(NB) Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CIM với mục tiêu giúp các bạn có thể mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc modul; Phân tích được nguyên lý vận hành của các modul cấp phôi, kiểm tra, gia công, vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.
Giới thiệu về cảm biến trên MPS
Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS
Giới thiệu về hệ thống điều khiển của MPS
Giới thiệu phần mềm trên MPS
2.1.Giới thiệu các loại cảm biến
2.2.Nguyên lý hoạt động của cảm biến
2.3.Cách thức kết nối cảm biến
3 Các cơ cấu chấp hành trên
3.1 Giới thiệu các cơ cấu chấp hành
4 Hệ thống điều khiển và 20 4 14 2
4.3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC
5 Các mô dun của hệ thống
Chương 1 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS 1.1 Giới thiệu về cảm biến trên MPS
Hệ thống MPS là một hệ thống được cấu thành từ những thiết bị, linh kiện hiện đại bao gồm nhiều cơ cấu cơ khí, quá trình hoạt động rất quen thuộc trong quá trình hoạt động sản xuất Khi tìm hiểu và vận hành hệ thống sẽ giúp người vận hành (sinh viên thực tập với hệ thống) có cái nhìn toàn diện và nâng cao hiểu biết về quá trình sản xuất, các khâu hoạt động của hệ thống bao gồm : điện- khí nén –điện tử -máy tính Đủ tri thức cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển tự đọng trong thực tế sản xuất tại các công ty, xí nghiệp Sau khi thực hành với mô hình người học sẽ có kiến thức sâu rộng hơn trong việc điều khiển và tích hợp hệ thống sau này
Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng
1.2 Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác Các quá trình này bao gồm
2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ) - Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu - Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi ) Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm
1.2.1 Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation)
Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa) Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động
8 thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần sự tham gia của con người
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động
Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm cơ sở cho các quyết định điều khiển - Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến - Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra Có thể tự động hóa một số hoặc toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu
Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất
Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất hiện Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con người bằng máy Động cơ máy tiện, băng tải 1775 Tự động hóa từng phần Thay thế công việc điều khiển thiết bị của công nhân bằng máy NC, CNC, MRP 1956-1960 Tự động hóa ở mức độ cao Sản xuất tự động tích hợp có tính đến môi trường của từng thành phần riêng biệt FMS,CAD/CAM 1970-1975 Sản xuất tích hợp Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ giúp của hệ thống máy tính để thực hiện các QTSX tích hợp CIM, nhà máy tương lai 1985-1990
1.2.2 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau: Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được Ly – là tính linh hoạt yêu cầu Nếu
ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức
- Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển
-Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất
Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm
1.2.3 Tự động hóa sản xuất linh hoạt
Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy
10 tính Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ)
1.2.4 Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS)
Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó
1.2.5 Môđun sản xuất linh hoạt
Giới thiệu các loại cảm biến
Nguyên lý hoạt động của cảm biến
Cách thức kết nối cảm biến
3 Các cơ cấu chấp hành trên
3.1 Giới thiệu các cơ cấu chấp hành
4 Hệ thống điều khiển và 20 4 14 2
4.3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC
5 Các mô dun của hệ thống
Chương 1 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS 1.1 Giới thiệu về cảm biến trên MPS
Hệ thống MPS là một hệ thống được cấu thành từ những thiết bị, linh kiện hiện đại bao gồm nhiều cơ cấu cơ khí, quá trình hoạt động rất quen thuộc trong quá trình hoạt động sản xuất Khi tìm hiểu và vận hành hệ thống sẽ giúp người vận hành (sinh viên thực tập với hệ thống) có cái nhìn toàn diện và nâng cao hiểu biết về quá trình sản xuất, các khâu hoạt động của hệ thống bao gồm : điện- khí nén –điện tử -máy tính Đủ tri thức cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển tự đọng trong thực tế sản xuất tại các công ty, xí nghiệp Sau khi thực hành với mô hình người học sẽ có kiến thức sâu rộng hơn trong việc điều khiển và tích hợp hệ thống sau này
Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng
1.2 Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác Các quá trình này bao gồm
2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ) - Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu - Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi ) Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm
1.2.1 Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation)
Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa) Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động
8 thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần sự tham gia của con người
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động
Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm cơ sở cho các quyết định điều khiển - Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến - Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra Có thể tự động hóa một số hoặc toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu
Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất
Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất hiện Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con người bằng máy Động cơ máy tiện, băng tải 1775 Tự động hóa từng phần Thay thế công việc điều khiển thiết bị của công nhân bằng máy NC, CNC, MRP 1956-1960 Tự động hóa ở mức độ cao Sản xuất tự động tích hợp có tính đến môi trường của từng thành phần riêng biệt FMS,CAD/CAM 1970-1975 Sản xuất tích hợp Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ giúp của hệ thống máy tính để thực hiện các QTSX tích hợp CIM, nhà máy tương lai 1985-1990
1.2.2 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau: Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được Ly – là tính linh hoạt yêu cầu Nếu
ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức
- Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển
-Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất
Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm
1.2.3 Tự động hóa sản xuất linh hoạt
Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy
10 tính Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ)
1.2.4 Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS)
Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó
1.2.5 Môđun sản xuất linh hoạt