Giáo trình Lắp ráp hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS) (Nghề: Cơ điện tử): Phần 2 - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Lắp ráp hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS) (Nghề: Cơ điện tử): Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống điều khiển và giám sát MPS; Các mô dun của hệ thống MPS; Thực tập các mô đun. Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MPS

Mã bài: MĐ CĐT 31-04

Giới thiệu:

Hệ thống điều khiển và giám sát rất quan trọng trong Hệ thống MPS, đây là bộ điều khiển PLC được lập trình để điều khiển các cơ cấu chấp hành trên các trạm và được giám sát bằng phần mềm WINCC Bài học này giới thiệu về phần mềm lập trình PLC, WINCC đồng thời đào tạo cho người học kỹ năng lập trình PLC, WINCC

Mục tiêu:

- Trình bày được thiết bị điều khiển logic khả trình PLC và WINCC

- Lập trình được WINCC mô phỏng chương trình PLC

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

Nội dung chính:

1.Giới thiệu PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển này, PLC trở thành một bộ điều khiển số số nhỏ, gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (Scan)

Để thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu….PLC còn phải có các cổng vào/ ra để giao tiếp được các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)… và những khối hàm chuyên dụng

Thiết bị logic khả trình được lắp đặt sẵn thành bộ Trước tiên chúng chưa có một nhiệm vụ nào cả Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, cuonter v.v…được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết hợp với nhau bằng chương trình cho nhiệm

vụ điều khiển cụ thể nào đó Có nhiều thiết bị điều khiển và được phân biệt với nhau qua các chức năng sau:

Các thiết bị điều khiển lớn thì được lắp thành các module riêng Đối với các thiết

bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ Các bộ điều khiển này có số lượng ngõ vào/ ra cho trước cố định

Thiết bị điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ cảm biến ở bộ phận ngõ vào của thiết bị tự động Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình Kết quả xử lý được đưa ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ:

Hình 4.1.Cấu trúc của một PLC Thông tin xử lý trrong PLC được lưu trữ trong bộ nhớ của nó Mỗi phần tử vi mạch nhớ có thể chứa một bit dữ liệu Bit dữ liệu (Data Binary Digital) là một chữ số nhị phân, chỉ có thể là 1 trong hai giá trị 1 hoặc 0 Tuy nhiên các vi mạch nhớ thường

được tổ chức thành các nhóm để có thể chứa 8 bit dữ liệu Mỗi chuỗi 8 bit dữ liệu được gọi là một byte Mỗi mạch nhớ là một byte (byte nhớ), được xác nhận bởi một con số gọi là địa chỉ (address) Byte nhớ đầu tiên có địa chỉ 0 Dữ liệu chứa trong byte nhớ gọi

là nội dung

Địa chỉ của một byte nhớ là cố định và mỗi byte nhớ trong PLC có một địa chỉ riêng của nó Địa chỉ của byte nhớ khác nhau, sẽ khác nhau, nội dung chứa trong một byte nhớ là đại lượng có thể thay đổi được Nội dung byte nhớ cính là dữ liệu được lưu trữ tức thời trong bộ nhớ

Để lưu giữ một dữ liệu mà một byte nhớ không thể chứa hết được thì PLC cho phép cặp 2 byte nhớ cạnh nhau được xem xét như là một đơn vị nhớ và được gọi là một

từ đơn (Word) Địa chỉ thấp hơn trong 2 byte nhớ được dùng làm địa chỉ của từ đơn

Ví dụ: Từ đơn có địa chỉ là 2 thì các byte nhớ có các địa chỉ là 2 và 3 với 2 là địa chỉ byte cao và 3 là địa chỉ của byte thấp

IB2 IB3

IW 2 IW2 là từ đơn có địa chỉ 2

IB2 byte có địa chỉ 2

IB3 byte có địa chỉ 3

Trong trường hợp dữ liệu cần được lưu trữ mà một từ đơn không thể chứa hết được , PLC cho phép ghép 4 byte liền nhau là một đơn vị nhớ và được gọi là từ kép (Double Word) Địa chỉ thấp nhất trong 4 byte nhớ này là địa chỉ của từ kép

Ví dụ: Từ kép có địa chỉ là 100 thì các byte nhớ trong từ kép này có địa chỉ là 100, 101,

102, 103 trong đó 103 là địa chỉ byte thấp, 100 là địa chỉ byte cao

MW100 MW101 MW102 MW103 DW100

Trong PLC bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện một số thao tác như:

+ Đọc nội dung các vùng nhớ (bit, byte, word, double word)

+ Ghi dữ liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word)

Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu của vùng nhớ không thay đổi mà chỉ lấy bản sao của dữ liệu để xử lý

Trong thao tác ghi, dữ liệu được ghi vào trở thành nội dung của vùng nhớ và dữ liệu ban đầu bị mất đi

Có 2 bộ nhớ trong CPU của PLC:

+ RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ có thể đọc và ghi

+ ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ chỉ đọc

2.Giới thiệu WINCC

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy IHMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá Những thành phần dễ sử dụngcủa WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoạc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào

Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng

Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY, , nhưng nó truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS Nó được cài đặt trên máy và tính giao tiếp với PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính Do đó, cần phải

có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC

WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu càu thực tế một cách chính xác Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để

mở rộng hệ thống

Ngoài khả ngăng thíc hứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resourse Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của SIEMENS có mặt trên khắp thế giới

2.1.Cấu hình (hardware)

WinCC là một phần mềm với hệ thống mở chạy trên tất cả các máy tính PC với

bộ xử lý Pentium Hệ điều hành mặc định của WinCC là hệ điều hành Microsoft Windows 9x và WinNT, đều là hệ điều hành mạnh về thiết kế giao diện đồ họa Vì vậy WinCC cũng kế thừa toàn bộ sức mạnh của hệ điều hành

Yêu cầu về phần cứng máy: Máy vi tính tối thiểu: Pentium II 266 MHz, yêu cầu: Pentium II 400 MHz Đĩa cứng tối thiểu: 650 MB

Yêu cầu cài đặt trên Windows NT

WinCC có thể được cài đặt dưới nền của Windows NT 4.0, Service Pack 5 hoặc cao hơn Windows NT 4.0 Và Service Pack 5 có thể cài đặt từ Internet Explorer 5.0 CD-ROM Service Pack này phải được cài đặt trước khi cài đặt Internet Explorer

Sau đó cài đặt Windows NT 4.0 Option Pack và Windows NT Service Pack 5 phải được cài đặt

Yêu cầu cài đặt trên Windows 2000

WinCC có thể hoạt động dưới nền của Windows 2000 Yêu cầu phải có Service-Pack 2 cho Windows 2000

Quá trình cài đặt của WinCC: Chèn đĩa WinCC V5.0 vào CD-ROM của bạn Nhấp chọn Start > Run > Browse

2.2.Cài đặt Mô phỏng Tags (Tags Simulator)

Để quan sát sự thay đổi giá trị của Tags theo thời gian thực thi, WinCC cung cấp cho chúng ta công cụ "Tags Simulator" Đề cài đặt "Tags Simulator" bạn nhấn chuộtvào đề mục "Tool and Drivers" trong cửa sổ cài đặt WinCC hoặc tìm kiếm trực tiếp trong đĩa CD-ROM

Trong cửa sổ tiếp theo, nhấn chuột vào "WinCC-Simulator" Quá trình cài đặt bắt đầu

Trong hộp thoại kế tiếp, nhấn "Next" để tiếp tục

Xem yêu cầu của bản quyền và nhấn "yes" để xác nhận

Chọn thư mục cài đặt cho "Simulator" Nếu không chương trình sẽ tự cài đặt vào thư mục C:\Siemen\WinCC\SmarTools\Simulator"

Nhấn "Next" chương trình bắt đầu cài đặt Bạn phải khởi động máy tính trước khi chạy chương trình

2.3.Gỡ bỏ WinCC (Deinstalltation):

Có thể gỡ bỏ WinCC bằng "Add/Remove Programs" trong "Control Panel" Nhấn "Start" menu, chọn "Control Panel" Trong cửa sổ "Control Panel" nhấn đúp chuột lên biểu tưởng "Add/Remove Programs"

Chọn "Simatic WinCC", sau đó nhấn "Change/Remove"

Nhấn "Yes" để tiếp tục

Trong hộp thoại gỡ bỏ WinCC, có thể chọn gỡ bỏ toàn bộ WinCC hoặc từng thành phần

3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC

3.1.Tạo dự án "Project" mới:

Bước 1: Khởi động

Chọn Start/Programs/SIMATIC/WinCC/ Window Control center

Hình 4.2 Khởi động WINCC Hiển thị ra hộp thoại

Hình 4.3 Tạo dự án Chọn Computer, nhấp chuột phải để chọn

Bước 2: Tạo dự án mới (New Project)

Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, có 3 sự lựa chọn: ▪ Single-User Project

Dự án thực hiện trên máy đơn

Multi-User Project

Multi-Client Project

Hoặc Open an Existing Project sau đó tìm đến tập tin có đuôi “.mcp”

Đặt tên cho dự án trong khung Project Name và chọn đường dẫn cho thư mục chuẩn bị tạo Nhấp chọn Create cửa sổ soạn thảo WinCCExplorer của dự án được mở

Trong hộp thoại Computer properties vẫn giữ thiết lập như mặc định, trong khung Computer Name đặt tên COMPUTER Chọn OK

3.2.Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management

Để thiết lập sự kết nối truyền thông giữa WinCC với các đối tượng cấp dưới cần có một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu Do đó cần chọn một Driver Việc chọn Driver phụ thuộc vào loại PLC sử dụng Với dòng SIMATIC PLC của Siemens, có khoảng vài trăm đến vài nghìn điểm nhập, xuất

-Driver: Là giao diện liên kết giữa WinCC và PLC (Programable Logic Control)

-Trong dự án SCADA, nhấp chuột phải vào thư mục Tag Management, chọn Add New Driver

Bước 3: Kết nối với PLC

Hộp thoại Add New Driver xuất hiện cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC Driver mới xuất hiện bên dưới biệu tượng “TagsManager” Nick chuột phải vào mạng con của Driver mới Chọn New Driver Connection

Hộp thoại “Connection Properties” xuất hiện, trong khung Name đặt tên

“PLC1”,

Để tạo sự kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags trên WinCC Tags được tạo dưới Tags Management

Gồm có Tags nội và Tags ngoại:

-Tags Internal (Tags nội): Là Tag có sẵn trong WinCC Những Tags nội này là những vùng nhớ trong của WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự

-Tags External (Tags ngoại): Là Tag quá trình, nó phản ảnh thông tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau

Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác kết nối với PLC thông qua các Tags

Tạo những nhóm Tags Groups (nhóm Tags) thiết bị: Khi dự án có một có một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều Tags, thì ta có thể nhóm các Tags này thành một nhóm biến sao cho thích hợp theo đúng qui cách

Tags Group là những cấu trúc bên dưới sự kết nối PLC, có thể tạo nhiều Tags Group và nhiều Tags trong mỗi nhóm Tags nếu cần

Bước 4: Tạo Tags

*Tạo Tags Internal

-Tạo Tags nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag

-Nhập tên bất kỳ vào ô điền tên, chọn “Datatype” sau đó kéo xuống nhấp vào kiểu dữ liệu cần chọn

-Xác định địa chỉ trong PLC:

-Nhấn nút “Select” mở hộp thoại “AddressProperties”

*Tạo Tags quá trình

Để tạo Tags quá trình , nhấn nút chuột phải vào kết nối với PLC đã được thiết lập Chọn “New Tag”

Hộp thoại “Tag properties” xuất hiện

Vùng dữ liệu Tag, chọn vùng dữ liệu “BitMemory”

Xem dạng địa chỉ “Word” và MW “0” đã được thiết lập Chọn “OK”

Đánh dấu vào ô “Linear Scaling” để tạo ra vùng giá trị, nhập “Process Value Range” và “Tag Value Range”

Chọn OK để kết thúc

Để mở một Graphics Designer với ảnh mới thiết lập, ta nhấn đúp vào

“NewPdl0.pdl” trong cửa sổ con bên phải trong WinCC Explorer Cách khác nhấn chuột phải vào biểu tượng vứa thiết lập chọn “Open Picture” trong pop-up menu

3.3 Giao diện I/O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

I/O mở rộng chính là các cổng kết nối mở rộng để liên kết các thiết bị đầu cuối với nhau(cụ thể là PLC với nhau)

CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Câu 1: Trình bày thiết bị điều khiển logic khả trình PLC

Câu 2: Trình bày phần mềm mô phỏng WINCC

Câu 3: Lập trình giao diện WINCC kết nối mô phỏng chương trình PLC của trạm cấp phôi

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

Nội dung:

+ Về kiến thức:

Trình bày được thiết bị điều khiển logic khả trình PLC và WINCC

+ Về kỹ năng:

Lập trình được WINCC mô phỏng chương trình PLC

+ Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập

Phương pháp:

+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết

+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung:

- Độ chính xác của công việc

- Thời gian thực hiện công việc

- Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác

BÀI 5: CÁC MÔ ĐUN CỦA HỆ THỐNG MPS

Mã bài: MĐ CĐT 31-05 Giới thiệu:

Hệ thống MPS bao gồm nhiều trạm mô đun được ghép nối với nhau một cách linh hoạt Bài học này giới thiệu chi tiết chức năng, các thành phần trên từng mô đun trạm

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu trúc từng mô đun của hệ thống điều khiển của MPS;

- Vận hành hệ thống giám sát WINCC từng mô đun và cả hệ thống;

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

1.2.Trạm phân phối bao gồm các module

-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)

1.3.Vai trò một số module chính của trạm phân phối

-Module ngăn chứa phôi:

Hình 5.2 Ống 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)

2 Mô đun kiểm tra

Hình 5.3 Trạm kiểm tra

2.1.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

2.2.Trạm kiểm tra bao gồm các module

-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)

2.3.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:

Hình 5.4 Cơ cấu 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

-Module đo lường:

Hình 5.5 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:

Hình 5.6 Cơ cấu băng trượt 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:

Hình 5.7 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

3 Mô đun gia công

Hình 5.8 Mô đun gia công

3.1.Chức năng

-Kiểm tra đặc tính của phôi (có hay không có lỗ)

-Gia công doa (drill) phôi

-Chuyển phôi đến trạm tiếp theo

3.2.Trạm gia công bao gồm các module

-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)

3.3.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:

Hình 5.9 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:

Hình 5.10 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)

Hình 5.11 Cơ cấu doa

4 Mô đun vận hành

4.1 Trạm bắt tay (HANDLING STATION)

Hình 5.12 Trạm bắt tay

4.1.1.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 (subsequent station)

4.1.2.Trạm Handling bao gồm các module

-Module nhặt và phân loại phôi

(PickAlfa module)

-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)

4.1.3.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)

Hình 5.13 Module PickAlfa -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

-Trạm trung gian vận chuyển phôi

-Tách rời (separate out) các phôi

4.2.2.Trạm Handling bao gồm các module

-Module băng tải (buffer conveyor module)

-Module bảng điều khiển và board mạch PLC (control console and PLC board module) -Bàn lắp thiết bị (profile plate)

4.2.3.Vai trò một số module chính của trạm Buffer

Trạm Buffer có thể chứa 5 phôi trước thiết bị giới hạn Một cảm biến quang phản

xạ ở đầu băng tải (Part_AV) để phát hiện phôi đi vào băng tải Cảm biến quang thu phát độc lập trước và sau thiết bị giới hạn để điều khiển khoảng cách các phôi được xa hơn Một phôi được đi qua nếu sau thiết bị giới hạn không có phôi nào Thiết bị giới hạn được tác động bởi xy lanh hành trình ngắn

Module băng tải vận chuyển:

Được sử dụng để vận chuyển phôi Các phôi đi ra có thể bị cản lại hoặc tách rời bằng xy lanh hành trình ngắn Băng tải được điều khiển bởi động cơ bánh răng một chiều

Hình 5.16 Module băng tải vận chuyển

5 Mô đun robot

Hình 5.17 Module Rô bốt

5.1 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

5.2.Trạm Robot bao gồm các module

-Robot RV-2AJ và bộ điều khiển robot (robot RV-2AJ, robot controller)

-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)

Hình 5.18 Module chứa phôi

5.3.Vai trò một số module chính của trạm Robot

-Module trượt: được dùng để cung cấp phôi cho module lưu trữ

-Module lưu trữ: Phôi sẽ được phát hiện ở module lưu trữ bằng một cảm biến quang

Phôi được di chuyển bằng một máng trượt đến bộ phận lưu trữ Robot lấy phôi

từ bộ phận lưu trữ với sự trợ giúp của hàm kẹp 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

-Bộ điều khiển Robot:

Hình 5.19 Bộ điều khiển Robot

6.2.Trạm Robot bao gồm các module

-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)

Hình 5.21 Module ổ chứa lò xo

6.3.Vai trò một số module chính của trạm Robot

-Module ổ chứa lò xo: Xy lanh tác động kép đẩy lò xo ra khỏi ổ trên một khe trượt Một

công tắc hành trình phát hiện lò xo đã được đẩy ra để chuẩn bị cho quá trình lắp ráp

-Module ổ chứa nắp: Xy lanh tác động kép đẩy nắp ra khỏi ổ trên một khe trượt Cảm

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

Hình 5.22 Module ổ chứa nắp -Module palett: Chứa các piston

Hình 5.23 Module palett

-Module trượt: Dùng để vận chuyển hoặc cất giữ Workpiece

7.2.Cấu tạo, hoạt động trạm dập

Hình 5.25 Cơ cấu dập

Vị trí cuối của xy lanh thủy lực được nhận biết bằng cảm biến tiệm cận cảm ứng

từ Quá trình trở về của xy lanh thủy lực được tác động bởi công tắc áp suất

8 Mô đun phân loại

Hình 5.26 Trạm phân loại

8.1 Chức năng

Trạm phân loại sản phẩm qua 3 băng trượt nghiêng

Một cảm biến phản xạ ánh sáng được gắn ở đầu băng tải có nhiệm vụ phát hiện sản phẩm đến vị trí đầu băng tải Các đặc tính của các phôi ( đen, màu, kim loại) được phát hiện bằng các cảm biến ở phía trước piston cản Và các phôi được phân loại vào các băng trượt thích hợp bằng các cổng phân loại, các cổng này kích hoạt bằng các xy lanh hành trình sử dụng cơ cấu quay

8.2.Trạm phân loại bao gồm những module

-Module băng tải (sorting conveyor module)

-Module gạt phôi (trolley)

-Module băng trượt (slide module)

-Bảng điều khiển (control console)

-Board mạch PLC (PLC board)

-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

8.3.Vai trò một số module chính của trạm phân loại

-Module băng tải phân loại:

Module băng tải được sử dụng để vận chuyển và đưa phôi ra Hai cần gạt phân loại có thể được đóng mở bằng cách được gắn trực tiếp với hành trình của xy lanh Vì thế phôi có thể được phân loại theo những đặc tính của chúng Sự truyền động của băng tải phân loại được hoạt động bởi động cơ bánh răng DC

Hình 5.27 Module Băng tải Cảm biến thu phát phát hiện có phôi nào ở đầu băng tải

Hình 5.28 Cảm biến phát hiện phôi

Khi có phôi vào băng tải thì sẽ bị chặn lại bằng piston cản hoạt động bằng khí nén Cảm biến phản xạ ánh sáng phát hiện màu sắc của phôi (đỏ hoặc đen) Phôi bằng kim loại được phát hiện thông qua cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

Tùy thuộc vào phôi đã được xác định mà các cần gạt phân loại phù hợp được tác động Khi có một phôi được đi qua thiết bị dừng thì nó được chuyển đến các băng trượt thích hợp

-Module trượt:

Hình 5.29 Module trượt Module trượt được sử dụng để vận chuyển hoặc dự trữ phôi Module trượt có 3 nhánh được sử dụng trong trạm phân loại Những phôi đến từ module băng tải được phân loại trong module trượt Một cảm biến gương phản xạ ánh sáng phát hiện một phôi đã vào module trượt và kết thúc chu trình

Hình 5.30 Khay chứa sản phẩm

CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Câu 1: Trình bày chức năng của các mô đun trên hệ thống MPS

Câu 2: Trình bày vai trò của các mô đun chính trên các Trạm

Câu 3: Vận hành hệ thống giám sát WINCC trên trạm phân loại

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

Nội dung:

+ Về kiến thức:

Trình bày được cấu trúc từng mô đun của hệ thống điều khiển của MPS;

+ Về kỹ năng:

Vận hành hệ thống giám sát WINCC từng mô đun và cả hệ thống;

+ Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập

Phương pháp:

+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết

+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung:

- Độ chính xác của công việc

- Thời gian thực hiện công việc

- Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác

BÀI 6: THỰC TẬP CÁC MÔ ĐUN

Mã bài: MĐ CĐT 31-06 Giới thiệu:

Lập trình và vận hành, giám sát hệ thống MPS rất quan trọng trong công nghiệp Bài học này tạo cho học sinh, sinh viên kỹ năng vận hành các trạm theo quy trình hoạt động, kỹ năng lập trình PLC và WINCC để giám sát hoạt động của từng trạm trên toàn

hệ thống

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu trúc từng mô đun của hệ thống điều khiển của MPS;

- Vận hành hệ thống giám sát WINCC từng mô đun và cả hệ thống;

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

Nội dung chính:

1 Vận hành các trạm phân phối, kiểm tra, quá trình của hệ thống MPS

1.1 Vận hành trạm phân phối

1.1.1.Hoạt 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

+Tay quay ở trạm 1

Thể hiện dưới dạng ký hiệu:

Piston đẩy phôi (A):

A+: Piston rút vào (phôi bị đẩy ra)

Tay quay (B): A-: Piston đi ra

B+: Tay quay quay sang trạm 2

Giắc hút (C): B-: Tay quay quay về trạm 1

1B1 I0.2 0

Cảm biến tiệm cận nam châm, báo hiện tại piston đang ở bên trong (phôi đã được đẩy ra)

2B1 I0.3 0

Cảm biến áp suất chân không Cho biết đủ áp suất chân không để hút phôi

3S1 I0.4 0

Công tắc hnh trình điện cơ

Cho biết tay quay đang ở trạm 1

3S2 I0.5 0

Công tắc hnh 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 nhận biết trạm 2 đang bận

H2 Q1.1 0 Đèn báo trạng thái Reset

H3 Q1.2 0 Đèn báo có phôi trong ngăn

chứa

1.2.Vận hành trạm kiểm tra

1.2.1.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

+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

Mức logic ở trạng thái bình thường

B4 I0.2 1

Cảm biến gương phản

xạ nằm phía trên phôi xác định không có tay quay ở trạm 2

B5 I0.3 0

Cảm biến tương tự xác định chiều cao của phôi,

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 cung cấp khí thổi vật

IP_N

FO Q0.7 0

Cảm biến quang phát tín hiệu hồng ngoại báo trạm 2 đang bận

H1 Q1.0 1 Đèn báo trạng thái Start

H2 Q1.1 0 Đèn báo trạng thái

Reset

H3 Q1.3 0

Đèn báo tính chất của phơi, đèn tắt khi phơi đen, đèn sáng khi phơi

đỏ hoặc kim lọai

1.3 Vận hành trạm gia công

1.3.1.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