BÁO cáo THỰC HÀNH KIẾN tập NHẬP môn cơ điện tử

BÁO CÁO THỰC HÀNH KIẾN TẬP
NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Người viết : Lê Văn Phúc
MSSV : 20120722
Lớp: Kĩ thuật Cơ điện tử 3 – K57

I.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ
Cơ điện tử (Mechatronics) là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật,
hình thành từ các ngành kỹ thuật kinh điển như Cơ khí, kỹ thuật Điện – Điện tử và
Khoa học tính toán – tin học.


Định nghĩa cơ điện tử đã bắt đầu được quan tâm kể từ khi định nghĩa ban đầu
được đưa ra bởi công ty điện Yasakawa. Trong các tài liệu thương mại, Yasakawa
đã định nghĩa cơ điện tử như sau:
Thuật ngữ “Mechatronics” được tạo thành bởi “ mecha” trong mechanics và “
tronics” trong từ electronics. Nói cách khác, các công nghệ và sản phẩm được phát
triển sẽ ngày càng được kết hợp chặt chẽ và hữu cơ thành phần điện tử và cơ khí ở
mức độ tích hợp rất cao không thể nói đâu là điểm bắt đầu và đâu là điểm kết thúc,
không có một ranh giới rõ ràng.
Năm 1996, Harashina, Tomizuka và Fukada cũng đưa ra định nghĩa về cơ điện
tử. Trong đó cơ điện tử được định nghĩa là sự kết hợp chặt chẽ của kỹ thuật cơ khí
với điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm
và quy trình công nghiệp.
Trong cùng năm, một định nghĩa khác được đưa ra bởi Auslander và Kempf: Cơ
điện tử là sự áp dụng tổng hợp các quyết định tạo nên hoạt động của các hệ thống
vật lý.
Tiếp tục một định nghĩa khác xuất hiện năm 1997 của Shetty và Kolk: Cơ điện

tử là một phương pháp luận được dùng để thiết kế tối ưu các sản phẩm cơ điện.
Gần đây, W.Bolton đề xuất định nghĩa: Một hệ cơ điện tử không chỉ là một sự
kết hợp giữa cơ khí và điện tử, và cũng không đơn thuần là một hệ thống điều khiển,
nó là một sự tích hợp đầy đủ các hệ trên.
Tất cả những định nghĩa và phát biểu nêu trên về cơ điện tử đều xác đáng và giàu
thông tin, tuy nhiên bản thân chúng nếu đứng riêng lẻ lại không định nghĩa được đầy
đủ thuật ngữ Cơ điện tử.
Sự phát triển và tính nổi trội của cơ điện tử tạo cho các sản phẩm và hệ thống
thực hiện tốt hơn, linh hoạt hơn, thông minh hơn trong chức năng và cả trong khả
năng vận chuyển, giao tiếp truyền thống, ngày nay đã xuất hiện. Ngày nay cơ điện


tử được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp cũng như trong nhiều lĩnh
vực khác. Các sản phẩm cơ điện tử điển hình như : Robotics, hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS có tích hợp CIM, máy công cụ CNC , hệ vi cơ điện tử… đã tạo nên một
nền công nghiệp hiện đại.

II.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐƯỢC THỰC HÀNH KIẾN
TẬP
Hệ thống Robot công nghiệp
a.
Ví dụ Robot hàn công nghiệp
1.

Robot hàn công nghiệp
Robot hàn công nghiệp tích hợp hệ thống cơ khí, điện tử và tự động hóa, chạy theo
một chương trình người vận hành lập trình sẵn. Người vận hành dùng hộp điều
khiển dẫn dắt robot đến những vị trí mà nó phải đến trong quá trình làm việc, rồi lưu

lại những vị trí này trong máy tính của hệ thống điều khiển robot. Đến lúc làm việc,
robot chạy theo đúng hướng đi mà nó đã được lập trình từ trước. Khác với con


người, robot làm việc liên tục không ngứng nghỉ. Robot không có chế độ nghỉ phép,
không cần ăn trưa, không đòi hỏi tăng lương. Robot có sức mạnh hơn con người gấp
nhiều lần và làm việc vô cùng chính xác. Robot làm việc được ở những nơi nguy
hiểm, độc hại mà con người không thể đến được. Một hạn chế trong việc ứng dụng
robot vào sản xuất là chúng ta cần có kiến thức để sử dụng, vận hành và phải trả
những chi phí tốn kém trong việc bảo dưỡng, cũng như sửa chữa nó.
2.

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt
Hệ thống FMS thật sự. Tuy nhiên hệ thống này không thể phát triển thêm được
nữa bởi khi đó công nghệ tự động hoá và công nghệ thông tin còn chưa phát triển
nên Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ
thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương
trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất. Hệ thống
FMS có thể tự động đặt lại cấu hình để sản xuất các chủng loại sản phẩm khác nhau
nên nó được gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt. Khái niệm sản xuất linh hoạt được
biết đến lần đầu tiên vào năm 1965 khi công ty British firmMolins, đưa ra sản
phẩm với tên gọi là System 24. System 24 là một không thể hỗ trợ cho sự phát triển
của hệ thống này được. Khái niệm sản xuất linh hoạt vì vậy bị quên lãng. Tuy nhiên
vào những năm 70 và đầu thập kỷ 80, cùng với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ
thông tin và ứng dụng của công nghệ thông tin trong sản xuất mà sản xuất linh hoạt
đã phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc. Hệ thống sản xuất linh hoạt được sử

dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ôtô và máy kéo.Như vậy, một hệ thống sản
xuất linh hoạt nói chung bao gồm có các phần sau:
- Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp và robot.
- Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot, băng truyền…
- Một hệ thống truyền thông.
- Một hệ thống điều khiển bằng máy tính.
Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như tiện, phay, khoan,…và hệ
thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính.
III. CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Hệ thống Robot hàn công nghiệp (OTC modent AII-V6)
a. Cấu tạo
 Nguồn điện (máy hàn)
 Súng hàn
 Bộ làm sạch súng hàn: đầu súng hàn gần hồ quang và dần dần dính vẩy hàn,
cần phải làm sạch.
 Bộ cấp điện cực: để bù lại dây điện cực tự tiêu khi hàn.
 Khung hàn và tay hàn
 Bộ định tâm: để đảm bảo que hàn và khung hàn biết vị trí của nhau, cần phải
liên tục hiệu chỉnh trọng tâm của hệ thống. Qúa trình này được thực hiện nhờ
một thiết bị định tâm tự động.
 Robot hàn
 Cách tay : cơ cấu chấp hành
- Động cơ dẫn động
- Bánh xe
- 6 trục tương đương 6 động cơ dẫn động
- ...
 CPU : Bộ não của Robot
- Thiết bị điều khiển quá trình hoạt động
- Thiết bị lưu trữ chương trình
- Kết nối với các thiết bị ngoại vi

- Kết nối với các đồ gá.
- ..
 Bảng điều khiển
- Phím điều khiển để lập trình
- Các phím
- ..
1.


b. Nguyên lí hoạt động của hệ thống robot hàn công nghiệp.
 Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển được với điện áp thích hợp cho
quá trình hàn. Thường là 10-35V và 5-100A.
 Sùng hàn dùng để đưa điện cực đến mối hàn, truyền dòng điện hàn vào điện
cực và tạo ra lớp cách ly quanh mối hàn. Có nhiều kiểu sùng hàn khác nhau,
tùy theo quá trình hàn, dòng hàn, kích thước điện cực và chất cách ly
 Robot sử dụng hai hệ tọa độ :
- Descartes : robot di chuyển tịnh tiến theo các trục x,y,z.
- Tọa độ cực : chuyển động quay.
 Điểm khác nhau cơ bản
- Descartes : Các bộ phân robot chuyển động phối hợp với nhau
- Tọa độ cực : tưng trục, từng bộ phận với các góc xoay khác nhau.
 Cơ cấu 6 bậc tự do
- Robot chuyển động dọc theo 3 trục va xoay quanh 3 trục
 Robot chỉ có thể thực hiện được 3 dạng đường.
- Đường thẳng : cần 2 điểm xác định.
- Cung tròn : cẩn 3 điểm xác định.
- Đường cong: cần 2 điểm xác định, chạy từ điểm này đến điểm kia do
nhà sản xuất lập trình.
 Phạm vi hoạt động
- Bán kính : 0.5m

- Vươn xa nhất : 1.4m
 Mỏ hàn cách vật hàn 2mm đến 4mm
 Lập trình
Tùy theo hình dạng vật cần hàn, mà người vận hành chia thành các mối hàn
theo lập trình cho robot di chuyển theo các dạng cung tròn, các đường thẳng và
các đường cong. Điều khiển trực tiếp cho robot đến các điểm cần thiết vạch
lên quỹ đạo hàn, copy tọa độ đầu trùng tọa độ cuối, sau đó lưu vào bộ nhớ,
kiểm tra lại và tiến hành cho robot chạy tự động. Quy trình hàn tự động được
thực hiện và lặp lại.
c. Ứng dụng của robot hàn
- Ứng dụng cho các quy trình hàn: hàn hồ quang, hàn lase, hàn điểm, v.v...của
các nhà máy sản xuất vật dụng cơ khí, nơi mà quy trình hàn được lặp đi lặp lại
một cách liên tục.


Hàn hồ quang

Hàn lase

Hàn điểm

- Robot hàn sẽ hoạt động trong tất cả các điều kiện khắc nghiệt, đòi hỏi độ
chính xác cao,...
2.

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
 Cấu tạo

Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển và giám sát. Dựa vào
thực tế sử dụng, sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và

giám sát đã có sự phân hoá và dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển
và giám sát khácnhau là:
+ Hệ điều khiển và giám sát tập trung



+ Hệ điều khiển và giám sát phân quyền

+ Hệ điều khiển và giám sát phân quyền
+ Hệ điều khiển và giám sát phân tán
+ Hệ điều khiển và giám sát phân quyền
 Trạm phân phối phôi
Với nhiệm vụ phân phối và vận chuyển phôi đến trạm kiểm tra, các thiết bị được
bố trí gồm có:
- Băng tải
- Cơ cấu cấp phôi.
- Phôi gồm 3 loại: màu trắng, xanh lá cây, phôi kim loại (hợp kim nhôm)
- Xy lanh khí nén
- Cụm van điện từ 24 VDC
- Bộ nguồn 24 VDC
- Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224
- Module mở rộng EM 223
- Modul truyền thông PROFDUS EM 277
- Cảm biến quang khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối hành trình.
- Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ
băng tải
- Nút ấn, khóa điện, chuển mạch


Băng tải

Cụm van điện từ 24 VDC

Cảm biến khếch tán

Bộ nguồn 24 VDC

PLC S7 200 CPU 224

Module mở rộng EM 223

 Trạm gia công và phân loại
- Bàn quay phân độ 6 vị trí
- Bộ nguồn 24 VDC
- Bộ điếu khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224
- Module mở rộng EM 223
- Modul truyền thông PROFDUS EM 277
- Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ
băng tải
- Cảm biến tiệm cận : Phát hiện phôi bằng từ cảm
- Cảm biến màu : Phát hiện phôi có màu trắng.
- Cảm biến quang : Phát hiện tất cả các vật
- Cơ cấu khoan gia công phôi
- Cụm van điện : nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xylanh.
- Nút ấn, khóa điện, chuyển mạch, đén báo.
- Tay gắp khí nén


Bộ nguồn 24 VDC

 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm
- Bộ nguồn PS 2A : cung cấp nguồn cho PLC S7 300 và màn hình TP
177A.
- Bộ điều kiển lập trình PLC S7 300CPU 313C-2DP
- Màn hình giao tiếp HMI-TP 177A
- Nút ấn, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.
b. Ưu, nhược điểm của hệ thống FMS
 Ưu điểm
- Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất
- Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau
- Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất
- Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả
- Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động
- Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau
- Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn có thể làm việc được
 Nhược điểm
- Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu rất lớn.
c. Phạm vi ứng dụng
Vì giá thành đầu tư ban đầu lớn nên chỉ nhừng tập đoàn và công ty có vốn đầu
tư lớn .


TÍNH NĂNG VÀ CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỢP THÀNH HỆ
THỐNG
1. Hệ thống Robot hàn công nghiệp
 Hệ thống cơ khí :
- Súng hàn: để truyền dòng điện hàn từ cáp hàn tới điện cực. Nó phải có cơ
chế cách ly vùng hàn khỏi không khí.
- Khung hàn và tay hàn giữ và định vị các chi tiết để đảm bảo mối hàn sẽ
được robot thực hiện chính xác

- Robot hàn : thực hiện các chuyển động cơ học theo hệ trục Descartes và
tọa độ cực, đưa tay hàn đến các vị trí cần hàn.
 Hệ thống điện-điện tử
- Các vi mạch tích hợp trong các thiết bị cơ khí để điều chỉnh quá trình

IV.

hoạt động
- CPU : Bộ não của Robot: điều khiển quá trình hoạt động, lưu trữ chương
trình, kết nối với các thiết bị ngoại vi, kết nối với các đồ gá.
 Hệ thống thủy lực-khí nén
- Các xylanh thủy lưc, khí nén giúp hoạt động của robot linh hoạt hơn
 Hệ thống điều khiển
 Bảng điều khiển
- Phím điều khiển để lập trình
- Các phím
- ...
 CPU : Bộ não của Robot
- Điều khiển quá trình hoạt động : dự liệu chuyển vào tư bộ phận nhập dự
liệu (bảng điều khiển) sau đó CPU thực hiện một loạt các quá trình xử lí,
đưa dự liệu ra và bộ phận cơ khí sẽ thực hiện các yêu cầu.
 Hệ thống thông tin-giám sát (sensor…)
- Các sensor cảm ứng định vị vị trí hàn.
2.

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
 Hệ thống cơ khí
- Bàn quay phân độ 6 vị trí: giúp xoay chuyển phôi đến các vị trí cần làm
việc.
- Các cơ cấu khung, giá đỡ : được định vị cố định làm môi trường hoạt

động
- Băng tải : truyền phôi, truyền sản phẩm.


- Tay gắp khí nén : gắp sản phẩm sau khi gia công ở mâm xoay đưa vào
băng tải để phân loại.
 Hệ thống điện-điện tử
- Cụm van điện từ 24 VDC: đóng mở van điện
- Bộ nguồn 24 VDC : cung cấp nguồn điện.
- Module mở rộng EM 223
- Modul truyền thông PROFDUS EM 277
- Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ
băng tải
- Chuyển mạch, đén báo: Nhận biệt hoạt động diễn ra.
- Cụm van điện : nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xylanh
 Hệ thống thủy lực-khí nén
- Xy lanh khí nén : truyền chuyển động cơ học.
 Hệ thống điều khiển
- Bộ điếu khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224 : lập trình các chuyển động
cơ học, các quá trình nhân biết của sensor,...
- Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ
băng tải
- Màn hình giao tiếp HMI-TP 177A : xuất tín hiệu điều khiển.
 Hệ thống thông tin-giám sát (sensor)
- Cảm biến tiệm cận : Phát hiện phôi bằng từ cảm
- Cảm biến màu : Phát hiện phôi có màu trắng.
- Cảm biến quang : Phát hiện tất cả các vật
- Cảm biến quang khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối hành trình
V.

CÁC BƯỚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG

Bước 1: Bộ phận nhập dữ liệu, lập trình, định dạng vị trí, hình dạng, quỹ đạo
chuyển động.
Bước 2: Thông qua hệ thống chấp hành trong cơ điện tử, tích hợp trong một sản
phẩm cơ khí: hệ thống cơ khí, hệ thống điện-điện tử, hệ thống điều khiển, hệ thống
thủy khí, hệ thống vi cơ điện tử.
Bước 3:Đến các hệ thông thông tin, giám sát trong Cơ Điện Tử : Các thiết bị cảm
nhận và đáp ứng theo các kích thích của các đại lượng không điện và chuyển thành
các đại lượng điện, các thông tin của các đại lượng này được truyền về hệ thống đo


lường điều khiển, giúp nhận dạng, đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của
đối tượng. Các thiết bị giám sát điển hình như : cảm biến (sensor), camera giám sát,
các bộ chuyển đổi tín hiệu số.
Bước 4 : Điều khiển trong Cơ Điện Tử thưc hiện bài toán can thiệp vào đối tượng
điều khiển để hiệu chỉnh, để biến đổi sao cho nó có được chất lượng mong muốn.
Bước 5 : Bộ phận thực hiện sử lí đầu ra cho sản phẩm.
VI.

KẾT LUẬN

Công nghệ robot đang ngày một phát triển. Robot đang dần thay con người ở các
công việc nặng nhọc, môi trường khắc nghiêt và yêu cầu độ chính xác cao. Robot
hàn chỉ là một phần nhỏ trong hệ thông các robot công nghiệp. Chỉ tìm hiểu sơ qua
về robot hàn mà ta đã thấy được vai trò, vị trí của nó trong nền sản xuất công
nghiệp. Trong tương lai không xa sẽ có rất nhiều sản phẩm robot ra đời với tích hợp
Cơ Điện Tử có độ chính xác cao.
Hiện nay ở các nước phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt đã và đang được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất ra sản phẩm hàng hoá có chất lượng

cao với giá thành hạ. Các hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại sử dụng các tiến bộ
của khoa học kỹ thuật mà cụ thể là của bốn lĩnh vực tự động hoá, cơ khí, công nghệ
thông tin và điện tử viễn thông. Sự kết hợp của bốn lĩnh vực đã hình thành nên một
lĩnh vực mới, đó là Cơ điện tử (mechatronics). Ứng dụng được hệ thống sản xuất
linh hoạt trong sản xuất sẽ làmcho đơn giản hoá hoạt động của con người nhưng
đồng thời vẫn nâng cao được hiệu quả sản xuất. Trong một hệ thống sản xuất linh
hoạt, phạm vi điều khiển hoạt động của hệ thống không chỉ giới hạn ở các thao tác
hay vận hành hệ thống trực tiếp tại xưởng máy hay dây chuyền mà được mở rộng để
có thể điều hành và giám sát mọi hoạt động của nhà máy tại một địa điểm duy nhất
gọi là trung tâm điều khiển. Điều này được thực hiện nhờ sử dụng hệ thống mạng
truyền thông công nghiệp. Việc sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sẽ thúc
đẩy nền sản xuất phát triển theo xu hướng công nghệ cao, giảm bớt thời gian lao
động của con người.