Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (cim)

TÓM TẮT Thuyết minh trình bày về quy trình thiết kế, tính toán, lựa chọn phương án chế tạo với đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự đ

Trang 1

Người hướng dẫn: PGS TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: LÊ TRUNG HƯNG

LÊ VĂN THÀNH

Số thẻ sinh viên: 101120346

101120369

Lớp: 12CDT2

Trang 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: LÊ TRUNG HƯNG

LÊ VĂN THÀNH

Số thẻ sinh viên: 101120346

101120369

Lớp: 12CDT2

Trang 3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Trung Hưng

Trang 4

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên: Lê Văn Thành

Trang 5

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

2 Lớp: 12CDT2 – Số thẻ SV: 101120346

3 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản

xuất tự động (CIM)

4 Người phản biện: ……… …….……… Học hàm/ học vị: ………

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

TT Các tiêu chí đánh giá Điểm

tối đa

Điểm trừ

Điểm còn lại

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao 80

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự

nhiên trong vấn đề nghiên cứu 15

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng,

tính toán trong vấn đề nghiên cứu 10

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

dụng trong vấn đề nghiên cứu 10

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 ( lấy đến 1 số lẻ )

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Trang 6

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

2 Lớp: 12CDT2 – Số thẻ SV: 101120369

3 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản

xuất tự động (CIM)

4 Người phản biện: ……… …….……… Học hàm/ học vị: ………

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

TT Các tiêu chí đánh giá Điểm

tối đa Điểm trừ còn lại Điểm

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao 80

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự

nhiên trong vấn đề nghiên cứu 15

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng,

tính toán trong vấn đề nghiên cứu 10

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

dụng trong vấn đề nghiên cứu 10

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Trang 7

KHOA CƠ KHÍ

CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

2 Lớp: 12CDT2 – Số thẻ SV: 101120346

3 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (CIM)

4 Người phản biện: ……… …….……Học hàm/ học vị: ………

II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời 1 ……….……….…… ………

……….……….…… ………

2 ……….……….…… ………

………

Đáp án: (người phản biện ghi vào khi chấm và nộp cùng với hồ sơ bảo vệ) 1 ……….……….…… ………

………

……….……….…… ………

2 ……….……….…… ………

………

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2017

Người phản biện

Trang 8

KHOA CƠ KHÍ

CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

2 Lớp: 12CDT2 – Số thẻ SV: 101120369

3 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (CIM)

4 Người phản biện: ……… …….……Học hàm/ học vị: ………

II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời 1 ……….……….…… ………

……….……….…… ………

2 ……….……….…… ………

………

Đáp án: (người phản biện ghi vào khi chấm và nộp cùng với hồ sơ bảo vệ) 1 ……….……….…… ………

………

……….……….…… ………

2 ……….……….…… ………

………

Người phản biện

Trang 9

TÓM TẮT

Thuyết minh trình bày về quy trình thiết kế, tính toán, lựa chọn phương án chế tạo

với đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản

xuất tự động (CIM)”

Thuyết minh đồ án gồm có 4 chương:

Chương 1 Tổng quan về hệ thống CIM

Chương 2 Thiết kế các cơ cấu

Chương 3 Trang thiết bị cho hệ thống cơ cấu

Chương 4 Ứng dụng PLC S7 – 200 và lập trình điều khiển hệ thống cấp phát vật

tư trong hệ thống sản xuất tự động

Phụ lục chương trình điều khiển

Mô hình cấp, phát vật tư, hàng trong hệ thống sản xuất tự động (CIM) gồm khung giá và cánh tay nâng lấy và cất vật tư, hàng Khung giá gồm nhiều khoang là nơi chứa và lưu giữ vật tư Cánh tay có khả năng di chuyển qua lại theo trục X, di chuyển lên xuống theo trục Y và di chuyển vào ra theo trục Z Khi có tín hiệu điều khiển, động cơ tương ứng được cấp điện sẽ làm quay puly, puly kéo vít me quay di chuyển cánh tay đến các vị trí yêu cầu Chiều chuyển động của cánh tay phụ thuộc vào chiều của điện áp đặt vào cuộn ứng của động cơ Trên cánh tay có gắn các cảm biến và các công tác hành trình giúp cho việc dùng chính xác tại vị trí các khoang chứa và khống chế hành trình chuyển động theo các phương

Trang 10

1 Lê Trung Hưng 101120346 12CDT2 Cơ Điện tử

2 Lê Văn Thành 101120369 12CDT2 Cơ Điện tử

1 Tên đề tài đồ án:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP, PHÁT VẬT TƯ TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG (CIM)

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Thiết kế, tính toán và chế tạo 1 khung giá đỡ hàng có 12 ô hàng, 6 ô chứa vật tư chưa đưa vào sản xuất, 6 ô chưa thành phẩm sau khi sản xuất

- Thiết kế, tính toán và chế tạo 1 cánh tay Robot nâng hạ vật tư, hàng đến các ô trong kho chứa

- Sử dụng PLC S7-200 để điều khiển toàn bộ hoạt động của cánh tay Robot nâng hạ

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

1 Lê Trung Hưng - Tổng quan về hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ

thống sản xuất tự động

- Thiết kế các cơ cấu và điện

2 Lê Văn Thành

b Phần riêng:

1 Lê Trung Hưng - Ứng dụng PLC S7-200 và lập trình điều khiển hệ

thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động

- Viết chương trình điều khiển cho PLC S7-226

2 Lê Văn Thành - Trang thiết bị cho hệ thống cơ cấu, điện

- Giới thiệu về WinCC

- Thiết kế giao diện và kết nối WinCC–PLC S7-226

Trang 11

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a Phần chung:

1 Lê Trung Hưng - Bản vẽ kết cấu mô hình – Kích thướt giấy A0

- Bản vẽ kết cấu cánh tay Robot – Kích thướt giấy A0

2 Lê Văn Thành

b Phần riêng:

1 Lê Trung Hưng - Bản vẽ lưu đồ thuật toán – Kích thướt giấy A0

2 Lê Văn Thành - Bản vẽ sơ đồ động học – Kích thướt giấy A0

- Bản vẽ hệ thống điện – Kích thướt giấy A0

- Bản vẽ chế tạo chi tiết – Kích thướt giấy A0

PGS.TS Trần Xuân Tùy - Hướng dẫn và kiểm tra toàn bộ quá

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình đào tạo một kỹ sư nói chung và kỹ sư Cơ Điện tử nói riêng, đồ

án tốt nghiệp bao giờ cũng là một nút thắt quan trọng giúp sinh viên có thể tổng hợp lại những kiến thức đã học tại trường đại học và những kinh nghiệm thu được qua các đợt thực tập để thiết kế, chế tạo một sản phẩn Cơ Điện tử cụ thể Vì thế đồ án tốt nghiệp chính là thước đo chính xác nhất những kiến thức và khả năng thực sự của sinh viên có thể đáp ứng được yêu cầu đối với một người kĩ sư Cơ Điện tử

Cùng với sự phát triển ngày càng cao của xã hội loài người, nhu cầu của con người đối với các sản phẩm Cơ Điện tử cũng ngày càng cao hơn Đó là thiết kế và chế tạo các sản phẩm có sự kết hợp giữa Cơ Khí – Điện – Điện tử - Tự động hóa có tính ứng dụng cao, phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra với xu hướng Công nghiệp hiện đại ngày nay

Là một sinh viên sắp ra trường, với những nhận thức về xu hướng phát triển của ngành Cơ Điện tử và xét năng lực của bản thân, được sự đồng ý của Thầy PGS.TS

Trần Xuân Tùy, em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống

cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (CIM)” Đây là hệ thống rất cần

thiết và có tính ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuất lớn, hàng loạt

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP, PHÁT VẬT TƯ TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG (CIM)

Nội dung thuyết minh đồ án như sau:

Chương 4 Ứng dụng PLC S7 – 200 và lập trình điều khiển hệ thống cấp phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động

Trong quá trình thực hiện đồ án, dù đã cố gắng rất nhiều song kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm còn chưa sâu sắc nên chắc chắn em không tránh khỏi sai sót Kính mong được nhiều sự đóng góp của các thầy, cô để em có thể hoàn thiện hơn đề tài này

Trang 13

LỜI CẢM ƠN

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng trong mọi lĩnh vực, ngành Cơ Khí nói chung và ngành Cơ Điện tử nói riêng là một trong những ngành phát triển mạnh với nhiều thay đổi về kỹ thuật, công nghệ cũng như về chất lượng Để đạt được điều

đó đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật ngoài trình độ chuyên môn của mình còn cần phải có một tư duy sáng tạo, đi sâu nghiên cứu để tận dụng hết khả năng của mình

Qua 5 năm học tại khoa Cơ Khí - Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, dưới sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo cũng như sự nỗ lực của bản thân, chúng em đã tích lũy cho mình một số kiến thức để có thể tham gia vào đội ngũ những người làm công tác

kỹ thuật sau này Và thước đo của kiến thức đó là đồ án tốt nghiệp này Đó thực sự là một thử thách lớn đối với một sinh viên như em khi chưa từng giải quyết một khối lượng công việc lớn như thế

Hoàn thành đồ án tốt nghiệp là lần thử thách đầu tiên với công việc thiết kế, tính toán phức tạp và gặp rất nhiều vướng mắc và khó khăn khi chế tạo Tuy nhiên được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo hướng dẫn đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này Nhưng với kiến thức hạn hẹp của mình, đồng thời chưa có kinh nghiệm trong tính toán cũng như chế tạo trong thực tế, nên đồ án thể hiện không tránh khỏi những sai sót Chúng em kính mong tiếp tục được sự chỉ bảo của các Thầy, Cô để chúng em hoàn thiện kiến thức hơn nữa

Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong khoa Cơ Khí

- Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt là các Thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong đề tài tốt nghiệp này

Nhóm SV thực hiện đồ án

Lê Trung Hưng

Lê Văn Thành

Trang 14

CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là đồ án được thực hiện độc lập bởi nhóm chúng em Nội dung trong đồ án được chúng em thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy Mọi tài liệu, số liệu tham khảo trong đồ án có nguồn gốc và được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình Các kết quả trong quá trình thực hiện

đồ án đều do chúng em tìm hiểu, phân tích một cách trung thực và khách quan Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo chúng em xin chịu hoàn toàn mọi trách nhiệm

Nhóm SV thực hiện đồ án

Lê Trung Hưng

Lê Văn Thành

Trang 15

MỤC LỤC

Tóm tắt

Lời nói đầu I Lời cảm ơn II Cam đoan III Mục lục IV Danh sách các bảng, hình vẽ VII Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt IX

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan về hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (CIM) 3

1.1 Các khái niệm cơ bản về CIM 3

1.1.1 Định nghĩa CIM 3

1.1.2 Các thành phần cơ bản của CIM 4

1.2 Hệ thống cấp, phát vật tư và hệ thống xuất nhập 8

1.2.1 Hệ thống cấp, phát vật tư 8

1.2.1.1 Thành phần của hệ thống cấp, phát vật tư 8

1.2.1.2 Các loại hệ thống cấp, phát vật tư 9

1.2.1.2.1 Dạng giá cần cẩu 9

1.2.1.2.2 Dạng cần cẩu cầu 10

1.2.1.2.3 Dạng giá trọng lực 10

1.2.1.3 Tìm hiểu hệ thống lấy cất hàng hóa tự động AS&RS 11

1.3 Hệ thống điều khiển 13

1.3.1 Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC trong các hệ thống CIM 13

Chương 2: Thiết kế các cơ cấu và điện 17

2.1 Mô hình kho cấp phát vật tư, hàng tự động 17

2.2 Khung giá đỡ hàng 18

2.3 Robot 19

2.3.1 Tính toán cơ cấu dẫn hướng cho các trục: 19

2.3.1.1 Phương án dẫn hướng bằng cặp trục trơn: 19

2.3.1.2 Phương án dẫn hướng bằng sống trượt dạng mang cá: 20

2.3.1.3 Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt bi chữ U: 20

2.3.1.4 Phương án dẫn hướng bằng cặp thanh trượt đuôi én: 21

2.3.2 Chọn cơ cấu truyền động 22

Trang 16

2.3.2.1 Phương án dùng vít me đai ốc thường 22

2.3.2.2 Phương án dùng vít me đai ốc bi 23

2.3.2.3 Phương án dùng đai răng 25

2.3.2.4 Phương án dùng xích 26

2.3.3 Cơ cấu di chuyển theo trục X 27

2.3.3.1 Cấu tạo 27

2.3.3.2 Tính toán gần đúng trục 27

2.3.3.3 Kiểm nghiệm độn bền 28

2.3.4 Cơ cấu di chuyển theo trục Y 29

2.3.4.1 Cấu tạo 29

2.3.4.2 Tính toán sức bền vật liệu của trục dẫn hướng 29

2.3.4.2.1 Tính toán trục gần đúng 29

2.3.4.2.2 Kiểm nghiệm độ bền 30

2.3.5 Bộ phận truyền động vít me 30

2.3.5.1 Chọn vít me 30

2.3.5.2 Chọn các thông số của bộ truyền 31

2.3.5.3 Chọn động cơ 33

2.4 Phần điện 37

2.4.1 Vỏ tủ 37

2.4.2 Bảng điều khiển 38

2.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch lực và mạch điều khiển 39

Chương 3: Trang thiết bị cho hệ thống cơ cấu và điện 41

3.1 Động cơ điện 41

3.1.1 Động cơ điện một chiều 41

3.1.2 Chọn động cơ cho cơ cấu dẫn động các trục 43

3.2 Thanh trượt tròn 46

3.3 Thanh trượt bi chữ U 47

3.4 Vitme T-12 47

3.5 Gối đỡ tích hợp bạc đạn cho vitme 48

3.6 Bát đỡ thanh trượt tròn SH 50

3.7 Bi trượt thanh trượt tròn SCS 51

3.8 Relay trung gian 53

3.9 Cảm biến vật cản hồng ngoại 54

3.10 Công tắc hành trình: 54

3.11 Mạch nguồn 55

Trang 17

Chương 4: Ứng dụng PLC S7-200 và lập trình điều khiển hệ thống cấp, phát vật

tư trong hệ thống sản xuất tự động 56

4.1 Tổng quan họ PLC Siemens 56

4.2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 226: 58

4.2.1 Cấu trúc phần cứng: 58

4.2.2 Cổng truyền thông: 60

4.2.3 CPU S7-226 61

4.2.4 Thực hiện chương trình 62

4.2.5 Cấu trúc chương trình 63

4.2.6 Các vùng nhờ của S7-200 64

4.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình S7-200 65

4.3.1 Các phương pháp lập trình 65

4.4 Giới thiệu về Wincc 67

4.4.1 Đặc điểm 68

4.4.2 Tầm quan trọng của Wincc trong hệ thống tự động hóa 69

4.4.3 Các mô đun của sản phẩm 69

4.5 Mô tả công nghệ 70

4.6 Phân cổng vào ra cho PLC 71

4.6.1 Liệt kê các cổng vào ra PLC 71

4.6.2 Phân cổng vào ra theo trình tự tác động 71

4.7 Lưu đồ thuật toán 73

4.8 Lưu đồ thuật toán nhập, xuất vật tư 75

4.9 Mô phỏng 76

Kết luận 78

Tài liệu tham khảo 79 Phụ lục 1 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

Trang 18

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

❖ Các bảng:

- Bảng 2.1 Bảng chú thích các kí hiệu trên hộp điều khiển

- Bảng 4.1 Bảng chú thích các chân trên cổng kết nối RS232:

- Bảng 4.2 Liệt kê đầu vào PLC

- Bảng 4.3 Liệt kê đầu ra PLC

- Hình 1.3 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

- Hình 1.4 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu

- Hình 1.5 Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực

- Hình 1.6 Các ngăn chứa hàng của hệ thống ASRS

- Hình 2.10: Các kiểu hồi bi trong vít me đai ốc bi

- Hình 2.11: Truyền động bằng đai răng

- Hình 2.12: Truyền động bằng xích

- Hình 2.13 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục X

- Hình 2.14 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Y

- Hình 2.15a Cơ cấu di chuyển xe nâng

- Hình 2.15b Cơ cấu di chuyển xe nâng

- Hình 2.16a Cơ cấu lấy trả hàng

Trang 19

- Hình 2.16b Cơ cấu lấy trả hàng

- Hình 2.17 Mô hình hoàn thiện trên Solid works

- Hình 2.18 Mô hình hoàn thiện trên thực tế

- Hình 2.19 Vỏ tủ điện

- Hình 2.20 Hộp điều khiển

- Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý mạch lực

- Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

- Hình 3.1 Cấu tạo động cơ 1 chiều

- Hình 3.2 Cấu tạo của stato

- Hình 3.3 Cấu tạo của Rôto

- Hình 3.4 Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều

- Hình 3.5 Động cơ điện một chiều LT37GB30-385

- Hình 3.6 Động cơ điện một chiều LT25GB45

- Hình 3.13 Bi trượt thanh trượt tròn SCS

- Hình 3.14 Rơ le trung gian

- Hình 3.15 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4

- Hình 3.16 Công tắc hành trình

- Hình 3.17 Nguồn tổ ong

- Hình 4.1: PLC của hãng Siemens

- Hình 4.2 Cấu trúc cơ bản của PLC

- Hình 4.3 Sơ đồ các công vào ra của PLC

- Hình 4.4 Truyền thông trong S7-200

- Hình 4.5 CPU 226

- Hình 4.6: Vòng quét (scan) trong S7-200

- Hình 4.7: Cấu trúc chương trình

- Hình 4.8 Giao diện Wincc

- Hình 4.9 Giao diện điều khiển và giám sát của mô hình trên Wincc

Trang 20

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

❖ CHỮ VIẾT TẮT:

- CIM (Computerize Integrate Manufacturing ) : hệ thống sản xuất tích hợp

- CASA (The Computer and Automated Systems Association) : hiệp hội máy tính

và hệ thống tự động

- SME (Society of Manufacturing Engineers): hiệp hội kỹ sư sư sản xuất

- CAQC (Computer Aided Quality Control): Hệ thống kiểm tra chất lượng có sự trợ giúp của máy tính

- CM (Cellular Manufacturing): tế bào gia công

- CAPP (Computer Aided Process Planning): lập trình công nghệ có sự trợ giúp của máy tính

- AS&RS (Automated Storage & Retrieval System): hệ thống cất lấy hàng hóa tự động

- PLC (Programmable Logic Controller): bộ điều khiển chương trình logic

Trang 21

MỞ ĐẦU

Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973 Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lý

tự động

So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường

Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành Cơ Điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Tùy bộ môn Cơ Điện tử, trường

Đại học Bách khoa Đà Nẵng Chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình

hệ thống cấp, phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động (CIM)” phù hợp với khả

năng cũng như thời gian thực hiện

Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và đang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời Đồ án được chia làm 3 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển

Thuyết minh đồ án gồm có 4 chương:

Chương 4 Ứng dụng PLC S7 – 200 và lập trình điều khiển hệ thống cấp phát vật tư trong hệ thống sản xuất tự động

Trang 22

Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt được những thành công nhất định

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện tử đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài Đặc biệt là các thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy đã tâm huyết hướng dẫn chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ Viện Công nghệ Cơ khí và Tự động hóa, xưởng cơ khí bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ chúng

Trang 23

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP, PHÁT VẬT TƯ

TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG (CIM)

1.1 Các khái niệm cơ bản về CIM

Trang 24

Công ty máy tính của Mĩ IBM cho rằng: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công

Hãng SIMENS của Đức lại cho rằng: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện

mà là một chiến lược và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của một nhà

máy

1.1.2 Các thành phần cơ bản của CIM

CIM là một công nghệ tiên tiến để quản lý công ty sản xuất thông qua dòng thông tin Công nghệ thông tin là một công cụ tích hợp rất mạnh và là cơ sở hạ tầng để đạt mục đích trong một xí nghiệp tích hợp Trong thế giới hiện nay công nghệ thông tin đóng vai trò quyết định trong quản lý xí nghiệp Đồng thời sự phát triển của các tiêu chuẩn liên kết đã có ảnh hưởng lớn đến CIM và đã mở đường cho việc tích hợp hóa Các công nghệ tích hợp trong CIM rất đa dạng và bao gồm nhiều lĩnh vực công nghệ phức tạp khác nhau Tuy nhiên ở đây chỉ đề cập đến một số công nghệ tiên tiến của CIM

Tự động hóa văn phòng: Đó là việc tự động hóa các quá trình của văn phòng bằng

các công nghệ thích hợp Nó có thể được xem như một máy tính mà từ đó hầu hết các tài liệu văn phòng được truyền đi các mạng để nối kết tất cả các thiết bị sản xuất và các công nghệ của một công ty nào đó bằng các hệ thống thông tin quản lý

Tự động hóa văn phòng cho phép:

- Tạo ra nhiều thông tin thương mại

- Quay vòng nhanh các tư liệu thương mại

- Giảm sai số trong quản lý

- Giảm mặt bằng làm việc

- Phục vụ khách hàng tốt hơn

- Khả năng ra quyết định tốt hơn

- Giảm số nhân viên văn phòng

- Nâng cao trình độ của nhân viên văn phòng

Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CAD:

- Nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản phẩm

- Giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá được 12 ÷ 25%

- Nâng cao chất lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm

- Tạo ra được tài liệu có chất lượng cao

Trang 25

- Loại trừ được các công việc lặp lại

- Tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế tạo sản phẩm mới

- Tiêu chuẩn hóa tốt hơn

- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất

- Giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu

Máy điều khiển số CNC: Máy điều khiển số CNC là thiết bị có khả năng gia công

chi tiết theo một chương trình lập sẵn cho mọi kích thước mong muốn và theo một quy trình công nghệ đã lập sẵn Các máy CNC được trang bị màn hình và bàn phím, do đó việc viết và diễn giải chương trình có thể được thực hiện trực tiếp trên máy Các máy CNC cho phép loại trừ ảnh hưởng của công nhân và nâng cao chất lượng sản phẩm Các máy CNC được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: Gia công, làm sạch, đánh bóng, kiểm tra, nén ép, rèn hoặc dập

Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM: Cho phép thực hiện nhiều dạng

nguyên công khác nhau khi thay đổi chương trình điều khiển CAM có thể kết hợp với các dạng công nghệ khác như CAD, NC, cơ sở dữ liệu và thiết bị kiểm tra chất lượng

để tạo thành những phần tử chính của CIM Hệ thống CAM có thể bao gồm: Robot, các máy NC và FMS Ưu điểm của hệ thống CAM là:

- Tăng năng suất lao động

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm diện tích sản xuất

- Đáp ứng nhu cầu của khách hàng nhanh hơn

- Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân và loại trừ những điều kiện làm việc nguy hiểm

Kiểm tra chất lượng có sự trợ giúp của máy tính: Bao gồm quá trình giám sát và

quá trình đo kiểm tra sản phẩm Hệ thống kiểm tra chất lượng có sự trợ giúp của máy tính CAQC (Computer Aided Quality Control) cho phép:

- Giảm thời gian giám sát quá trình sản xuất

- Giảm chi phí gián tiếp cho các giám sát viên

- Giảm chi phí tương đối để đạt chất lượng sản phẩm xuống 50 ÷ 90%

- Giảm công việc lặp lại trong quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Cải thiện điều kiện làm việc

Trang 26

Hệ thống bảo quản và tìm kiếm tự động: Là hệ thống xử lý vật liệu để cấp phát

chi tiết cho các khu vực và tìm kiểm chi tiết từ các khu vực Hệ thống bảo quản và tìm kiếm tự động cho phép:

- Kiểm tra vật liệu bằng máy tính, xác định trạng thái và vị trí của vật liệu

- Thông qua mạng để điều khiển các hệ thống phụ trợ và CIM

- Giảm phế phẩm gia công

- Loại trừ quá trình xử lý lặp lại đối với vật liệu

- Giảm thời gian lắp ráp (khoảng 25%)

Công nghệ nhóm: Là một khái niệm sản xuất khi mà các chi tiết được gia công

theo nhóm dựa vào đặc tính kết cấu hoặc quy trình công nghệ Các chi tiết được ghép nhóm theo đặc tính kết cấu được coi là họ chi tiết thiết kế và các chi tiết được ghép nhóm theo đặc tính gia công được coi là họ chi tiết gia công Việc ghép các nhóm chi tiết theo đặc tính này cho phép thực hiện những công việc giống nhau một cách hiệu quả nhất Ứng dụng công nghệ nhóm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức hệ thống CIM, đồng thời công nghệ nhóm còn cho phép:

- Hoàn thiện khâu thiết kế va tăng tính tiêu chuẩn hóa của thiết kế

- Giảm khối lượng công việc trong khâu xử lý vật liệu

- Giảm 20% ÷ 80% thời gian sản xuất

- Giảm 15% ÷ 20% khối lượng lao động

- Giảm 20% ÷ 30% chi phí dụng cụ cắt

- Giảm 20% ÷ 60% thời gian chuẩn bị sản xuất

- Giảm 15% ÷ 30% thời gian đặt hàng và cấp hàng

- Đơn giản hóa việc lập quy trình sản xuất và rút ngắn chu kỳ sản xuất

- Hoàn thiện quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Khả năng thích ứng nhanh với thị trường, do đó giảm được thời gian đặt hàng

và thời gian cấp hàng

- Tăng cường sự hợp tác giữa các tổ chức của công ty

- Nâng cao năng suất lao động

- Giảm 15% ÷ 70% phế liệu sản xuất

Lập quy trình công nghệ có sự trợ giúp của máy tính: CAPP (Computer Aided

Process Planning) là xác định thứ tự nguyên công với nhiều thông số công nghệ để chế tạo hoặc để lắp ráp CAPP cho phép lập được quy trình mới để gia công chi tiết, thay đổi quy trình đang được ứng dụng để có quy trình mới tiên tiến hơn hoặc để thực hiện

Trang 27

các công việc lập chương trình nào đó một cách nhanh chóng và thuận tiện CAPP cho phép:

- Giảm thời gian thiết kế sản phẩm mới

- Giảm chi phí cho việc tiếp nhận chi tiết mới

- Giảm thời gian thiết kế dụng cụ cắt

- Tăng khả năng khai thác hệ thống CIM

- Giảm thời gian lập quy trình công nghệ

- Giảm số lượng dụng cụ cắt bị hỏng

Tế bào gia công: CM (Cellular Manufacturing) là thiết bị sản xuất thường dùng để

chế tạo các chủng loại chi tiết khác nhau Công nghệ nhóm trong quy trình sản xuất đã tạo ra CM Hệ thống sản xuất của một công ty được tổ chức thành các tế bào gia công Các tế bào gia công bao gồm: Máy gia công và các quy trình để chế tạo một loại chi tiết nào đó Tế bào gia công cho phép:

- Giảm đáng kể thời gian gia công chi tiết

- Giảm 20 ÷ 30% khối lượng lao động

- Giảm 15 ÷ 30% chi phí cho thiết kế xỹ thuật

- Giảm thời gian chuẩn bị sản xuất

- Đạt hiệu quả cao trong xử lý vật liệu

- Đơn giản hóa việc lập quy trình công nghệ chế tạo và quy trình kiểm tra

Robot: Các lợi ích mà robot đem lại:

- Giảm phế liệu và chi phí cho những công việc lặp lại

- Giảm chi phí cho nguyên công kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Giảm chi phí lao động trực tiếp

- Có khả năng thực hiện nhiều nguyên công khác nhau

Hệ thống FMS: FMS được coi là phiên bản đầu tiên của CIM, ứng dụng hệ thống

FMS cho phép:

- Tăng tính linh hoạt khi gia công các loại chi tiết khác nhau

- Xử lý nhiều loại vật liệu khác nhau

- Hệ thống sản xuất tiếp tục hoạt động khi có một máy ngưng hoạt động

- Hoàn thiện sức lao động của con người

Trang 28

- Hoàn thiện quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Giảm 50% giá thành sản xuất

- Giảm 30% chi phí cho dụng cụ cắt

- Giảm 50 ÷ 90% khối lượng lao động

- Tăng hệ số sử dụng máy

- Giảm phế liệu

- Giảm 42% diện tích mặt bằng sản xuất

- Nâng cao năng suất lao động tới 200 ÷ 350%

1.2 Hệ thống cấp, phát vật tư và hệ thống xuất nhập

1.2.1 Hệ thống cấp, phát vật tư

Hệ thống cấp, phát vật tư là nơi tiếp nhận, lưu trữ và cấp, phát các vật liệu đầu vào (phôi), các thiết bị phụ trợ, các chi tiết thành phẩm, phế phẩm và chất thải của quá trình sản xuất Qua đó ta có thể quản lý được số lượng của phôi ban đầu, thành phẩm

và phế phẩm, từ đó đánh giá được năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm Đồng thời đưa ra sự hiệu chỉnh về thông số kỹ thuật của quá trình gia công để đảm bảo hiệu quả của hệ thống CIM

1.2.1.1 Thành phần của hệ thống cấp, phát vật tư

Hệ thống cấp, phát vật tư bao gồm các thành phần sau:

- Khu lưu giữ hàng hoá

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá tới hệ thống vận chuyển

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá từ khu lưu giữ

Hình 1.2: Mô hình cấp phát vật tư

Trang 29

Vì đa số các kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giá đỡ, nên chúng có kết cấu gồm các thành phần sau:

- Các cơ cấu giá đỡ: Là nơi chứa hàng hoá

1.2.1.2 Các loại hệ thống cấp, phát vật tư

1.2.1.2.1 Dạng giá cần cẩu

Với kết cấu gồm 1 máy cần cẩu để nâng hạ hàng hoá từ các giá chứa tới các ổ tích

và ngược lại rất linh hoạt Tuy nhiên có hạn chế là dung lượng ổ chứa không lớn Song

do có khả năng tự động hoá cao, với lại diện tích nhỏ gọn nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống CIM cũng như FMS

Hình 1.3 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

B: chiều rộng của giá, B P : chiều rộng của bước dùng cho máy cần cẩu

L H : chiều dài ổ tích trữ, H: chiều cao kho chứa, h H : chiều cao ổ tích trữ

1: máy cần cẩu , 2: giá, 3: ổ tích trữ

Trang 30

1.2.1.2.2 Dạng cần cẩu cầu

Với 1 máy cần cẩu dạng cầu có thể di chuyển ngang, dọc, lên xuống và có thể quay quanh 1 trục nên rất linh hoạt khi xếp dỡ hàng hoá Dạng kho chứa cần cẩu cầu khắc phục được nhược điểm của dạng giá cần cẩu đó là dung lượng lớn hơn nhiều Dạng cần cẩu cầu có đến 3 giá, 4 giá hoặc 6 giá chứa hàng trong khi dạng giá cần cẩu chỉ có

1 hoặc 2 giá chứa là cùng Nhưng do có nhiều giá chứa nên diện tích mặt bằng lớn, và năng suất của máy cần cẩu cầu không cao nên chỉ sử dụng cho sản xuất hàng loạt nhỏ

Hình 1.4 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu

a: Loại có 3 giá ; b: Loại có 4 giá ; 1: máy cần cẩu dạng cầu ; 2: các giá

1.2.1.2.3 Dạng giá trọng lực

Với kết cấu giá nghiêng lợi dụng trọng lực để cấp và thoát phôi từ đầu cao này sang đầu thấp kia Tại 2 đầu của giá nghiêng có các bộ trượt tự động để tiếp nhận phôi Dạng kho chứa này chỉ dùng cho 1 số loại chi tiết nhất định, do đó tính linh hoạt không cao

Hình 1.5 Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực

1: Bộ trượt tự động ; 2: Giá trọng lực ; 3: Cơ cấu cấp thoát phôi(chi tiết)

Trang 31

1.2.1.3 Tìm hiểu hệ thống lấy cất hàng hóa tự động AS&RS (Automated Storage & Retrieval System)

Đây là hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với công nghệ hiện đại, được sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động Hệ thống gồm có 2 phần chính: phần mềm và phần cứng

- Phần mềm gồm có phần mềm quản lý các robot lấy cất hàng (Crane Control Software) và phần mềm quản lý hàng hóa (Warehouse Management Software)

- Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định (Static Racking), các robot lấy cất hàng (Crane Control Software), hệ thống các băng tải vận chuyển hàng (Conveyors) và hệ thống các cửa tự động xuất nhập hàng (Automated Doors) Giải pháp này được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng động lạnh do những ửu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như:

- Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao và đường chạy

của robot nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giải pháp khác, so sánh trên cùng khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho diện tích sử dụng, xây dựng và hệ thống lạnh

- Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/ phút/ robot

- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một robot cho một nhà kho giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư

- Không cần hệ thống chiếu sáng, do đó tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành

- Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào, bù nhiệt

cho hệ thống chiếu sáng là những nguồn thất thoát nhiệt chính trong các kho lạnh Sử dụng diện tích nhở hơn các giải pháp khác nên thất thoát nhiệt xuống đất sẽ thấp hơn Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động và có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ là rất thấp, giảm thời gian xả đá của hệ thống lạnh

- Không sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo

Trang 32

kho hệ thống cơ khí sẽ mang lần lượt các kiện hàng hoặc sản phẩm này sắp xếp vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu dữ liệu của hàng vừa nhập kho vao máy tính Đối với việc xuất kho hoàn toàn tương tự nhưng ngược lại

Hệ thống cơ khí cơ bản của một nhà kho tự động là một robot hoạt động theo ba trục và di chuyển theo đường ray để mang hàng sắp xếp vào kho, và hệ thống băng chuyển để phân phối sản phẩm xuất nhập

Số lượng robot sự dụng trong một nhà kho ít hay nhiều hoàn toàn phụ thuộc vào đặc tính của nhà kho đó Nếu một nhà kho tự động cần khả năng lưu trữ cao nhưng tốc

độ thấp thì số lượng robot không nhiều và hệ thống băng chuyền không quá phức tạp Nhưng nếu một nhà kho cần khả năng lưu trữ cao với tốc độ cao thì số lượng robot rất lớn di chuyển trên các ray độc lập, theo đường cong hoặc chuyển ray dẫn đến hệ thống băng chuyền để phân phối cho các robot này phức tạp

Hình 1.6 Các ngăn chứa hàng của hệ thống ASRS

Mô hình nhà kho có khả năng lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp thích hợp cho các nhà máy mà sản phẩm của họ được sản xuất với năng suất cao, số lượng lớn như: thực phẩm, điện tử

Trang 33

Hình 1.7: Pallet

1.3 Hệ thống điều khiển

Hệ điều khiển của hệ thống CIM gồm có phần cứng và phần mềm

Phần cứng của hệ điều khiển là mạch điều khiển các thiết bị của hệ thống CIM Hiện nay phần cứng của các hệ thống CIM đều sử dụng các bộ PLC Các bộ PLC có rất nhiều ưu điểm và là sự lựa chọn tối ưu cho các hệ thống CIM, đó là khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp, có khả năng điều khiển nhiều loại thiết bị, có khả năng lập trình linh hoạt, kích thước nhỏ gọn, các đầu vào/ra lớn

Phần mềm của hệ thống điều khiển chính là phần mềm giám sát hệ thống xuất nhập

vật tư bằng máy tính

1.3.1 Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC trong các hệ thống CIM

PLC được phát triển dựa trên cơ sở kỹ thuật Vi Xử Lý, hay nói một cách khác sự phát triển cao của kỹ thuật máy tính là nền tảng cho PLC ra đời Nó cho phép ta thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Ngày nay trong công nghiệp PLC (còn được gọi là các máy tính công nghiệp) ngày càng được sử dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt của một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh, như với các PLC khác, với các thiết bị phụ trợ trong hệ thống và với máy tính

Trang 34

Các chức năng điều khiển của PLC có thể được phân loại thành 4 dạng sau:

- Điều khiển on-off (on-off control)

- Điều khiển dãy (sequential control)

- Điều khiển phản hồi (feedback control)

- Điều khiển sự chuyển động (motion control)

Các bộ PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho các máy móc và các ứng dụng trong công nghiệp, chỉ với một máy tính để lập trình cho PLC, thay vì phải sử dụng các thiết bị phần cứng cồng kềnh như: các cuộn Rơle và các công tắc điện Các bộ PLC có thể điều khiển thích hợp với bất kỳ loại máy móc hay hệ thống công nghiệp nào như:

- Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, các công tắc hành trình)

- Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình

- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được từ các đầu vào

Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra

Trang 35

Hình 1.6 Chức năng của PLC

Các ưu điểm khi sử dụng PLC:

PLC đặc trưng cho một máy tính có sự tiêu tốn điện áp là rất thấp, tốc độ truy cập cao và tính linh động trong việc thay đổi ứng dụng điều khiển Bằng cách thay thế các

bộ phận cơ khí bằng một bộ PLC, việc điều khiển một quá trình công nghệ sẽ trở nên nhanh hơn, rẻ hơn và do đó đem lại hiệu quả cao hơn Có nhiều lý do cho thấy PLC là một sự lựa chọn tốt hơn so với việc sử dụng các cuộn rơle hay là một máy tính chuẩn dùng cho việc điều khiển

- Chiếm ít không gian: Một bộ PLC yêu cầu ít không gian hơn một máy tính hoặc

một bảng Rơle với cùng một công việc thực hiện

- Giá thành thấp hơn: Giá mua một bộ PLC chỉ bằng cỡ 4 hoặc 5 cái rơle, nhưng

nó lại có thể thay thế công việc của hàng trăm rơle

- Bền vững trong môi trường làm việc công nghiệp : Vỏ bọc của một bộ PLC

được tạo ra với đủ độ cứng để có thể bền vững trong môi trường làm việc khắc nghiệt trong một nhà máy Trong khi đó, vỏ các máy tính không được chế tạo

để đáp ứng được các yêu cầu này

- Sử dụng giao diện kết nối trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn yêu cầu một hệ

thống phức tạp và bị hạn chế trong việc giao diện hay kết nối với những thiết bị khác Trong khi đó giao diện của một bộ PLC cho phép kết nối trực tiếp với các thiết bị khác

Trang 36

- Dễ dàng trong việc lập trình: Các bộ PLC thường sử dụng một ngôn ngữ lập

trình gọi là logic bậc thang Đây là một ngôn ngữ được tạo nên dựa trên những tiêu chuẩn công nghiệp về các biểu tượng trong các hệ thống phần cứng rơle, và các tiêu chuẩn này thì đã trở nên quen thuộc với những nhà kĩ thuật trong công nghiệp

- Tính linh hoạt: Việc thay đổi các thiết bị phần cứng điều khiển luôn luôn phức

tạp hơn so với việc thay đổi phần mềm (thay đổi chương trình lập trình) khi mà các ứng dụng của ta thay đổi Các bộ PLC cho phép chúng ta khả năng linh hoạt trong việc thay đổi các ứng dụng cần thực hiện bằng cách thay đổỉ chương trình lập cho bộ điều khiển PLC Trong khi ta chỉ cần lập lại chương trình theo đúng ứng dụng yêu cầu và thay đổi kết nối các đầu vào, đầu ra thì với một bộ các rơle, khi muốn thay đổi ứng dụng ta phải mất rất nhiều thời gian cho công việc nối các dây dẫn và thay đổi cấu trúc mạch

Trang 37

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU VÀ ĐIỆN

2.1 Mô hình kho cấp phát vật tư, hàng tự động

Nhằm khắc phục những khó khăn mà phương thức lưu trữ hiện đại đang gặp phải, xây dựng và phát triển một hệ thống có khả năng tự động xếp hàng, vật tư vào kho, xuất hàng, vật tư khỏi kho, quản lý số lượng Hệ thống cấp phát hàng tự động đang là vấn đề đưa ra cho những nơi có quy mô sản xuất trung bình và lớn nhằm thuận tiện, nhanh chóng cho việc lưu trữ cũng như bảo quản hàng hóa tốt hơn

Qua quá trình phân tích những đặc điểm về cơ khí, điện và điều khiển kết hợp với điều kiện thực tế (kinh phí, thời gian) Chúng em đã nhận đề tài thiết kế và chế tạo mô hình cấp, phát vật tư, hàng tự động trong hệ thống CIM cấu trúc gồm: 1 nhà kho 3 tầng với 12 khoang chứa hàng, 1 robot với 3 bậc tự do có thể di chuyển theo 3 trục XYZ để xuất và nhập hàng Xuất nhập hàng tự động bằng bảng điều khiển và phần mềm xuất nhập tự động điều khiển qua máy tính

Hình 2.1 Mô hình kho hàng

Trang 38

Hệ thống được thiết kế với các ưu điểm sau:

- Hàng hóa được sắp xếp một cách có tổ chức với mật độ lưu trữ cao

- Tận dụng được diện tích kho, do thiết kế theo các ngăn xếp nhiều lớp

- Hàng hóa được vận chuyển cẩn thận với khay chứa, và được bảo quản trong từng ngăn

- Tốc độ lấy hàng và nhập hàng nhanh hơn nhiều so với cách làm thủ công

- Dễ dàng quản lí số lượng hàng hóa, kiểm tra thời hạn sử dụng, chất lương sản phẩm

Trang 39

2.3 Robot

Robot được thiết kế với 3 cơ cấu chính là: Cơ cấu di chuyển xe nâng theo trục X,

cơ cấu hạ tầng theo trục Y, cơ cấu lấy hàng theo trục Z Các cơ cấu này có thể làm việc độc lập hay phối hợp nhau để hiệu suất của hệ thống là cao nhất

2.3.1 Tính toán cơ cấu dẫn hướng cho các trục:

Trong các cơ cấu của mô hình thì các trục cần chuyển động tịnh tiến, đồng thời các tải về khối lượng thân máy, ảnh hưởng rất nhiều đến cơ cấu dẫn hướng Một cơ cấu dẫn hướng tốt không chỉ đảm bảo về tính chính xác trong chuyển động, mà còn đảm bảo trơn nhẹ, ít ma sát, đồng thời có khả năng chịu tải cao, lâu mòn Trên thị trường hiện nay có nhiều lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục, có thể nhắc qua các phương án sau

2.3.1.1 Phương án dẫn hướng bằng cặp trục trơn:

Hình 2.3: Dẫn hướng bằng cặp trục trơn Theo phương án này, trục vít me được bố trí cố định với khung máy ở giữa hai trục trơn Khi động cơ quay vít me, đai ốc gắn cố định trên bàn máy hoặc đầu gá dụng cụ sẽ di chuyển kéo theo bàn máy hoặc đầu gá dụng cụ di chuyển theo Cả cơ cấu sẽ trượt trên cặp trục trơn như hình

❖ Ưu điểm: ưu điểm của phương án này đó là dễ chế tạo các trục trơn và cơ cấu gá các

trục trơn lên khung máy, dẫn hướng và chống xoay tốt

❖ Nhược điểm: nhược điểm chính là độ không song song giữa hai trục có thể khiến cho

cơ cấu di chuyển bị kẹt Khi đó sẽ phải cạo sửa các trục trơn và các lỗ cho trục trơn đi qua trên cơ cấu khá mất thời gian và khó Mặt khác, việc đảm bảo độ nhẵn bóng của trục trơn và lỗ để bộ phận chuyển động có thể di động một các dễ dàng ( tiếp xúc mặt)

là khá khó khăn

Trang 40

2.3.1.2 Phương án dẫn hướng bằng sống trượt dạng mang cá:

Theo phương án này, trục vít me được nối với động cơ được gắn chặt vào phần cố định của mang cá dưới Đai ốc được gắn chặt vào phần mang cá trên Khi động cơ quay trục vít

me, đai ốc sẽ kéo mang cá trên mang bộ phận cần chuyển động trượt tịnh tiến dọc theo rãnh của mang cá dưới bàn máy

Hình 2.4: Dẫn hướng bằng sống trượt dạng mang cá

❖ Ưu điểm: phương án này có ưu điểm là kết cấu máy sẽ rất gọn nhẹ và mang tính công

nghệ cao, chịu tải lớn, ma sát thấp, độ chính xác cao, tùy theo thiết kế rãnh mang cá mà

có thể dễ dàng khử rơ do mòn theo thời gian, có kết cấu gần giống với máy CNC trong công nghiệp

❖ Nhược điểm: phương án này có nhược điểm là việc gia công sống trượt mang cá

phức tạp và mất nhiều thời gian hơn việc sử dụng các trục trơn, vì trục trơn có thể mua sẵn trên thị trường

2.3.1.3 Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt bi chữ U:

Trên thực tế, thanh trượt chữ U không được thiết kế để dẫn hướng các trục của bất

cứ một máy móc nào Thông thường chúng ta bắt gặp loại thanh trượt này ở các thiết

bị gia dụng nhiều hơn là ở máy móc Chúng hiện diện ở các ngăn bàn, hộc tủ, các ngăn kéo…trong gia đình Kết cấu của nó khá là đơn giản, bao gồm 2 thanh trượt ăn khớp với và trượt lên nhau Ma sát giữa 2 thanh là khá nhỏ vì ở giữa chúng có một kết cấu các viên bi nhỏ, nên ma sát ở đây là ma sát lăn

❖ Ưu điểm: phương án này có ưu điểm là rẻ tiền, dễ dàng gá đặt, có bán sẵn theo

modun trên thị trường với các kích thước bề rộng và chiều dài khác nhau

❖ Nhược điểm: phương án này có nhược điểm là khả năng chịu tải chỉ tương đối,

đồng thời độ chính xác không cao, có một độ rơ nhất định khi sử dụng

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	3,74 MB