Giáo trình hế thống cơ điện tử MPS

Giáo trình hệ thống cơ điện tử MPS - S7_300

LỜI GIỚI THIỆU Trên sở chương trình khung đào tạo Bộ LĐTB & XH ban hành, Trường Cao đẳng nghề Công nghệ Hà Tĩnh tổ chức biên soạn giáo trình giảng dạy sinh viên – học sinh nghề Cơ điện tử thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá đất nước Trong giáo trình Hệ thống sản xuất MPS đóng vai trò quan trọng việc đào tạo kỹ thuật viên, nhân viên lành nghề theo học nghề Cơ điện tử Giáo trình thiết kế theo hệ thống mô đun chương trình, có mục tiêu học rõ ràng Điều giúp sinh viên có định hướng hình dung dễ dàng trình học tập Đây tài liệu cô giáo, thầy giáo tổ môn Điện nhà trường chắt lọc trình giảng dạy, tham khảo tài liệu catalogue nhà sản xuất với kinh nghiệm làm việc thực tế doanh nghiệp Giáo trình làm tài liệu giảng dạy tham khảo nội cho giáo viên học sinh Trường, không phát hành lưu thông bên ngoài./ Mặc dù cố gắng chắn không tránh khỏi thiếu sót mong nhận đóng góp ý kiến từ đồng nghiệp em sinh viên Chúc em thành công học tập công tác! Hà Tĩnh, ngày … tháng … năm 2014 Tham gia biên soạn MÔ ĐUN: HỆ THỐNG SẢN XUẤT MPS Mã số mô đun: 38 Ý nghĩa, vị trí, vai trò mô đun Trong công nghiệp sản xuất đại ngày nay, nhiều nhà máy xí nghiệp trang bị cho dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động có tính linh hoạt Mô đun hệ thống sản xuất MPS mô đun chuyên ngành sinh viên nghề Cơ điện tử Mô đun nhằm trang bị cho sinh viên trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề kiến thức cấu trúc, nguyên lý làm việc, cách thức vận hành, lắp đặt, lập trình, bảo dưỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất tự động có tính linh hoạt cao Nhằm mục đích giúp học sinh tiếp cận dễ dàng dây chuyền sản xuất thực tế doanh nghiệp sản xuất sau tốt nghiệp Mục tiêu mô đun - Mô tả được, nguyên lý, cấu hoạt động hệ thống sản xuất có cấu trúc module - Phân tích nguyên lý vận hành modul cấp phôi, kiểm tra, gia công ,vận hành, lắp ráp, phân loại cấu chấp hành modul e - Thực công việc bảo trì, bảo dưỡng mô đun cấp phôi, kiểm tra, gia công ,vận hành, lắp ráp, phân loại cấu chấp hành module - Chủ động, sáng tạo an toàn trình học tập Nội dung mô đun STT Thời gian (giờ) Tên mô đun Giới thiệu tổng quan hệ thống sản xuất có cấu trúc mô dun Tổng số Lý thuyết 05 Thực hành Kiểm tra* Cảm biến MPS 05 02 03 Các cấu chấp hành MPS 05 02 03 Hệ thống điều khiển giám sát MPS 10 5 Các mô dun hệ thống MPS 10 5 Thực tập môdun 55 15 35 90 34 51 Tổng số Phương thức đánh giá - Kiến thức: Tại thời điểm có giáo viên sinh viên hình thức vấn đáp kiến thức học - Kỹ Lập trình điều khiển hệ thống theo yêu cầu công nghệ cho trước BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT CẤU TRÚC MÔ ĐUN Giới thiệu: Để lập trình, lắp đặt, bảo trì vận hành hệ thống sản xuất MPS phải tìm hiểu tổng quan hệ thống sản xuất cấu trúc mô đun Mục tiêu học: - Sinh viên nắm mô đun hệ thống điều khiển MPS, cấu trúc hệ thống điều khiển tự động - Ứng dụng hệ thống điều khiển MPS công nghiệp - Chủ động, sáng tạo an toàn trình học tập Nội dung học: Khái niệm hệ thống sản xuất MPS Là hệ thống sản xuất thiết kế dạng mô đun sản xuất riêng biệt ghép nối với Cấu trúc hệ thống MPS 2.1 Trạm cung cấp - Dùng để cung cấp phôi cho hệ thống 2.2 Trạm kiểm tra - Dùng để kiểm tra phôi 2.3 Trạm gia công - Dùng để gia công sản phẩm 2.4 Trạm tay gắp - Dùng để gắp sản phẩm cung cấp cho trạm lưu trữ tạm thời 2.5 Trạm lưu trữ tạm thời - Dùng để lưu trữ tạm thời sản phẩm trước cung cấp cho trạm phân loại 2.6 Trạm phân loại - Dùng để phân loại sản phẩm Cấu trúc hệ thống điều khiển tự động TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU PHẢN HỒI - Tín hiệu điều khiển giám sát: Công tắc nút, nút nhấn, đèn báo, chuông còi, hình cảm ứng HMI, máy tính… - Bộ điều khiển trung tâm: PLC, Vi điều khiển, mạch rơ le, điểu khiển chuyên dụng… - Cơ cấu chấp hành: Contactor, biến tần, van khí nén, van thủy lực… - Đối tượng điều khiển: Động điện xoay chiều, động điện chiều, động khí nén, động thủy lực, xi lanh khí nén, xi lanh thủy lực… - Tín hiệu phản hồi: Thiết bị cảm biến cảm biến tốc độ, nhiệt độ, siêu âm, trọng lượng, quang… Phần mềm MPS Phần mềm PLC sử dụng cho hệ thống MPS phần mềm Simatic Step V5.5 Siemen 4.1 Cài đặt phần mềm Vào file chứa chương trình/setup.exe chọn next chương trình kết thúc cài đặt 4.2 Khởi tạo dự án Bước 1: Bật chương trình lập trình/cancer/file/new/đặt tên project/ok Bước 2: Phải chuột vào tên Project vừa đặt/insert new object/simatic station 300 (có thể đổi tên theo người dùng) 4.3 Cấu hình phần cứng cho dự án Bước 1: Đúp chuột vào simatic station 300 Bước 2: Cửa sổ HW config – simatic 300 xuất Bước 3: Click chuột vào simatic 300/rack 300/rail/ đúp chuột vào rail Bước 4: Click CPU 300/CPU 313c/mã PLC dùng Bước 5: Save and complie phần cứng 4.4 Kết nối PLC PC Sử dụng cáp MPI để kết nối PLC PC Ở cửa sổ simatic manager/opption/set PG/PC interface/PC adapter MPI 4.5 Download phần cứng vào PLC Vào Hard ware chọn biểu tượng down load, down cấu hình phần cứng vào PLC 4.6 Giao diện lập trình Tại cửa sổ simatic manager/simatic-300/CPU 313C/block/OB1/ok Câu hỏi ôn tập Trình bày khái niệm hệ thống MPS? Thực khởi tạo dự án cấu hình phần cứng cho dự án ? BÀI 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MPS Giới thiệu Để lập trình hệ thống điều khiển MPS sinh viên phải biết cấu trúc PLC S7-300 kỹ thuật lập trình loại PLC Bài học giúp sinh viên hiểu rõ vấn đề Mục tiêu học - Sinh viên nắm kỹ thuật lập trình PLC hệ thống điều khiển MPS - Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC - Chủ động, sáng tạo an toàn trình học tập Nội dung học Ký hiệu PLC 1.1 Công tắc 1.2 Đèn báo trạng thái Đấu nối tín hiệu Cấu trúc phần cứng  Module CPU: Đây loại module có chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, thời gian, đếm, cổng truyền thông,… có cổng vào/ra số Các cổng vào/ra tích hợp CPU gọi cổng vào onboard Trong họ PLC S7-300, module CPU có nhiều loại đặt tên theo vi xử lý bên như: CPU 312, CPU 314, CPU 316,… Những module vi xử lý khác số cổng vào/ra onboard khối hàm đặc biệt phân biệt cụm chữ IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ CPU 312IFM, CPU 314IFM,… Ngoài ra, có loại module CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai dùng để nối mạng phân tán mạng PROFIBUS (PROcess Field BUS) Loại kèm với cụm từ DP (Distributed Port) tên gọi Ví dụ module CPU315-DP  Module mở rộng: Các module mở rộng thành loại: - PS (Power Supply): module nguồn Có loại: 2A, 5A 10A - SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm: - DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số Số cổng vào số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module - DO (Digital Output): module mở rộng cổng số Số cổng vào số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module - DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng cổng vào/ra số Số cổng vào/ra số mở rộng vào/8 16 vào/16 tuỳ thuộc vào loại module - AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự Bản chất chúng chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD) Số cổng vào tương tự 2, tuỳ loại module - AO (Analog Output): module mở rộng cổng tương tự Chúng chuyển đổi số tương tự (DA) Số cổng tương tự tuỳ loại module - AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự Số cổng vào tương tự vào/2 vào/4 tuỳ loại module - IM (Interface Module): Module kết nối Đây loại module dùng để kết nối nhóm module mở rộng thành khối quản lý module CPU Thông thuờng module mở rộng gá liền rack Mỗi rack gá nhiều module mở rộng (không kể module CPU module nguồn) Một module CPU làm việc nhiều với rack rack phải nối với module IM - FM (Function Module): Module có chức điều khiển riêng như: module điều khiển động bước, module điều kiển động servo, module PID,… - CP (Communication Processor): Module truyền trông PLC với PLC hay PLC với PC Cấu trúc nhớ Vùng nhớ tầm địa PLC S7-300 Tên gọi Kích thước truy cập Kích thước tối đa (tuỳ thuộc vào CPU) Process input image (I) I 0.0 ÷ 127.7 IB ÷ 127 Bộ đệm vào số IW ÷126 ID ÷ 124 Process output image (Q) Q 0.0 ÷ 127.7 QB ÷ 127 Bộ đệm số QW ÷ 126 ID ÷ 124 Bit memory (M) M 0.0 ÷ 255.7 Vùng nhớ cờ MB ÷ 255 MW ÷ 254 MD ÷ 252 Timer (T) T0 ÷ T255 Counter (C) C0 ÷ C255 Data block (DB) DBX 0.0 ÷ 65535.7 Khối liệu share DBB ÷ 65535 DBW ÷ 65534 DBD ÷ 65532 Data block (DI) DIX 0.0 ÷ 65535.7 Khối liệu instance DIB ÷ 65535 DIW ÷ 65534 DID ÷ 65532 Local block (L) L 0.0 ÷ 65535.7 Miền nhớ địa phương cho tham số hình thức LB ÷ 65535 LW ÷ 65534 LD ÷ 65532 Peripheral input (PI) PIB ÷ 65535 PIW ÷ 65534 PID ÷ 65532 PQB ÷ 65535 PQW ÷ 65534 PQD ÷ 65532 Peripheral output (PQ) Ngôn ngữ lập trình: PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình sau: 5.1 Ngôn ngữ lập trình liệt kê lệnh STL (Statement List) Đây dạng ngôn ngữ lập trình thông thường máy tính Một chương trình hoàn chỉnh ghép nối nhiều câu lệnh theo thuật toán định, lệnh chiếm hàng có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toán hạng” 5.2 Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic) Đây dạng ngôn ngữ đồ hoạ, thích hợp với người lập trình quen với việc thiết kế mạch điều khiển logic 5.3 Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram) Đây dạng ngôn ngữ đồ hoạ, thích hợp cho người quen thiết kế mạch điều khiển số Trong PLC có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ cho đối tượng sử dụng khác Tuy nhiên chương trình viết ngôn ngữ LAD hay FBD chuyển sang dạng STL, ngược lại không Và STL có nhiều lệnh mà LAD FBD Đây mạnh ngôn ngữ STL: STL ngôn ngữ mạnh 10 STL LAD FBD Trang Trạm Gia Công: - Biểu thị hình ảnh tổng quan trạm Gia Công Cho biết tín hiệu địa vào/ trạm Gia Công Trạng thái kết nối trạm Gia Công Trạm có Control Panel: cho phép điều khiển trạm nút nhấn từ máy tính Trạm có I/O Simulation: cho phép kiểm tra tín hiệu ngỏ/ trạm Trạm Tay Gắp 50 Trang Trạm Tay Gắp: - Biểu thị hình ảnh tổng quan trạm Tay Gắp Cho biết tín hiệu địa vào/ trạm Tay Gắp Trạng thái kết nối trạm Tay Gắp Trạm có Control Panel: cho phép điều khiển trạm nút nhấn từ máy tính Trạm có I/O Simulation: cho phép kiểm tra tín hiệu ngỏ/ trạm Trạm Trung Gian 51 Trang Trạm Trung Gian: - Biểu thị hình ảnh tổng quan trạm Trung Gian Cho biết tín hiệu địa vào/ trạm Trung Gian Trạng thái kết nối trạm Trung Gian Trạm có Control Panel: cho phép điều khiển trạm nút nhấn từ máy tính Trạm có I/O Simulation: cho phép kiểm tra tín hiệu ngỏ/ trạm Trạm Phân Loại 52 Trang Trạm Phân Loại: - Biểu thị hình ảnh tổng quan trạm Phân Loại Cho biết tín hiệu địa vào/ trạm Phân Loại Trạng thái kết nối trạm Phân Loại Trạm có Control Panel: cho phép điều khiển trạm nút nhấn từ máy tính Trạm có I/O Simulation: cho phép kiểm tra tín hiệu ngỏ/ trạm Câu hỏi ôn tập: Vận hành hệ thống MPS thông qua Wincc? BÀI 6: THỰC TẬP TRÊN CÁC MÔ ĐUN CỦA HỆ THỐNG MPS 53 Giới thiệu: Để biết chương trình điều khiển hệ thống MPS đòi hỏi sinh viên phải nắm vững công nghệ viết chương trình điều khiển cho hệ thống Bài học giúp sinh viên hiểu rõ công nghệ hệ thống MPS thực lập trình điều khiển hệ thống Mục tiêu học: - Biết quy trình công nghệ hệ thống sản xuất MPS - Lập trình chế độ điều khiển hệ thống MPS - Chủ động, sáng tạo nghiêm túc Nội dung chính: BẢNG ĐỊA CHỈ STT Symbol Add Comment I0.0 INPUT 1B2 I0.1 CB xylanh đẩy phôi sau 1B1 I0.2 CB xylanh đẩy phôi trước 2B1 I0.3 CB báo hút phôi 3B1 I0.4 CTHT tay xoay vị trí ụ chứa 3B2 I0.5 CTHT tay xoay vị trí trạm kế B4 I0.6 CB báo hết phôi IP_FI I0.7 CB truyền thông trạm sau (Nhận) -S1 I1.0 Nút START 10 -S2 I1.1 Nút STOP (NC) 11 -S3 I1.2 SW AUTO/MAN 12 -S4 I1.3 Nút RESET 13 I1.4 14 I1.5 15 I1.6 16 I1.7 54 OUTPUT 1M1 Q0.0 Xylanh đẩy phôi 2M1 Q0.1 Hút phôi 2M2 Q0.2 Nhả phôi 3M1 Q0.3 Tay xoay quay qua vị trí ụ chứa 3M2 Q0.4 Tay xoay quay qua vị trí trạm kế Q0.5 Q0.6 Q0.7 -H1 Q1.0 Đèn nút START 10 -H2 Q1.1 Đèn nút RESET 11 -H3 Q1.2 Đèn báo chức số 12 -H4 Q1.3 Đèn báo chức số 13 Q1.4 14 Q1.5 15 Q1.6 16 Q1.7 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG TRẠM CẤP PHÔI a Lập trình điều khiển trạm di chuyển vị trí gốc Vị trí gốc: • Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí sau • Dẫn động quay vị trí “ổ chứa” • Chân không tắt Mô tả quy trình: 55 Nhấn nút Reset hệ thống quay vị trí gốc: • Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí phía sau • Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” • Đóng van mở/tắt hút chân không b Lập trình điều khiển module cấp phôi Mô tả quy trình: • Nhấn nút Start Xylanh đẩy phôi đẩy phôi khỏi ổ chứa phôi • Sau giây, Xylanh rút vị trí phía sau đến cảm biến phía sau nhận biết c Lập trình điều khiển module tay xoay Mô tả quy trình: Tay quay vị trí nào: • Nhấn nút Start tay quay qua vị trí “trạm kế”, tác động công tắc hành trình giới hạn bên phía “trạm kế” • Nhấn nút Reset tay quay qua vị trí “ổ chứa”, tác động công tắc hành trình giới hạn bên phía “ổ chứa” • Nhấn nút Stop tay quay dừng lại lập tức d Lập trình điều khiển module hút chân không Mô tả quy trình: Đặt phôi chổ giác hút chân không: • Nhấn nút Start bật van hút chân không (Hút phôi) • Sau giây, tắt van hút chân không (Thả phôi) e Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (đơn giản) Mô tả quy trình: Nhấn nút Reset hệ thống vị trí gốc Nhấn nút Start, đèn báo Start sáng, chờ phôi Khi cảm biến báo phát phôi, dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí phía trước (Chỉ phôi ngửa) Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” 56 Bật hút chân không (Hút chi tiết phôi) Xylanh đẩy chi tiết phôi rút vị trí phía sau Dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Tắt hút chân không (Thả chi tiết phôi) 10 Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại 57 Giản đồ Grafcet: 58 f Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (toàn qui trình) Mô tả quy trình: Nhấn nút Reset hệ thống vị trí gốc Nhấn nút Start đèn báo Start sáng, chờ phôi Khi cảm biến báo phát phôi, dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí phía trước (Cả phôi úp phôi ngửa) Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Bật hút chân không (Hút chi tiết phôi) Xylanh đẩy chi tiết phôi rút vị trí phía sau Dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Tắt hút chân không (Thả chi tiết phôi) 10 Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” 11 Cảm biến phát chi tiết phôi báo, hệ thống hoạt động tiếp tục từ bước Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại 59 Giản đồ Grafcet: 60 g Lập trình điều khiển trạm cấp phôi đếm sản phẩm (đơn giản) Mô tả quy trình: Nhấn nút Reset hệ thống vị trí gốc Nhấn nút Start đèn báo Start sáng, chờ phôi Khi cảm biến báo phát phôi, dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí phía trước (Cả phôi úp phôi ngửa) Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Bật hút chân không (Hút chi tiết phôi) Xylanh đẩy chi tiết phôi rút vị trí phía sau Dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Tắt hút chân không (Thả chi tiết phôi) 10 Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Di chuyển 15 chi tiết phôi từ vị trí “ổ chứa” sang vị trí “trạm kế” hệ thống dừng hoạt động Nhấn nút Reset hệ thống hoạt động với chu kỳ Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại 61 Giản đồ Grafcet: 62 h Lập trình điều khiển trạm cấp phôi đếm sản phẩm ( phức tạp) Mô tả quy trình: Nhấn nút Reset hệ thống vị trí gốc Nhấn nút Start đèn báo Start sáng, chờ phôi Khi cảm biến báo phát phôi, dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Xylanh đẩy chi tiết phôi vị trí phía trước (Cả phôi úp phôi ngửa) Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Bật hút chân không (Hút chi tiết phôi) Xylanh đẩy chi tiết phôi rút vị trí phía sau Dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” Tắt hút chân không (Thả chi tiết phôi) 10 Dẫn động tay quay vị trí “ổ chứa” Di chuyển 10 chi tiết phôi (ngửa) từ vị trí “ổ chứa” sang vị trí “trạm kế” hệ thống dừng hoạt động Nhấn nút Reset hệ thống hoạt động với chu kỳ Nếu quá trình di chuyển chi tiết phôi mà gặp phôi “úp” thì còi báo sự cố có tín hiệu Nhấn nút Reset để dẫn động tay quay qua vị trí “trạm kế” để lấy phôi Sau đó nhấn nút Start để dẫn động tay quay qua vị trí “ổ chứa” rồi tiếp tục chu trình Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại Giản đồ Grafcet: 63 Câu hỏi ôn tập: Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (đơn giản) Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (toàn qui trình) Lập trình điều khiển trạm cấp phôi đếm sản phẩm (đơn giản) Lập trình điều khiển trạm cấp phôi đếm sản phẩm ( phức tạp) 64 ... số Lý thuyết 05 Thực hành Kiểm tra* Cảm biến MPS 05 02 03 Các cấu chấp hành MPS 05 02 03 Hệ thống điều khiển giám sát MPS 10 5 Các mô dun hệ thống MPS 10 5 Thực tập môdun 55 15 35 90 34 51 Tổng... Timer khai báo lệnh: • SD : Trễ theo sườn lên nhớ • SS : Trễ theo sườn lên có nhớ • SP : Tạo xung nhớ • SE : Tạo xung có nhớ • SF : Trễ theo sườn xuống  Trễ theo sườn lên nhớ - SD ( On Delay... điều khiển MPS, cấu trúc hệ thống điều khiển tự động - Ứng dụng hệ thống điều khiển MPS công nghiệp - Chủ động, sáng tạo an toàn trình học tập Nội dung học: Khái niệm hệ thống sản xuất MPS Là hệ