Giáo trình Bài tập tổng hợp cơ điện tử - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Tác giả (chủ biên) VŨ NGỌC VƯỢNG

GIÁO TRÌNH

BÀI TẬP TỔNG HỢP CƠ ĐIỆN TỬ
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội năm 2012


Tuyên bố bản quyền
Giáo trình này sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội bộ trong
trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng và
không cho phép bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào sử dụng giáo trình
này với mục đích kinh doanh.
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 “BÀI TẬP TỔNG HỢP 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!


CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO
BÀI TẬP TỔNG HỢP CƠ ĐIỆN TỬ
Mã số mô đun: MĐ 49
Thời gian mô đun: 60 giờ

( Lý thuyết: 12 giờ; thực hành: 48 giờ)

I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN
- Vị trí:. Mô đun được bố trí sau khi học xong các môn học, mô đun chuyên
môn nghề; trước khi thực hiện mô đun thực tập tốt nghiệp.
- Tính chất: Là mô đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử.
II. MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
- 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;
- Tìm kiếm được thông tin từ các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ, internet và áp dụng
vào công việc;
- Xây dựng được giải pháp cho các vấn đề liên quan đến các quá trình tự động
hóa tay máy và vẽ các sơ đồ theo tiêu chuẩn (giản đồ trạng thái, biểu đồ chức

năng);
- Đọc, phân tích và vẽ được các bản vẽ cơ khí, sơ đồ điện-khí nén và lắp ráp
của hệ thống cơ điện tử;
- Thiết kế được chương trình ứng dụng;
- 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;
- Lắp ráp bộ phận phần tử trong hệ thống cơ điện tử và hiệu chỉnh các phần
tử;
- Nạp chương trình vào PLC và thử nghiệm, vận hành hệ thống cơ điện tử.
- Trình bày kết quả trước hội đồng đánh giá (sử dụng Power point);
- Có khả năng tự nghiên cứu để nâng cao kiến thức và kỹ năng;
- 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.
III. NỘI DUNG MÔ ĐUN:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT
Tên các bài trong mô đun
Tổng
số
1 Đề xuất giải pháp
4

Thời gian
Lý
Thực
thuyết hành
1

3

Kiểm
tra*


2
3
4

Thiết kế tài liệu
Thực hiện
Báo cáo kết quả

12
2
9
1
42
9
31
2
2
2
Cộng
60
12
44
4
*

Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính
vào giờ thực hành.
2. Nội dung chi tiết:
Bài 1 Đề xuất giải pháp
Thời gian:4 giờ
Mục tiêu:
- Đề xuất được nội dung, mô tả được yêu cầu về công nghệ của bài tập cần
thực hiện (một trạm cụ thể);
- Trình bày phương pháp thực hiện nội dung đã đề xuất
- Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập
cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình thực tập.
1. Mô tả yêu cầu công nghệ
Hệ thống điều khiển gồm có các trạm sau:
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.
Trạm Testing Station – Trạm kiểm tra – là trạm thứ 2 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.
Trạm Kiểm tra xác định đặc tính của chi tiết phôi được nạp vào. Module cảm biến
xác định màu của chi tiết và cảm biến điện dung thăm dò các chi tiết phôi mà không quan

tâm đến màu sắc. Cảm biến khuyếch tán xác định chi tiết phôi kim loại và chi tiết phôi
màu đỏ. Chi tiết phôi màu đen không được nhận biết bằng cảm biến khuyếch tán. Cảm
biến quang điện phản xạ hiển thị vùng làm việc của giá đỡ chi tiết phôi có trống hay
không trước khi chi tiết phôi được nhấc lên bằng module nâng hạ.


Cảm biến tương tự của module đo lường xác định chiều cao của chi tiết phôi. Tín
hiệu xuất cũng được số hoá qua bộ so sánh có giá trị ngưỡng điều chỉnh được hoặc cấp
cho PLC có sử dụng bộ xử lý tín hiệu tương tự thông qua khối kết nối. Xy lanh thẳng dẫn
chi tiết phôi đúng theo hướng xuôi xuống trạm qua máng trượt phía trên có đệm khí. Các
chi tiết phôi khác được phân loại ở máng phía dưới.
Trạm Gia Công – là trạm thứ 3 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. Chức năng của trạm gia công: Kiểm tra đặc tính của
các chi tiết phôi (Vị trí xác định, lỗ), gia công các cơ khí chi tiết phôi, cung cấp các chi
tiết phôi đến các trạm tiếp theo.
Trong trạm gia công, các chi tiết phôi được kiểm tra và gia công trên Bàn quay phân
độ. Bàn quay phân độ được điều khiển bởi động cơ điện một chiều. Bàn quay được định
vị trí bằng mạch Relay, với các vị trí của bàn được phát hiện bằng cảm biến điện cảm.
Trên Bàn quay phân độ các chi tiết phôi được kiểm tra và khoan trong một quá trình
song song. Cơ cấu dẫn động điện từ với cảm biến điện cảm kiểm tra chi tiết phôi đã được
đưa vào vị trí chính xác hay chưa. Trong khi khoan, chi tiết phôi được kẹp bằng cơ cấu
được dẫn động điện từ.
Trạm Tay gắp – là trạm thứ 4 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.
Chức năng của Tay gắp: Xác định rõ đặc tính vật liệu của chi tiết phôi, gắp chi tiết
phôi từ module giữ phôi, đặt chi tiết phôi vào máng trượt “kim loại / màu đỏ” hoặc màu
đen, di chuyển chi tiết phôi đến trạm tiếp theo. Trạm Tay gắp bao các phần sau đậy:
Module chứa phôi, Module PicAlfa, Module máng trượt.

Trạm tay gắp được lắp ráp bằng thiết bị tay máy 2 trục. Chi tiết phôi đưa vào được
phát hiện trong thiết bị giữ phôi bằng cảm biến ánh sáng quang phản xạ. Thiết bị tay máy
tìm chi tiết phôi từ trong giá giữ phôi bằng sự trợ giúp của bàn tay kẹp khí nén, trong đó
có lắp cảm biến quang điện. Cảm biến phân biệt giữa màu đen và không đen của chi tiết
phôi.
Các tiêu chuẩn phân biệt khác nhau có thể được định nghĩa nếu trạm được tổ hợp với
các trạm khác. Bằng cách thiết lập cơ cấu chặn của cơ khí ở cuối máng trượt, có thể vận
chuyển chi tiết phôi sang các trạm sau.
Trạm Trung Gian– là trạm thứ 5 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.
Trạm Trung Gian có nhiệm vụ như là một trạm đệm, để vận chuyển phôi, lưu trữ phôi
dạng FOFO (first in – first out), do đó chi tiết phôi không bị thay đổi vị trí, mỗi thời điểm
chỉ có 1 phôi được tách ra và vận chuyển đến trạm tiếp theo. Trạm Trung Gian bao gồm


các phần tử chính sau: Module băng chuyền trung gian, bộ chia phôi dùng khí nén và các
phần tử cơ bản khác của một trạm.
Trạm trung gian có thể chứa đệm đến 5 chi tiết phôi trước khi phân tách, cảm biến
khuếch tán ở phía khởi động của băng tải phát hiện chi tiết phôi đưa vào. Cảm biến quang
điện để báo phôi đã đến bộ tách phôi. Bộ phân tách được tác động qua xylanh hành trình
với cơ cấu cơ khí đảo chiều. Vị trí cuối cùng của hành trình xylanh được phát hiện bằng
cảm biến tiệm cận.
Trạm Lắp ráp – là trạm thứ 7 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.
Trạm Lắp ráp làm việc vùng với trạm Robot, trạm này cung cấp linh kiện cho trạm
Robot làm việc. Các công việc chính của trạm như sau: Xylanh tác động kép đẩy nắp
phôi ra khỏi ổ chứa, phôi piston có sẵn trong khay chứa với 02 loại piston khác nhau về
kích cỡ, xylanh tác động kép đẩy phôi lò xo ra khỏi ổ chứa.

Chức năng của trạm Lắp ráp: cung cấp các chi tiết phôi cho trạm Robot làm việc.
Trạm Lắp ráp bao gồm các phần tử chính là: Module ổ chứa phôi lò xo, module ổ chứa
nắp phôi, module khay đựng piston, module máng trượt và module đựng dụng cụ cho
robot làm việc và các khối module cơ bản khác
Trạm Dập phôi – là trạm thứ 8 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.
Các nắp phôi được cung cấp lần lượt từ ụ chứa và đưa vào module dập để tạo ra một
lỗ với kích thước định sẵn. Sau đó xylanh khí nén tác động kép đẩy nắp phôi đã được dập
ra khỏi vị trí và đợi ở vị trí làm việc của robot với tín hiệu là một xylanh tác động đơn.
Trạm Sorting Station – Trạm phân loại – là trạm thứ 9 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.
Phần băng tải có thể được rẽ nhánh để phân loại, nhờ có sự rẽ nhánh phân loại khác
nhau được chuyển mạch tuỳ theo chi tiết phôi. Chi tiết phôi phải được xử lý riêng lẻ để
cho không làm hỏng chức năng chuyển mạch của thiết bị rẽ nhánh. Trong Trạm Phân
loại, các chi tiết phôi tượng trưng được phân loại theo vật liệu và màu sắc. Xylanh đã
được lắp được phân loại tuỳ theo màu và vật liệu.
Chức năng của trạm Phân loại là: Phân loại các chi tiết phôi tuỳ theo đặc tính. Trạm
Phân loại bao gồm các phần sau: Module băng tải phân loại, Module máng trượt.

2. Đề xuất giải pháp
Đây là mô đun chuyên môn nghề nhằm hoàn thiện kỹ năng tổng hợp của nghề
thông qua việc tự xây dựng một hệ thống cơ điện tử. Vì vậy giáo viên đảm nhiệm
vai trò định hướng, dẫn dắt, tư vấn sinh viên trong suốt quá trình thực hiện.


- Để phát huy khả năng phối hợp làm việc theo nhóm, giáo viên có thể phân
nhóm hoặc cho sinh viên tự chọn nhóm để thực hiện nhiệm vụ cụ thể (mỗi nhóm từ
4-6 sinh viên);

- Sinh viên phải xây dựng trạm dựa trên các phần tử có sẵn, để đảm bảo các
nhóm không trùng chủ đề, bởi vậy giáo viên phải định hướng cho các nhóm lựa
chọn đề bài cho phù hợp;
- Để phát huy tư duy sáng tạo và độc lập giải quyết vấn đề, giáo viên có thể
chỉ nêu vấn đề hoặc mô tả yêu cầu công nghệ để sinh viên tư duy đề xuất ý
tưởng/giải pháp và phương án giải quyết vấn đề.
- Phần tự chế tạo phần tử cơ khí, giáo viên cần chú ý đến chất lượng và độ
chính xác gia công.
3. Trình bày giải pháp đã đề xuất
Bước 1: 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.
Bước 2: Vận hành – Hiệu chỉnh trên trạm
Bước 3: Vận hành – Hiệu chỉnh trên trạm mở rộng
Bước 4: Vận hành – Nạp chương trình và chạy thử
Bước 5: lập trình điều khiển ứng dụng trạm kiểm tra.


Bài 2 Thiết kế tài liệu
Mục tiêu:
- Mô tả quá trình hoạt động và biểu đồ bước hành trình;
- Thiết kế bản vẽ chế tạo ít nhất một phần tử cơ khí thay thế cho phần tử của
một trạm cụ thể;
- Thiết lập sơ đồ mạch, viết chương trình
- Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập
cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình thực tập.
1. Mô tả quá trình
2. Thiết kế biểu đồ bước hành trình
3. Thiết kế bản vẽ cho phần tử cơ khí
4. Thiết kế sơ đồ mạch

5. Thiết kế chương trình


Bài 3 Thực hiện
Mục tiêu:
- Chế tạo phần tử cơ khí và lựa chọn các phần tử điện theo sơ đồ đã thiết kế;
- Lắp ráp, kết nối các phần tử, vận hành và kiểm tra hoạt động của trạm;
- Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập
cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình thực tập.
1. Chế tạo phần tử cơ khí;
2. Lắp ráp, kết nối các phần tử của trạm cơ điện tử
3. Vận hành, kiểm tra hoạt động của trạm cơ điện tử


Bài 4 Trình bày kết quả
Mục tiêu:
- Trình bày được quá trình thực hiện bài tập
- Vận hành trạm
- Tự đánh giá mức độ hoàn thành
1. Trình bày kết quả (sử dụng Power point)
2. Đánh giá mức độ hoàn thành.
IV. ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN:
1. Vật liệu:
- Bảng gá lắp
- Thanh lắp ráp nhôm và đầu nối đa năng.
- Các phần tử khí nén.
- Bảng nối dây có các cổng nối.
- Các phần tử điện.
- Các phần tử điện(rơ le, đèn, khóa,…).
- Máng cáp, thanh ray.

2. Dụng cụ và trang thiết bị:
- Bàn máy tính và máy tính để bàn PC kết nối Internet.
- Một hệ thống cơ điện tử đầy đủ bao gồm nhiều trạm đơn lẻ bao gồm:
- Trạm cơ điện tử lắp trên mặt giá nhôm.
- Bàn đẩy chuyên dùng có bánh xe.
- Mô đun PLC công nghiệp và các phụ kiện.
- Bảng điều khiển.
- Bộ công cụ đồng hồ vạn năng.
- Bộ các phần tử điện cho lắp đặt điện.
- Bộ thiết bị đào tạo về cảm biến.
- Hệ thống fielbus cho băng tải và trạm
- Máy chiếu
3. Học liệu:
Tài liệu liên quan đến hệ thống cơ điện tử; nguồn thông tin từ Internet
4. Nguồn lực khác:
Phòng thực hành cơ điện tử
V. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ
Người học sẽ làm theo nhóm thực hiện xây dựng một trạm cơ điện tử.
1. Đánh giá kiến thức, kỹ năng thông qua các nội dung:
- Tài liệu thiết kế trạm;
- Hoạt động và chất lượng của trạm;


- Trình bày kết quả.
2. Đánh giá thái độ thông qua:
- Cẩn thận, nghiêm túc khi làm việc.
- Tuân thủ các qui định về an toàn
- Biểu lộ tinh thần trách nhiệm và hợp tác trong quá trình làm việc.
VI. HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN
1. Phạm vi áp dụng chương trình:

Chương trình này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Trung cấp nghề và
Cao đẳng nghề “Cơ điện tử”.
2. Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mô đun:
3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý:
Trọng tâm của mô đun là nội dung các bước 1, 2, 3, 4.
4. Tài liệu tham khảo:
- Tài liệu của các trạm trên hệ thống cơ điện tử
- FESTO-DIDACTIC: Fieldbus AS-Interface-workbook No. 534272.
- FESTO-DIDACTIC: Fieldbus Profibus DP –workbook No.534273