Hướng dẫn thực hành các trạm MPS

HỆ THỐNG MPS

-1-

TỔNG QUAN HỆ THỐNG MPS
Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, Đảng và Nhà
nước ta đã chủ trương đầu tư phát triển các ngành khoa học có hàm lượng tri thức
cao, với vai trò quan trọng của mình tự động hóa được xem là một trong những
lónh vực chủ đạo nhận được sự quan tâm đó.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hoá ngày nay không chỉ
gói gọn ở mỗi một ngành như cơ khí, điện, điện tử, tin học… Mà là sự kết hợp
hài hoà của tất cả các ngành trên. Chính sự kết hợp hài hòa đó tự động hóa đã
đạt được nhiều thành tựu cao.
Để giúp cho người học sau khi đã cơ bản hòan tất các môn học chuyên
ngành có thể tiếp cận với một hệ thống sản xuất tự động ngay từ khi còn ngồi
trên ghế nhà trường, hãng Festo (Đức) đã chế tạo ra mô hình trạm MPS (Modular
Production System). Trạm MPS là một công cụ dạy học được xem là lý tưởng
nhất, hệ thống gồm có 9 trạm, nó là một quá trình sản xuất gia công có tính chất
liên tục, từ việc cấp phôi, gia công, lắp ráp đến phân lọai sản phẩm, gắn liền với
quá trình sản xuất trong thực tế. Trạm MPS là sự kết hợp hài hoà giữa điện, điện
tử, cơ khí, tin học, thuỷ lực, khí nén, và kỹ thuật lập trình PLC, mô phỏng bằng
phần mềm Cosimir, giám sát hệ thống sản xuất bằng phầm mềm WinCC…


HEÄ THOÁNG MPS

-2-


HỆ THỐNG MPS

-3-

MỘT SỐ QUI ĐỊNH KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG MPS
1.Sinh viên chỉ được sử dụng hệ thống khi có sự cho phép của giáo viên.
2.Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn trước khi sử dụng.
3.Chỉ được phép kết nối hoặc ngắt dây nối tín hiệu khi nguồn điện đã tắt.
4.Chỉ sử dụng điện áp tối đa lên đến 24V.
5.Chỉ được sử dụng nguồn khí có áp suất tối đa là 8bar.
6.Chỉ bật nguồn cấp khí khi việc kết nối các thiết bò khí nén đã hoàn tất.
7.Luôn theo dõi hệ thống khi nguồn cấp khí đã được bật.
8.Không được dùng tay di chuyển bất kỳ vật gì gần robot khi robot hoạt động.
9.Cuối quá trình hoạt động tay gắp của robot không được giữ phôi.


HỆ THỐNG MPS

-4-

I. TRẠM 1 (TRẠM PHÂN PHỐI - DISTRIBUTION STATION)
1.Chức năng:
-Tách rời (separate out) phôi
(workpiece) ra khỏi ngăn chứa
(stack magaqzine module) .
-Vận chuyển (transfer) các phôi
sang trạm kế bằng thiết bò tay
quay (rotary drive) có gắn giác
hút (suction cup).

2.Trạm phân phối bao gồm các module sau:
-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 bò (profile plate)
3.Vai trò một số module chính
của trạm phân phối:
-Module ngăn 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 vò
trí để chuẩn bò vận chuyển. Các
phôi trong ngăn chứa hình tròn được
nhận biết bằng cảm biến quang thu
phát độc lập (optoelectronic sensor)
(B4). Vò trí của phôi đẩy ra được
nhận biết bằng cảm biến tiệm cận
nam châm (magnetic proximity sensor) (1B1, 1B2).
-Module vận chuyển:
Là một thiết bò sử dụng khí nén. Phôi được nhặt bằng giác hút và vận chuyển
bằng thiết bò quay. Góc quay có thể điều chỉnh từ 0 đến 1800 bằng cách sử dụng
thiết bò cơ khí để cản lại. Vò trí cuối được phát hiện bằng công tắc hành trình
(limitted sensor) (3S1, 3S2).


HỆ THỐNG MPS

-5-

4.Họat 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
+Giác hút hút phôi
+Tay quay quay sang trạm 2 đồng thời piston đẩy phôi rút về
+Giác hút nhả phôi
+Tay quay quay về trạm 1, kết thúc chu trình
Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động
Nhấn nút Reset:
+Piston ở vò trí ngòai
+Giác hút nhả phôi
+Tay quay ở trạm 1
Thể hiện dưới dạng ký hiệu:
Piston đẩy phôi (A):
A+: Piston rút vào (phôi bò đẩy ra)
A-: Piston đi ra
Tay quay (B):
B+: Tay quay quay sang trạm 2
B-: Tay quay quay về trạm 1
Giác hút (C):
C+: Giác hút hút phôi
C-: Giác hút nhả phôi
Chu trình:

Start + X1

Y1(B+) -> X2(Y1∧3S2)

Y2(A+) ->X3(Y2)


HỆ THỐNG MPS

-6-

5.Bảng đòa chỉ:
Kí
ðịa Mức logic ở trạng
hiệu chỉ
thái bình thường
1B2

I0.1

0

1B1

I0.2

0

2B1

I0.3

0

3S1

I0.4

0

3S2

I0.5

0

B4

I0.6

1

IP_FI

I0.7

0

S1
S2

S3
S4

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3

0
1
0
0

1Y1

Q0.0

0

2Y1

Q0.1

0

2Y2

Q0.2

0

3Y1

Q0.3

0

3Y2

Q0.4

0

H1
H2
H3

Q1.0
Q1.1
Q1.2

0
0
0

Chức năng
Cảm biến tiệm cận nam châm, báo hiện tại
piston đang ở vị trí bên ngồi
(phôi chưa được đẩy ra)
Cảm biến tiệm cận nam châm, báo hiện tại

piston đang ở bên trong (phôi đã được
đẩy ra)
Cảm biến áp suất chân khơng. Cho biết đủ
áp suất chân khơng để hút phôi
Cơng tắc hành trình điện cơ. Cho biết tay
quay đang ở trạm 1
Cơng tắc hành trình điện cơ. Cho biết tay
quay đang ở trạm 2.
Cảm biến quang thu phát độc lập. Cho biết
phôi có trong ngăn chứa
Cảm biến quang thu tín hiệu hồng ngoại
nhận biết trạm 2 đang bận
Nút nhấn Start
Nút nhấn Stop
Công tắc chọn chế độ
Nút nhấn Reset
Cuộn dây của 1V1, điều khiển xylanh đẩy
phôi từ ngăn chứa. Khi bị tác động thì
phôi sẽ bị đẩy ra khỏi ngăn chứa
Cuộn dây của 2V1, điều khiển giác hút.
Khi bị tác động thì giác hút sẽ hút phôi
Cuộn dây của 2V1, điều khiển giác hút.
Khi bị tác động thì khơng khí sẽ tràn vào
cửa U của giác hút để đẩy phôi ra khỏi
giác hút
Cuộn dây của 3V1, điều khiển động cơ tay
quay. Khi bị tác động thì tay quay sẽ quay
về trạm 1
Cuộn dây của 3V1, điều khiển động cơ tay
quay. Khi bị tác động thì tay quay sẽ quay

sang trạm 2
ðèn báo trạng thái Start
ðèn báo trạng thái Reset
ðèn báo có phôi trong ngăn chứa


6.Sô ñoà keát noái CPU S7-300:

HEÄ THOÁNG MPS

-7-


7. Sơ ñồ mạch ñiện Panel ñiều khiển:

HEÄ THOÁNG MPS

-8-


8.Sơ đồ mạch cảm biến:

HỆ THỐNG MPS

-9-


9.Sô ñoà mạch ñèn hiển thị:

HEÄ THOÁNG MPS

- 10 -


10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

HỆ THỐNG MPS

- 11 -


11.Sụ ủo maùch ủin _ khớ neựn:

HE THONG MPS

- 12 -


HỆ THỐNG MPS

- 13 -

II. TRẠM 2 (TRẠM KIỂM TRA - TESTING STATION)
1.Chức năng:
-Xác đònh tính chất vật liệu của phôi
(workpiece material characteristics)
-Xác đònh chiều cao của phôi (workpiece
height)
-Loại các phôi không đạt
-Chuyển các phôi đạt tiêu chuẩn (standard

workpiece) tới trạm tiếp theo
2.Trạm kiểm tra bao gồm các module sau:
-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 bò (profile plate)
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 đònh có phôi.
+Cảm biến tiệm cận điện dung (capacitive proximity sensor) (B2) xác đònh
phôi là kim loại hay phi kim.
-Module 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 ra.
+Các ống dẫn khí nén
(plastic tubing) cung cấp khí
cho xylanh và dây dẫn điện
(cho van điện) nằm chung
trong cáp dẫn.
+Cuối hành trình của xylanh nâng được nhận biết bằng tiệm cận nam châm
(magnetic proximity sensor) (1B1, 1B2).

HỆ THỐNG MPS

- 14 -

-Module đo lường:
Bộ đo gồm một cảm biến nhận
tín hiệu dạng tương tự (B5) để xác
đònh 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 trò 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:

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:
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

đònh thích hợp.


HỆ THỐNG MPS

- 15 -

4.Họat động:
-Điều kiện họat động:
+Cảm biến quang (Part_Av) xác đònh có phôi.
+Cảm biến gương phản xạ (B4) xác đònh không có tay quay ở trạm 2.
+Cảm biến nhận tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 3 không bận.
+Người dùng nhấn nút Start (S1)
-Quy trình họat động:
Nhấn nút Start:
+Cảm biến tiệm cận điện dung (B2) kiểm tra phôi là kim loại (metal) hay
phi kim (non_metal).
+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 đònh 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 đònh trước, rút piston về, kết thúc chu trình
Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động
Nhấn nút Reset:
+Bộ nâng ở dưới
+Piston ở trong
+Đệm khí tắt


HỆ THỐNG MPS
5.Bảng đòa chỉ:
Kí
ðịa
hiệu
chỉ

- 16 -

Mức logic ở trạng
thái bình thường

Chức năng

IP_N
FO
H1

Q0.7

0

Q1.0

1

Cảm biến quang thu phát độc lập nhận
biết có phơi trong ngăn chứa
Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để
phân biệt phơi là kim loại hay phi kim
(tich cuc khi phoi la kim loai)
Cảm biến gương phản xạ nằm phía
trên phôi xác đònh không có tay quay ở
trạm 2
Cảm biến tương tự xác đònh chiều cao
của phôi, ngõ ra tích cực khi phôi đủ
độ cao
Cảm biến tiệm cận nam châm nhận
biết bộ nâng đang ở vò trí trên
Cảm biến tiệm cận nam châm nhận
biết bộ nâng đang ở vò trí dưới
Cảm biến tiệm cận nam châm nhận
biết piston đẩy phôi đã được rút về
Cảm biến quang thu tín hiệu hồng
ngoại nhận biết trạm 4 đang bận
Nút nhấn Start
Nút nhấn Stop
Công tắc chọn chế độ
Nút nhấn Reset
Cuộn dây của 1V1, khi bị tác động sẽ
điều khiển piston đưa bộ nâng đi xuống
Cuộn dây của 1V1, khi bị tác động sẽ

điều khiển piston đưa bộ nâng đi lên.
Cuộn dây của 2V1, khi bị tác động sẽ
điều khiển piston đẩy vật đi ra
Cuộn dây của 3V1, khi bị tác động sẽ
cung cấp khí thổi vật.
Cảm biến quang phát tín hiệu hồng
ngoại báo trạm 2 đang bận
ðèn báo trạng thái Start

H2

Q1.1

0

ðèn báo trạng thái Reset

0

Đèn báo tính chất của phơi, đèn tắt khi
phơi đen, đèn sáng khi phơi đỏ hoặc
kim lọai

Part
AV

I0.0

0

B2

I0.1

0

B4

I0.2

1

B5

I0.3

0

1B1

I0.4

0

1B2

I0.5

0

2B1

I0.6

0

IP_FI

I0.7

0

S1
S2
S3
S4

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3

0
1
0
0

1Y1

Q0.0

0

1Y2

Q0.1

0

2Y1

Q0.2

0

3Y1

Q0.3

0

H3

Q1.3


6.Sô ñoà keát noái CPU S7-300:

HEÄ THOÁNG MPS

- 17 -


7. Sơ ñồ mạch ñiện Panel ñiều khiển:

HEÄ THOÁNG MPS

- 18 -


8.Sơ đồ ngõ vào cảm biến:

HỆ THỐNG MPS

- 19 -


9.Sô ñoà mạch ñèn hiển thị:

HEÄ THOÁNG MPS

- 20 -


10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:

HỆ THỐNG MPS

- 21 -

11.Sụ ủo maùch ủin _ khớ neựn:

HE THONG MPS

- 22 -


HỆ THỐNG MPS

- 23 -

III. TRẠM 3 (TRẠM GIA CÔNG - PROCESSING STATION)
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
2.Trạm gia công bao gồm các module
sau:
-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 bò (profile plate)

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 vò trí
phù hợp với rơle, với vò 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 vò 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:
+Module mâm quay được điều
khiển bởi những bánh răng (gear)
của động cơ một chiều DC. 6 vò trí
của đóa được xác đònh 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.


HỆ THỐNG MPS

- 24 -

-Module kiểm tra:
+Phôi được đưa vào đúng vò 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:
+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.Vò trí cuối được giới hạn bởi công tắc hành trình (1B1, 1B2).


HỆ THỐNG MPS

- 25 -

4.Quy trình họat động:
-Điều kiện họat động:
+Có phôi trong ngăn chứa
+Mũi doa ở vò trí trên
+Tay gạt phôi ở vò trí trong
+Thiết bò 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
Kiểm tra lỗ phôi
Thực hiện quá trình doa
Đợi có phôi mới ởø ngăn chứa
Phôi có lỗ và có phôi mới ở ngăn chứa: (*)
Mâm quay quay 600
Kiểm tra lỗ phôi
Thực hiện quá trình doa
Gạt phôi sang trạm kế
Đợi có phôi mới ở ngăn chứa
Quay về bước (*)
Phôi không có lỗ: Kết thúc chu trình
+Phôi không có lỗ: Kết thúc chu trình
Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat động
Nhấn nút Reset:
+Motor doa tắt
+Mũi doa ở vò trí trên
+Động cơ mâm quay tắt
+Cần gạt ở vò trí bên trong
+Thiết bò giữ phôi rút về