Giáo trình Mô đun Lắp đặt, vận hành, giám sát hệ thống cơ điện tử

 
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. 
14 
 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. 
6. LẮP RÁP, LẬP TRÌNH, VẬN HÀNH TRẠM: 
1. Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 
2. Lắp ráp phần cơ khí 
3. Lắp ráp và kiểm tra hoạt động của các cụm van. 
4. Lắp ráp và kết nối các phần tử điện. 
5. Viết chương trình theo phương pháp lập trình tuần tự 
6. Nạp chương trình PLC. 
7. Vận hành và kiểm tra hoạt động 
8. Tìm và sửa lỗi cho trạm. 
BÀI TẬP ỨNG DỤNG: 
15 
16 
17 
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. 
18 
 Thanh gạt ở vị trí ban đầu (vị trí chưa gạt phôi). 
 Hoạt động: 
 Mâm xoay một góc 900 nếu có workpiece trong ngăn chứa và nút Start 
được nhấn. 
 Thiết bị kẹp giữ workpiece, động cơ mũi doa mở, trực tuyến di 
chuyến mũi doa xuống (nếu có workpiece ở vị trí doa). 
 Khi mũi doa di chuyển đến vị trí dưới, nó di chuyển ngược lên và 
dừng lại. 
 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. 
Hình 4.2. Sơ đồ hoạt động trạm 2. 
2. THIẾT KẾ, LẮP RÁP CƠ KHÍ: 
Trạm 2 với nhiệm vụ là khi có phôi ngõ vào sẽ thực hiện việc gia công 
(doa lỗ) và vận chuyển phôi sau khi gia công sang trạm kế, các phần tử tác động 
là một cơ có hộp số và có cốt trong hộp là bánh răng nón để chuyển động vuông 
góc, dùng trong việc xoay mâm quay. 
Mâm xoay là loại mâm có 4 cánh, do đó dùng để điều khiển mỗi bước góc là 
90
0
 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. 
19 
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: 
20 
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. 
21 
 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. 
22 
 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: 
23 
 Bảng địa chỉ ngõ vào/ra: 
 Lƣu đồ hoạt động: 
24 
Hình 4.11. Lưu đồ điều khiển. 
Giải thích lƣu 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. 
6. LẮP RÁP, LẬP TRÌNH, VẬN HÀNH TRẠM: 
1. Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 
2. Lắp ráp phần cơ khí 
3. Lắp ráp và kiểm tra hoạt động của các cụm van. 
4. Lắp ráp và kết nối các phần tử điện. 
5. Viết chương trình theo phương pháp lập trình tuần tự 
6. Nạp chương trình PLC. 
7. Vận hành và kiểm tra hoạt động 
8. Tìm và sửa lỗi cho trạm. 
BÀI TẬP ỨNG DỤNG: 
25 
26 
27 
BÀI 3 
 THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH TRẠM PHÂN LOẠI TRÊN HỆ 
THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 
1. GIỚI THIỆU: 
 Trạm này có chức năng phát hiện sản phẩm đến và phân loại theo đặc tính 
của sản phẩm. 
Hình 5.1. Mô hình trạm phân loại 
HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM: 
 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. 
28 
 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. 
 Thiết bị chặn thu về. 
 Workpiece vào ngăn chứa. 
 Ngừng hoạt động. 
 Động cơ băng tải ngừng. 
 Thiết bị chặn hoạt động. 
 Thanh gạt cửa 1 thu về. 
Hình 5.2. Sơ đồ hoạt động trạm. 
2. THIẾT KẾ, LẮP RÁP CƠ KHÍ: 
 Xy lanh chặn phôi được chọn là loại xy lanh tác động kép hành trình 
30mm, trên đầu có gá tay gạt, khi cần tác động gạt phôi nào xuống thùng phân 
loại thì xy lanh sẽ đưa cần gạt ra làm cho phôi sẽ rớt xuống khu vực thùng theo 
đúng yêu cầu. 
Hình 5.3. Đồ gá và tay gạt phôi. 
29 
Hình 5.4. Gá xy lanh gạt phôi. 
 Thiết kế băng tải: 
 Băng tải được thiết kế có kích thước là 50x400xl, sử dụng động cơ giảm 
tốc bằng bánh rang tốc độ ổn định, mo6men lớn, vận tốc thấp khoảng 100 
vòng/phút. 
 Các vòng bi được cố định vào miếng thép tấm có chiều dày 8mm và chiều 
dày của thép tấm là 10mm, bang tải sử dụng 4 rulô chuyển động và được gắn 
vào 2 đầu của vòng bi, một đầu có thể tang đưa lên xuống. 
 Băng tải với đáy được đệm bằng một tấm kim loại, đủ để sản phẩm di 
chuyển trên băng tải với chiều cao không đổi. 
Hình 5.5. Gá sử dụng gá bang tải. 
30 
Hình 5.6. Tấm kim loại để gá lên đế mô hinh. 
Hình 5.7. Gá rulo, vòng bi, bệ đỡ lên khung băng tải. 
 Bệ đỡ dùng để định vị và lắp miếng đệm bang tải lên bang tải, nhằm mục 
đích là để cho mặt trên của bang tải luôn bằng phẳng, hay mặt trên của bang tải 
trượt trên miếng đệm, giúp cho sản phẩm chuyển động êm khi di chuyển trên 
băng tải. 
Hình 5.8. Lắp miếng đệm băng tải lên khung băng tải. 
Hình 5.9. Băng tải hoàn chỉnh. 
Thùng chứa sản phẩm: 
 Thùng chứa sản phẩm được dựa vào bang tải và được gá với nền mô hình, 
trong mô hình sử dụng 3 thùng để chứa sản phẩm, sau khi đã phân loại sản phẩm 
xong, các sản phẩm sẽ được đưa vào 3 thùng theo đặc tính của sản phẩm. 
31 
Hình 5.10. Băng tải nhìn bên phía đặt thùng chứa 
Hình 5.11. Băng tải có đặt thùng chứa. 
 Sau khi tiến hành lắp ráp các thiết bị vào trạm ta có mô hình tổng quát: 
Hình 5.12. Mô hình hoàn chỉnh của trạm. 
3. THIẾT KẾ, LẮP RÁP MẠCH ĐIỆN: 
Lựa chọn thiết bị: 
32 
 Trạm 3 sử dụng 1 xy lanh tác động kép để gạt phôi vào thùng chứa hành 
trình 40mm (nhiệm vụ đưa phôi màu trắng vào thùng chứa đầu). 
 Sử dụng một cảm biến quang phản xạ để phân biệt phôi đen và phôi trắng, 
một cảm biến quang để phát hiện phôi đến. 
 Sử dụng động cơ có hộp số vận tốc là 100 vòng/phút dùng điện DC24V 
dùng để kéo bang tải vận chuyển sản phẩm. 
 Tại xy lanh có sử dụng 1 hành trình nam châm để phát hiện vị trí ngoài của 
hai xy lanh hành trình trong được điều khiển bằng timer của chương trình. 
Thiết kế, lắp đặt mạch điện điều khiển: 
 Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC: 
 Cảm biến sử dụng là loại PNP cho 2 cảm biến quang phản xạ. 
Hình 5.13. Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC. 
 Mạch kết nối ngõ ra PLC: 
33 
Hình 5.14. Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC. 
4. THIẾT KẾ, LẮP RÁP KHÍ NÉN: 
Hình 5.15. Sơ đồ mạch khí nén. 
34 
 Mạch sử dụng van điện từ 5/2 dùng để điều khiển xi lanh gạt phôi vào ngăn 
chứa, khi có sự cố nhấn nút dừng khẩn cấp thí cuộn coil Main Valve có điện đẩy 
lồng van 2/2 là van chính của nguồn khí nén vào tất cả các trạm sẽ không cho 
khí đi qua và như thế dừng tất cả các nguồn khí cung cấp cho các phần tử khí 
nén, do đó hệ thống sẽ ngừng hoạt động khi có sự cố. 
GHI CHÚ: 
Hình 5.17. Mạch động lực điều khiển các động cơ. 
35 
5. LẬP TRÌNH CHO TRẠM: 
5.7.1. Bảng địa chỉ ngõ vào/ra: 
Lƣu đồ điều khiển: 
Hình 5.16. Lưu đồ điều khiển. 
36 
6. LẮP RÁP, LẬP TRÌNH, VẬN HÀNH TRẠM: 
1. Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 
2. Lắp ráp phần cơ khí 
3. Lắp ráp và kiểm tra hoạt động của các cụm van. 
4. Lắp ráp và kết nối các phần tử điện. 
5. Viết chương trình theo phương pháp lập trình tuần tự 
6. Nạp chương trình PLC. 
7. Vận hành và kiểm tra hoạt động 
8. Tìm và sửa lỗi cho trạm. 
BÀI TẬP ÁP DỤNG: 
Bài 1: (Thực tập với động cơ bang tải) 
37 
38 
Bài 3: (Điều khiển toàn trạm) 
39 
BÀI 4 
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CÁC TRẠM TRONG HỆ THỐNG CƠ 
ĐIỆN TỬ 
1. GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN SCADA: 
2.ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TOÀN TRẠM 
 Tạo giao diện hmi trong wincc: 
40 
Hình 6.1 
Hình 6.2 
41 
Hình 6.3. 
Hình 6.4 
42 
Hình 6.5. 
 Hình 6.6 
43 
 Hình 6.7 Các đối tƣợng trong Object Palttte: 
44 
45 
Hình 6.8 
 Hình 6.9 
46 
Hình 6.10 
47 
Hình 6.11 
48 
Hình 6.12 
Hình 6.13 
Sau đó Click OK OK để xác lập sự kiện Mouse Action cho nút nhấn Stop. 
 Liên kết bóng đèn RUN: 
49 
Hình 6.14 
50 
Hình 6.15 
Hình 6.16 
51 
Hình 6.17 
Hình 6.18 
Hình 6.19 
52 
Hình 6.20 
Hình 6.21 
53 
Hình 6.22 
Hình 6.23 
54 
Hình 6.24 
Hình 6.25 
55 
BÀI TẬP ỨNG DỤNG: 
 Bài 1: 
1. Phân tích quá trình hoạt động hệ thống cơ điện tử 
2. Lập trình cho 3 trạm trên 
3. Minh họa quá trình giám sát hình ảnh 
4. Vận hành hệ thống có giám sát hình ảnh 
5. Sửa lỗi trên hệ thống có sự trợ giúp giám sát hình ảnh 
 Bài 2: 
1. Phân tích quá trình hoạt động hệ thống thang máy công nghiệp 
2. Lập trình cho hệ thống. 
3. Minh họa quá trình giám sát hình ảnh 
4. Vận hành hệ thống có giám sát hình ảnh 
5. Sửa lỗi trên hệ thống có sự trợ giúp giám sát hình ảnh