BÁO CÁO THỰC HÀNH KIẾN TẬP NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Người viết : Lê Văn Phúc MSSV : 20120722 Lớp: Kĩ thuật Cơ điện tử – K57 I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ Cơ điện tử (Mechatronics) lĩnh vực đa ngành khoa học kỹ thuật, hình thành từ ngành kỹ thuật kinh điển Cơ khí, kỹ thuật Điện – Điện tử Khoa học tính toán – tin học Định nghĩa điện tử bắt đầu quan tâm kể từ định nghĩa ban đầu đưa công ty điện Yasakawa Trong tài liệu thương mại, Yasakawa định nghĩa điện tử sau: Thuật ngữ “Mechatronics” tạo thành “ mecha” mechanics “ tronics” từ electronics Nói cách khác, công nghệ sản phẩm phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử khí mức độ tích hợp cao nói đâu điểm bắt đầu đâu điểm kết thúc, ranh giới rõ ràng Năm 1996, Harashina, Tomizuka Fukada đưa định nghĩa điện tử Trong điện tử định nghĩa kết hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thông minh thiết kế, chế tạo sản phẩm quy trình công nghiệp Trong năm, định nghĩa khác đưa Auslander Kempf: Cơ điện tử áp dụng tổng hợp định tạo nên hoạt động hệ thống vật lý Tiếp tục định nghĩa khác xuất năm 1997 Shetty Kolk: Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện Gần đây, W.Bolton đề xuất định nghĩa: Một hệ điện tử không kết hợp khí điện tử, không đơn hệ thống điều khiển, tích hợp đầy đủ hệ Tất định nghĩa phát biểu nêu điện tử xác đáng giàu thông tin, nhiên thân chúng đứng riêng lẻ lại không định nghĩa đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử Sự phát triển tính trội điện tử tạo cho sản phẩm hệ thống thực tốt hơn, linh hoạt hơn, thông minh chức khả vận chuyển, giao tiếp truyền thống, ngày xuất Ngày điện tử ứng dụng nhiều sản xuất công nghiệp nhiều lĩnh vực khác Các sản phẩm điện tử điển : Robotics, hệ thống sản xuất linh hoạt FMS có tích hợp CIM, máy công cụ CNC , hệ vi điện tử… tạo nên công nghiệp đại II GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐƯỢC THỰC HÀNH KIẾN TẬP Hệ thống Robot công nghiệp a Ví dụ Robot hàn công nghiệp Robot hàn công nghiệp Robot hàn công nghiệp tích hợp hệ thống khí, điện tử tự động hóa, chạy theo chương trình người vận hành lập trình sẵn Người vận hành dùng hộp điều khiển dẫn dắt robot đến vị trí mà phải đến trình làm việc, lưu lại vị trí máy tính hệ thống điều khiển robot Đến lúc làm việc, robot chạy theo hướng mà lập trình từ trước Khác với người, robot làm việc liên tục không ngứng nghỉ Robot chế độ nghỉ phép, không cần ăn trưa, không đòi hỏi tăng lương Robot có sức mạnh người gấp nhiều lần làm việc vô xác Robot làm việc nơi nguy hiểm, độc hại mà người đến Một hạn chế việc ứng dụng robot vào sản xuất cần có kiến thức để sử dụng, vận hành phải trả chi phí tốn việc bảo dưỡng, sửa chữa Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt Hệ thống FMS thật Tuy nhiên hệ thống phát triển thêm công nghệ tự động hoá công nghệ thông tin chưa phát triển nên Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) hệ thống sản xuất điều khiển tự động máy tính, có khả thay đổi chương trình điều khiển sản phẩm cách linh hoạt trình sản xuất Hệ thống FMS tự động đặt lại cấu hình để sản xuất chủng loại sản phẩm khác nên gọi hệ thống sản xuất linh hoạt Khái niệm sản xuất linh hoạt biết đến lần vào năm 1965 công ty British firmMolins, đưa sản phẩm với tên gọi System 24 System 24 hỗ trợ cho phát triển hệ thống Khái niệm sản xuất linh hoạt bị quên lãng Tuy nhiên vào năm 70 đầu thập kỷ 80, với phát triển nhảy vọt công nghệ thông tin ứng dụng công nghệ thông tin sản xuất mà sản xuất linh hoạt phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc Hệ thống sản xuất linh hoạt sử dụng lần Mỹ để sản xuất ôtô máy kéo.Như vậy, hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung bao gồm có phần sau: - Thiết bị xử lý trung tâm gia công, trạm lắp ráp robot - Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ robot, băng truyền… - Một hệ thống truyền thông - Một hệ thống điều khiển máy tính Trong sản xuất linh hoạt, máy gia công tự động tiện, phay, khoan,…và hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với thông qua mạng máy tính III CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG Hệ thống Robot hàn công nghiệp (OTC modent AII-V6) a Cấu tạo  Nguồn điện (máy hàn)  Súng hàn  Bộ làm súng hàn: đầu súng hàn gần hồ quang dính vẩy hàn, cần phải làm  Bộ cấp điện cực: để bù lại dây điện cực tự tiêu hàn  Khung hàn tay hàn  Bộ định tâm: để đảm bảo que hàn khung hàn biết vị trí nhau, cần phải liên tục hiệu chỉnh trọng tâm hệ thống Qúa trình thực nhờ thiết bị định tâm tự động  Robot hàn  Cách tay : cấu chấp hành - Động dẫn động - Bánh xe - trục tương đương động dẫn động -  CPU : Bộ não Robot - Thiết bị điều khiển trình hoạt động - Thiết bị lưu trữ chương trình - Kết nối với thiết bị ngoại vi - Kết nối với đồ gá -  Bảng điều khiển - Phím điều khiển để lập trình - Các phím - b Nguyên lí hoạt động hệ thống robot hàn công nghiệp  Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển với điện áp thích hợp cho trình hàn Thường 10-35V 5-100A  Sùng hàn dùng để đưa điện cực đến mối hàn, truyền dòng điện hàn vào điện cực tạo lớp cách ly quanh mối hàn Có nhiều kiểu sùng hàn khác nhau, tùy theo trình hàn, dòng hàn, kích thước điện cực chất cách ly  Robot sử dụng hai hệ tọa độ : - Descartes : robot di chuyển tịnh tiến theo trục x,y,z - Tọa độ cực : chuyển động quay  Điểm khác - Descartes : Các phân robot chuyển động phối hợp với - Tọa độ cực : tưng trục, phận với góc xoay khác  Cơ cấu bậc tự - Robot chuyển động dọc theo trục va xoay quanh trục  Robot thực dạng đường - Đường thẳng : cần điểm xác định - Cung tròn : cẩn điểm xác định - Đường cong: cần điểm xác định, chạy từ điểm đến điểm nhà sản xuất lập trình  Phạm vi hoạt động - Bán kính : 0.5m - Vươn xa : 1.4m  Mỏ hàn cách vật hàn 2mm đến 4mm  Lập trình Tùy theo hình dạng vật cần hàn, mà người vận hành chia thành mối hàn theo lập trình cho robot di chuyển theo dạng cung tròn, đường thẳng đường cong Điều khiển trực tiếp cho robot đến điểm cần thiết vạch lên quỹ đạo hàn, copy tọa độ đầu trùng tọa độ cuối, sau lưu vào nhớ, kiểm tra lại tiến hành cho robot chạy tự động Quy trình hàn tự động thực lặp lại c Ứng dụng robot hàn - Ứng dụng cho quy trình hàn: hàn hồ quang, hàn lase, hàn điểm, v.v nhà máy sản xuất vật dụng khí, nơi mà quy trình hàn lặp lặp lại cách liên tục Hàn hồ quang Hàn lase Hàn điểm - Robot hàn hoạt động tất điều kiện khắc nghiệt, đòi hỏi độ xác cao, Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS  Cấu tạo Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển giám sát Dựa vào thực tế sử dụng, phân bố vị trí máy tính mà hệ thống điều khiển giám sát có phân hoá dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển giám sát khácnhau là: + Hệ điều khiển giám sát tập trung + Hệ điều khiển giám sát phân quyền + Hệ điều khiển giám sát phân quyền + Hệ điều khiển giám sát phân tán + Hệ điều khiển giám sát phân quyền  Trạm phân phối phôi Với nhiệm vụ phân phối vận chuyển phôi đến trạm kiểm tra, thiết bị bố trí gồm có: - Băng tải - Cơ cấu cấp phôi - Phôi gồm loại: màu trắng, xanh cây, phôi kim loại (hợp kim nhôm) - Xy lanh khí nén - Cụm van điện từ 24 VDC - Bộ nguồn 24 VDC - Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224 - Module mở rộng EM 223 - Modul truyền thông PROFDUS EM 277 - Cảm biến quang khuếch tán, phát phôi cuối hành trình - Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động băng tải - Nút ấn, khóa điện, chuển mạch Băng tải Cụm van điện từ 24 VDC Cảm biến khếch tán Bộ nguồn 24 VDC PLC S7 200 CPU 224 Module mở rộng EM 223  Trạm gia công phân loại - Bàn quay phân độ vị trí - Bộ nguồn 24 VDC - Bộ điếu khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224 - Module mở rộng EM 223 - Modul truyền thông PROFDUS EM 277 - Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động băng tải - Cảm biến tiệm cận : Phát phôi từ cảm - Cảm biến màu : Phát phôi có màu trắng - Cảm biến quang : Phát tất vật - Cơ cấu khoan gia công phôi - Cụm van điện : nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xylanh - Nút ấn, khóa điện, chuyển mạch, đén báo - Tay gắp khí nén Bộ nguồn 24 VDC  Trạm điều khiển giám sát trung tâm - Bộ nguồn PS 2A : cung cấp nguồn cho PLC S7 300 hình TP 177A - Bộ điều kiển lập trình PLC S7 300CPU 313C-2DP - Màn hình giao tiếp HMI-TP 177A - Nút ấn, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo b Ưu, nhược điểm hệ thống FMS  Ưu điểm - Linh hoạt việc xây dựng tích hợp hệ thống sản xuất - Sản xuất đồng thời nhiều loại sản phẩm khác - Giảm thời gian thiết lập thời gian chờ đợi sản xuất - Sử dụng thiết bị máy móc hiệu - Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động - Có khả xử lý nhiều loại nguyên liệu khác - Khi máy bị cố, máy khác làm việc  Nhược điểm - Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu lớn c Phạm vi ứng dụng Vì giá thành đầu tư ban đầu lớn nên nhừng tập đoàn công ty có vốn đầu tư lớn TÍNH NĂNG VÀ CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỢP THÀNH HỆ THỐNG Hệ thống Robot hàn công nghiệp  Hệ thống khí : - Súng hàn: để truyền dòng điện hàn từ cáp hàn tới điện cực Nó phải có chế cách ly vùng hàn khỏi không khí - Khung hàn tay hàn giữ định vị chi tiết để đảm bảo mối hàn robot thực xác - Robot hàn : thực chuyển động học theo hệ trục Descartes tọa độ cực, đưa tay hàn đến vị trí cần hàn  Hệ thống điện-điện tử - Các vi mạch tích hợp thiết bị khí để điều chỉnh trình IV hoạt động - CPU : Bộ não Robot: điều khiển trình hoạt động, lưu trữ chương trình, kết nối với thiết bị ngoại vi, kết nối với đồ gá  Hệ thống thủy lực-khí nén - Các xylanh thủy lưc, khí nén giúp hoạt động robot linh hoạt  Hệ thống điều khiển  Bảng điều khiển - Phím điều khiển để lập trình - Các phím -  CPU : Bộ não Robot - Điều khiển trình hoạt động : dự liệu chuyển vào tư phận nhập dự liệu (bảng điều khiển) sau CPU thực loạt trình xử lí, đưa dự liệu phận khí thực yêu cầu  Hệ thống thông tin-giám sát (sensor…) - Các sensor cảm ứng định vị vị trí hàn Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS  Hệ thống khí - Bàn quay phân độ vị trí: giúp xoay chuyển phôi đến vị trí cần làm việc - Các cấu khung, giá đỡ : định vị cố định làm môi trường hoạt động - Băng tải : truyền phôi, truyền sản phẩm - Tay gắp khí nén : gắp sản phẩm sau gia công mâm xoay đưa vào băng tải để phân loại  Hệ thống điện-điện tử - Cụm van điện từ 24 VDC: đóng mở van điện - Bộ nguồn 24 VDC : cung cấp nguồn điện - Module mở rộng EM 223 - Modul truyền thông PROFDUS EM 277 - Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động băng tải - Chuyển mạch, đén báo: Nhận biệt hoạt động diễn - Cụm van điện : nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xylanh  Hệ thống thủy lực-khí nén - Xy lanh khí nén : truyền chuyển động học  Hệ thống điều khiển - Bộ điếu khiển lập trình PLC S7 200 CPU 224 : lập trình chuyển động học, trình nhân biết sensor, - Mạch điện từ: Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động băng tải - Màn hình giao tiếp HMI-TP 177A : xuất tín hiệu điều khiển  Hệ thống thông tin-giám sát (sensor) - Cảm biến tiệm cận : Phát phôi từ cảm - Cảm biến màu : Phát phôi có màu trắng - Cảm biến quang : Phát tất vật - Cảm biến quang khuếch tán, phát phôi cuối hành trình V CÁC BƯỚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG Bước 1: Bộ phận nhập liệu, lập trình, định dạng vị trí, hình dạng, quỹ đạo chuyển động Bước 2: Thông qua hệ thống chấp hành điện tử, tích hợp sản phẩm khí: hệ thống khí, hệ thống điện-điện tử, hệ thống điều khiển, hệ thống thủy khí, hệ thống vi điện tử Bước 3:Đến hệ thông thông tin, giám sát Cơ Điện Tử : Các thiết bị cảm nhận đáp ứng theo kích thích đại lượng không điện chuyển thành đại lượng điện, thông tin đại lượng truyền hệ thống đo lường điều khiển, giúp nhận dạng, đánh giá điều khiển biến trạng thái đối tượng Các thiết bị giám sát điển : cảm biến (sensor), camera giám sát, chuyển đổi tín hiệu số Bước : Điều khiển Cơ Điện Tử thưc toán can thiệp vào đối tượng điều khiển để hiệu chỉnh, để biến đổi cho có chất lượng mong muốn Bước : Bộ phận thực sử lí đầu cho sản phẩm VI KẾT LUẬN Công nghệ robot ngày phát triển Robot dần thay người công việc nặng nhọc, môi trường khắc nghiêt yêu cầu độ xác cao Robot hàn phần nhỏ hệ thông robot công nghiệp Chỉ tìm hiểu sơ qua robot hàn mà ta thấy vai trò, vị trí sản xuất công nghiệp Trong tương lai không xa có nhiều sản phẩm robot đời với tích hợp Cơ Điện Tử có độ xác cao Hiện nước phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt ứng dụng rộng rãi công nghiệp để sản xuất sản phẩm hàng hoá có chất lượng cao với giá thành hạ Các hệ thống sản xuất linh hoạt đại sử dụng tiến khoa học kỹ thuật mà cụ thể bốn lĩnh vực tự động hoá, khí, công nghệ thông tin điện tử viễn thông Sự kết hợp bốn lĩnh vực hình thành nên lĩnh vực mới, Cơ điện tử (mechatronics) Ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt sản xuất làmcho đơn giản hoá hoạt động người đồng thời nâng cao hiệu sản xuất Trong hệ thống sản xuất linh hoạt, phạm vi điều khiển hoạt động hệ thống không giới hạn thao tác hay vận hành hệ thống trực tiếp xưởng máy hay dây chuyền mà mở rộng để điều hành giám sát hoạt động nhà máy địa điểm gọi trung tâm điều khiển Điều thực nhờ sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Việc sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS thúc đẩy sản xuất phát triển theo xu hướng công nghệ cao, giảm bớt thời gian lao động người