1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu đề tài: 1.3.1 Mục tiêu kinh tế - xã hội 1.3.2 Mục tiêu khoa học công nghệ 1.4 Nội dung nghiên cứu 10 PHẦN BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 11 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN MƠ HÌNH NHÀ MÁY THƠNG MINH VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 4.0 11 1.1 Cấu trúc hệ thống nhà máy thông minh 11 1.2 Ứng dụng công nghệ 4.0 nhà máy 12 1.3 Lợi ích áp dụng cơng nghệ 4.0 14 1.3.1 Hiệu tài sản 14 1.3.2 Phẩm chất 15 1.3.3 Chi phí thấp 15 1.3.4 An toàn phát triển bền vững 15 CHƯƠNG 2.MELSEC IQ-R MITSUBISHI VÀ MẠNG CC LINK IE FIELD 16 2.1 Tổng quan MELSEC iQ-R Mitsubishi 16 2.1.1 Ưu điểm 16 2.1.2 Cơ sở liệu nội 16 2.1.3 Tốc độ cao đồng hóa 17 2.1.4 Các tính bảo mật nâng cao 17 2.2 Thành phần 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, đếm tốc độ cao 21 2.2.4.1 Mô-đun chuyển động 21 2.2.4.2 Mô-đun định vị 21 2.2.4.3 Mô-đun đếm tốc độ cao 22 2.2.5 2.3 Mô-đun Mạng 22 Tổng quan CC-Link IE Field 23 2.3.1 CC-Link IE Field 24 2.3.2 Tốc độ truyền 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 truyền thông liền mạch 25 2.3.6 Trao đồi liệu theo chu kỳ tạm thời 26 2.4 Mô-đun CC-Link IE Field RJ71GF11-T2 26 CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG MƠ 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 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 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 với CPU 41 3.2.1 Trạm chủ 41 3.2.2 Trạm tớ 42 3.2.3 Trạm tớ 43 3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 44 3.3.1 Thuật tốn chương trình 44 3.3.2 Thuật tốn chương trình 45 3.3.2.1 Trạm chủ 45 3.3.2.2 Trạm tớ 46 3.3.2.3 Trạm tớ 47 3.4 Giao diện giám sát 48 3.5 Mơ hình thực tế 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Các kết đạt đề tài 51 Kiến nghị 52 Tài liệu tham khảo 53 PHỤ LỤC 54 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 liệu nội 17 Hình 2-2 Tính bảo mật cao 17 Hình 2-3 Mơ-đun CPU 18 Hình 2-4 Mơ-đun I/O 19 Hình 2-5 Mơ-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 vịng 28 Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống 29 Hình 3-2 Đầu vào trạm chủ 31 Hình 3-3 Đầu 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 35 Hình 3-7 Đầu trạm tớ 35 Hình 3-8 kết nối biến tần với động PLC 36 Hình 3-9 Mạch điều khiển trạm tớ 36 Hình 3-10 Mạch khí nén trạm tớ 37 Hình 3-11 Đầu vào trạm tớ 39 Hình 3-12 Đầu trạm tớ 40 Hình 3-13 Mạch điều khiển trạm tớ 40 Hình 3-14 Mạch khí nén trạm tớ 41 Hình 3-15 Thiết lập mạng trạm chủ 42 Hình 3-16 Cài trạm tớ 41 Hình 3-17 Cài thơng số Refresh trạm chủ 42 Hình 3-18 Cài đặt mơ-đun mạng trạm tớ 42 Hình 3-19 Cài thơng số Refresh tạm tớ 43 Hình 3-20 Cài đặt mơ-đun mạng trạm tớ 43 Hình 3-21 Cài thơng số Refresh tạm tớ 43 Hình 3-22 Lưu đồ thuật toán hệ thống 44 Hình 3-23 Lưu đồ thuật toán trạm chủ 45 Hình 3-24 Lưu đồ thuật toán trạm tớ 46 Hình 3-25 Lưu đồ thuật toán trạm tớ 47 Hình 3-26 Giao diện giám sát 48 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 Mơ hình thực tế 50 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 PLC trạm chủ 31 Bảng 3-3 Đầu vào PLC trạm tớ 34 Bảng 3-4 Đầu PLC trạm tớ1 34 Bảng 3-5 Đầu vào PLC trạm tớ 38 Bảng 3-6 Đầu PLC trạm tớ 38 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật nhu cầu nâng cao suất sản xuất cải tiến hệ thống sản xuất Các hệ thống tự động hóa cần thiết nhà máy cơng nghiệp đại, góp phần tăng sản lượng chất lượng với ngành sản xuất quy mô lớn Hệ thống bao gồm sản phẩm khí chế tạo máy chất lượng thiết bị điện tự động Để đảm bảo tiêu số lượng chất lượng sản phẩm doanh nghiệp nên đầu tư hệ thống sản xuất tự động hôm Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, từ sản xuất công nghiệp nhẹ đến công nghiệp nặng ngành may mặc, dược phẩm, điện tử, ô tô, xe máy đến dây chuyền sản xuất thực phẩm Cần có cải thiện mạnh mẽ trình sản xuất, nâng cao tính tự động hóa để tạo suất lao động cao đồng thời giảm thiểu rủi ro Toàn hệ thống sản xuất vận hành tự động, điều khiển hệ thống máy trung tâm Mỗi khâu trình sản xuất giám sát, theo dõi để đảm bảo không xảy sai xót q trình xử lý Một nhà máy sản xuất đại, thông minh điều tiên cho công cải cách công nghiệp 4.0 Do yêu cầu vậy, để phục vụ trình sản xuất, thúc đẩy cơng nghiệp – tự động hóa hình thành mục tiêu nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa theo hướng cơng nghiệp I4.0 Tình hình nghiên cứu nước Trong bối cảnh Việt Nam hội nhập sâu rộng vào kinh tế giới với việc hoàn tất nhiều hiệp định thương mại tự quy mô lớn TPP, FTA với EU, liên minh kinh tế Á - Âu , việc tiếp cận thành tựu cách mạng sản xuất tạo công cụ đắc lực giúp Việt Nam tham gia hiệu chuỗi giá trị toàn cầu đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Những cải cách cơng nghệ mang tính đột phá dẫn đến điều kỳ diệu sản xuất suất Về phía Chính phủ, tác động cách mạng này, công tác điều hành Chính phủ Việt Nam có sức mạnh cơng nghệ để tăng quyền kiểm sốt, cải tiến hệ thống quản lý xã hội Song phủ khác giới, Chính phủ Việt Nam ngày phải đối mặt với áp lực phải thay đổi cách tiếp cận để thực sách, quan trọng phải nâng cao vai trò người dân q trình Điều có ý nghĩa Việt Nam tiến vào giai đoạn phát triển quan trọng đòi hỏi đổi mạnh mẽ tư duy, tâm cao Chính phủ nhằm cơng nghiệp hóa, đại hóa Về phía doanh nghiệp, chi phí cho giao thơng thơng tin giảm xuống, dịch vụ hậu cần chuỗi cung ứng trở nên hiệu hơn, chi phí thương mại giảm bớt, tất làm mở rộng thị trường thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Về phía cung ứng, nhiều ngành cơng nghiệp chứng kiến du nhập công nghệ mới, tạo cách hồn tồn để phục vụ cho nhu cầu thay đổi triệt để chuỗi giá trị ngành công nghiệp hoạt động Do doanh nghiệp Việt Nam tiếp cận với công nghệ đại, cải thiện phẩm chất, tốc độ, chuyển giao có giá trị Bên cạnh đó, người tiêu dùng có quyền lợi định minh bạch ngày rõ hơn, quan tâm người tiêu dùng, khuôn mẫu hành vi người tiêu dùng buộc doanh nghiệp phải thích nghi với cách mà họ thiết kế, tiếp thị cung cấp sản phẩm dịch vụ Khi cơng nghệ tự động hóa lên ngôi, họ đối mặt với áp lực cần nâng cao chất lượng, cải tiến đổi dây chuyền cơng nghệ, tuyển nhân lực có lực công nghệ, đồng thời phải đối mặt với cạnh tranh ngày gay gắt doanh nghiệp nước Những điều thực khó khăn bối cảnh doanh nghiệp Việt Nam thua lớn doanh nghiệp nước ngồi cơng nghệ, nhân lực vốn đầu tư Tuy nhiên, CMCN 4.0 lần đặt nhiều thách thức nước phát triển Việt Nam Chính phủ, doanh nghiệp, trung tâm nghiên cứu sở giáo dục Việt Nam cần phải nhận thức sẵn sàng thay đổi có chiến lược phù hợp cho việc phát triển công - nông nghiệp, dịch vụ kinh tế hay nguồn nhân lực thời kỳ Internet vạn vật CMCN 4.0 Mục tiêu đề tài: “Nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa theo hướng cơng nghiệp I4.0 để phục vụ q trình sản xuất, thúc đẩy cơng nghiệp – tự động hóa” 1.3.1 Mục tiêu kinh tế - xã hội - Tăng kinh tế sản xuất , tốc độ tính linh hoạt - Sản xuất công nghiệp đáp ứng yêu cầu khách hàng mức chất lượng cao, đem lại tính linh hoạt mạnh mẽ sử dụng tối ưu nguồn lực - Kết hợp giới vật chất sản xuất với giới ảo công nghệ thông tin Internet - Con người, máy móc, đồ vật hệ thống nối mạng truyền thông thời gian thực - Tất trường hợp chuỗi giá trị kết nối qua công ty hệ thống sản xuất thông minh 1.3.2 Mục tiêu khoa học công nghệ - Thúc đẩy đưa hướng nghiên cứu công nghệ thu thập quản lý liệu sản xuất thiết bị PLC vào nghiên cứu giảng dạy khoa Điện tử nhà trường - Lập trình thuật tốn thơng minh để kết nối giám sát trình hoạt động thiết bị nhằm thực hóa cơng nghệ tạo sản phẩm mang hàm lượng chất xám cao - Ứng dụng hệ thống quản lí sản xuất tự động hóa công nghiệp - Tăng cường kỹ thực hành cho giáo viên học sinh - sinh viên dạy học ngành Điện tử, Điện, Tự động hoá 10 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan mơ hình nhà máy thơng minh - Nghiên cứu tổng quan công nghệ 4.0 nhà máy - Nghiên cứu MELSEC iQ-R, R04CPU hãng Mitsubishi - Nghiên cứu mạng truyền thông CC - Link hãng Mitsubishi - Xây dựng phần mềm lắp đặt phần cứng mơ hình hồn chỉnh - Xây dựng thực hành dựa chức mơ hình 45 3.3.2 Thuật tốn chương trình Trạm chủ Hình 3-23 Lưu đồ thuật tốn trạm chủ 46 Trạm tớ Hình 3-24 Lưu đồ thuật toán trạm tớ 47 Trạm tớ Hình 3-25 Lưu đồ thuật tốn trạm tớ 48 Giao diện giám sát Hình 3-26 Giao diện giám sát Hình 3-27 Giao diện giám sát 49 Hình 3-28 Giao diện giám sát Hình 3-29 Giao diện giám sát 50 Mơ hình thực tế Hình 3-30 Mơ hình thực tế 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết đạt đề tài Đề tài đạt mục tiêu đề nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý sản xuất tự động hóa PLC iQ-R, giám sát điều khiển hệ thống sản xuất nhà máy thông minh, trang bị mơ hình dạy học tự động hóa Khẳng định làm chủ quy trình thiết kế tích hợp hệ thống quản lý sản xuất Với kết Đề tài hồn tồn có khả áp dụng nhà máy, mang lợi ích kinh tế cao việc chủ động q trình sản xuất Ngồi sản phẩm đề tài sử dụng giảng dạy trường Đại học Xây dựng sở lý thuyết công nghệ xây dựng hệ thống quản lý sản xuất Nội dung Đề tài khí, kỹ thuật điều khiển, tự động hóa Hệ thống cơng cụ thí nghiệm sử dụng đào tạo nguồn nhân lực nghiên cứu chuyên sâu theo hướng làm chủ phát triển công nghệ sản xuất tự động hóa  Khả ứng dụng hệ thống đề tài: Sản phẩm sử dụng đào tạo thực tiễn cho sinh viên, học viên cao học ngành tự động hóa, điều khiển điện tử… cần Việt Nam Sản phẩm sử dụng để phục vụ đào tạo nghiên cứu khoa học cho sinh viên ngành điều khiển tự động, ngành điện tử, Điện tử trường Đại học Công nghiệp Hà Nội trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội Và xa ứng dụng cho hệ thống sản xuất nhà máy lớn nước 52 Kiến nghị Nhóm đề tài kiến nghị:  Tạo điều kiện quảng cáo, tuyên truyền quảng bá để ứng dụng hệ thống, hợp tác liên kết nghiên cứu để nâng cấp hệ thống  Tạo điều kiện để nâng cấp hệ thống với tính tiên tiến, đại : kinh phí, sở vật chất, nhân lực chế khuyến khích hợp lý Các hướng phát triển nâng cấp hệ thống: Trang bị thêm thiết bị: servo, cảm biến thơng minh, biến tần để hồn thiện hệ thống quản lý sản xuất tích hợp đầy đủ Hồn tồn ứng dụng cho nhà máy Cải thiện, nâng cấp phần cứng của hệ thống nhằm đáp ứng ứng dụng khác sản xuất linh kiện, sản xuất điện thoại,… 53 Tài liệu tham khảo [1] GT Designer Version Screen Designer Manual [2] Mitsubishi Programmable Controllers Training Mannual MELSEC iQ-R Series Basic Course (for GX Works3) [3] MELSEC iQ-R I/O Module User’s Manual [4] Mitsubishi Programmable Controllers Training Manual MELSEC iQ-R Series Advanced Course (for GX Works3) [5] MELSEC iQ-R CPU Module User's Manual (Application) 54 PHỤ LỤC Chương trình trạm chủ 55 56 Chương trình trạm tớ 57 58 Chương trình trạm tớ 59 ... cho công cải cách công nghiệp 4 .0 Do yêu cầu vậy, để phục vụ trình sản xuất, thúc đẩy cơng nghiệp – tự động hóa hình thành mục tiêu nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ thống quản lý sản xuất tự động. .. hướng cơng nghiệp I4. 0 để phục vụ trình sản xuất, thúc đẩy cơng nghiệp – tự động hóa? ?? 1.3.1 Mục tiêu kinh tế - xã hội - Tăng kinh tế sản xuất , tốc độ tính linh hoạt - Sản xuất công nghiệp đáp... mạng quản lý điều khiển trạm chủ, trao đổi liệu với Hệ thống ứng dụng nhà máy hệ thống quản lý sản xuất tự động, giúp quản lý hệ thống sản xuất nhà máy thông minh nhờ nâng cao xuất sản xuất,