HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT doc

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Flexible Manufacturing System là một hệ thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một

Chương 4 - Hệ thống sản xuất linh hoạt

Flexible Manufacturing System (FMS)

Đào Bá Phong - Bộ môn GCVL và DCCN, Khoa Cơ khí, ĐHBK Hà Nội

4.1 Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt

4.1.1 Khái niệm

Hệ thống sản xuất là một chuỗi các quá trình sản xuất gia tăng giá trị làm nhiệm

vụ chuyển đổi nguyên vật liệu thành dạng có ích hơn và cuối cùng là tạo ra sản phẩm hàng hoá

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất

Vì vậy hệ thống FMS có thể tự động đặt lại cấu hình để sản xuất các chủng loại sản phẩm khác nhau Đó là lý do tại sao nó được gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt Khái niệm sản xuất linh hoạt được được biết đến lần đầu tiên vào năm 1965 khi công

ty British firm Molins, Ltd đưa ra sản phẩm với tên gọi là System 24 System 24 là một

hệ thống FMS thật sự Tuy nhiên hệ thống này không thể phát triển thêm được nữa bởi vì khi đó công nghệ tự động hoá và công nghệ thông tin còn chưa phát triển nên không thể hỗ trợ cho sự phát triển của hệ thống này được Khái niệm sản xuất linh hoạt vì vậy

bị quên lãng Tuy nhiên vào những năm cuối thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, cùng với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ thông tin và ứng dụng của công nghệ thông tin trong sản xuất mà sản xuất linh hoạt đã phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc Hệ thống sản xuất linh hoạt được sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ôtô và máy kéo

Như vậy, một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau:

™ Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot

™ Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot, băng truyền,

™ Một hệ thống truyền thông

™ Một hệ thống điều khiển bằng máy tính

Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như tiện, phay, khoan, và

hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính

4.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống FMS

Một hệ thống sản xuất linh hoạt có những ưu điểm sau:

ắ Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất

ắ Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau

ắ Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất

ắ Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả

ắ Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động

ắ Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau

ắ Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn tiếp tục làm việc được

Nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt là giá thành đầu tư xây dựng ban

đầu thường rất lớn

Thực tế cho thấy, số lượng nhân công trong hệ thống sản xuất linh hoạt ít hơn nhiều so với hệ thống sản xuất thông thường Trong một hệ thống sản xuất linh hoạt, con người giữ các vai trò sau:

™ Sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị

™ Lắp đặt và thay đổi dụng cụ

™ Nhập thông số khởi đầu cho hệ thống

™ Vận hành hệ thống (bật/tắt)

™ Thay đổi một phần hoặc toàn bộ chương trình điều khiển

™ Phát triển và nâng cấp chương trình điều khiển

4.1.3 Giới thiệu chung về CIM

Ngày nay, bên cạnh khái niệm về hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) còn có một khái niệm khác đó là sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) được sử dụng để mô tả một phương thức sản xuất hiện đại Mặc dù CIM chứa đựng nhiều công nghệ sản xuất tiên tiến khác như CAD/CAM/CNC, Robot, nhưng nó được hiểu với nghĩa là một công nghệ mới nhiều hơn là với một khái niệm mới Hình vẽ dưới đây trình bày những thành phần cơ bản hình thành nên CIM và mối quan hệ giữa chúng

Thiết kế sản phẩm

Sản xuất

Lập trình cho các máy sản xuất

CIM

Kế hoạch sản xuất

Tiêu thụ Vận chuyển Lưu kho Tài chính Tiếp thị

Lập quy trình sản xuất

Hình 4.1: Những thành phần cơ bản của CIM

4.2 Vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống sản xuất linh hoạt

4.2.1 Đặt vấn đề

Hiện nay ở các nước phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất ra sản phẩm hàng hoá có chất lượng cao với giá thành hạ Các hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại sử dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà cụ thể là của bốn lĩnh vực tự động hoá, cơ khí, công nghệ thông tin và

điện tử viễn thông Sự kết hợp của bốn lĩnh vực này đã hình thành nên một lĩnh vực mới, đó là Cơ điện tử (mechatronics) ứng dụng được hệ thống sản xuất linh hoạt trong sản xuất sẽ làm đơn giản hoá hoạt động của con người nhưng đồng thời vẫn nâng cao

được hiệu quả sản xuất Trong một hệ thống sản xuất linh hoạt, phạm vị điều khiển hoạt động của hệ thống không chỉ giới hạn ở các thao tác hay vận hành hệ thống trực tiếp tại xưởng máy hay dây chuyền mà được mở rộng để có thể điều hành và giám sát mọi hoạt động của nhà máy tại một địa điểm duy nhất gọi là trung tâm điều khiển

Điều này được thực hiện nhờ sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Trong mạng truyền thông công nghiệp tất cả các thiết bị đo lường, điều khiển và chấp hành của hệ thống sản xuất linh hoạt đều được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh Và hơn thế nữa, nhiều hệ thống sản xuất linh hoạt trong một nhà máy hay thậm chí các nhà máy trong một khu công nghiệp cũng được kết nối mạng với nhau để hình thành nên quy mô sản xuất lớn Qua mạng truyền thông công nghiệp, người vận hành

hệ thống sẽ điều khiển và giám sát được mọi hoạt động của nhà máy

Có thể lấy ví dụ nhà máy sản xuất và lắp ráp ôtô Mitsubisi tại Nhật Bản Trong nhà máy có rất nhiều dây chuyền lắp ráp để thực hiện nhiệm vụ lắp ráp các chi tiết khác nhau của xe Nếu không có mạng truyền thông công nghiệp, không thể phối hợp

được hoạt động của các dây chuyền và dẫn đến năng xuất lắp ráp của nhà máy sẽ rất thấp Ngoài ra nếu nhà máy không sử dụng mạng truyền thông công nghiệp như hiện nay thì để điều khiển và giám sát được toàn bộ hoạt động của toàn nhà máy cần phải sử dụng lượng nhân công lớn gấp gần 100 lần Không những thế, hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy còn góp phần làm tăng hiệu quả sản xuất và chất lượng của sản phẩm lên nhiều lần Như vậy, một hệ thống sản xuất được tích hợp hệ thống điều khiển

và giám sát cùng với mạng truyền thông công nghiệp sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các nhà máy và doanh nghiệp

Ví dụ trên đã thể hiện được vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống

điều khiển nói chung và cụ thể là trong hệ thống sản xuất linh hoạt nói riêng Do đó khi nghiên cứu hay tìm hiểu về một hệ thống sản xuất linh hoạt, vấn đề điều khiển và giám sát cho hệ thống luôn được đặt lên hàng đầu Phần sau đây trình bày một số khái niệm về điều khiển và giám sát nhằm trang bị cho người đọc những kiến thức cơ bản nhất về lĩnh vực này

4.2.2 Điều khiển và giám sát là gì?

Điều khiển và giám sát bao hàm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm đảm bảo các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật như năng suất, chất lượng, an toàn cho con người, môi trường, Cụ thể là, quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của quá trình kỹ thuật phải được điều khiển theo một mô hình cho trước trong khi có tác động của môi trường xung quanh, đồng thời ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật phải được giảm thiểu Mặc dù điều kiển và giám sát là hai nhiệm vụ khác nhau, nhưng chúng có quan

hệ mật thiết với nhau Thực tế đòi hỏi điều khiển phải có giám sát và việc giám sát sẽ

là vô nghĩa nếu thiếu điều khiển Vì vậy ta có thể dùng một khái niệm chung là điều khiển giám sát, để phân biệt với khái niệm điều khiển tự động hay điều khiển cơ sở

Vào giai đoạn mới hình thành, do trình độ công nghệ còn hạn chế nên hệ thống

điều khiển và giám sát nói chung có cấu trúc rất đơn giản như hình 4.2

Giai đoạn về sau, dựa trên thực tế sử dụng, sự phân bố chức năng điều khiển và

sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã có sự phân hoá và đẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác nhau là: hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc tập trung, hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân quyền, hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán Trong thực tế tuỳ thuộc vào mục đích và quy mô của ứng dụng mà cần phải lựa chọn mô hình điều khiển và giám sát phù hợp

Hình 4.2: Cấu trúc chung của một hệ điều

khiển và giám sát

4.2.3 Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung

Phải hiểu từ “tập trung” ở đây là sự tập trung toàn bộ nhiệm vụ điều khiển và giám sát vào trong một thiết bị điều khiển duy nhất Một máy tính được dùng để điều khiển và giám sát tất cả các quá trình công nghệ khác nhau Các bộ cảm biến và chấp hành được nối trực tiếp theo phương pháp "điểm với điểm" đến máy tính trung tâm qua các cổng vào/ra Như vậy, máy tính trung tâm sẽ thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và sau đó xử lý các dữ liệu này theo chương trình điều khiển đã được lập trình Các lệnh điều khiển sau đó sẽ được máy tính gửi trực tiếp đến các cơ cấu chấp hành hoặc thông qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Vì máy tính phải thực hiện

đồng thời cả nhiệm vụ điều khiển và giám sát nên thực tế yêu cầu máy tính phải có tốc

độ xử lý rất nhanh và khả năng ghép nối được với nhiều loại thiết bị

Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung thích hợp với việc tự động hoá các quá trình công nghệ hay các hệ thống sản xuất linh hoạt vừa và nhỏ vì nó có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và giá thành đầu tư cho thiết bị điều khiển và giám sát không lớn Tuy nhiên, những mặt hạn chế trong cấu trúc tập trung là:

Hình 4.3: Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung

• Giá thành cao do nối dây điểm với điểm, trực tiếp, phức tạp,

4.2.4 Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền

Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền khắc phục được sự phụ thuộc của cả

hệ thống vào một máy tính trung tâm duy nhất và vì thế hệ thống trở nên linh hoạt hơn

Sự "phân quyền" của cấu trúc điều khiển này thể hiện bởi mỗi quá trình công nghệ

được điều khiển bằng một máy tính và các máy tính này được đặt trong cùng một phòng điều khiển Do các quá trình công nghệ có sự liên quan mật thiết với nhau nên các máy tính điều khiển được nối mạng để trao đổi dữ liệu Trong quá trình điều khiển, mỗi máy tính sẽ thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và sau đó xử lý các dữ liệu này theo chương trình điều khiển đã được lập trình Các lệnh điều khiển sau đó sẽ được máy tính gửi trực tiếp đến các cơ cấu chấp hành hoặc thông qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Với cấu trúc điều khiển và giám sát này, khi một máy tính điều khiển của một dây chuyền sản xuất gặp sự cố thì các dây chuyền khác vẫn hoạt động bình thường nên không làm ảnh hưởng nhiều đến sản xuất của toàn nhà máy

Nhiệm vụ giám sát hệ thống được "máy tính phối hợp" hay máy tính trung tâm

đảm nhận Máy tính phối hợp cũng được kết nối mạng để có thể trao đổi dữ liệu với các máy tính điều khiển Ngoài nhiệm vụ giám sát, máy tính phối hợp còn có chức năng thực hiện nhiệm vụ điều khiển chung cho toàn nhà máy trong trường hợp đặc biệt Ví dụ như khi hệ thống gặp sự cố nguy hiểm thì máy tính trung tâm sẽ dừng hoạt

động của toàn nhà máy

Tuy có nhiều ưu điểm hơn cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung nhưng cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền vẫn còn tồn tại nhược điểm là phải sử dụng số lượng lớn dây nối Để khắc phục nhược điểm này các nhà nghiên cứu về mạng truyền thông công nghiệp đã xậy dựng hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán

Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền

4.2.5 Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán

Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán thực hiện việc phân bố chức năng theo cả chiều rộng và chiều sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông để thay thế triệt để cho phương pháp dùng dây nối cổ điển Bên trong hệ thống sử dụng các cụm vào/ra tại chỗ và cơ cấu chấp hành có tích hợp công nghệ vi điện tử (hình 4.5)

Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán có hai đặc trưng nổi bật như sau:

• Nghiên cứu dưới giác độ của kỹ thuật thông tin thể hiện ở việc xử lý thông tin

và lập trình phân tán, không phụ thuộc vào quá trình công nghệ cụ thể, sử dụng

kỹ thuật truyền thông công nghiệp, ứng dụng triệt để các công nghệ phần mềm tiên tiến

• Hệ thống có kiến trúc mở thể hiện ở khả năng tương tác giữa các thành phần, khả năng thay thế lẫn nhau của các sản phẩm khác nhau, khả năng mở rộng hệ thống do chính người sử dụng, xây dựng giải pháp theo chuẩn quốc tế

Hình 4.5: Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán

Một hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán gồm có các bộ phận quan trọng sau:

• Trung tâm điều hành quá trình sản xuất gồm có trạm kỹ thuật ES (Engineering Station), trạm thao tác OS (Operator Station) và trạm phục vụ SS (Server Station)

• Trung tâm điều khiển gồm có các máy tính điều khiển và các máy tính phối hợp (hay máy tính giám sát) được nối mạng với nhau đồng thời kết nối lên trung tâm

điều hành quá trình sản xuất thông qua bus xử lý (ví dụ như Ethernet)

• Khu vực gần kề với các quá trình kỹ thuật gồm có bộ điều khiển PLC, vi điều khiển (microcontroller), các thiết bị vào ra tại chỗ và các bộ cảm biến và chấp hành Tất cả các thiết bị này được nối lên trung tâm điều khiển thông qua bus trường (ví dụ Profibus, Interbus, )

Tính ưu việt của hệ điều khiển phân tán là chỗ khắc phục được các nhược điểm của các cấu trúc khác như đã trình bày:

• Giảm giá thành hệ thống: thay thế phương pháp nối điểm với điểm bằng mạng truyền thông, thời gian lắp đặt nhanh chóng,

• Tính linh hoạt, độ tin cậy và năng suất được nâng cao nhờ xử lý phân tán

• Cấu trúc đơn giản, dễ bao quát làm tăng khả năng chẩn đoán, bảo trì và bảo dưỡng hệ thống

• Nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần nhờ sử dụng giao diện chuẩn quốc tế

• Mở ra một số khả năng ứng dụng mới do có thể tích hợp hệ thống mới và cũ, có khả năng chẩn đoán và định vị lỗi từ xa, dễ dàng kết nối với hệ thống thông tin cấp cao hơn

Trong thời gian gần đây nhờ những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực đo lường

điều khiển và công nghệ thông tin, các hệ thống điều khiển và giám sát đã có những bước phát triển nhảy vọt để hình thành nên hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu hoàn chỉnh hơn với tên gọi là SCADA

4.2.6 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát, nói cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Hệ SCADA hiện đại luôn đi cùng giao diện người-máy (Human-Machine Interface, HMI), các hệ thống truy nhập và truyền tải dữ liệu

Một hệ SCADA gồm các thành phần sau:

• Các trạm điều khiển giám sát trung tâm

- Engineering Station (ES)

- Opertor Station (OS)

- Server Station (SS)

• Các trạm thu thập dữ liệu trung gian

- Remote Terminal Unit (RTU)

- Data Collection Unit (DCU) : PLC, PC, I/O

• Hệ thống truyền thông

- Mạng truyền thông công nghiệp

- Mạng viễn thông/truyền tín hiệu đường dài (vô tuyến, hữu tuyến)

- Các thiết bị chuyển đổi, dồn kênh (Modem, Multiplexer)

• Các công cụ phát triển ứng dụng(Development Tool), chương trình chạy (Runtime Engine)

• Cơ sở dữ liệu quá trình, dữ liệu cấu hình hệ thống

• Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện (Event), sự cố (Alarm)

• Hỗ trợ lập báo cáo và thống kê (Reporting)

Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống như vậy, hệ thống truyền thông được chú trọng và phần cứng được quan tâm nhiều hơn Từ những năm gần đây, tiến bộ trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghiệp phần mềm thực sự đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới Theo xu hướng phát triển hiện đại, trong giải pháp điều khiển phân tán có sẵn hệ thống truyền thông ở cấp dưới (bus trường, bus xử lý) và ở cấp trên (Ethernet) Thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống

Để đánh giá một giải pháp SCADA cần đặc biệt chú ý các vấn đề sau:

- Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện, chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn

- Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành,cảm biến, các modul Vào/Ra qua PLC hay các

hệ thống bus trường)

- Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình

- Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý

sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu giữ thông tin (Archive and History)

và lập báo cáo (Reporting)

- Tính năng thời gian và hiệu suất trao đổi thông tin

- Giá thành tổng thể của hệ thống

Có thể hình dung tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công việc chính: xây dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình Có hai phương pháp để thực hiện là:

Phương pháp lập trình: là phương pháp tạo dựng ứng dụng bằng các ngôn ngữ lập trình thông dụng như Visual C++, Visual basic, Delphi, Việc này đòi hỏi người

kỹ sư phải có trình độ lập trình chuyên sâu Chỉ riêng việc tạo các biểu tượng thường thấy trong công nghiệp như van, đồng hồ, đường ống, đã mất rất nhiều công sức và thơi gian Cho dù sử dụng những kỹ thuật lập trình tiên tiến, thì điều không thể tránh khỏi là phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (Compiler)

Phương pháp thứ hai sử dụng những công cụ phần mềm chuyên dụng cho hệ SCADA (gọi là phần mềm SCADA) Phương pháp này thể hiện tính ưu việt ở ngay tính chuyên dụng của nó Các công cụ này có sẵn thư viện thành phần cho việc xây dựng giao diện người-máy, cũng như các phần mềm kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu thông dụng Để đơn giản hoá việc tạo dựng, xu hướng hiện nay là kết hợp phương pháp lập trình trực quan với một ngôn ngữ script thông dụng (tương tự việc soạn thảo văn bản) Đi xa hơn nữa, một số công cụ cho phép ta sử dụng các biểu tượng,

ký hiệu đồ họa để xây dựng giao diện người-máy, đồng thời biểu diễn sự liên quan logic giữa các thành phần của chương trình dưới dạng các khối chức năng

Thực tế hiện nay các công cụ chuyên dụng để tạo dựng nên các hệ thống SCADA được sử dụng phổ biến là: WinCC (Siemens), Genesis32 (Iconics), Fix (Intellution), Lookout (Nationnal Intruments), là những sản phẩm của các hãng nổi tiếng trong công nghiệp Trong phần 5 của giáo trình, phần mềm tạo dựng hệ SCADA

và HMI (Human Machina Interface) rất mạnh của hãng SIEMENS là WinCC (Window Control Center) sẽ được giới thiệu

Để giúp người đọc có thể hiểu rõ và có cái nhìn trực quan về hệ thống sản xuất linh hoạt, trong phần sau của giáo trình một hệ thống sản xuất linh hoạt hoàn chỉnh sẽ

được giới thiệu và phân tích Đó là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 mô phỏng cho một nhà máy lắp ráp động cơ ôtô

4.3 Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50

4.3.1 Giới thiệu chung

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 là một dây chuyền sản xuất do hãng FESTO (CHLB Đức) chế tạo Đây là quà tặng của chính phủ Đức cho trường

ĐHBKHN để phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên khoa Cơ Khí Hệ thống FMS-50 gồm có 6 trạm: trạm phân phối phôi (Distribution Station); trạm kiểm tra phôi (Testing Station); trạm băng tải (conveyor Station); trạm lắp ráp phôi (Robot Station); trạm lấy sản phẩm (Handing Station); trạm phân loại sản phẩm (Sorting Station) Mỗi trạm trong

hệ thống được điều khiển bằng một bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-300 Bộ điều khiển PLC thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin từ các cảm biến và thao tác của người

sử dụng; xử lý các thông tin này theo một chương trình được lập trình trước trong bộ nhớ của PLC và sau đó gửi các tín hiệu điều khiển tương ứng đến các cơ cấu chấp hành Các cơ cấu chấp hành được sử dụng trong hệ thống là các van khí nén điện từ

được điều khiển bởi tín hiệu điện; hệ thống Xylanh-Piston được điều khiển bởi các van khí nén điện từ

Hệ thống hoạt động theo chu trình sau: trạm phân phối chuyển phôi sang trạm kiểm tra Tại đây phôi được kiểm tra về màu sắc và chiều cao Phôi đạt yêu cầu sẽ được

đưa tới trạm băng tải và sau đó tới trạm lắp ráp Tại trạm này phôi được robot lắp ráp thành sản phẩm và được đưa trở lại băng tải Trạm băng tải tiếp tục đưa sản phẩm đến trạm lấy sản phẩm Trạm lấy sản phẩm đưa sản phẩm đến trạm phân loại và tiến hành phân loại thành ba sản phẩm khác nhau trên cơ sở phân biệt sự khác nhau về màu sắc (đỏ, đen, trắng); sự khác nhau về vật liệu (nhôm, nhựa)

4.3.2 Trạm phân phối phôi

Với nhiệm vụ phân phối và vận chuyển phôi đến trạm kiểm tra, các thiết bị được

bố trí trên trạm gồm có:

Hình 1.2 Trạm phân phối phôi

- ống tích phôi: là một ống trụ tròn có nhiệm vụ tích chứa và định hướng các phôi,

phôi được đặt trước piston tác động hai phía chuẩn bị cho quá trình đẩy phôi

- Cảm biến quang: được đặt trong ống tích phôi để kiểm tra tình trạng còn hay hết phôi

Khi trong ống tích không còn phôi, cảm biến quang sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC

để thông báo tình trạng hết phôi trên màn hình giám sát

- Xylanh điều khiển hai phía: cơ cấu chấp hành này nhận tín hiệu tác động từ bộ

điều khiển PLC để đẩy phôi vào vị trí xác định, tốc độ dịch chuyển của trục piston

được điều chỉnh nhờ sử dụng van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng của dòng khí

- Cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston: đây là loại công tắc hành

trình không dùng tiếp xúc cơ khí và hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Hai công tắc hành trình loại này được sử dụng để phát hiện vị trí giới hạn trước và sau của piston đẩy phôi đồng thời gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC để thông báo vị trí hiện thời của piston đẩy phôi trên màn hình giám sát

- Xylanh quay: loại xylanh này có hành trình điều khiển là một cung tròn, phạm vi

hoạt động là từ 0o-180o Trên tay quay có gắn cơ cấu hút chân không để đưa phôi từ trạm phân phối sang trạm kiểm tra

- Công tắc hành trình: đây là loại công tắc hành trình sử dụng tiếp xúc cơ khí Hai

công tắc hành trình được gắn trên hai đầu giới hạn của xylanh quay để phát hiện vị trí giới hạn bên trái (0o) và vị trí giới hạn bên phải (180o) Tín hiệu từ hai công tắc hành trình này cũng gửi đến bộ điều khiển PLC để thông báo vị trí hiện thời của xylanh quay trên màn hình giám sát

- Bộ lọc khí và điều áp: không khí lấy từ máy nén khí trước khi được phân phối để

điều khiển các thiết bị cần phải được đi qua bộ lọc khí để tách hơi nước và đảm bảo dòng khí sạch không có bụi bẩn làm ảnh hưởng đến quá trình điều khiển cũng như tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống Trên bộ lọc khí còn bố trí van điều áp để có thể điều chỉnh áp suất dòng khí đưa vào hệ thống, tránh hiện tượng áp suất tăng quá

cao ảnh hưởng đến quá trình làm việc

Hình 1.3 Bộ lọc khí và điều áp

- Cụm van điều khiển: để phân phối dòng khí đến các cơ cấu chấp hành cần phải có

các van điều khiển Loại van được sử dụng là van điện từ được điều khiển bằng PLC Các van này được bố trí thành cụm dùng chung đường cấp khí vào để nhỏ hoá

thiết bị

Hình 1.4 Cụm van điều khiển Hình 1.5 Bộ phân phối điện

- Bộ phân phối điện: có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi, tín hiệu điều khiển, tín hiệu

đo lường cho cảm biến và các cơ cấu chấp hành có trên trạm

- Van tiết lưu: dòng khí nén trước khi đến các cơ cấu chấp hành cần phải qua van tiết

lưu để điều chỉnh lưu lượng của dòng khí theo yêu cầu, qua đó điều khiển tốc độ

dịch chuyển của cơ cấu chấp hành

Quá trình hoạt động của trạm phân phối phôi như sau: phôi từ ống tích phối sau khi được cảm biến quang học phát hiện sẽ được piston tác động 2 phía đẩy đến vị trí phía trước Phôi được hút chặt bằng lực hút chân không và sau đó được xylanh quay chuyển sang trạm kiểm tra và nhả phôi Xylanh quay sau đó sẽ trở về vị trí ban đầu để lấy phôi tiếp theo và tiếp tục chu trình hoạt động cho đến khi hết phôi trong ống tích phôi

4.3.3 Trạm kiểm tra phôi

Với nhiệm vụ kiểm tra chất lượng của phôi (vật liệu và kích thước của phôi) để loại bỏ những phôi không đủ yêu cầu kỹ thuật và chỉ vận chuyển những phôi đạt yêu cầu

đến trạm băng tải để mang đi lắp ráp thì trên trạm kiểm tra cũng có các thiết bị như của trạm phân phối phôi là: bộ lọc khí và điều áp, bộ phân phối điện, cụm van phân phối Ngoài ra trên trạm còn có các thiết bị sau:

Hình 1.6 : Trạm kiểm tra phôi

- Cảm biến tiếp cận điện dung: khi phôi được chuyển từ trạm phân phối sang trạm

kiểm tra, sự có mặt của phôi sẽ được nhận biết bởi cảm biến tiếp cận điện dung Tín hiệu nhận biết từ cảm biến được gửi tới bộ điều khiển PLC và là cơ sở để bộ điều khiển thực hiện quá trình điều khiển

- Cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston: đây là loại công tắc hành

trình không dùng tiếp xúc cơ khí và hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Hai công tắc hành trình loại này được sử dụng để phát hiện vị trí giới hạn trên và dưới của piston nâng phôi đồng thời gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC để thông báo vị trí hiện thời của piston nâng phôi trên màn hình giám sát

- Cảm biến tiếp cận điện cảm: được sử dụng để phát hiện chủng loại vật liệu của phôi

(là kim loại hay phi kim) Nếu phôi là kim loại, cảm biến tiếp cận điện cảm sẽ phát