1. Trang Chủ
  2. Điện - Điện tử
  3. Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM với mục tiêu giúp các bạn có thể mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc modul; Phân tích được nguyên lý vận hành của các modul cấp phôi, kiểm tra, gia công, vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây. ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRỊNH THỊ HẠNH(Chủ biên) TẠ VĂN BẰN

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện - Điện tử

Số trang 96

Ngày tạo 4/7/2023 7:23:08 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 4.23 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM (Nghề: ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRỊNH THỊ HẠNH(Chủ biên) TẠ VĂN BẰNG – BÙI VĂN CÔNG GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019
  2. 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 “Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM” 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 chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Trịnh Thị Hạnh 1
  3. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 1 MỤC LỤC ............................................................................................................ 2 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ................................................................................ 4 HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM .............................................. 4 Chương 1 .......................................................................................................... 7 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS ........................................................... 7 1.1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS ........................................................... 7 1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS ............................................. 7 1.3. Giới thiệu về hệ thống điều khiển của MPS ........................................ 11 1.4. Giới thiệu phần mềm trên MPS ........................................................... 12 Chương 2 ........................................................................................................ 14 Cảm biến trên MPS ....................................................................................... 14 2.1. Giới thiệu các loại cảm biến................................................................. 14 2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến ...................................................... 17 2.3. Cách thức kết nối cảm biến .................................................................. 29 2.4. Thực hành với encorder ....................................................................... 95 Chương 3 ........................................................................................................ 96 Các cơ cấu chấp hành trên MPS.................................................................. 96 3.1. Giới thiệu các cơ cấu chấp hành .......................................................... 96 3.2. Hệ thống khí nén .................................................................................. 97 3.3. Hệ thống thủy lực ............................................................................... 110 3.4. Động cơ DC ....................................................................................... 112 Chương 4 ...................................................................................................... 116 Hệ thống điều khiển và giám sát MPS ...................................................... 116 4. 1. Giới thiệu PLC .................................................................................. 116 4.2. Giới thiệu WINCC ............................................................................. 119 4.3. Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC ................................... 119 Chương 5 ...................................................................................................... 123 2
  4. Các mô dun của hệ thống MPS .................................................................. 123 5.1. Mô đun cấp phôi................................................................................. 123 5.2. Mô đun kiểm tra ................................................................................. 124 5.3. Mô đun gia công................................................................................. 125 5.4. Mô đun vận hành................................................................................ 127 5.5. Mô đun robot ...................................................................................... 127 5.6. Mô đun lắp ráp ................................................................................... 128 5.7. Mô đun Dập........................................................................................ 129 5.8. Mô đun phân loại ............................................................................... 130 Tài liệu tham khảo ...................................................................................... 132 3
  5. GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Tên mô đun: Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM Mã số mô đun: MĐ 42 Thời gian mô đun: 60 giờ (LT: 16 giờ; TH/TT/TN/BT/TL: 44 giờ) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN - Vị trí: Trước khi học mô đun này học sinh phải hoàn thành: MH 07; MH 08; MH 10; MH 12, MH 13, MĐ 15 MH 16 MH 17, MĐ 18, MĐ 21, MĐ 22, MĐ 23, MĐ 24, MĐ 25, MĐ 26, MĐ 27, và MĐ 28, MĐ 29, MĐ 30, MĐ 31, MĐ 32, MĐ 33, MĐ 34, MĐ 35. - Tính chất: Là mô đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử. II. MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN - Mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc modul. - Phân tích được nguyên lý vận hành của các modul cấp phôi, kiểm tra, gia công, vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul - Thực hiện được công việc bảo trì, bảo dưỡng các mô đun cấp phôi, kiểm tra, gia công ,vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. 4
  6. III. NỘI DUNG MÔ ĐUN 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian Thời gian Thực hành/thực Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý tập/thí Kiểm TT số thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận 1 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS 10 4 6 1.1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS. 1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS. 1.3. Giới thiệu về hệ thống điều khiển của MPS. 1.4. Giới thiệu phần mềm trên MPS. Kiểm tra 2 Cảm biến trên MPS 5 4 1 2.1.Giới thiệu các loại cảm biến 2.2.Nguyên lý hoạt động của cảm biến 2.3.Cách thức kết nối cảm biến 3 Các cơ cấu chấp hành trên 5 4 1 MPS 3.1. Giới thiệu các cơ cấu chấp hành 3.2. Hệ thống khí nén 3.3. Hệ thống thủy lực 3.4. Động cơ DC 4 Hệ thống điều khiển và 20 4 14 2 5
  7. giám sát MPS 4.1.Giới thiệu PLC 4.2.Giới thiệu WINCC 4.3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC 5 Các mô dun của hệ thống 20 19 1 MPS 5.1. Mô đun cấp phôi 5.2. Mô đun kiểm tra 5.3. Mô đun gia công 5.4. Mô đun vận hành 5.5. Mô đun robot 5.6. Mô đun lắp ráp 5.7. Mô đun Dập 5.8. Mô đun phân loại Kiểm tra Cộng 60 16 41 3 6
  8. Chương 1 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS 1.1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS 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. Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển. Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng. 1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác. Các quá trình này bao gồm 2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ). - Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu. - Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được. Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi ...). Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm. 1.2.1. Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation) Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất. Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất. Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa). Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến. Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động 7
  9. thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần sự tham gia của con người. Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm cơ sở cho các quyết định điều khiển. - Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến. - Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng. QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp... Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra... Có thể tự động hóa một số hoặc toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp. Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần. Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường. Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu. Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất 8
  10. Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất hiện Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con người bằng máy Động cơ máy tiện, băng tải... 1775 Tự động hóa từng phần Thay thế công việc điều khiển thiết bị của công nhân bằng máy NC, CNC, MRP 1956-1960 Tự động hóa ở mức độ cao Sản xuất tự động tích hợp có tính đến môi trường của từng thành phần riêng biệt FMS,CAD/CAM 1970-1975 Sản xuất tích hợp Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ giúp của hệ thống máy tính để thực hiện các QTSX tích hợp CIM, nhà máy tương lai 1985-1990 1.2.2. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song. Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau: Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được. Ly – là tính linh hoạt yêu cầu. Nếu ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn. Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết. Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo. Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức. - Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển. -Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất. Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài. Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm 1.2.3. Tự động hóa sản xuất linh hoạt Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy 9
  11. tính. Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ). 1.2.4. Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS) Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. 1.2.5. Môđun sản xuất linh hoạt Môđun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. Thiết bị này thực hiện một cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS. 1.2.6. Rôbôt công nghiệp Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hoặc di động, nó gồm một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy, có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất. Nó có thể sử dụng như một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh. Các Rôbốt thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, vòng kín (P,PI, PD, PID – Proprotional Integral Derivative), các hệ thống điều khiển theo chương trình lôgic (PLC – Programmable Logic Controllers), các hệ thống cảm biến thực hiện các chức năng như nghe, nhìn, sờ, ngửi, nói...vì vậy chúng được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như y tế, dịch vụ, gia công, lắp ráp... 1.2.7. Tổ hợp Rôbôt công nghệ Tổ hợp rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công nghiệp và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động. 1.2.8. Dây chuyền tự động linh hoạt Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định. 1.2.9. Công đoạn tự động hóa linh hoạt Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ. 10
  12. 1.2.10. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định. 1.2.11. Nhà máy tự động hóa linh hoạt. Nhà máy tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, tổ hợp rôbôt công nghệ và phân xưởng tự động hóa linh hoạt được nối kết với nhau theo nhiều phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm. 1.3. Giới thiệu về hệ thống điều khiển của MPS 1.3.1. CAD (Computers Aided Design – thiết kế có trợ giúp của máy tính) Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, phần mềm chuyên dụng (autoCAD, Matlab, Catia...) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian 3D, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi ngay trên màn hình, lưu giữ, nhân bản... Cho phép tiết kiệm thời gian, vật liệu và các chi phí khác của giai đoạn thiết kế. 1.3.2. CAP (Computers Aided Planning – lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính) Nhờ máy tính mà các hoạt động cần thiết để chế tạo sản phẩm được thiết lập một cách nhanh chóng, chính xác và tối ưu. CAP đảm bảo kế hoạch sản xuất tối ưu của một nhà máy. CAP bao gồm hai công cụ sản xuất quan trọng là MRP (Manufacturing Resource Planning – lập kế hoạch tiềm năng sản xuất) và CAPP (Computers Aided Process Planning – lập quy trình có trợ giúp của máy tính). CAPP giúp người lạp quy trình chọn thứ tự nguyên công tối ưu để chế tạo sản phẩm. 1.3.3. CAM (Computers Aided Manufacturing – sản xuất có trợ giúp của máytính) Khâu điều hành quá trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống điều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính. CAM cho phép thực hiện việc lập kế hoạch, điều khiển, hiệu chỉnh và kiểm tra nguyên công cùng toàn bộ quá trình gia công chế tạo sản phẩm. 11
  13. 1.3.4. CAQ (Computers Aided Quality Control – kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính) CAQ cho phép kiểm tra chất lượng sản phẩm và chất lượng công việc trong toàn bộ hệ thống sản xuất. 1.3.5. CAD/CAM (Computers Aided Design/Computers Aided Manufacturing – thiết kế/sản xuất có trợ giúp của máy tính) CAD/CAM là hệ thống kết hợp, nó bao gồm các kỹ thuật sản xuất CAD, CAP, CAM và CAQ. 1.3.6. PP & C (Production Planning and Control) Chức năng PP & C là hoạt động tổ chức của CIM. Nó liên quan đến kế hoạch tiềm năng sản xuất, lập kế hoạch nhu cầu vật tư, nhu cầu thời gian và kiểm tra hệ thống sản xuất. 1.3.7. CIM (Computer Integrated Manufacturing – sản xuất tích hợp có trợ giúpcủa máy tính) CIM bao gồm tất cả các hệ thống kỹ thuật: CAD, CAP, CAM, CAQ và PP & C. Ví dụ: Hệ thống Open CIM - ASRS: kho hàng tự động. Trạm gia công: CNC Lathe, CNC Mill... Băng tải (conveyor) - Robot. Máy chủ + phần mềm (Server + software) 1.4. Giới thiệu phần mềm trên MPS Cài đặt và sử dụng phần mềm STEP 7 - Micro/win. Trình tự thực hiện cài đặt STEP7-Micro/Win: Cho đĩa CD STEP7-Micro/Win vào trong ổ CDROOM của máy tính. Trình hỗ trợ cài đặt sẽ tự động bắt đầu và nhanh chóng, chỉ cần làm theo các bước để hoàn tất quá trình cài đặt. Hình 1.1. Cửa sổ chọn điều kiện License khi cài đặt Trên cửa sổ này, ta chọn chuẩn PC/PPI cable(PPI) rồi bấm OK. Trên màn hình sẽ hiện ra cửa sổ: 12
  14. Hình 1.2. Cửa sổ chọn chế độ khi kết thúc quá trình cài đặt Trên cửa sổ này, nếu cần khởi động lại PC ngay thì chọn Yes, nếu không thì chọn No, rồi bấm OK. Đên đây quá trình cài đặt kết thúc. Sau khi cài đặt xong phần mềm, bạn đã có thể tiến hành lập trình cho PLC!. Ở đây chúng tôi giới thiệu với các bạn phần mềm STEP7-Micro/Win phiên bản 4.0 theo chuẩn công nghiệp IEC 1131-3. Hình 1.3. Phần mềm STEP7-Micro/Win phiên bản 4.0 theo chuẩn công nghiệp IEC 1131-3 Kiểm tra Khi không có thông báo lỗi thì bạn có thể nạp chương trình xuống PLC bằng cách nhấn vào biểu tượng Trên cửa sổ này ta ấn Download rồi ấn OK. Nếu PLC của bạn đang ở chế độ “STOP mode” thì việc download sẽ thực hiện ngay, còn nếu PLC của bạn đang ở chế độ “RUN mode” thì một hộp thoại sẽ hiện ra yêu cầu bạn phải chuyển sang chế độ “STOP mode”, hãy ấn OK: Hình 1.4. sổ xác nhận Download chương trình Khi download xong bạn muốn cho PLC hoạt động thì ấn vào biểu tượng . Khi hiện ra hộp thoại thông báo, nhấn OK. 13
  15. Chương 2 Cảm biến trên MPS 2.1. Giới thiệu các loại cảm biến Cảm biến – sensor: xuất phát từ chữ “ sense” nghĩa là giác quan – do đó nó như các giác quan trong cơ thể con người. Nhờ cảm biến mà mạch điện, hệ thống điện có thể thu nhân thông tin từ bên ngoài. Từ đó, hệ thống máy móc, điện tử tự động mới có thể tự động hiển thị thông tin về đại lượng đang cảm nhận hay điều khiển quá trình định trước có khả năng thay đổi một cách uyển chuyển theo môi trường hoạt động. Để dễ hiểu có thể so sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giác quan của người như sau: 5 giác quan Thay đổi môi trường Thiết bị cảm biến Thị giác Ánh sáng, hình dạng, kích Cảm biến thu hình, cảm thước, vị trí xa gần, màu sắc. biến quang. Xúc giác Áp suất, nhiệt độ, cơn đau, tiếp Nhiệt trở, cảm biến tiệm xúc, tiệm cận, ẩm, khô. cận, cảm biến độ rung động. Vị giác Ngọt, mặn, chua cay, béo. Đo lượng đường trong máu. Thính giác Âm rầm bổng, sóng âm, âm Cảm biến sóng siêu âm, lượng. mi-cro. Khứu giác Mùi của các chất khí, chất lỏng. Đo độ cồn, thiết bị cảm nhận khí ga. Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lýđược. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m) Phân loại cảm biến Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây: Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng: Hiện tượng vật lý: - Nhiệt điện - Quang điện 14
  16. - Quang từ - Điện từ - Quang đàn hồi - Từ điện - Nhiệt từ... Hiện tượng hoá học: - Biến đổi hoá học - Biến đổi điện hoá - Phân tích phổ ... - Biến đổi sinh hoá Hiện tượng sinh học : - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng trên cơ thể sống ... Phân loại theo dạng kích thích Âm thanh: - Biên pha, phân cực - Phổ - Tốc độ truyền sóng ... Điện: - Điện tích, dòng điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, hằng số điện môi ... Từ: - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Từ thông, cường độ từ trường - Độ từ thẩm ... Quang: - Biên, pha, phân cực, phổ - Tốc độ truyền 15
  17. - Hệ số phát xạ, khúc xạ - Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ ... Cơ: - Vị trí - Lực, áp suất - Gia tốc, vận tốc - Ứng suất, độ cứng - Mô men: - Khối lượng, tỉ trọng - Vận tốc chất lưu, độ nhớt ... Nhiệt: - Nhiệt độ - Thông lượng - Nhiệt dung, tỉ nhiệt ... Bức xạ: - Kiểu - Năng lượng - Cường độ ... Theo tính năng của bộ cảm biến : - Độ nhạy - Độ chính xác - Độ phân giải - Độ chọn lọc - Độ tuyến tính - Công suất tiêu thụ - Dải tần - Độ trễ - Khả năng quá tải - Tốc độ đáp ứng - Độ ổn định 16
  18. - Tuổi thọ - Điều kiện môi trường - Kích thước, trọng lượng Phân loại theo phạm vi sử dụng - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Môi trường, khí tượng - Thông tin, viễn thông - Nông nghiệp - Dân dụng - Giao thông - Vũ trụ - Quân sự Phân loại theo thông số của mô hình mạch điện thay thế : + Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng. + Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M .... tuyến tính hoặc phi tuyến. 2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến 2.2.1. Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ tạo ra tín hiệu điện đầu ra tỷ lệ với nhiệt độ, hầu hết các cảm biến nhiệt độ có hệ số nhiệt dương điều đó có nghĩa rằng tín hiệu điện đầu ra tăng lên khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, một số cảm biến có hệ số nhiệt độ âm có nghĩa là tín hiệu điện đầu ra tăng khi nhiệt độ giảm. Việc xác định thang đo nhiệt độ được xuất phát từ các định luật nhiệt động. Thang đo nhiệt độ tuyệt đối được xác định dựa trên tính chất của khí lý tưởng. Theo định luật Carnot, hiệu suất của một động cơ điện nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hai nguồn có nhiệt độ θ1 và θ2 trong một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vào θ1 và θ2 F 1   (1.1) F  2  Thang đo nhiệt độ phụ thuộc vào việc lựa chọn hàm F nào, đặt F(θ) = T ta sẽ xác định được T như là nhiệt độ tuyệt đối và hiệu suất của nhiệt thuận nghịch bằng: T1  1 (1.2) T2 17
  19. Trong đó: T1, T2 là nhiệt độ động học tuyệt đối của hai nguồn. Để có thể gán một giá trị số cho T, cần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ. Muốn vậy chỉ cần gán giá trị cho nhiệt độ tương ứng với một hiện tượng nào đó với điều kiện hiện tượng này hoàn toàn xác định và có tính lặp lại. Các loại thang đo nhiệt độ: Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị nhiệt độ là K. Trong thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái nước – nước đá – hơi một giá trị số bằng 273,15 0K. Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ là oC và một độ Celsius bằng một độ Kelvin. Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức: T(0C)= T(K) - 273,15 (1.3) Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ là 0F. Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 320F và điểm nước sôi là 2120F. Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt Celssius: Cho các giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng theo các thang đo khác nhau. 5 T (0 C )  T (0 F )  32 (1.4) 9 9 T (0 F )  T (0 C )  32 (1.5) 5 Thang đo nhiệt độ tương ứng với một số nhiệt độ quan trọng theo các bậc thang sau: Nhiệt độ Kelvin (K) Celsius (0C) Fahrenheit (0F) Điểm 0 tuyệt đối 0 - 273.15 - 459.67 Hòa hợp nước - nước đá 273.15 0 32 Cân bằng nước - nước đá – hơi 273.16 0.001 32.018 Nước sôi 373.15 100 212 18
  20. Mối quan hệ tương quan giữa các nhiệt độ Mối quan hệ tương quan giữa các nhiệt độ: Nhiệt độ của vật chất là thông số đặc trưng trạng thái cân bằng nhiệt-động-học của thể tích nhất định. Quá trình cân bằng này là một quá trình quán tính. 2.2.2. Nhiệt độ được đo và nhiệt độ cần đo Giả sử môi trường đo có nhiệt độ thực bằng Tx (nhiệt độ cần đo) Nhiệt độ T1 là nhiệt độ của cảm biến đo được (nhiệt độ đo được). Điều kiện để đo đúng nhiệt độ là phải có sự cân bằng nhiệt giữa môi trường đo và cảm biến. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, nhiệt độ cảm biến không bao giờ đạt tới nhiệt độ môi trường Tx, do đó sẽ tồn tại một chênh lệch nhiệt độ ∆T = Tx - T1 nhất định. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào hiệu số ∆T, hiệu số này càng bé thì độ chính xác của phép đo càng cao. Muốn vậy, khi đo cần phải: Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường đo. Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường bên ngoài. Khảo sát trường hợp đo bằng cảm biến tiếp xúc. Lượng nhiệt truyền từ môi trường vào bộ cảm biến xác định theo công thức: dQ = αA(Tx − T1 )dt (1.6) Trong đó: α: hệ số dẫn nhiệt. A: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. t: thời gian trao đổi nhiệt. dQ: lượng nhiệt Lượng nhiệt cảm biến hấp thụ: dQ = mCdT1 (1.7) Với: m - khối lượng cảm biến. C - nhiệt dung của cảm biến. Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt của cảm biến ra môi trường ngoài và giá đỡ, ta có: αA (Tx – T1) dt = mCdT1 (1.8) Gọi là hằng số thời gian nhiệt là τ, ta có: mC  (1.9) A 19
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học