Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình smart factory

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH SMART FACTORY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Quốc Phương Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đại Cường 1711020253 17DDCA2 Nguyễn Minh Quân 1711020358 17DDCA2 Nguyễn Duy Thành 1711020384 17DDCA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan công trình nghiên cứu chúng tơi tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 08 năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đưa kiến thức kỹ thuật thực tiễn vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn – Thầy Phạm Quốc Phương dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp vừa qua Trong thời gian thực đồ án hướng dẫn thầy, em có thêm cho nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắn kiến thức quý báu, hành trang để em vững bước sau Đề tài thiết kế, thi cơng mơ hình Smart Factory đề tài lớn, vơ bổ ích có tính khoa học cao Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu nghiên cứu kỹ thuật sinh viên Tuy nhiên, vốn kiến thức nhiều hạn chế khả tiếp thu thực tế nhiều bỡ ngỡ Mặc dù em cố gắng chắn báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót nhiều chỗ cịn chưa xác, kính mong thầy xem xét góp ý để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đề Tài 1.2 Giới Thiệu Chung 1.3 Vấn đề đặt 1.4 Khái niệm Smart Factory 1.5 Tính Năng Của Smart factory 1.5.1 Smart Factory hệ thống chủ động (Proactive) 1.5.2 Smart Factory linh hoạt nhanh nhẹn (Agile) 1.5.3 Smart Factory - chất kết nối (Connected) 1.5.4 Smart Factory thu thập liệu minh bạch (Transparent) 1.5.5 Khả tối ưu hóa (Optimized) CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Điều kiện để xây dựng nhà máy thông minh 13 2.3 Nhân tố ảnh hưởng đến giải pháp xây dựng nhà máy thông minh 14 2.4 Những khả nhà máy thơng minh Việt Nam 16 2.5 Các giải pháp 18 2.5.1 Distributed Control System (DCS) 18 2.5.2 Manufacturing Execution System (MES) 20 2.5.3 SCADA 21 2.5.4 Internet Of Things 22 2.6 PLC 23 2.7 Cảm biến (Sensors) 25 2.8 Tổng quan sản phẩm 26 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 37 iii 3.1 Khác SCADA DCS 37 3.2 Khác SCADA MES 38 3.3 So sánh SCADA IoT Công Nghiệp 39 3.4 Phương thức hoạt động SCADA 41 3.4.1 Thành phần kiến trúc SCADA 42 3.4.2 Cơ chế thu thập liệu SCADA 43 3.4.3 Lợi ích SCADA 44 3.5 Nền tảng webserver 45 CHƯƠNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ 46 4.1 Quy trình nhà máy 46 4.2 Lưu đồ thuật toán 47 4.3 Loại hàng hóa 49 4.4 Tính tốn lựa chọn thiết bị 51 4.4.1 Động 51 4.4.2 Thiết bị bảo vệ 53 4.4.3 Danh mục thiết bị 58 4.4.4 Module PLC 59 4.5 Thiết bị mô 60 4.5.1 Băng chuyền tải nhẹ 61 4.5.2 Băng chuyền tải nặng 62 4.5.3 Băng chuyền nghiêng 63 4.5.4 Băng chuyền đo cân nặng 63 4.5.5 Bánh xe phân loại 64 4.5.6 Cảm biến phát thu tín hiệu hồng ngoại 65 4.5.7 Cảm biến quang 66 4.5.8 Cảm biến màu sắc 66 4.5.9 Lưỡi dừng 67 4.5.10 Palletizer 68 4.5.11 Xi lanh khí nén 69 4.5.12 Trung tâm gia công 70 4.5.13 Tay gắp trục 71 4.5.14 Thanh định vị 72 4.5.15 Băng chuyền tải hàng 72 4.5.16 Cần cẩu xếp hàng giá đỡ 73 4.6 Công suất nhà máy 74 4.7 Bản vẽ thiết kế 75 4.8 Thiết kế tảng webserver 79 CHƯƠNG THI CÔNG SẢN PHẨM 82 5.1 Các thiết bị I/O 82 iv 5.2 Chương trình PLC 86 5.3 Xử lý tín hiệu cảm biến 87 5.4 Phương thức kết nối 91 5.5 Tổng quan giao diện Factory IO 98 5.6 Quản lý SCADA LabView 106 5.7 Web Server 107 5.7.1 Cấu trúc websever 107 5.7.2 Cấu hình PLC 108 5.7.3 Giao diện web sever 111 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 113 6.1 Những kết đạt 114 6.2 Hạn chế 114 6.3 Hướng phát triển đề tài 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC 116 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ IIoT Industrial Internet of Things SCADA Supervisory Control and Data Acquisition MES Manufacturing Execution System DCS Distributed Control System PLC Programmable Logic Controller RTU Remote Terminal Units HMI Human Machine Interface LAN Local Area Network WAN Wide Area Network 10 OPC OLE for Process Control 11 I/O Input/Output vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Giải pháp quản lý Nhà Máy Thơng Minh Hình 2.1: Kiến trúc mơ hình Smart Factory (Nguồn internet) Hình 2.2: Cấu trúc nhà máy thông minh 11 Hình 2.3: Tiêu chuẩn lập trình 12 Hình 2.4: Cấu trúc biểu đồ chức - SFC 12 Hình 2.5: Cấu hình hệ thống điều khiển phân tán DCS 18 Hình 2.6: Kiến trúc IoT (Nguồn internet) 22 Hình 2.7: Các khối PLC 23 Hình 2.8: Kiến trúc Sensors (Nguồn internet) 25 Hình 2.9: Tấm nhựa ABS 27 Hình 2.10: Sản phẩm in 3D với sợi nhựa PETG 35 Hình 3.1: So sánh SCADA DCS (Nguồn internet) 37 Hình 3.2: Kiến trúc Smart Factory (Nguồn internet) 38 Hình 3.3: Kiến trúc SCADA (Nguồn internet) 42 Hình 3.4: Cấu trúc webserver (Nguồn tài liệu tham khảo 2) 46 Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn 48 Hình 4.2: Tấm nhựa ABS 49 Hình 4.3: Thanh nhựa POM 50 Hình 4.4: Thời gian đóng cắt MCB 56 Hình 4.5: Cấu hình PLC 59 Hình 4.6: Băng chuyền tải nhẹ (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 61 Hình 4.7: Băng chuyền tải nặng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 62 Hình 4.8: Băng chuyền nghiêng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 63 Hình 4.9: Băng chuyền đo cân nặng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 63 Hình 4.10: Con lăn phân loại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 64 vii Hình 4.11: Cảm biến phát thu hồng ngoại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 65 Hình 4.12: Cảm biến hồng ngoại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 66 Hình 4.13: Cảm biến màu sắc (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 66 Hình 4.14: Lưỡi dừng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 67 Hình 4.15: Palletizer (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 68 Hình 4.16: Xi lanh (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 69 Hình 4.17: Trung tâm gia cơng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 70 Hình 4.18: Tay gắp trục (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 71 Hình 4.19 : Thanh định vị (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 72 Hình 4.20: Băng chuyền tải hàng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 72 Hình 4.21: Cần cẩu xếp hàng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) 73 Hình 4.22: Bản vẽ thiết kế mặt 76 Hình 4.23: Sơ đồ bố trí mơ hình Smart Factory 77 Hình 4.24: Bản vẽ thiết kế hệ thống điện 78 Hình 4.25: Giao diện đăng nhập 79 Hình 4.26: Cấu trúc liên kết web (Nguồn tài liệu tham khảo 2) 79 Hình 4.27: Cấu trúc thư mục trang web (Nguồn tài liệu tham khảo 2) 80 Hình 4.28: Giao diện hiển thị web (Nguồn tài liệu tham khảo 2) 81 Hình 5.1: Hệ quy chiếu giá trị analog 87 Hình 5.2: Lưu đồ cảm biến cân nặng 88 Hình 5.3: Xử lý ảnh 89 Hình 5.4: Lưu đồ cảm biến hình ảnh 90 Hình 5.5: Giao diện lập trình PLC 91 Hình 5.6: Phương pháp kết nối OPC 92 Hình 5.7: Giao diện thiết kế Labview 96 Hình 5.8: Giao diện thiết kế Factory IO 96 Hình 5.9: Giao diện cấu hình driver Facroty IO 97 viii Hình 5.10: Tổng quan nhà máy 98 Hình 5.11: Tủ điện 99 Hình 5.12: Dây chuyền phân loại cân nặng 100 Hình 5.13: Dây chuyền phân loại màu sắc 101 Hình 5.14: Hệ thống gia cơng 102 Hình 5.15: Hệ thống lắp ráp 103 Hình 5.16: Hệ thống lưu kho 104 Hình 5.17: Hiển thị hàng hóa 105 Hình 5.18: Giao diện SCADA tổng quát 106 Hình 5.19: Cấu trúc webserver (Nguồn tài liệu tham khảo 2) 107 Hình 5.20: Cấu hình địa IP 108 Hình 5.21: Giao diện đăng nhập webserver 111 Hình 5.22: Trang chủ webserver 111 Hình 5.23: Quản lý công suất 112 Hình 5.24: Biểu đồ thể công suất 112 ix 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144