Luận văn Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 (Module Production System) Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 (Module Production System) Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN NHẤT NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHAI THÁC CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS500 (MODULE PRODUCTION SYSTEM) TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 0 2 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN NHẤT NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHAI THÁC CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS500 (MODULE PRODUCTION SYSTEM) TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN NHẤT NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHAI THÁC CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS500 (MODULE PRODUCTION SYSTEM) TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng /
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN NHẤT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25-12-1983 Nơi sinh: Hà Nam Ninh Quê quán: Nam Hà Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: D7, Khu phố 4, Phường Tân Hiệp, TP. Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 09/2007 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Công Nghệ Tự Động Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và Thi công phần cơ khí cho Robot tự động tham gia cuộc thi Robocon Khám Phá Vịnh Hạ Long. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 02/2007 tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngọc Đào. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 10/2007 đến Công ty TNHH Điện Cơ Lục Nhân Kỹ sư bảo trì 09/2009 09/2009 đến nay Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai Giáo viên i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Nguyễn Văn Nhất ii
6. LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo và khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn quí Thầy, Cô nhà trường và quí Thầy, Cô giảng dạy lớp Cao học CKM 2009 – 2011 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức bổ ích. Tôi xin chân thành cảm ơn quí Thầy, Cô trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hành cũng như cung cấp đầy đủ các tài liệu của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 và cho tôi nhiều ý kiến đóng góp quan trọng, thiết thực trong quá trình thực hiện luận văn. Lời cảm ơn đặc biệt xin chân thành gửi đến Thầy TS. Nguyễn Ngọc Phương đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn này. TP. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 04 năm 2012 Nguyễn Văn Nhất iii
7. TÓM TẮT Với yêu cầu của đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 (Module Production System)” Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai. Luận văn có cấu trúc tổng thể như sau: Chƣơng 1: Luận văn trình bày về tổng quan về hệ thống MPS, mục đích, nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu của đề tài. Chƣơng 2: Trình bày về lý thuyết chung của việc điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet, hệ thống Scada và hệ thống Scada trên nền Web để làm cơ sở cho việc xây dựng thêm các ứng dụng cho hệ thống MPS500. Chƣơng 3: Trình bày tổng quan về hệ thống MPS500, cấu tạo, chức năng và nguyên lý làm việc của từng module trên các trạm của hệ thống MPS500 Chƣơng 4: Trình bày về các loại mạng giao tiếp giữa các trạm PLC, cấu hình hệ thống mạng truyền thông Ethernet giữa các trạm PLC, xây dựng lưu đồ quá trình hoạt động của các trạm trong hệ thống và thiết lập chương trình cho trạm kiểm tra sản phẩm (Trạm Vision). Chƣơng 5: Trình bày về cấu trúc của hệ thống điều khiển từ xa và thiết kế phần mềm điều khiển từ xa qua giao thức TCP/IP. Chương này cũng mô tả chi tiết về cấu hình của phần mềm WinCC. Chƣơng 6: Trình bày về các yêu cầu khi vận hành hệ thống MPS500 và các kết quả kiểm tra sau khi cho hệ thống hoạt động. Chƣơng 7: Kết luận và đề xuất hướng mở rộng. iv
8. SUMMARY With the requirements of the thesis: "Research on the structure and exploiting the applications of flexible manufacturing systems MPS500 (Module Production System)" Dong Nai Vocational College. The overall structure of the report is thus organized as follows: Chapter 1: The thesis presented an overview of MPS system, the purpose, duties, limits and methods of research. Chapter 2: The thesis continues with a brief literature review on remote access control and Scada system with some case studies. Chapter 3: The thesis introduces the overview about the MPS500 system, structure, functions and working principles of each module on the system's stations MPS500. Chapter 4: Describe the type of network communication between the PLC stations, configure Ethernet network communications between the PLC station, building a flow chart for the operation of stations in the system and set up the program for the Vision Station. Chapter 5: The structure of the remote system architecture and the design of remote control software via TCP / IP will be demonstrated. The chapter also includes a detail description of the WinCC configuration software. Chapter 6: Presentation requirements of the system MPS500 when the system operates and the results after test for system operation. Chapter 7: The upshot and proposal enlargement. v
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn. Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình x Chƣơng 1. TỔNG QUAN 01 1.1. Tổng quan 01 1.2. Mục đích nghiện cứu 04 1.3. Nhiệm vụ và hạn chế của đề tài 05 1.4. Phương pháp nghiên cứu 06 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 07 2.1. Điều khiển hệ thống từ xa thông qua Internet. 07 2.2. Hệ thống SCADA và hệ thống SCADA trên nền Web 09 Chƣơng 3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG MPS500 12 3.1. Tổng quan hệ thống MPS500 12 3.2. Trạm phân phối(Distribution Station) 14 3.2.1. Chức năng. 14 3.2.2. Cấu tạo. 15 3.2.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun. 15 3.2.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm 17 3.3. Trạm kiểm tra phôi (Testing Station) 17 3.3.1 Chức năng. 17 3.3.2 Cấu tạo. 17 3.3.3 Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun. 18 3.3.4 Mô tả trình tự hoạt động của trạm. 22 3.4. Trạm chuyển tiếp sản phẩm (Handing Station) 23 3.4.1. Chức năng. 23 3.4.2. Cấu tạo. 23 3.4.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun. 24 3.4.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm. 26 vi
10. 3.5. Tram gia công(Processing Station) 27 3.5.1. Chức năng. 27 3.5.2. Cấu tạo. 28 3.5.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun. 28 3.5.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm. 31 3.6. Trạm kiểm tra sản phẩm (Vision Station) 32 3.6.1. Chức năng. 32 3.6.2. Cấu tạo. 32 3.6.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun. 32 3.6.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm. 34 3.7. Trạm Robot (Robot Station) 34 3.7.1. Chức năng 34 3.7.2. Cấu tạo 34 3.7.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun 35 3.7.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm 38 3.8. Trạm lắp ráp (Assembly Station) 38 3.8.1. Chức năng 38 3.8.2. Cấu tạo 38 3.8.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun 39 3.8.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm 43 3.9. Trạm lưu trữ-thu hồi (AS-RS Station) 44 3.9.1. Chức năng 44 3.9.2. Cấu tạo 45 3.9.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun 45 3.9.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm 48 3.10. Trạm phân loại (Sorting Station) 49 3.10.1. Chức năng 49 3.10.2. Cấu tạo 49 3.10.3. Các mô đun trên trạm và nguyên lý làm việc của từng mô đun 50 3.10.4. Mô tả trình tự hoạt động của trạm 52 3.11. Trạm băng tải (Conveyor Station) 53 3.11.1 Chức năng 53 3.11.2 Cấu tạo 53 Chƣơng4. THIẾT LẬP PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƢƠNG TRÌNH 54 4.1. Thiết lập mạng truyền thông giữa các trạm PLC 54 vii
11. 4.1.1. Các loại mạng giao tiếp giữa các trạm PLC 56 4.1.1.1. Mạng PPI 56 4.1.1.2. Mạng MPI 57 4.1.1.3. Mạng AS-I 58 4.1.1.4. Mạng Profibus 59 4.1.1.5. Mạng Industrial Ethernet (IE) 61 4.1.2. Thiết lập phần cưng và hệ thống mạng truyền thông Ethernet giữa các trạm PLC 63 4.2. Chương trình điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống 69 4.3. Chương trình cho trạm Kiểm tra chất lượng sản phẩm 78 4.3.1. Cảm biến DVT Vision 78 4.3.2. Hình ảnh và điểm ảnh 78 4.3.3. Kết nối cảm biến DVT Vision với máy tính (PC) 79 4.3.4. Chương trình kiểm tra sản phẩm 81 4.3.4.1. Khai báo cổng vật lý I/O 81 4.4.4.2. Thiết lập các công cụ kiểm tra 82 Chƣơng 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA DỰA TRÊN NỀN WEB 87 5.1 Khát quát về thiết kế hệ thống 87 5.1.1 Cấu trúc điều khiển 87 5.1.2. Đề xuất của cấu trúc điều khiển 88 5.2. Thiết lập hệ thống SCADA bằng phần mền Simatic WinCC 89 5.2.1 Ưu điểm của phần mềm cấu hình WinCC 90 5.2.2 Thiết kế đồ họa cho ứng dụng điều khiển từ xa 91 5.2.2.1 Soạn thảo thiết kế đồ họa 91 5.2.2.2. Tạo hình ảnh quy trình 92 5.2.2.3. Tạo nhãn. 95 5.2.2.4. Lưu trữ và hiển thị giá trị 97 5.3 Kết nối SIMATIC WinCC và PLC 98 5.3.1 Các loại kết nối 98 5.3.1.1. Kết nối WinCC và PLC S7-300 bằng giao thức MPI 98 5.3.1.2. Kết nối WinCC và PLC S7-300 bằng giao thức Profibus 99 5.3.1.3. Kết nối WinCC và PLC S7-300 bằng giao thức TCP/IP. 99 5.3.2 Thiết lập kết nối 100 5.4. Điều khiển từ xa dựa trên WinCC Web Navigator 102 5.4.1 Thiết kế cấu trúc phần mềm điều khiển từ xa 103 viii
12. 5.4.2 Phương pháp truy cập từ xa của WinCC Web Navigator 104 Chƣơng 6. VẬN HÀNH HỆ THỐNG VÀ KIỂM TRA. 107 6.1. Vận hành hệ thống 107 6.2. Kiểm tra khả năng điều khiển và giám sát thông qua hệ thống Scada trên nền Web từ máy Client 107 6.3. Kiểm tra khả năng kiểm tra sản phẩm của trạm sử lý ảnh (trạm Vision) 110 6.4. Tích hợp hệ thống và kiểm tra 113 Chƣơng 7. KẾT LUẬN 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC 116 ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1:Toàn cảnh hệ thống MPS của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM 02 Hình 1.2: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 03 Hình 3.1: Các bộ phận của Xylanh 13 Hình 3.2: Toàn cảnh hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 14 Hình 3.3: Trạm phân phối 15 Hình 3.4: Module ngăn chứa phôi. 16 Hình 3.5: Module vận chuyển. 16 Hình 3.6: Trạm kiểm tra. 18 Hình 3.7: Module nhận biết phôi. 19 Hình 3.8: Module nâng hạ phôi. 20 Hình 3.9: Xích băng cuốn 20 Hình 3.10: Module đo lường. 21 Hình 3.11: Module băng trượt có đệm khí có cửa chặn bị đóng. 21 Hình 3.12: Module băng trượt có cửa chặn bị đóng. 22 Hình 3.13: Trạm chuyển tiếp 24 Hình 3.14: Module ngăn chứa. 25 Hình 3.15: Module tay máy 25 Hình 3.16: Tay máy đang gắp và vận chuyển phôi. 26 Hình 3.17: Module băng trượt. 26 Hình 3.18: Trạm gia công. 28 Hình 3.19: Module mâm quay 29 Hình 3.20: Module kiểm tra. 29 Hình 3.21: Thiết bị kẹp phôi bằng solenoid. 30 Hình 3.22: Module khoan 30 Hình 3.23: Trạm Vision. 32 Hình 3.24: Camera DVT 32 Hình 3.25: Modul định vị Camera 33 Hình3.26: Hình ảnh chụp được khi Camera được định vị đúng. 33 Hình 3.27: Trạm Robot. 34 x
14. Hình 3.28: Trạm robot lấy phôi trên Pallet. 35 Hình 3.29: Module băng trượt. 36 Hình 3.30: Module lưu trữ. 36 Hình 3.31: Module ngăn chứa lắp ráp. 37 Hình 3.32: Hàm kẹp. 37 Hình 3.33: Trạm lắp ráp. 39 Hình 3.34: Robot gắp piston. 40 Hình 3.35: Robot gắp lò xo. 40 Hình 3.36: Robot gắp nắp xy lanh. 40 Hình 3.37: Module ổ chứa lò xo. 41 Hình 3.38: Module ngăn chứa nắp. 42 Hình 3.39: Module palett. 42 Hình 3.40: Trạm AS-RS 45 Hình 3.41: Mô đun cánh tay robot. 46 Hình 3.42: Hàm kẹp phôi 47 Hình 3.43: Mô đun Simulator SM 374 47 Hình 3.44: Sơ đồ vị trí đặt phôi trong trạm AS/RS 49 Hình 3.45: Trạm phân loại. 50 Hình 3.46: Module băng tải phân loại. 51 Hình 3.47: Cổng phân loại. 51 Hình 3.48: Module băng trượt. 52 Hình 3.49: Cấu tạo của hệ thống băng tải. 54 Hình 4.1: Tổng quan dây chuyền sản xuất 55 Hình 4.2: Kết nối bằng mạng PPI 56 Hình 4.3: Kết nối bằng mạng MPI 58 Hình 4.4: Kết nối bằng mạng AS-I 59 Hình 4.5: Kết nối bằng mạng Profibus 61 Hình 4.6: Kết nối bằng mạng Ethernet 62 Hình 4.7: Lưu đồ quá trình khởi động(Reset) của các trạm trong hệ thống. 70 Hình 4.8: Lưu đồ quá trình dừng các trạm trong hệ thống. 70 Hình 4.9: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Cấp phôi. 71 Hình 4.10: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Kiểm tra. 72 Hình 4.11: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Tay máy (GC) 73 Hình 4.12: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Gia công. 74 Hình 4.13: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Lưu trữ. 75 xi
15. Hình 4.14: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Tay máy(PL) 76 Hình 4.15: Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm Phân loại sản phẩm. 77 Hình 5.1: Cấu trúc máy chủ 87 Hình 5.2: Hệ thống điều khiển hệ thống MPS500 89 Hình 5.3: Mối quan hệ giữa hình ảnh quá trình và hệ thống tự động 92 Hình 5.4: Giao diện ban đầu của hệ thống Scada 93 Hình 5.5: Giao diện điều khiển, giám sát trạm băng tải và toàn bộ hệ thống MPS 93 Hình 5.6: Giao diện điều khiển và giám sát trạm cấp phôi. 94 Hình 5.7: Giao diện điều khiển và giám sát trạm kiểm tra. 94 Hình 5.8: Giao diện giám sát việc kết nối của các trạm trong hệ thống 95 Hình 5.9: Mối liên hệ giữa WinCC và hệ thống tự động 96 Hình 5.10: Mối liên hệ giữa biến quá trình và giá trị quá trình. 97 Hình 5.11: Thành phần của hệ thống lưu trữ. 97 Hình 5.12: Cấu trúc điều khiển điều khiển từ xa trên nền WinCC Web Navigator. . 103 Hình 5.13: Cài đặt IIS Server. 104 Hình 5.14: Hướng dấn xuất hình ảnh. 105 Hình 5.15: Cấu hình quá lý người dung. 106 Hình 6.1: Kết nối tới máy chủ. 108 Hình 6.2: Cài đặt Wed Navigator Client 109 Hình 6.3: Sản phẩm mẫu không lỗi. 110 Hình 6.4: Vị trí đặt sản phẩm trên Pallet. 110 Hình 6.5: Hình ảnh kết quả kiểm tra sản phẩm màu bạc. 111 Hình 6.6: Mẫu sản phẩm bị lỗi. 111 Hình 6.7: Kết quả kiểm tra sản phẩn màu đen 112 Hình 6.8: Kết quả kiểm tra sản phẩm màu đỏ. 113 xii
16. TỔNG QUAN Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan Trước tình hình phát triển của lĩnh vực tự động hóa trong tất cả các ngành nghề trên toàn thế giới. Trong các nhà máy hiện nay, mức độ tự động hóa ngày càng được chú trọng và xem đó như là một hình thức tiết kiệm chi phí trong sản xuất nhờ việc tăng năng suất, giảm sự phụ thuộc vào tay nghề của người công nhân nhất là đối với công việc đòi hỏi độ chính xác và cường độ lao động cao, đồng thời cũng nhờ đó giảm được mức độ nặng nhọc và nguy hiểm cho người công nhân. Các dây chuyền chỉ cần vài người điều khiển, trông coi mà không cần quá nhiều người như mô hình sản xuất ngày xưa. Ở Việt Nam được sự quan tâm của nhà nước trong lĩnh vực cơ khí hóa, tự động hóa trong sản xuất, cùng với su thế hội nhập vào thị trường chung trên toàn thế giới nhằm tăng tính cạnh tranh trong sản xuất, các nhà đầu tư của Việt Nam cũng như của nước ngoài đã bắt đầu trang bị các trang thiết bị hiện đại trong sản xuất(mang tinh tự động hóa cao) trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Cùng với sự đổi mới trong phương pháp giảng dạy trong lĩnh vực dạy nghề ở Việt Nam (trong các Trường dạy nghề) nên việc đầu tư mới trang thiết bị dạy học mới của nhà nước Việt Nam là cần thiết. Cũng vì lý do đó nên nhiều Trường Đại học, Cao đẳng và Trung học chuyên nghiệp đã được trang bị nhiều trang thiết bị trong đó có mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt MPS (Modular Production System). Mô hình MPS là một công cụ dạy học của hãng Festo dành cho ngành Cơ Điện tử và Tự động hóa được thiết kế lý tưởng nhất cho việc huấn luyện và giảng dạy. Hệ thống các trạm của các cụm hệ thống sản xuất linh hoạt MPS giúp cho nguời học có cái nhìn tổng quát, toàn diện về hệ thống công nghiệp. Trạm MPS là sự kết hợp hài hoà giữa điện, điện tử, cơ khí, khí nén, thủy lực và kỹ thuật lập trình PLC, giám sát và Trang 1
17. TỔNG QUAN mô phỏng Robot bằng phần mềm Cosimir, giám sát hệ thống sản xuất bằng phầm mềm WinCC . Mô hình hệ thống MPS của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM bao gồm 10 trạm: - Trạm phân phối phôi (Distribution Station). - Trạm kiểm tra phôi (Testing Station). - Trạm gia công (Processing Station). - Trạm chuyển tiếp sản phẩm (Handing Station). - Trạm đệm (Buffer Station). - Trạm Robot (Robot Station). - Trạm lắp ráp (Assembly Station). - Trạm dập (Punching Station). - Trạm kiểm tra sau lắp ráp (Assembly Test Station). - Trạm phân loại sản phẩm (Sorting Station). Hình 1.1: Toàn cảnh hệ thống MPS của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM. Trang 2
18. TỔNG QUAN Các thiết bị của mỗi trạm được lắp trên các bàn làm việc di động có kích thước mặt bàn 700mm x 350mm. Các trạm có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động theo hệ thống liên kết giữa các trạm bằng cách truyền thông giữa các cảm biến hoặc truyền thông qua mạng PROFIBUS. Có thể tách các trạm để xây dựng thành các hệ thống khác nhau, nhưng công việc tách trạm phải tiến hành bắng tay nên không thể hiện được tính linh hoạt trong sản xuất. Hình 1.2: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có số lượng trạm ít hơn mô hình của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, nhưng ở hệ thống này có sự khác biệt là có thêm trạm băng tải (Conveyor Station) nên việc tách trạm để xây dựng hệ thống mới được thuận lợi hơn là chỉ cần điều chỉnh phần mềm mà không cần thay đổi kết cấu phần cứng của hệ thống. Trên đây là hai mô hình hệ thống MPS tiêu biểu mà các trường đã được đầu tư, còn với mô hình hệ thống MPS mà trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã đầu tư thì có nhiều điểm giống so với mô hình của các trường khác. Điểm giống nhau ở đây là các trạm trong hệ thống giống với nhiều trạm nhiều trạm trong hệ thống của trường Trang 3
19. TỔNG QUAN Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cũng như hệ thống của nhiều trường khác. Nhưng hệ thống MPS500 của trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai có thêm nhiều trạm hơn và cũng được trang bị các công nghệ mới hơn so với các hệ thống mà các trường khác đã đầu tư như: trạm lưu kho (AS/RS Station), trạm kiểm tra sản phẩm (Vision Station) sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong kiểm tra sản phẩm, ngoài ra hệ thống còn sử dụng mạng truyền thông Ethernet để kết nối các trạm trong hệ thống. Tuy nhiên, công việc chuyển giao công nghệ của các nhà cung cấp thiết bị chưa cao, chủ yếu là bàn giao số lượng thiết bị theo hợp đồng mà chưa đi sâu vào lĩnh vực cấu tạo, nguyên lý làm việc, khả năng ứng dụng của thiết bị, Chính vì vậy mà công việc nghiên cứu hệ thống MPS ở các trường đã được tiến hành nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy và huấn luyện. Như đề tài “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống Scada cho MPS sử dụng Wincc” của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, “Xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50” của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngoài ra còn nhiều đề tài nữa, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như trang thiết bị nên các đề tài này vẫn không đáp ứng được việc khai thác hết các ứng dụng của hệ thống MPS500 mà trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã đầu tư. Trong khi các trung tâm đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này cũng không nhiều, chính vì vậy mà việc đưa hệ thống vào giảng dạy tại trường gặp nhiều khó khăn. Trước tình hình này, với sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Ngọc Phương, người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 (Module Production System)” Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai. 1.2. Mục đích nghiện cứu: Công việc nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS 500 gồm hai mục đích: Trang 4
20. TỔNG QUAN Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, các ứng dụng của hệ thống MPS 500. Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về tự động hóa tại Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai và chuyển giao công nghệ. 1.3. Nhiệm vụ và hạn chế của đề tài: Trước khi nghiên cứu được tiến hành, hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 được điều khiển bởi một chương trình chuẩn do hãng Festo cung cấp. Chương trình chuẩn này viết bằng hai ngôn ngữ lập trình cao cấp cho PLC S7-300 của hãng Siemens là Hi-Graph và SCL (Structure Control Language). Hi-Grap là ngôn ngữ lập trình lập trình dạng đồ họa và SCL là ngôn ngữ lập trình có cấu trúc với các cú pháp lệnh tương tự như ngôn ngữ lập trình Pascal. Chương trình chuẩn này được biên dịch thành ngôn ngữ máy và được nạp vào EFROM của PLC. Người sử dụng không thể xem nội dung, chỉnh sửa hay mở rộng chương trình chuẩn này. Ngoài ra, chương trình chuẩn này còn một số hạn chế là đơn giản, nó chỉ cho người sử dụng tương tác với hệ thống qua các nút nhấn trên bảng điều khiển. Trên thực tế, một hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại rất ít khi chỉ được điều khiển bằng nút nhấn trực tiếp tại hiện trường mà thường phải có khả năng điều khiển từ xa bằng cách sử dụng mạng truyền thông công nghiệp. Đây là mô hình của hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) và hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp hiện nay. Trước tình hình này, người nghiên cứu thực hiện các công việc sau: Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt các trạm trong hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500. Xây dựng được chương trình điều khiển hoạt động cho hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 với các chức năng tương tự như chương trình do Festo cung cấp. Trang 5
21. TỔNG QUAN Xây dựng thêm chức năng điều khiển và giám sát cho trạm trong hệ thống thông qua mạng Internet theo giao thức TCP/IP dựa trên công cụ WinCC 6.2 của hãng Siemens. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 với các phương pháp sau: Lý thuyết: Dựa trên tài liệu gốc của các bộ phận kèm theo Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 mà nhà sản xuất (Công ty Festo) chuyển giao và các tài liệu có liên quan, tìm ra nguyên lý làm việc của từng trạm, từng bộ phận của hệ thống. Thực hành: Thí nghiệm trên hệ thống MPS từ đó rút ra những kinh nghiệm quý báu giữa lý thuyết và áp dụng thực tế. Viết chương trình điều khiển cho các trạm, xây dựng mạng INTERNET, kết nối mạng cục bộ LAN, xây dựng hệ thống SCADA bằng phần mềm WinCC. Trang 6