Nghiên cứu và thiết kế chương trình làm việc cho hệ thống sản xuất tích hợp open CIM

CIM là hệ thống sản xuất tự động theo dây truyền với sự tích hợp của các thiết bị: Máy tính, các trung tâm gia công CNC, rôbốt, Kho hàng, cấp phôi tự động, các thiết bị điều khiển… Hệ thống được thiết kế, quản lý và điều hành bằng các phần mềm chuyên dùng.

Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 – NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH LÀM VIỆC CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP OPEN CIM Dương Xuân Trường (Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên) Cấu hình hệ thống CIM hệ thống sản xuất tự động theo dây truyền với tích hợp thiết bị: Máy tính, trung tâm gia cơng CNC, rơbốt, Kho hàng, cấp phôi tự động, thiết bị điều khiển… Hệ thống thiết kế, quản lý điều hành phần mềm chun dùng Hình 1.1- Mơ hình hệ thống OpenCIM 1.1 Phần mềm quản lý OpenCIM Phần mềm OpenCIM thử nghiệm với tất khía cạnh quản lý CIM với hệ thống phần mềm cho phép sử dụng thử kiểm tra ảnh hưởng thay đổi sơ đồ phân bố phân xưởng thay đổi phương pháp điều khiển CIM hành vi xử lý hệ thống Hệ thống OpenCIM phối ghép với hàng loạt máy móc rơbốt khác sử dụng điều khiển thiết bị Các điều khiển thiết bị hãng cung cấp người thiết kế cải tiến cho phù hợp với loại máy móc Hệ thống OpenCIM cung cấp cửa sổ hoạt động đầy đủ, cách gần gũi với giải pháp MRP cho người dùng để tạo sản phNm bán tự động hoàn toàn Mặt khác, hệ thống sử dụng ứng dụng chung, người dùng có hiểu biết định tạo sửa đổi khác thay môđun OpenCIM tạo mơđun cho riêng 1.2 Mạng truyền thơng Hệ thống OpenCIM mở sử dụng mạng truyền thông theo cấp bậc, đơn giản hố logic mà khơng cần thiết đơn vị chuyển mạch card nhiều cổng kết nối - LAN: Nối hệ thống điều khiển người quản lý CIM trạm máy điều khiển LAN có trách nhiệm gửi nhận tất lệnh liệu trình khác PC người quản lý PC người quản lý trạm LAN sử dụng giao thức truyền thông TCP/IP - RS232: Nối PC với thiết bị, máy móc điều khiển R232 sử dụng để liên lạc máy tính người quản lý trạm phần tử khác thuộc trạm, chẳng hạn máy CNC, rôbốt, thiết bị điều khiển chất lượng kiểm tra Các đơn vị PLC thiết bị lắp ráp - I/O: Nối đầu vào/đầu (inputs/outputs) bên với điều khiển máy móc rơbốt Việc liên lạc I/O sử dụng để giám sát điều khiển vài thiết bị h 121 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 thng CIM chng hn nh thành phần dây chuyền đó, ví dụ: PLC, nhạy cảm, trạm nghỉ 1.3 Trạm gia cơng - Machine Station Hệ thống CIM tích hợp nhiều loại máy CNC (cả máy CNC dạy học công nghiệp) Hệ thống lưu giữ lấy hàng tự động ASRS Hệ thống lưu giữ lấy hàng tự động ASRS (Automatic Storage and Retrieval Systems) phần hệ thống quản lý tích hợp máy tính, ASRS điều khiển hồn toàn phần mềm OpenCIM Hệ thống ASRS phục vụ cho việc minh hoạ giảng dạy nguyên lý phương pháp hệ thống lưu giữ tự động, FIFO (vào trước trước), LIFO (vào sau trước) hệ thống kiểm so�ỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) máy tính PC với phần mềm điều khiển tương ứng Hệ thống điều khiển giám sát: gồm phần mềm giao diện người-máy HMI, trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống Hệ thống bảo vệ, chế thực chức an toàn Thiết kế CAD/CAM CAD/CAM (Computer aided design / Computer aided Manufacturing) - Thiết kế gia cơng với trợ giúp máy tính Cùng với phát triển công nghệ thông tin, CAD/CAM ứng dụng nhanh chóng cơng nghiệp công cụ giúp nhà thiết kế chế tạo sản phNm thay đổi mẫu mã lựa chọn phương án gia cơng tối ưu cách nhanh chóng, xác linh hoạt 3.1 Thiết kế CAD/CAM Chi tiết cần gia công ứng dụng đề tài thiết kế chế tạo khuôn đúc mẫu cháy cho sản phNm đây, Từ bàn vẽ chi tiết thiết kế 3D tách khuôn, thiết kế thêm đậu ngót, hệ thống khí… Rồi lập trình CAM để gia cơng khn hình vẽ, File chương trình gia cơng NC sau thiết kế coppy file gia cơng vàothư viện chương trình máy trạm để phục vụ cho gia công máy chủ gia lệnh “INSERT YOUR PROGRAM HERE SAVE IT IN Z:\THAI-NGUYEN\WS2\MILL” 124 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 Hỡnh 3.1.1 Bn v chi tit sn ph m Hình 3.1.2 Bản vẽ khn mẫu cháy 3.2 Thiết lập thông số gia công cho máy CNC Sau thiết kế CAD/CAM cần thiết lập thông số cho máy gia công phần mềm điều khiển CNC Base khai báo gốc toạ độ chương trình, thiết lập liệu bù dao… Lập trình điều khiển Rơbốt 4.1 Các chức điều khiển Rôbốt * Thông số kỹ thuật điều khiển: - Truyền thông qua cổng USB, tự động kết nối cổng - Số đầu vào/ra: đầu vào số; đầu vào analog; đầu số đầu analog - Bộ vi điều khiển dùng NEC V853 32 bít - Điều khiển servo trục: Thời gian thực; PID; PWM - Động servo trục: động - Bộ nhớ sử dụng: khơng giới hạn chương trình; 1000 vị trí - Xác định vị trí tương đối, tuyệt đối, decac - Điều khiển qũy đạo: tuyến tính theo đường thẳng, đường tròn - Tốc độ chuyển động xác định: 10 tốc độ - Tham số điều khiển: 160 tham số người dùng truy cập - Đặc tính an tồn: Dừng khNn cấp, bảo vệ ngắn mạch, tự động dừng va chạm, nhiệt, lỗi hổng truyền thông * Các mức lập trình Robot: - ACL (Advanced Control Language): lập trình tập hợp chíp điều khiển robot cung cấp khả lập trình cao điều khiển trực tuyến trục robot riêng rẽ ACL môi trường thời gian thực, đa nhiệm vụ hoàn toàn ACL cung cấp đường điều khiển liên tục, cắt đường thẳng đường tròn, tối ưu hố đường, ngắt nhạy cảm lập trình hố điều khiển kiện, tham số điều khiển truy cập người dùng điều khiển sai số khác - SCORBASE: Phần mềm điều khiển robot dựa môi trường Windows cung cấp cơng cụ trực giác để lập trình hố thao tác dòng robot SCORBOT làm việc robot 125 T¹p chÝ Khoa häc & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 4.2 Thit lp, định nghĩa vị trí làm việc cho Rơbốt Manual movement: Bảng điều khiển vị trí Rơbốt: Gồm có 12 phím điều khiển bậc tự điều khiển mở tay kẹp chi tiết H ình 2.2.5 - Thiết lập vị trí làm việc Rơbốt 4.1 Lập trình điều khiển Rơbốt: - Sau định nghĩa tất vị trí thoả mãn tốn Tiến hành lập chương trình làm việc cho Rơbốt Để di chuyển Rơbốt đến vị trí định nghĩa – Click vào Goto position, chọn vị trí Rơbốt cần đến mục Target Position, chọn phương pháp dịch chuyển tốc độ dịch chuyển (Speed) – OK - Open Gripper: Mở tay kẹp chi tiết Hình 4.3 - Chương trình trình làm - Close Gripper: Kẹp chi tiết việc rô bốt - Go linear to Position 11 fast: Di chuyển Rôbốt tới vị trí số 11 với tốc độ Rapid Go to linear to Position Speed 5: Di chuyển Rôbốt tới vị trí số với tốc độ mm/s Thiết kế OpenCIM 5.1 Thiết kế mơ hình hệ thống Để lắp đặt thiết bị, chọn danh mục thiết bị cần thiết thư mục New Object Conveyor (Lắp đặt băng tải): Chọn hình dạng kích thước băng tải theo yêu cầu sản xuất – OK Tương tự lắp đặt thiết bị: Bàn làm việc (Table), Các máy tính trạm (Work Station), Máy tính chủ (Manager), Các máy gia cơng (Machines), Rơbốt, Trạm ASRS, Các thiết bị điều khiển (PLC, Driver ) Các thiết bị sau lắp đặt phải thiết lập vị trí, kiểm tra khả tầm với rôbốt kết nối điều khiển thiết bị phù hợp với mơ hình làm việc nhà máy sản phNm Hình5.1.Mơ hình làm việc 126 T¹p chÝ Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 5.2 Lập kế hoạch sản xuất (OpenCIM Manager) MRP – Cách thức lập kế hoạch sản xuất: - Customer order: Khách hàng - Part name: Tên sản phNm cách thức gia công - Manufacturing order: Đặt hàng Machine Definition: Khai báo máy gia cơng, chương trình gia cơng, file NC Post Processor từ phần mềm thiết kế CAD/CAM, Hình 5.2 Lập kế hoạch sản xuất Kết luận Với đề tài “Nghiên cứu thiết kế chương trình làm việc cho hệ thống sản xuất tích hợp Open CIM”, đề tài hồn thành đạt kết sau: Trên sở hệ thống thiết bị OpenCIM trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp tài liệu liên quan, đề tài khái qt hố xây dựng mơ hình làm việc cho hệ thống OpenCIM phục vụ chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ nhà trường như: - Thiết kế điều khiển gia cơng CAD/CAM-CNC - Thiết lập mơ hình làm việc cho Rơbốt, lập trình điều khiển Rơbốt Thiết kế mơ hình hoạt động hệ thống CIM Thiết kế - Tích hợp chương trình làm việc cho hệ thống Quản lý, điều khiển vận hành hệ thống Ứng dụng hệ thống vào thực tế sản xuất Tóm tắt Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ tất lĩnh vực sản phNm khí ngày phải có yêu cầu cao chất lượng sản phNm, độ xác gia cơng mức độ tự động hố sản xuất Thực tế đòi hỏi phải phát triển cơng nghệ mới, có cơng nghệ CAD/CAM-CNC sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính (CIM) Sự kết nối tích hợp hệ thống từ máy riêng lẻ thành hệ thống dây truyền sản xuất với trợ giúp mạng máy tính nhu cầu xu phát triển sản phNm nói chung sản phNm khí nói riêng Trong báo trình bày tổng quan cấu trúc hệ thống OpenCIM, thiết kế chương trình làm việc cho hệ thống sản xuất tích hợp OpenCIM 127 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 Ti liu tham kho User Manual OpenCIM Software Version 4.0 (Intelitek – 2004) RobotCell – Scorbot – ER4u (Intelitek – 2004) Conveyer and Pallet Tracking System (Intelitek – 2004) Controller – USB (Intelitek – 2004) Automatic Tool Turret (Intelitek – 2004) Spectraligh 0200 Machining Center User’Guide Windows (Intelitek – 2004) Spectraligh 0200 Turning Center User’Guide for Windows (Intelitek – 2004) Sandor Vajina,Christtian Weber – CAD/CAM fur Ingenieure – 1994 (Intelitek – 2004) CAD/CAM Technology - spectraCAD Engraver Intelitek – 2004) 10 CAD/CAM Technology - spectraCAM Milling Intelitek – 2004) 11 CAD/CAM Technology - spectraCAM Turning Intelitek – 2004) 12 Advanced Modelling for CAD/CAM System (Heidelberg 1991) 13 Mastercam Version 9.0 User Guide 14 Software Mastercam Version 9.0 15 Computer intergrated Manufacturing ( Pretice Hall International 1994) 16 C.B Beesaut “ Computer Aided Design And Manufacture (New york – Toronto – Singgapore) Công nghệ gia công máy CNC (PGS.TS Trần Văn Địch – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000) 128 .. .trình điều khiển Rơbốt Thiết kế mơ hình hoạt động hệ thống CIM Thiết kế - Tích hợp chương trình làm việc cho hệ thống Quản lý, điều khiển vận hành hệ thống Ứng dụng hệ thống vào thực tế sản xuất ...cơng, chương trình gia cơng, file NC Post Processor từ phần mềm thiết kế CAD/CAM, Hình 5.2 Lập kế hoạch sản xuất Kết luận Với đề tài Nghiên cứu thiết kế chương trình làm việc cho hệ thống sản xuất ...khí nói riêng Trong báo trình bày tổng quan cấu trúc hệ thống OpenCIM, thiết kế chương trình làm việc cho hệ thống sản xuất tích hợp OpenCIM 127 T¹p chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007