Xây dựng mô hình 3d mô phỏng trạm phân phối hệ thống mps

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2021 - 2022 Đề tài: XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D MƠ PHỎNG TRẠM PHÂN PHỐI HỆ THỐNG MPS Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Kim Đăng TP Hồ Chí Minh, năm 2022 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng khách thể nghiên cứu Giả thuyết nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi ảnh hưởng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Hệ thống MPS (Modular Production System) 1.2 Trạm phân phối (Distribution Station) 1.2.1 Mô tả 1.2.2 Thành phần 1.2.3 Đặc điểm kỹ thuật 1.2.4 Các chi tiết trạm 1.2.5 Bảng điều khiển 1.2.6 Mô tả quy trình hoạt động 10 1.3 Kỹ thuật vận hành ảo (Virtual Commissioning) 11 1.3.1 Giới thiệu kỹ thuật vận hành ảo 11 1.3.2 Bản số (Digital Twin) 12 CHƯƠNG THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13 2.1 Thực trạng 13 2.1.1 Tình hình sử dụng hệ thống MPS 13 2.1.2 Vai trị phần mềm mơ hoạt động giảng dạy 14 2.1.3 Các phần mềm mô hệ thống MPS 14 2.1.4 Phần mềm thiết kế mơ hình 17 2.2 Giải pháp thực 21 2.2.1 Xây dựng mơ hình 21 2.2.2 Tạo cảm biến cấu chấp hành 24 i 2.2.3 Tạo tín hiệu điều khiển 26 2.2.4 Kết nối điều khiển 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO v PHỤ LỤC vi ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MPS Modular Production System PLC Programmable Logic Controller SCADA Supervisory Control and Data Acquisition OLE Object Linking and Embedding OPC OLE for Process Control OPC DA OPC Data Access OPC UA OPC Unified Architecture SHM Local Shared Memory TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol LAN Local Area Network MCD Mechatronics Concept Designer CNTĐ Công nghệ tự động iii DANH MỤC BẢNG BIỂU SỐ LIỆU Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật trạm phân phối Bảng 1.2 Khả kết hợp trạm phân phối Bảng 1.3 Bảng địa ngõ vào nhận tín hiệu từ cảm biến Bảng 1.4 Bảng địa ngõ điều khiển cấu chấp hành Bảng 1.5 Bảng liệt kê chi tiết trạm phân phối Bảng 1.6 Bảng địa bảng điều khiển 10 Bảng 2.1 Thời gian sử dụng hệ thống MPS đào tạo 13 Bảng 2.2 So sánh phần mềm tạo mơ hình ảo 20 Bảng 2.3 Các công cụ sử dụng mô hình 24 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ bố trí trạm hệ thống MPS Hình 1.2 Trạm phân phối (Distribution) .4 Hình 1.4 Trạm gia công (Processing) .4 Hình 1.6 Trạm trung gian (Buffer) Hình 1.8 Trạm lắp ráp (Assembly) Hình 1.10 Trạm phân loại (Sorting) .5 Hình 1.11 Các chi tiết lắp ráp xi-lanh Hình 1.13 Module ổ chứa .6 Hình 1.14 Module vận chuyển .6 Hình 1.15 Bảng điều khiển .9 Hình 1.16 Bản số máy móc thật 12 Hình 2.1 Sơ đồ mạch khí nén trạm Phân phối hệ thống MPS 15 Hình 2.2 Mơ hình 3D trạm Phân loại hệ thống MPS 15 Hình 2.3 Mơ hình 3D trạm Phân phối trạm Kiểm tra hệ thống MPS 16 Hình 2.4 Sơ đồ kết nối mơ mơ hình 3D SolidWorks 17 Hình 2.5 Ví dụ điều khiển mơ hình 3D SolidWorks từ PLC 17 Hình 2.6 Các thành phần cấu thành số Siemens .18 Hình 2.7 Ví dụ kết nối mơ hình băng tải NX với PLCSIM 19 Hình 2.8 Giao diện phần mềm SIMIT 19 Hình 2.9 Giao diện phần mềm S7-PLCSIM Advanced .19 Hình 2.10 Các cấu hình kết nối tín hiệu NX 20 Hình 2.11 Quy trình tổng quát thực giải pháp 21 Hình 2.12 Quy trình xây dựng mơ hình .21 Hình 2.13 Các chi tiết đo vẽ mơ hình 22 Hình 2.14 Các chi tiết tìm tải từ festo.com 22 Hình 2.15 Giao diện trang web festo.com/cat/ .23 Hình 2.16 Mơ hình lắp ráp hồn chỉnh 23 Hình 2.17 Quy trình tạo đối tượng cảm biến cấu chấp hành 24 Hình 2.18 Đối tượng vật lý 25 Hình 2.20 Cảm biến cấu chấp hành 26 Hình 2.21 Các tín hiệu cảm biến điều khiển cấu chấp hành .26 v Hình 2.22 Tạo tín hiệu BtStart nút nhấn START 27 Hình 2.23 Các hàm xử lý tạo tín hiệu đề tài .27 Hình 2.24 Vị trí pit-tơng tác động tách phơi 28 Hình 2.25 Tín hiệu điều khiển xi-lanh tách phơi 28 Hình 2.26 Tạo trạng thái đèn sử dụng trạm Phân phối 29 Hình 2.27 Tạo trạng thái sáng/tắt đèn Q1 theo tín hiệu LightQ1 29 Hình 2.28 PLCSIM Advanced với chương trình PLC_MPS .30 Hình 2.29 Cửa sổ External Signal Configuration 30 Hình 2.30 Cửa sổ Signal Mapping .31 Hình 3.1 Kích thước tổng thể module 32 Hình 3.2 Kích thước tổng thể trạm phân phối 32 Hình 3.3 Mơ quy trình hoạt động trạm .33 Hình 3.4 Q trình mơ hoạt động mơ hình ảo 34 vi PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, hình thức dạy trực tuyến xu hướng đào tạo phát triển mạnh tương lai Bên cạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin giảng dạy đẩy mạnh trường, tiêu chí kiểm định chất lượng nhà trường Đề tài cung cấp thêm giải pháp mô hệ thống thật, tảng cho việc xây dựng thêm nhiều mơ hình với chi phí thấp MPS (hệ thống sản xuất dạng module) thiết bị giảng dạy Khoa Công nghệ tự động, phục vụ giảng dạy học phần Thực hành hệ thống MPS, Robot công nghiệp, Thực hành SCADA Căn chương trình tạo hai ngành đào tạo khoa, trung bình có lớp học phần/học kỳ, lớp 35 sinh viên, học 90 tiết Trong thực tế giảng dạy, với hệ thống khó triển khai nội dung thực tập, lúc có nhiều sinh viên thực tập gây tốn nhiều thời gian cho sinh viên giảng viên Giải pháp sử dụng thêm phần mềm mô hệ thống giúp giảm tần suất sử dụng thiết bị, sinh viên có nhiều thời gian thực hành Trong trình thực hành hệ thống thật, sinh viên thực việc nạp chương trình kiểm tra hoạt động nhiều lần, làm nhiều thời gian, có mơ hình mơ phỏng, sinh viên kiểm tra với chương trình mơ trước nạp vào hệ thống thật, tiết kiệm thời gian sinh viên, làm tăng tuổi thọ thiết bị an toàn cho thiết bị Đồng thời thuận tiện cho sinh viên học tập không lớp, mà sử dụng nhà sử dụng trường hợp học tập trực tuyến Mục đích nghiên cứu Đề tài tạo mơ hình ảo, mơ chuyển động cấu chấp hành, giả lập tín hiệu cảm biến, sử dụng PLCSIM để điều khiển hoạt động mơ hình Mục đích nghiên cứu cung cấp thêm giải pháp kiểm tra tính khả thi thiết kế, kiểm tra hoạt động chương trình PLC trường hợp khơng có hệ thống thật trước nạp vào hệ thống thật nhằm giảm thiểu rủi ro hư hỏng hệ thống Đối tượng khách thể nghiên cứu Đối tượng: - Mô hình 3D kỹ thuật mơ chuyển động theo tín hiệu điều khiển từ PLC Phạm vi: - Xây dựng mơ hình 3D cho trạm Phân phối hệ thống MPS phần mềm NX (chỉ thực trạm để làm ví dụ) - Kết nối mơ hình 3D với PLC Siemens Giả thuyết nghiên cứu - Mơ hình 3D trạm Phân phối hoạt động trạm thật với đầy đủ cấu chấp hành, cảm biến điều khiển từ PLCSIM Nhiệm vụ nghiên cứu - Kỹ thuật tạo chuyển động (cơ cấu chấp hành) nhận biết chuyển động (cảm biến) mơ hình 3D - Giải pháp kết nối điều khiển PLC với mơ hình 3D Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm Phạm vi ảnh hưởng - Có thể làm thay đổi cách giảng dạy học phần Thiết kế dự án Cơ điện tử, Thực hành hệ thống MPS, Lập trình PLC ứng dụng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Hệ thống MPS (Modular Production System) Hệ thống MPS hệ thống thiết bị mô dây chuyền lắp ráp tự động xi- lanh khí nén thể theo sơ đồ sau: TRẠM ĐỘT DẬP TRẠM PHÂN PHỐI TRẠM KIỂM TRA TRẠM GIA CÔNG TRẠM TAY GẮP TRẠM TRUNG GIAN TRẠM ROBOT TRẠM LẮP GHÉP Hình 1.1 Sơ đồ bố trí trạm hệ thống MPS Chức trạm hệ thống MPS: - Trạm Phân phối (Hình 1.2): Tách chi tiết gia công khỏi ổ chứa; Vận chuyển chi tiết gia công cấu dẫn động quay giác hút - Trạm kiểm tra (Hình 1.3): Xác định đặc tính vật liệu màu sắc chi tiết; Kiểm tra chiều cao chi tiết; Thực loại bỏ chi tiết không đạt, cho chi tiết đạt yêu cầu sang trạm - Trạm gia cơng (Hình 1.4): Nhận chi tiết vận chuyển chi tiết đến vị trí kiểm tra, gia cơng, trạm kế tiếp; Thực việc kiểm tra trạng thái chi tiết mâm quay; Thực chu trình khoan (mơ q trình gia cơng) - Trạm tay gắp (Hình 1.5): Phân loại theo màu sắc chi tiết; Gắp thả chi tiết vào vị trí yêu cầu; Vận chuyển chi tiết đến vị trí yêu cầu - Trạm trung gian (Hình 1.6): Vận chuyển chi tiết; Điều tiết lượng chi tiết qua trạm robot - Trạm robot (Hình 1.7): Lắp ráp chi tiết (vỏ xi-lanh, lị xo, pit-tơng, nắp) thành sản phẩm hồn thiện (xi-lanh) - Trạm lắp ráp (Hình 1.8): Kho chứa cung cấp chi tiết (lị xo, pit-tơng, nắp) cho trạm robot lắp ráp - Trạm đột dập (Hình 1.9): Mơ qui trình dập nắp xi-lanh - Trạm phân loại (Hình 1.10): Phân loại chi tiết dựa vào đặt tính màu sắc, vật liệu; Vận chuyển đến vị trí chứa tương ứng với loại TRẠM PHÂN LOẠI PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH PLC Bảng PLC Tag Name 1B2 1B1 2B1 3B1 3B2 B4 IP_FI 1M1 2M1 2M2 3M1 3M2 START STOP AUTO_MAN RESET L_START L_RESET L_RED L_YELLOW L_GREEN Q1 Q2 Path Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Data Type Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool vi Logical Address %I0.1 %I0.2 %I0.3 %I0.4 %I0.5 %I0.6 %I0.7 %Q0.0 %Q0.1 %Q0.2 %Q0.3 %Q0.4 %I1.0 %I1.1 %I1.2 %I1.3 %Q1.0 %Q1.1 %Q0.5 %Q0.6 %Q0.7 %Q1.2 %Q1.3 Comment Chương trình PLC vii viii ix PHỤ LỤC BẢN VẼ CHI TIẾT x