BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH VÀ CN CẤP TRƯỜNG: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI, SẮP XẾP VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANVới mong muốn tự phát triển được một hệ thống các thiết bị giảng dạy thực hành chosinh viên ngành Tự động hóa và Cơ điện tử với các bài giảng thực hành thực tế sinh độ

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của đề tài

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật là cơ sở đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật công nghệ với định hướng chú trọng vào ứng dụng thực hành, nhằm phát triển các kỹ năng cần thiết cho sinh viên Trường đã xây dựng chương trình đào tạo chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động và thúc đẩy sự sáng tạo trong lĩnh vực kỹ thuật Nhiều năm qua, trường đã duy trì vị thế hàng đầu trong đào tạo kỹ thuật ứng dụng, góp phần nâng cao năng lực nghề nghiệp cho sinh viên và đáp ứng các yêu cầu của xã hội hiện đại.

Sư phạm Kỹ thuật, tiền thân là Trường Cao đẳng Công nghệ, đã đào tạo hàng ngàn sinh viên có chất lượng cao góp phần phát triển kinh tế xã hội khu vực miền Trung – Tây Nguyên và cả nước Ngành Tự động hóa hiện là một trong những ngành có số lượng sinh viên lớn nhất của trường, song cơ sở vật chất dành cho giảng dạy thực hành còn rất hạn chế, gây khó khăn trong quá trình đào tạo thực tế Trong khi đội ngũ giảng viên và cơ sở vật chất ngày càng được nâng cao về số lượng và chất lượng, vấn đề đầu tư trang thiết bị mới phục vụ đào tạo vẫn là mối trăn trở của ban lãnh đạo nhà trường nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu lao động thực tế.

Trong quá trình nghiên cứu các mô hình thiết bị thực hành phù hợp cho mục đích giảng dạy tại các trường đại học và cao đẳng, chúng tôi đã khảo sát và đánh giá các chủng loại thiết bị đã được chế tạo sẵn để phục vụ giảng dạy kỹ năng thực hành Đồng thời, việc tham khảo các mô hình từ các công ty cung cấp thiết bị đào tạo trong và ngoài nước giúp nâng cao chất lượng và đa dạng hóa các giải pháp thực hành đào tạo, đảm bảo phù hợp với yêu cầu giáo dục hiện đại.

Chúng tôi đã nghiên cứu tình hình thực tế về các thiết bị đào tạo thực hành tại các trường cao đẳng, đại học hiện nay để đưa ra phương án thiết kế mô hình tối ưu Mô hình này không chỉ đảm bảo hiệu quả kinh tế cao mà còn tối ưu hóa khả năng sử dụng thiết bị, giúp nâng cao chất lượng đào tạo thực hành trong các cơ sở giáo dục.

Mô hình thiết bị thực hành do chúng tôi phát triển giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị giảng dạy thực hành tại các trường học Sản phẩm có tính tích hợp cao, tương tự như một hệ thống sản xuất tự động thu nhỏ, mở ra triển vọng phát triển thiết bị đào tạo thực hành tại các cơ sở đào tạo nghề nghiệp trên toàn quốc.

Mục tiêu của đề tài

Dự án tập trung vào thiết kế mô hình phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, nhằm tối ưu hóa quá trình kiểm tra và sắp xếp sản phẩm trong lĩnh vực tự động hóa Đây là giải pháp hiệu quả hỗ trợ giảng dạy thực hành chuyên ngành Tự động hóa, giúp sinh viên nắm vững kỹ năng phân loại và xử lý sản phẩm tự động Mô hình này không chỉ nâng cao năng suất và chính xác trong việc sắp xếp sản phẩm mà còn cung cấp kiến thức thực tế cho học viên trong quá trình học tập.

Mô hình hoàn thành sẽ đóng góp làm giảm chi phí đầu tư thiết giảng dạy thực hành tại các đơn vị đào tạo kỹ thuật.

Mô hình giảng dạy thực hành tích hợp cao như một máy sản xuất tự động thu nhỏ mang lại triển vọng lớn cho việc phát triển thiết bị đào tạo tại các cơ sở đào tạo nghề nghiệp trong cả nước Việc tạo ra các mô hình này giúp nâng cao hiệu quả đào tạo thực hành, giúp học viên làm quen với quy trình sản xuất tự động một cách thực tế và thực tiễn Đưa vào sử dụng các thiết bị đào tạo mô phỏng hiện đại này góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, đáp ứng tốt yêu cầu của ngành công nghiệp ngày càng phát triển.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Bộ điều khiển logic khả trình S7-200

- Phần mềm Wincc thiết kế giao diện cho màn hình HMI

- Một số loại cảm biến trong ngành công nghiệp hiện nay

- Các van điện từ, xilanh, và các kết cấu cơ khí

- Các bài tập thực hành thuộc chuyên ngành Tự động hóa

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo mô hình phục vụ trong đào tạo thực hành.

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu CPU loại S7-200 về mặt phần cứng, phần mềm, cấu hình và tính năng

- Nghiên cứu về phần mềm Wincc thiết kế giao diện cho màn hình HMI

- Nghiên cứu các cảm biến thu thập các thông tin đưa tín hiệu về cho PLC xử lý

- Nghiên cứu các kết cấu van điều khiển, xilanh hành trình của cơ cấu chấp hành

Nghiên cứu khảo sát hệ thống cơ điện của các máy móc và dây chuyền sản xuất trong thực tế nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống Tiếp đó, dự án hướng tới thiết kế tổng thể mô hình phân loại, kiểm tra và sắp xếp sản phẩm một cách hiệu quả và chính xác hơn Việc này giúp nâng cao năng suất sản xuất, giảm thiểu lỗi và tối ưu hóa quy trình vận hành của dây chuyền Các giải pháp đề xuất dựa trên dữ liệu thực tế sẽ hỗ trợ các nhà quản lý đưa ra quyết định tối ưu về thiết kế và vận hành hệ thống cơ điện.

KHẢO SÁT BỘ LẬP TRÌNH VÀ CÁC MÁY SẢN XUẤT TRONG CÔNG NGHIỆP

Bộ lập trình PLC S7-200 của SIEMENS

2.1.1 Giới thiệu chung về bộ lập trình PLC S7-200 của SIEMENS

PLC, viết tắt của Programable Logic Controller, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển linh hoạt thông qua một ngôn ngữ lập trình Nhờ chương trình điều khiển trong PLC, nó trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có khả năng dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài như PLC khác hoặc máy tính, nâng cao hiệu quả và linh hoạt trong tự động hóa công nghiệp.

S7-200 của Siemens (CHLB Đức) là thiết bị điều khiển logic khả trình, nổi bật với thiết kế dạng module linh hoạt và có khả năng mở rộng đa dạng Các module này được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, giúp tối ưu hóa hoạt động điều khiển tự động trong nhiều ứng dụng công nghiệp Sử dụng PLC S7-200, doanh nghiệp có thể tăng tính linh hoạt và hiệu quả trong hệ thống tự động hóa của mình.

Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge).

Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X (loại cũ) và 22X (loại mới), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có

Bảng 2-1: Thông số và đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200 họ 22X

2.1.2 Giới thiệu về module mở rộng

- Module đầu vào số: EM221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120-230VAC.

- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/120-230 VAC

- Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.

- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V, 4- 20mA…

- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông.

2.1.3.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài

Hình 2-1: Hình dáng bên ngoài của PLC S7-200

- Các đầu vào/ra số: Đầu vào (Ix.x): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC. Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU). Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU)

- Đèn trạng thái: Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình. Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và không thực hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”. Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF) Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần… Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng.

- Công tắc chuyển chế độ:

RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN (quan sát đèn trạng thái).

STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF.

TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng.

Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình.

Hình 2-2: Cấu trúc bên ngoài của PLC S7-200

- Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau: Module nguồn; Module đầu vào; Module đầu ra; Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU); Module bộ nhớ; Module quản lý phối ghép vào ra

Hình 2-3: Mô hình tổng quát của một PLC S7-200

- Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.

CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”: Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài. Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn.

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC.

Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau.Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).

Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý.

Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang.

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC.

- Khối quản lý ghép nối:

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có số chỉ đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được.

Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh, chương trình.

Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được.

Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm cũng giống như vùng chương trình, vùng này thuộc kiểu (non-valatile) đọc/ghi được.

Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông

Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểu non-valatile nhưng đọc/ghi được.

Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.

Do vậy sẽ được trình bày chi tiết ở mục tiếp theo.

Hình 2-4: Cấu trúc bộ nhớ S7-200.

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT. OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét.

SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính.

Khảo sát các máy sản xuất trong công nghiệp

2.2.1 Máy cắt mấu trong sản xuất motor loại nhỏ

- Kết cấu thân máy: Kết cấu thân máy được gắn kết từ nhiều chi tiết lại với nhau bằng ốc lục giác, vật liệu chế tạo các chi tiết đó là: Nhôm (A6061), nhôm định hình, Sắt (S45C) và Inox 304 Chi tiết của máy được gia công trên các máy gia công chuyên dụng, do vậy các chi tiết máy sau khi lắp ráp hoàn thiện thì ngoài có độ chính xác, độ bền còn có độ thẩm mỹ rất cao.

- Nguyên lý hoạt động của máy: Mục đích sử dụng của máy là để gắn kết thân motor với nắp của motor bằng cách cách là máy sẽ dập bốn cái mấu để giữ chặt nắp motor với thân Hệ thống được hoạt động tự động khi nhân viên thao tác cấp sản phẩm vào thì máy sẽ lần lượt đưa từng sản phẩm vào khuôn dập rồi sau đó gắp bỏ sản phẩm qua công đoạn kiểm tra để phân loại ra sản phẩm đạt yêu cầu và không đạt yêu cầu Cuối cùng các sản phẩm được chuuển qua băng tải để di đến các công đoạn khác.

- Kết cấu thân máy: Kết cấu thân máy được gắn kết từ nhiều chi tiết lại với nhau bằng ốc lục giác, vật liệu chế tạo các chi tiết đó là: Nhôm (A6061), nhôm định hình, Sắt (S45C, SKS) và Inox 304 Chi tiết của máy được gia công trên các máy gia công chuyên dụng, do vậy các chi tiết máy sau khi lắp ráp hoàn thiện thì ngoài có độ chính xác, độ bền còn có độ thẩm mỹ rất cao.

- Nguyên lý hoạt động của máy: Máy gắn hai wasa (đệm lót) lên hai đầu của trục của motor nhằm mục đích để chặn lót cho hai bạc của motor Hệ thống hoạt động một cách tự động hoàn toàn khi nhân viên thao tác đưa khay đựng sản phẩm vào máy sẽ di chuyển khay sản phẩm đến bộ phận gắp sản phẩm Sản phẩn sẽ được gắp bỏ vào mâm xoay, mâm xoay lần lượt sẽ xoay sản phẩm qua các khâu để gắn hai wasa vào hai đầu của trục motor Sản phẩm sau khi gắn xong sẽ xoay qua khâu kiểm tra (kiểm tra khoảng cách từ đầu trục đến wasa là 10mm) nếu sản phẩm đạt yêu cầu thì khâu gắp sản phẩm ra đưa qua băng tải để chuyển đến công đoạn khác, còn sản phẩm không đạt sẽ gắp bỏ vào khay phế phẩm.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC

Giới thiệu về Wincc

Wincc (Windows Control Center)[1] 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 dụng của Wincc giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc 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 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 cầu 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 năng thích ứng 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.

Một số đặc điểm chính của Wincc

- Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: Wincc sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất Nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoff, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu.

- Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA: Ngay từ hệ thống Wincc cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập.

- Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp: Wincc là một mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server).

 Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ

 Một loạt các mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để người dùng lựa chọn khi cần.

- Cở sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn: Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong Wincc Tất cả các dữ liệu về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của Wincc bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity) Sự truy cập này cho phép Wincc chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Windows.

- Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC): Các giao diện chuẩn như

DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của Wincc Các tính năng như ActiveX control và OPC server và lient cũng được tích hợp sẵn.

- Ngôn ngữ vạn năng Wincc được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C

Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của Wincc và dữ liệu: Tất cả các mô đun của của Wincc đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API) Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của Wincc và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của người sử dụng.

- Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến bằng các Wizards: Người thực hiệnviệc cài đặt cấu hình hệ thống có một thư viện đầy đủ cùng với các hộp thoại và Wizards Tại giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống, các thay đổi có thể thực hiện trực tuyến (on line) Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ: Phần mềm Wincc được thiết kế trên cở sở nhiều ngôn ngữ Nghĩa là, người dùng có thể chọn tiếng Anh, Đức, Pháp hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng Các ngôn ngữ này cùng có thể thay đổi trực tuyến.

- Giao tiếp với hầu hết các loại PLC: Wincc có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như Profibus DP, DDE hay OPC Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung.

- Wincc như một phần tử của hệ thống Tự động hóa tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation-TIA): Wincc đóng vai trò như của sổ của hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ.

- Là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens: PCS 7 là hệ thống điều khiển quá trình, một trong những giải pháp của Tự động hóa được tích hợp toàn diện.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

Thiết kế phần cơ khí

4.1.1 Các cơ cấu của mô hình

1 Hệ thống cơ cấu cấp sản phẩm đưa vào phân loại

2 Hệ thống đầy sản phẩm đi phân loại, kiểm tra và sắp xếp

3 Hệ thống cơ ấu gắp sản phẩm

4 Hệ thống cơ cấu lật sản phẩm

5 Các thanh ray dẫn sản phẩm đi phân loại, sắp xếp, sau sắp xếp, đi kiểm tra và sau kiểm tra

Ngoài ra còn thiết kế khung mô hình, chân đế hộp điện, bảng điều khiển tất cả các bản vẽ được thiết kế trên phần mềm Autocad 2011[3]

4.1.2 Bảng khối lượng vật tư gia công

Dưới đây là bảng tổng hợp khối lượng bản vẽ cần phải gia công để lắp ráp mô hình

Bảng 4-3: Bảng khối lượng vật tư hàng gia công chế tạo

Thiết kế phần điện

- Tại khâu vận chuyển sản phẩm vào để phân loại: Đặt 3 cảm biến gồm 2 cảm biến quang FS2-60 và 1 cảm biến màu CZ-V1

- Khâu chuyển sản phẩm phân loại A đưa đi kiểm tra: Đặt 3 cảm biến gồm 1 cảm biến quang FS2-60 và 2 cảm biến quang FS-N11N

- Khâu chuyển sản phẩm phân loại B đưa đi sắp xếp: Đặt 3 cảm biến gồm 2 cảm biến quang FS2-60, FS-N11N và 1 cảm biến từ ES-X38

4.2.1.2 Tính chọn cho tủ điện điều khiển

- Bảng điện điều khiển: Gồm 1 Aptomat 10A, 1 cầu chì bảo vệ 3A, 7 nút nhấn màu xanh, 2 nút nhấn màu đỏ, 2 đèn báo, 1 còi báo, 1 nút reset

- Nguồn cấp AC-DC: Dùng 1 bộ nguồn AC-DC (220VAC-24VDC, 2.5A)

- Bộ lập trình: Dùng 1 CPU 224 AC/DC/RLY, 2 module mở rộng EM223

4.2.1.3 Chọn thiết bị khí nén

Tại các vị trí các cơ cấu đẩy sản phẩm dùng loại xilanh DAB20x40-2, cơ cấu di chuyển sản phẩm qua khâu kiểm tra dùng xilanh trượt MXS12-100B, cơ cấu di chuyển sản phẩm qua khâu sắp xếp dùng xilanh trượt GYSR10X150A, tại cơ cấu gắp sản phẩm gồm 2 xilanh: xilanh trượt MXS8-50A-X12 và xilanh kẹp MHZL2-100, tại cơ cấu lật sản phẩm dùng hai xilanh gồm: xilanh trượt MXS8-50A-X12 và xilanh xoay 180 0 CDRQ2BS1G- 180-A93L Ngoài ra còn có bộ van điện từ 110M13F và bình lọc khí FRI50-02-BG.

4.2.2 Bảng khối lượng vật tư lắp đặt

Dưới đây là bảng tổng hợp khối lượng vật tư hàng mua vào để lắp ráp mô hình

Bảng 4-4: Bảng khối lượng vật tư lắp đặt

Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc

Hình 4-9: Giao diện giám sát của mô hình trên Wincc

Giao diện điều khiển giám sát được thực hiện trên Graphic Designer trong Wincc v7.3. Thực hiện việc kết nối các biến vào ra của PLC S7-200 với các biến internal và external của Wincc, từ đó chúng ta có thể mô phỏng được một cách chính xác các hoạt động của hệ thống và điều khiển thông qua màn hình máy tính.

Hình 4-10: Sản phẩm hoàn thiện

BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA MÔ HÌNH

Bài tập thực hành số 1

Lập trình điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

5.1.2 Mục tiêu của bài tập

Giúp cho sinh viên tiếp cận với các thiết bị thực tế, lập trình điều khiển các cơ cấu chấp hành, xử lý các tín hiệu của cảm biến đưa về bộ lập trình

Làm quen với thao tác đấu nối các thiết bị theo sơ đồ nối dây

Cài đặt các thông số với sensor màu, lập trình điều khiển bài thực hành Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tế với bài tập mẫu

5.1.3 Bảng phân công đầu vào, đầu ra

Bảng 5-5: Bảng phân công đầu vào, đầu ra bài thực hành số 1

Hình 5-11: Sơ đồ nối dây bài thực hành số 1

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đi qua sensor 3(cảm biến màu sắc) Nếu vật phẩm có màu trắng thì khi đến gặp sensor 4 thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên trái còn nếu vật phẩm có màu nâu thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên phải Ở thanh ray bên trái khi sensor 1 phát hiện có vật phẩm thì sẽ điều khiển Xilanh 2 đẩy vật phẩm đi tới, tương tự khi sensor 5 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 3 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Tại sensor 08 nếu phát hiện vật phẩm có kích thước quá cao thì sẽ dừng chương trình và phát còi báo lỗi.

Lập trình điều khiển sắp xếp sản phẩm theo chiều cố định

5.2.2 Mục tiêu của bài thực hành

Tạo cho sinh viên có tư duy trong lập trình, giúp sinh viên nhanh tiếp thu kiến thức và có kỹ năng về thực tế Định hướng cho sinh viên tự nghiên cứu sâu hơn trong vấn đề điều khiển, nắm bắt các cơ cấu chấp hành phụ trợ đã có trên thị trường Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tế với bài tập mẫu

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đi qua sensor 3(cảm biến màu sắc) Nếu vật phẩm có màu nâu thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên phải Ở thanh ray bên phải khi sensor 5 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 3 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Khi vật phẩm đi qua sensor 9 nếu sensor tác động đồng nghĩa với vật phẩm bị ngược, khi vật phẩm vào cơ cấu lật thì cơ cấu sẽ lật trở đầu vật phẩm lại Tại sensor 08 nếu phát hiện vật phẩm có kích thước quá cao thì sẽ dừng chương trình và phát còi báo lỗi.

Lập trình điều khiển kiểm tra kích thước sản phẩm theo chiều cao

Giúp sinh viên tiếp cận với các sensor quang về nguyên lý hoạt động và cách cài đặt các thông số

Viết chương trình điều khiển với hệ thống các tín hiệu từ sensor để kiểm tra chiều cao của sản phẩm. Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tếvới bài tập mẫu

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đến gặp sensor 4 thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên trái (thanh ray dẫn sản phẩm đi kiểm tra) Ở thanh ray bên trái khi sensor 1 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 2 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Khi vật phẩm đi qua sensor 6 nếu sensor tác động thì Xilanh 8 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiêm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 1), nếu sensor 6 không tác động thì vật phẩm sẽ được đẩy đi thẳng tới và gặp sensor 7 nếu sensor tác động thì Xilanh 9 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiểm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 2) Còn lại nếu cả hai sensor 6 và sensor 7 không tác động thì vật phẩm đó được đẩy đi thẳng vào khay đựng sản phẩm bậc 3

Lập trình điều khiển phân loại và sắp xếp sản phẩm theo chiều cố định

Giúp cho sinh viên tiếp cận cách giải quyết các bài lập trình kết hợp nhiều chức năng với nhau Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tếvới bài tập mẫu

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đi qua sensor 3(cảm biến màu sắc) Nếu vật phẩm có màu trắng thì khi đến gặp sensor 4 thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên trái còn nếu vật phẩm có màu nâu thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên phải Ở thanh ray bên trái khi sensor 1 phát hiện có vật phẩm thì sẽ điều khiển Xilanh 2 đẩy vật phẩm đi tới, tương tự khi sensor 5 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 3 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Ở thanh ray bên phải khi vật phẩm đi qua sensor 9 nếu sensor tác động đồng nghĩa với vật phẩm bị ngược,khi vật phẩm vào cơ cấu lật thì cơ cấu sẽ lật trở đầu vật phẩm lại Tại sensor 08 nếu phát hiện vật phẩm có kích thước quá cao thì sẽ dừng chương trình và phát còi báo lỗi.

Lập trình phân loại kết hợp kiểm tra kích thước sản phẩm theo chiều cao

Giúp sinh viên tiếp cận với các bài lập trình điều khiển với sự kết hợp chủa nhiều chức năng trên mộtmáy sản xuất Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tếvới bài tập mẫu

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đi qua sensor 3(cảm biến màu sắc) Nếu vật phẩm có màu trắng thì khi đến gặp sensor 4 thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên trái còn nếu vật phẩm có màu nâu thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên phải Ở thanh ray bên trái khi sensor 1 phát hiện có vật phẩm thì sẽ điều khiển Xilanh 2 đẩy vật phẩm đi tới, tương tự ở thảnhay bên phải khi sensor 5 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 3 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Ở thanh ray bên trái khi vật phẩm đi qua sensor 6 nếu sensor tác động thì Xilanh 8 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiểm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 1),nếu sensor 6 không tác động thì vật phẩm sẽ được đẩy đi thẳng tới và gặp sensor 7 nếu sensor tác động thì Xilanh 9 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiểm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 2) Còn lại nếu cả hai sensor 6 và sensor 7 không tác động thì vật phẩm đó được đẩy đi thẳng vào khay đựng sản phẩm bậc 3 Tại sensor 08 nếu phát hiện vật phẩm có kích thước quá cao thì sẽ dừng chương trình và phát còi báo lỗi.

Lập trình điều khiển phân loại, sắp xếp và kiểm tra sản phẩm theo chiều cao

Hệ thống tổng hợp các kiến thức về lập trình điều khiển, tập làm quen lập trình điều khiển cho một máy sản xuất với nhiều chức năng khác nhau Đấu nối với sơ đồ nối dây và kiểm thử kết quả trên mô hình thực tế với bài tập mẫu

5.6.3 Bảng phân côngđầu vào, đầu ra

5.6.5 Nguyên lý hoạt động của mô hình

Khi sensor 2 phát hiện có vật phẩm thì Xilanh 1 sẽ tác động đẩy vật phẩn đi tới, khi vật phẩm đi qua sensor 3(cảm biến màu sắc) Nếu vật phẩm có màu trắng thì khi đến gặp sensor 4 thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên trái còn nếu vật phẩm có màu nâu thì cơ cấu gắp vật phẩm sẽ gắp bỏ qua thanh ray bên phải Ở thanh ray bên trái khi sensor 1 phát hiện có vật phẩm thì sẽ điều khiển Xilanh 2 đẩy vật phẩm đi tới, tương tự ở thanh ray bên phải khi sensor 5 phát hiện có vật phẩn thì Xilanh 3 sẽ đẩy vật phẩm đi tới Ở thanh ray bên trái khi vật phẩm đi qua sensor 6 nếu sensor tác động thì Xilanh 8 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiểm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 1),nếu sensor 6 không tác động thì vật phẩm sẽ được đẩy đi thẳng tới và gặp sensor 7 nếu sensor tác động thì Xilanh 9 sẽ đẩy vật phẩm vào thanh ray đối diện (kiểm tra được sản phẩm có kích thước cao bậc 2) Còn lại nếu cả hai sensor 6 và sensor 7 không tác động thì vật phẩm đó được đẩy đi thẳng vào khay đựng sản phẩm bậc 3 Ở thanh ray bên phải khi vật phẩm đi qua sensor 9 nếu sensor tác động đồng nghĩa với vật phẩm bị ngược, khi vật phẩm vào cơ cấu lật thì cơ cấu sẽ lật trở đầu vật phẩm lại Tại sensor 08 nếu phát hiện vật phẩm có kích thước quá cao thì sẽ dừng chương trình và phát còi báo lỗi.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với việc chế tạo thành công mô hình này giúp chúng ta tự chủ được về công nghệ, đóng góp cung cấp thiết bị dạy thực hành giá rẻ cho các trường Trung cấp, Cao đẳng, Đại học trong cả nước nhưng về chất lượng và thẩm mỹ của thiết bị không thua kém gì so với các nhà sản xuất chuyên nghiệp.

- Về kết cấu: Mô hình hoàn thiện giống như một máy sản xuất công nghiệp hiện nay, với việc chọn vật liệu nhôm hợp kim A6061 chế tạo cho mô hình đã làm cho mô hình có độ bền chắc về kết cấu cơ khí, tính thẩm mỹ cao.

- Về thiết bị cảm biến và các cơ cấu chất hành: Là các thiết bị hiện đại đang được ứng dụng trong công nghiệp hiện nay, với tính năng nhỏ gọn, nhiều chức năng, độ chính xác và độ bền cao.

- Về ngôn ngữ lập trình: Sử dụng ngôn ngữ Ladder Logic (LAD) của phần mềm S7-200 để xây dựng chương trình điều khiển, ngôn ngữ Ladder Logic (LAD) rất thuận tiện cho các chương trình điều khiển hệ thống tuần tự, thể hiện ở sự trực quan, tính linh hoạt, dễ gỡ rối.

- Ưu điểm của mô hình: Mô hình có một dãy jắt cắm mở rộng đã tích hợp sẵn, do vậy ngoài việc thực hành với một số bài thực hành đã xây dựng sẵn thì mô hình có thể kết hợp với tất cả các bộ điều khiển khả lập trình khác như dòng Siemens nâng cao s7-300, s7-

400, s7-1200, dòng Mitsubishi, dòng Omron, dòng Panasonic, dòng Keyence…

- Kết quả của đề tài cần được quan tâm đầu tư để triển khai áp dụng vào công tác đào tạo của nhà trường trong thời gian đến.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Tạo Mô Hình Phân Loại, Sắp Xếp Và Kiểm Tra Chất Lượng Sản Phẩm
Tác giả	Nguyễn Văn Nam, Nguyễn Đức Quận
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng
Chuyên ngành	Kỹ thuật
Thể loại	Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	4,05 MB