Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa theo hướng công nghiệp i4.0 để phục vụ quá trình sản xuất, thúc đẩy nền công nghiệp tự động hóa

1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................................... 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................. 6 PHẦN 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 7 1.1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 7 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ....................................................................... 7 1.3. Mục tiêu của đề tài: ........................................................................................................... 9 1.3.1 Mục tiêu kinh tế - xã hội............................................................................................ 9 1.3.2 Mục tiêu khoa học công nghệ .................................................................................... 9 1.4. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................... 10 PHẦN 2. BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ..................................................... 11 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN MÔ HÌNH NHÀ MÁY THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 4.0 ...................................................................................................................................... 11 1.1. Cấu trúc của hệ thống nhà máy thông minh ................................................................... 11 1.2. Ứng dụng của công nghệ 4.0 đối với các nhà máy ......................................................... 12 1.3. Lợi ích của áp dụng công nghệ 4.0 ................................................................................. 14 1.3.1 Hiệu quả tài sản ....................................................................................................... 14 1.3.2 Phẩm chất ................................................................................................................ 15 1.3.3 Chi phí thấp ............................................................................................................. 15 1.3.4 An toàn và phát triển bền vững ............................................................................... 15 CHƯƠNG 2.MELSEC IQ-R MITSUBISHI VÀ MẠNG CC LINK IE FIELD ........................... 16 2.1. Tổng quan về MELSEC iQ-R Mitsubishi....................................................................... 16 2.1.1 Ưu điểm ................................................................................................................... 16 2.1.2 Cơ sở dữ liệu nội bộ ................................................................................................ 16 2.1.3 Tốc độ cao và đồng bộ hóa ...................................................................................... 17 2.1.4 Các tính năng bảo mật nâng cao .............................................................................. 17 2.2. Thành phần của MELSEC iQ-R series ........................................................................... 18 2.2.1 Mô-đun CPU ........................................................................................................... 18 2.2.2 Mô-đun I/O .............................................................................................................. 19 2.2.3 Mô-đun Analog ....................................................................................................... 20 2.2.4 Mô-đun chuyển động, định vị, bộ đếm tốc độ cao .................................................. 21 2.2.4.1 Mô-đun chuyển động ........................................................................................... 21 2.2.4.2 Mô-đun định vị .................................................................................................... 21 2 2.2.4.3 Mô-đun bộ đếm tốc độ cao .................................................................................. 22 2.2.5 2.3. Mô-đun Mạng .......................................................................................................... 22 Tổng quan về CC-Link IE Field ..................................................................................... 23 2.3.1 CC-Link IE Field ..................................................................................................... 24 2.3.2 Tốc độ truyền dữ liệu cao. ....................................................................................... 25 2.3.3 Tính điều khiển xác định. ........................................................................................ 25 2.3.4 Cấu trúc liên kết đa dạng. ........................................................................................ 25 2.3.5 Khả năng truyền thông liền mạch ............................................................................ 25 2.3.6 Trao đồi dữ liệu theo chu kỳ và tạm thời................................................................. 26 2.4. Mô-đun CC-Link IE Field RJ71GF11-T2 ...................................................................... 26 CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY THÔNG MINH ........................................... 29 3.1. Thiết kế hệ thống ............................................................................................................ 29 3.1.1 Trạm chủ .................................................................................................................. 30 3.1.1.1 Sơ đồ đấu nối với PLC ......................................................................................... 30 3.1.1.2 Mạch điều khiển ................................................................................................... 32 3.1.1.3 Mạch khí nén ....................................................................................................... 33 3.1.2 Trạm tớ 1 ................................................................................................................. 33 3.1.2.1 Sơ đồ đấu nối PLC ............................................................................................... 34 3.1.2.2 Mạch điều khiển ................................................................................................... 36 3.1.2.3 Mạch khí nén ....................................................................................................... 37 3.1.3 Trạm tớ 2 ................................................................................................................. 37 3.1.3.1 Sơ đồ đấu nối với PLC ......................................................................................... 38 3.1.3.2 Mạch điều khiển ................................................................................................... 40 3.1.3.3 Mạch khí nén ....................................................................................................... 41 3.2. Kết nối vào ra với CPU ................................................................................................... 41 3.2.1 Trạm chủ .................................................................................................................. 41 3.2.2 Trạm tớ 1 ................................................................................................................. 42 3.2.3 Trạm tớ 2 ................................................................................................................. 43 3.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển .......................................................................................... 44 3.3.1 Thuật toán chương trình chính ................................................................................ 44 3.3.2 Thuật toán chương trình con.................................................................................... 45 3.3.2.1 Trạm chủ .............................................................................................................. 45 3.3.2.2 Trạm tớ 1.............................................................................................................. 46 3.3.2.3 Trạm tớ 2.............................................................................................................. 47 3 3.4. Giao diện giám sát .......................................................................................................... 48 3.5. Mô hình thực tế ............................................................................................................... 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 51 1. Các kết quả đạt được của đề tài ...................................................................................... 51 2. Kiến nghị ......................................................................................................................... 52 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................................... 53 PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 54 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Cấu trúc nhà máy thông minh ........................................................................................ 11 Hình 1-2 Điều khiển Robot ........................................................................................................... 13 Hình 1-3 Dây truyền sản xuất sữa ................................................................................................. 14 Hình 2-1 Cơ sở dữ liệu nội bộ ....................................................................................................... 17 Hình 2-2 Tính năng bảo mật cao ................................................................................................... 17 Hình 2-3 Mô-đun CPU .................................................................................................................. 18 Hình 2-4 Mô-đun I/O..................................................................................................................... 19 Hình 2-5 Mô-đun Analog .............................................................................................................. 20 Hình 2-6 Mô-đun chuyển động ..................................................................................................... 21 Hình 2-7 Mô-đun định vị ............................................................................................................... 22 Hình 2-8 Mô-đun đếm tốc độ cao .................................................................................................. 22 Hình 2-9 Mô-đun mạng ................................................................................................................. 23 Hình 2-10 Mô-đun RJ71GF11-T2 ................................................................................................. 26 Hình 2-11 Dạng tuyến ................................................................................................................... 27 Hình 2-12 Dạng Sao ...................................................................................................................... 28 Hình 2-13 Dạng vòng .................................................................................................................... 28 Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống................................................................................................................ 29 Hình 3-2 Đầu vào trạm chủ ........................................................................................................... 31 Hình 3-3 Đầu ra trạm chủ .............................................................................................................. 32 Hình 3-4 Mạch điều khiển trạm chủ .............................................................................................. 32 Hình 3-5 Mạch khí nén trạm chủ ................................................................................................... 33 Hình 3-6 Đầu vào trạm tớ 1 ........................................................................................................... 35 Hình 3-7 Đầu ra trạm tớ 1 ............................................................................................................. 35 Hình 3-8 kết nối biến tần với động cơ và PLC .............................................................................. 36 Hình 3-9 Mạch điều khiển trạm tớ 1 ............................................................................................. 36 Hình 3-10 Mạch khí nén trạm tớ 1 ................................................................................................ 37 Hình 3-11 Đầu vào trạm tớ 2 ......................................................................................................... 39 Hình 3-12 Đầu ra trạm tớ 2 ........................................................................................................... 40 Hình 3-13 Mạch điều khiển trạm tớ 2 ........................................................................................... 40 Hình 3-14 Mạch khí nén trạm tớ 2 ................................................................................................ 41 Hình 3-15 Thiết lập mạng trạm chủ .............................................................................................. 42 Hình 3-16 Cài các trạm tớ ............................................................................................................. 41 Hình 3-17 Cài thông số Refresh trạm chủ ..................................................................................... 42 Hình 3-18 Cài đặt mô-đun mạng trạm tớ 1.................................................................................... 42 Hình 3-19 Cài thông số Refresh tạm tớ 1 ...................................................................................... 43 Hình 3-20 Cài đặt mô-đun mạng trạm tớ 2.................................................................................... 43 Hình 3-21 Cài thông số Refresh tạm tớ 2 ...................................................................................... 43 Hình 3-22 Lưu đồ thuật toán của hệ thống .................................................................................... 44 Hình 3-23 Lưu đồ thuật toán của trạm chủ .................................................................................... 45 Hình 3-24 Lưu đồ thuật toán của trạm tớ 1 ................................................................................... 46 Hình 3-25 Lưu đồ thuật toán của trạm tớ 2 ................................................................................... 47 Hình 3-26 Giao diện giám sát ........................................................................................................ 48 5 Hình 3-27 Giao diện giám sát ........................................................................................................ 48 Hình 3-28 Giao diện giám sát ........................................................................................................ 49 Hình 3-29 Giao diện giám sát ........................................................................................................ 49 Hình 3-30 Mô hình thực tế ............................................................................................................ 50 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật mô-đun RJ71GF11-T2 ..................................................................... 27 Bảng 3-1 Đầu vào PLC trạm chủ .................................................................................................. 31 Bảng 3-2 Đầu ra PLC trạm chủ ..................................................................................................... 31 Bảng 3-3 Đầu vào PLC trạm tớ 1 .................................................................................................. 34 Bảng 3-4 Đầu ra PLC trạm tớ1 ...................................................................................................... 34 Bảng 3-5 Đầu vào PLC trạm tớ 2 .................................................................................................. 38 Bảng 3-6 Đầu ra PLC trạm tớ 2 ..................................................................................................... 38 7 PHẦN 1. MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu nâng cao năng suất sản xuất và cải tiến hệ thống sản xuất. Các hệ thống tự động hóa cần thiết trong các nhà máy công nghiệp hiện đại, góp phần tăng sản lượng và chất lượng với các ngành sản xuất quy mô lớn. Hệ thống bao gồm các sản phẩm cơ khí chế tạo máy chất lượng và thiết bị điện tự động. Để đảm bảo các chỉ tiêu về số lượng và chất lượng sản phẩm thì doanh nghiệp nên đầu tư hệ thống sản xuất tự động ngay hôm nay. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp, từ sản xuất công nghiệp nhẹ đến công nghiệp nặng như ngành may mặc, dược phẩm, điện tử, ô tô, xe máy đến các dây chuyền sản xuất thực phẩm... Cần có sự cải thiện mạnh mẽ trong quá trình sản xuất, nâng cao tính tự động hóa để tạo năng suất lao động cao hơn đồng thời giảm thiểu được rủi ro. Toàn bộ hệ thống sản xuất đều được vận hành tự động, được điều khiển bởi hệ thống máy trung tâm. Mỗi khâu trong quá trình sản xuất đều được giám sát, theo dõi để đảm bảo không xảy ra sai xót trong quá trình xử lý. Một nhà máy sản xuất hiện đại, thông minh là điều tiên quyết cho công cuộc cải cách của nền công nghiệp 4.0. Do những yêu cầu như vậy, để phục vụ quá trình sản xuất, thúc đẩy nền công nghiệp – tự động hóa đã hình thành mục tiêu nghiên cứu thiết kế và xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa theo hướng công nghiệp I4.0. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Trong bối cảnh Việt Nam đang hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế thế giới với việc hoàn tất nhiều hiệp định thương mại tự do quy mô lớn như TPP, FTA với EU, liên minh kinh tế Á - Âu..., việc tiếp cận thành tựu cách mạng sản xuất mới sẽ tạo ra công cụ đắc lực giúp Việt Nam tham gia hiệu quả chuỗi giá trị toàn cầu và đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Những cải cách công nghệ mang tính đột phá có thể dẫn đến những điều kỳ diệu trong sản xuất và năng suất. Về phía Chính phủ, dưới tác động của cuộc cách mạng này, công tác điều hành của Chính phủ Việt Nam cũng sẽ có được sức mạnh công nghệ mới để tăng quyền kiểm soát, 8 cải tiến hệ thống quản lý xã hội. Song cũng như các chính phủ khác trên thế giới, Chính phủ Việt Nam cũng sẽ ngày càng phải đối mặt với áp lực phải thay đổi cách tiếp cận hiện tại của mình để thực hiện chính sách, trong đó quan trọng nhất là phải nâng cao vai trò của người dân trong quá trình này. Điều này sẽ càng có ý nghĩa hơn khi Việt Nam đang tiến vào giai đoạn phát triển mới rất quan trọng đòi hỏi đổi mới mạnh mẽ về tư duy, quyết tâm cao của Chính phủ nhằm công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Về phía doanh nghiệp, chi phí cho giao thông và thông tin sẽ giảm xuống, dịch vụ hậu cần và chuỗi cung ứng sẽ trở nên hiệu quả hơn, và các chi phí thương mại sẽ giảm bớt, tất cả sẽ làm mở rộng thị trường và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế. Về phía cung ứng, nhiều ngành công nghiệp đang chứng kiến sự du nhập của các công nghệ mới, nó tạo ra những cách hoàn toàn mới để phục vụ cho nhu cầu trong hiện tại và thay đổi triệt để các chuỗi giá trị ngành công nghiệp đang hoạt động. Do đó các doanh nghiệp Việt Nam sẽ tiếp cận được với các công nghệ hiện đại, cải thiện phẩm chất, tốc độ, giá cả mà khi được chuyển giao nó có giá trị hơn. Bên cạnh đó, người tiêu dùng cũng có được những quyền lợi nhất định khi sự minh bạch ngày càng rõ hơn, quan tâm của người tiêu dùng, và các khuôn mẫu mới về hành vi của người tiêu dùng buộc các doanh nghiệp phải thích nghi với cách mà họ thiết kế, tiếp thị và cung cấp các sản phẩm và dịch vụ. Khi công nghệ và tự động hóa lên ngôi, họ sẽ đối mặt với áp lực cần nâng cao chất lượng, cải tiến và đổi mới các dây chuyền công nghệ, tuyển nhân lực có năng lực về công nghệ, đồng thời phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng gay gắt của doanh nghiệp nước ngoài. Những điều này là thực sự khó khăn trong bối cảnh doanh nghiệp Việt Nam vẫn còn thua kém rất lớn các doanh nghiệp nước ngoài về công nghệ, cũng như nhân lực và vốn đầu tư như hiện nay. Tuy nhiên, CMCN 4.0 lần này cũng đang đặt ra nhiều thách thức mới đối với các nước đang phát triển như Việt Nam. Chính phủ, các doanh nghiệp, các trung tâm nghiên cứu và cơ sở giáo dục tại Việt Nam cần phải nhận thức được và sẵn sàng thay đổi và có những chiến lược phù hợp cho việc phát triển công - nông nghiệp, dịch vụ và kinh tế hay nguồn nhân lực trong thời kỳ Internet vạn vật và cuộc CMCN 4.0. 9 Mục tiêu của đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa theo hướng công nghiệp I4.0 để phục vụ quá trình sản xuất, thúc đẩy nền công nghiệp – tự động hóa” 1.3.1 Mục tiêu kinh tế - xã hội - Tăng kinh tế sản xuất , tốc độ và tính linh hoạt - Sản xuất công nghiệp đáp ứng các yêu cầu của khách hàng ở mức chất lượng cao, trong khi đem lại tính linh hoạt và mạnh mẽ hơn cũng như sử dụng tối ưu các nguồn lực. - Kết hợp thế giới vật chất của sản xuất với thế giới ảo của công nghệ thông tin và Internet. - Con người, máy móc, đồ vật và các hệ thống được nối mạng và truyền thông trong thời gian thực. - Tất cả các trường hợp của chuỗi giá trị được kết nối qua công ty trong các hệ thống sản xuất thông minh. 1.3.2 Mục tiêu khoa học công nghệ - Thúc đẩy và đưa hướng nghiên cứu công nghệ thu thập quản lý dữ liệu sản xuất trên thiết bị PLC vào trong nghiên cứu và giảng dạy tại khoa Điện tử và tại nhà trường. - Lập trình các thuật toán thông minh để kết nối giám sát các quá trình hoạt động của thiết bị nhằm hiện thực hóa công nghệ và tạo ra các sản phẩm mang hàm lượng chất xám cao. - Ứng dụng hệ thống quản lí sản xuất tự động hóa công nghiệp. - Tăng cường kỹ năng thực hành cho giáo viên và học sinh - sinh viên khi dạy và học các ngành Điện tử, Điện, Tự động hoá. 10 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan mô hình nhà máy thông minh. - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ 4.0 trong các nhà máy. - Nghiên cứu về MELSEC iQ-R, R04CPU của hãng Mitsubishi. - Nghiên cứu về mạng truyền thông CC - Link của hãng Mitsubishi. - Xây dựng phần mềm và lắp đặt phần cứng của mô hình hoàn chỉnh. - Xây dựng các bài thực hành dựa trên các chức năng của mô hình. 11 PHẦN 2. BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN MÔ HÌNH NHÀ MÁY THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 4.0 Cấu trúc của hệ thống nhà máy thông minh Cấu trúc quản lý, điều hành sản xuất kinh doanh của một tập đoàn, công ty, nhà máy sản xuất I4.0 bao gồm các lớp sau:  Level 4: Business Planning: ERP, APO, CRM.  Level 3: Manufacturing Operation Management: MES, LIMS, WMS, PLM.  Level 2: Supervisory Control: Scada, HMI.  Level 1: Plant Control: PLC, DCS.  Level 0: Physical equipment: I/O, Devices, Sensors. Hình 1-1 Cấu trúc nhà máy thông minh Level 4 Business Planning: là cấp cao nhất trong hệ thống của nhà máy hay doanh nghiệp. Chức năng của lớp này là quản lý tổng thể doanh nghiệp, công ty… lập kế hoạch, tạo dự án, quản lý nhân sự, quản lý tài nguyên, kiểm sát sản xuất, nguyên vật liệu kho, tài sản cố định, tài chính-kế toán, giao dịch thương mại… của cả công ty hay doanh nghiệp. Level 3 Manufacturing Operation Management (MES): đây là cấp thứ hai trong hệ thống nhà máy, doanh nghiệp, công ty…Chức năng của nó là điều hành sản xuất hay nói cách khác nó là tập hợp con của giải pháp quản lý sản xuất tổng thể (ERP sản xuất). MES có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống vận hành nhà máy và công ty. Nó đảm bảo cho 12 sự liên kết chặt chẽ các thành phần, các cơ cấu trong hệ thống vận hành, đảm bảo tối đa chất lượng, tối ưu hóa sản xuất trong các nhà máy trên thế giới. Level 2 Supervisory Control: đây là cấp điều khiển giám sát hoạt động cụ thể của nhà máy, nó có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu các hoạt động điển hình và chú trọng vào các thiết bị, các dây chuyền máy móc cũng như kiểm soát nhiều bộ điều khiển riêng lẻ hay các vòng kiểm soát ví dụ như hệ thống điều khiển phân tán, cho phép người vận hành quan sát toàn bộ quá trình hoạt động và cho phép tích hợp hoạt động giữa các bộ điều khiển để đảm bảo các thiết bị máy móc hoạt động ổn định, đạt hiệu suất đã đề ra cũng như phát hiện sự cố để nhanh chóng có phương án khắc phục sửa chữa. Level 1 Plant Control: đây là cấp điều khiển trong nhà máy. Nói cách khác đây là các bộ điều khiển hay hệ thống điều khiển được kết nối trực tiếp đến các thiết bị máy móc để vận hành chúng. Level 0 Physical Equipment: đây là cấp cuối cùng và cơ bản nhất. Nó chính là những thiết bị vật lý, các cảm biến, các bộ phận hoạt động cấu thành lên thiết bị hay dây chuyền. Với thế hệ smart sensor trong I4.0 thì hiện các cảm biến đều được kết nối Internet. Hiện tại các doanh nghiệp, nhà máy sản xuất thực tế của các tập đoàn lớn đã tiếp cận với I4.0, tuy nhiên tại Việt Nam các trang thiết bị, phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu, tiếp cận mô hình công nghiệp 4.0 hay các thiết bị giảng dạy, đào tạo hiện chưa có đồng bộ mô phỏng thu nhỏ vận hành thực tế như một nhà máy để người học có thể tiếp cận, hiểu quá trình và thực hành. Ứng dụng của công nghệ 4.0 đối với các nhà máy Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đang tạo nên cuộc cải cách đáng kể về công nghệ sản xuất. Trong đó, nhà máy thông minh (ứng dụng công nghệ, quy trình thông minh vào sản xuất và quản trị) hiện ngày càng phát triển rầm rộ trên thế giới. Sự hội tụ của sức mạnh công nghệ lớn, máy móc biết suy nghĩ và trí thông minh nhân tạo đã kích hoạt sự chuyển đổi hoàn toàn của ngành công nghiệp sản xuất, cho ra đời những nhà máy thông minh siêu tiện ích và tạo điều kiện cho sự nổi lên của Industry 4.0 thế giới của điện toán đám mây, IoT và các hệ thống điều khiển vật lý. 13 Sự phát triển nhảy vọt trong lĩnh vực công nghệ thông tin đang thúc đẩy việc sử dụng robot và cảm biến trong các nhà máy thông minh, thúc đẩy Industry 4.0. Các cảm biến bền và ít tốn kém đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sản xuất tại nhà máy thông minh như thu thập thông tin đảm bảo tính đồng bộ trong vận hành máy móc, tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa việc vận hành hệ thống. Hình 1-2 Điều khiển Robot Xu hướng nhà máy thông minh hiện nay đang hình thành và phát triển trên toàn thế giới. Trong kỷ nguyên sản xuất kỹ thuật số, khoảng cách giữa thế giới ảo và thế giới thực đang được thu hẹp nhanh chóng bằng một cách sản xuất hoàn toàn mới. Sự quan tâm đến sản xuất tiên tiến, nhu cầu ngày càng tăng từ các ngành hàng chính và xu hướng của các nhà sản xuất là những nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự phát triển của thị trường nhà máy thông minh toàn cầu. Ở các nhà máy thông minh, máy móc được kết nối Internet và liên kết với nhau qua hệ thống có thể tự quản lý toàn bộ quy trình sản xuất rồi đưa ra quyết định. Tính năng quan trọng nhất của một nhà máy thông minh là sự kết nối. 14 Các máy móc thiết bị, cảm biến, robot, dữ liệu, nguồn nhân lực,… kết nối với nhau, từ đó có thể thực hiện các quy trình thông minh và hiệu quả trong sản xuất. Với công nghệ mới mọi hoạt động được tối ưu hóa, giảm thiểu sự can thiệp bằng tay với độ tin cậy cao, quy trình sản xuất được minh bạch từ khâu đầu tiên đến khâu cuối cùng, từ nhà máy đến chuỗi cung ứng, quá trình phân phối, trải nghiệm người dùng. Hình 1-3 Dây chuyền sản xuất sữa Những ứng dụng công nghệ đã được doanh nghiệp đưa vào thực tế sản xuất nhưng theo các chuyên gia, để đạt được trình độ sản xuất tiên tiến như nhà máy thông minh đúng nghĩa thì cần có quá trình phát triển mạnh mẽ về cơ sở hạ tầng, máy móc thiết bị và con người. Lợi ích của áp dụng công nghệ 4.0 1.3.1 Hiệu quả tài sản Mọi khía cạnh của nhà máy thông minh tạo ra nhiều tệp dữ liệu, thông qua phân tích liên tục, tiết lộ vấn đề hiệu suất tài sản có thể yêu cầu một số loại tối ưu hóa. Trên thực tế, chẳng hạn như việc tự sửa lỗi là điều phân biệt các nhà máy thông minh và nhà máy tự động hóa truyền thống, trong đó có thể mang lại hiệu quả tài sản chung lớn hơn, một trong những lợi ích nổi bật nhất của một nhà máy thông minh. 15 1.3.2 Phẩm chất Tự tối ưu hóa là đặc trưng của nhà máy thông minh có thể dự đoán và phát hiện xu hướng khiếm khuyết chất lượng sớm hơn và có thể giúp xác định con người, máy móc hoặc các nguyên nhân môi trường có chất lượng kém. Điều này có thể làm giảm tỷ lệ phế liệu và thời gian bán hàng, tăng tỷ lệ lấp đầy và năng suất. 1.3.3 Chi phí thấp Các quy trình được tối ưu hoá theo truyền thống dẫn đến các quy trình hiệu quả về chi phí hơn những yêu cầu kiểm kê dự đoán được nhiều hơn, những quyết định tuyển dụng nhân viên hiệu quả hơn cũng như làm giảm quy trình và hoạt động. Một quy trình chất lượng tốt hơn cũng có thể có nghĩa là một cái nhìn tổng thể về mạng lưới cung cấp với phản ứng nhanh, không trễ để tìm nguồn cung ứng nhu cầu do đó giảm chi phí hơn nữa. 1.3.4 An toàn và phát triển bền vững Nhà máy thông minh cũng có thể mang lại những lợi ích thực sự xung quanh sức khỏe và môi trường bền vững. Quy trình tự chủ nhiều hơn có thể tạo ra ít lỗi hơn cho con người, bao gồm các tai nạn lao động gây ra thương tích. Khả năng tự cung tự cấp tương đối của nhà máy thông minh sẽ thay thế một số vai trò nhất định đòi hỏi các hoạt động lặp đi lặp lại và mệt mỏi. Tuy nhiên, vai trò của nhân viên lao động trong môi trường nhà máy thông minh có thể đạt được mức độ đánh giá cao hơn và sự tự quyết định tại chỗ, có thể dẫn đến sự hài lòng trong công việc và tăng doanh thu. 16 CHƯƠNG 2.MELSEC IQ-R MITSUBISHI VÀ MẠNG CC LINK IE FIELD Tổng quan về MELSEC iQ-R Mitsubishi iQ-R là một nền tảng điều khiển đầy đủ tính năng với tốc độ xử lý nhanh, đồng bộ hóa mạng, mô-đun và điều khiển đa ngành. Thiết kế tiên tiến của iQ-R cho phép người dùng dẫn đầu ngành công nghiệp của họ với hiệu suất và năng suất máy vượt trội. Vô số tùy chọn mô-đun CPU và I/O làm cho nó trở thành một giải pháp linh hoạt cho nhiều ứng dụng. 2.1.1 Ưu điểm Tốc độ thực thi 0,98 ns cải thiện phản ứng của máy cho các ứng dụng nhanh hơn, chính xác hơn. Điều khiển đa ngành với tối đa 4 CPU trong một giá đỡ và bus tốc độ cao cho phép giao tiếp dữ liệu đồng bộ giữa quá trình, chuyển động và điều khiển tuần tự. Phần mềm lập trình GX Works3 với các chức năng tích hợp và màn hình cấu hình giúp giảm thời gian phát triển và khắc phục sự cố. Mạng CC-Link IE Field với hiệu suất xác định qua Ethernet công nghiệp giúp cải thiện phản ứng của máy và đồng bộ hóa I/O. Cơ sở dữ liệu thẻ nhớ SD tích hợp cung cấp chức năng ghi dữ liệu và công thức mà không cần máy chủ bên ngoài. Tăng cường các tính năng bảo mật để bảo vệ tài sản trí tuệ cũng như an toàn cho các thiết bị. 2.1.2 Cơ sở dữ liệu nội bộ CPU bao gồm một cơ sở dữ liệu nội bộ có thể được cài đặt vào thẻ nhớ SD. Điều này cho phép lựa chọn các lệnh cơ sở dữ liệu có thể thêm xóa thay đổi các bản ghi được sử dụng cho các hàm công thức đơn giản. Bạn cũng dễ dàng nhập xuất các tệp Unicode để sử dụng trong bảng tính. Điều này rất hữu ích khi nhiều biến thể sản phẩm được tạo ra bằng cùng một quy trình máy. 17 Hình 2-1 Cơ sở dữ liệu nội bộ 2.1.3 Tốc độ cao và đồng bộ hóa iQ-R tự hào có một bus hệ thống tốc độ cao để truyền dữ liệu được đồng bộ giữa nhiều CPU. Điều này cải thiện hiệu suất và độ chính xác, đặc biệt đối với các ứng dụng điều khiển chuyển động tốc độ cao. Mạng CC-Link IE Field cung cấp hiệu suất xác định qua Ethernet công nghiệp đảm bảo đồng bộ hóa. 2.1.4 Các tính năng bảo mật nâng cao iQ-R có nhiều tính năng bảo mật để bảo vệ tài sản trí tuệ và an toàn cho thiết bị. Các kỹ sư có thể hạn chế quyền truy cập ở cấp độ mạng bằng cách sử dụng bộ lọc IP, giảm nguy cơ bị hack hoặc bất kỳ quyền truy cập trái phép nào của bên thứ ba. Ở cấp độ điều khiển, xác thực khóa bảo mật ngăn chặn truy cập trái phép vào chương trình hoặc thực thi CPU. Khóa bảo mật có thể được đăng ký cho các CPU cụ thể, máy tính cá nhân hoặc bằng SRAM mở rộng. Việc sử dụng SRAM cho phép thay thế CPU mà không cần thay đổi chương trình. Hình 2-2 Tính năng bảo mật cao 18 Thành phần của MELSEC iQ-R series Series MELSEC iQ-R là một hệ thống điều khiển mô-đun được trang bị nhiều môđun khác nhau như CPU, nguồn điện, I/O kỹ thuật số, I/O tương tự, base unit và các môđun chức năng thông minh, mỗi mô-đun có trách nhiệm riêng trong hệ thống. Cốt lõi của hệ thống là một base unit kết nối tất cả các mô-đun với nhau và cho phép liên lạc tốc độ cao giữa mỗi mô-đun. Từ hệ thống nhỏ đến lớn, khả năng mở rộng rất đơn giản. Có thể kết nối tối đa 7 base unit và tối đa 64 mô-đun được cài đặt cùng một lúc. 2.2.1 Mô-đun CPU Series MELSEC iQ-R bao gồm một loạt các bộ điều khiển tự động lập trình có khả năng phục vụ các nhu cầu điều khiển tự động đa dạng. Tập trung vào hai lĩnh vực, dòng sản phẩm bao gồm bộ điều khiển đa năng, hiệu suất cao có khả năng thay đổi bộ nhớ và bộ điều khiển chuyển động có độ chính xác cao với các trục có thể điều khiển được. Kiến trúc đã được thiết kế lại xung quanh hệ thống bus tốc độ cao MELSEC iQ-R mới để đảm bảo hiệu suất cao và khả năng xử lý thông minh. Hình 2-3 Mô-đun CPU Ngoài ra, CPU dành riêng cho ứng dụng đã được thêm vào, CPU điều khiển quá trình (hỗ trợ tối đa 500 vòng lặp PID và trao đổi nóng các mô-đun I/O) và CPU Bộ điều khiển C, cung cấp lập trình ngôn ngữ C lý tưởng để chuyển đổi từ máy tính cá nhân hoặc hệ thống dựa trên bộ điều khiển vi mô. 19 2.2.2 Mô-đun I/O Các mô-đun I/O kỹ thuật số là các giác quan của hệ thống tự động hóa và cung cấp giao diện của các quá trình khác nhau cho bộ điều khiển. Các thiết bị như công tắc, đèn và cảm biến có thể dễ dàng kết nối với hệ thống điều khiển. Hình 2-4 Mô-đun I/O Các kết nối đầu cuối mật độ cao (lên đến 64 điểm) dẫn đến các thiết kế tiết kiệm không gian trong tủ điều khiển giúp giảm thêm chi phí lắp đặt. Ngoài ra, các chức năng ngắt đầu vào và chuẩn đoán hoạt động chuyển tiếp đầu ra là các tính năng bổ sung được tích hợp trong mô-đun nhỏ gọn nhưng thông minh này.  Xếp hạng đầu vào / đầu ra được in ở phía trước, làm giảm hệ thống dây không chính xác.  Móc buộc cáp dễ sử dụng để nối dây gọn gàng.  Các khối thiết bị đầu cuối 16 điểm hiện tại có thể tái sử dụng, loại bỏ việc tua lại.  Khối đầu nối kẹp lò xo làm giảm các nhiệm vụ nối dây và bảo trì.  Xác nhận đơn giản bởi sản phẩm nối tiếp số in ở mặt trước.  Công tắc bật tắt xen kẽ được sử dụng để hiển thị giữa các tín hiệu LED 32 điểm. 20  Tín hiệu đầu cuối được dán nhãn rõ ràng và được mã hóa màu lên đến 32 tín hiệu LED rõ ràng. 2.2.3 Mô-đun Analog Tương tự như các mô-đun I/O kỹ thuật số, các mô-đun tương tự là giao diện chính giữa quy trình điều khiển và hệ thống tự động hóa MELSEC iQ-R series. Sự khác biệt chính là chúng đã được thiết kế để giao tiếp với các cảm biến xử lý các tín hiệu điện áp và dòng điện khác nhau thay vì tín hiệu nhị phân kỹ thuật số và chuyển đổi các tín hiệu đó thành dữ liệu nhị phân mà hệ thống điều khiển có thể sử dụng. Hình 2-5 Mô-đun Analog Dòng mô-đun tương tự Sê-ri MELSEC iQ-R bao gồm các tính năng như lấy mẫu tốc độ cao kết hợp với tín hiệu đầu ra kỹ thuật số độ phân giải cao 16 bit, chuyển đổi đa kênh đồng thời phát hiện cách ly và ngắt kết nối kênh điện và HART giao tiếp với các thiết bị hiện trường, do đó cho phép xử lý tín hiệu analog ổn định và chính xác cao.  5 mẫu lấy mẫu tốc độ cao, độ phân giải cao 16 bit.  Thao tác mở rộng và dịch chuyển bằng cách sử dụng cài đặt tham số.  Lý tưởng cho các ứng dụng kiểm tra độ chính xác tốc độ cao.  Lọc nhiễu tần số cao.  Tạo hoặc nhập dữ liệu được xác định trước.  Cách ly kênh Galvanic.  Đồng bộ hóa nhiều kênh.