CHƯƠNG 1. Hệ thống MPS (Modular Production System) Hệ thống MPS là hệ thống các thiết bị mô phỏng dây chuyền lắp ráp tự động xi- lanh khí nén được thể hiện theo sơ đồ sau: TRẠM ĐỘT DẬP TRẠM TRẠM TRẠM TRẠM TRẠM TRẠM TRẠM TRẠM PHÂN KIỂM GIA TAY TRUNG ROBOT LẮP PHÂN PHỐI TRA CÔNG GẮP GIAN GHÉP LOẠI Hình 1. Sơ đồ bố trí các trạm trong hệ thống MPS Chức năng các trạm trong hệ thống MPS: - Trạm Phân phối (Hình 1.2): Tách các chi tiết gia công khỏi ổ chứa; Vận chuyển các chi tiết gia công bằng cơ cấu dẫn động quay và giác hút. - Trạm kiểm tra (Hình 1.3): Xác định các đặc tính vật liệu hoặc màu sắc của chi tiết; Kiểm tra chiều cao của chi tiết; Thực hiện loại bỏ chi tiết không đạt, và cho chi tiết đạt yêu cầu sang trạm kế tiếp.
- Trạm gia công (Hình 1.4): Nhận chi tiết và vận chuyển các chi tiết đến vị trí kiểm tra, gia công, trạm kế tiếp; Thực hiện việc kiểm tra trạng thái chi tiết trên mâm quay; Thực hiện chu trình khoan (mô phỏng một quá trình gia công). - Trạm tay gắp (Hình 1.5): Phân loại theo màu sắc của chi tiết; Gắp và thả chi tiết vào đúng vị trí yêu cầu; Vận chuyển chi tiết đến đúng vị trí yêu cầu. - Trạm trung gian (Hình 1.6): Vận chuyển chi tiết; Điều tiết lượng chi tiết qua trạm robot. - Trạm robot (Hình 1.7): Lắp ráp các chi tiết (vỏ xi-lanh, lò xo, pit-tông, nắp) thành sản phẩm hoàn thiện (xi-lanh).
- Trạm lắp ráp (Hình 1.8): Kho chứa và cung cấp các chi tiết (lò xo, pit-tông, nắp) cho trạm robot lắp ráp. - Trạm đột dập (Hình 1.9): Mô phỏng qui trình dập nắp xi-lanh. - Trạm phân loại (Hình 1.10): Phân loại các chi tiết dựa vào đặt tính màu sắc, vật liệu; Vận chuyển đến vị trí chứa tương ứng với từng loại. Trạm phân phối (Distribution) [1] Hình 1.
Trạm kiểm tra (Testing) [1] Hình 1. Trạm gia công (Processing) [1] Hình 1. Trạm tay gắp (Handling) [1] Hình 1. Trạm trung gian (Buffer) [1] Hình 1.
Trạm Robot [1] Hình 1. Trạm lắp ráp (Assembly) [1] Hình 1. Trạm đột dập (Punching) [1] 4 Hình 1. Trạm phân loại (Sorting) Hệ thống MPS mô phỏng dây chuyền lắp đặt xi-lanh khí nén, xi-lanh khí nén này gồm 4 chi tiết: vỏ xi-lanh, nắp xi-lanh, pit-tông và lò xo (Hình 1.
Vỏ xi-lanh có 3 loại (Hình 1.12): màu đen, màu đỏ và kim loại với đường kính 40mm, chiều cao 22. Các chi tiết lắp ráp xi-lanh Hình 1. Vỏ xi-lanh 1. Trạm phân loại (Sorting Station) [2] 1.
Mô tả Trạm phân loại gồm băng tải vận chuyển phôi và các cơ cấu gạt bằng khí nén thực hiện phân loại các phôi vào ba máng trượt. Trạm sử dụng cảm biến quang để phát hiện có phôi đầu băng tải, khi phát hiện có phôi được đặt vào thì vòng chương trình phân loại của trạm bắt đầu hoạt động. Phôi trên băng tải bị chặn lại bởi cữ chặn khí nén để module nhận dạng thực hiện nhận dạng phôi (màu đen, màu đỏ, kim loại). Mỗi loại phôi sẽ được đưa vào các máng trượt khác nhau nhờ vào các thanh gạt phôi được điều truyền động bởi các xi-lanh.
Trên mỗi xi-lanh đều các cảm biến từ trường nhận biết hành trình nó. Ở đầu máng trượt được lắp cảm biến quang phả xạ gương nhận biết phôi đã rơi xuống máng hoặc nhận biết máng đã đầy phôi. Chức năng: - Phân loại các phôi dựa vào đặc tính (mức độ phản xạ ánh sánh, loại vật liệu) 5 1. Thành phần chính Module băng tải Hình 1.
Module băng tải Module băng tải có chiều dài 350mm, vận chuyển được phôi có đường kính 40mm. Băng tải được dẫn động bằng động cơ điện một chiều có hộp số, độ căng băng tải được điều chỉnh thông qua bu- loong gắn bên cạnh trục động cơ. Module nhận dạng (a) (b) Hình 1. Module nhận dạng (a) Cảm biến điện cảm và đầu sợi quang lắp trên băng tải; (b) Cảm biến sợi quang Module nhận dạng có chức năng nhận biết được ba loại phôi (kim loại, màu đỏ, màu đen) trong điều kiện vị trí phôi được giữ ổn định trong suốt quá trình nhận dạng, phôi chỉ được tiếp tục di chuyển sau khi có kết quả.
Module nhận dạng bao gồm cảm biến điện cảm và cảm biến sợi quang dạng khuếch tán. Cảm biến điện cảm nhận biết được các loại vật liệu kim loại, cảm biến sợi quang khuếch tán được cài đặt ngưỡng để không nhận biết được vật thể có màu đen (cường độ ánh sáng phản xạ thấp). Trạng thái ngõ ra của hai cảm biến tương ứng với từng loại phôi như sau: Bảng 1. Trạng thái cảm biến phân loại phôi Cảm biến quang Cảm biến điện cảm Loại phôi 0 0 Phôi màu đen 1 0 Phôi màu đỏ 1 1 Phôi kim loại 6 Module rẽ nhánh Module rẽ nhánh thực hiện nhiệm vụ chọn hướng đi cho phôi, module này được lắp trên băng tải với cơ cấu chấp hành là xi-lanh tác động kép hành trình ngắn.
Trên thân xi-lanh được lắp hai cảm biến từ nhận biết cuối hành trình của pitton. Module rẽ nhánh Module máng trượt Gồm 3 máng trượt được đặt song song nhau, có thanh chặn cuối máng, thực hiện nhiệm vụ chứa phôi. Mỗi máng trượt có chiều dài 250mm, chứa tối đa 6 phôi, có thể điều chỉnh độ cao và góc nghiêng. Mô đun máng trượt 1.
Đặc điểm kỹ thuật Bảng 1. Thông số kỹ thuật Thông số Giá trị Áp suất làm việc 6 bar (600 kPa) Điện áp nguồn 24 VDC, 4.5A Tín hiệu vào số 8 Tín hiệu ra số 5 Bảng 1. Khả năng kết hợp của trạm Di Te Pr Ha Bu Ro As Pu So Các trạm sau - - - - - - - - Các trạm trước X X X X X X X - 7 Trong đó: Di: Trạm cung cấp (Distribution) , Te: Trạm kiểm tra (Testing) , Pr: Trạm gia công (Processing) , Ha: trạm tay gắp (Handling), Bu: Trạm trung gian (Buffer), Ro: Trạm robot (Robot), As: Trạm lắp ghép (Assembly), Pu: Trạm đột dập (Punching), So: Tram phân loại (Sorting). Bảng điều khiển Bảng điều khiển cho phép vận hành từng trạm một cách đơn giản.
Ngoài ra, bảng điều khiển còn giữ vai trò trao đổi tín hiệu và thông tin giữa các trạm trong trường hợp liên kết trạm. Bảng điều khiển Bảng 1. Bảng địa chỉ bảng điều khiển Tên Địa chỉ Mô tả START I1.0 Nút nhấn thường hở có đèn LED LED_START Q1.1 Nút nhấn thường đóng AUTO/MAN I1.2 Khóa chuyển đổi chế độ điều khiển RESET I1.3 Nút nhấn thường hở có đèn LED LED_RESET Q1.5 Trao đổi tín hiệu với bảng điều khiển của Q4 Q1.4 trạm trước (gồm 2 ngõ vào, 2 ngõ ra và dây Q5 Q1.5 GND chung) GND I6 I1.7 Trao đổi tín hiệu với bảng điều khiển của Q6 Q1.6 trạm sau (gồm 2 ngõ vào, 2 ngõ ra và dây Q7 Q1.7 GND chung) GND 8 1. Thiết bị IoT của Siemens 1.
Tổng quan về SIMATIC IOT2000[3] SIMATIC IOT2000 là dòng IoT Gateway dùng trong công nghiệp. Với sự hỗ trợ của các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Node-Red, NodeJS, Python, Java, C++ …, SIMATIC IOT2000 giúp người dùng dễ dàng trao đổi thông tin giữa hệ thống tự động hóa và hệ thống IT hoặc máy chủ cloud. SIMATIC IOT2000 gồm 2 loại SIMATIC IOT2040 và SIMATIC IOT2050 hiện đang được cung cấp trên thị trường bởi Siemens. Sơ đồ kết nối IOT2050 với PLC S7-300 [4] Ứng dụng của SIMATIC IOT2000 trong số hóa sản xuất như thu thập thông tin, xử lý và hiển thị thông tin, truyền tải thông tin.
Cụ thể: - Thu thập thông tin: Những năm trước đây, để thu thập thông tin từ dây chuyền sản xuất, các hệ thống IT phải thông qua một tập hợp các thiết bị và phần mềm tự động hóa được tổ chức theo mô hình kim tự tháp ISA-95. Nhưng gần đây, xu hướng số hóa sản xuất đặt ra nhu cầu thu thập nhiều thông tin từ các cảm biến, PLC hoặc các thiết bị công nghiệp bất kỳ, IoT Gateway ra đời để giải quyết nhu cầu đó. SIMATIC IOT2000 là dòng thiết bị IoT Gateway dành riêng cho môi trường công nghiệp, hay còn gọi IIoT Gateway. SIMATIC IOT2000 hỗ trợ nhiều giao thức như S7, Modbus, OPC UA, EthernetIP… và có thể tích hợp thêm các giao thức khác.
- Xử lý và hiển thị thông tin: Khi thông tin đã được thu thập thì cần xử lý tại chỗ trước khi truyền tải lên hệ thống IT hoặc máy chủ cloud. Để tiện cho việc quản lý và truyền tải, thông tin thô đã thu thập từ các thiết bị rải rác sẽ được tập hợp thành các khối thông tin có cấu trúc (data model). - Truyền tải thông tin: Các hệ thống nội bộ trong nhà máy sản xuất như SCADA, MES hoặc ERP hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau, cho phép các thiết bị có thể kết nối đến. Đối với SCADA, người dùng có thể kết nối đến SIMATIC IOT2000 thông qua OPC UA.
Các hệ thống SCADA như WinCC Professional, WinCC Unified đều hỗ trợ giao thức này. Đối với MES hoặc ERP, người dùng có thể kết nối qua MQTT, OPC UA, FTP, SQL và các giao thức khác. Truyền tải thông tin đến máy chủ cloud gặp nhiều thử thách hơn so với các hệ thống nội bộ. Đầu tiên là vấn đề bảo mật, tiếp theo là độ trễ tín hiệu và sự cố mất tín hiệu.
Các vấn đề này có thể được giải quyết với giao thức MQTT. Ngoài ra, các dịch vụ cloud như MindSphere, AWS, Azure… cho phép các thiết bị IIoT 9 Gateway kết nối đến thông qua các thư viện phát triển (SDK) giúp việc truyền tải thông tin dễ dàng hơn. SIMATIC IOT2050 [5] SIMATIC IOT2050 thuộc dòng SIMATIC IOT của Siemens, cung cấp giải pháp mạnh mẽ, nhỏ gọn và linh hoạt, tập trung vào môi trường IOT. Một số đặt điểm của SIMATIC IOT2050: - Độ bền cao - Thiết kế nhỏ gọn - Nhiều cổng giao tiếp: RS232/RS422/RS485, Ethernet, DP và USB - Có khả năng mở rộng với module qua các chân giao tiếp Arduino Shield và Mini PCIe - Hỗ trợ lập trình trên nhiều nền tảng - Bảo trì dễ dàng SIMATIC IOT2050 được chia thành 2 loại với cấu hình phù hợp các các ứng dụng trong công nghiệp khác nhau Bảng 1.
Thông số kỹ thuật của SIMATIC IOT2050 ES7647-0BA00-0YA2 6ES7647-0BA00-1YA2 TI SOC AM6528 GP Dual TI SOC AM6548 HS Quad Core Bộ vi xử lý Core with High Security possibility RAM 1 GB RAM (DDR4) 2 GB RAM (DDR4) eMMC No 16 G Pin đồng hồ thời No Yes gian thực Các thành phần của thiết bị SIMATIC IOT2050 Hình 1. Các thành phần của thiết bị SIMATIC IOT2050 (1) Cổng Ethernet 100/1000 Mbps (6) Nút User, cho phép lập trình (2) X60-USB1: USB3.0 Type A (7) LED hiển thị của bo mạch chủ X60-USB2: USB2.