Tự động hóa quá trình công nghệ đề tài thiết kế dây chuyền sản xuất và lưu kho mô phỏng trên factory io 2

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ -o0o - MƠN: AUT214 TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH CƠNG NGHỆ Đề tài: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LƯU KHO MÔ PHỎNG TRÊN FACTORY IO T.VIÊN: TRẦN VƯƠNG BÔNG PS16134 ĐỒN BÍC PHI PS15337 NGUYỄN HỮU KHƠI PS15539 TRẦN QUANG KHƯƠNG PS16109 GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN LỚP: AC16301 Tp Hồ Chí Minh – 07/2022 Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NHIỆM VỤ ASSIGNMENT Lớp: AC16301 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Hệ: CAO ĐẲNG 1.Tên đề tài: “THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LƯU KHO MÔ PHỎNG TRÊN FACTORY IO” Nội dung phần thuyết minh: Các vẽ đồ thị: Giáo viên hướng dẫn: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày…… tháng…… năm 2022 Ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm mơn ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN NGUYỄN VĂN NGA Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic Thành Phố Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.HCM, ngày……tháng… năm 2021 Giáo viên hướng dẫn ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN LỜI MỞ ĐẦU Với bùng nổ cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng Tự động hóa vào q trình cơng nghệ yếu tố then chốt thúc đẩy tiến kỹ thuật sản xuất Tự động hóa bước phát triển khí hóa sản xuất Nếu khí hóa thay lao động bắp người Tự động hóa bước phát triển thay quan cảm giác logic người Ngày nay, Tự động hóa phát triển mạnh mẽ tất ngành công nghiệp Tự động hóa nâng cao suất lao động, cho phép sản xuất sản phẩm có chất lượng cao, ổn định với giá thành thấp Chính vậy, Tự động hóa q trình cơng nghệ yếu tố quan trong sản xuất Nhận thấy tầm quan trọng đó, nhóm chúng em với hướng dẫn thầy ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN thực Assignment mơn học Tự động hóa q trình cơng nghệ với đề tài: “THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LƯU KHO MÔ PHỎNG TRÊN FACTORY IO” LỜI CẢM ƠN Để hồn thành assignment này, ngồi nỗ lực nhóm cịn có giúp đỡ giáo viên hướng dẫn, thầy cô môn, bạn bè người thân Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em việc giải khó khăn, vướng mắc suốt q trình thực assignment nhóm Bên cạnh đó, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô tận tình giảng dạy kiến thức kinh nghiệm sống cho chúng em, cho chúng em hành trang vững trước bước vào chặn đường Nhóm em xin chân thành cảm ơn Trường Cao Đẳng FPT Polytechnic Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho chúng em học tập, trang bị cho chúng em kiến thức cần thiết để tìm cơng việc phù hợp sau Trong q trình thực đề tài sẽ khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý từ giảng viên bạn Nhóm thực đề tài MỤC LỤC Chương I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm Tự động hóa 2 Quá trình sản xuất .2 Q trình cơng nghệ Hệ thống tự động hóa 4.1 Cảm biến 4.2 Hệ thống tính toán, điều khiển .5 4.3 Cơ cấu chấp hành Chương I CHƯƠNG II THIẾT KẾ SẢN PHẨM Thiết kế cánh tay Robot bốn bậc Solidworks Xây dựng phương trình động học cho cánh tay Robot 10 2.1 Giải toán động học thuận 12 2.2 Giải toán động học nghịch 13 Mô điều khiển cánh tay Robot Matlab 17 3.1 Tạo sơ đồ khối cánh tay Robot Simulink Matlab 17 3.2 Thiết kế giao diện GUI lập trình để dùng GUI điều khiển cánh tay Robot 18 Chương II CHƯƠNG III NGUỒN THAM KHẢO 24 ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm Tự động hóa Có nhiều định nghĩa khác Tự động hóa Tuy nhiên, chất Tự động hóa ứng dụng công nghệ để sản xuất, cung cấp hàng hóa dịch vụ với can thiệp tối thiểu người nhằm tối ưu hóa chi phí mà mang lại hiệu cao Ta hiểu sau, Tự động hóa ứng dụng cơng cụ, thiết bị máy điều khiển Những phương tiện kỹ thuật cho phép thực trình cơng nghệ theo chương trình lập trình sẵn, phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn cho cho trước mà không cần tham gia trực tiếp người Quá trình sản xuất Quá trình tập hợp bước, nhiệm vụ hành động thực theo thứ tự cụ thể dẫn đến kết cuối Có thể hiểu q trình việc sử dụng nguyên liệu đầu vào để biến thành sản phẩm đầu mà người thực trình mong muốn Quy trình phương pháp cụ thể để thực q trình hay cơng việc Một quy trình kiểm sốt nhiều q trình ngược lại, q trình kiểm sốt nhiều quy trình Như vậy, trình sản xuất q trình sử dụng lượng (điện, cơ, hóa, từ trường,…) kết hợp với sở vật chất (máy móc, thiết bị, nhà xưởng, ) tác động lên nguyên liệu để tạo thành sản phẩm Q trình cơng nghệ Công nghệ phát minh, thay đổi cải thiện cơng cụ, máy móc, kỹ thuật, kỹ nghề nghiệp, hệ thống phương pháp tổ chức nhằm giải vấn đề, giúp cải tiến giải pháp tồn để đạt mục đích hay thực chức cụ thể Cơng nghệ tập hợp cơng cụ gồm máy GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CƠNG NGHIỆP móc, xếp hay quy trình Tại thời điểm, cơng nghệ tương ứng với cơng cụ khác Q trình cơng nghệ bao gồm giai đoạn phương thức tác động lên q trình sản xuất giai đoạn để tạo nên sản phẩm Tóm lại, q trình cơng nghệ cách thức tạo nên sản phẩm Nó trực tiếp làm thay đổi trạng thái tính chất đới tượng sản xuất Thay đổi trạng thái tính chất bao gồm: thay đổi hình dáng, kích thước, độ xác gia cơng, chất lượng bề mặt, tính chất lí, vị trí tương quan bề mặt chi tiết,… Người ta thường phân loại q trình cơng nghệ tùy theo chức nhiệm vụ như: q trình cơng nghệ cắt gọt, tạo phơi, kiểm tra, lắp ráp,… Hệ thống tự động hóa Hệ thống tự động hóa hay hệ thống điều khiển tự động hệ thống sử dụng công nghệ để điều khiển loại thiết bị, máy móc khác mà không cần tác động trực tiếp người Hệ thống tự động hóa bao gồm thành phần chính: – Cảm biến – Hệ thống tính tốn, điều khiển – Cơ cấu chấp hành Phần quan trọng phần hệ thống tính tốn, điều khiển Nó chia thành hai loại: – Điều khiển vịng kín (phản hồi) – Điều khiển vịng hở GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CƠNG NGHIỆP 4.1 Cảm biến Cảm biến thiết bị tiếp nhận thông tin diễn biến môi trường diễn biến đại lượng vật lý hệ thống Cảm biến có vai trị quan trọng hệ thống điều khiển tự động: – Là thiết bị có khả cảm nhận tín hiệu điều khiển vào, – Có vai trị đo đạc giá trị – Giới hạn cảm nhận với đại lượng vật lý cần đo Đối với người sử dụng, việc nắm nguyên lý, cấu tạo đặc tính cảm biến điều kiện tiên để đảm bảo vận hành tốt hệ thống tự động Có nhiều cách để phân loại cảm biến: – Theo đối tượng phát phản hồi: cảm biến khí gas, nhiệt độ, kim loại, … – Theo nguồn lượng dùng cho phép biến đổi: cảm biến chủ động (không dùng lượng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện), cảm biến bị động (sử dụng điện bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện) – Theo nguyên lý hoạt động: cảm biến điện trở, điện dung, điện từ, hồng ngoại, … GVHD: ĐOÀN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CƠNG NGHIỆP Hình I- 1: Một số loại cảm biến thông dụng 4.2 Hệ thống tính tốn, điều khiển Hệ thống tính tốn, điều khiển có nhiệm vụ thu thập, xử lý thơng tin từ chương trình từ cảm biến để điều khiển cấu chấp hành theo chương trình lập trình sẵn Để phân biệt hệ thống tính tốn, điều khiển, ta vào tác động điều khiển – trình định lượng tác động lên hệ thống điều khiển để hình thành tín hiệu ngõ Hệ thống điều khiển thường phân thành hai dạng vịng hở vịng kín Trong cơng nghiệp, hệ thống tính tốn, điều khiển thường PLC, máy tính cơng nghiệp, máy tính nhúng, vi điều khiển,… GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CƠNG NGHIỆP Hình I- 2: Hệ thống điều khiển vòng hở (opened-loop) điều khiển vịng kín (closed-loop) GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CÔNG NGHIỆP 4.3 Cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành hiểu phận máy móc, thiết bị có khả thực cơng việc tác động tín hiệu điều khiển phát từ thiết bị điều khiển Trong công nghiệp, số cấu chấp hành thường dùng là: – Cơ cấu chấp hành khí nén Hình I- 3: Cơ cấu chấp hành khí nén GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CÔNG NGHIỆP – Cơ cấu chấp hành thủy lực Hình I-4: Cơ cấu chấp hành thủy lực – Cơ cấu chấp hành điện Hình I-5: Cơ cấu chấp hành điện GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG II - TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ VÀ Q TRÌNH SẢN XUẤT CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu thiết bị Factory IO mơ sử dụng đề tài 1.1 Băng tải (Belt/Roller Conveyer) Trong Factory IO, băng tải phân thành loại: tải nặng tải nhẹ Ngoài ra, băng tải phân loại theo chiều dài: 2m, 4m 6m Hình II- 6: Băng tải tải nhẹ Hình II- 7: Băng tải tải nặng Thông số kỹ thuật: Tốc độ tối đa Băng tải tải nhẹ Băng tải tải nặng 0,6 m/s (digital) m/s (analog) 0,45 m/s (digital) 0,8 m/s (analog) GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG ROBOT CƠNG NGHIỆP Thơng số điều khiển Tín hiệu Tag điều khiển Băng tải Belt Conveyor # Digital tải nhẹ Băng tải Roller Conveyor # tải nặng Type Băng tải Belt Conveyor # (+) Digital tải nhẹ Belt Conveyor # (-) +/Băng tải Roller Conveyor # (+) tải nặng Roller Conveyor # (-) Bool Chạy thuận Băng tải Belt Conveyor # (V) tải nhẹ Analog Băng tải Roller Conveyor # (V) tải nặng GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN Mơ tả Bool Chạy băng tải Bool Chạy băng tải Bool Chạy nghịch Bool Chạy thuận Bool Chạy nghịch Chạy băng tải, tốc độ điều chỉnh tương ứng Float [-10V - +10V], dấu – tương ứng băng tải chạy nghịch Chạy băng tải, tốc độ điều chỉnh tương ứng Float [-10V - +10V], dấu – tương ứng băng tải chạy nghịch TRANG 10 ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại (Diffuse Sensor) Trong Factory IO, cảm biến vật cản hồng ngoại cảm biến có khả phát vật thể rắn ngang qua tia hồng ngoại cảm biến Loại cảm biến có khả điều chỉnh phạm vi phát vật từ – 1,6m Tín hiệu Ouput: Tag Type Mơ tả Diffuse Sensor # Bool Tín hiệu Digital, lên có vật ngang qua Hình II- 8: Cảm biến vật cản hồng ngoại GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 11 ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.3 Cảm biến phân loại hình ảnh (Vision Sensor) Trong Factory IO, cảm biến phân loại hình ảnh cảm biến có khả nhận biết hình dạng màu sắc số vật thể cài đặt sẵn (Raw material, Lids, Base) Cảm biến điều chỉnh phạm vi nhận biết từ 0,3 – 2m Bên cạnh đó, cịn cài đặt kiểu giá trị output kiểu digital, kiểu số kiểu ID Tín hiệu output: Màu sắc Xanh dương Xanh Kim loại Vật thể Không có vật Raw material Lid Base Raw material Lid Base Raw material Lid Base Digital Numerical ID 0000 1000 0100 1100 0010 1010 0110 1110 0001 1001 ID ID ID ID ID ID ID ID ID Hình II-9: Cảm biến phân loại hình ảnh GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 12 ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.4 Tay gạt phân loại (Pivot Arm Sorter) Trong Factory IO, tay gạt phân loại thiết bị có khả quay góc 45o Ngoài ra, phần tay gạt thiết kế băng tải nhỏ có khả điều chỉnh chiều chạy thuận nghịch Tay gạt gắn động Servo cài đặt quay trái phải Thông số kỹ thuật: – Tốc độ băng tải: m/s – Tốc độ quay tay gạt: rad/s Thông số điều khiển: Tag Type Mô tả Nếu cài đặt quay trái, cánh tay quay sang trái Pivot Arm Sorter # (Turn) Bool Pivot Arm Sorter # (+) Bool Băng tải chạy thuận Pivot Arm Sorter # (-) Bool Băng tải chạy nghịch Nếu cài đặt quay phải, cánh tay quay sang phải Hình II- 10: Tay gạt phân loại GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 13 ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.5 Kẹp cố định vị trí (Positioning Bar) Trong Factory IO, kẹp cố định vị trí thiết bị gồm xy lanh, cho hành trình lên xuống, xy lanh lại để kẹp cố định sản phẩm Có loại kẹp, kẹp cố định bên trái kẹp cố định bên phải Thông số kỹ thuật: – Hành trình lên xuống: 0,373 m – Hành trình kẹp: 0,48 m Thơng số điều khiển: Tag Positioning Right/Left Bar # (Clamp) Positioning Right/Left Bar # (Raise) I/O Type Mô tả Ở trạng thái 1, kẹp lại Ngược lại, nhả Ở trạng thái 1, nâng lên Ngược lại, Input Bool hạ xuống Ngõ mức cao kẹp sản Positioning Right/Left Bar # Output Bool phẩm đến cuối hành trình (Clamped) kẹp Positioning Right/Left Bar # Ngõ mức cao đến cuối hành Output Bool (Limit) trình lên xuống Input Bool Hình II- 11: Kẹp cố định vị trí GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 14 ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.6 Robot CNC (Machine Center) Robot CNC hệ thống sản xuất Lid Base từ Raw Material Factory IO Đầu tiên, robot chờ Raw Material xuất ngõ vào Khi phát phơi vào vị trí, Robot gắp phôi đưa vào máy CNC bắt đầu trình sản xuất Lid Base theo cài đặt Mỗi loại sản phẩm có thời gian hoàn thành khác (Lid: 6s Base: 3s) Sau hoàn thành, robot đưa sản phẩm đặt ngõ Q trình vận hành robot dừng lại lúc nào, sau chạy tiếp reset lại q trình Ta điều khiển tay thông qua tủ điều khiển đặt máy Chức nút điều khiển sau: – Emergency: Nút dừng khẩn cấp (nhấn giữ) Khi nhấn nút, hệ thống dừng trình vận hành hoạt động lại sau nhả nút dừng khẩn cấp nhấn nút Reset – Start: Khởi động hệ thống – Stop: Dừng hệ thống Nhấn nút Start để chạy tiếp tục Reset để khởi động lại từ đầu – Reset: Khởi động lại từ đầu hệ thống Ngoài ra, hàng rào bảo vệ hệ thống đặt đèn cảnh báo trạng thái sau: – Đèn xanh: hoạt động khơng q trình sản xuất – Đèn vàng: sản xuất – Đèn đỏ: có lỗi (phát sai phơi ngõ vào) Hình II- 12: Robot CNC GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 15 ROBOT CƠNG NGHIỆP Thơng số điều khiển: Tag I/O Type Mô tả Machine Center # (Produce Lids) Input Bool Machine Center # (Start) Input Bool Khởi động Machine Center # (Stop) Input Bool Dừng Machine Center # (Reset) Input Bool Reset Khi nhận tín hiệu 1, sản xuất Lids Ngược lại, sản xuất Base Machine Center # (In Busy) Ngõ trạng thái hệ Output Bool thống trình sản xuất Machine Center # (Has Error) Ngõ trạng thái phát Output Bool không phôi ngõ vào phôi Machine Center # (Opened) Output Bool Ngõ trạng thái cửa máy CNC mở Machine Center # (Progress) Output Float Thời gian trình sản xuất hệ thống (0-100) 1.7 Cánh tay robot trục (Two-Axis Pick & Place) 1.8 Máy xếp hàng hóa (Palletizer) 1.9 Hệ thống lưu kho tự động (Stacker Crane & Rack) Sơ đồ khối trình sản xuất đề tài GVHD: ĐỒN HUỲNH CƠNG SƠN TRANG 16 ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.10 CHƯƠNG III NGUỒN THAM KHẢO https://advancecad.edu.vn/ https://mesidas.com/ https://wikipedia.com/ https://dienelectric.com/ https://mtee.vn/ https://new.siemens.com/ https://hoplongtech.com/ https://plctech.com.vn/ https://nshopvn.com/ https://www.youtube.com/ https://hshop.vn/ https://siemens-vietnam.vn/ http://dienngocanh.com/ https://www.dailysiemens.net/ https://vnqtech.com/ GVHD: ĐOÀN HUỲNH CÔNG SƠN TRANG 17 ... ĐOÀN HUỲNH CƠNG SƠN thực Assignment mơn học Tự động hóa q trình cơng nghệ với đề tài: “THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LƯU KHO MÔ PHỎNG TRÊN FACTORY IO? ?? LỜI CẢM ƠN Để hồn thành assignment này,... ASSIGNMENT Lớp: AC16301 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Hệ: CAO ĐẲNG 1.Tên đề tài: “THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VÀ LƯU KHO MÔ PHỎNG TRÊN FACTORY IO? ?? Nội dung phần thuyết... THUYẾT Khái niệm Tự động hóa 2 Quá trình sản xuất .2 Q trình cơng nghệ Hệ thống tự động hóa 4.1 Cảm biến 4 .2 Hệ thống tính tốn, điều