Đồ án flexible manufacturing systems

Mẫu: MC - 11) BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Số : 15 Họ tên HS-SV : Lớp : Khoá………………………………………………………… Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đăng Khang; NỘI DUNG Đề tài: Nghiên cứu phát triển hệ thống FMS DL-MPS901A T T Tên vẽ Khổ giấy Mạch điều khiển Giao diện A3 A3 Số lượng 1 PHẦN THUYẾT MINH Chương 1: Tổng quan hệ thống sản xuất linh hoạt Chương 2: Giới thiệu hệ thống FMS DL-MPS901A Chương 3: Chương trình, thuật toán điều khiển cho hệ thống FMS DLMPS901A Chương 4: Viết giao diện HMI (dùng hình cảm ứng) cho trạm phân phối Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: 15/5/2016 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Đăng Khang 1 MỤC LỤC 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT (Flexible manufacturing systems) Khái quát chung : FMS viết tắt từ Flexible manufacturing systems (Hệ thống sản xuất linh hoạt), hệ thống sản xuất điều khiển tự động máy tính, có khả thay đổi chương trình điều khiển sản phẩm cách linh hoạt trình sản xuất.FMS bao gồm có số máy CNC, bố trí theo trình tự công nghệ lien kết với thiết bị vận chuyển Ngoài máy tính phần mềm tương ứng để điều khiển thiết bị giống MC, FMS còn có máy tính trung tâm để điều phối toàn hoạt động của hệ thống Các FMS thường thiết kế cho nhóm sản phẩm đã định trước nên xuất, chất lượng của chúng cao tính linh hoạt không MC FMS có khả đồng thời gia công nhóm sản phẩm gọi dây chuyền nhóm FMS trước hết phải hệ thống sản xuất tự động hoá trình, FMS có khả thích ứng với những thay đổi đối tượng sản xuất mà không cần can thiệp của người Là sắp xếp máy kết nối với hệ thống vận chuyển Các xe vận chuyển làm việc với máy paleets hay đồ gá giao tiếp với máy công tác (work-machine) xác, nhanh chóng tự động Máy tính trung tâm điều khiển máy công tác hệ thống vận chuyển Theo quan điểm của tự động hoá : FMS dạng tự động linh hoạt số máy công cụ lien kết cùng bởi hệ thống vận chuyển vật liệu tất cả phận của hệ thống điều khiển bởi máy tính trung tâm (VD : DLMPS901A) Bảng so sánh số tính của FMS dây truyền cứng : TT Đặc điểm-Tính chất Giá thành sản xuất Đặc điểm chuyên môn hoá Năng suất gia công Chức của hệ thống Khả mở rộng chức Độ linh hoạt Cho hiệu quả cao FMS Cao Theo công nghệ Thấp Tối đa Dây chuyền cứng Thấp Theo sản phẩm Cao Yêu cầu thực tế Không Không Cao Nhiều chủng loại Thấp Sản lượng lớn Cấu trúc và hoạt động : 2.1 Cấu tạo : Gồm phần cứng phần mềm : 3 _Phần cứng : Các vật thể xác thực, nhìn thấy được, máy CNC, thiết bị vận chuyển (robot hay xe tự hành), hệ thống dao cụ, máy đo toạ độ, trạm làm sạch chi tiết, thiết bị phần cứng máy tính _Phần mềm : Không hiện hữu sờ được, chương trình NC, phần mềm quản ly lưu thông, thông tin dao, file thứ tự làm việc của máy CMM(máy đo toạ độ) Theo cấu trúc FMS tổ hợp của tế bào gia công tự động tế bào kiểm tra tự động, lien kết với hệ thống thống nhất, theo dong vật liệu với giúp đỡ của hệ thống vận chuyển phôi tự động điều khiển nhờ mạng máy tính Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển giám sát Dựa vào thực tế sử dụng, phân bố vị trí máy tính mà hệ thống điều khiển giám sát có phân hoá dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển giám sát khác là: + Hệ điều khiển giám sát tập trung : + Hệ điều khiển giám sát phân quyền + Hệ điều khiển giám sát phân tán : 4 2.2 2.2 P h â n loại hệ thống sản xuất linh hoạt : Hệ thống sản xuất linh hoạt chia làm loại : _Loại : Không phụ thuộc vào dòng vật liệu tế bào gia công tự động, cấu tạo từ máy vạn với điều khiển theo chương trình số liên kết với máy tính _Loại : Gồm tế bào gia công tự động vạn điều khiển từ mạng máy tính hệ thống vận chuyển phôi tự động Các chi tiết cùng loại gia công theo nhiều tiến trình công nghệ khác tế bào gia công tự động Được sử dụng rộng rãi trường hợp chi tiết có thời gian gia công không lớn _Loại : Là dây chuyền tự động linh hoạt, nguyên công chỉ thực hiện máy Vận chuyển qua bang tải hay qua máy vòng Ngoài nhóm loại hệ thống FMS sau : _FMS tuần tự : Sản xuất từng loại chi tiết sau lập kế hoạch cho sản xuất loại tiếp theo _FMS ngẫu nhiên : Sản xuất bất kỳ chi tiết ở khoảng thời gian _FMS module : Cho phép người sử dụng mở rộng loại Các ưu, nhược điểm và hiệu quả của hệ thống : 3.1 Phạm vi ứng dụng : Trong sản xuất đại việc thành lập hệ thống sản xuất linh hoạt đóng vai trò quan trọng Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hoá mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ hàng loạt vừa sở sử dụng 5 máy CNC, rôbốt công nghiệp để điều khiển đối tượng lao động, đồ gá dụng cụ, hệ thống vận chuyển - tích trữ phôi với mục đích tối ưu hoá trình công nghệ trình sản xuất Đặc điểm FMS khả điều chỉnh nhanh thiết bị để chế tạo sản phẩm Như vậy, thích hợp không cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà cho sản xuất hàng loạt vừa hàng loạt nhỏ, chí sản xuất đơn Tuy nhiên phân tích FMS điều kiện sản xuất đơn cho thấy không ăn khớp suất FMS phương pháp chuẩn bị sản xuất tay Cũng việc sử dụng không đồng hệ thống tự động hoá mà trình chuẩn bị sản xuất bị kéo dài Sự nối kết hệ thống tự động riêng lẻ thành hệ thống với trợ giúp mạng máy tính nội cho phép tăng suất lao động nhà thiết kế, nhà công nghệ nhà tổ chức sản xuất nâng cao suất chất lượng sản phẩm Các hệ thống sản xuất gọi hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính; CIM bao gồm: thiết kế trợ giúp máy tính; lập quy trình có trợ giúp máy tính; lập kế hoạch sản xuất kiểm tra; kiểm tra chất lượng có trợ giúp máy tính; sản xuất có trợ giúp máy tính Hiện nước ta nghiên cứu FMS bắt đầu Tài liệu lĩnh vực tiếng Việt chưa có Các hệ thống FMS mô hình trang bị số trường đại học Trong tương lai hệ thống tiếp tục đầu tư nhiều sở đào tạo khác nước Song song với thiết bị đại việc cần có giáo trình để giảng dạy Chính sách biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cho sinh viên trường ĐH, CĐ thuộc chuyên ngành khí chế tạo Đồng thời dùng làm tài liệu cho cán giảng dạy, học viên cao học nghiên cứu sinh công tác đào tạo nghiên cứu 3.2 Ưu điểm nhược điểm hệ thống sản xuất linh hoạt FMS : a Ưu điểm:        Linh hoạt việc xây dựng tích hợp hệ thống sản xuất Sản xuất đồng thời nhiều loại sản phẩm khác Giảm thời gian thiết lập thời gian chờ đợi sản xuất Sử dụng thiết bị máy móc hiệu Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động Có khả xử lý nhiều loại nguyên liệu khác Khi máy bị cố, máy khác làm việc b Nhược điểm : Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu thường lớn 6 3.3 Các hiệu quả của hệ thống : Mục đích máy nhận vật liệu hoặc chi tiết đúng theo thời gian Giúp quản ly điều khiển nhân tố khó kiểm soát vẫn đáp ứng nhu cầu của khách hàng cách : _Nâng cao điều kiện sản xuất qua : • Giảm số thay đổi khó kiểm soát • Trang bị phương tiện để nhận biết xử ly nhanh với những sai lệch kế hoạch sản xuất • Giảm phụ thuộc vào người _Giảm lao động trực tiếp thông qua : • Giảm vận hành của công nhân • Loại bỏ phụ thuộc vào kỹ của thợ máy _Nâng cao việc xử ly với : • • • • Những thay đổi kỹ thuật Thời gian dùng máy Lỗi dao Vận chuyển vật liệu chậm _Nâng cao sựu thích nghi thong qua đồng hoá nhanh dễ dàng với khối lượng sản phẩm thay đổi thành sản phẩm mới _Tăng khả khai thác máy qua việc loại bỏ thời gian cài đặt máy, khai thác tính tự động để thay thế can thiệp tay 3.4 Ứng dụng của FMS : _Gia công kim loại _Tạo hình kim loại _Lắp ráp _Hàn _Xử ly bề mặt _Kiểm tra, kiểm nghiệm 3.5 Kết luận : 7 Hiện nước phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt ứng dụng rộng rãi công nghiệp để sản xuất sản phẩm hàng hoá có chất lượng cao với giá thành hạ Các hệ thống sản xuất linh hoạt đại sử dụng tiến khoa học kỹ thuật mà cụ thể bốn lĩnh vực tự động hoá, khí, công nghệ thông tin điện tử viễn thông Sự kết hợp bốn lĩnh vực hình thành nên lĩnh vực mới, Cơ điện tử (mechatronics) Ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt sản xuất làm cho đơn giản hoá hoạt động người đồng thời nâng cao hiệu sản xuất Trong hệ thống sản xuất linh hoạt, phạm vi điều khiển hoạt động hệ thống không giới hạn thao tác hay vận hành hệ thống trực tiếp xưởng máy hay dây chuyền mà mở rộng để điều hành giám sát hoạt động nhà máy địa điểm gọi trung tâm điều khiển Điều thực nhờ sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Việc sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS thúc đẩy sản xuất phát triển theo xu hướng công nghệ cao, giảm bớt thời gian lao động người xuống 8 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG FMS DL-MPS901A Sơ lược hệ thống sản xuất linh hoạt DL-MPS901A : 1.1 Tổng quan : Hệ thống DL-MPS901A hệ thống sản xuất linh hoạt hãng SEIMENS cấu thành từ nhiều trạm bao gồm: trạm phân phối, trạm kiểm tra, trạm gia công, trạm chuyển tiếp, trạm đệm, trạm ép, trạm lưu trữ tự động, trạm lắp ráp trạm phân phối sản phẩm Các trạm nối kết nối với nhôm có rãnh tạo thành hệ thống sản xuất tự động Các trạm có cấu trúc mở có độ linh hoạt cao 1.2 Phương thức hoạt động hệ thống : Các phôi để vào vị trí trạm phân phối để bắt đầu trình, đầu kẹp đưa phôi từ trạm phân phối đến trạm kiểm tra Các cảm biến kiểm tra màu sắc vật liệu phôi, sau phôi nâng lên xi lanh cảm biến quang hạ xuống để kiểm tra độ cao phôi trước đem phôi lên băng chuyền qua trạm gia công, xi lanh hạ xuống để tiếp tục với phôi Sau qua băng chuyền, phôi đem vào bàn xoay Bàn xoay sẽ quay đến vị trí để gia công khoan Rồi bàn xoay tiếp tục xoay để đưa phôi đến đến nơi kiểm tra chất lượng lỗ khoan, đường kính bên phôi xem đạt chuẩn chất lượng hay bị lỗi Khi công việc trạm gia công kết thúc, trạm chuyển tiếp chuyển phôi sau gia công sang trạm đệm Trạm đệm gồm pittong trái phải, băng chuyền song song đặt pittong Khi nguồn điện cấp cho trạm, băng tải hoạt động khay đẩy băng chuyền phía trên, khay đến gần xilanh phải cảm biến phát khay, phay hãm nhả ra, khay chuyển đến xilanh bên phải, sau cánh tay robot gắp vật liệu vào vị trí pittong bên phải hạ xuống khay chuyền pitong bên trái Khi khay quay sang pittong bên trái, pittong trái phải nâng lên trạm chuyển tiếp gắp tiếp vật liệu để vào khay chuyển tiếp qua pittong bên phải Cánh tay robot gắp phôi từ trạm đệm, phôi cố định trạm gia công Trạm lắp ráp nhận tín hiệu vật liệu tín hiệu OK ( công việc thực độc lập, sử dụng nút START để thực hiện), vật liệu xác nhận trục X, Y di chuyển trục Z di chuyển lên, chuẩn bị đưa khay lên, trục Y nâng lên đưa khay lên trên, trục Z hạ xuống đưa khay di chuyển, chờ cánh tay robot kiểm tra lại vật liệu, sau đặt phôi vào khay trống để chờ tín hiệu 9 Robot xác nhận tín hiệu vật liệu (công việc thực độc lập, sử dụng nút START để thực hiện), vỏ phôi chờ để nén vào phôi Sử dụng thiết bị chuyển đổi thủy lực tạo thành sức nén lên vỏ phôi sau sử dụng xilanh để ấn nắp vào phôi 1.3 Các thành phần ứng dụng hệ thống trạm sản xuất linh hoạt : Mạch tự động hệ thống sản xuất linh hoạt DL-MPS901A thường sử dụng công nghệ cảm biến, công nghệ khí nén, công nghệ điều khiển, công nghệ chuyển động trợ lực, công nghệ truyền thông, hệ thống cảm biến, hệ thống biến đổi, hệ thống trí tuệ nhann tạo PLC não hệ thống, phần mềm trung tâm điều khiển não đó, cảm biến quang, cảm biến điện dung, cảm biến điện cảm mắt, công tắc lưỡng cực xúc giác, động băng chuyền đôi chân, cánh tay robot, đường thông tin hệ thống thàn kinh hệ thống 1.3.1 Cảm biến : a Phân loại cảm biến : Các cảm biến thường chia thành cách sau: - Được phân loại theo đại lượng vật lý cảm biến Nó chia thành loại tốc độ, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, đo khí đốt … - Được phân loại theo nguyên tắc làm việc cảm biến Có thể chia thành điện trở, điện dung, điện áp, quang, cảm biến nhiệt … - Được phân loại theo tín hiệu đầu vào cảm biến Được chia thành đầu chuyển đổi (“1” “0” “on” “off” chuyển mạch cảm biến), loại mô cảm biến với đầu cảm biến kỹ thuật số xung code b Các loại cảm biến thông dụng : Cảm biến quang 10 Cảm biến điện cảm 10 Cảm biến điện dung 10 110 110 110 CHƯƠNG : VIẾT GIAO DIỆN HMI ( DÙNG MÀN HÌNH CẢM ỨNG) CHO TRẠM PHÂN PHỐI a Giới thiệu WinCC Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp công cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển Đặc biệt với WinCC, người sử dụng tạo giao diện điều khiển giúp quan sát hoạt động trình tự động hoá cách dễ dàng Phần mềm trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY, , truyền thông tốt với PLC hãng SIEMENS Nó dược cài đặt máy tính giao tiếp với PLC thông qua cổng COM1 COM2 (chuẩn RS-232) máy tính Do đó, cần phải có chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 PLC WinCC có đặc điểm đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu càu thực tế cách xác Những nhà cung cấp hệ thống phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở WinCC tảng để mở rộng hệ thống WinCC kết hợp Siemens, công ty hàng đầu tự động hóa trình, Microsoft, công ty hàng đầu việc phát trỉên phần mềm cho PC Ngoài khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC dễ dàng tích hợp với ứng dụng có quy mô toàn công ty việc tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực sản suất) ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC sử dụng sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp Siemens có mặt khắp nơi giới 111 111 111 Giao diện HMI Đầu tiên vào chương trình ta có giao diện hình Chọn Create new project tạo project Bấm create để tạo 112 112 112 Sau giao diện chương trình hình Chọn Configure a device, giao diện hình 113 113 113 Sau chọn CPU.CPU chọn phải loại có Version 4.0 Click đúp vào CPU ta giao diện hình 114 114 114 Vào program block chọn Main để bắt đầu lập trình cho PLC Sau lập trình cho PLC xong, bên trái ta Add new device chọn HMI 115 115 115 Chọn hình HMI hình 116 116 116 Chương trình mô HMI (màn hình cảm ứng) 117 117 117 118 118 118 119 119 119 120 120 120 Màn hình mô phỏng (HMI- Màn hình cảm ứng) : Trạm phân phối cấp phôi từ ống thuỷ tinh chứa phôi Trạm kiểm tra 121 121 121 Van điện từ đẩy phôi loại B (cần phôi) bang truyền tới Trạm kiểm tra Khi đẩy phôi loại B bang truyền xong, xi lanh quay kéo khay chứa sang bên trái để đưa ống chứa loại C đến vị trí van điện từ đẩy phôi bang truyền 122 122 122 Phôi loại C (cần phôi) đến vị trí van điện từ đẩy bang truyền Tương tự trên, phôi loại A (cần phôi) đến vị trí van điện từ đẩy băng truyền 123 123 123 Khi hết phôi,cảm biến sợi quang báo tín hiệu (đỏ) dòng “Phôi hết Hệ thống reset cấp phôi vào ống thuỷ tinh hệ thống cấp phôi trở lại ấn nút “Cấp phôi” hình 124 124 124 [...]... trong module đo chiều cao phôi : Metal workpiece O O O Khối đo chiều cao Cảm biến quang Xilanh tác động kép chuyển phôi Photoelectric sensor Van điện từ 5/2 tác động đơn Van tiết lưu Theo như sơ đồ, module đo chiều cao có 2 cảm biến, theo tín hiệu kiểm tra của cảm biến S1 S2 Phôi có chiều cao trung bình : Cảm biến S1, S2 không tác động Phôi có chiều cao thấp hoặc quá cao : Cảm biến... thành phần Xilanh chuyển động lên xuống Băng tải truyền động Cảm biến xác định phôi Module bao gồm Module xilanh truyền động lên xuống Cung cấp phôi được chuyển từ trạm đệm đến trạm robot, đồng thời là điểm đệm Các linh kiện chính Xilanh tác động kép (điều chỉnh bằng van tiết lưu) Cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận vị trí Van điện từ 5/2 tác động kép Truyền động băng