Đề tài Thiết kế chế tạo hệ thống MPS phục vụ giảng dạy

 LỜI CẢM ƠN
 Trong quá trình thực hiện đề tài, dù gặp rất nhiều khó khăn nhất là về kinh phí thực 
hiện nhưng cuối cùng chúng em cũng đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học đúng thời 
gian.
 Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình của chúng em đã quan tâm lo lắng và chu cấp 
kinh phí cho chúng em trong suốt 4,5 năm học đại học và thực hiện đề tài nghiên cứu khoa 
học này.
 Xin gửi lời cảm ơn đến Ths.Trần Bích Sơn đã giúp đỡ và động viên cũng như cung 
cấp các kinh nghiệm thực tế, các tài liệu liên quan cho chúng em trong suốt quá trình thực 
hiện đề tài nghiên cứu khoa học này.
 Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, các nhân viên trong khoa Cơ Điện- Điện Tử trường 
Đại Học Lạc Hồng đã tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học cũng như nhận được các 
ý kiến góp ý của các thầy cô đã giúp chúng em hoàn chỉnh và sớm hoàn thành báo cáo 
nghiên cứu khoa học. MỤC LỤC
PHẦN I GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT ĐỀ TÀI....................................................................1
CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP ....................................................................................................2
 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ...........................................................................................................2
 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI : ........................................................................................2
 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................3
 1.4 TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI..................3
 1.5 MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..........................................................4
 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................4
 2.1 KHÁI NIỆM VỀ HOẠT ĐỘNG MPS ...................................................................5
 2.2 GIỚI THIỆ HỆ THỐNG MPS CỦA FESTO.........................................................5
 2.3.1.Trạm gia công :....................................................................................................8
 2.3.2Trạm phân loại......................................................................................................9
 2.4 CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG .............................10
 2.4.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống...................................................................10
 2.4.2 Chức năng - Sơ đồ hoạt động của hệ thống .....................................................11
 2.4.2.1....................................................................................................................... 
 Trạm 1 - Trạm gia công dập nắp ..............................................................................11
 2.4.2.2....................................................................................................................... 
 Trạm 2 - Trạm phân loại sản phẩm ..........................................................................14
PHẦN II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH..............................................................16
CHƯƠNG I :THIẾT KẾ CƠ KHÍ ......................................................................................17
 1.1 TRẠM 1 - TRẠM GIA CÔNG ...............................................................................17
 1.1.1 Thiết kế cụm vận chuyển phôi..........................................................................17
 1.1.2 Thiết kế cụm gia công ......................................................................................18
 1.2 ................................................................................................................................... 
 TRẠM 2 - TRẠM PHÂN LOẠI ....................................................................................20
 1.2.1 Thiết kế băng tải ...............................................................................................20
 1.2.2 Máng trượt chứa sản phẩm...............................................................................21
CHƯƠNG II THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN-KHÍ NÉN ............................................................24 VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...........................................................................................24
 2.1 SƠ LƯỢC VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS ........................................................24
 2.1.1 Gới thiệu chung................................................................................................24
 2.1.2 Hình dáng bên ngoài và cấu trúc phần cứng ...................................................25
 2.1.2.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài ...............................................................25
 2.1.2.2...................................................................................................................... 
 cấu trúc phần cứng ..................................................................................................26
 2.1.3 Cấu trúc bộ nhớ và giao diện làm việc ............................................................28
 2.1.3.1Cấu trúc bộ nhớ: ...........................................................................................28
 2.1.3.2Giao diện làm việc:.......................................................................................28
2.2 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN - KHÍ NÉN CHO TRẠM 1...............................................30
 2.2.1 Lựa chọn thiết bị cho 2 trạm............................................................................30
 2.2.2 Thiết kế phần khí nén cho hai trạm .................................................................33
 2.2.3 Thiết kế mạch điện cho hai trạm .....................................................................34
 2.2.4 Lưu đồ điều khiển ............................................................................................37
2.3 LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ................................................................................37
 2.3.1 Lập trình cho trạm 1.........................................................................................37
 2.3.2 Lập trình cho trạm 2.........................................................................................42
 2.3.3 Khái quát về giám sát điều khiển SCADA......................................................45
KẾT LUẬN........................................................................................................................74
PHỤ LỤC...........................................................................................................................75
PHẦN I : CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH VỚI TRẠM GIA CÔNG.................................75
PHẦN II : CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH VỚI TRẠM PHÂN LOẠI .............................91
PHẦN III : CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH VỚI CẢ HAI TRẠM
 ...........................................................................................................................................10
4
DANH MỤC GIÁO TRÌNH TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................104 TÓM TẮT
Việc đào tạo, giảng dạy các môn học có kỹ thuật hiện đại như: PLC 1, mạng PLC, CNC ... 
đòi hỏi các trường phải đầu tư ban đầu rất lớn và tốn kém, do đó việc tiếp cận và được 
thực tập với các hệ thống mang tính hiện đại đối với sinh viên tại các trường ngoài công 
lập là điều rất khó khăn.
 Việc học tập các môn học trong chương trình ngành Điện khí hóa-Cung cấp điện 
như: thủy lực - khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, module sản xuất linh hoạt, hệ thống điều 
khiển quá trình ... còn thiếu hoặc chưa hoàn thiện các bộ thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm để 
sinh viên có cơ hội được học hỏi và nâng cao hiểu biết. Do xuất phát từ yêu cầu thực tế 
của Trường ĐH Lạc Hồng, nhóm nghiên cứu đã thiết kế mô hình trạm cấp phôi tự động.
 Mô hình là một hệ thống được cấu thành từ những thiết bị, linh kiện hiện đại bao 
gồm nhiều cơ cấu cơ khí, quá trình hoạt động rất quen thuộc trong lĩnh vực sản xuất, khi 
tìm hiểu và vận hành hệ thống, sẽ giúp người vận hành (ở đây là sinh viên thực tập với hệ 
thống) có cái nhìn toàn diện và nâng cao tầm hiểu biết, cũng như tri thức về quá trình sản 
xuất, các khâu hoạt động của hệ thống gồm điện - khí nén - điện tử - máy tính 1
 PHẦN I
GIỚI THIỆU KHÁI
 QUÁT ĐỀ TÀI
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY 2
 CHƯƠNG 1 : DẪN NHẬP
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
 Trong xu thế hội nhập nền kinh tế quốc tế, việc phát triển công nghiệp hóa - hiện đại 
hóa luôn được Đảng và Nhà nước ta đặt ưu tiên hàng đầu trong lĩnh vực phát triển kinh tế, 
một trong những phương châm đúng đắn và xuyên suốt trong quá trình xây dựng đất nước ta 
ngày càng phát triển trong lĩnh vực công nghệ và khoa học kỹ thuật cũng như nhiều ngành 
lĩnh vực khác là “đi tắt đón đầu” tiếp thu những thành tựu khoa học hiện đại của thế giới để 
cải tiến nền kỹ thuật nước nhà, để nước ta không còn lạc hậu về khoa học công nghệ.
 Nhờ chính sách đúng đắn này mà Việt Nam đang tiến dần, tiếp cận các công nghệ 
hiện đại của thế giới từng bước cải thiện và hoàn thiện tình trạng sản xuất lạc hậu, thủ công, 
năng suất kém và nhiều lĩnh vực nguy hiểm có tính chất độc hại đến đời sống người lao động. 
Nâng cao dần mức sống cho người dân.
 Việc tiếp thu những thành tựu khoa học kỹ thuật của thế giới cùng đi đôi với việc phát 
triển tầng lớp kế thừa có tri thức về công nghệ hiện đại đồng thời cũng có trách nhiệm phát 
huy, sáng tạo những kỹ thuật mới góp phần phát triển nền khoa học kỹ thuật nước nhà cũng 
là góp phần vào việc thúc đẩy công nghệ hiện đại đang phát trên thế giới. Nhiều công ty đã 
và đang phát triển những đội ngũ thợ có tay nghề đủ sức làm chủ các máy móc kỹ thuật tiên 
tiến của thế giới, các trường Đại học, Cao đẳng, Trung cấp nghề cũng từng bước hoàn thiện 
việc đào tạo ra đội ngũ có kiến thức về công nghệ hiện đại.
1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI :
 Việc đào tạo, giảng dạy các môn học có kỹ thuật hiện đại như: PLC, công nghệ CAD 
/CAM /CNC, hệ thống SCADA....đòi hỏi các trường cần phải đầu tư ban đầu rất lớn và tốn 
kém, do đó việc tiếp cận , nhất là đối với các hệ thống mang tính hiện đại đối với sinh viên 
nhất là tại những truờng chưa có bề dày phát triển là điều rất khó khăn.
 Việc thực tập các môn học trong chương trình ngành cơ điện như : Thủy lực-khí nén, 
kỹ thuật lập trình PLC, moduel sản xuất linh hoạt, hệ thống điều khiển qua trình
(PCS), SCADA .........còn thiếu hoặc chư hoàn thiện các bộ thí nghiệm, thiết bị thí nghiện
để sinh viên có cơ hội học hỏi và nâng cao hiểu biết.
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY 3
 Đặc biệt là trong môn học hệ thống MPS (Moduler Production System), hệ thống
PCS, SCADA......sinh viên trường ĐH Lạc Hồng chưa có bộ thí nghiện để hoàn thiện
công tác giảng dạy và thực tập cho sinh viên .
 Xuất phát từ yêu cầu thực tế của trường ĐH Lạc Hồng và được sự động viên khích lệ 
của các giáo viên trong Khoa Cơ Điện- Điện Tử, chúng em đã tiến hành thiết mô hình trạm 
MPS để phục vụ cho công tác giảng dạy những môn học trong hệ thống các môn học của 
ngành như : Thủy lực -Khí nén, hệ thống MPS, PLC... chọn đề tài nghiên cứu khoa học là: 
“Thiết Kế Chế Tao Hê Thống MPS Phuc Vu Giảng Day “
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
 Trên cơ sở việc tham khảo, quan sát, tìm hiểu các tài liệu có liên quan trên Internet.. 
.và hệ thống MPS 50 của hãng Festo đã chuyển giao cho nhiều trường đại học ở nước ta như: 
Đại học Sư phạn kỹ thuật TP.HCM, Đại học Bách khoa TP.HCM, trường Công nhân kỹ thuật 
Đồng Nai, nhóm đã thực hiện đề tài đã thiết kế xây dựng và thi công, hoàn thành hệ thống 
dựa trên chức năng hoạt động của hệ thống MPS -205 của Festo.
1.4 TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI
 Hệ thống MPS là một hệ thống được cấu thành từ những thiết bị, linh kiện hiện đại 
bao gồm nhiều cơ cấu cơ khí, quá trình hoạt động rất quen thuộc trong quá trình hoạt động 
sản xuất. Khi tìm hiểu và vận hành hệ thống sẽ giúp người vận hành (sinh viên thực tập với 
hệ thống) có cái nhìn toàn diện và nâng cao hiểu biết về quá trình sản xuất, các khâu hoạt 
động của hệ thống bao gồm : điện-khí nén -điện tử -máy tính. Đủ tri thức cần thiết để thiết kế 
các hệ thống điều khiển tự đọng trong thực tế sản xuất tại các công ty, xí nghiệp. Sau khi thực 
hành với mô hình người học sẽ có kiến thức sâu rộng hơn trong việc điều khiển và tích hợp 
hệ thống sau này.
1.5 MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
 Mô hình hệ thống MPS được thiết kế là bộ thí nghiệm phục vụ công tác giảng dạy các 
môn chuyên ngành Cơ- Điện tử như : hệ thống MPS, Thủy lực -khí nén, kỹ thuật lập trình 
PLC, kỹ thuật đo lường và cảm biến...
 Giúp sinh viên và giáo viên thực tập có điều kiện thực hành trên hệ thống, tiếp cận 
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY 4
được các thiết bị công nghiệp hiện đại (cảm biến, PLC.).
 Trong quá trình tìm hiểu các hệ thống có liên quan để tiến hành xây dựng thiết kế và 
thi công mô hình hệ thống MPS, nhóm đã thực hiện việc phân trạm hoạt động của hệ thống 
MPS của Festo gồm cụm trạm : Gia công - Phân loại. Do đó hệ thống chỉ dừng lại ở cụm 
trạm là quá trình hoạt động đáp ứng cho các môn học nêu trên, chưa thể đáp ứng cho các môn 
như Robot công nghiệp. Mặt khác do yêu cầu về thời gian thực hiện đề tài cũng như phần 
kinh phí hạn hẹp và tiết kiệm chi phí nên các thiết bị ( cảm biến , xi lanh.) được sử dụng 
trong hệ thống chưa thật sự tốt nhất do đó tính thẩm mỹ chưa cao.
1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI
Trong đề tài bao gồm các nội dunh như sau:
•Giới thiệu khái quát về đề tài
 ■Khái niệm về hoạt động MPS.
 ■Giới thiệu hệ thống MPS của Festo.
 ■Giới thiệu hệ thống MPS phục vụ giảng dạy .
 ■Chức năng và sơ đồ hoạt động của hệ thống.
• Thiết kế thi công hệ thống 
 ■Thiết kế phần cơ khí.
 ■Thiết kế phần điện - khí nén, lập trình hệ thống.
 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Mô hình dựa trên hệ thống MPS-205 của hãng Festo, hệ thống của hãng Festo dược bán trên 
thị trường có giá thành rất cao. Xuất phát từ yêu cầu thực tế của Trường ĐH Lạc Hồng chúng 
em đã tiến hành thiết kế Hệ Thống MPS nguyên lý hoạt động như nhau, tiết kiệm được chi 
phí và đảm bảo được quá trình vận hành để phục vụ cho công tác giảng dạy những môn học 
trong hệ thống các môn học của nghành Điện Công Nghiệp và cơ điện tử trong nhà trường.
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY 5
2.1 KHÁI NIỆM VỀ HOẠT ĐỘNG MPS
 Hoạt động MPS là quá trình hoạt động linh hoạt , mỗi khâu, mỗi trạm sẽ hoạt động 
riêng lẻ dựa theo quá trình sản xuất trong công nghiệp, mỗi công nhân, nhân viên làm nhưng 
công việc riêng tại mỗi tuyến, mỗi khâu riêng, nhưng những công việc của họ làm đều đưa 
đến hoàn thành sản phẩm cuối cùng
 Cũng như hoạt động MPS trong công nghiệp, hoạt động MPS trong mô hình hệ thống 
cũng có thể điều khiển hoạt động riêng lẻ từng trạm và hoạt động liên hoàn giữa các trạm tạo 
thành một dây chuyền sản xuất rất dễ tìm thấy trong việc sản xuất theo công nghiệp. Sản 
phẩm của khâu trước sẽ là nguyên liệu đầu vào của khâu sau, do đó trong hoạt động sản xuất 
các khâu hoạt động trước sẽ dừng trước còn các khâu hoạt động sau sẽ dừng sau. Ngoài ra 
cũng phải có điều kiện hoạt động, không có sản phẩm của khâu trước thì khâu sau cũng 
không hoạt động. Chính vì những lý do trên , mô hình hệ thống MPS cũng hoạt động tương 
tự như trong công nghiệp.
2.2 GIỚI THIỆ HỆ THỐNG MPS CỦA FESTO
 Hệ thống mps của hãng festo dùng trong việc giảng dạy cac môn học như: Lập trình 
PLC ( PLC của Siemen), Mạng PLC, Robot công nghiệp, Mạng truyền thông công nghiệp, hệ 
thống MPS, hệ thống PCS...
 Hệ thống MPS của Festo được thiết kế với 9 trạm hoạt động trình tự, mỗi trạm được 
điều khiển bởi 1 PLC S7-300 của hãng Siemen ( tức là có 8 PLC cho 8 trạm và 1 trạm sử 
dụng cánh tay robot của Mitsubishi)
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY 6
 Hình 1.1 : hệ thống MPS
Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ thống các trạm MPS
 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MPS PHỤC VỤ GIẢNG DẠY