Đề cương bài giảng mô đun: Lắp đặt, vận hành, giám sát hệ thống cơ điện tử

Những nội dung chính trong bài giảng gồm có: Thiết kế, thi công và vận hành trạm phân phối trên hệ thống cơ điện tử; thiết kế, thi công và vận hành trạm gia công trên hệ thống cơ điện tử; thiết kế, thi công và vận hành trạm phân loại trên hệ thống cơ điện tử;… Mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG CĐ KỸ NGHỆ II

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

Mô đun: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, GIÁM SÁT HỆ THỐNG

CƠ ĐIỆN TỬ GIÁO VIÊN: BÙI QUANG HÒA

TP.HCM - 3/2018

 Tách phôi (workpiece) từ ổ chứa

 Vận chuyển Workpiece sang trạm kế

Trạm sẽ hoạt động khi được nhấn start và có phôi trong ngăn chứa, do cảm biến quang phát hiện Việc chuyển phôi sang trạm khác có thể dùng tay gắp hay giác hút chân không

Hình 3.1 Mô hình trạm phân phối

HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM:

 Cảm biến quang xác định có workpiece trong ngăn chứa

 Xy lanh tác động kép tách workpiece ra, vị trí của piston được giám sát bởi các cảm biến tiệm cận

 Xy lanh kẹp ở vị trí trên, bên phía trạm 1 sẽ vận chuyển workpiece đến trạm kế

 Trạng thái hoạt động:

o Ngăn chứa có workpiece

 Trạng thái bắt đầu:

- Xy lanh đẩy ở vị trí sẵn sang

- Xy lanh trượt ở vị trí ngăn chứa workpiece

- Xy lanh kẹp ở trạng thái mở ngàm kẹp

 Khi nhấn Start trạm ở trạng thái hoạt động, xy lanh đẩy đẩy workpiece ra khỏi ngăn chứa

 Xy lanh đưa ngàm kẹp đang được mở đi xuống kẹp workpiece

 Xy lanh kẹp đóng ngàm kẹp lại, kẹp workpiece

 Xy lanh đưa ngàm kẹp lên cùng với workpiece đang được kẹp

 Xy lanh trượt, di chuyển sang trạm kế

 Xy lanh hạ ngàm kẹp xuống vị trí để phôi của trạm kế

 Xy lanh kẹp mở ngàm kẹp hoạt tất việc để phôi

 Xy lanh nâng hàm kẹp đi lên phía trên

 Xy lanh trượt đưa ngàm kẹp quay về phía trạm phân phối và kết thúc chu

Hình 3.3 Phôi trong trạm phân phối

Thiết kế xi lanh tách phôi ra khỏi ngăn chứa:

Xi lanh tách phôi ra khỏi ngăn chứa được sử dụng là xi lanh tác động kép dạng hình tròn, hành trình 150mm

Hình 3.4 Xi lanh tách phôi

Hình 3.5 Vị trí xi lanh tách phôi ttrong trạm

Để thiết kế việc chống xoay cho xi lanh bằng cách gá trục xi lanh với đầu linerway, mục đích chính cũng là tách phôi ra khỏi ngăn chứa, trong khi phôi còn trong ngăn chứa không bị cấn khi xi lanh thực hiện hành trình quay về Hành trình của linerway là 200mm đáp ứng được hành trình ra về của xi lanh

Hình 3.6 Đồ gá xi lanh với đế và với linerway

Hình 3.7 Xi lanh gá với linerway

Hình 3.8 Xi lanh tách phôi được gắn với đế

Hoạt động tách phôi được thực hiện khi xi lanh ra hết hành trình, phôi ở dước cùng của ngăn chứa phôi sẽ được đẩy ra khu vực chuẩn bị mang sang trạm

kế, sau khi phôi đã được mang sang trạm kế, xi lanh sẽ thực hiện hành trình quay về Khi xi lanh đã quay về hết hành trình phía trong thì phôi kế tiếp trong ngăn chứa sẽ bị di chuyển xuống vị trí cuối cùng, chuẩn bị cho lần tách phôi tiếp theo

Hình 3.9 Chuẩn bị tách phôi ra khỏi ngăn chứa

Hình 3.10 Tách phôi ra khỏi ngăn chứa

Thiết kế xi lanh vận chuyển phôi sang trạm kế:

Cụm vận chuyển phôi sang trạm kế được thiết kế gồm 3 xi lanh : 1 xi lanh kẹp, 1 xi lanh thường chống xoay và một xi lanh trượt hành trình 450 mm

Xi lanh kẹp là loại 2 chấu kẹp theo góc được gắn trên hành trình lên xuống của

xi lanh thường chống xoay

Hình 3.11 Xi lanh dùng trong trạm phân phối

Hình 3.12 Xi lanh chống xoay loại cốt hình vuông

 Lắp ráp xi lanh trƣợt :

Xi lanh trượt lắp trên mô hình bằng 2 cây hình trụ bắt xuống đế của mô hình với nhiệm vụ mang cả cánh tay kẹp phôi di chuyển từ trạm 1 sang trạm 2

Hình 3 13 Cụm tay gắp phôi

Hình 3.14 Ráp xi lanh trượt lên trên đế

 Lắp ráp tay gắp phôi:

Tay gắp phôi bao gồm xi lanh chống xoay và xi lanh kẹp với cách thức

gá lắp xi lanh kẹp lên xi lanh chống xoay, và gắn tay gắp lên xi lanh trượt như sau:

Hình 3.15 Xi lan kẹp làm tay gắp sản phẩm

Ta sử dụng một tấm gá một mặt để gá xi lanh kẹp mặt còn lại gắn lên cốt của xi lanh nâng hạ để tạo bộ tay gắp sản phẩm

Hình 3.16a Đồ gá xi lanh kẹp và xi lanh nâng hạ

Hình 3.16b Lắp ráp các đồ gá vào xi lanh nâng hạ

Ta tiến hành bắt vít cho xi lanh kẹp vào tấm gá và như thế ta đã được tay gắp hoàn chỉnh

Hình 3.17 Tay gắp phôi

Sau khi gắn xi lanh kẹp tạo thành bộ tay gắp sản phẩm ta tiến hành gắn tay gắp vào xi lanh để tạo thành tay gắp sản phẩm

Hình 3.18 Lắp tay gắp vào xi lanh trượt

Ta có quá trình vận chuyển phôi từ trạm 1 sang trạm 2

Hình 3.19 Gắp phôi bên trạm 1

Hình 3.20 Bỏ phôi bên trạm 2

Sau khi lắp đặt các thiết bị có trong trạm phân phối ta có tổng quan trạm như sau:

Hình 3.21 Hình chiếu tổng quan trạm phân phối

3.THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN:

Mạch panel điều khiển:

Mạch thiết kế dùng phần mềm FluidSim 3.6 của hang FESTO

Hình 3.22 Mạch dừng khẫn cấp và nút nhấn

Nút dừng khẩn cấp dùng để ngắt toàn bộ điện cho hệ thống khi có sự cố xảy ra, khi đóng nút dừng khẩn cấp, tiếp điểm NO của KT sẽ đóng lại đèn đỏ sẽ được bật, công tắc của van chính sẽ đóng lại, ngưng toàn bộ nguồn khí nén cấp cho mạch, để đảm bảo an toàn khi vận hành hệ thống

Mạch kết nối PLC:

Hình 3.23 Sơ đồ kết nối ngõ vào của PLC

 Trong đó :

 CB1 làm cảm biến sợi quang dùng để phát hiện phôi trong ngăn chứa

 1S1 là hành trình nam châm của xy lanh tách phôi

 3S1 là hành trình nam châm cữ trên của xy lanh nâng hạ tay gắp

 3S1 là hành trình nam châm cữ dưới của xy lanh nâng hạ tay gắp

 2S1 là hành trình cơ cữ phía trạm 1 của xy lanh trượt

 2S1 là hành trình cơ cữ phía trạm 2 của xy lanh trượt

Hình 3.24 Sơ đồ kết nối ngõ ra của PLC

 Trong đó:

 Y1 là cuộn coil tác động xy lanh tách phôi

 Y1 là cuộn coil tác động xy lanh trượt

 Y1 là cuộn coil tác động xy lanh nâng hạ tay gắp

 Y1 là cuộn coil tác động xy lanh tay kẹp

 D_Start đèn báo trạng thái START

 D_Stop đèn báo trạng thái dừng

4 THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN:

Mạch thiết kế dùng phần mềm FluidSim 3.6 của FESTO

Trong mạch sử dụng 4 xi lanh với van 5/2 một bên tác động điện, bên tác động lò xo

Hình 3.25 Sơ đồ mạch khí nén

5 LẬP TRÌNH CHO TRẠM PHÂN PHỐI:

Bảng địa chỉ vào/ra:

Lưu đồ của trạm:

Giải thích hoạt động lưu đồ:

 Trạng thái ban đầu (trạng thái reset):

 Xi lanh đẩy phôi đang ở hành trình trong

 Xi lanh trượt đang ở phía trạm 1

 Xi lanh nâng, hạ đang ở hành trình phía trên

 Xi lanh kẹp đang mở ngàm kẹp

 Hoạt động của chu trình:

 Khi nhân nút Start khởi động hệ thống, nếu CB1 tác động (có nghĩa là có phôi trong ngăn chứa thì xy lanh Y1 sẽ ra hết hành trình để tách phôi)

 Khi xy lanh Y1 ra hết hành trình để tách phôi, tức là hành trình 1S2 bị tác động,

 Lập tức xy lanh Y1 sẽ đi về sau khoàng thời gian T3 (tức là xy lanh Y1 đã vào vị trí trong sẽ cho phép xy lanh hạ tay kẹp đưa tay kẹp xuống kẹp phôi

 Khi xy lanh hạ tay kẹp đi hết hành trình, tức là lúc này tay kẹp đã sẵn sang kẹp phôi sẽ tác động vào hành trình 3S2 cho phép xy lanh kẹp, kẹp phôi

 Khi xy lanh kẹp phôi đã kẹp phôi Y4+ trong một khoảng thời gian delay (T1) đủ để kẹp chắc phôi, T1 sẽ tác động nâng tay kẹp lên Y3+

 Khi Y3 đến hết hành trình tác động vào 3S1 tức là tay gắp đang gắp sản phẩm ở vị trí trên, cho phép xy lanh trượt đưa phôi sang trạm 2, Y2+

 Khi xy lanh trượt đã sang đến trạm 2 thì tác động hành trình 2S2, cho phép hạ tay gắp xuống Y3+

 Khi tay gắp đã hạ xuống tác động hành trình 3S2 ngàm kẹp sẽ mở ra để

bỏ phôi bên trạm 2, Y4+

 Sau khi đã bỏ phôi bên trạm 2, sau một khoảng thời gian delay (T2) đủ để

xy lanh kẹp bỏ phôi tay gắp sẽ được nâng lên Y3-

 Khi tay gắp đã được nâng lên sẽ tác động vào hành trình 3S1 cho phép tay gắp di chuyển về trạm 1 Y2-

 Sau khi tay gắp đã về trạm 1, nếu có phôi trong ngăn chứa tức CB1 tác động, chu trình sẽ tiếp tục

 Ngoài ra, nếu liên kết hoạt động để chu trình hoạt động thì CB2 là cảm biến phát hiện phôi ở trạm 2, báo không còn phôi bên trạm 2

7 Vận hành và kiểm tra hoạt động

8 Tìm và sửa lỗi cho trạm

BÀI TẬP ỨNG DỤNG:

BÀI 2 THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH TRẠM GIA CÔNG TRÊN HỆ

THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1 GIỚI THIỆU:

Trạm này thực hiện :

 Gia công workpiece (doa lỗ phôi)

 Chuyển workpiece sang trạm kế

Ở đây mô hình mâm xoay được thiết kế được thiết kế 4 cánh, mỗi lần mâm sẽ quay được một góc là 900

Chiều mâm xoay là ngược chiều kim đồng hồ nhìn từ trên xuống

Hình 4.1 Mô hình trạm mâm xoay

HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM:

 Workpiece được kiểm tra và gia công trên mâm quay Mâm quay được điều khiển bằng động cơ DC, vị trí của mâm được nhận biết bởi cảm biến cảm ứng từ

 Cảm biến cảm ứng từ sẽ kiểm tra workpiece đã vào đúng vị trí chưa, workpiece sẽ được kiểm tra và khoan trong 2 quá trình song song Trong suốt quá trình khoan workpiece sẽ được giữ bởi phần tử chấp hành là một xy lanh tác động kép

 Kết thúc, workpiece sẽ được chuyển sang trạm kế tiếp nhờ tay gạt cơ khí

 Trạng thái hoạt động của trạm:

Workpiece có trong cánh chứa phôi đầu vào

 Trạng thái bắt đầu:

 Máy khoan ở vị trí trên

 Động cơ máy khoan tắt,

 Thiết bị kẹp thu về

 Thanh gạt ở vị trí ban đầu (vị trí chưa gạt phôi).

 Động cơ máy doa tắt, thiết bị kẹp thu về

 Động cơ mâm xoay lại quay một góc 900

tiếp theo

 Thanh gạt điều khiển bằng động cơ DC đẩy workpiece sang trạm kế khi cánh tại vị trí gạt có phôi, nếu không có phôi tay gạt sẽ không hoạt động

Mâm xoay là loại mâm có 4 cánh, do đó dùng để điều khiển mỗi bước góc là

900 việc sắp xếp sản phẩm gia công sử dụng mâm xoay hoặc các cơ cấu tương tự thường thấy trong sản xuất thực tế

 Cấu tạo mâm xoay:

Mâm xoay được thiết kế trong mô hình hệ thống sử dụng vật liệu bằng nhựa được thiết kế với 4 cánh tương ứng với một góc vuông có lỗ ở giữa để đóng cốt xoay khi động cơ dẫn động mâm xoay quay

Hình 4.3 Hình dạng mâm xoay

Hình 4.4 Kích thước mâm xoay

 Thiết kế khu vực khoan:

Khi vực khoan được sử dụng là một xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh có chống xoay hoặc không có chống xoay trong trường hợp này là không cần thiết, dùng để nâng hạ mũi khoan xuống doa lỗ phôi hành trình khoảng 60mm, mũi doa được gắn cố định trên một linearway để có thể trượt trên đó, còn xy lanh sẽ đẩy mũi khoan lên xuống nhờ thanh linearway

Ngoài ra có một xy lanh hành trình khoảng 10mm để làm công việc cố định phôi trong khi khoan

Cách lắp ráp xy lanh như sau:

Hình 4.5 Tấm gá dùng để gá mũi doa và xy lanh

Hình 4.6 Gá xy lanh và mũi khoan

Sau khi tiến hành lắp các thiết bị của trạm 1 ta có trạm 1 với mô hình tổng quan như sau:

Hình 4.7 Tổng quan trạm

3 THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

Lựa chọn thiết bị:

 Trạm sử dụng 2 xy lanh tác động đơn hành trình 50mm và 30m nhằm nâng hạ mũi khoan và để định vị phôi khi doa lỗ

 Ngoài ra trong trạm còn sử dụng xy lanh xoay dùng để gạt phôi sang trạm kế, đây là xy lanh xoay có góc tác động là 900

 Trạm sử dụng cảm biến quang phản xạ dùng để phát hiện có phôi ở ngõ vào loại cảm biến PNP

 Trạm sử dụng cảm biến cảm ứng từ dùng để xác định vị trí của mâm xoay, mặt dưới của mâm xoay có gắn đai của con ốc, giúp cảm biến định

vị bước xoay của mâm là 900

 Trong trạm sử dụng mợt động cơ tắt mở mũi khoan sử dụng điện 24VDC, và một động cơ có hộp số dùng để quat mâm xoay sử dụng điện

áp 24VDC, trong mạch thiết kế không qua rơle đóng ngắt cho động cơ,

mà sử dụng trực tiếp nguồn

 Ngoài ra ở xy lanh nâng hạ mũi khoan, và xy lanh định vị phôi có dùng hành trình nam châm tại vị trí trên dưới đối với xy lanh nâng hạ mũi khoan và hành trình trong ngoài đối với xy lanh định vị phôi

Thiết kế mạch điện điều khiển:

 Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC :

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC của trạm

 Trong đó:

 CB2 là cảm biến quang phản xạ, dùng để phát hiện có phôi ở ngõ vào

 CB3 là cảm biến cảm ứng từ, dùng để phát hiện vị trí của mâm xoay với bước góc là 900

 5S1, 5S2 là hành trình nam châm dùng để phát hiện vị trí trên và vị trí dưới của mũi khoan

 6S1, 6S2 là hành trình nam châm dùng để phát hiện vị trí trong và ngoài của xy lanh định vị phôi để khoan

 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC :

Hình 4.9 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC

 Trong đó :

 Y5 là xy lanh nâng hạ mũi khoan

 Y6 là xy lanh định vị phôi khi khoan

 R1 là relay điều khiển động cơ mâm xoay

 R2 là relay điều khiển động cơ mũi khoan

 R3, R4 là relay điều khiển động cơ gạt phôi quay thuận nghịch

4.THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MẠCH KHÍ NÉN:

Mạch khí nén sử dụng 2 van điện từ 5/2 để điều khiển 2 xy lanh, mạch vẫn thong qua van điện từ Main_Valve, khi có sự cố lập tức sẽ tắt nguồn khí nén cấp cho hệ thống, làm hệ thống bị dừng khẩn cấp Van Main_Valve là van 2/2

Hình 4.10 Sơ đồ mạch khí nén

5 LẬP TRÌNH CHO TRẠM:

 Bảng địa chỉ ngõ vào/ra:

Lưu đồ hoạt động:

Hình 4.11 Lưu đồ điều khiển

Giải thích lưu đồ hoạt động:

 Trạng thái ban đầu (trạng thái reset):

 Tay gắp sản phẩm ở bên phía trạm 1

 Mũi khoan ở cữ trên

 Xy lanh gạt phôi ở vị trí trong (chưa gạt phôi)

 Hoạt động của lưu đồ:

 Khi nhấn nút Start, cảm biến CB2 tác động nghĩa là có phôi ở ngõ vào thì động cơ mâm xoay, quay mâm quay DC1+

 Khi quat được 900

tức là tác động CB3 làm dừng mâm xoay DC1-

 Khi mâm xoay dừng nếu cảm biến CB4 không tác động tức là không có phôi ở vị trí tay gạt, chu trình chỉ thực hiện nhiệm vụ khoan như sau: xy lanh định vị phôi sẽ đi ra để định vị phôi Y6+ Khi đã định vị phôi 6S2, động cơ mũi khoan hoạt động DC2+, đồng thời mũi khoan được đưa xuống để doa lỗ Ỵ+ Nếu có phôi ở vị trí tay gạt thì cũng thực hiện nhiệm

vụ khoan đồng thời động cơ DC7+ tác động gạt phôi sang trạm kế

 Khi đã khoan xong 5S2 và đã gạt (7S2) xong, động cơ mũi khoan tắt DC2-, đồng thời mũi khoan cũng được đưa lên trên Y5-, và lúc này tay gạt chuyển về vị trí sẵn sàng (7S1) DC7- Sau khi mũi khoan đã trở lên phía trên 5S1, lập tức xy lanh định vị quay về Y6- kết thúc một chu trình của trạm 2

 Nếu tiếp tục có phôi ở ngõ vào CB2, và lúc đó, xy lanh định vị đã quay về 6S1 va tat gạt chuyển về vị trí sằng (7S1) chu trình lại bắt đầu hoạt động

7 Vận hành và kiểm tra hoạt động

8 Tìm và sửa lỗi cho trạm

BÀI TẬP ỨNG DỤNG:

BÀI 3 THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH TRẠM PHÂN LOẠI TRÊN HỆ

 Trạm phân loại workpiece qua 3 băng trượt

 Cảm biến quang phản xạ ở đầu bang tải phát hiện sản phẩm đến đồng thời phát hiện phôi màu trắng hay màu đen

 Cảm biến quang còn lại sẽ nhận dạng các đặc tính của sản phẩm (phôi màu trắng được chọn) và kích hoạt các piston tác động lên cần gạt sản phẩm vào các bang trượt tương ứng

 Các trạng thái hoạt động:

Workpiece tại đầu băng tải

 Trạng thái ban đầu:

 Cổng 1 thu vào (cho phép qua)

 Động cơ bang tải tắt

 Hoạt động :

 Workpiece được phát hiện

 Động cơ băng tải mở

 Nhận dạng màu và nguyên liệu

Workpiece màu đen, chuyển đến băng trượt cuối cùng (cửa 3)

 Thiết bị chặn thu về

 Workpiece vào ngăn chứa

 Ngừng hoạt động (để giám sát việc workpiece vào ngăn chứa ta sử dụng timer trong việc lập trình hệ thống)

Workpiece màu đen, chuyển đến băng trượt cuối cùng (cửa 3)

 Thanh chặn cửa 1 hoạt động

Hình 5.3 Đồ gá và tay gạt phôi