Chơng 4 - Hệ thống sản xuất linh hoạt
Flexible Manufacturing System (FMS)
Đào Bá Phong - Bộ môn GCVL và DCCN, Khoa Cơ khí, ĐHBK Hà Nội
4.1. Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt
4.1.1. Khái niệm
Hệ thống sản xuất là một chuỗi các quá trình sản xuất gia tăng giá trị làm nhiệm
vụ chuyển đổi nguyên vật liệu thành dạng có ích hơn và cuối cùng là tạo ra sản phẩm
hàng hoá.
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ
thống sản xuất đợc điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chơng
trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất.
Vì vậy hệ thống FMS có thể tự động đặt lại cấu hình để sản xuất các chủng loại
sản phẩm khác nhau. Đó là lý do tại sao nó đợc gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt.
Khái niệm sản xuất linh hoạt đợc đợc biết đến lần đầu tiên vào năm 1965 khi công
ty British firm Molins, Ltd đa ra sản phẩm với tên gọi là System 24. System 24 là một
hệ thống FMS thật sự. Tuy nhiên hệ thống này không thể phát triển thêm đợc nữa bởi
vì khi đó công nghệ tự động hoá và công nghệ thông tin còn cha phát triển nên không
thể hỗ trợ cho sự phát triển của hệ thống này đợc. Khái niệm sản xuất linh hoạt vì vậy
bị quên lãng. Tuy nhiên vào những năm cuối thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, cùng với sự
phát triển nhảy vọt của công nghệ thông tin và ứng dụng của công nghệ thông tin trong
sản xuất mà sản xuất linh hoạt đã phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc. Hệ thống
sản xuất linh hoạt đợc sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ôtô và máy kéo.
Nh vậy, một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau:
Thiết bị xử lý nh các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot.
Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ nh robot, băng truyền,
Một hệ thống truyền thông
Một hệ thống điều khiển bằng máy tính
Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động nh tiện, phay, khoan, và
hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính.
4.1.2. Ưu nhợc điểm của hệ thống FMS
Một hệ thống sản xuất linh hoạt có những u điểm sau:
Thiết kế
sản phẩm
Sản xuất
Lập trình cho
các máy sản
xuất
CIM
Kế hoạch
sản xuất
Tiêu thụ
Vận chuyển
Lu kho
Tài chính
Tiếp thị
Lập quy trình
sản xuất
Hình 4.1: Nhữn
g
thành
p
hần cơ bản của CIM
4.2. Vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống sản xuất linh hoạt

Ví dụ trên đã thể hiện đợc vai trò của điều khiển và giám sát trong hệ thống
điều khiển nói chung và cụ thể là trong hệ thống sản xuất linh hoạt nói riêng. Do đó
khi nghiên cứu hay tìm hiểu về một hệ thống sản xuất linh hoạt, vấn đề điều khiển và
giám sát cho hệ thống luôn đợc đặt lên hàng đầu. Phần sau đây trình bày một số khái
niệm về điều khiển và giám sát nhằm trang bị cho ngời đọc những kiến thức cơ bản
nhất về lĩnh vực này.
4.2.2. Điều khiển và giám sát là gì?
Điều khiển và giám sát bao hàm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm đảm bảo
các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật nh năng suất, chất lợng, an toàn cho
con ngời, môi trờng, Cụ thể là, quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của quá trình kỹ
thuật phải đợc điều khiển theo một mô hình cho trớc trong khi có tác động của môi
trờng xung quanh, đồng thời ảnh hởng xấu của quá trình kỹ thuật phải đợc giảm
thiểu. Mặc dù điều kiển và giám sát là hai nhiệm vụ khác nhau, nhng chúng có quan
hệ mật thiết với nhau. Thực tế đòi hỏi điều khiển phải có giám sát và việc giám sát sẽ
là vô nghĩa nếu thiếu điều khiển. Vì vậy ta có thể dùng một khái niệm chung là điều
khiển giám sát, để phân biệt với khái niệm điều khiển tự động hay điều khiển cơ sở.
Vào giai đoạn mới hình thành, do trình độ công nghệ còn hạn chế nên hệ thống
điều khiển và giám sát nói chung có cấu trúc rất đơn giản nh hình 4.2
Giai đoạn về sau, dựa trên thực tế sử dụng, sự phân bố chức năng điều khiển và
sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã có sự
phân hoá và đẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác
nhau là: hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc tập trung, hệ thống điều khiển và
giám sát có cấu trúc phân quyền, hệ thống điều khiển và giám sát có cấu trúc phân tán.
Trong thực tế tuỳ thuộc vào mục đích và quy mô của ứng dụng mà cần phải lựa chọn
mô hình điều khiển và giám sát phù hợp.
hoặc thông qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Vì máy tính phải thực hiện
đồng thời cả nhiệm vụ điều khiển và giám sát nên thực tế yêu cầu máy tính phải có tốc
độ xử lý rất nhanh và khả năng ghép nối đợc với nhiều loại thiết bị.
Cấu trúc điều khiển và giám sát tập trung thích hợp với việc tự động hoá các quá
trình công nghệ hay các hệ thống sản xuất linh hoạt vừa và nhỏ vì nó có u điểm là đơn
giản, dễ thực hiện và giá thành đầu t cho thiết bị điều khiển và giám sát không lớn.
Tuy nhiên, những mặt hạn chế trong cấu trúc tập trung là:
Hình 4.3: Cấu trúc điều khiển và
g
iám sát tậ
p
trun
g

Giá thành cao do nối dây điểm với điểm, trực tiếp, phức tạp,
Khả năng mở rộng hệ thống rất khó khăn
Độ tin cậy kém
Năng suất thấp
Ngoài ra nhợc điểm lớn nhất của hệ thống này là nếu máy tính điều khiển
trung tâm bị hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ngừng hoạt động, gây ảnh hởng lớn đến
sản xuất. Nh vậy cấu trúc điều khiển và giám sát theo mô hình tập trung thể hiện tính
linh hoạt không cao và vì vậy ít đợc ứng dụng trong thực tế.
4.2.4. Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền
Cấu trúc điều khiển và giám sát phân quyền khắc phục đợc sự phụ thuộc của cả
hệ thống vào một máy tính trung tâm duy nhất và vì thế hệ thống trở nên linh hoạt hơn.
Sự "phân quyền" của cấu trúc điều khiển này thể hiện bởi mỗi quá trình công nghệ
đợc điều khiển bằng một máy tính và các máy tính này đợc đặt trong cùng một
phòng điều khiển. Do các quá trình công nghệ có sự liên quan mật thiết với nhau nên
các máy tính điều khiển đợc nối mạng để trao đổi dữ liệu. Trong quá trình điều khiển,
mỗi máy tính sẽ thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và sau đó xử lý các dữ liệu

p
hân
q
u
y
ền
4.2.5. Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán
Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán thực hiện việc phân bố chức năng theo
cả chiều rộng và chiều sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông để thay thế
triệt để cho phơng pháp dùng dây nối cổ điển. Bên trong hệ thống sử dụng các cụm
vào/ra tại chỗ và cơ cấu chấp hành có tích hợp công nghệ vi điện tử (hình 4.5)
Cấu trúc điều khiển và giám sát phân tán có hai đặc trng nổi bật nh sau:
Nghiên cứu dới giác độ của kỹ thuật thông tin thể hiện ở việc xử lý thông tin
và lập trình phân tán, không phụ thuộc vào quá trình công nghệ cụ thể, sử dụng
kỹ thuật truyền thông công nghiệp, ứng dụng triệt để các công nghệ phần mềm
tiên tiến.
Hệ thống có kiến trúc mở thể hiện ở khả năng tơng tác giữa các thành phần,
khả năng thay thế lẫn nhau của các sản phẩm khác nhau, khả năng mở rộng hệ
thống do chính ngời sử dụng, xây dựng giải pháp theo chuẩn quốc tế.
Trong thời gian gần đây nhờ những tiến bộ vợt bậc trong lĩnh vực đo lờng
điều khiển và công nghệ thông tin, các hệ thống điều khiển và giám sát đã có những
bớc phát triển nhảy vọt để hình thành nên hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ
liệu hoàn chỉnh hơn với tên gọi là SCADA.

4.2.6. Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control
And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát, nói cách khác là một hệ
thống hỗ trợ con ngời trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều
khiển tự động thông thờng. Hệ SCADA hiện đại luôn đi cùng giao diện ngời-máy
(Human-Machine Interface, HMI), các hệ thống truy nhập và truyền tải dữ liệu.
Một hệ SCADA gồm các thành phần sau:
Các trạm điều khiển giám sát trung tâm
- Engineering Station (ES)
-
Opertor Station (OS)
- Server Station (SS)
Các trạm thu thập dữ liệu trung gian
- Remote Terminal Unit (RTU)
- Data Collection Unit (DCU) : PLC, PC, I/O
Hệ thống truyền thông
- Mạng truyền thông công nghiệp.
- Mạng viễn thông/truyền tín hiệu đờng dài (vô tuyến, hữu tuyến).
- Các thiết bị chuyển đổi, dồn kênh (Modem, Multiplexer)
Các công cụ phát triển ứng dụng(Development Tool), chơng trình chạy
(Runtime Engine)
Các thành phần chức năng của hệ SCADA là:
Giao diện ngời-máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác, )
Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp.
Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các PLC, các module

lập trình thông dụng nh Visual C++, Visual basic, Delphi, Việc này đòi hỏi ngời
kỹ s phải có trình độ lập trình chuyên sâu. Chỉ riêng việc tạo các biểu tợng thờng
thấy trong công nghiệp nh van, đồng hồ, đờng ống, đã mất rất nhiều công sức và
thơi gian. Cho dù sử dụng những kỹ thuật lập trình tiên tiến, thì điều không thể tránh
khỏi là phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (Compiler).
Phơng pháp thứ hai sử dụng những công cụ phần mềm chuyên dụng cho hệ
SCADA (gọi là phần mềm SCADA). Phơng pháp này thể hiện tính u việt ở ngay
tính chuyên dụng của nó. Các công cụ này có sẵn th viện thành phần cho việc xây
dựng giao diện ngời-máy, cũng nh các phần mềm kết nối với các thiết bị cung cấp
dữ liệu thông dụng. Để đơn giản hoá việc tạo dựng, xu hớng hiện nay là kết hợp
phơng pháp lập trình trực quan với một ngôn ngữ script thông dụng (tơng tự việc
soạn thảo văn bản). Đi xa hơn nữa, một số công cụ cho phép ta sử dụng các biểu tợng,
ký hiệu đồ họa để xây dựng giao diện ngời-máy, đồng thời biểu diễn sự liên quan
logic giữa các thành phần của chơng trình dới dạng các khối chức năng.
Thực tế hiện nay các công cụ chuyên dụng để tạo dựng nên các hệ thống
SCADA đợc sử dụng phổ biến là: WinCC (Siemens), Genesis32 (Iconics), Fix
(Intellution), Lookout (Nationnal Intruments), là những sản phẩm của các hãng nổi
tiếng trong công nghiệp. Trong phần 5 của giáo trình, phần mềm tạo dựng hệ SCADA
và HMI (Human Machina Interface) rất mạnh của hãng SIEMENS là WinCC (Window
Control Center) sẽ đợc giới thiệu.
Để giúp ngời đọc có thể hiểu rõ và có cái nhìn trực quan về hệ thống sản xuất
linh hoạt, trong phần sau của giáo trình một hệ thống sản xuất linh hoạt hoàn chỉnh sẽ
đợc giới thiệu và phân tích. Đó là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 mô phỏng cho
một nhà máy lắp ráp động cơ ôtô.
4.3. Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50
4.3.1. Giới thiệu chung
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 là một dây chuyền sản xuất do hãng
Trạm
p
hân loại sản
p
hẩm
Băn
g
chu
y
ền
Trạm Robot
Lắp ráp
Trạm
p
hân
p
hối
p
hôi
Trạm kiểm tra
p
hôi
Trạm lấ
y
sản
p
hẩm
Hình 4.6: Sơ đồ của h

- Xylanh điều khiển hai phía: cơ cấu chấp hành này nhận tín hiệu tác động từ bộ
điều khiển PLC để đẩy phôi vào vị trí xác định, tốc độ dịch chuyển của trục piston
đợc điều chỉnh nhờ sử dụng van tiết lu điều chỉnh lu lợng của dòng khí.
- Cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston: đây là loại công tắc hành
trình không dùng tiếp xúc cơ khí và hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
Hai công tắc hành trình loại này đợc sử dụng để phát hiện vị trí giới hạn trớc và
sau của piston đẩy phôi đồng thời gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC để thông báo vị trí
hiện thời của piston đẩy phôi trên màn hình giám sát.
- Xylanh quay: loại xylanh này có hành trình điều khiển là một cung tròn, phạm vi
hoạt động là từ 0
o
-180
o
. Trên tay quay có gắn cơ cấu hút chân không để đa phôi từ
trạm phân phối sang trạm kiểm tra.
- Công tắc hành trình: đây là loại công tắc hành trình sử dụng tiếp xúc cơ khí. Hai
công tắc hành trình đợc gắn trên hai đầu giới hạn của xylanh quay để phát hiện vị
trí giới hạn bên trái (0
o
) và vị trí giới hạn bên phải (180
o
). Tín hiệu từ hai công tắc
hành trình này cũng gửi đến bộ điều khiển PLC để thông báo vị trí hiện thời của xylanh
quay trên màn hình giám sát.
- Bộ lọc khí và điều áp: không khí lấy từ máy nén khí trớc khi đợc phân phối để
điều khiển các thiết bị cần phải đợc đi qua bộ lọc khí để tách hơi nớc và đảm bảo
dòng khí sạch không có bụi bẩn làm ảnh hởng đến quá trình điều khiển cũng nh
tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống. Trên bộ lọc khí còn bố trí van điều áp để có
thể điều chỉnh áp suất dòng khí đa vào hệ thống, tránh hiện tợng áp suất tăng quá
cao ảnh hởng đến quá trình làm việc.

h
ố
i điện
- Bộ phân phối điện: có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi, tín hiệu điều khiển, tín hiệu
đo lờng cho cảm biến và các cơ cấu chấp hành có trên trạm.
- Van tiết lu: dòng khí nén trớc khi đến các cơ cấu chấp hành cần phải qua van tiết
lu để điều chỉnh lu lợng của dòng khí theo yêu cầu, qua đó điều khiển tốc độ
dịch chuyển của cơ cấu chấp hành.
Quá trình hoạt động của trạm phân phối phôi nh sau: phôi từ ống tích phối sau
khi đợc cảm biến quang học phát hiện sẽ đợc piston tác động 2 phía đẩy đến vị trí
phía trớc. Phôi đợc hút chặt bằng lực hút chân không và sau đó đợc xylanh quay
chuyển sang trạm kiểm tra và nhả phôi. Xylanh quay sau đó sẽ trở về vị trí ban đầu để
lấy phôi tiếp theo và tiếp tục chu trình hoạt động cho đến khi hết phôi trong ống tích
phôi.
4.3.3. Trạm kiểm tra phôi

Với nhiệm vụ kiểm tra chất lợng của phôi (vật liệu và kích thớc của phôi) để
loại bỏ những phôi không đủ yêu cầu kỹ thuật và chỉ vận chuyển những phôi đạt yêu cầu
đến trạm băng tải để mang đi lắp ráp thì trên trạm kiểm tra cũng có các thiết bị nh của
trạm phân phối phôi là: bộ lọc khí và điều áp, bộ phân phối điện, cụm van phân phối.
Ngoài ra trên trạm còn có các thiết bị sau:

Hình1.8: Bộ kiểm tra chiề
cao phôi

u
- Bộ kiểm tra chiều cao phôi: chiều cao của phôi đợc đo và chuyển đổi thành giá trị
điện áp. Giá trị điện áp này đợc so sánh với một điện áp chuẩn đặt trớc. Nếu nhỏ
hơn giá trị điện áp chuẩn tức là chi tiết không đủ chiều cao tiêu chuẩn, bị coi là phế
phẩm và sẽ bị trạm kiểm tra phôi loại bỏ.
- Xylanh đẩy phôi : Nếu phôi đạt yêu cầu, xylanh này sẽ đẩy phôi vào "máng dẫn
phôi sang trạm băng tải". Nếu phôi không đạt yêu cầu, xylanh này sẽ đẩy phôi vào
"máng chứa phôi không đạt tiêu chuẩn".
- Xylanh nâng phôi: xylanh này có nhiệm vụ nâng và hạ phôi. Trên xylanh nâng
phôi có gắn hai cảm biến cảm ứng điện từ ký hiệu là 1B1 và 1B2 để xác định vị trí
của trục piston. Hai cảm biến này sau khi phát hiện đợc vị trí giới hạn trên và dới
của piston nâng phôi sẽ gửi tín hiệu thông báo đến bộ điều khiển PLC. Bộ điều khiển sẽ
xử lý các tín hiệu đo lờng này theo chơng trình và đa ra tín hiệu điều khiển tới hai van
điện từ để điều khiển xylanh nâng hoặc hạ phôi.
- Máng chứa phôi không đạt tiêu chuẩn: máng chứa phôi này có chức năng chứa
những phôi không đạt tiêu chuẩn về chiều cao hoặc/và vật liệu. Khi phôi đợc
chuyển đến từ trạm phân phối, cảm biến tiếp cận điện cảm và cảm biến tiếp cận
quang học sẽ kiểm tra vật liệu và màu sắc của phôi. Nếu nh phôi không đạt những
điều kiện đặt ra nh phải là kim loại và có màu trắng, piston đẩy sẽ đẩy phôi vào
rãnh này. Nếu đạt yêu cầu, xylanh nâng phôi sẽ đa phôi lên vị trí giới hạn trên để
tiếp tục kiểm tra chiều cao của phôi bằng bộ kiểm tra chiều cao phôi. Nếu phôi đạt
chiều cao yêu cầu, phôi sẽ đợc chuyển tiếp sang trạm băng tải. Ngợc lại, phôi sẽ
đợc xylanh nâng phôi đ
a xuống vị trí giới hạn dới và bị xylanh đẩy phôi chuyển
vào máng chứa phôi không đạt tiêu chuẩn.
- Máng dẫn phôi sang trạm băng tải: sau khi kiểm tra, nếu phôi đạt tất cả các yêu cầu
thì sẽ đợc xylanh đẩy phôi chuyển vào máng dẫn phôi này. Dọc theo chiều dài của

điều khiển băng tải để 6 giá mang phôi này luân
chuyển phôi một cách liên tục và đều đặn mà không
bị ùn tắc. Vấn đề này đợc giải quyết nhờ bố trí
trên băng tải một hệ thống các cảm biến quang học, cảm biến tiếp cận điện cảm và
xylanh chặn hợp lý. Các bộ cảm biến, xylanh chặn và một số cơ cấu chấp hành khác
đợc kết nối thành mạng theo cấu trúc mạng ASi và đợc đa về bộ điều khiển PLC để
xử lý. Bộ điều khiển PLC thực hiện các chức năng sau: đa ra tín hiệu điều khiển động
cơ để điều chỉnh tốc độ vận chuyển của băng tải; thu thập số liệu từ các cảm biến
quang học, cảm biến tiếp cận điện cảm qua mạng ASi để nhận biết vị trí của từng giá
Hình 1.11: Trạm băng tải
mang phôi; dựa trên vị trí của các giá mang phôi, PLC đa ra tín hiệu điều khiển các
xylanh chốt chặn tơng ứng để cho phép hoặc không cho phép các giá mang phôi này
chuyển động. Nguyên tắc điều khiển là: theo chiều chuyển động của băng tải, giá
mang phôi đứng ở phía trớc chuyển động qua vị trí của xylanh chốt chặn thì giá mang
phôi đứng ở vị trí tiếp theo sau mới đợc phép chuyển động qua vị trí của xylanh chốt
chặn. Trong trạm băng tải, các cảm biến quang có tác dụng nhận biết sự tồn tại hay
không của phôi trên giá mang phôi. Nếu đã có phôi, giá mang phôi sẽ không nhận
thêm phôi nữa và ngợc lại. Vì các giá mang phôi làm bằng kim loại nên các cảm biến
tiếp cận điện cảm có tác dụng nhận biệt vị trí của chúng.
Trong hệ thống FMS-50, trạm băng tải đóng vai trò trung tâm và có chức năng
liên kết các trạm với nhau thông qua các tín hiệu vào/ra trực tiếp giữa các trạm với
nhau và giữa các trạm với băng tải.
4.3.5. Trạm robot lắp ráp sản phẩm
Trạm Robot có nhiệm vụ lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm hoàn chỉnh. Quá
trình lắp ráp sản phẩm mà trạm robot thực hiện mô phỏng cho một quá trình lắp ráp
động cơ điện trong công nghiệp. Các chi tiết cần lắp ráp gồm có:
Phôi đợc băng tải đa đến từ trạm kiểm tra; Phôi đóng vai trò nh vỏ bọc
bên ngoài của động cơ điện. Có 3 dạng phôi khác nhau là: phôi bằng nhựa
màu đỏ; phôi bằng nhựa màu đen; phôi bằng nhôm màu trắng.
Lò xo đóng vai trò nh stator của động cơ điện.

Cảm biến tiếp cận quang học và cảm biến tiếp cận điện cảm đặt tại vị trí lắp
ráp sẽ xác định chính xác loại phôi để lựa chọn trục động cơ phù hợp. Trục
đờng kính lớn phải đợc lắp cho phôi bằng nhựa màu đỏ và phôi bằng
nhôm màu trắng; trục đờng kính nhỏ phải đợc lắp cho phôi bằng nhựa
màu đen. Robot sẽ gắp trục động cơ và lắp chính xác vào vị trí đồng tâm bên
trong của phôi.
Sau khi xylanh cung cấp lò xo đẩy một lò xo vào vị trí định trớc, robot tiến
hành gắp và lắp ráp chính xác lò xo vào vị trí đồng tâm bên trong của phôi
nhng bên ngoài của trục động cơ.
Sau khi xylanh cung cấp nắp đậy đẩy một nắp đậy vào vị trí định trớc, robot
tiến hành gắp và lắp ráp chính xác nắp đậy vào phôi. Sản phẩm đợc lắp ráp
hoàn chỉnh.
Cuối cùng robot tiến hành gắp sản phẩm từ vị trí lắp ráp và chuyển đến giá
mang phôi nằm trên trạm băng tải. Khi cảm biến quang đặt trên băng tải
phát hiện có tồn tại phôi trên giá mang phôi, xylanh chốt chặn sẽ nhả ra để
giá mang phôi tiếp tục chuyển động đến trạm tiếp theo. Sau đó robot sẽ
chuyển động về vị trí ban đầu và kết thúc một chu trình lắp ráp.
4.3.6. Trạm lấy sản phẩm

Trạm lấy sản phẩm có nhiệm vụ chuyển các sản phẩm đã đợc lắp ráp hoàn
thiện từ các giá mang phôi trên băng tải đến trạm phân loại sản phẩm. Trên trạm lấy

sát.
- Xylanh - piston chuyển sản phẩm: Cơ cấu chấp hành
này có nhiệm vụ đa cả xylanh-piston gắp sản phẩm và
sản phẩm đến trạm phân loại. Tốc độ dịch chuyển của
trục piston có thể điều chỉnh đợc nhờ sử dụng các van
tiết lu điều chỉnh lu lợng dòng khí. Hành trình sang
phải và sang trái cũng có thể điều chỉnh đợc nhờ việc
thay đổi vị trí của hai cảm biến cảm ứng điện từ xác
định vị trí của trục piston.
Hình 1.16: Xylanh-piston
chuyển sản phẩm
- Cảm biến tiếp cận quang học: có nhiệm vụ phát hiện
màu sắc của sản phẩm là sáng hay tối. Cảm biến này sử
dụng nguyên lý phản xạ và hấp thụ ánh sáng của sản
phẩm.

Quá trình hoạt động của trạm lấy sản phẩm nh sau: Khi sản phẩm đợc chuyển
đến từ trạm băng tải, cảm biến quang đặt trên trạm băng tải sẽ phát hiện có tồn tại sản
phẩm trên giá mang phôi, xylanh chốt chặn sẽ đợc tác động để giữ chặt giá mang
phôi. Bộ PLC sẽ điều khiển xylanh-piston đi xuống gắp sản phẩm và đi lên sau khi đã
gắp xong. Sau đó PLC sẽ điều khiển "xylanh-piston chuyển sản phẩm" đi sang phải đến
vị trí của trạm phân loại sản phẩm. "Xylanh-piston gắp sản phẩm" sẽ đi xuống để thả
sản phẩm và đi lên sau khi đã thả xong. Kết thúc chu trình, cả "xylanh-piston gắp sản
phẩm" và xylanh-piston chuyển sản phẩm" trở về vị trí ban đầu.
4.3.7. Trạm phân loại sản phẩm
làm giảm biên độ tín hiệu dao động. Bộ phát hiện có chức năng phát hiện sự thay đổi này
và chuyển đổi thành tín hiệu dạng xung vuông. Nếu đối tợng nằm trong giới hạn cảm
nhận của cảm biến và bị phát hiện thì tín hiệu xung vuông đầu ra sẽ ở mức lôgíc cao
(mức 1).
- Cảm biến tiếp cận quang học: có nhiệm vụ
phát hiện màu sắc của sản phẩm là sáng hay tối.
Cảm biến này sử dụng nguyên lý phản xạ và hấp
thụ ánh sáng của sản phẩm.
- Chốt chặn: Để dừng sản phẩm trên băng tải của
trạm, cho phép các cảm biến có đủ thời gian
kiểm tra và gửi tín hiệu về bộ điều khiển PLC để
xử lý thông tin và phân loại sản phẩm.
Hình 1.19. Băn
g
tải trên trạm
- Băng tải: Bao gồm dây đai băng tải, động cơ kéo băng tải và các thiết bị dẫn
hớng. Sau khi sản phẩm đã đợc phân loại, băng tải này kết hợp với hệ xylanh-
piston và cần gạt dẫn hớng làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đến các máng
chứa sản phẩm tơng ứng.
- Hệ xylanh-piston liên kết với cần gạt dẫn
hớng: Gồm một bộ xylanh-piston và cần gạt
dẫn hớng đợc liên kết cơ khí với nhau sao
cho khi piston đi lên thì cần gạt dẫn hớng
quay đi một góc khoảng 45
o
đủ để chuyển
hớng sản phẩm vào các máng chứa sản phẩm
tơng ứng.
Trong các hệ thống đo lờng và điều khiển, mọi quá trình đều đợc đặc trng
bởi các biến thiên trạng thái nh nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mômen, Các trạng thái
biến thiên này thờng đợc biểu diễn dới dạng các đại lợng không điện. Để điều
khiển các quá trình, cần phải thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các
biến trạng thái của quá trình. Các bộ cảm biến đợc sử dụng để thực hiện chức năng
này, chúng thu nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích. Nh vậy, xét một cách
tổng quát thì các bộ cảm biến đợc định nghĩa là thiết bị có khả năng cảm nhận và đáp
ứng với các tín hiệu và kích thích.
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS-50 sử dụng rất nhiều loại cảm biến khác nhau
để kiểm tra màu sắc, vật liệu, kích thớc và vị trí của phôi và sản phẩm trong hệ thống.
ắ Cảm biến tiếp cận quang học đợc sử dụng để phát hiện màu sắc của phôi và
sản phẩm đồng thời cũng đợc sử dụng để phát hiện sự có mặt của phôi và sản
phẩm. Cảm biến tiếp cận quang học sử dụng nguyên lý phản xạ và hấp thụ
ánh sáng.
ắ Cảm biến tiếp cận điện dung đợc dùng để phát hiện sự có mặt hoặc không có
mặt của phôi và sản phẩm bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học.
ắ Cảm biến tiếp cận điện cảm đợc sử dụng để phát hiện chủng loại vật liệu của
phôi và sản phẩm là kim loại hay phi kim.
ắ Đo kích thớc (chiều cao) của phôi và sản phẩm theo nguyên lý cầu điện trở.
4.3.8.1. Cảm biến tiếp cận điện dung và điện cảm
Cảm biến tiếp cận đợc dùng để phát hiện sự có mặt hoặc không có mặt của đối
tợng bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học. Điều này khác với các công
tắc hành trình đòi hỏi sự tiếp xúc cơ khí với đối tợng.
Các cảm biến tiếp cận sử dụng nguyên lý thay đổi điện cảm hay điện dung của
phần tử mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối t
ợng. Loại cảm biến này có cấu
tạo tơng đối đơn giản nhng tầm hoạt động bị hạn chế với khoảng cách tối đa 100mm.
Các kỹ thuật tiếp cận dựa trên nguyên lý vi sóng và quang học có tầm hoạt động lớn hơn
và đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế.
a. Cảm biến tiếp cận điện dung

xung vuông đầu ra sẽ ở mức lôgíc thấp (mức 0).
Phạm vi cảm nhận của cảm biến tiếp cận điện cảm phụ thuộc vào những yếu tố:
Khoảng cách giữa bề mặt cảm biến và đối tợng
Kích thớc và hình dáng lõi, cuộn dây, vật liệu lõi.
Vật liệu và kích thớc đối tợng
Điều kiện điện từ xung quanh
Nhiệt độ môi trờng

M ục tiêu
C
ảm biến
Bộ dao độn

Cảm biế
uang

n
q
ợn
g
Đối t
N
g
uồn
p
hát
q
uan
g

Hình 1.23: Cảm biến quang đặt đối diện với nguồn phát