Chơng 4 - Hệ thống sản xuất linh hoạt Flexible Manufacturing System (FMS) Đào Bá Phong - Bộ môn GCVL và DCCN, Khoa Cơ khí, ĐHBK Hà Nội 4.1. Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt 4.1.1. Khái niệm Hệ thống sản xuất là một chuỗi các quá trình sản xuất gia tăng giá trị làm nhiệm vụ chuyển đổi nguyên vật liệu thành dạng có ích hơn và cuối cùng là tạo ra sản phẩm hàng hoá. Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất đợc điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chơng trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất. Vì vậy hệ thống FMS có thể tự động đặt lại cấu hình để sản xuất các chủng loại sản phẩm khác nhau. Đó là lý do tại sao nó đợc gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt. Khái niệm sản xuất linh hoạt đợc đợc biết đến lần đầu tiên vào năm 1965 khi công ty British firm Molins, Ltd đa ra sản phẩm với tên gọi là System 24. System 24 là một hệ thống FMS thật sự. Tuy nhiên hệ thống này không thể phát triển thêm đợc nữa bởi vì khi đó công nghệ tự động hoá và công nghệ thông tin còn cha phát triển nên không thể hỗ trợ cho sự phát triển của hệ thống này đợc. Khái niệm sản xuất linh hoạt vì vậy bị quên lãng. Tuy nhiên vào những năm cuối thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, cùng với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ thông tin và ứng dụng của công nghệ thông tin trong sản xuất mà sản xuất linh hoạt đã phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc. Hệ thống sản xuất linh hoạt đợc sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ôtô và máy kéo. Nh vậy, một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau: Thiết bị xử lý nh các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot. Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ nh robot, băng truyền, Một hệ thống truyền thông Một hệ thống điều khiển bằng máy tính Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động nh tiện, phay, khoan, và hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính. 4.1.2. Ưu nhợc điểm của hệ thống FMS Một hệ thống sản xuất linh hoạt có những u điểm sau: ắ Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất. ắ Sản xuất đồng thời đợc nhiều loại sản phẩm khác nhau ắ Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất ắ Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả ắ Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động ắ Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau ắ Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn tiếp tục làm việc đợc. Nhợc điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt là giá thành đầu t xây dựng ban đầu thờng rất lớn. Thực tế cho thấy, số lợng nhân công trong hệ thống sản xuất linh hoạt ít hơn nhiều so với hệ thống sản xuất thông thờng. Trong một hệ thống sản xuất linh hoạt, con ngời giữ các vai trò sau: Sửa chữa và bảo dỡng thiết bị Lắp đặt và thay đổi dụng cụ Nhập thông số khởi đầu cho hệ thống Vận hành hệ thống (bật/tắt) Thay đổi một phần hoặc toàn bộ chơng trình điều khiển Phát triển và nâng cấp chơng trình điều khiển 4.1.3. Giới thiệu chung về CIM Ngày nay, bên cạnh khái niệm về hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) còn có một khái niệm khác đó là sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) đợc sử dụng để mô tả một phơng thức sản xuất hiện đại. Mặc dù CIM chứa đựng nhiều công nghệ sản xuất tiên tiến khác nh CAD/CAM/CNC, Robot, nhng nó đợc hiểu với nghĩa là một công nghệ mới nhiều hơn là với một khái niệm mới. Hình vẽ dới đây trình bày những thành phần cơ bản hình thành nên CIM và mối quan hệ giữa chúng. Thiết kế sản phẩm Sản xuất Lập trình cho các máy sản xuất CIM Kế hoạch sản xuất Tiêu thụ Vận chuyển Lu kho Tài chính Tiếp thị Lập quy trình sản xuất Hình 4.1: Nhữn g thành p hần cơ bản của CIM 4.2. Vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống sản xuất linh hoạt 4.2.1. Đặt vấn đề Hiện nay ở các nớc phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt đã và đang đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất ra sản phẩm hàng hoá có chất lợng cao với giá thành hạ. Các hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại sử dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà cụ thể là của bốn lĩnh vực tự động hoá, cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử viễn thông. Sự kết hợp của bốn lĩnh vực này đã hình thành nên một lĩnh vực mới, đó là Cơ điện tử (mechatronics). ứng dụng đợc hệ thống sản xuất linh hoạt trong sản xuất sẽ làm đơn giản hoá hoạt động của con ngời nhng đồng thời vẫn nâng cao đợc hiệu quả sản xuất. Trong một hệ thống sản xuất linh hoạt, phạm vị điều khiển hoạt động của hệ thống không chỉ giới hạn ở các thao tác hay vận hành hệ thống trực tiếp tại xởng máy hay dây chuyền mà đợc mở rộng để có thể điều hành và giám sát mọi hoạt động của nhà máy tại một địa điểm duy nhất gọi là trung tâm điều khiển. Điều này đợc thực hiện nhờ sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Trong mạng truyền thông công nghiệp tất cả các thiết bị đo lờng, điều khiển và chấp hành của hệ thống sản xuất linh hoạt đều đợc kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh. Và hơn thế nữa, nhiều hệ thống sản xuất linh hoạt trong một nhà máy hay thậm chí các nhà máy trong một khu công nghiệp cũng đợc kết nối mạng với nhau để hình thành nên quy mô sản xuất lớn. Qua mạng truyền thông công nghiệp, ngời vận hành hệ thống sẽ điều khiển và giám sát đợc mọi hoạt động của nhà máy. Có thể lấy ví dụ nhà máy sản xuất và lắp ráp ôtô Mitsubisi tại Nhật Bản. Trong nhà máy có rất nhiều dây chuyền lắp ráp để thực hiện nhiệm vụ lắp ráp các chi tiết khác nhau của xe. Nếu không có mạng truyền thông công nghiệp, không thể phối hợp đợc hoạt động của các dây chuyền và dẫn đến năng xuất lắp ráp của nhà máy sẽ rất thấp. Ngoài ra nếu nhà máy không sử dụng mạng truyền thông công nghiệp nh hiện nay thì để điều khiển và giám sát đợc toàn bộ hoạt động của toàn nhà máy cần phải sử dụng lợng nhân công lớn gấp gần 100 lần. Không những thế, hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy còn góp phần làm tăng hiệu quả sản xuất và chất lợng của sản phẩm lên nhiều lần. Nh vậy, một hệ thống sản xuất đợc tích hợp hệ thống điều khiển và giám sát cùng với mạng truyền thông công nghiệp sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các nhà máy và doanh nghiệp. Ví dụ trên đã thể hiện đợc vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống điều khiển nói chung và cụ thể là trong hệ thống sản xuất linh hoạt nói riêng. Do đó khi nghiên cứu hay tìm hiểu về một hệ thống sản xuất linh hoạt, vấn đề điều khiển và giám sát cho hệ thống luôn đợc đặt lên hàng đầu. Phần sau đây trình bày một số khái niệm về điều khiển và giám sát nhằm trang bị cho ngời đọc những kiến thức cơ bản nhất về lĩnh vực này. 4.2.2. Điều khiển và giám sát là gì? Điều khiển và giám sát bao hàm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm đảm bảo các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật nh năng suất, chất lợng, an toàn cho con ngời, môi trờng, Cụ thể là, quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của quá trình kỹ thuật phải đợc điều khiển theo một mô hình cho trớc trong khi có tác động của môi trờng xung quanh, đồng thời ảnh hởng xấu của quá trình kỹ thuật phải đợc giảm thiểu. Mặc dù điều kiển và giám sát là hai nhiệm vụ khác nhau, nhng chúng có quan hệ mật thiết với nhau. Thực tế đòi hỏi điều khiển phải có giám sát và việc giám sát sẽ là vô nghĩa nếu thiếu điều khiển. Vì vậy ta có thể dùng một khái niệm chung là điều khiển giám sát, để phân biệt với khái niệm điều khiển tự động hay điều khiển cơ sở. Vào giai đoạn mới hình thành, do trình độ công nghệ còn hạn chế nên hệ thống điều khiển và giám sát nói chung có cấu trúc rất đơn giản nh hình 4.2 Giai đoạn về sau, dựa trên thực tế sử dụng, sự phân bố chức năng điều khiển và sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã có sự phân hoá và đẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác nhau là: hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc tập trung, hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân quyền, hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán. Trong thực tế tuỳ thuộc vào mục đích và quy mô của ứng dụng mà cần phải lựa chọn mô hình điều khiển và giám sát phù hợp. Hình 4.2: Cấu trúc chung của một hệ điều khiển và giám sát 4.2.3. Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung Phải hiểu từ tập trung ở đây là sự tập trung toàn bộ nhiệm vụ điều khiển và giám sát vào trong một thiết bị điều khiển duy nhất. Một máy tính đợc dùng để điều khiển và giám sát tất cả các quá trình công nghệ khác nhau. Các bộ cảm biến và chấp hành đợc nối trực tiếp theo phơng pháp "điểm với điểm" đến máy tính trung tâm qua các cổng vào/ra. Nh vậy, máy tính trung tâm sẽ thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và sau đó xử lý các dữ liệu này theo chơng trình điều khiển đã đợc lập trình. Các lệnh điều khiển sau đó sẽ đợc máy tính gửi trực tiếp đến các cơ cấu chấp hành hoặc thông qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Vì máy tính phải thực hiện đồng thời cả nhiệm vụ điều khiển và giám sát nên thực tế yêu cầu máy tính phải có tốc độ xử lý rất nhanh và khả năng ghép nối đợc với nhiều loại thiết bị. Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung thích hợp với việc tự động hoá các quá trình công nghệ hay các hệ thống sản xuất linh hoạt vừa và nhỏ vì nó có u điểm là đơn giản, dễ thực hiện và giá thành đầu t cho thiết bị điều khiển và giám sát không lớn. Tuy nhiên, những mặt hạn chế trong cấu trúc tập trung là: Hình 4.3: Cấu trúc điều khiển và g iám sát tậ p trun g Giá thành cao do nối dây điểm với điểm, trực tiếp, phức tạp, Khả năng mở rộng hệ thống rất khó khăn Độ tin cậy kém Năng suất thấp Ngoài ra nhợc điểm lớn nhất của hệ thống này là nếu máy tính điều khiển trung tâm bị hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ngừng hoạt động, gây ảnh hởng lớn đến sản xuất. Nh vậy cấu trúc điều khiển và giám sát theo mô hình tập trung thể hiện tính linh hoạt không cao và vì vậy ít đợc ứng dụng trong thực tế. 4.2.4. Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền khắc phục đợc sự phụ thuộc của cả hệ thống vào một máy tính trung tâm duy nhất và vì thế hệ thống trở nên linh hoạt hơn. Sự "phân quyền" của cấu trúc điều khiển này thể hiện bởi mỗi quá trình công nghệ đợc điều khiển bằng một máy tính và các máy tính này đợc đặt trong cùng một phòng điều khiển. Do các quá trình công nghệ có sự liên quan mật thiết với nhau nên các máy tính điều khiển đợc nối mạng để trao đổi dữ liệu. Trong quá trình điều khiển, mỗi máy tính sẽ thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và sau đó xử lý các dữ liệu này theo chơng trình điều khiển đã đợc lập trình. Các lệnh điều khiển sau đó sẽ đợc máy tính gửi trực tiếp đến các cơ cấu chấp hành hoặc thông qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Với cấu trúc điều khiển và giám sát này, khi một máy tính điều khiển của một dây chuyền sản xuất gặp sự cố thì các dây chuyền khác vẫn hoạt động bình thờng nên không làm ảnh hởng nhiều đến sản xuất của toàn nhà máy. Nhiệm vụ giám sát hệ thống đợc "máy tính phối hợp" hay máy tính trung tâm đảm nhận. Máy tính phối hợp cũng đợc kết nối mạng để có thể trao đổi dữ liệu với các máy tính điều khiển. Ngoài nhiệm vụ giám sát, máy tính phối hợp còn có chức năng thực hiện nhiệm vụ điều khiển chung cho toàn nhà máy trong trờng hợp đặc biệt. Ví dụ nh khi hệ thống gặp sự cố nguy hiểm thì máy tính trung tâm sẽ dừng hoạt động của toàn nhà máy. Tuy có nhiều u điểm hơn cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung nhng cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền vẫn còn tồn tại nhợc điểm là phải sử dụng số lợng lớn dây nối. Để khắc phục nhợc điểm này các nhà nghiên cứu về mạng truyền thông công nghiệp đã xậy dựng hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán. Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển và g iám sát p hân q u y ền 4.2.5. Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán thực hiện việc phân bố chức năng theo cả chiều rộng và chiều sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông để thay thế triệt để cho phơng pháp dùng dây nối cổ điển. Bên trong hệ thống sử dụng các cụm vào/ra tại chỗ và cơ cấu chấp hành có tích hợp công nghệ vi điện tử (hình 4.5) Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán có hai đặc trng nổi bật nh sau: Nghiên cứu dới giác độ của kỹ thuật thông tin thể hiện ở việc xử lý thông tin và lập trình phân tán, không phụ thuộc vào quá trình công nghệ cụ thể, sử dụng kỹ thuật truyền thông công nghiệp, ứng dụng triệt để các công nghệ phần mềm tiên tiến. Hệ thống có kiến trúc mở thể hiện ở khả năng tơng tác giữa các thành phần, khả năng thay thế lẫn nhau của các sản phẩm khác nhau, khả năng mở rộng hệ thống do chính ngời sử dụng, xây dựng giải pháp theo chuẩn quốc tế. Hình 4.5: Cấu trúc điều khiển và g iám sát p hân tán Một hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán gồm có các bộ phận quan trọng sau: Trung tâm điều hành quá trình sản xuất gồm có trạm kỹ thuật ES (Engineering Station), trạm thao tác OS (Operator Station) và trạm phục vụ SS (Server Station). Trung tâm điều khiển gồm có các máy tính điều khiển và các máy tính phối hợp (hay máy tính giám sát) đợc nối mạng với nhau đồng thời kết nối lên trung tâm điều hành quá trình sản xuất thông qua bus xử lý (ví dụ nh Ethernet). Khu vực gần kề với các quá trình kỹ thuật gồm có bộ điều khiển PLC, vi điều khiển (microcontroller), các thiết bị vào ra tại chỗ và các bộ cảm biến và chấp hành. Tất cả các thiết bị này đợc nối lên trung tâm điều khiển thông qua bus trờng (ví dụ Profibus, Interbus, ). Tính u việt của hệ điều khiển phân tán là chỗ khắc phục đợc các nhợc điểm của các cấu trúc khác nh đã trình bày: Giảm giá thành hệ thống: thay thế phơng pháp nối điểm với điểm bằng mạng truyền thông, thời gian lắp đặt nhanh chóng, Tính linh hoạt, độ tin cậy và năng suất đợc nâng cao nhờ xử lý phân tán. Cấu trúc đơn giản, dễ bao quát làm tăng khả năng chẩn đoán, bảo trì và bảo dỡng hệ thống. Nâng cao khả năng tơng tác giữa các thành phần nhờ sử dụng giao diện chuẩn quốc tế. Mở ra một số khả năng ứng dụng mới do có thể tích hợp hệ thống mới và cũ, có khả năng chẩn đoán và định vị lỗi từ xa, dễ dàng kết nối với hệ thống thông tin cấp cao hơn. Trong thời gian gần đây nhờ những tiến bộ vợt bậc trong lĩnh vực đo lờng điều khiển và công nghệ thông tin, các hệ thống điều khiển và giám sát đã có những bớc phát triển nhảy vọt để hình thành nên hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu hoàn chỉnh hơn với tên gọi là SCADA. 4.2.6. Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát, nói cách khác là một hệ thống hỗ trợ con ngời trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thờng. Hệ SCADA hiện đại luôn đi cùng giao diện ngời-máy (Human-Machine Interface, HMI), các hệ thống truy nhập và truyền tải dữ liệu. Một hệ SCADA gồm các thành phần sau: Các trạm điều khiển giám sát trung tâm - Engineering Station (ES) - Opertor Station (OS) - Server Station (SS) Các trạm thu thập dữ liệu trung gian - Remote Terminal Unit (RTU) - Data Collection Unit (DCU) : PLC, PC, I/O Hệ thống truyền thông - Mạng truyền thông công nghiệp. - Mạng viễn thông/truyền tín hiệu đờng dài (vô tuyến, hữu tuyến). - Các thiết bị chuyển đổi, dồn kênh (Modem, Multiplexer) Các công cụ phát triển ứng dụng(Development Tool), chơng trình chạy (Runtime Engine) Các thành phần chức năng của hệ SCADA là: Giao diện ngời-máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác, ) Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp. Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các PLC, các module vào/ra cho các hệ thống bus trờng). Cơ sở dữ liệu quá trình, dữ liệu cấu hình hệ thống. Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện (Event), sự cố (Alarm). Hỗ trợ lập báo cáo và thống kê (Reporting). Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống nh vậy, hệ thống truyền thông đợc chú trọng và phần cứng đợc quan tâm nhiều hơn. Từ những năm gần đây, tiến bộ trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghiệp phần mềm thực sự đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới. Theo xu hớng phát triển hiện đại, trong giải pháp điều khiển phân tán có sẵn hệ thống truyền thông ở cấp dới (bus trờng, bus xử lý) và ở cấp trên (Ethernet). Thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống. Để đánh giá một giải pháp SCADA cần đặc biệt chú ý các vấn đề sau: - Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện, chất lợng của các thành phần đồ hoạ có sẵn. - Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành,cảm biến, các modul Vào/Ra qua PLC hay các hệ thống bus trờng). - Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình. - Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lu giữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting). - Tính năng thời gian và hiệu suất trao đổi thông tin. - Giá thành tổng thể của hệ thống. Có thể hình dung tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công việc chính: xây dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình. Có hai phơng pháp để thực hiện là: Phơng pháp lập trình: là phơng pháp tạo dựng ứng dụng bằng các ngôn ngữ lập trình thông dụng nh Visual C++, Visual basic, Delphi, Việc này đòi hỏi ngời kỹ s phải có trình độ lập trình chuyên sâu. Chỉ riêng việc tạo các biểu tợng thờng thấy trong công nghiệp nh van, đồng hồ, đờng ống, đã mất rất nhiều công sức và thơi gian. Cho dù sử dụng những kỹ thuật lập trình tiên tiến, thì điều không thể tránh khỏi là phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (Compiler). Phơng pháp thứ hai sử dụng những công cụ phần mềm chuyên dụng cho hệ SCADA (gọi là phần mềm SCADA). Phơng pháp này thể hiện tính u việt ở ngay tính chuyên dụng của nó. Các công cụ này có sẵn th viện thành phần cho việc xây dựng giao diện ngời-máy, cũng nh các phần mềm kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu thông dụng. Để đơn giản hoá việc tạo dựng, xu hớng hiện nay là kết hợp phơng pháp lập trình trực quan với một ngôn ngữ script thông dụng (tơng tự việc soạn thảo văn bản). Đi xa hơn nữa, một số công cụ cho phép ta sử dụng các biểu tợng, ký hiệu đồ họa để xây dựng giao diện ngời-máy, đồng thời biểu diễn sự liên quan logic giữa các thành phần của chơng trình dới dạng các khối chức năng. Thực tế hiện nay các công cụ chuyên dụng để tạo dựng nên các hệ thống SCADA đợc sử dụng phổ biến là: WinCC (Siemens), Genesis32 (Iconics), Fix (Intellution), Lookout (Nationnal Intruments), là những sản phẩm của các hãng nổi tiếng trong công nghiệp. Trong phần 5 của giáo trình, phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI (Human Machina Interface) rất mạnh của hãng SIEMENS là WinCC (Window Control Center) sẽ đợc giới thiệu. Để giúp ngời đọc có thể hiểu rõ và có cái nhìn trực quan về hệ thống sản xuất linh hoạt, trong phần sau của giáo trình một hệ thống sản xuất linh hoạt hoàn chỉnh sẽ đợc giới thiệu và phân tích. Đó là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 mô phỏng cho một nhà máy lắp ráp động cơ ôtô. [...]...4.3 Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 4.3.1 Giới thiệu chung Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 là một dây chuyền sản xuất do hãng FESTO (CHLB Đức) chế tạo Đây là quà tặng của chính phủ Đức cho trờng ĐHBKHN để phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên khoa Cơ Khí Hệ thống FMS-50 gồm có 6 trạm: trạm phân phối phôi (Distribution Station);... Hình 1.17: Trạm phân loại sản phẩm Trạm phân loại sản phẩm là trạm cuối cùng trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 Trạm này thực hiện nhiệm vụ phân loại sản phẩm dựa vào sự khác biệt về màu sắc và vật liệu của sản phẩm Trong thực tế, các hệ thống với chức năng nh của trạm phân loại sản phẩm đợc sử dụng rất nhiều trong công nghiệp Trên trạm phân loại sản phẩm cũng có các thiết bị nh của các trạm khác... nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 sử dụng rất nhiều loại cảm biến khác nhau để kiểm tra màu sắc, vật liệu, kích thớc và vị trí của phôi và sản phẩm trong hệ thống Cảm biến tiếp cận quang học đợc sử dụng để phát hiện màu sắc của phôi và sản phẩm đồng thời cũng đợc sử dụng để phát hiện sự có mặt của phôi và sản phẩm Cảm biến tiếp cận quang học sử dụng nguyên... loại sản phẩm Quá trình hoạt động của trạm phân loại sản phẩm nh sau: Khi sản phẩm đợc trạm lấy sản phẩm chuyển đến, một cảm biến tiếp cận quang học đặt trên trạm phân loại sẽ phát hiện có tồn tại sản phẩm và gửi tín hiệu thông báo về bộ điều khiển PLC Bộ điều khiển cho phép băng tải trên trạm hoạt động để đa sản phẩm đến vị trí đặt các cảm biến phân loại sản phẩm Chốt chặn sẽ đợc tác động để dừng sản. .. gắp sản phẩm và đi lên sau khi đã gắp xong Sau đó PLC sẽ điều khiển "xylanh-piston chuyển sản phẩm" đi sang phải đến vị trí của trạm phân loại sản phẩm "Xylanh-piston gắp sản phẩm" sẽ đi xuống để thả sản phẩm và đi lên sau khi đã thả xong Kết thúc chu trình, cả "xylanh-piston gắp sản phẩm" và xylanh-piston chuyển sản phẩm" trở về vị trí ban đầu 4.3.7 Trạm phân loại sản phẩm Hình 1.17: Trạm phân loại sản. .. Trạm băng tải tiếp tục đa sản phẩm đến trạm lấy sản phẩm Trạm lấy sản phẩm đa sản phẩm đến trạm phân loại và tiến hành phân loại thành ba sản phẩm khác nhau trên cơ sở phân biệt sự khác nhau về màu sắc (đỏ, đen, trắng); sự khác nhau về vật liệu (nhôm, nhựa) Trạm phân loại sản phẩm Trạm lấy sản phẩm Trạm kiểm tra phôi Băng chuyền Trạm phân phối phôi Hình 4.6: Sơ đồ của hệ thống FMS-50 Trạm Robot Lắp... dụng trong hệ thống là các van khí nén điện từ đợc điều khiển bởi tín hiệu điện; hệ thống Xylanh-Piston đợc điều khiển bởi các van khí nén điện từ Hệ thống hoạt động theo chu trình sau: trạm phân phối chuyển phôi sang trạm kiểm tra Tại đây phôi đợc kiểm tra về màu sắc và chiều cao Phôi đạt yêu cầu sẽ đợc đa tới trạm băng tải và sau đó tới trạm lắp ráp Tại trạm này phôi đợc robot lắp ráp thành sản phẩm... đỏ, sản phẩm có vỏ bọc bằng nhôm màu trắng và sản phẩm có vỏ bọc bằng nhựa màu đen Cảm biến tiếp cận quang học Cảm biến tiếp cận điện cảm 0 0 Sản phẩm có vỏ bọc bằng nhựa màu đen 0 1 Không sử dụng 1 0 Sản phẩm có vỏ bọc bằng nhựa màu đỏ 1 1 Sản phẩm có vỏ bọc bằng nhôm màu trắng Kết quả phân loại 4.3.8 Các cảm biến đo lờng của hệ thống FMS-50 Trong các hệ thống đo lờng và điều khiển, mọi quá trình đều... của xylanh-piston gắp sản phẩm có nhiệm vụ gắp sản phẩm từ các giá mang phôi đặt trên băng tải và thả sản phẩm tại một vị trí định trớc trên trạm phân loại Trên tay kẹp sản phẩm có đặt một cảm biến quang để phát hiện sự tồn tại của sản phẩm - Xylanh - piston gắp sản phẩm: Cơ cấu chấp hành này nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển PLC để gắp sản phẩm từ các giá mang phôi và thả sản phẩm xuống trạm... lấy sản phẩm Hình 1.14: Trạm lấy sản phẩm Trạm lấy sản phẩm có nhiệm vụ chuyển các sản phẩm đã đợc lắp ráp hoàn thiện từ các giá mang phôi trên băng tải đến trạm phân loại sản phẩm Trên trạm lấy sản phẩm cũng có các thiết bị nh của các trạm khác là: bộ lọc khí và điều áp, bộ phân phối điện, cụm van phân phối Ngoài ra trên trạm còn có các thiết bị đo lờng, điều khiển và chấp hành sau: - Tay kẹp sản . nhợc điểm của hệ thống FMS Một hệ thống sản xuất linh hoạt có những u điểm sau: ắ Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất. ắ Sản xuất đồng thời đợc nhiều loại sản phẩm khác. của hệ thống sản xuất linh hoạt là giá thành đầu t xây dựng ban đầu thờng rất lớn. Thực tế cho thấy, số lợng nhân công trong hệ thống sản xuất linh hoạt ít hơn nhiều so với hệ thống sản xuất. quan về hệ thống sản xuất linh hoạt, trong phần sau của giáo trình một hệ thống sản xuất linh hoạt hoàn chỉnh sẽ đợc giới thiệu và phân tích. Đó là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 mô phỏng