Tài liệu Bài giảng tự động hoá quá trình sản xuất

Bài Giảng TDHQTSX Khoa Điện-Điện tử Bộ môn ĐK-TDH GV Đặng Quang Đồng 1 Chương 1: Tổng quan về hệ thống sản xuất tự động 1.1. Kh¸i niÖm HÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng (HTSXT§): Lµ hÖ thèng tù ®éng c¸c qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin trong qu¸ tr×nh c«ng nghÖ hoÆc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Trong hÖ nµy con ng­êi lµ mét kh©u quan träng, th­êng xuyªn cã sù trao ®æi th«ng tin gi÷a ng­êi vµ m¸y. Con ng­êi lµm viÖc trong hÖ thèng ®Ó ho¹ch ®Þnh môc tiªu vµ ®­a ra c¸c quyÕt ®Þnh ®Ó hÖ ®i ®óng h­íng Chóng ta cÇn ph©n biÖt gi÷a mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng (HT§KT§). HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng lµ hÖ thùc hiÖn c¸c thao t¸c mét c¸ch tù ®éng theo logic ch­¬ng tr×nh ®Æt tr­íc (do con ng­êi ®Æt tr­íc), kh«ng cã sù can thiÖp cña con ng­êi, con ng­êi chØ ®ãng vai trß khëi ®éng hÖ (trªn thùc tÕ ®ã lµ c¸c bé PID, PLC. MicroProccesor, c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn r¬le-cont¾ct¬ ...). Nh­ vËy hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng bao gåm c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng, con ng­êi, hÖ thèng kho b·i, nguyªn liÖu... Qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin gi÷a ng­êi vµ m¸y thùc hiÖn theo m« h×nh sau: MT QTCN QTCN H×nh1: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin th«ng th­êng H×nh 2: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin cã tÝch hîp m¸y tÝnh 1.2. CÊu tróc s¬ bé hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng: Mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng ®­îc cÊu thµnh tõ mét hay nhiÒu hÖ con trong ®ã bao gåm c¶ con ng­êi. CÊu tróc cña hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng ®­îc tr×nh bµy nh­ h×nh 4. TÊt c¶ c¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu ®­îc x©y dùng trªn hai c¬ së: - Cã ng­êi phôc vô, thao t¸c, ®iÒu phèi (vËn hµnh, ®iÒu phèi) - B¶o ®¶m th«ng tin, b¶o ®¶m kü thuËt, b¶o ®¶m ch­¬ng tr×nh. HÖ thèng nµy cã thÓ lµ b»ng tay, b¸n tù ®éng, hoÆc tù ®éng hoµn toµn. HÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng sÏ ®­îc thùc hiÖn nhê qu¸ tr×nh truyÒn tin. Víi nh÷ng hÖ thèng cµng lín, l­îng th«ng tin trao ®æi gi÷a ng­êi vµ m¸y cµng nhiÒu, nÕu kh«ng dïng m¸y mãc hç 2 trî, sÏ cÇn mét lùc l­îng ®«ng ®¶o nh©n lùc ®Ó ghi nhËn. C¸ch lµm nµy tèn thêi gian vµ còng rÊt dÔ g©y ra nhÇm lÉn. Ngµy nay ng­êi ta th­êng dïng m¸y tÝnh ®iÖn tö ®Ó ghi nhËn vµ xö lý vµ truyÒn th«ng tin (M¸y tÝnh ®Æt t¹i v¨n phßng ®Ó lËp kÕ ho¹ch, b¸o c¸o, xö lý vµ truyÒn tin th«ng th­êng. M¸y tÝnh ®Æt t¹i c¸c ph©n x­ëng ®Ó truyÒn vµ xö lý th«ng tin, m¸y tÝnh ®Æt t¹i d©y truyÒn ®Ó ®iÒu khiÓn côc bé). Nhê sù hç trî cña m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. C¸c hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng hiÖn nay ®· ®­îc x©y dùng ë møc ®é tù ®éng hãa rÊt cao, gi¶m nhÑ søc lao ®éng trÝ ãc vµ ch©n tay cña con ng­êi. Trªn thùc tÕ, mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng th­êng rÊt phøc t¹p, ®Ó nghiªn cøu nã, ng­êi ta ph¶i ph©n nhá thµnh tõng phÇn ®Ó xem xÐt råi sau ®ã tæng hîp l¹i. Tæ chøc qu¶n lý VËn hµnh, ®iÒu phèi Con ng­êi Th«ng tin vµo ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn §èi t­îng ®iÒu khiÓn Th«ng tin ra §¶m b¶o kü thuËt H×nh 3: S¬ ®å cÊu tróc s¬ bé mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng Møc ®é tù ®éng ho¸ cña mét hÖ thèng SXT§ th­êng ®­îc chia thµnh 4 cÊp nh­ sau: CÊp 1: Lµ cÊp tiÕp xóc gi÷a hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ QTCN, ë cÊp nµy sö dông c¸c c¶m biÕn, c¸c thiÕt bÞ ®o dïng ®Ó thu nhËn c¸c tin tøc tõ QTCN vµ c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh nh­ r¬le, ®éng c¬, van... dïng ®Ó nhËn th«ng tin ®iÒu khiÓn vµ thùc hiÖn c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn CÊp 2: Lµ cÊp ®iÒu khiÓn côc bé, ë ®©y thùc hiÖn viÖc ®iÒu khiÓn tõng m¸y, tõng bé phËn QTCN. C¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn nhËn th«ng tin cña QTCN ë cÊp 1 vµ thùc hiÖn c¸c thao t¸c tù ®éng theo ch­¬ng tr×nh cña con ng­êi ®· cµi ®Æt s½n. Mét sè th«ng tin vÒ QTCN vµ kÕt qu¶ cña c«ng viÖc ®iÒu khiÓn sÏ ®­îc chuyÓn lªn cÊp 3. CÊp nµy th­êng ®Æt c¸c bé ®iÒu khiÓn t­¬ng tù (P,I,D) vµ c¸c bé ®iÒu khiÓn sè. HiÖn nay sö dông phæ biÕn lµ c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC CÊp 3: Lµ cÊp ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. ë cÊp nµy cã m¸y tÝnh hoÆc c¸c phÇn tö nèi m¹ng ®Ó thu nhËn th«ng tin vÒ QTCN (tõ cÊp 1 göi lªn), xö lý c¸c 3 th«ng tin vµ trao ®æi th«ng tin víi cÊp cao h¬n hoÆc ng­êi ®iÒu khiÓn th«ng qua giao diÖn Ng­êi-M¸y CÊp 4: Lµ cÊp tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ë cÊp nµy cã m¸y tÝnh trung t©m ®Ó kh«ng nh÷ng xö lý c¸c th«ng tin vÒ qu¸ s¶n xuÊt mµ cßn lµ c¸c th«ng tin vÒ t×nh h×nh cung øng vËt t­, nguyªn liÖu, tµi chÝnh, lùc l­îng lao ®éng, t×nh h×nh cung cÇu trªn thÞ tr­êng...M¸y tÝnh trung t©m xö lý mét khèi l­îng th«ng tin lín, ®­a ra c¸c gi¶i ph¸p tèi ­u ®Ó ng­êi ®iÒu khiÓn lùa chän. Ng­êi ®iÒu khiÓn cã thÓ can thiÖp s©u vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, thËm chÝ cã thÓ thay ®æi môc tiªu s¶n xuÊt. Còng nh­ ë cÊp 2, cÊp nµy sö dông giao diÖn Ng­êi-M¸y nh­ng ë møc ®é cao h¬n víi ph¹m vi ®iÒu khiÓn réng h¬n. C¸c hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng hiÖn nay mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ râ rÖt: N©ng cao chÊt l­îng s¶n phÈm, t¨ng n¨ng suÊt lao ®éng, gi¶m søc lao ®éng cña con ng­êi, h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm. C¸c th«ng tin lu«n ®­îc xö lý kÞp thêi víi ®é chÝnh x¸c cao. Central Computer Supervision HÖ §K T§H QTSX 4 HÖ §K T§H QTCN 3 Computer Terminal HÖ §KT§ 2 Controler: PID, PLC, Micro Processor. C¬ cÊu chÊp hµnh ®iÒu khiÓn 1 Valves, relays, motors, sensors, Actuators H×nh 4: CÊp ®é tù ®éng hãa hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng C¸c giai ®o¹n ph¸t triÓn c¬ b¶n cña tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt: C¸c giai ®o¹n C¬ khÝ ho¸ Tù ®éng hãa tõng phÇn Tù ®éng ho¸ ë møc ®é cao S¶n suÊt tÝch hîp §iÓm ®Æc tr­ng Thay thÕ lao ®éng c¬ b¾p cña con ng­êi VÝ dô Thêi ®iÓm xuÊt hiÖn M¸y tiÖn, ~1775 B¨ng t¶i Thay thÕ c«ng viÖc ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ cña NC, CNC... 1956~1960 c«ng nh©n b»ng m¸y S¶n xuÊt tù ®éng hãa tÝch hîp cã tÝnh ®Õn m«i FMS, 1970-1975 tr­êng cña tõng thµnh phÇn riªng biÖt CAD/CAM Trªn c¬ së tù ®éng ho¸ víi sù trî gióp cña hÖ Nhµ m¸y tù thèng m¸y tÝnh ®Ó thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh s¶n ®éng ho¸ 1985-nay xuÊt tÝch hîp hoµn toµn 1.3. Vai trß vµ chøc n¨ng cña hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng Vai trß: 4 N©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng, gi¶m sù mÊt æn ®Þnh vÒ giê giÊc vµ gi¶m gi¸ thµnh. C¶i thiÖn ®iÒu kiÖn s¶n suÊt, ng­êi lao ®éng tr¸nh ®­îc nh÷ng n¬i lao ®éng ®éc h¹i, nÆng nhäc, c«ng viÖc cã tÝnh lÆp ®i lÆp l¹i. Cho phÐp ®¸p øng c­êng ®é s¶n suÊt cao,cã thÓ s¶n xuÊt ra c¸c s¶n phÈm víi sè l­îng lín. Cho phÐp thùc hiÖn chuyªn m«n ho¸ vµ ho¸n ®æi s¶n xuÊt. Chøc n¨ng: HÖ thèng s¶n xÊt tù ®éng cã c¸c chøc n¨ng sau: Chøc n¨ng th«ng tin: Chøc n¨ng th«ng tin cña HTSXT§ nh»m chän, so¹n th¶o vµ thu nhËn th«ng tin (vÝ dô: ®o l­êng c¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh, tÝnh chØ tiªu th«ng sè, c¸c tÝn hiÖu vÒ tr¹ng th¸i cña hÖ thèng…). KiÓm tra ghi c¸c sai sè cña c¸c th«ng sè, tr¹ng th¸i kü thuËt thiÕt bÞ so víi ban ®Çu. Ph©n tÝch ho¹t ®éng b¶o vÖ thiÕt bÞ, ghi nhËn tr¹ng th¸i kh«ng an toµn, th«ng b¸o tr­íc vÒ kh¶ n¨ng gi¶m chÊt l­îng s¶n phÈm, xuÊt hiÖn sù cè. Ghi l¹i qu¸ tr×nh c«ng nghÖ (®å thÞ, ¶nh). Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn: Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng SXT§ ®Ó ®¶m b¶o hÖ thèng cã kh¶ n¨ng chèng l¹i c¸c nhiÔu lo¹n trong qu¸ tr×nh SX, chän chÕ ®é ho¹t ®éng tèi ­u cho c¸c m¸y, tèi ­u cho toµn bé qu¸ tr×nh Chøc n¨ng bæ trî: Ngoµi c¸c chøc n¨ng trªn HTSXT§ cßn cã c¸c chøc n¨ng bæ trî ®¶m b¶o an toµn lao ®éng nh­ b¶o vÖ søc khoÎ ng­êi vËn hµnh, b¶o vÖ chèng ch¸y, b¶o vÖ an toµn chung, b¶o vÖ m«i tr­êng. Møc ®é cña c¸c chøc n¨ng trªn phô thu«c vµo møc ®é ph¸t triÓn cña hÖ thèng SXT§ 1.4. X©y dùng hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng 1.4.1. B¶o ®¶m kü thuËt cña hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng B¶o ®¶m kü thuËt cña hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng lµ toµn bé tæ hîp c¸c thiÕt bÞ kü thuËt cÇn thiÕt cho ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®¶m b¶o thùc hiÖn ®­îc c¸c chøc n¨ng cña hÖ thèng cÇn thiÕt kÕ. Nã ®­îc hiÖn thùc ho¸ tõ kü thuËt tÝnh, kü thuËt ®iÒu khiÓn logic vµ kü thuËt ®iÒu chØnh. Víi c¸c thiÕt bÞ nh­ m¸y tÝnh, thiÕt bÞ c«ng suÊt, bé ®iÒu chØnh, ®iÒu khiÓn logic. §¶m b¶o to¸n kü thuËt cña hÖ thèng SXT§ cÇn ®¶m b¶o to¸n häc vµ ®¶m b¶o ch­¬ng tr×nh: - §¶m b¶o to¸n häc: Tuú theo c«ng nghÖ mµ x¸c ®Þnh ®­îc m« h×nh to¸n häc m« t¶ hÖ thèng. Dùa vµo c¸c m« h×nh nµy ¸p dông c¸c tÝnh to¸n cña kü thuËt ®iÒu chØnh ®Ó ®¶m b¶o hÖ thèng ®­îc thiÕt kÕ tho¶ m·n mét sè chØ tiªu chÊt l­îng nµo ®ã ®· ®Ò ra. (Trªn thùc tÕ, nã ®­îc m« t¶ b»ng mét phiÕm hµm J phô thuéc vµo c¸c th«ng sè, cÊu tróc hÖ thèng. PhiÕm hµm nµy ph¶i tho¶ m·n c¸c chØ tiªu tèi ­u: qu¸ tr×nh qu¸ ®é ng¾n nhÊt (thßi gian t), §é qu¸ ®iÒu chØnh nhá nhÊt (OS% ), Sai lÖch tÜnh nhá nhÊt, N¨ng l­îng tiªu 5 thô Ýt nhÊt, gi¸ thµnh rÎ nhÊt, cÊu tróc ®¬n gi¶n nhÊt vµ ®é æn ®Þnh cao nhÊt. Th­êng ¸p dông nguyªn lý tÝnh to¸n tèi ­u (nguyªn lý pontriagin). - §¶m b¶o ch­¬ng tr×nh: HT SXT§ lu«n cã mét algorith ®iÒu khiÓn, ®ã lµ tËp hîp lÖnh x¸c ®Þnh cÇn thiÕt cho viÖc ®iÒu khiÓn. Algorith ®iÒu khiÓn cã thÓ lµ tæ hîp cña c¸c algorith ®iÒu khiÓn con cã quan hÖ víi nhau, yªu cÇu ph¶i ®¶m b¶o Algorith ®iÒu khiÓn nµy VÝ dô: Algorith ®iÒu khiÓn hÖ thèng Algorith ®iÒu khiÓn quy tr×nh A Algorith ®iÒu khiÓn quy tr×nh B Algorith ®iÒu khiÓn quy tr×nh C A1. X¸c ®Þnh nhiÖm vô ®iÒu khiÓn B1. X¸c ®Þnh nhiÖm vô ®iÒu khiÓn C1. Thu thËp sè liÖu c¸c quy tr×nh ®iÒu khiÓn A2. X¸c ®Þnh c¸c thiÕt bÞ sö dông trong hÖ thèng B2. X¸c ®Þnh c¸c thiÕt bÞ sö dông trong hÖ thèng C2. Ph©n tÝch sè liÖu c¸c quy tr×nh A3. X©y dùng s¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn B3. X©y dùng s¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn C3. HiÓn thÞ sè liÖu trªn mµn h×nh A4. X©y dùng ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn B4. X©y dùng ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn C4. §­a ra c¸c tÝn hiÖu bæ trî ®iÒu khiÓn A5. GhÐp nèi hÖ thèng B5. GhÐp nèi hÖ thèng C5. Biªn so¹n tµi liÖu A6. Biªn so¹n tµi liÖu B6. Biªn so¹n tµi liÖu C«ng nghÖ 1 C«ng nghÖ 2 Qu¶n lý, gi¸m s¸t H×nh 5: VÝ dô vÒ mét Algorith ®iÒu khiÓn hÖ thèng 1.4.2. CÊu tróc truyÒn tin trong c¸c hÖ thèng SXT§ TruyÒn tin ®ãng vai trß quan träng khi x©y dùng c¸c hÖ thèng SXT§, truyÒn tin ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: - §¶m b¶o th«ng tin ®Çy ®ñ ®Ó hiÖn thùc tÊt c¶ c¸c môc tiªu ®Æt ra. - C¸c tÝn hiÖu vµ m· ph¶i tu©n theo tiªu chuÈn. 6 - M· th«ng tin ph¶i lµ ®¬n gi¶n nhÊt vµ thÝch hîp víi n¬i s¶n xuÊt. - Cã kh¶ n¨ng trao ®æi th«ng tin víi nhiÒu thiÕt bÞ. - Th«ng tin ph¶i ®¶m b¶o tÝnh b¶o mËt theo yªu cÇu. - C¸c cÊu tróc hÖ thèng th«ng tin cã thÓ lµ h×nh tia, tuyÕn tÝnh hoÆc h×nh c©y: Sö dông TT CN3 HT-TT Sö dông TT CN2 CN2 CN3 HT-TT CN1 TuyÕn tÝnh H×nh tia Sö dông TT CN3 CN1 CN2 HT-TT H×nh c©y H×nh 6: C¸c lo¹i cÊu tróc truyÒn tin 7 CN2 CN3 CN1 Chương 2: Một số hệ thống sản xuất tự động điển hìnhSố 2.1. Hệ thống FMS Hoạt động của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gồm rất nhiều công đoạn, mỗi công đoạn thực hiện trên một trạm. Đây là hệ thống mô phỏng một quá trình sản xuất sản xuất tự động do đó các công đoạn trong quá trình xử lý phôi có thể nhiều hay ít phụ thuộc vào số trạm chúng ta có. Với hệ thống sản xuất linh hoạt của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên bao gồm các công đoạn sau: 1. Trạm nạp phôi 2. Trạm kiểm tra 3. Trạm tay gắp Trạm gia công Trạm tay gắp Trạm phân loại Để khởi động hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, người vận hành cần thực hiện các bước sau: 1. Kiểm tra vị trí, liên kết cơ khí giữa các trạm 2. Kiểm tra cáp nối nguồn 4. 5. 6. 3. Bật nguồn cung cấp mỗi trạm 4. Kiểm tra áp suất khí nén (6 bar) 5. Bật nguồn cung cấp khí nén cho tất cả các trạm 6. Tất cả các PLC ở trạng thái hoạt động (RUN mode) 7. Nhấn nút STOP trên tất cả các trạm 8. Chuyển khóa AUTO/MAN của tất cả các trạm sang vị trí Auto 9. Nhặt tất cả các phôi còn lại trên các trạm và đưa vào ổ chứa phôi 10. Nhấn nút RESET trên trạm phân loại ( Sorting ) 11. Khi đèn Start trên trạm đã sáng, nhấn nút START 12. Tiếp tục thực hiện bước 10 và 11 cho đến trạm đầu tiên 8 Hệ thống FMS phòng festo thực chất là một mô hình SCADA. Nghĩa là nó là một hệ thống điều khiển thu thập số liệu hay còn gọi là hệ thống điều khiển giám sát. Cấu trúc bao gồm một trạm chủ là một máy tính được dùng để điều khiển toàn bộ quá trình con, trí tuệ của toàn bộ quá trình tập chung tại một điểm. Máy tính này thu thập thông tin từ những thiết bị đầu cuối thông qua thủ tục thu thập số liệu từ các phương thức truyền thông. Hoạt động của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gồm rất nhiều công đoạn, mỗi công đoạn được thực hiện ở trên một trạm. Đây là hệ thống mô phỏng một quá trình sản xuất tự động do đó các công đoạn trong quá trình xử lý phôi có thể nhiều hay ít phụ thuộc vào số trạm chúng ta có. Với hệ thống sản xuất linh hoạt hiện nay của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên bao gồm các công đoạn sau: Cấp phôi từ ổ chứa phôi. Kiểm tra chiều cao phôi, nếu Trạm cấp phôi phôi đạt yêu cầu sẽ đưa sang trạm vận chuyển (phôi  nằm ngoài chiều cao cho phép sẽ bị loại). Trạm vận Trạm kiểm tra chuyển sẽ chuyển phôi vào vị trí lưu trữ tạm thời hoặc  chuyển sang trạm tiếp theo, ở trạm tiếp theo phôi sẽ được gia công và qua trạm vận chuyển tiếp theo để 9 Trạm tay gắp  đưa sang trạm phân loại. Kết thúc quá trình, phôi được phân loại theovật liệu, mầu sắc vào các khay chứa tương ứng: Trạm gia công  Trạm phân loại 2.1.1 Trạm cấp phôi. Các phần tử trên trạm. Mã hiệu Kí hiệu Chức năng Mag_back 1B2 Cảm biến từ xác định xi lạnh ổ chứa ở vị trí sau Mag_frnt 1B1 Cảm biến từ xác định xi lạnh ổ chứa ở vị trí sau trước Vacuum 2B1 Cảm biến chân không nhận biết phôi được hút ở tay quay Arm_take 3S1 Công tắc hành trình xác định tay quay ở vị trí ổ chứa phôi Arm_put 3S2 Công tắc hành trình xác định tay quay ở vị trí trong trạm sau Mat_sen B4 Cảm biến quang để nhận biết có phôi trong bộ nạp hay không Follow IP_FL sensor phát tín hiệu quang cho trạm sau Feed 1Y1 Cuộn điện của xy lanh ổ chứa, là xi lanh tác động đơn Vacumon 2Y1 Cuộn điện bật hút chân không Vacumoff 2Y2 Cuộn điện tắt hút chân không Armleft 3Y1 Cuộn điện chuyển tay quay đến ổ chứa Armright 3Y2 Cuộn điện chuyển tay quay đến trạm tiếp theo START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu 10 L_START H1 Đèn bên trong nút Start L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset Yêu cầu công nghệ: Khi có phôi trong bộ nạp phôi, xi lanh ổ chứa sẽ đẩy phôi vào ổ chứa.Tiếp theo tay quay ở vị trí trạm tiếp theo sẽ chuyển đến vị trí ổ chứa hút phôi vào tay quay và mang phôi đến trạm tiếp theo và nhả phôi tại đó. Quá trình lại tiếp tục khi báo có phôi trong bộ nạp 2.1.2. Trạm kiểm tra. Các phần tử trên trạm Mã hiệu Part_av Kí hiệu Chức năng Part_AV Cảm biến điện dung phát hiện có phôi Sen_mat B1 Cảm biến quang dùng để kiểm tra phôi nếu = 0 = màu đen Sen_safe B2 Cảm biến quang để phát tín hiệu quang an toàn: đảm bảo không có vật cản thì xi lanh nâng mới được đi lên Work_ok Comp Đầu ra của bộ chuyển đổi tương tự _số. Khi đo chiều cao phôi thỏa mãn giá trị đặt trước sẽ có tín hiệu ra: comp =1 Lift_up 1B1 Cảm biến điện từ xác định xy lanh nâng ở vị trí trên Lift _dow 1B2 Cảm biến điện từ xác định xy lanh nâng ở vị trí dưới Push_ba 2B1 Cảm biến điện từ xác định xy lanh đẩy phôi ở vị trí sau Follow IP_FL Cảm biến quang dung để phát tín hiệu quang cho trạm sau 11 Liftdown 1Y1 Cuộn dây điều khiển xy lanh nâng (xi lanh tác động kép)đi xuống Liftup 1Y2 Cuộn dây điều khiển xy lanh nâng đi lên Matpush 2Y1 Cuộn dây điều khiển xy lanh đẩy phôi(xi lanh tác động đơn) Slide 3Y1 Cuộn dây điều khiển tắt khí ở rãnh trượt Previous IP_N_FO Cảm biến quang để phát tín hiệu quang cho trạm trước START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu L_START H1 Đèn bên trong nút Start L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset Yêu cầu công nghệ. Khi tay gắp trạm trước gắp phôi vào vị trí đặt phôi thì cảm biến phát hiện phôi và màu của phôi sẽ tác động. đồng thời cảm biến đảm bảo không có vật cản. Các tín hiệu này sẽ điều khiển xilanh nâng phôi đi lên để thực hiện đo chiều cao phôi và so sánh với giá trị đặt trước Nếu chiều cao phôi = giá trị đặt trước.Tín hiệu này sẽ cho phép điều khiển mở van xả khí ở rãnh máng. Tiếp đến điều khiển xilanh đẩy ở vị trí sau đẩy phôi vào máng để đưa đến trạm sau. Nếu chiều cao phôi khác giá trị đặt trước. Tín hiệu này sẽ điều khiển cho xilanh nâng phôi đi xuống đến vị trí đặt phôi. Tiếp đến điều khiển xilanh đẩy phôi ra máng loại. Xilanh này tự động đi về để tham gia chu trình mới. 12 2.1.3. Trạm tay gắp. Các phần tử trên trạm Mã hiệu Part_av Kí hiệu Chức năng Part_AV Cảm biến quang phát hiện có phôi Han_prev 1B1 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở trạm trước Han_foll 1B2 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở trạm sau Han_sort 1B3 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở vị trí phân loại Lift_dow 2B1 Cảm biến từ xác định xy lanh với tay kẹp ở vị trí dưới Lift _up 2B2 Cảm biến từ xác định xy lanh với tay kẹp ở vị trí trên Sen_mat 3B1 Cảm biến quang dùng để phát hiện phôi trong tay gắp Follow IP_FL Tín hiệu quang trạm sau Handprev 1Y1 Cuộn điện van tác động tay máy đến trạm trước Handfoll 1Y2 Cuộn điện van tác động tay máy đến trạm sau Lifting 2Y1 Cuộn điện van tác động xi lanh tay kẹp(xi lanh tác động đơn) đi lên Gripper 3Y1 Cuộn điện van tác động tay kẹp = 1 = mở Previous IP_N_FO Rào quang đến trạm trước START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu L_START H1 Đèn bên trong nút Start L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset 13 Yêu cầu công nghệ Khi tay máy ở trạm trước: cảm biến quang phát hiện có phôi sẽ điều khiển xilanh tay kẹp đi xuống. Khi cảm biến đặt trong tay kẹp phát hiện có phôi trong tay kẹp sẽ điều khiển bàn kẹp kẹp chặt phôi. Tiếp đến điều khiển xilanh tay kẹp đi lên đến khi công tắc tiếp cận điện cảm tác động.Tay máy tham ra chuyển động ngang đến khi công tắc cuối hành trình tác động (báo tay máy đã ở trạm sau) sẽ điều khiển xilanh tay kẹp đi xuống, đến khi công tắc tiệp cận gắn trên pittông tác động sẽ điều khiển cho bàn kẹp mở ra. Xilanh tay kẹp đi về thực hiện chu trình tiếp theo 2.1.4. Trạm gia công. Các phần tử trên trạm. Mã hiệu Part_av Kí hiệu Chức năng Part_AV Cảm biến điện dung để phát hiện có phôi Wor_rub B1 Cảm biến điện dung phát hiện phôi ở vị trí gia công Wor_test B2 Cảm biến điện dung phát hiện phôi ở vị trí kiểm tra Rub_up 1B1 Công tắc hành trình 1 để xác định động cơ gia công ở vị trí trên Rub_dow 1B2 Công tắc hành trình 2 để xác định động cơ gia công ở vị trí dưới Rot_pos B3 Cảm biến từ để xác định bàn quay ở đúng vị trí Wor_ok B4 Cảm biến từ để nhận biết phôi đặt đúng chiều Follow IP_FL Cảm biến quang để phát hiện tín hiệu quang cho trạm sau Rubbing M3 Động cơ gia công, được cấp nguồn bởi công tắc tơ K1 Rotary M2 Động cơ bàn quay, được đóng cắt bởi công tắc tơ K2, K5 Rubdown M1 Động cơ gia công đi xuống được cấp nguồn bởi công tắc tơ K3 Rubup M1 Động cơ gia công đi lên được cấp nguồn bởi công tắc tơ K4 Clamping Y1 Cuộn hút giữ phôi lại để gia công 14 Testing Y2 Cuộn hút kiểm tra phôi đặt đúng chiều Reject Y3 Cuộn hút tay gạt chuyển phôi đến trạm sau Previous IP_N_FO Sensor phát tín hiệu quang cho trạm trước START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu L_START H1 Đèn bên trong nút Start L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset Yêu cầu công nghệ Ban đầu bàn máy ở đúng vị trí. Khi tay gắp trạm trước đặt phôi vào, cảm biến phát hiện có phôi sẽ điều khiển cho động cơ bàn máy quay đưa phôi đến vị trí ở kiểm tra. Tại đây cảm biến phát hiện có phôi, tín hiệu này để dừng bàn máy và điều khiển cho thiết bị kiểm tra phôi. Nếu phôi đặt đúng chiều thì bàn máy sẽ quay đem phôi đến vị trí gia công. Cảm biến phát hiện có phôi ở vị trí gia công điều khiển cho thiết bị giữ chặt phôi. Sau đó điều khiển cho động cơ gia công để điều khiển cho mũi khoan đi xuống để gia công. Khi gia công xong bàn quay đưa sản phẩm ra vị trí trạm sau(bàn quay ở đúng vị trí). Ở vị trí này tay gạt được điều khiển để gạt sản phẩm xuống trạm sau. Nếu phôi đặt không đúng chiều: bộ phận gia công không tham ra nữa, bàn quay đến vị trí chuyển phôi để tay kẹp trạm sau gắp sản phẩm vào máng loại phôi 2.1.5. Trạm phân loại. Các phần tử trên trạm 15 Mã hiệu Kí hiệu Part_av Chức năng Part_AV Cảm biến quang phát hiện có sản phẩm Mat_ind B2 Cảm biến điện từ để kiểm tra vật liệu:nhận biết sản phẩm nhôm Mat_opt B3 Cảm biến quang kiểm màu của phôi: = 0 =màu đen Sen_full B4 CB quang nhận biết một ổ chứa phôi đầy, hoặc có SP vào máng Sw1_back 1B1 Công tắc tiếp cận điện cảm 1 cho phôi đỏ ở vị trí cuối hành trình Sw1_frnt 1B2 Công tắc tiếp cận điện cảm 2 cho phôi đỏ ở vị trí đầu hành trình Sw2_back 2B1 Công tắc tiếp cận điện cảm 1 phôi nhôm ở vị trí cuối hành trình Sw2_frnt 2B2 Công tắc tiếp cận điện cảm 2 phôi nhôm ở vị trí đầu hành trình Conmot K1 Động cơ băng tải Switch1 1Y1 Cuộn điện cho xilanh 1 tác động Switch2 2Y1 Cuộn điện cho xilanh 2 tác động Stopper 3Y1 Cuộn điện cho xilanh chặn tác động Previous IP_N_FO Cảm biến quang phát tín hiệu cho trạm trước START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu L_START H1 Đèn bên trong nút Start L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset Yêu cầu công nghệ: Xilanh dành cho phôi đỏ và nhôm có 2 công tắc tiếp cận điện cảm ở đầu và cuối hành trình Cảm biến phát hiện có phôi thiết lập cho băng tải hoạt động. Thanh chặn ở trạng thái đóng giúp cho phôi không trôi theo băng tải. Khi bị chặn như vậy 2 cảm biến quang và cảm biến điện từ có nhiệm vụ nhận biết chất liệu và màu sắc của sản phẩm. Nếu sản phẩm là màu đỏ: khí được đưa vào cho xilanh 1, sau khi đủ áp suất thanh chặn mở ra cho sản phẩm đi qua và xilanh 1 tác động gạt sản phẩm xuống máng 1. Khi sản phẩm đi xuống máng 1 ở đó có một cảm biến quang. Do vậy khi sản phẩm đi qua ánh sáng tới kính của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tác động. Tín hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đóng lại, tay gạt về vị trí ban đầu đồng thời dừng băng tải. Nếu sản phẩm được làm bằng nhôm: khí đưa vào cấp cho xilanh 2, sau khi đủ áp suất thanh chặn mở ra cho sản phẩm đi qua và xilanh 2 tác động gạt sản phẩm xuống máng 2. Khi sản phẩm đi xuống máng 2 ở đó có một cảm biến quang . Do vậy khi sản phẩm đi qua ánh sáng tới kính mắt mèo của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tác 16 động. Tín hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đóng lại, tay gạt về vị trí ban đầu đồng thời dừng băng tải. Nếu cả 2 cảm biến không tác động (cảm biến màu và cảm biến từ ở mức 0) nghĩa là sản phẩm là màu đen, thanh chặn được mở ra cho sản phẩm đi qua. Do xilanh 1 và 2 không tác động nên sản phẩm đi thẳng và xuống máng 3. Khi sản phẩm đi xuống máng 3 ở đó có một cảm biến quang . Do vậy khi sản phẩm đi qua ánh sáng tới kính mắt mèo của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tác động. Tín hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đóng lại đồng thời dừng băng tải. Trong trường hợp các máng bị đầy sản phẩm làm cảm biến tác động lấy tín hiệu để dừng hệ thống. 2.2. M« h×nh SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) nghÜa lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ thu thËp sè liÖu hay cßn gäi lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. Nã cho phÐp ®iÒu khiÓn, gi¸m s¸t ho¹t ®éng hÖ thèng trong quyÒn h¹n nµo ®ã trªn mµn h×nh vµ ®iÒu khiÓn nhiÒu chøc n¨ng kh¸c nhau bªn ngoµi hoÆc qu¸ tr×nh. HÖ thèng SCADA sÏ bao gåm mét tr¹m chñ cho viÖc thu thËp th«ng tin tõ nh÷ng thiÕt bÞ ®Çu cuèi th«ng qua thñ tôc thu thËp sè liÖu tõ c¸c ph­¬ng tiÖn truyÒn th«ng kh¸c nhau. LÊy l¹i th«ng tin vµ kÕt hîp víi c¶nh b¸o ®Ó ng­êi ®iÒu khiÓn ®­a ra nh÷ng quyÕt ®Þnh chÝnh x¸c hoµn thµnh viÖc ®iÒu khiÓn hÖ thèng vµ qu¸ tr×nh. SCADA lµ mét hÖ kÕt hîp phÇn cøng vµ phÇn mÒm ®Ó tù ®éng ho¸ viÖc qu¶n lý gi¸m s¸t ®iÒu khiÓn mét hay nhiÒu ®èi t­îng. SCADA thùc hiÖn mét sè nhiÖm vô chÝnh sau: - Thu thËp th«ng tin vµ gi¸m s¸t tõ xa lªn ®èi t­îng. - §iÒu khiÓn, ®iÒu chØnh tù ®éng tõ xa lªn ®èi t­îng. - Th«ng tin tõ xa víi c¸c ®èi t­îng vµ c¸c cÊp qu¶n lý. C¸c gi¶i ph¸p vÒ mét hÖ SCADA rÊt ®a d¹ng vÒ cÊu tróc (cã nhiÒu biÕn thÓ trong thùc tÕ do yªu cÇu vÒ sù ph©n bè chøc n¨ng ®iÒu khiÓn còng nh­ sù ph©n bè m¸y tÝnh, thiÕt bÞ). Tuy nhiªn tùu trung l¹i cã cÊu tróc tæng quan nh­ h.v. A: Actuator S: Sensor M¸y tÝnh §K A S A Qu¸ tr×nh con 1 S Qu¸ tr×nh con 2 A S Qu¸ tr×nh con 3 H×nh 7: M« h×nh SCADA ®¬n gi¶n 17 Mét m¸y tÝnh ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn toµn bé c¸c qu¸ tr×nh con. TrÝ tuÖ cña toµn bé hÖ tËp trung t¹i mét ®iÓm. §©y lµ cÊu tróc tù ®éng ho¸ thÝch hîp cho c¸c lo¹i m¸y mãc thiÕt bÞ võa vµ nhá, bëi sù ®¬n gi¶n, ®Ô thùc hiÖn vµ gi¸ thµnh mét lÇn cho m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn. Tuy nhiªn cÊu tróc nµy cã c¸c nh­îc ®iÓm sau: - C«ng viÖc nèi d©y phøc t¹p, gi¸ thµnh cao. - ViÖc më réng hÖ thèng gÆp khã kh¨n. - §é tin cËy cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn phô thuéc vµo mét thiÕt bÞ duy nhÊt. §Ó n©ng cao ®é tin cËy cho hÖ thèng ng­êi ta th­êng dïng m¸y tÝnh dù phßng, tuy nhiªn sÏ n©ng cao gi¸ thµnh. Nh­îc ®iÓm thø nhÊt vµ mét phÇn nh­îc ®iÓm thø hai sÏ ®­îc kh¾c phôc b»ng c¸ch dïng mét m¹ng d©y dÉn chung gäi lµ BUS TR¦êNG (field bus) VÝ dô: Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn SCADA c¶i tiÕn trong d©y chuyÒn s¶n suÊt « t« theo gi¶i ph¸p cña Siemens (Mét m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn trung t©m víi giao diÖn Ng­êiM¸y) H×nh 8: M« h×nh SCADA cña SIEMENS 2.3. M« h×nh DCS DCS (Distributed Control System) lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n, thùc hiÖn ý t­ëng gi¶i ph¸p tÝch hîp ®iÒu khiÓn khi cã nhiÒu phßng ®iÒu khiÓn hoÆc tõng khu vùc cã 18 nh÷ng khèi ®iÒu khiÓn chÐo nhau. Ph©n t¸n lµ viÖc bè trÝ TrÝ tuÖ vµ chøc n¨ng theo bÒ réng còng nh­ chiÒu s©u, kÕt hîp m¹ng truyÒn th«ng thay cho ph­¬ng ph¸p dïng d©y nèi vµ b¶ng cæ ®iÓn. Bªn c¹nh c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p c¸c côm vµo ra t¹i chç vµ c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh th«ng minh, ng­êi ta cßn ®­a vµo c¸c m¸y ®iÒu khiÓn nhá (C¸c bé ®iÒu chØnh chuyªn dông, vi ®iÒu khiÓn) xuèng c¸c vÞ trÝ gÇn kÒ qu¸ tr×nh kü thuËt (h×nh 9). Trung t©m ®iÒu hµnh bao gåm: Tr¹m kü thuËt (Engineering Station), tr¹m thao t¸c (Operator Station), vµ tr¹m phôc vô (Sevice Station) Trung t©m ®iÒu khiÓn bao gåm c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn nh­ c¸c bé logic kh¶ tr×nh (PLC), m¸y tÝnh c«ng nghiÖp (IPC) vµ c¸c m¸y tÝnh phèi hîp ®­îc nèi víi nhau vµ nèi lªn trung t©m ®iÒu hµnhqu¸ tr×nh qua BUS xö lý. Khu vùc gÇn víi khu vùc kü thuËt bao gåm c¸c bé ®iÒu khiÓn t¹i chç nh­ bé vi ®iÒu khiÓn (Micro Controler), c¸c bé ®iÒu khiÓn thu gän (Compact Controler) vµ c¸c côm vµo ra t¹i chç, c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn chÊp hµnh ®­îc nèi lªn trung t©m th«ng qua BUS tr­êng. Trong thùc tÕ tuú theo tÝnh chÊt øng dông vµ thÓ lo¹i qu¸ tr×nh kü thuËt mµ cÊu tróc trªn cã thÓ ®­îc ®¬n gi¶n ho¸ hoÆc më réng thªm. Tr¹m vËn hµnh OS Tr¹m kü thuËt ES BUS hÖ thèng M¸y tÝnh §K M¸y tÝnh §K M¸y tÝnh phèi hîp BUS tr­êng M¸y tÝnh §K A S I/O A I/O S A Bé §/K S H×nh 9: M« h×nh DCS B»ng gi¶i ph¸p nµy ®· gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nèi d©y nhê m¹ng truyÒn th«ng, ®é tin cËy hÖ n©ng cao, t¹o ra hÖ thèng më 19 Chương 3: Mạng truyền thông công nghiệp 3.1. M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp Trong nh÷ng thËp kû gÇn ®©y, do tr×nh ®é tù ®éng ho¸ ®· ®­îc n©ng cao ®¸ng kÓ, nã lµm thay ®æi h¼n ph­¬ng thøc s¶n xuÊt. B»ng viÖc ¸p dông c¸c tiÕn bé cña kü thuËt vi ®iÖn tö vµo c«ng nghÖ truyÒn th«ng. C¸c c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn vµ truyÒn th«ng míi ®· lµm thay ®æi ph¹m vi ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t kh«ng chØ ë cÊp thao t¸c viªn mµ cßn ë c¸c cÊp ®iÒu hµnh x­ëng, cÊp qu¶n lý c«ng ty, l·nh ®¹o c«ng ty vµ cÊp qu¶n lý ngµnh. C¸c c«ng ty chuyªn thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ vµ hÖ thèng tù ®éng ho¸ ®· kh«ng ngõng nghiªn cøu ®Ó ®­a ra c¸c s¶n ph¶m ngµy cµng ­u viÖt. Do ý t­ëng vµ gi¶i ph¸p c«ng nghÖ kh¸c nhau, do tÝnh c¹nh tranh vµ kh¶ n¨ng ®éc quyÒn vÒ thiÕt bÞ, mµ mçi h·ng ph¸t triÓn cho m×nh nh÷ng chuÈn riªng. MÆc dï nh÷ng gi¶i ph¸p c«ng nghÖ lµ kh¸c nhau nh­ng ®Òu cã chung mét xu h­íng lµ tiÖn dông cho ng­êi dïng. Do ®ã c¸c thiÕt bÞ nµy ®Òu ®­îc ph¸t triÓn trªn c¸c chuÈn ®Ó sao cho cã kh¶ n¨ng ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ cña h·ng kh¸c trªn cïng mét hÖ thèng, ®¶m b¶o tÝnh “më” cña hÖ thèng. 3.1.1. M¹ng truyÒn th«ng cña SIEMENS. S7/M7 400 PG S7 500 PC Industrial Ethernet S7/M7 300 S7/M7 300 S7/M7 400 SIMATIC S5/S7 C7 S5 S7 500 PG PROFIBUS SIMATIC S5/S7 S7 200 OP TD AS-I A S A S LOGO Repeater 20 H×nh 10: CÊu tróc m¹ng truyÒn th«ng cña SIEMENS