Tự động hóa sản xuất theo năm mức với thiết bị Advantech

Thiết bị Advantech cho tự động hóa sản xuất không được chọn theo mong muốn, mà theo mức tự động hóa hiện tại của xưởng. Một xưởng đang đếm sản lượng bằng tay không nhảy thẳng lên chuyền tự động được, vì mỗi mức đều tạo ra dữ liệu và thói quen vận hành làm nền cho mức kế tiếp.

Bài viết chia quá trình này thành năm mức, nêu dấu hiệu nhận biết từng mức trong thực tế, chỉ ra thiết bị đảm nhận và cảnh báo ba sai lầm thường gặp khi đốt cháy giai đoạn.

Năm mức tự động hóa trong một xưởng

Mức không phải là danh hiệu của cả nhà máy. Trong cùng một xưởng, chuyền chủ lực có thể đang ở mức bốn trong khi khu vực gia công phụ trợ vẫn ở mức một. Việc đầu tư nên tính riêng cho từng chuyền.

Mức một và mức hai: máy chạy nhưng chưa nói được gì

Ở hai mức đầu, thiết bị điện tự động đã có nhưng chưa có đường ra cho số liệu. Máy biết mình đang chạy hay đang dừng, còn phòng kế hoạch thì không. Mọi con số về năng suất đều do người quan sát rồi ghi lại.

Việc cần làm ở giai đoạn này không phải mua phần mềm, mà là thêm một đường tín hiệu ra. Cách rẻ nhất là lấy tiếp điểm của đèn báo trạng thái có sẵn trên tủ điện, đưa vào một module vào ra số. Từ lúc đó máy đã có thể nói được ba điều: đang chạy, đang dừng, và dừng từ lúc nào.

Mức ba: cụm trạm liên động, xuất hiện tủ điều khiển chung

Khi vài trạm được nối bằng băng tải hoặc tay gắp, chúng phải thống nhất nhịp với nhau. Đây là lúc xuất hiện một tủ điều khiển chung và cũng là lúc bài toán đổi tính chất: không còn là điều khiển một máy, mà là điều phối một cụm.

Bộ điều khiển ở mức này cần vừa chạy logic thời gian thực vừa giữ được cấu hình sau khi mất điện. Model APAX-5580 thuộc nhóm này, dùng vi xử lý Core thế hệ 4, thiết kế không quạt, có hai đường nguồn vào và hỗ trợ nguồn dự phòng, hai cổng GbE cùng cổng RS-232/422/485. Cách bố trí máy tính cho từng loại trạm được trình bày kỹ hơn trong bài ứng dụng tự động hóa công nghiệp theo công đoạn.

Mức bốn: số liệu tự về một chỗ

Mức bốn là bước đổi thật sự về quản lý. Từ đây, tổ trưởng không phải đi vòng quanh chuyền để đọc từng màn hình, còn phòng kế hoạch biết tiến độ ngay trong ca chứ không phải chờ sáng hôm sau.

Ba thiết bị làm nên mức này. Module vào ra đặt tại tủ điện từng trạm, làm nhiệm vụ số hóa tín hiệu. Một máy hộp không quạt gá thanh DIN, gom số liệu nhiều trạm và ghi xuống ổ trong máy. Một màn hình vận hành gắn mặt tủ ở đầu chuyền để người đứng máy thấy tiến độ so với kế hoạch.

Mức năm: hệ thống tự so ngưỡng và tự báo

Ở mức bốn, số liệu đã về nhưng vẫn cần người nhìn. Mức năm thêm một lớp nữa: hệ thống so số liệu với ngưỡng đặt trước và tự phát cảnh báo khi vượt, đồng thời ghi lại lịch sử theo mã lý do thống nhất giữa các chuyền.

Phần việc này thuộc về phần mềm giám sát chứ không phải phần cứng mới. Nền tảng dạng web như WebAccess đảm nhận việc dựng ngưỡng, biểu đồ và báo cáo, chạy trên chính máy hộp đã có ở mức bốn. Khi cần lấy thêm điểm đo ở vị trí không kéo được dây, module không dây như WISE-4012E cho phép đọc hai kênh tín hiệu tương tự và hai kênh vào số qua mạng Wi-Fi.

Thứ tự đầu tư và ba sai lầm hay gặp

Sai lầm thứ nhất là mua phần mềm quản lý trước khi có đường tín hiệu ra. Phần mềm không có dữ liệu đầu vào buộc phải nhập tay, và sau vài tháng thì không ai nhập nữa. Đường tín hiệu phải có trước, phần mềm đến sau.

Sai lầm thứ hai là tự động hóa công đoạn không phải nút thắt. Một trạm nhanh gấp đôi đặt trước một trạm chậm chỉ tạo thêm bán thành phẩm nằm chờ. Cần đo trước để biết công đoạn nào đang giữ nhịp cả chuyền.

Sai lầm thứ ba là dùng máy tính văn phòng cho trạm ngoài xưởng. Quạt hút bụi vào trong, cáp rời lỏng dần vì rung, và máy hỏng đúng vào lúc chuyền đang chạy. Danh sách máy dùng được trong tủ điện nằm ở danh mục máy tính không quạt. Khi số liệu đã về đủ, bước tiếp theo là bỏ biểu mẫu giấy, trình bày trong bài máy tính công nghiệp cho nhà máy kỹ thuật số.

Bốn lớp của một hệ thống tự động hóa

Hệ thống tự động hóa hiện đại gồm cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển, thiết bị đo và phần mềm giám sát. Bảng dưới ghi nhiệm vụ của từng lớp và câu hỏi cần trả lời khi thiết kế.

Thiết bị Advantech tương ứng với từng lớp

Bảng sau đối chiếu các lớp của hệ thống, kèm lớp mạng truyền dữ liệu, với dòng thiết bị Advantech tương ứng.

Các thiết bị trong bảng đều hỗ trợ Modbus (ADAM-4000 qua Modbus RTU trên RS-485, các dòng Ethernet qua Modbus TCP), nên thêm một trạm mới chỉ cần khai báo thêm trạm đó.

Bốn kết quả đo được sau khi tự động hóa

• Thời gian chạy máy tăng. Máy chạy liên tục nhiều ca, không phụ thuộc nhịp nghỉ của người vận hành. Số giờ chạy thực tế đo được ngay từ module vào ra nên có thể so trước và sau.
• Tỷ lệ phế phẩm giảm. Thông số công đoạn được cài cố định thay vì chỉnh tay theo từng ca, sai lệch giữa các ca giảm rõ.
• Chi phí nhân công chuyển dịch. Người vận hành chuyển từ thao tác lặp sang giám sát và xử lý sự cố, đồng thời bớt các công đoạn nguy hiểm phải làm tay.
• Đổi mẫu nhanh hơn. Chuyển sang mã hàng khác chỉ cần nạp bộ thông số đã lưu, không phải đào tạo lại thao tác cho từng người.

Bốn kết quả trên chỉ đo được nếu có số liệu trước khi cải tiến. Vì vậy bước đo luôn đi trước bước đầu tư.

Ví dụ triển khai trạm kiểm tra cuối chuyền

Một chuyền lắp ráp cần kiểm tra kích thước và ngoại quan sản phẩm ở công đoạn cuối. Cấu hình thường dùng gồm bốn phần.

Phần một, cảm biến quang phát hiện sản phẩm vào vị trí và camera chụp ảnh. Phần hai, một máy công nghiệp không quạt đặt trong tủ điện chạy phần mềm so ảnh và ra quyết định đạt hoặc không đạt. Phần ba, module vào ra số xuất lệnh cho xy lanh gạt sản phẩm lỗi ra khay riêng. Phần bốn, số liệu đạt và không đạt được ghi theo giờ, gửi về phần mềm giám sát để dựng biểu đồ ca.

Với chuyền chạy nhanh, cấu hình máy phải đủ mạnh để xử lý ảnh kịp nhịp. Với chuyền chậm hoặc chỉ kiểm tra tín hiệu đơn giản, một máy dùng Celeron là đủ. Nhóm máy phù hợp nằm trong danh mục máy tính không quạt; khi cần vừa điều khiển vừa tính toán trên cùng một thiết bị thì xét bộ điều khiển APAX-5580.

Chọn thiết bị cho tự động hóa sản xuất

Ba con số cần chốt trước khi hỏi cấu hình: xưởng đang ở mức nào, chuyền nào là nút thắt, và mỗi trạm có bao nhiêu điểm tín hiệu cần đọc. Ba con số này quyết định số module và loại máy hộp; cấu hình vi xử lý chỉ là phần đi kèm.

Kiến thức nền về cách đọc cấu hình máy có tại bài cấu hình máy tính công nghiệp trên IPC247. Khi cần lọc nhanh theo điều kiện lắp đặt và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo môi trường và số cổng trước khi liên hệ báo giá.

Câu hỏi thường gặp về thiết bị Advantech cho tự động hóa sản xuất

Xưởng đang ở mức nào thì biết bằng cách nào?

Nhìn vào cách lấy số liệu cuối ca. Nếu số liệu vẫn do người đếm và ghi tay thì xưởng ở mức một hoặc hai. Nếu máy tự đếm nhưng người phải đi đọc từng màn hình thì ở mức ba. Số liệu tự về một chỗ là mức bốn trở lên.

Có nên bỏ qua một mức để đi nhanh hơn không?

Bỏ qua mức thu tín hiệu để mua thẳng phần mềm quản lý là sai lầm hay gặp nhất. Phần mềm không có dữ liệu đầu vào sẽ phải nhập tay, và sau vài tháng thì không ai nhập nữa. Mỗi mức đều tạo ra dữ liệu cho mức kế tiếp.

Mức nào cần tới máy tính công nghiệp?

Từ mức ba trở lên. Ở mức một và hai, bộ điều khiển lập trình cùng vài module vào ra là đủ. Máy tính xuất hiện khi cần gom số liệu nhiều trạm, chạy giao diện vận hành hoặc xử lý ảnh.

Đầu tư mức bốn hết bao nhiêu thiết bị cho một chuyền?

Một chuyền điển hình cần vài module vào ra đặt tại các tủ điện, một máy hộp thu số liệu gá thanh DIN, một switch công nghiệp và một màn hình vận hành tại đầu chuyền. Số module phụ thuộc số điểm tín hiệu phải đọc.

Chuyền cũ không có cổng mạng thì làm sao lên mức bốn?

Phần lớn thiết bị đời cũ có cổng RS-485 hoặc tiếp điểm đèn báo. Tín hiệu tiếp điểm đưa vào module vào ra số, còn cổng nối tiếp đưa lên mạng bằng bộ chuyển đổi sang Ethernet. Không cần sửa chương trình điều khiển máy.

Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.