Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 là một dây chuyền sản xuát do hãng FESTO ( CHLB Đức ) chế tạo. Đây là quà tặng của Chính phủ Đức cho trường ĐHBK Hà Nội để phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên khoa Cơ khí. Hệ thống FMS50 gồm có
HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 1 x©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 t¹i phßng thÝ nghiƯm c¬ ®iƯn tư building the control and supervising software for the flexible manufacturing system fms50 at mechatronics lab §µo B¸ Phong, Bµnh TiÕn Long, Ngun §øc Toµn Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Tãm t¾t Bµi b¸o tr×nh bµy viƯc x©y dùng l¹i ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh FBD (Function Block Diagram). Ngoµi ra, chøc n¨ng gi¸m s¸t cho hƯ thèng FMS50 còng ®−ỵc ph¸t triĨn dùa trªn c«ng cơ WinCC 5.0 cđa h·ng Siemens. abstract This paper presents building again the control program for the Flexible Manufacturing System FMS50 by using the programming language FBD (Function Block Diagram). In addition, the monitoring function for FMS50 is also developed basing on WinCC 5.0 of Siemens Company. I. Giíi thiƯu chung vỊ hƯ thèng FMS50 HƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 lµ mét d©y chun s¶n xt do h·ng FESTO (CHLB §øc) chÕ t¹o. §©y lµ quµ tỈng cđa ChÝnh phđ §øc cho Tr−êng §HBK Hµ Néi ®Ĩ phơc vơ viƯc gi¶ng d¹y cho sinh viªn Khoa C¬ khÝ. HƯ thèng FMS50 gåm cã 6 tr¹m: tr¹m ph©n phèi ph«i (Distribution Station), tr¹m kiĨm tra ph«i (Testing Station), tr¹m b¨ng t¶i (Conveyor Station), tr¹m l¾p r¸p ph«i (Robot Station), tr¹m chun tiÕp s¶n phÈm (Handing Station) vµ tr¹m ph©n lo¹i s¶n phÈm (Sorting Station). Mçi tr¹m trong hƯ thèng ®−ỵc ®iỊu khiĨn b»ng mét bé ®iỊu khiĨn logic kh¶ tr×nh PLC S7-300, CPU314 cđa h·ng Siemens. Bé ®iỊu khiĨn PLC thùc hiƯn nhiƯm vơ thu thËp th«ng tin tõ c¸c c¶m biÕn vµ thao t¸c cđa ng−êi sư dơng. Xư lý c¸c th«ng tin nµy theo mét ch−¬ng tr×nh ®−ỵc lËp tr×nh tr−íc trong bé nhí cđa PLC vµ sau ®ã gưi c¸c tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn t−¬ng øng ®Õn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh. C¸c c¬ cÊu chÊp hµnh ®−ỵc sư dơng trong hƯ thèng lµ c¸c van khÝ nÐn ®iƯn tõ ®−ỵc ®iỊu khiĨn bëi tÝn hiƯu ®iƯn vµ hƯ thèng Xylanh-Piston ®−ỵc ®iỊu khiĨn bëi c¸c van khÝ nÐn ®iƯn tõ nµy. Tr¹m ph©n lo¹i s¶n phÈm B¨n g chun Tr¹m Robot L¾p r¸p Tr¹m ph©n phèi ph«i Tr¹m kiĨm tra ph«i Tr¹m chun tiÕp s¶n phÈm H×nh 1: HƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 2 HƯ thèng ho¹t ®éng theo chu tr×nh sau: tr¹m ph©n phèi chun ph«i sang tr¹m kiĨm tra. T¹i ®©y ph«i ®−ỵc kiĨm tra vỊ mµu s¾c vµ chiỊu cao. Ph«i ®¹t yªu cÇu sÏ ®−ỵc ®−a tíi tr¹m b¨ng t¶i vµ sau ®ã tíi tr¹m l¾p r¸p. T¹i tr¹m nµy ph«i ®−ỵc robot l¾p r¸p thµnh s¶n phÈm vµ ®−ỵc ®−a trë l¹i b¨ng t¶i. Tr¹m b¨ng t¶i tiÕp tơc ®−a s¶n phÈm ®Õn tr¹m chun tiÕp s¶n phÈm. Sau ®ã, tr¹m chun tiÕp sÏ ®−a s¶n phÈm ®Õn tr¹m ph©n lo¹i vµ tiÕn hµnh ph©n chia thµnh ba s¶n phÈm kh¸c nhau trªn c¬ së ph©n biƯt sù kh¸c nhau vỊ mµu s¾c (®á, ®en, tr¾ng) vµ sù kh¸c nhau vỊ vËt liƯu (nh«m, nhùa) cđa s¶n phÈm. II. h−íng nghiªn cøu Tr−íc khi nghiªn cøu nµy ®−ỵc tiÕn hµnh, hƯ thèng FMS50 ®−ỵc ®iỊu khiĨn bëi mét ch−¬ng tr×nh chn do h·ng FESTO cung cÊp. Ch−¬ng tr×nh chn nµy ®−ỵc viÕt b»ng hai ng«n ng÷ lËp tr×nh cao cÊp cho PLC S7-300 vµ S7-400 cđa h·ng Siemens lµ Hi-Graph vµ SCL (Structure Control Language). Hi-Graph lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh d¹ng ®å ho¹ vµ SCL lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh cã cÊu tróc víi c¸c có ph¸p lƯnh t−¬ng tù nh− ng«n ng÷ lËp tr×nh Pascal. Ch−¬ng tr×nh chn nµy ®−ỵc biªn dÞch thµnh ng«n ng÷ m¸y vµ ®−ỵc n¹p vµo EPROM cđa PLC. Ng−êi sư dơng kh«ng thĨ xem néi dung, chØnh sưa hay më réng ch−¬ng tr×nh chn nµy. Ngoµi ra, ch−¬ng tr×nh chn nµy cßn cã mét h¹n chÕ lµ qu¸ ®¬n gi¶n, nã chØ cho phÐp ng−êi sư dơng t−¬ng t¸c víi hƯ thèng th«ng qua c¸c nót Ên trªn b¶ng ®iỊu khiĨn. Trªn thùc tÕ, mét hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t hiƯn ®¹i rÊt Ýt khi chØ ®−ỵc ®iỊu khiĨn b»ng c¸c nót Ên trùc tiÕp t¹i hiƯn tr−êng mµ th−êng ph¶i cã kh¶ n¨ng cho phÐp ®iỊu khiĨn tõ xa b»ng c¸ch sư dơng m¹ng trun th«ng c«ng nghiƯp. §©y lµ m« h×nh cđa hƯ thèng ®iỊu khiĨn ph©n t¸n DCS (Distributed Control System) vµ hƯ thèng SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) th−êng ®−ỵc sư dơng trong c«ng nghiƯp hiƯn nay. Tr−íc t×nh h×nh nµy, c¸c c¸n bé cđa phßng thÝ nghiƯm c¬ ®iƯn tư ®· m¹nh d¹n ®Ị ra gi¶i ph¸p n©ng cÊp hƯ thèng FMS50 nh− sau: • ViÕt l¹i toµn bé ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn cho hƯ thèng FMS50 b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh FBD (Function Block Diagram). • X©y dùng thªm chøc n¨ng gi¸m s¸t cho hƯ thèng FMS50 dùa trªn c«ng cơ WinCC 5.0 cđa h·ng Siemens. IiI. x©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t Trong hƯ thèng FMS50, qu¸ tr×nh khëi ®éng vµ dõng c¸c tr¹m cã nguyªn lý gièng nhau vµ ®−ỵc m« t¶ nh− trong c¸c l−u ®å tht to¸n ë h×nh 2 vµ h×nh 3. Ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa tõng tr¹m ®−ỵc m« t¶ d−íi d¹ng c¸c l−u ®å tht to¸n t−¬ng øng. H×nh 2: L−u ®å qu¸ tr×nh khëi ®éng (reset) c¸c tr¹m trong hƯ thèng FMS50 H×nh 3: L−u ®å qu¸ tr×nh dõng c¸c tr¹m trong hƯ thèng FMS50 HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 3 3.1. X©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cho tr¹m ph©n phèi vµ kiĨm tra ph«i H×nh 4: L−u ®å qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa tr¹m ph©n phèi ph«i (Distribution Station) H×nh 5: L−u ®å qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa tr¹m kiĨm tra ph«i (Testing Station) H×nh 6: Giao diƯn ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cđa tr¹m ph©n phèi ph«i H×nh 7: Giao diƯn ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cđa tr¹m kiĨm tra ph«i HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 4 3.2. X©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cho tr¹m chun tiÕp vµ ph©n lo¹i s¶n phÈm H×nh 8: L−u ®å qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa tr¹m chun tiÕp s¶n phÈm (Handing Station) H×nh 9: L−u ®å qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa tr¹m ph©n lo¹i s¶n phÈm (Sorting Station) Chøc n¨ng ph©n lo¹i s¶n phÈm ®−ỵc thùc hiƯn nhê sư dơng kÕt hỵp hai c¶m biÕn: mét c¶m biÕn tiÕp cËn quang häc vµ mét c¶m biÕn tiÕp cËn ®iƯn c¶m. Hai c¶m biÕn nµy sau khi nhËn biÕt ®−ỵc mµu s¾c vµ lo¹i vËt liƯu cđa s¶n phÈm sÏ gưi kÕt qu¶ vỊ bé PLC d−íi d¹ng c¸c tÝn hiªu l«gÝc 0 vµ 1. KÕt hỵp c¸c kÕt qu¶ nµy, bé ®iỊu khiĨn sÏ ph©n biƯt ®−ỵc ba lo¹i s¶n phÈm kh¸c nhau. C¶m biÕn tiÕp cËn quang häc C¶m biÕn tiÕp cËn ®iƯn c¶m KÕt qu¶ ph©n lo¹i 0 0 S¶n phÈm cã vá bäc b»ng nhùa mµu ®en 0 1 Kh«ng sư dơng 1 0 S¶n phÈm cã vá bäc b»ng nhùa mµu ®á 1 1 S¶n phÈm cã vá bäc b»ng nh«m mµu tr¾ng HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 5 H×nh 10: Giao diƯn ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cđa tr¹m chun tiÕp s¶n phÈm H×nh 11: Giao diƯn ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cđa tr¹m ph©n lo¹i s¶n phÈm Iv. kÕt ln vµ h−íng ph¸t triĨn KÕt qu¶ mµ nghiªn cøu ®¹t ®−ỵc gåm hai phÇn nh− sau: • X©y ®ùng ®−ỵc ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn ho¹t ®éng cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 víi c¸c chøc n¨ng t−¬ng tù nh− ch−¬ng tr×nh chn do h·ng FESTO cung cÊp. • X©y dùng ®−ỵc thªm ch−¬ng tr×nh gi¸m s¸t cho phÐp ng−êi ng−êi vËn hµnh quan s¸t ®−ỵc mäi tr¹ng th¸i ho¹t ®éng vµ c¸c th«ng b¸o lçi cđa c¸c tr¹m trong hƯ thèng trªn mµn h×nh m¸y tÝnh. Ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn ®−ỵc viÕt l¹i b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh FBD, mét ng«n ng÷ lËp tr×nh trùc quan vµ dƠ hiĨu ®èi víi sinh viªn Khoa C¬ khÝ. §ång thêi, phÇn mỊm nµy ®· ®−a hƯ thèng FMS50 trë thµnh mét c«ng cơ häc tËp vµ nghiªn cøu hoµn chØnh h¬n vỊ C¬ ®iƯn tư. KÕt qu¶ cđa nghiªn cøu nµy lµ cë së ®Ĩ x©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cho c¸c d©y chun s¶n xt thùc tÕ trong n−íc nh»m gi¶m chi phÝ khi ph¶i mua phÇn mỊm cđa n−íc ngoµi. H−íng nghiªn cøu trong t−¬ng lai lµ x©y dùng cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 mét ch−¬ng tr×nh phÇn mỊm cã kh¶ n¨ng ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t c¸c tr¹m th«ng qua m¹ng Internet theo giao thøc TCP/IP. tµi liƯu tham kh¶o 1. §µo B¸ Phong; §Ị tµi cÊp tr−êng T2003-30; Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi, 2003 2. Phan Xu©n Minh & Ngun Do·n Ph−íc & Vò V©n Hµ; Tù ®éng ho¸ víi Simatic S7-300; Nhµ xt b¶n KH&KT, 2000 3. STEP 7 Function Block Diagram Reference; Siemens AG, 1999 4. Simatic HMI WinCC Manual 1&2; Siemens AG, 1999 5. WinCC Communication Manual; Siemens AG, 1999 6. WinCC Configuration Manual; Siemens AG, 1999 . HỘI NGHỊ CƠ ĐIỆN TỬ TÒAN QUỐC LẦN THỨ HAI 1 x©y dùng phÇn mỊm ®iỊu khiĨn vµ gi¸m s¸t cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 t¹i phßng thÝ nghiƯm. ®iỊu khiĨn cho hƯ thèng s¶n xt linh ho¹t FMS50 b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh FBD (Function Block Diagram). Ngoµi ra, chøc n¨ng gi¸m s¸t cho hƯ thèng FMS50 còng