CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU PLC
Bộ điều khiển lập trình (PLC) là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua lập trình linh hoạt Người dùng có thể lập trình PLC để thực hiện chuỗi sự kiện được kích hoạt bởi các tác nhân bên ngoài hoặc các hoạt động có thời gian trễ Khi sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ điều khiển ON hoặc OFF các thiết bị vật lý bên ngoài Bộ điều khiển này liên tục lặp lại chương trình đã được lập trình, chờ tín hiệu đầu vào và xuất tín hiệu đầu ra theo thời gian đã định PLC được phát triển để khắc phục nhược điểm của các bộ điều khiển truyền thống sử dụng dây nối.
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mở rộng
Các thiết kế ban đầu được phát triển để thay thế các phần cứng Relay và logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó, nhu cầu tăng cường dung lượng và tính linh hoạt cho PLC vẫn cần được đảm bảo, đồng thời duy trì tốc độ xử lý và chi phí hợp lý.
Sự quan tâm đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp ngày càng tăng, với các lệnh từ logic đơn giản đến các lệnh phức tạp như đếm, định thời và thanh ghi dịch Sự phát triển của máy vi tính đã góp phần vào việc cải tiến các bộ PLC, cho phép dung lượng lớn hơn và số lượng I/O phong phú hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là hai thành phần cơ bản cho quá trình điều khiển và xử lý hệ thống Chương trình xác định chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện và được nạp vào bộ nhớ của PLC Khi muốn thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, chỉ cần điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ PLC Việc này cho phép thay đổi hoặc mở rộng chức năng một cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý như với các bộ dây nối hay Relay.
Hình 1.1:Sơ đồ bộ điều khiển
Các dòng sản phẩm của SIEMENS
Hình 1.2: Các dòng sản phẩm của Simens
Bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng mở rộng khả năng I/O cho CPU bằng cách thêm các kết nối I/O số hoặc tương tự SB được gắn vào phía trước của CPU, mang lại sự linh hoạt trong việc nâng cao hiệu suất và chức năng của hệ thống.
• SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
• SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
Hình 1.3: Bảng tín hiệu PLC - 1200
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU
Sơ đồ đấu dây PLC CPU 1214C DC/DC/DC
Hình 1.5:Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC
PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, với nhiều dòng sản phẩm và phiên bản đa dạng, đáp ứng nhu cầu từ các bài toán đơn giản đến phức tạp Các bộ ghép mở rộng cho phép kết nối nhiều PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp và giao tiếp với máy tính, tạo thành một mạng tích hợp, giúp theo dõi, kiểm tra và điều khiển quy trình công nghệ hoặc toàn bộ phân xưởng sản xuất Dù sử dụng loại PLC nào, hệ thống điều khiển vẫn có cấu trúc chung, với ngõ vào dạng số có hai trạng thái ON và OFF, tương ứng với mức logic 1 (cao) và mức logic 0 (thấp).
Ngõ ra số bao gồm hai trạng thái chính là ON và OFF, thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị như cuộn dây contactor, đèn tín hiệu và xi lanh.
Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm biến, công tắc hành trình
Tất cả các PLC đều bao gồm ba thành phần chính: bộ nhớ chương trình RAM, bộ vi xử lý với cổng giao tiếp để kết nối với PLC, và các module I/O.
Một số PLC hoàn chỉnh đi kèm với đơn vị lập trình bằng tay hoặc máy tính, giúp người dùng dễ dàng lập trình và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình đơn giản thường được trang bị đủ RAM để lưu trữ chương trình hoàn chỉnh hoặc bổ sung Đối với đơn vị lập trình xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, và chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra kỹ lưỡng Trong khi đó, các PLC lớn thường được lập trình trên máy tính để thuận tiện cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình, kết nối với PLC qua các cổng như RS232, RS422 và RS485.
CPU là trung tâm điều khiển các hoạt động bên trong PLC, nơi bộ xử lý đọc và kiểm tra chương trình lưu trữ trong bộ nhớ Sau đó, nó thực hiện từng lệnh, điều khiển việc đóng hoặc ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra này được phát hiện và truyền tới các thiết bị liên kết để thực thi, tất cả hoạt động này phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ.
Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
- Address bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau
- Data bus: bus dùng để truyền dữ liệu
- Control bus: bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và các điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Hệ thống Bus chịu trách nhiệm truyền tải thông tin giữa CPU, bộ nhớ và thiết bị I/O CPU được cung cấp một xung clock với tần số 1,8 MHz, điều này ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động của PLC và đảm bảo các yếu tố về định thời và đồng hồ cho toàn bộ hệ thống.
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
- Run/Stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động
- Main: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1
Có 2 loại đèn chỉ thị:
- Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào
- Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra
PLC thường cần bộ nhớ để thực hiện các chức năng như định thời cho các kênh trạng I/O và lưu trữ trạng thái của các chức năng như định thời, đếm và gọi Relay.
Mỗi lệnh trong chương trình được lưu trữ tại một vị trí cụ thể trong bộ nhớ, với các vị trí này được đánh số bằng địa chỉ bộ nhớ Địa chỉ của từng ô nhớ được quản lý bởi bộ đếm địa chỉ trong bộ vi xử lý Trước khi thực hiện lệnh tiếp theo, bộ vi xử lý sẽ tăng giá trị của bộ đếm này lên một Khi có địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ được đưa ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong của PLC được cấu tạo từ vi mạch bán dẫn, với khả năng lưu trữ từ 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy thuộc vào loại vi mạch Các loại bộ nhớ như RAM và EPROM đều được ứng dụng trong PLC.
RAM có khả năng nạp, thay đổi và xóa nội dung bất kỳ lúc nào, nhưng sẽ mất dữ liệu nếu nguồn điện bị ngắt Để khắc phục tình trạng này, các PLC được trang bị pin khô, cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế, RAM thường được sử dụng để khởi tạo và kiểm tra chương trình, và hiện nay, CMOS RAM ngày càng được ưa chuộng nhờ vào khả năng tiêu thụ điện thấp và tuổi thọ cao.
FACTORY I/O
Factory I/O là phần mềm thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển tự động hoá một cách trực quan, có khả năng giao tiếp với hầu hết các PLC Với thư viện phong phú, phần mềm này mô phỏng các hệ thống và đối tượng phổ biến trong tự động hoá dưới dạng 3D Factory I/O cung cấp 20 mô hình thiết kế sẵn dựa trên các ứng dụng công nghiệp thông dụng, đồng thời cho phép người dùng sử dụng các đối tượng trong thư viện để tạo ra dây chuyền và hệ thống riêng Sau khi hoàn tất thiết kế, Factory IO kết nối với các bộ điều khiển PLC thông qua các driver có sẵn, và đặc biệt, còn hỗ trợ kết nối với bộ mô phỏng PLC Sim của Siemens.
1.2.1 Một số khối máy cơ bản của Factory I/O
+ Dùng để gia công chi tiết phôi thành sản phẩm
Phôi được đưa vào máy CNC, nơi cảm biến nhận tín hiệu từ cánh tay robot để gắp phôi vào Sau khi phôi được đặt vào, máy tự động đóng cửa và tiến hành hoạt động Khi quá trình hoàn tất, cửa máy mở ra và cánh tay robot gắp vật ra ngoài.
+ Gồm các cổng đầu ra điều khiển hoạt động của máy theo chương trình lập trình PLC
+ Mỗi loại có thời gian gia công khác nhau ( nắp: 6 giây ; đế: 3 giây )
+ Cài đặt chân cảm biến SS_Machining1_Busy cho máy để báo máy đang bận và phôi đi ra sẽ qua máy khác
+ Cài đặt chân cảm biến SS_Machining2_Busy cho máy để báo máy đang bận và phôi đi ra sẽ qua máy khác
+ Cài đặt chân cảm biến SS_Machining3_Busy cho máy để báo máy đang bận và phôi đi ra sẽ qua máy khác
Trạm Gantry Pick and Place là thiết bị tự động hóa với ba trục điều khiển bằng động cơ servo, thường được sử dụng để di chuyển hàng hóa nhẹ như hộp các tông vào băng tải hoặc pallet khác.
Pick and Place có bốn bậc tự do, bao gồm ba bậc chuyển động tuyến tính và một bậc chuyển động quay của gắp Bộ kẹp được kích hoạt bởi các cấp hút và đi kèm với cảm biến khoảng cách Hệ thống có thể được điều khiển bằng các giá trị kỹ thuật số và tương tự, tùy thuộc vào cấu hình đã chọn Khi sử dụng I/O kỹ thuật số, chuyển động trục thực hiện tăng dần từng bước theo giá trị thẻ điều khiển.
Tốc độ góc của Gripper: 4,6 rad / s
Set Pick & Place X Position trong mô hình : di chuyển hút ghép vật
Set Pick & Place Y Position trong mô hình : hút vật thả vào thùng hàng
+ Nguyên liệu thô xanh dương ( Blue Raw Masterial )
+ Nguyên liệu thô xanh lục ( Green Raw Masterial )
+ Nguyên liệu thô kim loại ( Metal Raw Masterial )
Sản phẩm hoàn thiện Được tạo từ đế và nắp
Hình 1.12: Sản phẩm hoàn chỉnh
Hình 1.13: Stacker crane and Rack
Cần cẩu xếp hàng gắn trên ray là thiết bị lý tưởng để xếp dỡ hàng hóa nặng, bao gồm các thành phần chính như xe đẩy, bệ đứng và hai nĩa có khả năng trượt sang hai bên.
Hai máy đo khoảng cách laser được lắp đặt trên xe đẩy và bệ để xác định vị trí ngang và dọc của bệ Giá đỡ là khung thép thẳng đứng liên kết bằng các dầm thép ngang, nhằm chịu tải trọng Loại giá có sẵn là giá một chiều sâu, hay còn gọi là giá chọn lọc, cho phép lưu trữ tải sâu một pallet và có thể lưu trữ từ cả hai bên của giá.
Mỗi giá đỡ được căn chỉnh với một đầu của thanh ray, đảm bảo cần trục máy xếp dừng ở vị trí chính xác Cần trục xếp có thể được điều khiển thông qua các giá trị kỹ thuật số, số và tương tự, tùy thuộc vào cấu hình đã chọn.
Set Stacker Crane Left limit : đưa cần cẩu qua bên thùng hàng cần lấy
Set Stacker Crane Middle limit : Nâng thùng hàng lên khỏi băng chuyền Set Stacker Crane Right limit : Đưa thùng hàng ra khỏi băng chuyền
Set Stacker Crane X Positon : Đưa thùng hàng lên kệ
Set Stacker Crane Y Positon : Đưa thùng hàng vào kệ
Có 3 loại băng tải : 2 mét, 4 mét và 6 mét
Băng tải được sử dụng để vận chuyển hàng hóa có tải trọng nhẹ Có thể được điều khiển bằng các giá trị kỹ thuật số hoặc tương tự
Băng tải cong là thiết bị lý tưởng để vận chuyển hàng hóa nhẹ, với khả năng điều khiển thông qua các giá trị kỹ thuật số hoặc tương tự.
Có 3 loại : 2 mét,4 mét và 6 mét
Băng tải con lăn hạng nặng, có thể được điều khiển bằng các giá trị kỹ thuật số và tương tự theo cấu hình đã chọn
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s (kỹ thuật số); 0,8 m / s (tương tự)
Băng tải con lăn cong chịu tải nặng, có thể được điều khiển bằng các giá trị kỹ thuật số và tương tự theo cấu hình đã chọn
Chu vi bên ngoài (tại mép cuộn): 2,94 m
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s (kỹ thuật số); 0,8 m / s (tương tự)
Thiết bị truyền động bằng khí nén này có thể được sử dụng để dừng, tích tụ hoặc ngăn chặn va chạm vật liệu trên băng tải
Hình 1.19: Vision Sensor Cảm biến tầm nhìn nhận biết nguyên liệu , náp sản phẩm và cơ sở sản phẩm và màu sắc tương ứng của chúng
Set SS_raw_limit : Cảm biến báo có hàng để Pusher chuẩn bị đẩy
Set SS_Thailoai : loại sản phẩm lỗi khi gia công
Set SS_Color : Phân loại sản phẩm theo màu và chất liệu
Máy phân loại đẩy khí nén được trang bị hai cảm biến lau chỉ giới hạn ở phía trước và phía sau, cùng với một van servo cho phép đặt và đo vị trí thanh truyền Việc điều khiển máy có thể thực hiện thông qua các giá trị kỹ thuật số hoặc tương tự, tùy theo cấu hình đã chọn.
Set SS_Pusher_raw : Cảm biến hành trình của xylanh,đẩy phôi chưa gia công vào máy
Set SS_MetalPro_Start : Đẩy phôi kim loại đã được gia công vào tay máy XYZ
Set SS_GreenPro_Start : Đẩy phôi nhựa màu xanh lục đã được gia công vào tay máy XYZ
Set SS_BluePro_Start : Đẩy phôi nhựa màu xanh dương đã được gia công vào tay máy XYZ
Set SS_MetalLid : Đẩy phôi kim loại đã gia công vào góc để ghép vật nhằm giảm tỉ lệ lệch và hụt
Set SS_GreenLid : Đẩy phôi nhựa xanh lục đã gia công vào góc để ghép vật nhằm giảm tỉ lệ lệch và hụt
Set SS_BlueLid : Đẩy phôi nhựa xanh lục đã gia công vào góc để ghép vật nhằm giảm tỉ lệ lệch và hụt
1.2.2 Các công đoạn trong mô hình
-Công đoạn đƣa phôi đến nhà ga và cắt gọt
Hình 1.21: Công đoạn tạo cơ sở sản phẩm
Nguyên liệu sẽ tự động được đưa ra và cảm biến sẽ phát hiện khi nguyên liệu đi qua Lúc này, máy khí đẩy và trạm dừng sẽ hoạt động để đẩy phôi vào cửa nhà ga, nơi cánh tay Robot sẽ gắp phôi vào khối máy CNC để bắt đầu quá trình cắt gọt Trong khi Robot và khối CNC 1 đang cắt phôi, cảm biến sẽ báo động tình trạng bận và chuyển phôi chưa cắt đến máy 2 và máy 3.
- Công đoạn phân loại và ghép phôi thành sản phẩm và cho vào hộp
Hình 1.22: Phân loại và ghép phôi
Sau khi cắt tại nhà ga, phôi sẽ được băng tải vận chuyển đến quy trình phân loại và ghép Các phôi đã cắt tạo rãnh sẽ được phân loại qua cảm biến theo các loại: kim loại, nhựa xanh lục và nhựa xanh dương Tiếp theo, chúng sẽ được đưa vào tay máy XYZ theo thứ tự: kim loại, nhựa xanh lục và nhựa xanh dương.
Sau khi được phân loại, các cảm biến trên tay máy XYZ sẽ phát hiện vật thể, sau đó tay máy sẽ hoạt động để ghép hoàn chỉnh sản phẩm và cho vào hộp.
Công đoạn bỏ sản phẩm hoàn thiện lên giá đỡ
Hình 1.23: Bỏ hàng lên giá đỡ
Sau khi hộp được đưa vào, băng tải sẽ tiếp tục vận chuyển hộp đến cần cẩu Tại đây, cần cẩu sẽ nâng hộp và xếp lên các kệ theo thứ tự từ ngoài vào trong và từ dưới lên trên.
1.2.3 Kết nối Factory I/O và Siemens Tia Portal
Mở chương trình TIA Portal để bắt đầu lập trình logic Tiếp theo, tạo bảng Symbol để khai báo các ngõ vào và ra, như hình minh họa bên dưới.
Tiếp theo, chúng ta sẽ viết một đoạn chương trình nhỏ
Bây giờ, đoạn chương trình logic đã viết xong Chúng ta load chương trình này xuống PLC Sim để chạy Sau đó, bật PLC Sim sang chế độ Run
Hình 1.27: Bật PLC sang chế độ Run
Bây giờ, chúng ta sẽ mở chương trình Factory IO để thực hiện mô phỏng
Thiết kế mô hình cần sử dụng
Khi thiết kế mô hình, hãy đảm bảo đặt tên cho các ngõ vào và ra theo đúng tên trong chương trình PLC Việc này giúp dễ dàng nhận biết và quản lý các điều khiển trong hệ thống.
Hình 1.29: Thiết kế mô hình cần sử dụng
Tiếp theo chúng ta sẽ vào menu File -> Driver để cấu hình kết nối giữa Factory IO và PLC
Một cửa sổ Driver sẽ hiện ra Trong này có rất nhiều driver khác nhau tương ứng với các dòng PLC khác nhau
Trong ví dụ này chúng ta dùng PLC Sim của Siemens Do đó chúng ta chọn mục Siemens S7-PLCSIM như trong hình
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY
QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Hình 2.1:Sơ đồ hệ thống
Hoạt động của từng khâu trong mô hình
-Khi bấm khởi động mô hình,phôi chưa gia công sẽ xuất hiện ngẫu nhiên và được băng tải đưa đến các khâu làm việc
Khi phôi trên băng tải gặp cảm biến phát hiện, nó sẽ bị chặn lại bởi Roller Stop Sau đó, Pusher sẽ đẩy vật liệu vào băng tải khác để chuyển tiếp đến trung tâm gia công.
Hình 2.3: Phôi bị cản và đẩy
-Phôi bị đẩy vào cửa vào của Machining Center thì sẽ được cánh tay Robot gắp
-Robot gắp phôi bỏ vào khối máy CNC để cắt gọt,tạo rãnh
Hình 2.5: Robot bỏ phôi vào khối máy CNC
-Phôi đã được gia công và được cánh tay Robot đưa ra cửa thoát hiểm và băng tải để đi đến khâu phân loại
Hình 2.6: Robot gắp phôi đã gia công qua cửa thoát hiểm
-Phôi đã được gia công được băng tải đưa đến khâu phân loại
Hình 2.7: Phôi được gia công và đưa ra băng chuyền
-Phôi đã gia công đi qua cảm biến phân loại chất liệu và màu sắc
Hình 2.8: Phôi đã gia công đi qua cảm biến phân loại
Sau khi phôi được gia công và phân loại, các Roller Stop và Pusher sẽ được cài đặt tương ứng cho từng loại phôi, nhằm đẩy chúng vào tay máy XYZ một cách hiệu quả.
Hình 2.9: Phôi đã được phân loại được đưa vào tay máy XYZ đã được cài đặt
-Khi phôi được phân loại đưa vào tay máy XYZ thì sẽ đi qua cảm biến,lúc này sẽ xuất hiện nắp sản phẩm
Hình 2.10: Phôi đã phân loại và nắp sản phẩm xuất hiện
Khi phôi đã được phân loại và nắp đã được lắp vào vị trí, tay máy XYZ sẽ hoạt động và hộp chứa sản phẩm sẽ xuất hiện Lúc này, tay máy sẽ gắp nắp để ghép với phôi đã được gia công trước đó.
Hình 2.11: Tay máy XYZ gắp nắp
-Tay máy XYZ hoạt động gắp nắp và ghép với phôi đã được gia công tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh và cho vào hộp
Hình 2.12: Sản phẩm đã ghép xong và bỏ vào thùng hàng
-Sau khi sản phẩm hoàn chỉnh được bỏ vào thùng hàng thì băng tải con lăn hoạt động đưa đến cần cẩu và kệ hàng
Hình 2.13: Băng tải con lăn vận chuyển thùng hàng chứa sản phẩm hoàn chỉnh
-Thùng hàng được đưa đến vị trí đã được cài đặt,lúc này cần cẩu bắt đầu hoạt động
Hình 2.14: Thùng hàng được đưa vào vị trí phù hợp
-Thùng hàng được cần cẩu đưa ra khỏi băng tải
Hình 2.15: Cần cẩu lấy thùng hàng ra khỏi băng tải
-Thùng hàng được bỏ vào kệ theo thứ tự từ dưới lên trên và từ ngoài vào trong
Hình 2.16: Thùng hàng được đưa lên kệ
THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG
2.2.1 Yêu cầu cơ khí hệ thống
- Hệ thống đủ số lượng
- Lắp đặt hệ thống đúng vị trí
- Các cơ cấu máy CNC và tay gắp phải hoạt động tốt
- Các cảm biến phát hiện phải hoạt động tốt
- Động cơ băng chuyền hoạt động đúng với nút nhấn.
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Dựa vào hộp công cụ cơ bản mà ta thiết kế ra được cấu trúc cơ khí
Hình 2.17: Cấu trúc cơ khí của hệ thống
BẢN VẼ KỸ THUẬT
THIẾT KẾ CHÂN I/O CHO HỆ THỐNG
2.5.1 Yêu cầu hệ thống chân I/O
- Các thiết bị được kết nối với nhau đúng địa chỉ
- Hệ thống phần mềm ổn định
THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Hình 3.1:Lưu đồ thuật toán
Khi nhấn nút Start, các băng tải sẽ hoạt động và phôi xuất hiện Cảm biến sẽ phát hiện vật, nếu Robot 1 không bận, Roller Stop 1 và Pusher 1 sẽ hoạt động để đẩy phôi vào Robot 1 Nếu Robot 1 bận, phôi sẽ được chuyển sang Robot 2 Tại Robot 2, nếu không bận, Roller Stop 2 và Pusher 2 sẽ đẩy phôi vào Robot 2; nếu bận, phôi sẽ tiếp tục đến Robot 3 Tương tự, nếu Robot 3 không bận, Roller 3 và Pusher 3 sẽ đẩy phôi vào Robot 3, và nếu Robot 3 bận, quá trình sẽ quay lại Robot 1 để lặp lại.
Hình 3.2: Lưu đồ phôi được cắt và đưa đến kệ hàng
Sau khi gia công, phôi sẽ được băng tải chuyển đến cảm biến phân loại, nơi chúng được phân loại dựa trên 4 vùng màu khác nhau Khi cảm biến nhận diện kim loại, con Pusher Metal sẽ hoạt động để đẩy phôi vào tay máy XYZ nhằm ghép phôi và đóng gói Sau khi được đóng vào thùng hàng, sản phẩm sẽ tiếp tục được băng chuyền đưa đến cần cẩu, nơi cần cẩu sẽ đưa hàng lên kệ đã được thiết lập cho kim loại Quy trình tương tự cũng được áp dụng cho các loại phôi khác.
Hình 3.5: Netword 1 Nw1: Giao thức kết nối mô phỏng giữa Tia Portal V14 – S7 1200 và Factory
Nw2: Kích Bit Start lên mức 1 hệ thống bắt đầu hoạt động
Kích bit Stop lên mức 1 ngắt bit Run và hệ thống dừng lại
Nw3: Bit Start lên 1 sẽ kích bit Run lên 1 đồng thời duy trì để hệ thống hoạt động liên tục
Nw4: Nếu bit M_start lên 1 sẽ kích các ngõ ra như sau:
Kích 1 loạt 3 bit Q0.0, Q0.1, Q0.2 lên 1(3 Robot gia công)
Kích 1 loạt 8 bit từ Q.3 – Q1.2 lên 1(8 băng tải chở sản phẩn chưa gia công)
Kích 1 loạt 12 bit từ Q1.6 – Q3.2 lên 1 (12 băng tải sản phẩm đã gia công)
Hình 3.9: Netword 5 Nw4: Nếu bit M_stop lên 1 sẽ kích các ngõ ra như sau:
Kích 1 loạt 3 bit Q0.0, Q0.1, Q0.2 xuống 0 (3 Robot gia công)
Kích 1 loạt 8 bit từ Q.3 – Q1.2 xuống 0 (8 băng tải chở sản phẩm chưa gia công)
Kích 1 loạt 12 bit từ Q1.6 – Q3.2 xuống 0 (12 băng tải sản
Hình 3.10: 3 Robot trong mô hình
Hình 3.11: Băng tải chở sản phẩm chưa gia công
Hình 3.12: Băng tải chở sản phẩm đã gia công
Nw6: Nếu bit reset_counter lên 1 sẽ kích bit M_reset_counter để bộ đếm sản phẩm hoạt động lại từ đầu
Nw7: Gồm 4 phần như sau:
Group 1: Nếu Cảm biến SS_Raw1_Limit phát hiện có Raw thì kích Xylanh
Stopper để chặn Raw và chờ 1s để Xylanh Pusher đẩy Raw vào băng tải của Robot 1.Group 2 và Group 3 tương tự
Group 4: Nếu Xylanh Pusher đẩy ra đụng cảm biến hành trình ngoài cùng thì ngắt Xy lanh Pusher và Stopper
Hình 3.16: Mô hình công đoạn đưa phôi vào Machining
Nw8: Mỗi 15s kích cho Raw ra 1 lần
Hình 3.18: Phần ADD RAW trong mô hình
Hình 3.19: Netword 19 Nw9: Sắp xếp Sản phẩm kim loại vào kệ bên phải ngoài cùng
Nw15: Sắp xếp Sản phẩm nhựa màu Xanh lá vào 2 kệ ở giữa
Nw19: Sắp xếp Sản phẩm nhựa màu Xanh dương vào 2 kệ bên trái ngoài cùng
Hình 3.20: 3 kệ hàng trong mô hình
Hình 3.22: Netword 12 Nw10: Set up vị trí cho trục X của cả 3 tay máy gắp hàng
Nw15: Set up vị trí cho trục Z của cả 3 tay máy gắp hang
Hình 3.25: Netword 14 Nw11: Set up trục X của nhà kho
Nw13: Set up vị trí trục ZD cho kệ
Nw19: Nếu giá trị của trục ZD đang được sử dụng thì sẽ sử dụng qua các biến đã được khi báo của bên trục ZU
Hình 3.28: Netword 17 và 18 Nw16,17,18: Phân loại sản phẩm là Nhựa Blue or Green or Metal dựa vào cảm biến Màu sắc với 4 vùng màu(hình bên dưới):
1/ SS_Color1 & SS_color2 : Blue
2/ SS_Color2 & SS_color3 : Green
3/ SS_Color1 & SS_color4 : Metal
Sau khi phân loại xong các Xylanh Pusher sẽ đẩy sản phẩm vào từng tay máy tương ứng(hình bên dưới)
Hình 3.29: Trạm cảm biến phân loại sản phẩm
Hình 3.30: Mô hình làm việc khi đã qua cảm biến phân loại
3.1.4 Lập trình SCADA mô phỏng dây chuyền sản xuất tự động trong nhà máy trên TIA PORTAL V14
Lập trình Scada trên Tia Portal V14
Hình 3.31: Khởi động Tia Portal V14
Hình 3.33:Chọn PLC và hệ thống mô phỏng
Hình 3.34:Chọn CPU và Version
Hình 3.36: Kết nối PLC với hệ thống mô phỏng
Thiết kế giao diện mô phỏng WinCC Mở giao diện làm việc :
Sau khi viết xong chương trình (code) ta chọn Divice → Screens → Add new screen để tạo gian diện mô phỏng
Hình 3.37: Giao diện thiết kế chính
Mở thanh công cụ toolbox để chọn các Symbol :
Từ thanh công cụ toolbox, người dùng có thể lựa chọn các biểu tượng chức năng như nút nhấn, hiển thị số đếm, và các chức năng thông báo (alarm), cùng với các biểu tượng như băng chuyền và bồn nước.
Hình 3.38: Lấy các biểu tượng điều khiển
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties để cài đặt các thông số
Hình 3.39: Cài đặt hiệu ứng và kết nối với chương trình chính
Hình 3.40: Cài đặt chức năng nút nhấn
Hình 3.41: Lấy biểu tượng hiển thị và cài đặt hiệu ứng
Chọn biểu tượng symbol từ toolbox thả vào màn hình chính
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties → General để thay đổi biểu tượng theo mong muốn
Hình 3.43:Thay đổi biểu tượng
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties → Aminations → Appearance
→ chọn loại hiệu ứng ( mức 1 vật sẽ đổi màu xanh nếu mức 0 vật sẽ bình thường )
Hình 3.44: Đặt hiệu ứng chuyển động và kết nối với chương trình chính
Làm tương tự đến khi hoàn thành thiết kế
Hình 3.45: Hoàn thành thiết kế
Nhấn OK để chạy chương trình mô phỏng
Hình 3.46: Chạy chương trình mô phỏng
Nhấn Khởi động thì nút Hoạt động hiển thị màu xanh
Hình 3.47: Trạng thái hoạt động
Chương trình hiển thị số thùng hàng đã được để lên kệ
Hình 3.48: Hiển thị sản phẩm trên kệ hàng
Khi chương trình mô phỏng đang chạy chúng ta nhấn nút Tạm dừng thì trạng thái sẽ bật Dừng và hiển thị màu đỏ
3.1.5 Mô hình hoàn thiện trên Factory I/O
Hình 3.49:Mô hình hoàn thiện
3.1.6 Nối chân I/O trên phần mềm Factory I/O
KIỂM THỬ,ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN
KIỂM THỬ
Kiểm thử băng chuyền băng tải
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi
Băng chuyền băng tải 100 0 Hoạt động bình thường
Hình 4.1:Bảng kiểm thử băng chuyền băng tải
-Băng chuyền băng tải hoạt động tốt,không xảy ra lỗi khi vận chuyển phôi và sản phẩm
Hình 4.2: Băng chuyền băng tải vận chuyển phôi
Kiểm thử khối máy CNC
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi
Khối máy CNC 100 0 Hoạt động bình thường
Hình 4.3: Bảng kiểm thử khối máy CNC
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi
Cảm biến 100 0 Hoạt động bình thường
Hình 4.5: Bảng kiểm thử cảm biến
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi
Tay máy XYZ 100 6 Khi lắp các phần lại với nhau bị lệch và hút hụt,làm rơi phôi
Hệ thống tay gắp lắp ráp đôi khi vẫn sai lệch dẫn đến rơi sản phẩm
Hình 4.7: Tay máy gắp,ghép hụt
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi Đóng hộp sản phẩm 100 0 Hoạt động bình thường
Hình 4.8: Bảng kiểm thử đóng hộp
Tay máy XYZ thả vào hộp chính xác và không bị lệch ra ngoài
Hình 4.9: Đóng hộp sản phẩm
Hệ thống Số lần thử Số lần lỗi Lỗi
Cần cẩu và kệ hàng 100 3 Cần cẩu làm rơi hàng
Làm rơi thùng hàng xuống và lỗi xếp hàng vào kệ
Hình 4.10: Lỗi xếp hàng vào kệ
KẾT LUẬN
-Hệ thống giải quyết vấn đề về quản lý gia công chính xác Giải quyết việc vận chuyển các sản phẩm từ máy này qua máy khác
-Gia công và lắp ráp đủ và chính xác trong 1 nhà máy quy mô lớn
-Giảm tải một khối lượng lớn công việc mà vẫn chính xác.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
-Có thể áp dụng thêm quy trình lấy hàng từ kho để hoàn thiện được quy trình công nghiệp trong nhà máy
-Sử dụng thêm phân loại theo khối lượng cũng như là kích cỡ phôi, hàng.
