Đồ án S7-200: Thiết kế & Chế tạo hệ thống MPS phục vụ giảng dạy
Đồ án nghiên cứu s7 200 thiết kế chế tạo hệ thống mps phục vụ giảng dạy, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.
Trường đại học
Trường Đại Học Lạc HồngChuyên ngành
Điện - Điện TửNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Đồ ánPhí lưu trữ
35 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Tổng Quan Đồ Án S7 200 Hệ Thống MPS Phục Vụ Giảng Dạy
Trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế, việc phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa luôn được Đảng và Nhà nước ưu tiên hàng đầu. Một trong những phương châm đúng đắn 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. Chính sách này giúp Việt Nam tiến dần, tiếp cận các công nghệ hiện đại, cải thiện tình trạng sản xuất lạc hậu, thô sơ, năng suất kém. Việc tiếp thu khoa học kỹ thuật đi đôi với phát triển đội ngũ kế thừa tri thức về công nghệ hiện đại, có trách nhiệm phát huy, sáng tạo. Nhiều công ty đang phát triển đội ngũ kỹ sư có tay nghề để làm chủ các máy móc tiên tiến. Các trường đại học, cao đẳng, trung cấp nghề cũng từng bước hoàn thiện việc đào tạo đội ngũ có kiến thức về công nghệ hiện đại. Hệ thống MPS là một phần quan trọng trong quá trình này. Mục tiêu của đồ án này là xây dựng một hệ thống MPS sử dụng PLC S7-200 để phục vụ công tác giảng dạy, giúp sinh viên tiếp cận công nghệ tự động hóa một cách trực quan và hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng khi nhiều trường còn thiếu trang thiết bị hiện đại cho việc thực hành.
1.1. Giới Thiệu Tổng Quan Về Hoạt Động Hệ Thống MPS
Hoạt động MPS là quá trình linh hoạt, mỗi khâu, mỗi trạm hoạt động riêng lẻ dựa theo quy trình sản xuất trong công nghiệp. Mỗi công nhân, nhân viên làm những công việc riêng tại mỗi tuyến, mỗi khâu riêng, nhưng những công việc của họ 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.
1.2. Giới Thiệu Chung Về Hệ Thống MPS Của Hãng Festo
Hệ thống MPS của hãng Festo dùng trong việc giảng dạy các môn học như: Lập trình PLC (PLC của Siemens), 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 Siemens (tức là có 8 PLC cho 8 trạm và 1 trạm sử dụng cánh tay robot của Mitsubishi). Hệ thống này có giá thành rất cao.
II. Vấn Đề Thách Thức Giảng Dạy Tự Động Hóa Với S7 200
Việc đào tạo, giảng dạy các môn học có kỹ thuật hiện đại như PLC, 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 trường chưa có bề dày phát triển là điều rất khó khăn.Việc thực tập các môn học trong chương trình ngành Cở điện như: Thủy lực - khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, module sản xuất linh hoạt, hệ thống điều khiển quá trình (PCS), SCADA... còn thiếu hoặc chưa hoàn thiện các bộ thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm để sinh viên có cơ hội học hỏi và nâng cao hiểu biết. Đặc biệt là trong môn học hệ thống MPS (Modular Production System), hệ thống PCS, SCADA... sinh viên trường ĐH Lạc Hồng chưa có bộ thí nghiệm để hoàn thiện công tác giảng dạy và thực tập cho sinh viên.
2.1. Thiếu Hụt Trang Thiết Bị Thực Hành Cho Sinh Viên
Nhiều trường đại học và cao đẳng nghề đang gặp khó khăn trong việc trang bị đầy đủ thiết bị thực hành cho sinh viên ngành tự động hóa. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đào tạo, khiến sinh viên thiếu kinh nghiệm thực tế và khó đáp ứng yêu cầu của thị trường lao động. Việc xây dựng hệ thống MPS sử dụng S7-200 là một giải pháp hiệu quả để khắc phục tình trạng này, cung cấp cho sinh viên một môi trường thực hành trực quan và sinh động.
2.2. Chi Phí Đầu Tư Lớn Cho Các Hệ Thống Tự Động Hóa Hiện Đại
Các hệ thống tự động hóa hiện đại, đặc biệt là các hệ thống MPS thương mại, có giá thành rất cao, vượt quá khả năng đầu tư của nhiều trường. Do đó, việc tự thiết kế và xây dựng hệ thống MPS sử dụng PLC S7-200 là một lựa chọn kinh tế và phù hợp, giúp tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng đào tạo.
III. Phương Pháp Thiết Kế Thi Công Mô Hình Hệ Thống MPS
Dựa trên việc tham khảo, quan sát, tìm hiểu các tài liệu liên quan trên Internet và hệ thống MPS 50 của hãng Festo được chuyển giao cho nhiều trường đại học trong nước, nhóm đã thực hiện đồ án, thiết kế, xây dựng và thi công, hoàn thành hệ thống dựa trên chức năng hoạt động của hệ thống MPS-205 của Festo. Mô hình được thiết kế với 2 trạm hoạt động trình tự, mỗi trạm được điều khiển bởi một PLC S7-200 của hãng Siemens (tức là có 2 PLC cho 2 trạm). H th ngăđ c thi t k v i 2 tr m ho tăđ ng trình t , m i tr măđ căđi u khiển b i m t PLC S7-200 c a hƣngăSimens (t c là có 2 PLC cho 2 tr m).
3.1. Phân Tích Yêu Cầu Chức Năng Của Hệ Thống MPS
Trước khi bắt tay vào thiết kế, cần phân tích kỹ lưỡng yêu cầu và chức năng của hệ thống MPS. Xác định các trạm cần thiết, quy trình hoạt động, các cảm biến và cơ cấu chấp hành cần sử dụng. Ví dụ, trong đồ án này, hệ thống MPS bao gồm hai trạm chính: Trạm Gia Công (dập nắp) và Trạm Phân Loại.
3.2. Lựa Chọn Thiết Bị Linh Kiện Phù Hợp PLC Cảm Biến ...
Việc lựa chọn thiết bị và linh kiện phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống MPS hoạt động ổn định và hiệu quả. PLC S7-200 được chọn vì tính phổ biến, dễ sử dụng và giá thành hợp lý. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành (xi lanh khí nén, van điện từ,...) cũng cần được lựa chọn dựa trên yêu cầu của từng trạm.
3.3. Thiết Kế Cơ Khí Điện Khí Nén Cho Các Trạm
Thiết kế cơ khí bao gồm việc xây dựng cấu trúc của các trạm, đảm bảo tính chắc chắn, ổn định và dễ dàng thao tác. Thiết kế điện - khí nén bao gồm việc lựa chọn và bố trí các thiết bị điện, khí nén, cũng như thiết kế mạch điều khiển để đảm bảo các trạm hoạt động theo đúng quy trình.
IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Mô Phỏng Điều Khiển Hệ Thống MPS
Mô hình dựa trên hệ thống MPS-205 của hãng Festo, hệ thống của hãng Festo được 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 ngành Điện Công Nghiệp và Cở điện tử trong nhà trường.Mỗi trạm trong hệ thống MPS của Festo có một chức năng, nhiệm vụ riêng, tuy nhiên trong đồ án này nhóm chỉ đề cập đến 2 trạm : Gia Công, Phân Loại.
4.1. Lập Trình PLC S7 200 Điều Khiển Các Trạm
Chương trình điều khiển cho PLC S7-200 được viết bằng phần mềm STEP7-MicroWIN. Chương trình này sẽ điều khiển các cảm biến và cơ cấu chấp hành để thực hiện quy trình hoạt động của từng trạm. Việc lập trình cần đảm bảo tính chính xác, ổn định và dễ dàng bảo trì.
4.2. Giám Sát Điều Khiển Hệ Thống MPS Bằng SCADA
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là phần mềm giám sát cài đặt trên máy tính dùng để giám sát điều khiển các quá trình có số đầu vào ra lớn từ vài trăm trở lên trong các nhà máy phát điện, công nghiệp dầu khí, hóa chất, nước, xử lý nước thải, thép... Các quá trình được điều khiển phân bố sử dụng PLC và thiết bị đo lường điều khiển ghép theo mạng.
4.3. Các Bài Tập Thực Hành Với Trạm Gia Công và Phân Loại
Trong phần này sẽ trình bày các bài tập thực hành với trạm gia công và trạm phân loại. Các bài tập này giúp sinh viên làm quen với các thiết bị và quy trình hoạt động của hệ thống MPS. Ví dụ, bài tập với trạm gia công có thể là dập nắp phôi, còn bài tập với trạm phân loại có thể là phân loại phôi theo màu sắc.
V. Kết Luận Triển Vọng Hệ Thống MPS S7 200 Cho Giáo Dục
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.Đ tri thức cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển tự động 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.
5.1. Ưu Điểm Hạn Chế Của Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống MPS
Đồ án này mang lại nhiều ưu điểm như cung cấp một hệ thống thực hành trực quan, tiết kiệm chi phí đầu tư so với các hệ thống thương mại. Tuy nhiên, cũng có một số hạn chế như tính thẩm mỹ chưa cao do sử dụng các thiết bị không phải loại tốt nhất và phạm vi hoạt động còn giới hạn ở hai trạm chính.
5.2. Hướng Phát Triển Mở Rộng Hệ Thống MPS Trong Tương Lai
Hệ thống MPS có thể được phát triển và mở rộng trong tương lai bằng cách thêm các trạm mới (ví dụ: trạm lắp ráp, trạm kiểm tra), tích hợp robot công nghiệp, nâng cấp phần mềm SCADA để tăng cường khả năng giám sát và điều khiển, và kết nối với các hệ thống khác trong nhà máy thông minh.
22/09/2025
