Giáo Trình Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt MPS Dành Cho Nghề Cơ Điện Tử

Giáo trình nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt tham khảo, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên .

• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Ninh Thuận
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt MPS
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Ninh Thuận

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ MPS
• 2. BÀI 2: TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG SẢN XUẤT
• 3. BÀI 3: HỆ THỐNG PHẦN CỨNG TRONG MPS
• 4. BÀI 4: PHẦN MỀM VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MPS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt MPS

Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS cho nghề Cơ điện tử là một tài liệu quan trọng trong việc đào tạo và phát triển kỹ năng cho sinh viên. Nội dung giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội, nhằm cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết cho sinh viên trong lĩnh vực này. Giáo trình không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn chú trọng đến thực hành, giúp sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế sản xuất.

1.1. Mục tiêu của giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS

Mục tiêu chính của giáo trình là trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về hệ thống sản xuất linh hoạt, từ nguyên lý hoạt động đến các kỹ thuật điều khiển. Sinh viên sẽ được học cách lập trình và thiết lập hệ thống MPS, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong môi trường sản xuất hiện đại.

1.2. Cấu trúc nội dung giáo trình MPS

Giáo trình được chia thành nhiều bài học, mỗi bài học tập trung vào một khía cạnh cụ thể của hệ thống MPS. Nội dung bao gồm tổng quan về MPS, tự động hóa trong sản xuất, hệ thống phần cứng và phần mềm, lập trình điều khiển, và các trạm trong hệ thống MPS.

II. Thách thức trong việc áp dụng Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS

Việc áp dụng hệ thống sản xuất linh hoạt MPS trong thực tế gặp phải nhiều thách thức. Các doanh nghiệp cần phải đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực để có thể vận hành hiệu quả hệ thống này. Ngoài ra, việc tích hợp các công nghệ mới vào quy trình sản xuất cũng là một vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Khó khăn trong việc đào tạo nhân lực

Đào tạo nhân lực là một trong những thách thức lớn nhất khi áp dụng hệ thống MPS. Các kỹ thuật viên cần có kiến thức vững về công nghệ thông tin và tự động hóa để có thể vận hành và bảo trì hệ thống.

2.2. Chi phí đầu tư cho công nghệ mới

Chi phí đầu tư cho công nghệ mới có thể là một rào cản lớn đối với nhiều doanh nghiệp. Việc nâng cấp hệ thống sản xuất để phù hợp với MPS đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể, điều này có thể gây khó khăn cho các doanh nghiệp nhỏ.

III. Phương pháp triển khai Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS

Để triển khai hệ thống sản xuất linh hoạt MPS, các doanh nghiệp cần thực hiện một số bước quan trọng. Việc lập kế hoạch chi tiết và xác định các mục tiêu cụ thể sẽ giúp quá trình triển khai diễn ra suôn sẻ hơn.

3.1. Lập kế hoạch và phân tích nhu cầu

Trước khi triển khai, doanh nghiệp cần phân tích nhu cầu sản xuất và lập kế hoạch chi tiết cho việc áp dụng MPS. Điều này bao gồm việc xác định các loại sản phẩm, quy trình sản xuất và nguồn lực cần thiết.

3.2. Đào tạo và phát triển kỹ năng cho nhân viên

Đào tạo nhân viên là một phần quan trọng trong quá trình triển khai MPS. Doanh nghiệp cần tổ chức các khóa đào tạo để nâng cao kỹ năng cho nhân viên, giúp họ làm quen với công nghệ mới và quy trình sản xuất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS

Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Các doanh nghiệp đã ghi nhận được nhiều lợi ích từ việc áp dụng hệ thống này, bao gồm tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

4.1. Tăng cường hiệu quả sản xuất

Việc áp dụng MPS giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó tăng cường hiệu quả và giảm thiểu lãng phí. Hệ thống này cho phép sản xuất linh hoạt hơn, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường.

4.2. Cải thiện chất lượng sản phẩm

Hệ thống MPS không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Nhờ vào việc tự động hóa và kiểm soát quy trình sản xuất, doanh nghiệp có thể đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.

V. Kết luận và tương lai của Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS

Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS đang trở thành xu hướng trong ngành công nghiệp hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, MPS hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho doanh nghiệp trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.1. Xu hướng phát triển của MPS trong tương lai

Trong tương lai, hệ thống MPS sẽ tiếp tục phát triển và được cải tiến với sự hỗ trợ của công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things. Điều này sẽ giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật công nghệ

Việc cập nhật công nghệ và cải tiến quy trình sản xuất là rất quan trọng để duy trì tính cạnh tranh. Doanh nghiệp cần thường xuyên theo dõi và áp dụng các công nghệ mới để tối ưu hóa hệ thống MPS.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS (Mã mô đun: MĐ32) là tài liệu đào tạo chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng, do Trường Cao đẳng Nghề Ninh Thuận biên soạn năm 2019 dựa trên chương trình khung được Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội cùng Tổng cục Dạy nghề phê duyệt.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học:

• Về kiến thức: Mô tả được nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc mô-đun (Modular Production System - MPS); nắm vững lý thuyết điều khiển linh hoạt, logic điều khiển, phương pháp lắp đặt và thiết lập hệ thống.
• Về kỹ năng: Lập được phương trình và chương trình điều khiển; thiết lập và vận hành các trạm điều khiển MPS khác nhau trong dây chuyền.
• Về thái độ: Xây dựng tính tự giác, chủ động, hợp tác và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn công nghiệp.

Giáo trình có tổng thời lượng đào tạo là 120 giờ, phân bổ thành 30 giờ lý thuyết, 85 giờ thực hành và 5 giờ kiểm tra định kỳ. Nội dung tiếp cận theo cấu trúc tích hợp mô-đun, kết nối liên tục giữa nguyên lý phần cứng, giao tiếp cảm biến - cơ cấu chấp hành khí nén, lập trình bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và điều khiển robot công nghiệp.

Điểm cốt lõi của tài liệu là việc chuẩn hóa theo mô hình trạm MPS của hãng Festo (CHLB Đức) – mô hình tích hợp đồng bộ giữa kỹ thuật cơ khí, điện tử, khí nén, điều khiển PLC Siemens S7-300, mô phỏng trên phần mềm Cosimir và giám sát vận hành qua phần mềm WinCC.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 9 bài học với tiến trình sư phạm từ tổng quan, khảo sát phần cứng đến lập trình vận hành từng trạm:

• Bài 1: Tổng quan về MPS (2 giờ lý thuyết): Khái quát vai trò của tự động hóa và hệ thống MPS Festo; phân tích cấu trúc chuỗi sản xuất 9 trạm liên tục; phổ biến các quy định an toàn kỹ thuật (giới hạn điện áp 24V DC, áp suất nguồn khí nén tối đa 8 bar, quy trình ngắt nguồn trước khi đấu nối).
• Bài 2: Tự động hóa trong sản xuất (2 giờ lý thuyết): Phân tích các kiểu hệ thống tự động; cấu trúc trạm Robot và trạm Lắp ráp gồm: mô-đun ổ chứa lò xo (spring magazine), mô-đun ổ chứa nắp (cap magazine), mô-đun băng trượt (slide module), mô-đun pallet chứa piston và bàn gá thiết bị (profile plate).
• Bài 3: Hệ thống phần cứng trong MPS (8 giờ: 4 lý thuyết, 4 thực hành): Khảo sát phần cứng trạm Kiểm tra (Testing Station). Nhận dạng phôi bằng cảm biến quang thu phát độc lập (Part_AV) và cảm biến tiệm cận điện dung (B2); kiểm tra độ cao phôi bằng cảm biến đo tuyến tính dạng tương tự (analog) (B5); điều khiển cụm nâng hạ bằng xi lanh không trục và xi lanh đẩy phôi qua hệ thống van đảo chiều điện khí nén (1V1, 2V1, 3V1).
• Bài 4: Phần mềm và hệ thống điều khiển MPS (8 giờ: 4 lý thuyết, 4 thực hành): Cấu trúc phần cứng cánh tay robot công nghiệp Mitsubishi RV-2AJ, bộ điều khiển trung tâm và thiết bị dạy học cầm tay (Teach Pendant - TB). Cú pháp lệnh lập trình di chuyển nội suy khớp (MOV), di chuyển nội suy đường thẳng (MVS), điều khiển tay kẹp khí nén (HOPEN, HCLOSE) và quy trình thiết lập tọa độ các điểm chuẩn (Pwait, Pget, Pput).
• Bài 5: Lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC (20 giờ: 4 lý thuyết, 15 thực hành, 1 kiểm tra): Cấu trúc trạm Handling/Buffer; phân tích nguyên lý truyền động băng tải sử dụng động cơ DC một chiều, cảm biến quang kiểm soát vật thể và cơ cấu xi lanh chặn ngắn; lập trình logic PLC xử lý tín hiệu phân loại màu sắc phôi (đỏ/kim loại, đen).
• Bài 6 đến Bài 9 (Mỗi bài 20 giờ: 3–4 lý thuyết, 15–16 thực hành, 1 kiểm tra): Lập trình và điều khiển chi tiết từng trạm trong hệ thống:
  • Bài 6: Điều khiển trạm cấp phôi hệ thống MPS.
  • Bài 7: Điều khiển trạm gia công hệ thống MPS.
  • Bài 8: Điều khiển trạm vận chuyển hệ thống MPS.
  • Bài 9: Điều khiển trạm phân loại hệ thống MPS.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết điều khiển logic khả trình: Thiết lập cấu hình phần cứng CPU PLC S7-300, phân bổ bảng địa chỉ đầu vào/đầu ra số (Digital I/O từ I0.0–I1.3 và Q0.0–Q1.3), xử lý tín hiệu tương tự (Analog Signal Processing) qua bộ chuyển đổi và bộ so sánh điện áp.
• Nguyên lý cảm biến công nghiệp: Cảm biến quang thu phát độc lập, cảm biến quang phản xạ gương (B4), cảm biến tiệm cận điện dung (nhận diện phôi kim loại/phi kim), cảm biến từ trường nhận biết vị trí hành trình xi lanh (1B1, 1B2, 2B1), và cảm biến quang hồng ngoại liên lạc giữa các trạm (IP_FI, IP_FO).
• Hệ thống truyền động điện - khí nén: Nguyên lý vận hành của xi lanh tác động kép, xi lanh không trục, giác hút chân không, tay kẹp phôi, đệm khí giảm ma sát bề mặt và các cụm van điện từ điều khiển hướng dòng khí.
• Động học và điều khiển robot: Các chế độ nội suy chuyển động (nội suy trục, nội suy khớp XYZ), quy trình thiết lập điểm (Teaching) và phối hợp tín hiệu liên động an toàn.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc, phân tích và thực hiện đấu nối chính xác sơ đồ cấp nguồn 24V DC, sơ đồ mạch điện bảng điều khiển (Panel), sơ đồ đấu dây cảm biến, ngõ ra cơ cấu chấp hành và sơ đồ mạng đường ống khí nén.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích chu trình hoạt động của các trạm, lập bảng gán địa chỉ logic, tối ưu hóa các điều kiện khởi động (Start), dừng (Stop), thiết lập lại (Reset) và dừng khẩn cấp (EMG.STOP).
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành trực tiếp Teach Pendant để lập trình robot RV-2AJ; nạp và kiểm lỗi chương trình PLC trên mô hình thực nghiệm; hiệu chỉnh áp suất khí nén và căn chỉnh vị trí quang học của cảm biến.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Thành phần đào tác	Tỷ trọng	Nội dung triển khai theo giáo trình
Lý thuyết chuyên ngành	25.0% (30 giờ)	Phân tích sơ đồ nguyên lý, cấu trúc phần cứng, logic điều khiển
Thực hành xưởng	70.8% (85 giờ)	Đấu nối mạch điện - khí nén, lập trình PLC S7-300, thao tác Robot
Kiểm tra định kỳ	4.2% (5 giờ)	Đánh giá kỹ năng lập trình và vận hành độc lập tại các trạm

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Giáo trình triển khai theo mô hình giảng dạy tích hợp (Integrated Vocational Training), kết hợp giảng giải lý thuyết với thao tác thực nghiệm trực tiếp tại xưởng thực hành Cơ điện tử. Cấu trúc bài học phân định rõ ràng giữa mục tiêu nhận thức, phân tích chức năng thiết bị, đọc bản vẽ kỹ thuật và quy trình thực hiện theo từng bước (step-by-step).

Bài tập và thực hành thực tế

Giáo trình bố trí hệ thống bài tập thực hành ứng dụng trực tiếp trên thiết bị chuẩn:

• Đấu nối dây tín hiệu từ các cảm biến công nghiệp (Part_AV, B2, B4, B5) về module đầu vào PLC theo đúng bảng địa chỉ phần cứng.
• Thao tác với bàn điều khiển robot Teach Pendant: sử dụng tổ hợp phím an toàn DEADMAN SWITCH kết hợp STEP/MOVE, chọn chế độ TEACH, khai báo tên chương trình, nhập lệnh chuyển động (MOV, MVS), lưu các vị trí tọa độ Pwait, Pget, Pput và chuyển chế độ sang AUTO (Op) để chạy chu trình tự động.
• Lập trình điều khiển chu trình phân loại phôi tại trạm Kiểm tra và trạm Buffer: khi phát hiện phôi kim loại qua cảm biến điện dung, PLC điều khiển van 1Y2 kích hoạt bộ nâng đi lên, cảm biến B5 kiểm tra chiều cao; nếu đạt yêu cầu thì kích van 2Y1 đẩy phôi và bật đệm khí 3Y1 để đưa phôi sang trạm tiếp theo.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá (Assessment methods)

Đánh giá người học thông qua 5 bài kiểm tra định kỳ (1 giờ/bài) đặt tại các Bài 5, 6, 7, 8, 9. Tiêu chí đánh giá gồm:

1. Kỹ năng đấu nối dây dẫn và hệ thống đường ống khí nén đúng sơ đồ kỹ thuật.
2. Khả năng viết mã chương trình điều khiển PLC hoặc dữ liệu điểm cho Robot chạy đúng thuật toán.
3. Tuân thủ các thao tác an toàn kỹ thuật về điện áp và áp suất vận hành.
4. Thời gian hoàn thành chu kỳ vận hành của trạm.

Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines)

Người học được yêu cầu nghiên cứu trước tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của từng mô-đun, phân tích bảng phân công địa chỉ I/O và sơ đồ mạch điện trước khi vào xưởng thực hành. Sử dụng các phần mềm mô phỏng như Cosimir để kiểm tra trước không gian hoạt động của robot và WinCC để tìm hiểu giao diện giám sát điều khiển.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Chuẩn hóa theo thiết bị công nghiệp Festo: Nội dung giáo trình bám sát hoàn toàn cấu trúc hệ thống MPS của hãng Festo (CHLB Đức), đảm bảo tính đồng bộ giữa thiết bị giảng dạy và tiêu chuẩn công nghệ đang vận hành tại các nhà máy tự động hóa.
• Tích hợp đa ngành Cơ điện tử: Giáo trình kết hợp các lĩnh vực kỹ thuật cơ khí chính xác, điện - điện tử điều khiển, khí nén công nghiệp, lập trình điều khiển số PLC và robot công nghiệp thành một thể thống nhất trong cùng một chuỗi sản xuất.
• Tính thực tiễn của quy trình sản xuất: Các bài học mô phỏng chính xác chuỗi sản xuất liên tục ngoài đời thực, từ công đoạn cấp phôi thô, kiểm tra kích thước/vật liệu, dập chi tiết, gia công, lắp ráp hoàn thiện sản phẩm (thân xi lanh, piston, lò xo, nắp xi lanh) đến vận chuyển và phân loại thành phẩm.
• Chuẩn an toàn kỹ thuật nghiêm ngặt: Giáo trình xây dựng riêng một hệ thống quy định an toàn vận hành mang tính bắt buộc: khống chế điện áp tối đa 24V DC, áp lực khí nén không quá 8 bar, quy trình ngắt nguồn điện trước khi thao tác nối dây, quy định vùng an toàn khi cánh tay robot đang di chuyển và nguyên tắc không lưu giữ phôi trên tay kẹp khi kết thúc chu trình làm việc.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Người học và chương trình đào tạo

• Sinh viên hệ Cao đẳng nghề ngành Cơ điện tử, Tự động hóa công nghiệp và Cơ khí tự động.
• Học viên các chương trình đào tạo ngắn hạn nâng cao tay nghề kỹ thuật viên điều khiển hệ thống tự động hóa.

Điều kiện tiên quyết (Prerequisites)

Để tiếp thu hiệu quả mô đun MĐ32, người học cần hoàn thành các học phần cơ sở và chuyên ngành nền tảng:

• Mạch điện - Điện tử ứng dụng và Kỹ thuật đo lường cảm biến.
• Hệ thống truyền động khí nén và thủy lực.
• Kỹ thuật lập trình điều khiển PLC cơ bản.
• Kỹ thuật an toàn điện trong công nghiệp.

Ứng dụng đối với Giảng viên và Kỹ sư tham khảo

• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy cốt lõi, làm căn cứ phân bổ giờ lý thuyết, xây dựng phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và thiết lập barem chấm điểm kiểm tra kỹ năng vận hành trạm MPS.
• Kỹ sư, kỹ thuật viên nhà máy: Dùng làm tài liệu tham khảo tra cứu sơ đồ nguyên lý mạch điện panel, bảng địa chỉ I/O điều khiển và tập lệnh lập trình robot công nghiệp Mitsubishi trong các dây chuyền lắp ráp tự động.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Cơ điện tử, áp dụng cho sinh viên các học kỳ chuyên ngành hoặc học viên cần hoàn thiện kỹ năng lập trình, vận hành dây chuyền sản xuất linh hoạt.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần có kiến thức cơ bản về nguyên lý khí nén (các loại xi lanh, van đảo chiều), an toàn điện 24V DC, nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến quang/điện dung/từ trường và kỹ thuật lập trình PLC cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết điều khiển tự động khác?

Giáo trình tập trung vào việc mô tả cấu tạo phần cứng thực tế và quy trình thực hành cụ thể trên trạm MPS Festo (tỷ lệ thực hành chiếm hơn 70% tổng thời lượng), cung cấp chi tiết sơ đồ chân I/O thực tế của PLC S7-300 và thao tác từng phím trên Teach Pendant của robot RV-2AJ thay vì chỉ trình bày thuật toán lý thuyết thuần túy.

4. Làm sao để tự học và thực hành mô-đun này hiệu quả?

Người học cần tuân thủ tiến trình: Đọc kỹ tài liệu an toàn $\rightarrow$ Phân tích bảng địa chỉ vào/ra $\rightarrow$ Khảo sát sơ đồ nguyên lý khí nén và điện $\rightarrow$ Lập trình trên thiết bị dạy học/máy tính $\rightarrow$ Kiểm tra đấu nối dây dẫn khi chưa bật nguồn $\rightarrow$ Cấp nguồn 24V/khí nén 8 bar dưới sự giám sát của giáo viên hướng dẫn.

5. Những phần mềm nào được sử dụng bổ trợ trong giáo trình?

Giáo trình đề cập đến việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng bao gồm: phần mềm lập trình cho PLC Siemens, phần mềm mô phỏng không gian làm việc 3D của robot Cosimir, và phần mềm thiết kế giao diện giám sát điều khiển WinCC.

---

Kết luận

Giáo trình mô đun Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS (MĐ32) của Trường Cao đẳng Nghề Ninh Thuận là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp đầy đủ cấu trúc lý thuyết và hướng dẫn thực hành về tự động hóa tích hợp. Nội dung giáo trình định hình rõ lộ trình học tập từ việc nắm bắt cấu trúc phần cứng trạm kiểm tra, trạm lắp ráp, phương pháp lập trình điều khiển cánh tay robot công nghiệp Mitsubishi RV-2AJ, đến kỹ năng lập trình chu trình xử lý trên PLC Siemens S7-300 cho các trạm chức năng độc lập và liên kết chuỗi. Tài liệu được chuẩn hóa kèm theo hệ thống sơ đồ mạch điện điều khiển, mạch điện khí nén, bảng gán địa chỉ ngõ vào/ra và các quy định an toàn công nghiệp chuẩn mực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 UBND TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm 2019 của Trường cao đẳng nghề Ninh Thuận Năm 2019 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao Đẳng Nghề, giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc.

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 120 giờ gồm có: Bài 1: Tổng quan về hệ thống MPS Bài 2: Tự động hóa trong sản xuất Bài 3: Hệ thống phần cứng trong MPS Bài 4: Phần mềm và hệ thống điều khiển MPS Bài 5: Lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC Bài 6: Điều khiển trạm cấp phôi hệ thống MPS Bài 7: Điều khiển trạm gia công hệ thống MPS Bài 8: Điều khiển trạm vận chuyển hệ thống MPS Bài 9: Điều khiển trạm phân loại hệ thống MPS Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học củng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Ninh Thuận, ngày tháng năm 2019 Tham gia biên soạn 1.

4 MỤC LỤC TRANG Bài 1: Tổng quan về MPS 5 Bài 2: Tự động hóa trong sản xuất 9 Bài 3: Hệ thống phần cứng trong MPS 18 Bài 4: Phần mềm và hệ thống điều khiển MPS 31 Bài 5: Lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC 48 Bài 6: Điều khiển trạm cấp phôi hệ thống MPS 58 Bài 7: Điều khiển trạm gia công hệ thống MPS 69 Bài 8: Điều khiển trạm vận chuyển hệ thống MPS 81 Bài 9: Điều khiển trạm phân loại hệ thống MPS 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 5 MÔ ĐUN: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS Mã mô đun: MĐ32 Mục tiêu: * Về kiến thức: - Mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc modul; - Trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật điều khiển linh hoạt: Các hiểu biết về hệ thống MPS, logic điều khiển, phương pháp lắp đặt, thiết lập hệ thống MPS * Về kỹ năng: Học sinh cần đạt được kỹ năng lập phương trình điều khiển, thiết lập được các hệ thống điều khiển MPS khác nhau. * Về thái độ: Tự giác, tích cực, chủ động và hợp tác trong học tập. Nội dung: Thời gian Số Tên bài Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* 1 Bài 1: Tổng quan về MPS 2 2 2 Bài 2: Tự động hóa trong sản xuất 2 2 3 Bài 3: Hệ thống phần cứng trong 8 4 4 MPS 4 Bài 4: Phần mềm và hệ thống điều 8 4 4 khiển MPS 5 Bài 5: Lập trình điều khiển hệ thống 20 4 15 1 bằng PLC 6 Bài 6: Điều khiển trạm cấp phôi hệ 20 4 15 1 thống MPS 7 Bài 7: Điều khiển trạm gia công hệ 20 4 15 1 thống MPS 8 Bài 8: Điều khiển trạm vận chuyển 20 3 16 1 hệ thống MPS 9 Bài 9: Điều khiển trạm phân loại hệ 20 3 16 1 thống MPS Cộng: 120 30 85 5 6 BAØI 1 TOÅNG QUAN HEÄ THOÁNG MPS Mã bài: MĐ32-1 Mục tiêu của bài: - Nhận thức được tầm quan trọng hệ thống sản xuất linh hoạt đối với sản xuất hiện đại - Coi trọng công nghệ thông tin và tự động hóa trong nền sản xuất tiên tiến - Phân tích được cấu trúc của MPS - Nhận diện được các hệ thống MPS Nội dung của bài: Trong quaù trình coâng nghieäp hoaù, hieän ñaïi hoaù cuûa ñaát nöôùc, Ñaûng vaø Nhaø nöôùc ta ñaõ chuû tröông ñaàu tö phaùt trieån caùc ngaønh khoa hoïc coù haøm löôïng tri thöùc cao, vôùi vai troø quan troïng cuûa mình töï ñoäng hoùa ñöôïc xem laø moät trong nhöõng lónh vöïc chuû ñaïo nhaän ñöôïc söï quan taâm ñoù. Vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, töï ñoäng hoaù ngaøy nay khoâng chæ goùi goïn ôû moãi moät ngaønh nhö cô khí, ñieän, ñieän töû, tin hoïc… Maø laø söï keát hôïp haøi hoaø cuûa taát caû caùc ngaønh treân.

Chính söï keát hôïp haøi hoøa ñoù töï ñoäng hoùa ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu cao. Ñeå giuùp cho ngöôøi hoïc sau khi ñaõ cô baûn hoøan taát caùc moân hoïc chuyeân ngaønh coù theå tieáp caän vôùi moät heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng ngay töø khi coøn ngoài treân gheá nhaø tröôøng, haõng Festo (Ñöùc) ñaõ cheá taïo ra moâ hình traïm MPS (Modular Production System). Traïm MPS laø moät coâng cuï daïy hoïc ñöôïc xem laø lyù töôûng nhaát, heä thoáng goàm coù 9 traïm, noù laø moät quaù trình saûn xuaát gia coâng coù tính chaát lieân tuïc, töø vieäc caáp phoâi, gia coâng, laép raùp ñeán phaân loïai saûn phaåm, gaén lieàn vôùi quaù trình saûn xuaát trong thöïc teá. Traïm MPS laø söï keát hôïp haøi hoaø giöõa ñieän, ñieän töû, cô khí, tin hoïc, thuyû löïc, khí neùn, vaø kyõ thuaät laäp trình PLC, moâ phoûng baèng phaàn meàm Cosimir, giaùm saùt heä thoáng saûn xuaát baèng phaàm meàm WinCC… 7 8 MOÄT SOÁ QUI ÑÒNH KHI SÖÛ DUÏNG HEÄ THOÁNG MPS 1.

Sinh vieân chæ ñöôïc söû duïng heä thoáng khi coù söï cho pheùp cuûa giaùo vieân. Ñoïc kyõ taøi lieäu höôùng daãn tröôùc khi söû duïng. Chæ ñöôïc pheùp keát noái hoaëc ngaét daây noái tín hieäu khi nguoàn ñieän ñaõ taét. Chæ söû duïng ñieän aùp toái ña leân ñeán 24V.

Chæ ñöôïc söû duïng nguoàn khí coù aùp suaát toái ña laø 8bar. Chæ baät nguoàn caáp khí khi vieäc keát noái caùc thieát bò khí neùn ñaõ hoaøn taát. Luoân theo doõi heä thoáng khi nguoàn caáp khí ñaõ ñöôïc baät. Khoâng ñöôïc duøng tay di chuyeån baát kyø vaät gì gaàn robot khi robot hoaït ñoäng.

Cuoái quaù trình hoaït ñoäng tay gaép cuûa robot khoâng ñöôïc giöõ phoâi. 9 BAØI 2 TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG SẢN XUẤT Mã bài: MĐ32-2 Mục tiêu của bài: - Ý thức về vai trò và ý nghĩa của tự động hóa trong nền sản xuất hiện đại - Phân tích các kiểu hệ thống tự động Nội dung của bài: 1. Chöùc naêng: Traïm Laép raùp laøm vieäc lieân keát vôùi traïm Robot vaø coù chöùc naêng cung caáp linh kieän (thaân xilanh, piston, loø xo vaø naép) cho traïm Robot laép raùp thaønh moät xilanh hoaøn chænh. Traïm Robot bao goàm caùc module sau: -Module oå chöùa loø xo (spring magazine module) -Module oå chöùa naép (cap magazine module) -Module baêng tröôït (slide module) -Module chöùa piston(pallet module) -Baøn laép thieát bò (profile plate) -Module baûng ñieàu khieån vaø board maïch PLC (control console and PLC board module) 3.

Vai troø moät soá module chính cuûa traïm Robot: 10 - Module oå chöùa loø xo: Xy lanh taùc ñoäng keùp ñaåy loø xo ra khoûi oå treân moät khe tröôït. Moät coâng taéc haønh trình phaùt hieän loø xo ñaõ ñöôïc ñaåy ra ñeå chuaån bò cho quaù trình laép raùp. 11 - Module oå chöùa naép: Xy lanh taùc ñoäng keùp ñaåy naép ra khoûi oå treân moät khe tröôït. Caûm bieán quang phaùt hieän naép ñaõ ñöôïc ñaåy ra ñeå chuaån bò cho quaù trình laép raùp.

-Module palett: Chöùa caùc piston -Module tröôït: Duøng ñeå vaän chuyeån hoaëc caát giöõ Workpiece. Sô ñoà keát noái CPU S7-300: 13 5. Sơ đồ mạch điện Panel điều khiển: 14 6. Sô ñoà ngoõ vaøo caûm bieán: 15 7.

Sô ñoà mạch đièn hiển thị: 16 8. Sô ñoà ngoõ ra cô caáu chaáp haønh: 17 9. Sô ñoà maïch điện _ khí neùn: 18 BAØI 3 HỆ THỐNG PHẦN CỨNG TRONG MPS Mã bài: MĐ32-3 Mục tiêu của bài: - Hiểu được cấu trúc phần cứng trong hệ thống MPS - Liệt kê được các danh mục phần cứng cần thiết trong hệ thống Nội dung của bài: 1. Chöùc naêng: -Xaùc ñònh tính chaát vaät lieäu cuûa phoâi (workpiece material characteristics) -Xaùc ñònh chieàu cao cuûa phoâi (workpiece height) -Loaïi caùc phoâi khoâng ñaït -Chuyeån caùc phoâi ñaït tieâu chuaån (standard workpiece) tôùi traïm tieáp theo 4.

Traïm kiểm tra bao goàm caùc module sau: -Module cảm biến (sensor module) -Module naâng (lifting module) -Module ño löôøng (measuring module) -Module baêng tröôït (slide module) -Module baûng ñieàu khieån vaø board maïch PLC (control console and PLC board module) -Baøn laép thieát bò (profile plate) 2. Vai troø moät soá module chính cuûa traïm kieåm tra: - Module nhaän bieát phoâi : Vaät lieäu vaø maøu saéc cuûa phoâi ñöôïc nhaän bieát baèng hai caûm bieán: +Caûm bieán quang (optoelectronics sensor) (Part_AV) xaùc ñònh coù phoâi. +Caûm bieán tieäm caän ñieän dung (capacitive proximity sensor) (B2) xaùc ñònh phoâi laø kim loaïi hay phi kim. 19 - Module naâng: +Khi phoâi laø kim loïai, phoâi seõ ñöôïc naâng leân baèng boä naâng ñeå kieåm tra.

+Cô caáu naâng goàm moät xylanh khoâng coù truïc vaø moät xylanh chuyeân duøng ñeå ñaåy phoâi ra. +Caùc oáng daãn khí neùn (plastic tubing) cung caáp khí cho xylanh vaø daây daãn ñieän (cho van ñieän) naèm chung trong caùp daãn. +Cuoái haønh trình cuûa xylanh naâng ñöôïc nhaän bieát baèng tieäm caän nam chaâm (magnetic proximity sensor) (1B1, 1B2). 20 - Module ño löôøng: Boä ño goàm moät caûm bieán nhaän tín hieäu daïng töông töï (B5) ñeå xaùc ñònh chieàu cao phoâi.

Nguyeân taéc hoaït ñoäng döïa treân boä ño tuyeán tính (linear measurer) vôùi boä chia ñieän aùp. Moät boä phaän giaûm chaán ñöôïc gaén ôû boä ño ñeå giaûm chaán cho xy lanh naâng khi noù naâng phoâi leân. Giaù trò ño töông töï seõ ñöôïc soá hoùa thoâng qua boä so saùnh. Tín hieäu töông töï cuõng coù theå ñöôïc chuyeån ñeán PLC thoâng qua boä keát noái.

- Module baêng tröôït coù ñeäm khí: Baêng tröôït coù ñeäm khí coù nhieäm vuï chuyeån saûn phaåm qua traïm tieáp theo. Baêng tröôït coù theå chöùa 5 saûn phaåm cuøng luùc neáu nhö cöûa chaën ñoùng laïi. Ñeäm khí giaûm toái thieåu ma saùt giöõa saûn phaåm vaø beà maët baêng tröôït vaø caùc saûn phaåm tröôït cuøng vaän toác.