Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 là một dây chuyền sản xuát do hãng FESTO ( CHLB Đức ) chế tạo. Đây là quà tặng của Chính phủ Đức cho trường ĐHBK Hà Nội để phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên khoa Cơ khí. Hệ thống FMS50 gồm có
Trang 1xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 tại
phòng thí nghiệm cơ điện tử
building the control and supervising software for the flexible manufacturing system fms50 at mechatronics lab
Đào Bá Phong, Bành Tiến Long, Nguyễn Đức Toàn
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tóm tắt
Bài báo trình bày việc xây dựng lại chương trình điều khiển cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 bằng ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram) Ngoài ra, chức năng giám sát cho
hệ thống FMS50 cũng được phát triển dựa trên công cụ WinCC 5.0 của hãng Siemens
abstract
This paper presents building again the control program for the Flexible Manufacturing System FMS50 by using the programming language FBD (Function Block Diagram) In addition, the monitoring function for FMS50 is also developed basing on WinCC 5.0 of Siemens Company
I Giới thiệu chung về hệ thống FMS50
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 là một dây chuyền sản xuất do hãng FESTO (CHLB
Đức) chế tạo Đây là quà tặng của Chính phủ Đức cho Trường ĐHBK Hà Nội để phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên Khoa Cơ khí Hệ thống FMS50 gồm có 6 trạm: trạm phân phối phôi (Distribution Station), trạm kiểm tra phôi (Testing Station), trạm băng tải (Conveyor Station), trạm lắp ráp phôi (Robot Station), trạm chuyển tiếp sản phẩm (Handing Station) và trạm phân loại sản phẩm (Sorting Station) Mỗi trạm trong hệ thống được điều khiển bằng một bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-300, CPU314 của hãng Siemens Bộ điều khiển PLC thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin từ các cảm biến và thao tác của người sử dụng Xử lý các thông tin này theo một chương trình được lập trình trước trong bộ nhớ của PLC và sau đó gửi các tín hiệu điều khiển tương ứng
đến các cơ cấu chấp hành Các cơ cấu chấp hành được sử dụng trong hệ thống là các van khí nén
điện từ được điều khiển bởi tín hiệu điện và hệ thống Xylanh-Piston được điều khiển bởi các van khí nén điện từ này
Trạm phân loại sản phẩm
Băng chuyền Trạm Robot
Lắp ráp
Trạm phân phối phôi
Trạm kiểm tra phôi
Trạm chuyển tiếp sản phẩm
Hình 1 : Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50
Trang 2Hệ thống hoạt động theo chu trình sau: trạm phân phối chuyển phôi sang trạm kiểm tra Tại
đây phôi được kiểm tra về màu sắc và chiều cao Phôi đạt yêu cầu sẽ được đưa tới trạm băng tải và sau đó tới trạm lắp ráp Tại trạm này phôi được robot lắp ráp thành sản phẩm và được đưa trở lại băng tải Trạm băng tải tiếp tục đưa sản phẩm đến trạm chuyển tiếp sản phẩm Sau đó, trạm chuyển tiếp sẽ đưa sản phẩm đến trạm phân loại và tiến hành phân chia thành ba sản phẩm khác nhau trên cơ sở phân biệt sự khác nhau về màu sắc (đỏ, đen, trắng) và sự khác nhau về vật liệu (nhôm, nhựa) của sản phẩm
II hướng nghiên cứu
Trước khi nghiên cứu này được tiến hành, hệ thống FMS50 được điều khiển bởi một chương trình chuẩn do hãng FESTO cung cấp Chương trình chuẩn này được viết bằng hai ngôn ngữ lập trình cao cấp cho PLC S7-300 và S7-400 của hãng Siemens là Hi-Graph và SCL (Structure Control Language) Hi-Graph là ngôn ngữ lập trình dạng đồ hoạ 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 EPROM 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 có một hạn chế là quá đơn giản, nó chỉ cho phép người sử dụng tương tác với hệ thống thông qua các nút ấn trên bảng điều khiển Trên thực tế, một hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại rất ít khi chỉ
được điều khiển bằng các nút ấn trực tiếp tại hiện trường mà thường phải có khả năng cho phép
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 công nghiệp hiện nay
Trước tình hình này, các cán bộ của phòng thí nghiệm cơ điện tử đã mạnh dạn đề ra giải pháp nâng cấp hệ thống FMS50 như sau:
• Viết lại toàn bộ chương trình điều khiển cho hệ thống FMS50 bằng ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)
• Xây dựng thêm chức năng giám sát cho hệ thống FMS50 dựa trên công cụ WinCC 5.0 của hãng Siemens
IiI xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát
Trong hệ thống FMS50, quá trình khởi động và dừng các trạm có nguyên lý giống nhau và
được mô tả như trong các lưu đồ thuật toán ở hình 2 và hình 3 Chương trình điều khiển quá trình hoạt động của từng trạm được mô tả dưới dạng các lưu đồ thuật toán tương ứng
Hình 2 : Lưu đồ quá trình khởi động (reset) các
trạm trong hệ thống FMS50
Hình 3 : Lưu đồ quá trình dừng các trạm trong
hệ thống FMS50
Trang 33.1 Xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho trạm phân phối và kiểm tra phôi
Hình 4 : Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm
phân phối phôi (Distribution Station)
Hình 5 : Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm
kiểm tra phôi (Testing Station)
Hình 6 : Giao diện chương trình điều khiển và
giám sát của trạm phân phối phôi
Hình 7 : Giao diện chương trình điều khiển và giám sát của trạm kiểm tra phôi
Trang 43.2 Xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho trạm chuyển tiếp và phân loại sản phẩm
Hình 8 : Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm
chuyển tiếp sản phẩm (Handing Station)
Hình 9 : Lưu đồ quá trình hoạt động của trạm phân loại sản phẩm (Sorting Station)
Chức năng phân loại sản phẩm được thực hiện nhờ sử dụng kết hợp hai cảm biến: một cảm biến tiếp cận quang học và một cảm biến tiếp cận điện cảm Hai cảm biến này sau khi nhận biết
được màu sắc và loại vật liệu của sản phẩm sẽ gửi kết quả về bộ PLC dưới dạng các tín hiêu lôgíc 0
và 1 Kết hợp các kết quả này, bộ điều khiển sẽ phân biệt được ba loại sản phẩm khác nhau
Cảm biến tiếp cận
quang học
Cảm biến tiếp cận
Trang 5
Hình 10 : Giao diện chương trình điều khiển và
giám sát của trạm chuyển tiếp sản phẩm
Hình 11 : Giao diện chương trình điều khiển và giám sát của trạm phân loại sản phẩm
Iv kết luận và hướng phát triển
Kết quả mà nghiên cứu đạt được gồm hai phần như sau:
• Xây đựng được chương trình điều khiển hoạt động cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 với các chức năng tương tự như chương trình chuẩn do hãng FESTO cung cấp
• Xây dựng được thêm chương trình giám sát cho phép người người vận hành quan sát
được mọi trạng thái hoạt động và các thông báo lỗi của các trạm trong hệ thống trên màn hình máy tính
Chương trình điều khiển được viết lại bằng ngôn ngữ lập trình FBD, một ngôn ngữ lập trình trực quan và dễ hiểu đối với sinh viên Khoa Cơ khí Đồng thời, phần mềm này đã đưa hệ thống FMS50 trở thành một công cụ học tập và nghiên cứu hoàn chỉnh hơn về Cơ điện tử
Kết quả của nghiên cứu này là cở sở để xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho các dây chuyền sản xuất thực tế trong nước nhằm giảm chi phí khi phải mua phần mềm của nước ngoài
Hướng nghiên cứu trong tương lai là xây dựng cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS50 một chương trình phần mềm có khả năng điều khiển và giám sát các trạm thông qua mạng Internet theo giao thức TCP/IP
tài liệu tham khảo
1 Đào Bá Phong; Đề tài cấp trường T2003-30; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2003
2 Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước & Vũ Vân Hà; Tự động hoá với Simatic S7-300;
Nhà xuất bản KH&KT, 2000
3 STEP 7 Function Block Diagram Reference; Siemens AG, 1999
4 Simatic HMI WinCC Manual 1&2; Siemens AG, 1999
5 WinCC Communication Manual; Siemens AG, 1999
6 WinCC Configuration Manual; Siemens AG, 1999
