Giáo trình Lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

(NB) Giáo trình Lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử cung cấp các nội dung chính được trình bày như sau: tính chất và ứng dụng của cảm biến, lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC, lắp ráp trạm 1 trên hệ thống cơ điện tử, lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử có sử dụng cảm biến.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Tác giả (chủ biên) VŨ NGỌC VƯỢNG

GIÁO TRÌNH LẮP ĐẶT VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

(Lưu hành nội bộ Ngành Cơ điện tử)

Hà Nội năm 2012

Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở nơi khác đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “LẮP ĐẶT VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình nội bộ này do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác trong ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình được biên soạn ngắn gọn,

dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp

ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ BÀI 1: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN

Mục tiêu:

- Mô tả được tính chất và ứng dụng của cảm biến

- Tìm kiếm được thông tin từ các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ, internet và áp dụng vào công việc

- Lựa chọn được các cảm biến tương tự và số cho các ứng dụng cụ thể

- Đọc và vẽ được các bản vẽ kỹ thuật có sử dụng cảm biến

- Lập trình điều khiển sử dụng cảm biến cho tín hiệu tương tự

- Nạp chương trình và kiểm tra hoạt động

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

1 Phát hiện vật thể bằng cảm biến từ tiệm cận

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Inductive proximity sensor)

Các đặc trưng cơ bản của một cảm biến cảm ứng từ:

- Đối tượng phát hiện: Kim loại sắt từ

- Khoảng cách phát hiện: 0,8 – 10mm, ( loại có độ nhạy cao nhất - max 250mm)

- Điện áp cung cấp: 10-30 VDC

- Dòng điện cung cấp ra tải: 75 - 400mA Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động và ký hiệu trên

sơ đồ mạch điện của sensor cảm ứng

Khi vật thể bằng kim loại được đưa vào vùng tác dụng của sensor, dòng điện xoáy xuất hiện trong vật thể, nó làm suy giảm năng lượng của bộ tạo dao động(Oscillator) Điều đó dẫn đến sự thay đổi dòng điện tiêu thụ của sensor Như vậy, hai trạng thái: suy giảm và không suy giảm dòng điện tiêu thụ của sensor dẫn đến chuyển trạng thái “có” hay “không” bằng mức xung điện áp ra

Xem sơ đồ nguyên lý mạch điện tử của cảm biến cảm ứng từ

2.8 Cảm biến tiệm cận quang (Optical proximity sensors)

Nguyên lý làm việc :

Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điôt phát quang, khi gặp vật chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại bộ phận nhận Như vậy ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi là tín hiệu kích thích tạo nên tín hiệu ra

2 Phát hiện vật thể bằng cảm biến từ trường

Ký

Hình 4.13 Kí hiệu và sơ

3 Phát hiện vật thể bằng cảm biến quang

4 Phát hiện vật thể bằng cảm biến điện dung

4.1 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung giữa cảm biến và đối tượng cần phát hiện Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách của đối tượng

Một cảm biến tiệm cận điện dung thông

thường tương tự như tụ điện với 2 bản điện cực

song song, và điện dung thay đổi giữa 2 bản

cực đó sẽ được phát hiện Một tấm điện cực là

đối tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề

mặt của cảm biến Đối tượng có thể được phát

hiện phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng

4.2 Cấu tạo

Đầu phát hiện trong cảm biến lân cận điện dung là một bản cực của tụ điện Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến sẽ làm điện dung của tụ điện (được tạo bởi một bản cực là bề mặt của đầu thu và bản cực còn lại chính là đối tượng) C bị thay đổi Khi điện dung của tụ điện bị thay đổi thì mạch dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động Khi tín hiệu dao động có biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái ON Khi đối tượng ở xa cảm biến, biên độ tín hiệu ở mạch dao động sẽ nhỏ, mạch phat hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái OFF

Hình 2.2: Cấu tạo cảm biến điện dung 4.3 Ứng dụng

Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến

và đầu cảm biến), cho phép phát hiện không tiếp xúc các vật kim loại hoặc phi kim (kính, gỗ, nước, dầu….), phát hiện gián tiếp các vật liệu bên trong thùng chứa phi kim loại, điều chỉnh khoảng cách phát hiện từ 3 ÷ 25mm

Một số loại cảm biến tiệm cận điện dung của hãng Omron:

Hình 2.1: Nguyên lý làm việc

Hình 2.3: Một số loại cảm biến tiệm cận của hãng Omron

Hình 2.4: Khoảng cách giữa hai cảm biến:

Hình 2.5: Phát hiện mức đầy trong các

container phi kim loại

Hình 2.6: Phát hiện và duy trì mức chất

lỏng trong bể chứa

5 Đo khoảng cách với cơ cấu biên trở

Cảm biến vị trí thực hiện đo vị trí vật lý của vật so với một điểm chuẩn Thông tin

có thể là vị trí góc hoặc độ quay

5.1 Nguyên lý làm việc

Một chiết áp dùng để chuyển đổi góc quay hoặc độ dịch chuyển tuyến tính hóa thành điện áp Thực chất thì bản thân chiết áp là điện trở nhưng chính giá trị này

dễ dàng được chuyển đổi thành điện áp Các chiết áp sử dụng làm cảm biến vị trí

về nguyên tắc giống như điều chỉnh âm lượng nhưng có những điểm khác Một chiết áp dùng để điều chỉnh âm lượng, sự thay đổi điện trở có thể ở dạng phi tuyến

miễn sao thay đổi được âm thanh, còn chiết áp dùng để đo vị trí góc phải biến đổi tuyến tính – nghĩa là sự thay đổi điện trở tuyến tính theo trục quay

Chiết áp dịch chuyển tuyến tính Hình 2.7: Chiết áp

Chiết áp được mô tả là một loại vòng – thực tế chỉ khoảng 3500, một chiết áp vòng

có thể có các điểm dừng cuối mỗi hành trình của nó, góc quay không vượt quá

3500 Một chiết áp vòng không có các điểm dừng có vùng không nhạy cảm nhỏ khi thanh trượt chuyển động theo hình xoắn ốc, có tới 25 vòng hoặc hơn tính từ điểm dừng này đến điểm dừng khác

Hình 2.8: Chiết áp tuyến tính Trong trường hợp, thanh trượt có thể dịch chuyển tiến hoặc lùi theo đường thẳng Các chiết áp dịch chuyển tuyến tích thuận lợi cho việc do vị trí các đối tượng mà

nó chuyển động theo dạng tuyến tính

Hình 2.58a minh họa chiết áp dùng để đo vị trí góc của cánh tay robot, trong trường hợp này thân chiết áp được giữ cố định và trục của nó được nối trực tiếp với trục của động cơ Điện áp 10VDC được cấp cho chiết áp Điện áp thay đổi từ 0

÷ 10V DC dọc theo điện trở, thanh trượt chính là rẽ nhánh, điện áp ra chính là điện

áp thanh trượt và điểm 0

Khi thanh trượt ở vị trí dưới cùng thì đầu ra 0V tương ứng với 00 Khi thanh trượt

ở vị trí trên cùng, đầu ra ứng với 10V tương ứng với 3500 Ở vị trí chính giữa, điện

áp đầu ra 5V tương ứng với vị trí góc 1750 (3500/2 = 1750)

a Động cơ điều khiển cánh tay robot, chiết

Biến trở màng chất dẻo điện dẫn được chế tạo rất chính xác, có thể giảm thiểu sai

số tuyến tính tới 0,1%

Tuổi thọ vận hành có thể đạt 108 lần chỉnh định (vận hành con trượt) và tốc độ chuyển dịch con trượt tối đa có thể đạt 400 [mm/s] Phần tử biến trở kiểu này được giới thiệu sơ lược trong hình 2.59

Hình 2.11: Phần tử biến trở đo khoảng dịch chuyển

Hình 2.12: Các cấu trúc phần tử đo khoảng chuyển dịch

Nếu chuyển dịch toàn phần của con trượt bằng hoặc nhỏ hơn một vòng quay của trục thì pot được gọi là pot đơn single-turn pot; nếu quay được nhiều vòng thì gọi

là pot nhiều vòng multi-turn pot

Hình 2.13: Chiết áp dây string pot hay cảm biến dây kéo draw-wire sensor

Hình 2.14: Chiết áp có cơ cấu truyền

động

Hình 2.15: Biến trở không tiếp xúc

6 Đo áp suất với cảm biến áp suất đầu ra tín hiệu tương tự

Áp suất là độ lớn sức mạnh thông thường trên mỗi đơn vị diện tích áp dung trong một vật thể, bộ cảm biến áp suất là thiết bị dò thông tin áp suất mà vật thể đối tượng đang có, nó tương ứng với đồng hồ

đo dòng, cảm biến áp suất chất bán dẫn, phần tử áp điện Có thể sử dụng bộ cảm biến áp suất để đo lực hoặc tải trọng

7 Đo lực với cảm biến lực đầu ra tín hiệu tương tự

Một vật chịu tác dụng của lực và momen bao giờ cũng bị biến dạng, nghĩa là

có chuyển vị tương đối giữa các phần của nó Vì vậy các phép đo lực là mômen thường được quy về đo chuyển vị

Để tăng vùng làm việc tuyến tính, người ta dùng cầu cân bằng, trong đó tensiometer là một nhánh (Rs) Khi chưa tác dụng lực, cầu cân bằng, nghĩa là Vo =

0 Khi có lực, Rs thay dổi, làm cầu mất cân bằng Tín hiệu ra được tính theo công thức:

1

2

RR

RR

Hình 5.3- Cảm biến điện trở và sơ đồ nối kiểu cầu cân bằng

Các tensiometer được dán lên các nhánh chữ thập, sao cho sensor nhận được tín hiệu lực tác dụng theo bất cứ phương nào Mỗi nhánh chữ thập được dán hai tensiometer, nên tổng số giá trị đo được là 8, từ 1 đến 8 Lực tổng quát tác dụng lên cổ tay có 6 thành phàn: 3 thành phần lực hướng theo 3 trục toạ độ (fx, fy, fz) và

3 thành phần momen quanh 3 trục đó (i, y, z) Quan hệ giữa các thành phần lực

và momen với các giá trị đo được biểu diễn qua một ma trận, gọi là ma trận chuẩn định (calibration matrix):

c0

c0

c

00

c0

00

c0

c00

0c

00

0

c0c0c

0c

0

000

c0

00

c

0c0

00

c0

63 61

56 52

48 44

38 36

34 32

25 21

17 13

(6.18)

Hình 5.4- Phần tử biến dạng kiểu Maltese

Các sensor thông dụng kiểu này có đường kính khoảng 10cm, cao khoảng 5cm, có giới hạn do lực (50  500)N và momen (5  70)Nm; độ phân giải đo lực khoảng 0,1% và mômen 0,5% giá trị cực đại; tốc độ lấy mẫu của mạch xử lý

khoảng 1Hz

8 Lập trình với cảm biến đầu ra tín hiệu tương tự

Bài 2: Lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC Thời gian:10 giờ Mục tiêu:

- Phân tích được các chức năng hoạt động, đặc biệt là chu trình làm việc và các điều kiện logic trong các quy trình tự động hóa

- Xây dựng giản đồ chức năng của chu trình tự động

- Sử dụng được các công cụ lập trình, các loại PLC và các thiết bị ngoại

vi công nghiệp

- Thiết lập cấu hình cứng của PLC

- Sử dụng được các thông tin trên mạng và tài liệu theo chuẩn IEEC 1131-3 và Graftec

- Viết chương trình sử dụng ngôn ngữ Graph 7

- Nạp các chương trình vào PLC và thử nghiệm, vận hành hệ thống cơ điện tử

- Tìm và sửa lỗi sử dụng chức năng giám sát trực tuyến của chương trình viết bằng ngôn ngữ SFC

- Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an toàn

- Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong quá trình học tập và sản xuất

1 Trạm phân phối – Trình tự chuyển động

Ngôn ngữ lập trình SFC đã được hỗ trợ tương đối hoàn thiện trong gói phần mềm, tuân theo

các qui định trong chuẩn IEC 61131-3 Phần mềm VET cho phép người sử dụng tạo và soạn

thảo các module điều khiển theo biểu đồ SFC với giao diện đồ họa trực quan, dễ sử dụng

Mọi thao tác soạn thảo biểu đồ SFC đều được thực hiện trong khung cửa sổ chính Tất cả

các phần tử trong biểu đồ SFC (các bước và các chuyển tiếp) đều được coi là các phần tử trong dự án và có thể được truy cập giống như các loại phần tử khác Mỗi phần tử này đều có các thuộc tính Việc soạn thảo các thuộc tính như điều kiện chuyển tiếp hay danh sách các

hành động của bước được thực hiện trực tiếp ngay trên cửa sổ soạn thảo thuộc tính Khi

chọn một phần tử SFC (trong cấu trúc cây của dự án, trong cửa sổ thông báo lỗi, …) thì sơ đồ SFC tương ứng chứa phần tử đó sẽ được mở ra để soạn thảo

Các tính năng chính trong soạn thảo biểu đồ SFC của phần mềm VET là:

o Thao tác cơ bản là thao tác kéo – thả, giống như đa số các phần mềm vẽ biểu đồ, sơ đồ khác (ví

dụ như Microsoft Visio)

o Lựa chọn một hay nhiều phần tử SFC bằng cách chọn từng phần tử đồ họa hay chọn theo vùng

o Di chuyển một hay nhiều phần tử SFC bằng thao tác kéo chuột

o Nối dây giữa các phần tử bằng thao tác bấm – kéo – thả chuột Tự động kiểm tra tính đúng đắn của các kết nối Tự động bố trí các dây nối hợp lý

o Phóng to, thu nhỏ biểu đồ Tự động dịch chuyển biểu đồ trong các thao tác kéo – thả

o Căn chỉnh theo lưới (grid)

o Cung cấp thông tin chi tiết về một phần tử SFC bằng cửa sổ tooltip khi dừng chuột trên phần tử này (xem hình dưới)

o Sao chép (copy) nội dung biểu đồ SFC dưới dạng hình ảnh vector vào clipboard hệ thống hoặc

lưu lại dưới dạng tệp tin hình ảnh

Hình dưới là một màn hình soạn thảo biểu đồ SFC điển hình

2 Trạm nâng và phân loại-rẽ nhánh

BÀI 3: LẮP RÁP TRẠM 1 TRÊN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Mục tiêu:

- Mô tả được cấu trúc nguyên lý hoạt động của một hệ thống cơ điện tử

sử dụng các phần tử thủy lực, khí nén và các động cơ điện

- Tìm kiếm được thông tin từ các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ, internet và áp dụng vào công việc

- Phân tích được các chức năng hoạt động, đặc biệt là chu trình làm việc và các điều kiện logic trong các quy trình tự động hóa

- Xây dựng được giải pháp cho các vấn đề liên quan đến các quá trình

tự động hóa và vẽ các sơ đồ theo tiêu chuẩn

- Đọc, hiểu phân tích và vẽ được biểu đồ bước hành trình, các loại sơ

đồ mạch ( mạch điện, thủy lực, khí nén,…) của hệ thống cơ điện tử

- Sử dụng được các công cụ lập trình, các loại PLC và các thiết bị ngoại

vi công nghiệp

- Thiết lập cấu hình cứng của PLC

- Hiểu được chương trình điều khiển ứng dụng được soạn thảo với các ngôn ngữ lập trình PLC theo tiêu chuẩn IEEC 1131-3 Có khả năng can thiệp, chỉnh sửa và soạn thảo những chương trình đơn giản bằng ít nhất một ngôn ngữ lập trình

- Xác định được các bước cần thiết để thực hiện các công việc lắp đặt, đấu nối cho một hệ thống cơ điện tử điều khiển bằng PLC

- Tháo lắp bộ cảm biến và bộ phận/phần tử trong hệ thống cơ điện tử, thay thế và hiệu chỉnh các phần tử

- Tháo, lắp các cụm đế van, các phần tử điện

- Nạp các chương trình PLC và thử nghiệm, vận hành hệ thống cơ điện

tử

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

1 Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử

1.1 Giới thiệu trạm Cấp phôi

Trạm Distribution Station – Trạm cung cấp – là trạm thứ 1 trong hệ thống MPS gồm 9 trạm của Festo Trạm này được phát triển và sản xuất cho dạy nghề cũng như các mục đích đào tạo tiếp tục trong lĩnh vực tự động hoá

và công nghệ Đây là trạm cấp phát chi tiết phôi cho các trạm kế tiếp làm việc

Trạm cấp phôi mô tả qui trình cung cấp phôi cho các dây chuyền sản xuất, trạm này dùng để tách các chi tiết cần gia công trong ổ chứa Từng chi tiết được đưa vào vị trí làm việc, và vận chuyển đến vị trí thao tác theo qui định

Phôi được giữ bằng giác hút với công tắc chân không để kiểm tra phôi đã được hút và vận chuyển bằng xylanh xoay, vận chuyển phôi đến trạm kế tiếp

Chức năng của trạm cung cấp là: Tách các chi tiết gia công khỏi ổ chứa, Chuyển các chi tiết gia công bằng cơ cấu dẫn quay dùng giác hút Trạm cung cấp bao gồm các bộ phận sau: Module ổ chứa dạng ống xếp, Module vận chuyển

1.2 Nội dung đào tạo

 Cơ khí

- Lắp đặt cơ cấu cấp phôi

- Lắp đặt cơ cấu tay xoay

- Cân chỉnh các cơ cấu hoạt động theo yêu cầu

- Lắp đặt hệ thống dây tín hiệu các cảm biến

- Lắp đặt hệ thống dây tín hiệu các valve điện khí nén

 Lập trình Plc

- Khai báo phần cứng

- Download và Upload chương trình

- Lập trình các lệnh điều khiển logic

- Lập trình các lệnh Timer và Counter

- Lập trình cấu trúc

 Vận hành

- Các quy định về vận hành hệ thống

- Vận hành theo quy trình

 Tìm lỗi và thay thế

- Tìm các lỗi xảy ra khi hệ thống gặp sự cố

- Thay thế các thiết bị hư hỏng

- Không được tháo lắp các đường ống dẫn hơi khi có áp suất

- Khi tiến hành bật nguồn khí nén, chú ý các xylanh có thể chuyển động ngay lập tức, điều này có thể gây nguy hiểm cho người vận hành

- Không được can thiệp bằng tay cho đến khi các cơ cấu đã dừng hoạt động hoàn toàn

- Các cơ cấu được lắp đặt với 02 đai ốc trên tấm nhôm có rãnh, mỗi đai ốc đều có miếng đệm

1.5 Vận hành

Điều kiện tiên quyết cho khởi động:

 Ổ chứa được đầy chi tiết phôi

1) Dẫn động quay quay về vị trí trạm sau nếu chi tiết phôi được kiểm tra

ở vị trí trong ổ và nút “START” đã được ấn

2) Xylanh đẩy co vào và đẩy chi tiết phôi ra khỏi ổ chứa

3) Dẫn động quay quay về vị trí “ổ chứa”

4) Van tạo chân không được bật, khi chi tiết phôi đã được giữ chắc chắn, công tắc chân không bật

5) Xylanh đẩy đi ra và nhả một chi tiết phôi

6) Dẫn động quay quay về vị trí trạm sau

7) Van tạo chân không tắt

8) Dẫn động quay về vị trí ổ chứa

2 Lắp ráp phần cơ khí LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH TRẠM CẤP PHÔI 2.1 Bàn thí nghiệm

Bàn thí nghiệm được thiết kế dạng tủ đứng có các bánh xe để di chuyển và tay cầm để nâng hạ, với kích thướt là 700 * 700 * 350 mm

2 2 Tấm nhôm có rãnh

Tấm nhôm được thiết kế với dạng có rãnh chạy theo chiều dọc, bằng cách ghép các thanh nhôm với nhau sẽ tạo ra được diện tích như mong muốn Khi lắp đặt thiết bị lên tấm nhôm sẽ dễ dàng dịch chuyển theo vị trí mong muốn

2 3 Bảng điều khiển

Trên bảng điều khiển có các thiết bị cơ bản phục vụ cho điều khiển một cụm chi tiết máy với các tính năng như sau:

- Công tắc khẩn cấp để ngắt nguồn khi cần thiết

- Công tắc chọn chế độ làm việc Auto/Man

- Các nút nhấn điều khiển Start, Stop, Reset

- Các đèn báo tín hiệu

2 4 Module tay xoay

Module tay xoay được thiết kế bằng khí nén, góc chuyển động xoay tối đa là 1800 và có thể điều chỉnh được bằng 02 cử chặn Vị trí của hành trình di chuyển được xác định bằng công tác hành trình

Phôi được hút bằng giác hút, dùng kỹ thuật hút chân không

Cảm biến tiệm cận này được gắn trên thân của xylanh để xác định hành trình của xylanh Cảm biến tiệm cận tác động bởi vòng nam châm được lắp trên piston của xylanh Hiệu chỉnh vị trí bằng cách dùng lục giác để mở chốt và dịch chuyển đến vị trí mong muốn, sau đó cố định lại

Lắp đặt cho cảm biến hoạt động bằng cách cấp nguồn 24 VDC vào các chân màu nâu và đen, chân tín hiệu out được kết nối về input của terminal hoặc trực tiếp vào plc

Điều kiện tiên quyết:

 Module ổ chứa dạng xếp được lắp ráp, cảm biến tiệm cận được lắp ráp trước

 Xylanh được nối ống dẫn khí

 Nguồn khí nén được bật

 Cảm biến tiệm cận được nối dây

 Thiết bị nguồn điện được bật

- Đặt công tắc chính ở vị trí chính giữa hai vị trí đóng & ngắt

- Xiết chặt vít kẹp của cảm biến bằng tuanơvít 6 cạnh A/F 1.3

- Khởi động chương trình chạy thử để kiểm tra xem cảm biến có đóng ở

vị trí chính xác hay không ( pittong xylanh đi ra & co vào)

2 6.2 Công tắc hành trình (micro)

Công tắc hành trình là một dạng công tắc nhưng được tác động bằng các cam để xác định hành trình của các cơ cấu chuyển động, chúng ta có thể sử dụng tiếp điểm thường hở và thường đóng, tùy theo yêu cầu

Ví dụ,

Thường đóng Thường hở

Công tắc hành trình được sử dụng để xác nhận vị trí cuối hay hành trình của module tay xoay Công tắc này được tác động bởi cam hành trình, cam này được hiệu chỉnh trên trục của xylanh xoay

Điều kiện tiên quyết:

 Module chuyển được lắp rắp, công tác Micro được lắp sơ bộ

 Xylanh quay được nối ống dẫn khí

 Nguồn khí nén được bật

 Công tắc Micro được nối dây

 Nguồn điện được bật

2 6.3 Cảm biến quang (chùm tia quang)

Thân cảm biến và dây dẫn quang có hình dạng bên dưới, có 02 dây dẫn quang được lắp đặt đối diện với nhau, một bên phát và bên còn lại thu Lắp đặt điện cho cảm biến quang hoạt động với nguồn

cung cấp 24VDC và chân tín hiệu out kết nối về input của terminal hoặc trực tiếp về plc

Điều kiện tiên quyết:

 Thiết bị quang điện được lắp ráp

 Thiết bị quang điện đã được nối dây

 Thiết bị nguồn điện được bật

Thực hiện:

- Lắp đầu của dây Cáp quang sợi vào trong ổ chứa

- Nối dây cáp quang sợi vào dây cáp quang điện

- Hiệu chỉnh chiết áp của thiết bị quang điện bằng tuốc nơ vít tới khi đèn trạng thái bật sáng Ghi chú: Cho phép vặn tối đa 12 vòng để hiệu chỉnh

- Cho chi tiết phôi vào trong ổ chứa chi tiết phôi Đèn trạng thái phải chuyển sang chế độ tắt

2 6.4 Công tắc áp suất chân không

Công tắc áp suất hay còn gọi là công tắc chân không, dùng để báo trạng thái của chân không trong giác hút Khi tín hiệu trên thân cảm biến báo thì phôi đã được hút và được nhấc lên an toàn

Lắp đặt điện cho cảm biến theo sơ đồ, sử dụng nguồn điện 24VDC và kết nối tín hiệu OUT vào input của plc

Điều kiện tiên quyết:

 Module vận chuyển đã được lắp ráp

 Bộ tạo chân không, công tác chân không và giác hút chân không được nối ống

 Nguồn khí nén được bật

 Công tác chân không được nối dây

 Thiết bị nguồn điện được bật

Thực hiện:

- Bật nguồn công tác khí nén để tạo chân không

- Dịch chuyển phôi tới gần giác hút chân không tới khi nó được nhấc lên

- Quay vít hiệu chỉnh của công tắc chân không theo chiều ngược chiều kim đồng hồ đến khi đèn LED màu vàng sáng lên

- Khởi động chạy thử để kiểm tra xem chi tiết phôi có được nhấc lên

an toàn hay không Dịch chuyển dẫn động quay từ vị trí cuối này đến vị trí cuối kia Chi tiêt phôi không được rơi xuống

3 Lắp ráp và kiểm tra hoạt động của các cụm van

Hiệu chỉnh valve tiết lưu

Valve tiết lưu được dùng để hiệu chỉnh lưu lượng khí cho xylanh tác động kép, khi lượng khí được hiệu chỉnh giảm sẽ làm tốc độ đi của piston sẽ giảm và chuyển động sẽ êm không gây va đập mạnh

Điều kiện tiên quyết:

 Xylanh được nối ống khí

 Nguồn khí nén được bật

Thực hiện:

- Đầu tiên vặn vít chỉnh của van tiết lưu một chiều vào hết rồi sau đó nới lỏng ra 1 vòng

- Khởi động chạy để kiểm tra

- Mở van tiết lưu từ từ đến khi đạt được tốc độ pittong cần thiết

Hãy sử dụng tài liệu kỹ thuật, sơ đồ khí nén, sơ đồ điện Hãy tham khảo các

ví dụ (Ex.1 – Ex.3) để liệt kê ra trong bảng các chức năng của thiết bị Hãy làm theo các số (1-3) đã đánh trên ảnh về trạm dưới đây (Ex.1 không được chỉ ra trên ảnh)

Ex.2 or Ex 3

Lập kế hoạch

Hãy lập kế hoạch cẩn thận trong toàn thể nhóm Hãy sử dụng tài liệu kỹ thuật và trạm thực tế cho bài tập Hãy miêu tả chức năng chung của từng thiết bị trên trạm, không trong phạm vi cổng và điều khiển vật liệu trên trạm Tìm tài liệu cho từng phần tử, hãy xem danh sách thiết bị đầu tiên sau đó kiểm tra mã số in trên thiết bị

Thực hành/Tài liệu

Hãy hoàn thành danh sách theo các phần tử đã thấy và số trên hình ảnh trên

Không có tài liệu

Bảng điều khiển: cổng nhập

Ex.2 Công tắc tiệm

cận, điện cảm

1B1 Công tắc điện cảm,

thường mở, được tác động bằng vòng nam châm trên đĩa pittong của xilanh ngắn 1, và gửi tín hiệu “pittong của xilanh

ở vị trí cuối hành trình”

đến PLC

SME-8-S-LED-24 Trạm: cổng nhập

Trạm: khí nén PLC-board:

cổng nhập

PLC-board: cổng xuất

Thực hành/ Lập tài liệu

c Phân tích – Địa chỉ cổng xuất/nhập

Hãy hoàn thành danh sách cổng nhập/xuất của PLC đã kể ra bên dưới Hãy định nghĩa các cổng, sử dụng nhiều nhất 8 ký tự

Thông tin

Để tìm ra cổng, hãy theo tài liệu kỹ thuật và sơ đồ điện của trạm và của bảng điều khiển Cổng nhập có thể kiểm tra trực tiếp tại đèn trên PLC, cổng xuất không biểu hiện trong chương trình Để dịch chuyển cơ cấu khí nén hãy đóng công tắc nguồn khí và dịch chuyển bằng tay Hãy thật cẩn thận, dịch chuyển cơ cấu chấp hành về cuối hành trình trước khi bật nguồn khí trở lại Một vài cơ cấu chấp hành khí nén và điện không thể dịch chuyển bằng cách này vì thiết bị khí có thể chấp hành bởi nút thử tay trên van (xem trên ảnh)

Ví dụ: ấn vào 1 = có nguồn chân không, ấn vào 2 = tắt nguồn chân không

Lập kế hoạch

Hãy lập kế hoạch trong cả nhóm Đầu tiên kiểm tra cơ cấu chấp hành nào có thể dịch chuyển bằng tay và cơ cấu chấp hành nào không, sử dụng tài liệu kỹ thuật – sơ đồ khí nén Kiểm tra cổng nhập trên sơ đồ điện và trên PLC

Thực hành /Tài liệu

Hãy hoàn thành danh sách cổng nhập và cổng xuất trên trạm của bạn

I/O trên Trạm

I0.1 Mag_back 1B2 Ổ cấp phôi ở vị trí sau

Ổ cấp phôi ở vị trí trước I0.3 Vacuum 2B1 Một phôi được hút ở tay quay I0.4 Arm_take 3S1 Tay quay ở vị trí ổ cấp phôi

I0.5 Arm_put 3S2 Tay quay ở vị trí trong trạm

tiếp theo

nạp phôi I0.7 Follow IP_FL Cảm biến phát tín hiệu quang

cho trạm sau Cuộn coil điều khiển xy lanh ổ cấp phôi

Q0.1 Vacumon 2Y1 Cuộn coil bật van hút chân

không Q0.2 Vacumoff 2Y2 Cuộn coil tắt van hút chân

không Q0.3 Armleft 3Y1 Cuộn coil chuyển tay quay đến

ổ cấp phôi Q0.4 armright 3Y2 Cuộn coil chuyển tay quay đến

ổ trạm kế tiếp

I/O trên bảng điều khiển

Nút Start

I1.1 STOP S2 Nút Stop

hoặc điều khiển tay

xoay nhả ra

đặc biệt

đặc biệt

I/O truyền thông

d Phân tích – Địa chỉ cổng nhập/xuất mở rộng

Hãy hoàn thành danh sách cổng nhập/xuất của PLC đã kể ra bên dưới Hãy định nghĩa các cổng, sử dụng nhiều nhất 8 ký tự

Thông tin

Để tìm ra cổng, hãy theo tài liệu kỹ thuật và sơ đồ điện cho trạm và cho bảng điều khiển Cổng nhập có thể kiểm tra trực tiếp tại đèn trên PLC, cổng xuất không biểu hiện trong chương trình Để dịch chuyển cơ cấu khí nén hãy đóng công tắc nguồn và dịch chuyển bằng tay Hãy thật cẩn thận, dịch chuyển cơ cấu chấp hành về cuối hành trình trước khi bật nguồn khí trở lại Một vài cơ cấu chấp hành khí nénvà điện không thể dịch chuyển bằng cách này vì thiết bị khí có thể chấp hành bởi nút thử tay trên van (xem trên ảnh)

Ví dụ: ấn vào 1 = có nguồn chân không, ấn vào 2 = tắt nguồn chân không

2 CẤU TRÚC PLC S7-300 VÀ TẬP LỆNH CĂN BẢN

a Tổng quan về PLC S7-300

Giới thiệu

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (với các PLC khác hoặc máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình

và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan)

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

số, PLC còn phải có thêm một số khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời (Timer) … và những khối hàm chuyên dùng

Các module của PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá

về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có module chính (module CPU, module nguồn) Các module còn lại là những module truyền nhận tín hiệu với các đối tượng điều khiển, chúng được gọi là các module mở rộng Tất cả các module đều được gá trên một thanh Rack

 Module CPU: Đây là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,

các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông,… và có thể có các cổng vào/ra

số Các cổng vào/ra tích hợp trên CPU gọi là cổng vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300, các module CPU có nhiều loại và được đặt tên theo

bộ vi xử lý bên trong như: CPU 312, CPU 314, CPU 316,… Những module cùng một bộ vi xử lý nhưng khác nhau số cổng vào/ra onboard cũng như các

khối hàm đặc biệt thì được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ như CPU 312IFM, CPU 314IFM,…

Ngoài ra, còn có loại module CPU có hai cổng truyền thông, trong đó cổng thứ hai dùng để nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (PROcess Field

BUS) Loại này đi kèm với cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví

dụ module CPU315-DP

 Module mở rộng: Các module mở rộng được thành 5 loại:

PS (Power Supply): module nguồn Có 3 loại: 2A, 5A và 10A

SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm:

- DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số Số các cổng vào số mở

rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module

- DO (Digital Output): module mở rộng cổng ra số Số các cổng vào số mở

rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module

- DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng cổng vào/ra số Số

các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module

- AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự Bản chất chúng là

những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD) Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module

- AO (Analog Output): module mở rộng cổng ra tương tự Chúng là những bộ

chuyển đổi số tương tự (DA) Số cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại module

- AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự Số

các cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module

- IM (Interface Module): Module kết nối Đây là loại module dùng để kết nối

từng nhóm các module mở rộng thành một khối và được quản lý bởi một module CPU Thông thuờng các module mở rộng được gá liền nhau trên một thanh rack Mỗi thanh rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU và module nguồn) Một module CPU có thể làm việc nhiều nhất với 4 thanh rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM

- FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng như: module

điều khiển động cơ bước, module điều kiển động cơ servo, module PID,…

- CP (Communication Processor): Module truyền trông giữa PLC với PLC

hay giữa PLC với PC

Cài đặt cáp PC Adapter giao tiếp giữa PC và PLC

Với việc thiết lập này, giúp ta thiết lập kiểu kết nối giao tiếp giữa thiết

bị lập trình (PC) và bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Khi Set PG/PC Interfaces lần đầu tiên, ta phải cài đặt module giao tiếp như

sau:

Set giao diện PG/PC

Trong hộp thoại Set PG/PC Interfaces ta chọn loại card phù hợp chuẩn giao tiếp hệ thống mạng và click vào nút Properties…

Hộp thoại Properties - PC Adapter hiện ra, ta thiết lập các thông số giao tiếp cần thiết như: địa chỉ, tốc độ truyền,…

Các bước tạo mới một Project:

Ở phần này chỉ trình bày cách xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC Còn việc lập trình cho STEP 7, ta có thể tham khảo tài liệu kèm theo phần mềm do Siemens cung cấp

- Chọn Start  Simatic  Simatic Manager, ta sẽ vào màn hình chính

Simatic Manager

- Để khai báo một Project mới, từ màn hình chính của Simatic Manager ta

chọn File  New hoặc kích chuột vào biểu tượng “New Project/

Library” Sau đó khai báo tên cho Project, nơi lưu trữ Project

Xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC

Sau khi bạn khai báo một Project mới bước tiếp theo là ta xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC

Việc xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC là cần thiết Vì lúc ta bật nguồn PLC, hệ điều hành S7-300 bao giờ cũng kiểm tra các module hiện có của trạm và so sánh với cấu hình mà ta xây dựng Nếu phát hiện thấy có sự

Chọn loại module thích hợp

Click chọn

không đồng nhất sẽ phát ngay tín hiệu báo ngắt lỗi hoặc thiếu module chứ không cần phải đợi tới khi thực hiện chương trình ứng dụng

- Để khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC vào Insert Station Simatic

300 Station:

Sau khi chèn một Station vào, thư mục Project của ta không còn rỗng nữa nó có tên mặc định

là SIMATIC 300, ta có thể đổi tên mặc định này:

Project sau khi chèn Hardware

Để khai báo cấu hình phần cứng, ta double_click vào biểu tượng Hardware Lúc này màn hình có dạng như sau:

Kha

Cách khai báo trạm