Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan Trước tình hình phát triển của lĩnh vực tự động hóa trong tất cả các ngành nghề trên toàn thế giới. Trong các nhà máy hiện nay, mức độ tự động hóa ngày càng được chú trọng và xem đó như là một hình thức tiết kiệm chi phí trong sản xuất nhờ việc tăng năng suất, giảm sự phụ thuộc vào tay nghề của người công nhân nhất là đối với công việc đòi hỏi độ chính xác và cường độ lao động cao, đồng thời cũng nhờ đó giảm được mức độ nặng nhọc và nguy hiểm cho người công nhân. Các dây chuyền chỉ cần vài người điều khiển, trông coi mà không cần quá nhiều người như mô hình sản xuất ngày xưa.
Ở Việt Nam được sự quan tâm của nhà nước trong lĩnh vực cơ khí hóa, tự động hóa trong sản xuất, cùng với su thế hội nhập vào thị trường chung trên toàn thế giới nhằm tăng tính cạnh tranh trong sản xuất, các nhà đầu tư của Việt Nam cũng như của nước ngoài đã bắt đầu trang bị các trang thiết bị hiện đại trong sản xuất(mang tinh tự động hóa cao) trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Cùng với sự đổi mới trong phương pháp giảng dạy trong lĩnh vực dạy nghề ở Việt Nam (trong các Trường dạy nghề) nên việc đầu tư mới trang thiết bị dạy học mới của nhà nước Việt Nam là cần thiết. Cũng vì lý do đó nên nhiều Trường Đại học, Cao đẳng và Trung học chuyên nghiệp đã được trang bị nhiều trang thiết bị trong đó có mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt MPS (Modular Production System). Mô hình MPS là một công cụ dạy học của hãng Festo dành cho ngành Cơ Điện tử và Tự động hóa được thiết kế lý tưởng nhất cho việc huấn luyện và giảng dạy.
Hệ thống các trạm của các cụm hệ thống sản xuất linh hoạt MPS giúp cho nguời học có cái nhìn tổng quát, toàn diện về hệ thống công nghiệp. Trạm MPS là sự kết hợp hài hoà giữa điện, điện tử, cơ khí, khí nén, thủy lực và kỹ thuật lập trình PLC, giám sát và Trang 1 TỔNG QUAN mô phỏng Robot bằng phần mềm Cosimir, giám sát hệ thống sản xuất bằng phầm mềm WinCC…. Mô hình hệ thống MPS của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM bao gồm 10 trạm: - Trạm phân phối phôi (Distribution Station). - Trạm kiểm tra phôi (Testing Station).
- Trạm gia công (Processing Station). - Trạm chuyển tiếp sản phẩm (Handing Station). - Trạm kiểm tra sau lắp ráp (Assembly Test Station). - Trạm phân loại sản phẩm (Sorting Station).1: Toàn cảnh hệ thống MPS của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.
Trang 2 TỔNG QUAN Các thiết bị của mỗi trạm được lắp trên các bàn làm việc di động có kích thước mặt bàn 700mm x 350mm. Các trạm có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động theo hệ thống liên kết giữa các trạm bằng cách truyền thông giữa các cảm biến hoặc truyền thông qua mạng PROFIBUS. Có thể tách các trạm để xây dựng thành các hệ thống khác nhau, nhưng công việc tách trạm phải tiến hành bắng tay nên không thể hiện được tính linh hoạt trong sản xuất.2: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có số lượng trạm ít hơn mô hình của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, nhưng ở hệ thống này có sự khác biệt là có thêm trạm băng tải (Conveyor Station) nên việc tách trạm để xây dựng hệ thống mới được thuận lợi hơn là chỉ cần điều chỉnh phần mềm mà không cần thay đổi kết cấu phần cứng của hệ thống. Trên đây là hai mô hình hệ thống MPS tiêu biểu mà các trường đã được đầu tư, còn với mô hình hệ thống MPS mà trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã đầu tư thì có nhiều điểm giống so với mô hình của các trường khác.
Điểm giống nhau ở đây là các trạm trong hệ thống giống với nhiều trạm nhiều trạm trong hệ thống của trường Trang 3 TỔNG QUAN Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cũng như hệ thống của nhiều trường khác. Nhưng hệ thống MPS500 của trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai có thêm nhiều trạm hơn và cũng được trang bị các công nghệ mới hơn so với các hệ thống mà các trường khác đã đầu tư như: trạm lưu kho (AS/RS Station), trạm kiểm tra sản phẩm (Vision Station) sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong kiểm tra sản phẩm, ngoài ra hệ thống còn sử dụng mạng truyền thông Ethernet để kết nối các trạm trong hệ thống. Tuy nhiên, công việc chuyển giao công nghệ của các nhà cung cấp thiết bị chưa cao, chủ yếu là bàn giao số lượng thiết bị theo hợp đồng mà chưa đi sâu vào lĩnh vực cấu tạo, nguyên lý làm việc, khả năng ứng dụng của thiết bị,….Chính vì vậy mà công việc nghiên cứu hệ thống MPS ở các trường đã được tiến hành nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy và huấn luyện. Như đề tài “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống Scada cho MPS sử dụng Wincc” của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, “Xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50” của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Ngoài ra còn nhiều đề tài nữa, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như trang thiết bị nên các đề tài này vẫn không đáp ứng được việc khai thác hết các ứng dụng của hệ thống MPS500 mà trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã đầu tư. Trong khi các trung tâm đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này cũng không nhiều, chính vì vậy mà việc đưa hệ thống vào giảng dạy tại trường gặp nhiều khó khăn. Trước tình hình này, với sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Ngọc Phương, người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 (Module Production System)” Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai. Mục đích nghiện cứu: Công việc nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS 500 gồm hai mục đích: Trang 4 TỔNG QUAN Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, các ứng dụng của hệ thống MPS 500.
Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về tự động hóa tại Trường Cao đẳng nghề Đồng Nai và chuyển giao công nghệ. Nhiệm vụ và hạn chế của đề tài: Trước khi nghiên cứu được tiến hành, hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 được điều khiển bởi một chương trình chuẩn do hãng Festo cung cấp. Chương trình chuẩn này viết bằng hai ngôn ngữ lập trình cao cấp cho PLC S7-300 của hãng Siemens là Hi-Graph và SCL (Structure Control Language). Hi-Grap là ngôn ngữ lập trình lập trình dạng đồ họa và SCL là ngôn ngữ lập trình có cấu trúc với các cú pháp lệnh tương tự như ngôn ngữ lập trình Pascal.
Chương trình chuẩn này được biên dịch thành ngôn ngữ máy và được nạp vào EFROM của PLC. Người sử dụng không thể xem nội dung, chỉnh sửa hay mở rộng chương trình chuẩn này. Ngoài ra, chương trình chuẩn này còn một số hạn chế là đơn giản, nó chỉ cho người sử dụng tương tác với hệ thống qua các nút nhấn trên bảng điều khiển. Trên thực tế, một hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại rất ít khi chỉ được điều khiển bằng nút nhấn trực tiếp tại hiện trường mà thường phải có khả năng điều khiển từ xa bằng cách sử dụng mạng truyền thông công nghiệp.
Đây là mô hình của hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) và hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp hiện nay. Trước tình hình này, người nghiên cứu thực hiện các công việc sau: Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt các trạm trong hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500. Xây dựng được chương trình điều khiển hoạt động cho hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 với các chức năng tương tự như chương trình do Festo cung cấp. Trang 5 TỔNG QUAN Xây dựng thêm chức năng điều khiển và giám sát cho trạm trong hệ thống thông qua mạng Internet theo giao thức TCP/IP dựa trên công cụ WinCC 6.2 của hãng Siemens.
Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu cấu trúc, khai thác các ứng dụng của hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 với các phương pháp sau: Lý thuyết: Dựa trên tài liệu gốc của các bộ phận kèm theo Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 mà nhà sản xuất (Công ty Festo) chuyển giao và các tài liệu có liên quan, tìm ra nguyên lý làm việc của từng trạm, từng bộ phận của hệ thống. Thực hành: Thí nghiệm trên hệ thống MPS từ đó rút ra những kinh nghiệm quý báu giữa lý thuyết và áp dụng thực tế. Viết chương trình điều khiển cho các trạm, xây dựng mạng INTERNET, kết nối mạng cục bộ LAN, xây dựng hệ thống SCADA bằng phần mềm WinCC. Trang 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Điều khiển hệ thống từ xa thông qua Internet. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng, Internet/Intranet đã trở thành nhà cung cấp các thông tin chính trong thập kỷ qua, và đã được sử dụng phổ biến trong các quá trình tự động hóa bằng cách sử dụng các giao thức khác nhau. Sự phổ biến của công nghệ Internet thì đã cung cấp nhiều lĩnh vực ứng dụng cho điều khiển từ xa vì nó sử dụng giao thức cơ bản cho giao tiếp giữa các thành phần của hệ thống tự động hóa và sử dụng trình duyệt web như giao diện điều khiển chung cho các thiết bị tự động, máy móc và nhà máy. Vào đầu năm 1994, tại trường Đại học Southern California, đề tài của Mercury cho phép người dùng điều khiển Robot thông qua Internet để mô phỏng các hoạt động khai quật.
Năm 1995, cũng tại trường Đại học Southern California, đề tài của TeleGarden đã cho phép con người sử dụng Web để quản lý một robot Adept để quản lý một khu vườn nhỏ. Năm 1997, trường Đại học Western Australia đã kết nối với một Robot ASIA IRb26 thông qua internet để người dùng có thể thao tác để thu thập thông tin và di chuyển một số mảnh gỗ trên bàn để xây dựng các mô hình khác nhau. Còn trong những năm gần đây, việc điều khiển hệ thống hoạt động từ xa trên nền Internet ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Phương pháp điều khiển có thể được chia thành 2 loại là dựa trên nền tảng sử dụng Web và không dùng Web.
Ngày nay, do là thị trường toàn cầu, nên truyền thông dựa trên Internet ngày càng trở lên nhiều hơn và quan trọng hơn như: - Cung cấp nhiều kênh truyền thông tin cậy.