Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM (Nghề Cơ điện tử Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRỊNH THỊ HẠNH(Chủ biên) TẠ VĂN BẰNG – BÙI VĂN CƠNG GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Trịnh Thị Hạnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Chương Tổng quan hệ thống sản xuất MPS 1.1 Giới thiệu cảm biến MPS 1.2 Giới thiệu cấu chấp hành MPS 1.3 Giới thiệu hệ thống điều khiển MPS 11 1.4 Giới thiệu phần mềm MPS 12 Chương 14 Cảm biến MPS 14 2.1 Giới thiệu loại cảm biến 14 2.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến 17 2.3 Cách thức kết nối cảm biến 29 2.4 Thực hành với encorder 95 Chương 96 Các cấu chấp hành MPS 96 3.1 Giới thiệu cấu chấp hành 96 3.2 Hệ thống khí nén 97 3.3 Hệ thống thủy lực 110 3.4 Động DC 112 Chương 116 Hệ thống điều khiển giám sát MPS 116 Giới thiệu PLC 116 4.2 Giới thiệu WINCC 119 4.3 Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC 119 Chương 123 Các mô dun hệ thống MPS 123 5.1 Mô đun cấp phôi 123 5.2 Mô đun kiểm tra 124 5.3 Mô đun gia công 125 5.4 Mô đun vận hành 127 5.5 Mô đun robot 127 5.6 Mô đun lắp ráp 128 5.7 Mô đun Dập 129 5.8 Mô đun phân loại 130 Tài liệu tham khảo 132 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Tên mô đun: Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM Mã số mô đun: MĐ 42 Thời gian mô đun: 60 (LT: 16 giờ; TH/TT/TN/BT/TL: 44 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN - Vị trí: Trước học mơ đun học sinh phải hồn thành: MH 07; MH 08; MH 10; MH 12, MH 13, MĐ 15 MH 16 MH 17, MĐ 18, MĐ 21, MĐ 22, MĐ 23, MĐ 24, MĐ 25, MĐ 26, MĐ 27, MĐ 28, MĐ 29, MĐ 30, MĐ 31, MĐ 32, MĐ 33, MĐ 34, MĐ 35 - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN - Mô tả được, nguyên lý, cấu hoạt động hệ thống sản xuất có cấu trúc modul - Phân tích nguyên lý vận hành modul cấp phôi, kiểm tra, gia công, vận hành, lắp ráp, phân loại cấu chấp hành modul - Thực cơng việc bảo trì, bảo dưỡng mô đun cấp phôi, kiểm tra, gia công ,vận hành, lắp ráp, phân loại cấu chấp hành modul - Chủ động, sáng tạo an tồn q trình học tập III NỘI DUNG MÔ ĐUN Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Thời gian Số TT Tên mô đun Thực hành/thực Tổng Lý tập/thí số thuyết nghiệm/bài tập/thảo luận Tổng quan hệ thống sản xuất MPS 10 1.1 Giới thiệu cảm biến MPS Các cấu chấp hành MPS 4 14 Kiểm tra 1.2 Giới thiệu cấu chấp hành MPS 1.3 Giới thiệu hệ thống điều khiển MPS 1.4 Giới thiệu phần mềm MPS Kiểm tra Cảm biến MPS 2.1.Giới thiệu loại cảm biến 2.2.Nguyên lý hoạt động cảm biến 2.3.Cách thức kết nối cảm biến 3.1 Giới thiệu cấu chấp hành 3.2 Hệ thống khí nén 3.3 Hệ thống thủy lực 3.4 Động DC Hệ thống điều khiển 20 giám sát MPS 4.1.Giới thiệu PLC 4.2.Giới thiệu WINCC 4.3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC Các mô dun hệ thống 20 MPS 19 41 5.1 Mô đun cấp phôi 5.2 Mô đun kiểm tra 5.3 Mô đun gia công 5.4 Mô đun vận hành 5.5 Mô đun robot 5.6 Mô đun lắp ráp 5.7 Mô đun Dập 5.8 Mô đun phân loại Kiểm tra Cộng 60 16 Chương Tổng quan hệ thống sản xuất MPS 1.1 Giới thiệu cảm biến MPS Hệ thống MPS hệ thống cấu thành từ thiết bị, linh kiện đại bao gồm nhiều cấu khí, q trình hoạt động quen thuộc trình hoạt động sản xuất Khi tìm hiểu vận hành hệ thống giúp người vận hành (sinh viên thực tập với hệ thống) có nhìn tồn diện nâng cao hiểu biết trình sản xuất, khâu hoạt động hệ thống bao gồm : điệnkhí nén –điện tử -máy tính Đủ tri thức cần thiết để thiết kế hệ thống điều khiển tự đọng thực tế sản xuất cơng ty, xí nghiệp Sau thực hành với mơ hình người học có kiến thức sâu rộng việc điều khiển tích hợp hệ thống sau Các cảm biến đóng vai trị quan trọng lĩnh vực đo lường điều khiển Chúng cảm nhận đáp ứng theo kích thích thường đại lượng khơng điện, chuyển đổi đại lượng thành đại lượng điện truyền thông tin hệ thống đo lường điều khiển, giúp nhận dạng đánh giá điều khiển biến trạng thái đối tượng 1.2 Giới thiệu cấu chấp hành MPS Để tạo sản phẩm, trình sản xuất thực việc biến đổi vật chất, lượng thông tin từ dạng sang dạng khác Các trình bao gồm dạng sau: q trình (các chuyển động chính) q trình phụ (các chuyển động phụ) - Các q trình q trình trực tiếp làm thay đổi tính chất lý hóa, hình dáng hình học ban đầu phơi liệu để tạo sản phẩm yêu cầu - Các q trình phụ q trình khơng làm thay đổi trạng thái đối tượng, cần thiết kế cho q trình thực Đặc điểm: nâng cao suất lao động, số trường hợp không thay người (điều khiển, theo dõi ) Với q trình sản xuất cơng nghệ phức tạp mà số lượng thông số tham gia vào q trình lớn có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian khả hồn thành nhiệm vụ người thợ thực nhiệm vụ điều khiển bị suy giảm 1.2.1 Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation) Tự động hóa sản xuất hướng phát triển sản xuất chế tạo máy mà người giải phóng khơng từ lao động bắp mà cịn giải phóng từ trình điều khiển sản xuất Ở trách nhiệm người theo dõi trình sản xuất Con người thực việc chuẩn bị công nghệ cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa) Như vậy, tự động hóa QTSX tổng hợp biện pháp sử dụng thiết kế trình sản xuất công nghệ mới, tiên tiến Trên sở q trình sản xuất cơng nghệ đó, tiến hành lập hệ thống thiết bị có suất cao, tự động thực q trình phụ cấu thiết bị tự động, mà không cần tham gia người Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống tự động Hệ thống cảm biến: có chức tiếp nhận biến đổi thông tin loại, làm sở cho định điều khiển - Hệ thống điều khiển: có chức đưa định điều khiển trình tác động tương ứng tới cấu điều khiển sở thông tin nhận từ hệ thống cảm biến - Hệ thống phản hồi: có chức theo dõi thơng tin, so sánh tín hiệu nhận từ hệ thống cảm biến điều khiển để tiến hành tín hiệu bù tương ứng QTSX khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công → lắp ráp Hầu hết thiết bị tham gia vào q trình như: cấp phơi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp kiểm tra Có thể tự động hóa số toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp Thực tế QTSX thường thực theo phương pháp tự động hóa phần Tự động hóa phần tự động hóa số ngun cơng riêng biệt q trình, ngun cơng cịn lại thực máy vạn bán tự động thơng thường Nó kết hợp lao động khí hóa với tự động hóa ứng dụng nơi mà tham gia trực tiếp người thực (nguy hiểm người) công việc nặng nhọc đơn điệu Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển tự động hóa q trình sản xuất Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất Cơ khí hóa Thay lao động bắp người máy Động máy tiện, băng tải 1775 Tự động hóa phần Thay công việc điều khiển thiết bị công nhân máy NC, CNC, MRP 1956-1960 Tự động hóa mức độ cao Sản xuất tự động tích hợp có tính đến mơi trường thành phần riêng biệt FMS,CAD/CAM 1970-1975 Sản xuất tích hợp Trên sở tự động hóa với trợ giúp hệ thống máy tính để thực QTSX tích hợp CIM, nhà máy tương lai 1985-1990 1.2.2 Tính linh hoạt hệ thống sản xuất Tính linh hoạt hệ thống sản xuất mức độ khả thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác chách nối tiếp song song Mức độ linh hoạt ML hệ thống xác định theo công thức sau: Trong đó: Ld – tính linh hoạt đạt Ly – tính linh hoạt yêu cầu Nếu ML = u cầu tính linh hoạt hồn tồn thỏa mãn Khi ML > hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng khơng hết Nếu ML < không phải tất cả sản phẩm chế tạo điều kiện tối ưu có số sản phẩm chế tạo Giá thành để tạo tính linh hoạt hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật yếu tố tổ chức - Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất hệ thống, vùng tốc độ lượng chạy dao, số lượng đầu mang dụng cụ cắt dụng cụ phụ, cấu vận chuyển kho chứa, thiết bị điều khiển, dung lượng ổ tích phơi, ổ tích dụng cụ đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa bề mặt kích thước thiết bị cơng nghệ kỹ thuật, khả lập trình mức độ thích ứng thiết bị điều khiển -Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định hệ thống sản xuất Tính linh hoạt hợp lý cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm thời gian dài Tính linh hoạt chừng mực xác định hình thể hệ thống sản xuất, xác định cơng nghệ, tổ chức điều khiển chức nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm 1.2.3 Tự động hóa sản xuất linh hoạt Tự động hóa sản xuất linh hoạt dùng sản xuất loạt vừa nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), dựa cơng nghệ nhóm cơng nghệ điển hình với sử dụng máy CNC, môđun sản xuất linh hoạt, hệ thống khoa chứa vận chuyển tự động tổ hợp thiết bị với điều khiển máy Thiết kế hệ thống điều khiển trình tự ứng dụng PLC gồm có hai nhiệm vụ thiết kế phần cứng thiết kế chương trình điều khiển Thiết kế chương trình điều khiển phần tồn trình thiết kế, yếu tố quan trọng tạo tài liệu cần thiết giúp cho việc lập trình gỡ rối lập tài liệu hệ thống để lưu trữ sau Ta xét phương pháp tổng quát thiết kế hệ thống điều khiển trình tự ứng dụng PLC Phương pháp cho phép triển khai, lắp đặt phần cứng thiết kế chương trình điều khiển tiến hành độc lập song song Nó cho phép trao đổi thơng tin bổ xung q trình thiết kế nhằm hoàn thiện hệ thống theo hướng tối ưu nhất.Đối với hệ thống điều khiển đơn giản địi hỏi hoạch định thiết kế chương trình, khơng có nhiều liên kết logic phần chương trình Đối với hệ thống phức tạp, cần thiết kế chương trình có cấu trúc theo quy trình xác định, điều làm cho q trình kiểm sốt, tránh nhầm lẫn thiếu sót thiết kế chương trình, chương trình dễ đọc, hiệu chỉnh, bổ xung, lập tài liệu thiết kế.Trong quy trình thiết kế hệ thống điều khiển, vấn đề quan trọng phải mô tả hệ thống điều khiển cách xác, khoa học, chuẩn hóa Ngồi ra, cách mơ tả hệ thống phải tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế chương trình điều khiển 4.1.2 So sánh PLC với hình thức điều khiển khác Ưu điểm PLC Có thể nêu số ưu điểm sử dụng PLC sau: Tính linh hoạt: sử dụng điều khiển cho nhiều đối tượng khác với thuật toán điều khiển khác Dễ dàng thiết kế thay đổi logic điều khiển: với hệ thống điều khiển sử dụng rơle, thay đổi logic điều khiển cần có nhiều thời gian để nối lại dây cho thiết bị panel điều khiển, cơng việc phức tạp Với hệ thống điều khiển sử dụng PLC, thay đổi logic điều khiển cách thay đổi chương trình thơng qua thiết bị lập trình ngơn ngữ lập trình chun dùng Điều làm giảm đáng kể thời gian thiết kế hệ thống Tối ưu logic điều khiển: hỗ trợ công cụ mô gỡ rối trực tuyến trực quan làm cho hệ thống thiết kế có tính tối ưu Tốc độ thực nhanh Nhỏ, gọn giá thành thấp Khả bảo mật hệ thống sử dụng mã khóa Khả mở rộng nâng cấp hệ thống: chế tạo dạng modul chuẩn hóa cho phép ghép nối thành phần không nhà sản xuất Đây yêu cầu thiếu hệ thống điều khiển đại 118 4.2 Giới thiệu WINCC SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition ) phần mềm giám sát cài đặt máy tính dung để giám sát điều khiển trình có số đầu vào lớn từ vài trăm trở lên nhà máy phát điện, công nghiệp dầu khí, hóa chất, nƣớc, xử lý nƣớc thải, thép…Các trình đƣợc điều khiển phân bố sử dụng PLC thiết bị đo lƣờng điều khiển ghép theo mạng Hiểu theo nghĩa rộng, hệ thống SCADA bao gồm phần mềm giám sát, điều khiển toàn thiết bị phần cứng, phần mềm bảo đảm hoạt động trình Các thiết bị đặt gần kết nối qua mạng công nghiệp, đặt rải rác, kết nối qua đƣờng truyền vô tuyến vi ba, đƣờng tải điện PLC Phòng điều khiển trung tâm gồm hệ thống máy tính nối mạng LAN có hình lớn trình bày hoạt động trình sản xuất, kết nối với điều khiển dƣới qua đƣờng truyền vô tuyến, cáp quang, cáp đồng trục hay cáo đôi theo mạng Ethenet Như vậy, để tạo lập hệ thống SCADA, phải bao gồm phầm cứng (hệ thống cấu chấp hành, PLC, dây nối…) phần mềm (các driver thiết bị, phần mềm thiết kế giao diện HMI, thực chức SCADA….) Đối với loại thiết bị điều khiển (PLC) hãng ( nhƣ Siemens, Omron, LG, Allen Bradley…) sử dụng phần mềm thực SCADA riêng, thƣờng khơng có đầy đủ driver thiết bị để điều khiển với PLC hãng khác Có nhiều phầm mềm SCADA sử dụng rộng rãi, kể đến FIX Intellution, WinCC siemens, 4.3 Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC Kết nối PC S7-200 Access Khởi động chƣơng trình S7-200 PC Access cách click đúp vào biểu tƣợng Nhấp đúp vào chữ new wincc sau đặt tên Click chuột trái/ new/ Item 119 Sẽ xuất cửa sổ Tại ô Name : điền tên Start, ô address điền I0.0 ( Là địa nút start) sau ấn OK 120 Tương tự với ngõ vào lại ta Chọn chỗ lưu khởi động phần mềm wincc lên Bấm chọn WinCC Explorer Màn hình soạn thảo hiển thị lựa chọn Bấm Sing-User Project, chọn OK 121 Nhập tên Project Name, chọn ổ đĩa để lƣu, nhấp chọn Create Màn hình Quản lý dự án WinCC: 122 Chương Các mô dun hệ thống MPS 5.1 Mô đun cấp phôi Cấp, vận chuyển lưu giữ phôi tự động phải giải sở trình gia cơng cụ thể, trình độ thiết bị độ xác u cầu Q trình cấp phơi phải thực nhanh, tin cậy Trong thực tế phôi tồn dạng phôi cuộn, phôi thanh, phôi rời Theo thống kê có tới (70 ÷ 75)% lượng phơi phơi rời Vì việc nghiên cứu phát triển cấu cấp phơi rời có ý nghĩa lớn kinh tế - kỹ thuật Các cấu cấp phơi rời có số kiểu kiểu phễu, kiểu ổ chứa kiểu phễu - ổ chứa Hình 5.1 Cơ cấu cấp phơi Với chi tiết dạng bi cầu, đai ốc, vịng đệm, phơi hình trụ côn, hệ số Kv nằm khoảng từ 0,5 (với chi tiết có chiều dài l >>d) tới 0,65 (với chi tiết có l < d) Tại cửa phễu, phơi bị kẹt lại thành đống, ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc cấu cấp phôi Điều dễ xảy chi tiết có l/d > có hình dáng phức tạp Bằng cách thiết kế hình dáng phễu hợp lý, sử dụng cấu xáo trộn, cắt dịng loại bỏ tượng Một cấu chấp hành cấu cấp phơi kiểu phễu móc phơi Bộ móc phơi thường có dạng móc, vấu, khe hở đĩa cấp, túi chứa, ống Số móc phơi hình dáng phụ thuộc vào suất cấp phơi u cầu hình dáng phơi ban đầu Năng suất cấu cấp phơi kiểu phễu tính theo cơng thức sau: Q = z.n.q.Km (3.2) Trong đó: z – số móc phơi n – số vịng quay số chuyển động đơn vị thời gian q – số phôi nằm móc đồng thời K m – hệ số móc phơi 123 Hình 5.2 Cơ cấu cấp phơi trịn Các ngắt dịng phơi có tác dụng tách phơi nhóm phơi khỏi dịng phơi Các cấu có chuyển động tịnh tiến chuyển động lắc sử dụng suất yêu cầu khoảng 50 ÷ 70 phơi/phút Cịn cấu có chuyển động quay liên tục cho suất cao bị hỏng hóc q trình làm việc êm Hình 5.3 Cơ cấu cấp phơi bánh 5.2 Mô đun kiểm tra Nguyên công kiểm tra chất lượng chi tiết chiếm tỉ lệ lớn quy trình cơng nghệ Trong số lĩnh vực sản xuất, ngun cơng kiểm tra chiếm từ (25÷50)% thời gian chu kỳ cơng nghệ Trong cơng nghiệp chế tạo vịng bi, thời gian thực nguyên công kiểm tra chiếm (25÷30)% thời gian thực tồn qui trình cơng nghệ Như ngun cơng kiểm tra có ảnh hưởng lớn đến suất chất lượng sản phẩm Kinh nghiệm tự động hóa 124 ngun cơng kiểm tra, ví dụ thiết bị kiểm tra tích cực máy tự động kiểm tra phân loại góp phần đáng kể nâng cao suất lao động chất lượng sản phẩm Thiếu tự động hóa q trình kiểm tra khơng thể thành lập dây chuyền tự động, phân xưởng tự động nhà máy tự động với chu kỳ hoạt động hoàn toàn tự động Phân loại thiết bị kiểm tra Dựa theo mức độ tự động hóa người ta chia thiết bị kiểm tra loại sau đây: thiết bị kiểm tra tay, thiết bị kiểm tra khí, thiết bị kiểm tra bán tự động, thiết bị kiểm tra tự động Dựa theo phương pháp tác động đến q trình gia cơng chi tiết thiết bị kiểm tra chia hai loại sau: kiểm tra thụ động kiểm tra chủ động (tích cực) Các thiết bị kiểm tra tích cực cố định kích thước kiểm tra trực tiếp q trình gia cơng truyền tín hiệu kích thước q trình gia cơng vị trí cấu chấp hành máy Khi thực kiểm tra tích cực khơng cần phải dừng máy thời gian kiểm tra trùng với thời gian gia cơng Vì trình kiểm tra xảy trình gia cơng, cho phép điều khiển q trình cơng nghệ nhằm đảm bảo độ xác u cầu Điều đạt nhờ cấu phản hồi ngược cho phép tác động đến cấu chấp hành máy để ngăn ngừa phế phẩm Hình 5.4 Các thiết bị kiểm tra tích cực a/ kiểm tra trực tiếp; b/ kiểm tra gián tiếp – Đèn hiệu; – Đattric; – Cơ cấu dịch chuyển đá mài; – Cơ cấu đo; – Chi tiết gia công; – Bộ khuếch đại; - Ụđá mài; Đầu đo Trong thực tế sản xuất người ta thường dùng thiết bị kiểm tra tích cực dựa nguyên tắc kiểm tra trực tiếp Phương pháp kiểm tra đảm bảo độ xác cao không bị ảnh hưởng nhiều độ cứng vững hệ thống công nghệ yếu tố khác 5.3 Mô đun gia công Gia công môn học chung cho bƣớc sản xuất nhƣ tạo hình, thay đổi hình dáng, gia cơng khí liên kết Chức năng: -Vận chuyển sản phẩm đến vị trí đóng nắp -Thực đóng nắp sản phẩm -Chuyển sản phẩm đến trạm Trạm đƣợc thết kế chế tạo cho dạy nghề nhƣ mục đích đào tạo để 125 cho sinh viên tiếp cận nhanh lĩnh vực tự động hóa Trạm gia công bao gồm phần sau đây: -Module xoay -Module kẹp -Module dập nắp -Khối PLC nguồn -Bảng điều khiển Hình 5.5 Trạm gia cơng (1): Bảng điều khiển (2): Cơ cấu xoay di chuyển (3): Cơ cấu tay gắp kẹp phôi (4): Cơ cấu dập nắp cho phôi Khối PLC nằm bên trạm Chức năng: gia cơng khí, gắn kết chi tiết chuyển sản phẩm sang trạm Hình 5.6 Mơ hình 3D 126 5.4 Mơ đun vận hành Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết gia cơng FMS thực chức sau đây: - Vận chuyển chi tiết gia công (phôi) thùng chứa vệ tinh tới vị trí tiếp nhận để bổ sung vào ổ tích có dung lượng nhỏ đặt cạnh máy - Lưu trữ ổ tích có dung lượng lớn chi tiết dự trữ nguyên công vệ tinh thùng chứa theo lệnh máy tính vận chuyển chúng tới vị trí tiếp nhận để tiếp tục gia công - Vận chuyển chi tiết gia cơng máy tới vị trí tháo chi tiết chuyển vệ tinh tự vị trí cấp phơi ổ tích trữ - Vận chuyển chi tiết gia công tới vị trí kiểm tra (ngun cơng kiểm tra trung gian) chuyển chúng vị trí tiếp nhận để gia cơng tiếp Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết thiết kế chủ yếu theo ba phương án: loại giá tích trữ với máy xếp đống, loại băng tải tích trữ phương án tổ hợp (gồm băng tải tích trữ giá tích trữ với máy xếp đống treo giá xe tời di chuyển đường ray) Để nâng cao hiệu quả sử dụng máy CNC nhiều nguyên công, máy trang bị cấu thay đổi tự động chi tiết gia công hệ thống vận chuyển với ổ tích (các magazin) vệ tinh Các cấu cho phép tự động điều chỉnh máy chuyển đối tượng gia công cho phép máy hoạt động 5.5 Mơ đun robot Có thể cho chân người tương ứng với ‘bộ dẫn động’ nhắc đến lý thuyết học ‘Lý thuyết học’ môn khoa học liên quan đến loại máy móc di chuyển cấu bánh răng, cấu cam, cấu đai, bao gồm cả dẫn động – phận bản máy móc Để robot di chuyển được, dẫn động – phận tạo chuyển động quay có động điện động thủy lực, có xy-lanh thủy lực, xy-lanh áp lực khí, bắp nhân tạo cao su Câu hỏi làm để ứng dụng dẫn động xoay để di chuyển cánh tay bàn tay robot trở thành chìa khóa việc thiết kế robot Động điện sử dụng tương đối đơn giản lực mà động tạo khơng thể tác động lên xy-lanh thủy lực Vì vậy, có nhiều trường hợp người ta ứng dụng động điện robot cỡ nhỏ sử dụng xy-lanh thủy lực cho robot cần lực dẫn động lớn 127 Hình 5.7 Minh họa dẫn động động điện Chi tiết gọi ‘thiết bị mã hóa’ hình vẽ cảm biến đo số vịng quay động Ngồi ra, người ta cịn gọi ‘máy phát tốc độ dùng để đo tốc độc’ loại ‘máy phát tốc’, cảm biến phát tốc độ vòng quay động Thơng thường động bình thường quay với tốc độ cao để đạt hiệu suất tốt Động tác robot tương đối chậm, đa phần momen quay đầu lớn yêu cầu nên cần có giảm tốc cho động quay với tốc độ cao Vì vậy, người ta sử dụng ‘động có gắn bánh răng’ – thiết bị làm cho có kích thước vừa khớp với bánh khác khiến giảm tốc bánh – phận làm giảm số vòng quay chuyển động Ngoài ra, thiết bị gọi ‘truyền động bánh sóng’ (harmonic drive) – thiết bị nghiên cứu để động vừa quay quanh trục vừa giảm tốc độ vòng quay sử dụng Thiết bị gọi ‘động truyền động trực tiếp’(direct drive motor) chế tạo cách quấn cực N cực S xung quanh rô-to sử dụng Vì động bị dịch chuyển cực N cực S làm di chuyển rô-to nên tốc độ quay chậm tạo lực lớn, nên không cần máy giảm tốc 5.6 Mô đun lắp ráp Một hướng tự động hóa sản xuất loạt vừa sử dụng máy điều khiển theo chương trình số (CNC) Hiệu quả kinh tế sử dụng máy CNC thấy rõ chi tiết gia cơng loạt với 20÷40 chi tiết Trong điều kiện sản xuất đơn hiệu quả kinh tế sử dụng máy CNC có khơng cao Ưu điểm máy với hệ điều khiển linh hoạt khả hiệu chỉnh chương trình chỗ làm việc Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, loạt vừa nhỏ máy CNC đảm bảo khẳ thay dao nhanh, nâng cao suất lao động, thay cách có hiệu quả máy điều khiển tay Tất cả nguyên công tiện máy tiện CNC thực dao tiện tiêu chuẩn mà khơng có dao tiện định hình cữ chặn Sử dụng máy với hệ 128 điều khienr linh hoạt (máy CNC) làm giảm nhẹ sức lao động cơng nhân, giải phóng cơng nhân khỏi cơng việc có tính chất đơn ddieuj, lặp lại nhiều lần, giảm nhẹ q trình điều khiển máy, tăng lợi ích người cơng nhân làm cho cơng nhân thích thú với công việc 5.7 Mô đun Dập Theo kết cấu hệ thống trạm trạm gia công dập nắp với nhiệm vụ sau: Ép chặt nắp phôi Vận chuyển sản phẩm sang trạm Đây trạm hệ thống Trạm hoạt động đƣợc nhấn nút Start có phơi vị trí tay gắp, cảm biến điện dung phát hiện.Việc vận chuyển phơi từ vị trí ban đầu đến dập nắp chuyển sang trạm dung tay gắp có phận kẹp phơi mặt tay gắp đƣợc xoay xi lanh xoay cộng với xilanh đẩy linh hoạt Hoạt động trạm – trạm gia công dập nắp Khi có sản phẩm cảm biến điện dung đặt đầu tay gắp xác định có phơi khu vực tay gắp Xylanh nhỏ đẩy đẩy tay kẹp kẹp chặt sản phẩm Xylanh xoay xoay phải góc 90 độ để tay gắp đƣa sản phẩm đến vị trí gia cơng dập nắp Xylanh trƣợt có hành trình gia cơng dập nắp xuống ép cho nắp chặt Xylanh xoay xoay phải góc 90 độ để tay gắp đƣa sản phẩm đến trạm Trạng thái hoạt động ▪ Có sản phẩm vị trí đầu tay gắp Trạng thái bắt đầu ▪ Xilanh đẩy tay kẹp nhỏ vị trí ban đầu ▪ Xylanh xoay vị trí ban đầu bên trái ▪Xylanh đẩy tay gắp vị trí ban đầu ▪ Xylanh trƣợt có hành trình gia cơng dập nắp vị trí hành trình cử chặn bên Hoạt động ▪ Khi nhấn nút Start có sản phẩm vị trí tay gắp, xilanh đẩy tay kẹp làm cho tay kẹp kẹp chặt phôi ▪ Xylanh xoay xoay phải góc đƣa phơi đến vị trí gia cơng dập nắp ▪ Xylanh trƣợt có hành trình gia công dập nắp xuống ép nắp cho chặt sau lên ▪ Xylanh xoay tiếp tục xoay phải góc đƣa phơi đến trạm ▪ Xylanh đẩy tay gắp đẩy đầu tay gắp đến vị trí bang tải trạm ▪ Xilanh đẩy tay kẹp thu làm cho tay kẹp sản phẩm nhả sản phẩm lên bang chuyền trạm ▪ Xylanh đẩy tay gắp 129 5.8 Mô đun phân loại Phân loại phần chức vận hành thau đổi số lƣợng Phần băng tải đƣợc rẽ nhánh để phân loại, nhờ có rẽ nhánh phân loại khác đƣợc chuyể mạch tùy theo chi tiết phôi Chi tiết phôi phải đƣợc xử lý riêng lẻ để không làm hỏng chức chuyển mạch thiết bị rẽ nhánh Trong trạm phân loại, chi tiết phôi tƣợng trƣng đƣợc phân loại theo vật liệu va màu sắc Xylanh đƣợc lắp phân loại tùy theo màu vật liệu Một cảm biến phản xạ ánh sáng đƣợc gắn đầu băng tải có nhiệm vụ phát sản phẩm đến đầu băng tải Các màu sắc khác sản phẩm đƣợc phát cảm biến phía trƣớc piston cản Và sản phẩm đƣợc phân loại vào băng trƣợt phân loại, cấu đƣợc kích hoạt tín hiệu điều khiển xilanh Chức năng:-Phân loại phôi qua máng trƣợt tùy theo đặc tính phơi Đặc tính phơi (màu đen, màu trắng, kim loại, nhựa) đƣợc phát cảm biến phía trƣớc cữ chặn phân loại vào mán thích hợp Trạm gia cơng bao gồm phần sau đây: -Module băng tải xylanh phân loại.-Module máng trƣợt (khay đựng sản phẩm) -Khối nguồn PLC Hình 5.8 Trạm phân loại 130 (1): Bảng điều khiển (2): Cơ cấu xy lanh tay gạt phôi (3): Cơ cấu băng tải (4): Cơ câu khay chứa phôi Khối PLC nằm bên trạm Chức năng: phân loại chi tiết phơi tùy theo đặc tính Nhận diện màu nắp phôi -Dựa vào màu thân phôi chất liệu nắp mà đưa phôi vào vị trí rãnh trượt theo màu định sẵn kết thúc chu trình Đây trạm thứ hai hệ thống Trạm hoạt động nhấn nút Start có phơi vị trí đầu bang tải, cảm biến phân loại màu cảm biến quang phát Việc vận chuyển phơi từ vị trí ban đầu đến máng theo màu vật liệu định sẵn nhờ vào băng chuyền với xylanh chặn phôi vào theo rãnh hệ thống máng trượt Khi có sản phẩm cảm biến màu xác định màu nắp sản phẩm Tùy vào màu sản phẩm vật liệu nắp mà xilanh xoay hay xilanh xoay xoay hay khơng có xilanh xoay nao cả màu đƣợc phân loại loại màu trƣợt cuối Nếu xilanh xoay xilanh xoay sau cảm biến điện dung đặt đầu rãnh phát sản phẩm trượt xuống cho phép xilanh quay vị trí ban đầu Trạng thái hoạt động ▪ Có sản phẩm vị trí đầu bang chuyền Trạng thái bắt đầu ▪ Xilanh xoay vị trí ban đầu ▪ Xilanh xoay vị trí ban đầu Hoạt động ▪ Khi nhấn nút Start có sản phẩm vị trí tay gắp, cảm biến màu xác định màu nắp sản phẩm Tùy vào màu sản phẩm mà xilanh xoay hay xilanh xoay xoay hay khơng có xilanh xoay nao cả màu đƣợc phân loại loại màu trượt cuối 131 Tài liệu tham khảo [1] – PGS.TS Trần Văn Địch - Tự động hóa trình sản xuất – NXB KHKT, 2001 [2] - PGS.TS Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS tích hoạt CIM – NXB KHKT, 2007 [3] – TS Trương Hữu Trí, TS Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Các thành phần bản – NXB KHKT, 2005 [4] – TS Trương Hữu Trí, TS Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Hệ thống chế tạo máy – NXB KHKT, 2005 [5] – Robert H Bishop - The Mechatronics Handbook – NXB CrcPness, 2002 Bản dịch: Cơ điện tử Tập – Biên dịch: Phạm Anh Tuấn – NXB ĐHQG Hà Nội, 2006 [6] – Mechatronics – Principles, Concepts and Applications – NXB McGraw – Hill, 2005 132 ... loại 130 Tài liệu tham khảo 132 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CIM Tên mô đun: Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM Mã số mô đun: MĐ 42 Thời gian mô đun: 60 (LT: 16... 1.2.2 Tính linh hoạt hệ thống sản xuất Tính linh hoạt hệ thống sản xuất mức độ khả thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác chách nối tiếp song song Mức độ linh hoạt ML hệ thống xác định... quan hệ thống sản xuất MPS 1.1 Giới thiệu cảm biến MPS Hệ thống MPS hệ thống cấu thành từ thiết bị, linh kiện đại bao gồm nhiều cấu khí, q trình hoạt động quen thuộc trình hoạt động sản xuất