Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng hợp các tài liệu, bài tập, đề thi khoa cơ khí, bộ môn tự động hóa quá trình sản xuất
Mục lục Câu 1: Khái niệm hệ thống sản xuất tự động Hệ thống sản xuất tự động (HTSXTĐ): Là hệ thống tự động trình xử lý thơng tin q trình cơng nghệ q trình sản xuất Trong hệ người khâu quan trọng, thường xun có trao đổi thơng tin người máy Con người làm việc hệ thống để hoạch định mục tiêu đưa định để hệ hướng Chúng ta cần phân biệt hệ thống sản xuất tự động hệ thống điều khiển tự động (HTĐKTĐ) Hệ thống điều khiển tự động hệ thực thao tác cách tự động theo logic chương trình đặt trước (do người đặt trước), khơng có can thiệp người, người đóng vai trò khởi động hệ (trên thực tế PID, PLC MicroProccesor, mạch điều khiển rơle-contắctơ ) Như hệ thống sản xuất tự động bao gồm hệ thống điều khiển tự động, người, hệ thống kho bãi, ngun liệu Q trình trao đổi thơng tin người máy thực theo mơ hình sau: Câu 2: Cấu trúc hệ thống SXTĐ Một hệ thống sản xuất tự động cấu thành từ hay nhiều hệ bao gồm người Cấu trúc hệ thống sản xuất tự động trình bày hình Tất hệ thống tự động hố q trình sản xuất xây dựng hai sở: - Có người phục vụ, thao tác, điều phối (vận hành, điều phối) - Bảo đảm thông tin, bảo đảm kỹ thuật, bảo đảm chương trình Hệ thống tay, bán tự động, tự động hoàn toàn Hệ thống sản xuất tự động thực nhờ trình truyền tin Với hệ thống lớn, lượng thông tin trao đổi người máy nhiều, khơng dùng máy móc hỗ trợ, cần lực lượng đông đảo nhân lực để ghi nhận Cách làm tốn thời gian dễ gây nhầm lẫn Ngày người ta thường dùng máy tính điện tử để ghi nhận xử lý truyền thơng tin (Máy tính đặt văn phòng để lập kế hoạch, báo cáo, xử lý truyền tin thơng thường Máy tính đặt phân xưởng để truyền xử lý thông tin, máy tính đặt dây truyền để điều khiển cục bộ) Nhờ hỗ trợ máy tính thiết bị điều khiển Các hệ thống sản xuất tự động xây dựng mức độ tự động hóa cao, giảm nhẹ sức lao động trí óc chân tay người Câu 3: Mức độ tự động hoá hệ thống SXTĐ Mức độ tự động hoá hệ thống SXTĐ thường chia thành cấp sau: Cấp 1: Là cấp tiếp xúc hệ thống điều khiển QTCN, cấp sử dụng cảm biến, thiết bị đo dùng để thu nhận tin tức từ QTCN cấu chấp hành rơle, động cơ, van dùng để nhận thông tin điều khiển thực lệnh điều khiển Cấp 2: Là cấp điều khiển cục bộ, thực việc điều khiển máy, phận QTCN Các thiết bị điều khiển nhận thông tin QTCN cấp thực thao tác tự động theo chương trình người cài đặt sẵn Một số thông tin QTCN kết công việc điều khiển chuyển lên cấp Cấp thường đặt điều khiển tương tự (P,I,D) điều khiển số Hiện sử dụng phổ biến điều khiển khả trình PLC Cấp 3: Là cấp điều khiển tự động hố q trình cơng nghệ Ở cấp có máy tính phần tử nối mạng để thu nhận thông tin QTCN (từ cấp gửi lên), xử lý thông tin trao đổi thông tin với cấp cao người điều khiển thông qua giao diện Người-Máy Cấp 4: Là cấp tự động hoá trình sản xuất, cấp có máy tính trung tâm để xử lý thông tin q sản xuất mà thơng tin tình hình cung ứng vật tư, ngun liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu thị trường Máy tính trung tâm xử lý khối lượng thông tin lớn, đưa giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn Người điều khiển can thiệp sâu vào trình sản xuất, chí thay đổi mục tiêu sản xuất Cũng cấp 2, cấp sử dụng giao diện Người-Máy mức độ cao với phạm vi điều khiển rộng Câu 4: Vai trò chức hệ thống sản xuất tự động Vai trò: - Nâng cao suất lao động, giảm ổn định giấc giảm giá thành - Cải thiện điều kiện sản suất, người lao động tránh nơi lao động độc hại, nặng nhọc, công việc có tính lặp lặp lại - Cho phép đáp ứng cường độ sản suất cao,có thể sản xuất sản phẩm với số lượng lớn - Cho phép thực chun mơn hố hốn đổi sản xuất Chức năng: Hệ thống sản xất tự động có chức sau - Chức thông tin: Chức thông tin HTSXTĐ nhằm chọn, soạn thảo thu nhận thơng tin (ví dụ: đo lường thơng số q trình, tính tiêu thơng số, tín hiệu trạng thái hệ thống…) Kiểm tra ghi sai số thông số, trạng thái kỹ thuật thiết bị so với ban đầu Phân tích hoạt động bảo vệ thiết bị, ghi nhận trạng thái khơng an tồn, thơng báo trước khả giảm chất lượng sản phẩm, xuất cố Ghi lại q trình cơng nghệ (đồ thị, ảnh) - Chức điều khiển: Chức điều khiển hệ thống SXTĐ để đảm bảo hệ thống có khả chống lại nhiễu loạn trình SX, chọn chế độ hoạt động tối ưu cho máy, tối ưu cho tồn q trình - Chức bổ trợ: Ngồi chức HTSXTĐ có chức bổ trợ đảm bảo an toàn lao động bảo vệ sức khoẻ người vận hành, bảo vệ chống cháy, bảo vệ an tồn chung, bảo vệ mơi trường Mức độ chức phụ thuôc vào mức độ phát triển hệ thống SXTĐ Câu 5: Yêu cầu hệ thống sản xuất tự động Bảo đảm kỹ thuật hệ thống sản xuất tự động Bảo đảm kỹ thuật hệ thống sản xuất tự động toàn tổ hợp thiết bị kỹ thuật cần thiết cho hoạt động hệ thống đảm bảo thực chức hệ thống cần thiết kế Đảm bảo toán kỹ thuật hệ thống SXTĐ cần đảm bảo toán học đảm bảo chương trình: - Đảm bảo tốn học: Tuỳ theo cơng nghệ mà xác định mơ hình tốn học mơ tả hệ thống Dựa vào mơ hình áp dụng tính tốn kỹ thuật điều chỉnh để đảm bảo hệ thống thiết kế thoả mãn số tiêu chất lượng đề - - - Đảm bảo chương trình: HT SXTĐ ln có algorith điều khiển, tập hợp lệnh xác định cần thiết cho việc điều khiển Algorith điều khiển tổ hợp algorith điều khiển có quan hệ với nhau, yêu cầu phải đảm bảo Algorith điều khiển Cấu trúc truyền tin hệ thống SXTĐ Truyền tin đóng vai trò quan trọng xây dựng hệ thống SXTĐ, truyền tin phải đảm bảo yêu cầu sau: Đảm bảo thông tin đầy đủ để thực tất mục tiêu đặt Các tín hiệu mã phải tuân theo tiêu chuẩn Mã thông tin phải đơn giản thích hợp với nơi sản xuất Có khả trao đổi thơng tin với nhiều thiết bị Thơng tin phải đảm bảo tính bảo mật theo yêu cầu Các cấu trúc hệ thống thơng tin hình tia, tuyến tính hình cây: Câu 6: Mơ hình SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) nghĩa hệ thống điều khiển thu thập số liệu hay gọi hệ thống điều khiển giám sát Nó cho phép điều khiển, giám sát hoạt động hệ thống quyền hạn hình điều khiển nhiều chức khác bên ngồi q trình Hệ thống SCADA bao gồm trạm chủ cho việc thu thập thông tin từ thiết bị đầu cuối thông qua thủ tục thu thập số liệu từ phương tiện truyền thông khác Lấy lại thông tin kết hợp với cảnh báo để người điều khiển đưa định xác hồn thành việc điều khiển hệ thống trình SCADA hệ kết hợp phần cứng phần mềm để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển hay nhiều đối tượng SCADA thực số nhiệm vụ sau: -Thu thập thông tin giám sát từ xa lên đối tượng - Điều khiển, điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng - Thông tin từ xa với đối tượng cấp quản lý Các giải pháp hệ SCADA đa dạng cấu trúc (có nhiều biến thể thực tế yêu cầu phân bố chức điều khiển phân bố máy tính, thiết bị) Tuy nhiên lại có cấu trúc tổng quan h.v Một máy tính dùng để điều khiển tồn q trình Trí tuệ tồn hệ tập trung điểm Đây cấu trúc tự động hố thích hợp cho loại máy móc thiết bị vừa nhỏ, đơn giản, đễ thực giá thành lần cho máy tính điều khiển Tuy nhiên cấu trúc có nhược điểm sau: - Công việc nối dây phức tạp, giá thành cao - Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn - Độ tin cậy hệ thống điều khiển phụ thuộc vào thiết bị Để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống người ta thường dùng máy tính dự phòng, nhiên nâng cao giá thành Nhược điểm thứ phần nhược điểm thứ hai khắc phục cách dùng mạng dây dẫn chung gọi BUS TRƯỜNG (field bus) Câu 7: Mơ hình DCS DCS (Distributed Control System) hệ thống điều khiển phân tán, thực ý tưởng giải pháp tích hợp điều khiển có nhiều phòng điều khiển 10 khu vực có khối điều khiển chéo Phân tán việc bố trí Trí tuệ chức theo bề rộng chiều sâu, kết hợp mạng truyền thông thay cho phương pháp dùng dây nối bảng cổ điển Bên cạnh cách sử dụng phương pháp cụm vào chỗ thiết bị chấp hành thông minh, người ta đưa vào máy điều khiển nhỏ (Các điều chỉnh chuyên dụng, vi điều khiển) xuống vị trí gần kề q trình kỹ thuật (hình 9) - Trung tâm điều hành bao gồm: Trạm kỹ thuật (Engineering Station), trạm thao tác (Operator Station), trạm phục vụ (Sevice Station) - Trung tâm điều khiển bao gồm máy tính điều khiển logic khả trình (PLC), máy tính cơng nghiệp (IPC) máy tính phối hợp nối với nối lên trung tâm điều hànhquá trình qua BUS xử lý - Khu vực gần với khu vực kỹ thuật bao gồm điều khiển chỗ vi điều khiển (Micro Controler), điều khiển thu gọn (Compact Controler) cụm vào chỗ, thiết bị cảm biến chấp hành nối lên trung tâm thông qua BUS trường Trong thực tế tuỳ theo tính chất ứng dụng thể loại q trình kỹ thuật mà cấu trúc đơn giản hoá mở rộng thêm 11 12 Câu 8: Mạng truyền thơng SIEMENS Mơ hình mạng truyền thơng để xây dựng hệ thống SXTĐ SIEMENS có cấu trúc mạng sau: Có ba phương pháp nối mạng thiết bị điều khiển hệ thống sản xuất tự động SIEMENS, là: Industrial Ethernet, Profibus va ASInterface 13 Câu 9: Mạng truyền thông OMRON Cũng mạng truyền thông SIEMENS, mạng truyền thông thiết bị điều khiển OMRON phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng Tuy nhiên chúng phân cấp cấp thực xử lý thông tin điều khiển OMRON đưa cấu trúc mạng theo hai chiều ngang dọc hình vẽ: Cấp 0: Là cấp phận thiết bị Sensor, cấu chấp hành, Module khí, trực tiếp tham gia vào q trình sản xuất Cấp 1: Cấp bao quanh thiết bị máy điều khiển số, PLC, Robot công nghiệp, thực chức điều khiển Cấp 2: Điều khiển phối hợp với thiết bị mức Thực việc thích nghi với chức điều khiển thay đổi thiết bị mức Cấp 3: Điều khiển, giám sát hoạt động thiết bị mức Quản lý giới hạn không vùng riêng biệt nhà máy văn phòng Cấp 4: Hợp hoạt động phân tầng với chức tính tốn dự báo trước đặt kế hoạch Các cấp ghép nối hệ thống mạng: SYSMAC BUS, SYSMAC WAY, SYSMAC NET ETHERNET 14 Câu 10: Lớp mạng SYSMAC BUS, SYSMAC WAY, SYSMAC NET Lớp mạng SYSMAC BUS Mạng truyền theo kiểu BUS, kết nối với thiết bị thay đổi Sensor, Actuator hay thiết bị I/O Sử dụng thiết bị CVM1, C200HW (Master), CV-series, C200HC, C200HS (Slave) Mạng có đặc điểm sau: - Phương thức truyền thông kiểu Master-Slave - Kết nối từ 31-63 nút (phụ thuộc thiết bị sử dụng) - Dộ dài mạng 100, 500m 15 - Có khả chuẩn đốn thể lỗi trạm chủ Lớp mạng SYSMAC WAY Có thể thực truyền thơng với máy tính qua cổng truyền thông nối tiếp RS-322, truyền thông trạm chủ mạng theo phương thức Tokenring Sử dụng thiết bị C200H-SLK21-V1, C200H-SLK11 Đặc điểm: - Tốc độ truyền 2Mbps Đường truyền cáp đồng trục cáp quang - Số nút tối đa 63 - Khoảng cách truyền: Tổng cộng 1km (hoặc 10km, 800m nút) - Độ dài liệu 512 byte Lớp mạng SYSMAC NET Đây lớp mạng liên kết trực tiếp máy tính trạm chủ có độ tin cậy cao với khả tự phản hồi tự chẩn đoán lỗi thiết bị mạng Sử dụng thiết bị CV500/1000/2000, CVM1, C1000H, C2000H Đặc điểm : - Tốc độ truyền 2Mbps Đường truyền cáp quang - Số nút tối đa 126 - Khoảng cách truyền 1km (hoặc 3km dùng Repeater) - Độ dài liệu 2K byte - Có khả gửi nhận đệm thông báo (nhận 15(30Kbyte) gửi (2Kbyte) thông báo) Câu 11: Đặc điểm mạng ASI AS-I (Actuator Sensor-Interface) mạng ghép nối phần tử cấp thấp nhất, dùng để ghép nối thiết bị chấp hành, cảm biến Đây cấu trúc mở 16 với mơ hình mạng nhỏ, giá thành hạ, dễ cài đặt sử dụng Mạng AS-I có tính đặc điểm sau: - Đồng tải nguồn liệu, tức nguồn nuôi cho cảm biến, cấu chấp hành liệu truyền chung đường cable hai dây - Có khả truyền bền vững môi trường công nghiệp (đạt tiêu chuẩn IP 67) khơng đòi hỏi cao chất lượng truyền - Các kết nối đơn giản nhỏ gọn - Chỉ sử dụng CPU nhất, slave đặt địa chỉ, tốc độ đường truyền thấp - quản lý 32 slaver Câu 12: Thông số kỹ thuật mạng AS-I Là hệ thống mạng chủ-tớ (Master-Slave): Trạm chủ giao tiếp với trạm tớ theo phương pháp hỏi (polling) Trạm chủ gửi điện có chiều dài 14 bit chờ đợi trạm tớ trả lời (với khoảng thời gian định trước), trạm tớ trả lời với điện có chiều dài bit: Cấu trúc điện: - Các phần tử AS-I slave tích hợp AS-I chip, khơng sử dụng vi sử lý phần mềm, làm cho việc lắp đặt dễ dàng - Khả mở rộng tối đa 31 điểm, 4bit liệu, ghép nối tối đa 124 phần tử đầu vào 124 phần tử đầu - Sử dụng chuẩn truyền RS-485 17 - Có thể truyền liệu cable dây (2x1,5mm 2), với điện áp vi sai lên tới 30V - Cho phép bổ xung nguồn phụ 24 - Chu kỳ quét lớn 5ms - Khoảng cách truyền tối đa 100m (nếu sử dụng Repeater lên tới 300m) - Mạng xây dựng theo cấu trúc hình sao, tuyến tính (daisy-chain, trunk-line/drop-line) hình { - quản lý 32 slave - dung lượng địa 16 byte- input, 16 byte- output - số lượng max địa phần tử : input, output :128 - thơng thường slave có 4-input 4-output } Câu 13: Nguyên lý làm việc mạng ASI - Hoạt động theo phương pháp hỏi đáp - Lệnh gửi master dài 14 bít - Lệnh trả slave dài bít Lệnh gửi: - - S A4 - A I - I P “0” Bít start (mức thấp) “P” Bít điều khiển : 1: mang hàm ý thông số : mang hàm ý điều khiển “A4 - A0” địa “I4 - I0” thơng tin “P” bít kiểm tra “1” end 18 Lệnh trả slave I4 - I P Câu 14: Phương pháp điều khiển mạng ASI - Modul CP giúp kết nối master slave - Các địa modul CP xđ giống với địa vào modul Analog (vào: PIW PQW) Câu 15: Xây dựng mạng AS-I với module truyền thông CP 342-2 - Như biết mạng AS-I hệ thống mạng mở, nhiều nhà sản xuất cung cấp thiết bị chúng tích hợp vào hệ thông mạng Trong phần hướng dẫn thiết lập mạng AS-I sử dụng module truyền thông CP342-2 Siemens - Cấu trúc mạng: 19 Hình 13: Mơ hình mạng AS-I Trong mơ hình bao gồm phần tử: - Nguồn cung cấp 30V: Nguồn cung cấp ghép nối trực tiếp vào đường truyền liệu - Cable nối: Là cable hai dây có vỏ bọc cách điện (khơng cần có vỏ bọc chống nhiễu) để nối tất phần tử mạng - Phần tử AS-I Master: Thiết bị điều khiển toàn hệ thống mạng, cho phép kết nối hệ thống với hệ thống BUS cao cho phép người sử dụng truy nhập vào I/O Slave (việc thực chương trình CPU S7-300 ) - Phần tử AS-I Slave: Có thể sử dụng nhiều phần tử AS-I Slave hãng khác mạng Mỗi phần tử gán địa riêng biệt, dùng thiết bị chuyên dụng để đặt địa cho AS-I Slave thông qua phần tử Master (ghép nối trực tiếp) - Bộ lặp: Cho phép tăng khoảng cách truyền từ 100m lên tới 300m, lặp ghép vào hệ thống mạng trực tiếp đường truyền tín hiệu - Nguồn phụ trợ: Có thể sử dụng thêm nguồn ni phụ dòng yêu cầu tất phần tử Slave lớn 2A Nguồn nuôi nối với phần tử Slave dây riêng - Thiết bị đặt địa PSG: Dùng để gán đại cho trạm Slave 20 Câu 16: Bảng địa slave I I.7 I.6 I.5 I.4 I.3 Q.7 Q.6 Q.5 Q.4 Q.3 64 Slave 65 Slave 66 Slave 67 Slave 68 Slave 69 Slave 10 70 Slave 12 71 Slave 14 72 Slave 16 73 Slave 18 74 Slave 20 75 Slave 22 76 Slave 24 77 Slave 26 78 Slave 28 79 Slave 30 21 I.2 I.1 Q.2 Q.1 Slave Slave Slave Slave Slave Slave 11 Slave 13 Slave 15 Slave 17 Slave 19 Slave 21 Slave 23 Slave 25 Slave 27 Slave 29 Slave 31 I.0 Q.0 CP Q 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 ...Câu 1: Khái niệm hệ thống sản xuất tự động Hệ thống sản xuất tự động (HTSXTĐ): Là hệ thống tự động q trình xử lý thơng tin q trình cơng nghệ q trình sản xuất Trong hệ người khâu quan trọng,... 5: Yêu cầu hệ thống sản xuất tự động Bảo đảm kỹ thuật hệ thống sản xuất tự động Bảo đảm kỹ thuật hệ thống sản xuất tự động toàn tổ hợp thi t bị kỹ thuật cần thi t cho hoạt động hệ thống đảm bảo... thống SXTĐ Một hệ thống sản xuất tự động cấu thành từ hay nhiều hệ bao gồm người Cấu trúc hệ thống sản xuất tự động trình bày hình Tất hệ thống tự động hố q trình sản xuất xây dựng hai sở: -