HỆ THỐNG MPS
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI
******************

GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT
( Lưu hành nội bộ )

Chủ biên : Th.S Nguyễn Xuân Nguyên
Th.S Trần Nhân Quý

1


HỆ THỐNG MPS

TỔNG QUAN HỆ THỐNG MPS
Trong q trình cơng nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, Đảng và Nhà nước ta đã chủ trương đầu tư phát
triển các ngành khoa học có hàm lượng tri thức cao, với vai trị quan trọng của mình tự động hóa được xem là một
trong những lĩnh vực chủ đạo nhận được sự quan tâm đó.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hố ngày nay khơng chỉ gói gọn ở mỗi một ngành như cơ
khí, điện, điện tử, tin học… Mà là sự kết hợp hài hoà của tất cả các ngành trên. Chính sự kết hợp hài hịa đó tự động
hóa đã đạt được nhiều thành tựu cao.
Để giúp cho người học sau khi đã cơ bản hịan tất các mơn học chun ngành có thể tiếp cận với một hệ
thống sản xuất tự động ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, hãng Festo (Đức) đã chế tạo ra mơ hình trạm MPS
(Modular Production System). Trạm MPS là một công cụ dạy học được xem là lý tưởng nhất, hệ thống gồm có 9
trạm, nó là một q trình sản xuất gia cơng có tính chất liên tục, từ việc cấp phôi, gia công, lắp ráp đến phân lọai sản
phẩm, gắn liền với quá trình sản xuất trong thực tế. Trạm MPS là sự kết hợp hài hồ giữa điện, điện tử, cơ khí, tin
học, thuỷ lực, khí nén, và kỹ thuật lập trình PLC, mô phỏng bằng phần mềm Cosimir, giám sát hệ thống sản xuất
bằng phầm mềm WinCC…

2


HỆ THỐNG MPS

MỘT SỐ QUI ĐỊNH
KHI SỬ DỤNG HỆ
THỐNG MPS
1.Sinh viên chỉ được sử
dụng hệ thống khi có sự
cho phép của giáo viên.
2.Đọc kỹ tài liệu hướng
dẫn trước khi sử dụng.
3.Chỉ được phép kết nối
hoặc ngắt dây nối tín hiệu
khi nguồn điện đã tắt.
4.Chỉ sử dụng điện áp tối
đa lên đến 24V.
5.Chỉ được sử dụng nguồn khí có áp suất tối đa là 8bar.
6.Chỉ bật nguồn cấp khí khi việc kết nối các thiết bị khí nén đã hồn tất.
7.Ln theo dõi hệ thống khi nguồn cấp khí đã được bật.
8.Khơng được dùng tay di chuyển bất kỳ vật gì gần robot khi robot hoạt động.
9.Cuối quá trình hoạt động tay gắp của robot không được giữ phôi.

3


HỆ THỐNG MPS
I. TRẠM 1 (TRẠM PHÂN PHỐI - DISTRIBUTION STATION)

1.Chức năng:
-Tách rời (separate out) phôi
(workpiece) ra khỏi ngăn chứa
(stack magaqzine module) .
-Vận chuyển (transfer) các phôi
tay quay (rotary drive) có gắn

sang trạm kế bằng thiết bị
giác hút (suction cup).

2.Trạm phân phối bao gồm các
-Ngăn chứa (stack magazine
module)
-Module vận chuyển (changer module)
-Module đẩy phôi (trolley)
-Bảng điều khiển (control console)
-Board mạch PLC (PLC board)
-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

module sau:

3.Vai trò một số module chính của
-Module ngăn chứa phơi:
Tách phơi ra khỏi ngăn chứa bằng
xy lanh tác động kép (double acting
cylinder), xy lanh này đẩy phôi dưới
cùng của ngăn chứa ra vị trí để chuẩn
bị vận chuyển. Các phơi trong ngăn
chứa hình trịn được nhận biết bằng
cảm biến quang thu phát độc lập

(optoelectronic sensor) (B4). Vị trí
của phơi đẩy ra được nhận biết bằng
cảm biến tiệm cận nam châm
(magnetic proximity sensor) (1B1,
1B2).

trạm phân phối:

-Module vận chuyển:
Là một thiết bị sử dụng khí nén. Phơi được nhặt bằng giác hút và vận chuyển bằng thiết bị quay. Góc quay có thể
điều chỉnh từ 0 đến 1800 bằng cách sử dụng thiết bị cơ khí để cản lại. Vị trí cuối được phát hiện bằng cơng tắc hành
trình (limitted sensor) (3S1, 3S2).
4.Họat động:
-Điều kiện họat động:
+Cảm biến quang thu phát độc lập (B4) nhận biết có phơi trong ngăn chứa
4


HỆ THỐNG MPS
+Cảm biến thu tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 2 không bận
+Người dùng nhấn nút Start (S1)
-Quy trình họat động:
Nhấn nút Start:
+Tay quay quay sang trạm 2
+Piston đẩy phôi ra khỏi ngăn chứa
+Tay quay quay về trạm 1
+Giác hút hút phôi
+Tay quay quay sang trạm 2 đồng thời piston đẩy phôi rút về
+Giác hút nhả phôi
+Tay quay quay về trạm 1, kết thúc chu trình Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng

họat động Nhấn nút Reset:
+Piston ở vị trí ngịai
+Giác hút nhả phơi
+Tay quay ở trạm 1
Thể hiện dưới dạng ký hiệu:
Piston đẩy phôi (A):
A+: Piston rút vào (phôi bị đẩy
ra)

A-: Piston đi ra

Tay quay (B):
B+: Tay quay quay sang trạm 2

B-: Tay quay quay về trạm 1

Giác hút (C):
C+: Giác hút hút phôi

5


HỆ THỐNG MPS

C-: Giác hút nhả phơi

Chu trình:
Start + X1 Y1(B+) -> X2(Y13S2) Y2(A+) ->X3(Y2)
5.Bảng địa chỉ:
Kí

Địa Mức logic ở
hiệu chỉ trạng thái bình
Chức năng
thường
Cảm biến tiệm cận nam
châm, bo hiện tại
1B2 I0.1
0
piston đang ở vị trí
bên ngồi (phơi chưa
được đẩy ra)
Cảm biến tiệm cận nam
châm, báo hiện tại piston
1B1 I0.2
0
đang ở bên trong (phôi đã
được đẩy ra)
Cảm biến áp suất chân
không. Cho biết đủ áp suất
2B1 I0.3
0
chân không để hút phơi
3S1

I0.4

0

Cơng tắc hnh trình điện cơ.
Cho biết tay quay đang ở

trạm 1
Cơng tắc hnh trình điện cơ.
Cho biết tay quay đang ở
trạm 2.

3S2

I0.5

0

B4

I0.6

1

IP_FI

I0.7

0

S1
S2

I1.0
I1.1

0

1

Cảm biến quang thu phát độc
lập. Cho biết phơi có trong
ngăn chứa
Cảm biến quang thu tín hiệu
hồng ngoại nhận biết trạm 2
đang bận
Nt nhấn Start
Nt nhấn Stop
6

Hình ảnh


HỆ THỐNG MPS
S3
S4

I1.2
I1.3

0
0

1Y1 Q0.0

0

2Y1 Q0.1


0

2Y2 Q0.2

0

3Y1 Q0.3

0

3Y2 Q0.4

0

H1
H2
H3

0
0
0

Q1.0
Q1.1
Q1.2

Công tắc chọn chế độ
Nt nhấn Reset
Cuộn dây của 1V1, điều

khiển xylanh đẩy phơi từ
ngăn chứa. Khi bị tác động
thì phơi sẽ bị đẩy ra khỏi
ngăn chứa
Cuộn dây của 2V1, điều
khiển giác hút.
Khi bị tác động thì gic ht sẽ
ht phơi
Cuộn dây của 2V1, điều
khiển giác hút. Khi bị tác
động thì khơng khí sẽ trn vo
cửa U của gic ht để đẩy phôi
ra khỏi gic ht
Cuộn dây của 3V1, điều
khiển động cơ tay quay. Khi
bị tác động thì tay quay sẽ
quay về trạm 1
Cuộn dây của 3V1, điều
khiển động cơ tay quay. Khi
bị tác động thì tay quay sẽ
quay sang trạm 2
Đèn báo trạng thái Start
Đèn báo trạng thái Reset
Đèn báo có phơi trong ngăn
chứa

7


HỆ THỐNG MPS

6.Sơ đồ kết nối CPU S7-300:

7. Sơ đồ mạch điện Panel điều khiển:

8


HỆ THỐNG MPS
8.Sơ đồ
mạch
cảm biến:

9.Sơ đồ
mạch đèn
hiển thị:

9


HỆ THỐNG MPS
10.Sơ đồ ngõ
cơ cấu chấp

ra

hành:
11.Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

10



HỆ THỐNG MPS

11


HỆ THỐNG MPS
II. TRẠM 2 (TRẠM KIỂM TRA 1.Chức năng:
-Xác định tính chất vật liệu của phơi
characteristics) -Xác định chiều cao của
-Loại các phôi không đạt
-Chuyển các phôi đạt tiêu chuẩn (standard

TESTING STATION)
(workpiece
material
phôi (workpiece height)
workpiece) tới trạm tiếp theo

2.Trạm kiểm tra bao gồm các module sau:
-Module cảm biến (sensor module)
-Module nâng (lifting module)
-Module đo lường (measuring module)
-Module băng trượt (slide module)
-Module bảng điều khiển và board mạch PLC (control console and PLC board module)
-Bàn lắp thiết bị (profile plate)
3.Vai trò một số module chính của trạm kiểm tra:
-Module nhận biết phôi :
Vật liệu và màu sắc của phôi được nhận biết bằng hai cảm biến:
+Cảm biến quang (optoelectronics sensor) (Part_AV) xác định có phơi.

+Cảm biến tiệm cận điện dung (capacitive proximity sensor) (B2) xác định phôi là kim loại hay phi kim.
-Module nâng:
+Khi phôi là kim lọai, phôi
nâng để kiểm tra.
+Cơ cấu nâng gồm một
xylanh chuyên dùng để đẩy
+Các ống dẫn khí nén
cho xylanh và dây dẫn điện
trong cáp dẫn.
+Cuối hành trình của
bằng tiệm cận nam châm
(1B1, 1B2).
-Module đo lường:

sẽ được nâng lên bằng bộ
xylanh khơng có trục và một
phơi ra.
(plastic tubing) cung cấp khí
(cho van điện) nằm chung
xylanh nâng được nhận biết
(magnetic proximity sensor)

12


HỆ THỐNG MPS
Bộ đo gồm một cảm biến nhận tín
xác định chiều cao phơi. Ngun tắc
tuyến tính (linear measurer) với bộ
giảm chấn được gắn ở bộ đo để giảm

nâng phôi lên. Giá trị đo tương tự sẽ
sánh. Tín hiệu tương tự cũng có thể
qua bộ kết nối.

hiệu dạng tương tự (B5) để
hoạt động dựa trên bộ đo
chia điện áp. Một bộ phận
chấn cho xy lanh nâng khi nó
được số hóa thông qua bộ so
được chuyển đến PLC thông

-Module băng trượt có đệm khí:

Băng trượt có đệm khí có nhiệm vụ chuyển sản phẩm qua trạm tiếp theo. Băng trượt có thể chứa 5 sản phẩm
cùng lúc nếu như cửa chặn đóng lại. Đệm khí giảm tối thiểu ma sát giữa sản phẩm và bề mặt băng trượt và các sản
phẩm trượt cùng vận tốc.
-Module băng trượt:
Băng trượt dùng để chuyển sản phẩm
sản phẩm cùng lúc nếu cửa chặn đóng lại.
phải được xác định thích hợp.

lỗi. Băng trượt có thể chứa 4
Góc nghiêng của băng trượt

4.Họat động:
-Điều kiện họat động:
+Cảm biến quang (Part_Av) xác định
có phơi.
+Cảm biến gương phản xạ (B4) xác
định khơng có tay quay ở

trạm 2.
+Cảm biến nhận tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 3 không bận. +Người dùng nhấn nút Start (S1)
-Quy trình họat động:

13


HỆ THỐNG MPS
Nhấn nút Start:
+Cảm biến tiệm cận điện dung (B2) kiểm tra phôi là kim loại (metal) hay phi kim (non_metal).
+Nếu phơi khơng phù hợp (phi kim):
• Piston đi ra đẩy phôi vào ngăn chứa phế phẩm  Piston rút về, kết thúc chu trình.
+Nếu phơi phù hợp (kim lọai):
• Bộ nâng nâng vật lên để kiểm tra độ cao của vật.
• Vật đạt độ cao:
 Piston đi ra đẩy phơi đồng thời bật đệm khí
 Sau khỏang thời gian định trước, tắt đệm khí
 Rút piston về
 Hạ bộ nâng xuống, kết thúc chu trình
 Vật khơng đạt độ cao:
 Hạ bộ nâng xuống
 Piston đi ra đẩy phôi vào ngăn chứa phế phẩm
 Sau khỏang thời gian định trước, rút piston về, kết thúc chu trình Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat
động Nhấn nút Reset:
+Bộ nâng ở dưới
+Piston ở trong
+Đệm khí tắt
5.Bảng địa chỉ:
Kí
hiệu

Part
AV

B2

Địa
chỉ

I0.0

I0.1

Mức logic ở
trạng thái bình
thường

Chức năng

0

Cảm biến quang thu phát
độc lập nhận biết có phơi
trong ngăn chứa

0

Cảm biến tiệm cận điện
dung dùng để phân biệt
phơi là kim loại hay phi
kim (tich cuc khi phoi la

kim loai)

B4

I0.2

1

B5

I0.3

0

Hình ảnh

Cảm biến gương phản xạ
nằm phía trên phơi xác
định khơng có tay quay ở
trạm 2
Cảm biến tương tự xác
định chiều cao của phơi,
ngõ ra tích cực khi phôi
đủ độ cao

14


HỆ THỐNG MPS


1B1

1B2

I0.4

I0.5

0

Cảm biến tiệm cận nam
châm nhận
biết bộ nâng đang ở vị trí
trên

0

Cảm biến tiệm cận nam
châm nhận biết bộ nâng
đang ở vị trí dưới
Cảm biến tiệm cận nam
châm nhận
biết piston đẩy phôi đã
được rút về
Cảm biến quang thu tín
hiệu hồng ngoại nhận biết
trạm 4 đang bận

2B1


I0.6

0

IP_FI

I0.7

0

S1
S2
S3
S4

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3

0
1
0
0

1Y1

Q0.0

0


1Y2

Q0.1

0

2Y1

Q0.2

0

3Y1

Q0.3

0

IP_N
FO

Q0.7

0

H1

Q1.0


1

Nút nhấn Start
Nút nhấn Stop
Công tắc chọn chế độ
Nút nhấn Reset
Cuộn dây của 1V1, khi bị
tác động sẽ điều khiển
piston đưa bộ nâng đi
xuống
Cuộn dây của 1V1, khi bị
tác động sẽ điều khiển
piston đưa bộ nâng đi lên.
Cuộn dây của 2V1, khi bị
tác động sẽ điều khiển
piston đẩy vật đi ra
Cuộn dây của 3V1, khi bị
tác động sẽ cung cấp khí
thổi vật.
Cảm biến quang phát tín
hiệu hồng ngoại báo trạm
2 đang bận
Đèn báo trạng thái Start

H2

Q1.1

0


Đèn báo trạng thái Reset

H3

Q1.3

0

Đèn báo tính chất của
phơi, đèn tắt khi phơi
đen, đèn sáng khi phơi

15


HỆ THỐNG MPS
đỏ hoặc kim lọai

16


HỆ THỐNG MPS
6.Sơ đồ kết nối CPU S7-300:
7. Sơ đồ
mạch
điện
Panel
điều
khiển:


17


HỆ THỐNG MPS
8.Sơ đồ ngõ vào cảm biến:

18


HỆ THỐNG MPS
9.Sơ đồ mạch đèn hiển thị:

10.Sơ đồ ngõ ra cơ cấu chấp hành:
11.Sơ đồ mạch điện _ khí nén:

19


HỆ THỐNG MPS

20


HỆ THỐNG MPS
III. TRẠM 3 (TRẠM GIA CÔNG - PROCESSING STATION)
1.Chức năng:
-Kiểm tra đặc tính của phơi (có hay
-Gia cơng doa (drill) phơi
-Chuyển phơi đến trạm tiếp theo


khơng có lỗ)

2.Trạm gia công bao gồm các module
-Module mâm quay (rotary indexing
-Module kiểm tra (testing module)
-Module doa (drilling module)
-Module giữ phôi (clamping module)
(sorting
gate
module)
-Module bảng điều khiển và board
and PLC board module)
-Bàn lắp thiết bị (profile plate)

sau:
table module)

-Module

gạt

phơi

mạch PLC (control console

3.Vai trị một số module chính của trạm gia cơng:
-Trong trạm gia cơng, phôi được kiểm tra và gia công trên mâm quay. Mâm quay được điều khiển bằng động cơ
một chiều DC. Mâm quay được đặt ở vị trí phù hợp với rơle, với vị trí này mâm quay được nhận biết bởi cảm biến
tiệm cận điện từ (B3).
-Trên mâm quay phôi sẽ được kiểm tra và doa trong 2 quá trình song song. Cảm biến tiệm cận điện dung (B2) sẽ

kiểm tra xem phơi được đưa vào đúng vị trí doa hay chưa. Trong suốt q trình doa, phơi được giữ chặt bởi phần tử
chấp hành (actuator) của cuộn solenoid.
-Kết thúc, phôi được chuyển sang trạm khác thông qua cơ cấu điện
-Module mâm quay:
+Module mâm quay được điều
(gear) của động cơ một chiều DC. 6
bởi những cánh quạt trên mâm quay
biến cảm ứng.
+Mỗi một nửa của ngăn chứa hình
một lỗ ở giữa để thuận lợi cho việc
biến cảm ứng điện dung. -Module
+Phơi được đưa vào đúng vị trí
kiểm tra sẽ đưa dầu dị xuống để
hay chưa.
+Nếu phơi khơng có lỗ như u cầu thì sẽ khơng thực hiện được q trình doa.

21

khiển bởi những bánh răng
vị trí của đĩa được xác định
và được giám sát bởi cảm
tròn trên 6 cánh quạt có
kiểm tra bằng các cảm
kiểm tra:
kiểm tra, sau đó module
kiểm tra xem phơi có lỗ sẵn


HỆ THỐNG MPS


-Module doa:
+Module doa dùng đánh bóng lỗ phơi.
+Một hàm kẹp sẽ kẹp sản phẩm, sản phẩm được giữ
Máy doa sẽ được tác động bởi một dây đai thang răng
truyền chuyển động thẳng và lúc đó mạch rơle dùng tác
+Mô tơ máy doa hoạt động ở điện áp 24VDC và tốc
cuối được giới hạn bởi cơng tắc hành trình (1B1, 1B2).

và tác động trở lại máy doa.
cưa. Động cơ bánh răng sẽ được
động vào mô tơ.
độ không được điều chỉnh.Vị trí

4.Quy trình họat động: -Điều kiện họat động:
+Có phơi trong ngăn chứa
+Mũi doa ở vị trí trên
+Tay gạt phơi ở vị trí trong
+Thiết bị giữ phơi rút về
+Cảm biến thu tín hiệu hồng ngoại (IP_FI) nhận biết trạm 4 không bận
+Người dùng nhấn nút Start (S1)
22


HỆ THỐNG MPS
-Quá trình họat động:
Nhấn nút Start:
+Mâm quay quay 600 +Kiểm tra lỗ phơi +Phơi có lỗ:
 Có phơi mới ở ngăn chứa:
 Mâm quay quay 600
 Kiểm tra lỗ phơi

 Thực hiện q trình doa
 Đợi có phơi mới ở ngăn chứa
 Phơi có lỗ và có phơi mới ở ngăn chứa: (*)

Mâm quay quay 600

Kiểm tra lỗ phơi

Thực hiện q trình doa

Gạt phơi sang trạm kế

Đợi có phôi mới ở ngăn chứa

Quay về bước (*)
 Phôi không có lỗ: Kết thúc chu trình
+Phơi khơng có lỗ: Kết thúc chu trình Nhấn nút Stop: Hệ thống ngừng họat
động Nhấn nút Reset:
+Motor doa tắt
+Mũi doa ở vị trí trên
+Động cơ mâm quay tắt
+Cần gạt ở vị trí bên trong
+Thiết bị giữ phơi rút về
5.Bảng địa chỉ:
Kí hiệu
Part
AV

B2


B1

1B1

Địa
chỉ

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

Mức logic ở
trạng thái bình
thường

Chức năng

0

Cảm biến tiệm cận điện
dung phát hiện có phôi
trong ngăn chứa

0

Cảm biến tiệm cận điện

dung phát hiện phôi đang
ở vị trí doa

0

Cảm biến tiệm cận điện
dung phát hiện phơi đang
ở vị trí kiểm tra

0

Cơng tắc hành trình điện
cơ nhận biết module doa
đang ở vị trí trên

Hình ảnh

23


HỆ THỐNG MPS

1B2

I0.4

0

B3


I0.5

0

B4

I0.6

0

IP_FI

I0.7

0

S1
S2
S3
S4

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3

0
1
0
0


K1

Q0.0

0

K2

Q0.1

0

K3

Q0.2

0

K4

Q0.3

0

Y1

Q0.4

0


Y2

Q0.5

0

Y3

Q0.6

0

Cơng tắc hành trình điện
cơ nhận biết module doa
đang ơ vị trí dưới
Cảm biến tiệm cận điện từ
phát hiện vị trí mâm quay
Cảm biến điện từ nhận biết
phơi có lỗ
Cảm biến quang thu tín
hiệu hồng ngoại nhận biết
trạm 4 đang bận
Nút nhấn Start
Nút nhấn Stop
Công tắc chọn chế độ
Nút nhấn Reset
Cuộn dây của rơle K1, khi
cuộn dây có điện thì sẽ
đóng mạch bật động cơ

doa
Cuộn dây của rơle K2, khi
cuộng dây có điện thì
động cơ mâm quay sẽ
được bật lên để quay mâm
quay
Cuộn dây của rơle K3,
được sử dụng để tạo ra
cầu H điều khiển động cơ
đưa module doa đi xuống
Cuộn dây của rơle K4,
được sử dụng để tạo ra
cầu H điều khiển động cơ
đưa module doa đi lên
Solenoid tác động giữ phôi
lúc doa
Solenoid khi bị tác động sẽ
đều khiển piston đi xuống
kiểm tra lỗ của phôi
Solenoid khi bị tác động
thì cần gạt sẽ gạt phơi sang
trạm tiếp theo
24


HỆ THỐNG MPS
IP_N
FO
H1->3


Q0.7

0

Q1.0
->1.2

0

Cảm biến quang phát tín
hiệu hồng ngoại báo trạm
bận
Đèn báo trạng thái Start,
Reset, phôi không đạt

25