Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật cơ điện tử design and develop control monitoring and communication systems for automatic production lines with industrial robots

Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật cơ điện tử thiết kế và phát triển hệ thống điều khiển, giám sát cho dây chuyền sản xuất tự động với robot công nghiệp.

• Tác giả: Tang Nghe Quang Huy
• Người hướng dẫn: Master Tuong Phuoc Tho
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechatronics Engineering Technology
• Đề tài: Design and develop control, monitoring and communication systems for automatic production lines with industrial robots
• Loại tài liệu: graduation thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• THE COMMITMENT
• THANK YOU!
• PROJECT SUMMARY
• 1. CHAPTER 1: OVERVIEW AND THEORICAL BASIS
• 1.1. Introduction to modern production lines, control, monitoring, maintenance and repair
• 1.2. Programmable Logic Controllers (PLCs)
• 1.3. Industrial communication network
• 1.4. Industrial Robot
• 2. CHAPTER 2: MECHANICAL DESIGN
• 2.1. Overall about the system
• 2.2. Hardware connection of PLC Siemens S7-1200 1214C AC/DC/RLY and inverter SINAMICS V20
• 2.3. Bottle supply and classification station
• 2.4. Transporting defective bottle station
• 2.5. Box supply station
• 3. CHAPTER 3: MONITORING CONTROLLER DESIGNATION
• 3.1. Overview of connection and communication of automatic production line system
• 3.2. PROFINET for IRC5
• 3.3. Information about the Internal device
• 3.4. Information about the internal controller
• 3.5. Software for configuring a device
• 3.6. Running Indicator Lights
• 3.7. Webserver communication PLC
• 3.8. Software that supports Webserver programming
• 3.9. Overview of necessary modules to support programming
• 3.10. Transmit data, establish connection between Webserver and PLC
• 3.11. Website structure and interface
• 4. CHAPTER 4: RESULTS AND EXPERIMENTS
• 4.1. Control system components and hardware station
• 4.2. Robot monitoring and control interface via HMI
• 4.3. Webserver PLC communication via Internet (Localhost)
• 4.4. Basic steps and notes when communicating between Robot and PLC

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điều khiển và giám sát sản xuất tự động

Hệ thống điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản xuất tự động với robot công nghiệp đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành công nghiệp hiện đại. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần như cảm biến, bộ điều khiển lập trình (PLC), và robot công nghiệp, tất cả đều hoạt động đồng bộ để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

1.1. Các thành phần chính trong hệ thống tự động hóa

Hệ thống tự động hóa bao gồm các thành phần như cảm biến, PLC, và robot công nghiệp. Cảm biến giúp thu thập dữ liệu về trạng thái sản xuất, trong khi PLC thực hiện các lệnh điều khiển dựa trên dữ liệu này. Robot công nghiệp thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, giúp giảm thiểu sai sót và tăng năng suất.

1.2. Lợi ích của việc áp dụng công nghệ tự động hóa

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí lao động, tăng cường độ chính xác và ổn định trong quy trình sản xuất. Hệ thống giám sát cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

II. Thách thức trong việc triển khai hệ thống điều khiển tự động

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc triển khai hệ thống điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản xuất tự động cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu về kỹ thuật và đào tạo nhân lực là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống

Chi phí đầu tư cho hệ thống tự động hóa có thể rất cao, bao gồm chi phí mua sắm thiết bị, lắp đặt và bảo trì. Do đó, các doanh nghiệp cần có kế hoạch tài chính rõ ràng để đảm bảo khả năng duy trì hệ thống trong thời gian dài.

2.2. Yêu cầu về kỹ thuật và đào tạo nhân lực

Việc triển khai hệ thống tự động hóa đòi hỏi nhân viên phải có kiến thức chuyên môn cao. Do đó, các doanh nghiệp cần đầu tư vào đào tạo và phát triển kỹ năng cho nhân viên để họ có thể vận hành và bảo trì hệ thống một cách hiệu quả.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất với robot công nghiệp

Để tối ưu hóa quy trình sản xuất, việc áp dụng các phương pháp hiện đại như Internet of Things (IoT) và hệ thống SCADA là rất cần thiết. Những công nghệ này giúp kết nối và giám sát các thiết bị trong dây chuyền sản xuất một cách hiệu quả.

3.1. Ứng dụng IoT trong sản xuất tự động

Internet of Things (IoT) cho phép các thiết bị trong dây chuyền sản xuất kết nối và giao tiếp với nhau. Điều này giúp thu thập dữ liệu theo thời gian thực, từ đó cải thiện khả năng ra quyết định và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.2. Hệ thống SCADA trong giám sát sản xuất

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) cho phép giám sát và điều khiển các quy trình sản xuất từ xa. Hệ thống này cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng hoạt động của thiết bị, giúp phát hiện và xử lý sự cố kịp thời.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển trong sản xuất

Hệ thống điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản xuất tự động đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất thực phẩm đến sản xuất linh kiện điện tử. Những ứng dụng này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

4.1. Ví dụ về ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

Trong ngành sản xuất thực phẩm, hệ thống tự động hóa giúp đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra liên tục và an toàn. Các cảm biến và robot công nghiệp được sử dụng để kiểm soát chất lượng và đóng gói sản phẩm một cách hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử

Trong sản xuất linh kiện điện tử, hệ thống điều khiển tự động giúp giảm thiểu sai sót và tăng cường độ chính xác. Robot công nghiệp thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp và kiểm tra, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản xuất tự động với robot công nghiệp đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể trong quy trình sản xuất và quản lý.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ tự động hóa

Công nghệ tự động hóa đang phát triển nhanh chóng với sự xuất hiện của các giải pháp mới như trí tuệ nhân tạo và học máy. Những công nghệ này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.

5.2. Tác động của tự động hóa đến thị trường lao động

Mặc dù tự động hóa mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đặt ra thách thức cho thị trường lao động. Cần có các chính sách hỗ trợ để giúp người lao động thích nghi với sự thay đổi này và phát triển kỹ năng mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MAJOR: MECHATRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN AND DEVELOP CONTROL, MONITORING AND COMMUNICATION SYSTEMS FOR AUTOMATIC PRODUCTION LINES WITH INDUSTRIAL ROBOTS INSTRUCTOR: TUONG PHUOC THO STUDENT: TANG NGHE QUANG HUY DANG QUOC DUNG Ho Chi Minh city, July 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION ----------------------------- HIGH QUALITY TRAINING PROGRAM PROJECT OF GRADUATION THESIS REPORT TOPIC: “Design and develop control, monitoring and communication systems for automatic production lines with industrial robots ” Instructor: MASTER TUONG PHUOC THO Students: Tang Nghe Quang Huy 20146255 Dang Quoc Dung 20146234 Course: 2020 – 2024 Ho Chi Minh City, July 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – Freedom – Happiness FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING GRADUATION PROJECT REGISTRATION FORM Instructor: MASTER TUONG PHUOC THO Students: Tang Nghe Quang Huy 20146255 Dang Quoc Dung 20146234 Course: 2020 – 2024 1. Topic: Design and develop control, monitoring and communication systems for automatic production lines with industrial robots. Original data, documents, hardware: - Robot ABB - PLC S7-1200 - PLC S7 -1500 - SIEMENS Inverter - Bottled water production line 3. Main content of the project: - Surveying the automatic water production line, adjusting the mechanisms in the line.

- Learn the communication protocol between controllers, monitors and communications. - Develop operation and maintenance procedures, programming and running experiments. Expected products: - Automatic production line system. - 01 Practice guide set.

- 01 Video simulates the operating process. - 01 Summary report book. Project delivery date: February 1st, 2024 6. Project submission date: July 1st, 2024 7.

Presentation language: The report: English  Vietnamese  The present : English  Vietnamese  INDUSTRY HEAD INSTRUCTOR PROJECT EXECUTION TEAM (Sign and write full name) (Sign and write full name) (Sign and write full name) 1 THE COMMITMENT - Topic : “ Design and develop control, monitoring and communication systems for automatic production lines with industrial robots.” - Instructor: MASTER TUONG PHUOC THO Name ID Class Phone numbers Tang Nghe Quang Huy 20146255 20146CLA2 0913628080 Dang Quoc Dung 20146234 20146CLA2 0971818178 - Student address: No. 1 Vo Van Ngan, Linh Chieu Ward, Thu Duc City, Ho Chi Minh. - Graduation project submission date: July 1st, 2024 - Commitment: "We hereby declare that this graduation project is a project researched and implemented by ourselves. We do not copy any published articles without citing the original source.

If there is any violation, we take full responsibility." Ho Chi Minh city, July 1st, 2024 (Sign and write full name) 2 THANK YOU! Dear our teachers, First, we want to express our deep gratitude to our parents for their great contributions in giving birth and raising us. Parents are always the ones who create the best conditions for us to discover our passions and inspire us in life. That's why we can study and grow more at the school we dream of studying “Ho Chi Minh City University of Technology and Education”. Having spent four years on the University journey, we would like to sincerely thank the school's Board of Directors and the teachers who taught us at Ho Chi Minh City University of Technology and Education, especially the international faculty.

With all the love, enthusiasm, and dedication, supporting us in all aspects, creating conditions for us to study and research our major. We are grateful to our teachers who are always shining examples to guide us, always accompanying us, steering the boat of our dreams and supporting us on every journey. To successfully complete this graduation project, in addition to our own efforts, we would like to express our deep gratitude to Mr. Tuong Phuoc Tho for being close, enthusiastic in instructing, and enthusiastically sharing professional knowledge, subjects and valuable experiences to us.

Not only that, but he also always inspired us throughout the process of being taught and guided by him. Finally, we tried very hard to complete the project, despite the limitations in time and work experience. Our group could not avoid shortcomings. We look forward to receiving sincere opinions and comments from teachers.

The teachers' comments are extremely important to help us improve and expand our knowledge. We will appreciate and be grateful to receive good advice and honest comments from our teachers. Finally, we wish our teachers good health and always be the torch that lights up the dreams of generations of students, creating inspiration and enthusiastic energy for future generations. We sincerely thank you! 3 PROJECT SUMMARY DESIGN AND DEVELOP CONTROL, MONITORING AND COMMUNICATION SYSTEMS FOR AUTOMATIC PRODUCTION LINES WITH INDUSTRIAL ROBOTS.

Automation in manufacturing is rapidly advancing, and there are opinions suggesting that the robust development of automation today will replace human labor in certaine industrie. However, others point out that automation will allow for better quantity and quality of products, making them more stable. It can be said that the automation of production is the application of machinery to perform tasks that were traditionally carried out by human labor or were impractical for humans to perform. The industrial revolution is where automation truly flourished, coupled with the development and innovation of technologies during this period, paving the way for the rise and dominance of factories.

Many fields have implemented automation systems in areas such as manufacturing, management, services, and even in daily life. With the advancement of science, technology, and automation today, automated water bottle production lines have become indispensable allies for companies and businesses. The application of modern advanced engineering technologies and fully enclosed production lines ensures absolute food safety and hygiene. Hence, the specific goal of the team is to build and design a project with the aim of upgrading the control system and monitoring applications into the automated production and packaging system for water bottles.

Track and monitor the water bottle line via the Internet or industrial network, promptly maintain and adjust the performance of parts and lines to optimize the system. The graduation project report includes 4 chapters : CHAPTER 1: Introduction to modern production lines, control, monitoring, maintenance and repair CHAPTER 2: Mechanical design CHAPTER 3: Design of monitoring and control system CHAPTER 4: Result and experiment 4 TABLE OF CONTENTS GRADUATION PROJECT REGISTRATION FORM. 4 CHAPTER 1: OVERVIEW AND THEORICAL BASIS. Introduction to modern production lines, control, monitoring, maintenance and repair .1 Programmable Logic Controllers (PLCs) .2 Industrial communication network.

13 CHAPTER 2: MECHANICAL DESIGN. Overall about the system. Hardware connection of PLC Siemens S7-1200 1214C AC/DC/RLY and inverter SINAMICS V20. Bottle supply and classification station.2 Transporting defective bottle station.

Box supply station. 40 CHAPTER 3: MONITORING CONTROLLER DESIGNATION. Overview of connection and communication of automatic production line system. PROFINET for IRC5.

Information about the Internal device. Information about the internal controller. Software for configuring a device. Running Indicator Lights.

Webserver communication PLC. Software that supports Webserver programming. Overview of necessary modules to support programming:. Transmit data, establish connection between Webserver and PLC.

Website structure and interface. 70 CHAPTER 4: RESULTS AND EXPERIMENTS. Control system components and hardware station. Robot monitoring and control interface via HMI.

Webserver PLC communication via Internet (Localhost). Basic steps and notes when communicating between Robot and PLC. 89 6 TABLE OF FIGURES Figure 1: PLC Components .1: Extended coordinate systems .3: Cartesian coordinate system robot.4: Cylindrical coordinate robot .5: Spherical coordinate robot. 16 Figure 2: The water bottle system .1: PLC Siemens S7-1200 1214C AC/DC/RLY .2: Module SB 1232, AQ 1x12bit.3: Sensor E18-DS30PA.5: Cylinder JELPC DN20x75/DN16x125 .6: Cylinder JELPC TN16x150 .7: Cylinder JELPC TN20x75 .8: Solenoid Valve JELPC J4V210-08 .9: HMI Samkoon SK-102HS .13: Electromagnetic Brake Induction Motor 41K25GN-SWM .14: Cylinder PVN MAL32x100 .15: PLC circuit connection .16: General diagram of the inverter .17: Source wiring diagram PNP .18: Source wiring diagram NPN.

19: Bottle supply and classification station (Station 1) .20: HMI screen interface of station 1 .21: General block diagram station 1 .22: Circuit diagram station 1 .23: Transporting defective bottle station (Station 2) .24: HMI screen interface of station 2 .25: General block diagram station 2 .26: Circuit diagram station 2. 27: Box supply station (Station 3) .28: HMI screen interface of station 3 .29: General block diagram station 3 .30: Circuit diagram station 3 .32: HMI screen interface of station 4 .33: General block diagram station 4 .34: Circuit diagram station 4 .1: Communication overview diagram of water bottle packaging line .2: PLC connection diagram.3: PLC connection diagram with HMI .4: Relationship between PLC and station signals .5: The connection hardware interface of the ABB IRB-1200 Robot includes wire ports .6: LAN 3 is a Isolated Network.7: By connecting to the isolated LAN 3 port it is possible to connect several robot controllers to a dedicated industrial network.8:Inser and download file GSDML from Robot.9: This example illustrates the structure from topic, down to arguments (also called action values).10: PROFINET communication between PLC and ABB IRB-1200 Robot.11: Overview of the structure of the HMI screen.12: Power supply part for HMI screen .13: LCD display screen and Indicator light of HMI Screen .15: Indicator light's purpose is to display signals for users to easily monitor 63 Figure 3.16: General diagram of PLC receiving and sending signals from HMI SKTOOL screen .17: General diagram of PLC communication on the website .18: Select New terminal and we get its interface .19: Grant full access rights to PLC.20: Select Permit PUT/GET to let the PLC authorize the third party connection .21: Uncheck Optimized block access .22: It should be noted that places such as port, host and slot will change accordingly depending on the connected PLC .23: The basic interface monitors the PLC's data from MySQL .1: Line control and operation diagram.2: Station 1 bottle sorting and transport station .3: Robot IRB – 120 take charge of picking up water bottles .4: Station 3 boxes pushing station .5: Station 4 for fixing and gluing boxes to produce finished products .6: ABB IRB - 1200 robot is used to pick up boxes and transport them .7: Main power Station with PLC S7-1500.8: HMI interface screen for communication between PLC and Robot along with I/O system parameters .9: The green ticks let us know that the communication connection between the robot and PLC has been successful .10: To start communication between PLC and Robot, we need to switch from the Robot's Manual state to Auto .11: Results and experiments after completing connection with Robot device .12: I/O Signals Robot equivalent to PLC data types .13: Results and operations after successfully packaging and picking up the product .14: Station monitoring and control website includes system I/O signals.15: Station control monitoring website with time tracking .16: Sql data block triggered program .17: Dashboard data time at MYSQL Workbench .1: FlexPendant file explorer .2: Choose Robot internal device .3: PLC connect subnet with RobotBasicIO module .4: I/O system – New Industrial network .5: Restart Robot to upload data .7: Add IP Address and Subnet with Interface LAN3 .8: Type of internal device with description .9: Choose the appropriate internal device .10: PN_Internal_Device Module DI/DO 64 .11: DO Signal Robot.12: DI Signal Robot .13: Choose the appropriate DI/DO module for internal devices .14: Assign PROFINET device name to connect with PLC. 96 10 CHAPTER 1: OVERVIEW AND THEORICAL BASIS 1. Introduction to modern production lines, control, monitoring, maintenance and repair In today's context of advancing technological developments, the specific application of these technologies, such as communication systems, for various purposes and industries to meet production needs or automation is crucial and essential.

The production and packaging line for bottled water is no exception, employing a closed and continuous operation system to ensure the production of products with stable quality and hygienic safety.