hiện quá trình doa

 Gạt phôi sang trạm kế

 Đợi có phôi mới ở ngăn chứa

 Quay về bước (*)

 Phôi không có lỗ: Kết thúc chu trình +Phôi không có lỗ: Kết thúc chu trình

Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động

Nhấn nút Reset:

+Motor doa tắt

+Mũi doa ở vị trí trên

+Động cơ mâm quay tắt

+Cần gạt ở vị trí bên trong

+Thiết bị giữ phôi rút về

B2 I0.1 0 Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện

phôi đang ở vị trí doa B1 I0.2 0 Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện

phôi đang ở vị trí kiểm tra 1B1 I0.3 0 Công tắc hành trình điện cơ nhận biết

module doa đang ở vị trí trên 1B2 I0.4 0 Công tắc hành trình điện cơ nhận biết

module doa đang ởû vị trí dưới B3 I0.5 0 Cảm biến tiệm cận điện từ phát hiện vị

trí mâm quay B4 I0.6 0 Cảm biến điện từ nhận biết phôi có lỗ IP_FI I0.7 0 Cảm biến quang thu tín hiệu hồng ngoại

nhận biết trạm 4 đang bận

S3 I1.2 0 Công tắc chọn chế độ

K1 Q0.0 0 Cuộn dây của rơle K1, khi cuộn dây có

điện thì sẽ đóng mạch bật động cơ doa

Cuộn dây của rơle K2, khi cuộng dây có điện thì động cơ mâm quay sẽ được bật lên để quay mâm quay

Cuộn dây của rơle K3, được sử dụng để tạo ra cầu H điều khiển động cơ đưa module doa đi xuống

Cuộn dây của rơle K4, được sử dụng để tạo ra cầu H điều khiển động cơ đưa module doa đi lên

Y1 Q0.4 0 Solenoid tác động giữ phôi lúc doa

Y2 Q0.5 0 Solenoid khi bị tác động sẽ đều khiển

piston đi xuống kiểm tra lỗ của phôi Y3 Q0.6 0 Solenoid khi bị tác động thì cần gạt sẽ

gạt phôi sang trạm tiếp theo IP_N

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 đèn hiển thị:

10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

IV TRẠM 4 (HANDLING STATION)

1.Chức năng:

Trạm Handling có thể sử dụng linh

hoạt cả 2 cách:

-Sau khi xác định đặc tính của phôi,

hàm kẹp khí nén có thể phân loại

phôi vào các băng trượt (slide) chứa

phôi kim loại/đỏ hoặc băng trượt chứa

phôi đen

-Hoặc thực hiện chức năng vận

chuyển phôi đến trạm tiếp theo

-Module chứa phôi (retainer 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)

3.Vai trò một số module chính của trạm Handling:

-Module chứa phôi: Sản phẩm được đưa vào ngăn chứa và được nhận biết bằng

cảm biến quang (Part-AV)

-Module PickAlfa: Môđun này được dùng để phân loại sản phẩm theo màu Nó

được gắn 2 cảm biến hành trình ở 2 đầu (1B1, 1B2) và 1 cảm biến ở giữa (1B3) Hai cảm biến ở 2 đầu được gắn miếng đệm và có thể điều chỉnh được bằng khí nén Một xy lanh phẳng có chứa hàm kẹp được

nâng lên hạ xuống nhờ các cảm biến hành trình

(2B1, 2B2) được đặt trên xy lanh Hàm kẹp sản

phẩm được gắn một cảm biến (3B1) ở bên trong

để phân biệt giữa phôi kim màu trắng/màu hồng

với phôi màu đen Đây là một môđun rất linh

hoạt

-Module trượt: Môđun này được dùng để lưu giữ sản phẩm lỗi (phế phẩm) Nó

có thể chứa tối đa là 5 sản phẩm, góc nghiêng của nó có thể điều chỉnh được

4.Quy trình họat động:

-Điều kiện họat động:

+Có phôi trong ngăn chứa

+Hàm kẹp ở vị trí đầu, bên trên

+Trạm 5 khơng bận

+Người dùng nhấn nút Start (S1)

-Quá trình họat động:

Nhấn nút Start:

+Mở hàm kẹp

+Hạ tay gắp xuống

+Đóng hàm kẹp (kẹp phôi)

+Nâng tay gắp lên

+Kiểm tra màu sắc của phôi:

 Phôi màu đỏ hoặc kim loại (màu trắng):

 Đưa tay gắp đến vị trí cuối

 Hạ tay gắp xuống

 Mở hàm kẹp

 Nâng tay gắp lên

 Đưa tay gắp về vị trí đầu, kết thúc chu trình

 Phôi màu đen:

 Đưa tay gắp đến vị trí giữa

 Hạ tay gắp xuống

 Mở hàm kẹp

 Nâng tay gắp lên

 Đưa tay gắp về vị trí ban đầu, kết thúc chu trình

Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động

Nhấn nút Reset:

+Hàm kẹp mở

+Nâng tay gắp lên

+Đưa tay gắp về vị trí ban đầu

gắp ở vị trí cuối 1B3 I0.3 0 Cảm biến tiệm cận nam châm phát hiện tay

gắp ở vị trí giữa 2B1 I0.4 0 Cảm biến tiệm cận nam châm phát hiện

hàm kẹp ở vị trí bên dưới 2B2 I0.5 0 Cảm biến tiệm cận nam châm phát hiện

hàm kẹp ở vị trí bên trên

Cảm biến quang phát hiện vật bằng kim loại hoặc màu đỏ (vật màu đen không phát hiện được)

IP_FI I0.7 0 Cảm biến quang thu tín hiệu hồng ngoại

tay gắp về vị trí cuối 2Y1 Q0.2 0 Cuộn dây của 2V1 tác động cho xylanh

hàm kẹp đi xuống 3Y1 Q0.3 0 Cuộn dây của 3V1 tác động cho hàm kẹp

mở IP_N

Cảm biến quang phát tín hiệu hồng ngoại báo trạm 4 đang bận

H1 Q1.0 1 Đèn báo trạng thái Start

H2 Q1.1 0 Đèn báo trạng thái Reset

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 đèn hiển thị:

10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành: