Tác giả: Nguyễn Thị Lan Hương
Bộ môn: Kỹ thuật Điện – Khoa Cơ điện
1. Tổng quan chung về hệ thống chuyền treo thông minh
Hệ thống chuyền treo mang lại hiệu quả cao trong sản xuất và quản lý, được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất hàng may mặc. Hệ thống chuyền treo tự động sẽ tiết kiệm thời gian vận chuyển, do đó công nhân sẽ tập trung hơn vào công đoạn may, nâng cao kiểm soát chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, hệ thống cũng rất linh hoạt, điều chỉnh một cách nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu mở rộng và thay đổi trong sản xuất. Nhờ đó năng suất chuyền thông thường sẽ tăng khoảng từ 10% trở lên so với chuyền truyền thống tuỳ theo tay nghề công nhân, chuyền trưởng và mặt hàng sản xuất
Hệ thống này thường sử dụng các công nghệ hiện đại như cảm biến và tự động hóa, cho phép vận chuyển linh hoạt và hiệu quả hơn các sản phẩm trong nhà máy. Hệ thống chuyền treo trong sản xuất hoạt động thông qua việc treo các sản phẩm hoặc linh kiện lên các móc treo, cho phép di chuyển chúng dọc theo dây chuyền sản xuất. Với tính năng phân loại theo màu sắc hoặc kích thước, có thể sản xuất cùng lúc nhiều mẫu mã, màu sắc và kích thước trên cùng một dây chuyền sản xuất. Điều này giải quyết vấn đề của các đơn đặt hàng số lượng ít vì tính năng này rất linh hoạt đối với các kỹ thuật và thông số kỹ thuật may khác nhau. Để vận hành hiệu quả, cần lưu ý không treo quá nhiều sản phẩm có kích thước và hình dạng khác nhau cùng lúc, để tránh chồng chéo và đảm bảo rằng mỗi sản phẩm có không gian di chuyển thích hợp. Quy trình này giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hiện nay có nhiều hãng cung cấp hệ thống chuyền treo. Hệ thống chuyền treo thông minh INA sử dụng công nghệ hiện đại của Canada. Hệ thống treo thông minh của MUSTA, JACK, Euratex hỗ trợ nhiều ngôn ngữ với tiếng Trung là ngôn ngữ mặc định. Nó có một giao diện đơn giản và dễ dàng hoạt động với độ chính xác cao.
Hiện nay, chuyền may được sử dụng ở một số doanh nghiệp may trong nước như tổng công ty cổ phần may Việt Tiến (Pacific Enterprise), tổng công ty Cổ Phần Phong Phú (Phongphu Corporation), tổng công ty May 10,… Trong đó, xí nghiệp May Hà Quảng được Tổng công ty May 10 đầu tư 3 chuyền treo hiện đại gồm: Phong Nha, Trường Sa, Thăng Long với tổng vốn đầu tư gần 6,4 tỷ đồng. Khi đưa chuyền treo INA vào sử dụng, năng suất và hiệu suất của Xí nghiệp tăng lên đáng kể. Hiện nay, năng suất của chuyền treo Thăng Long đã đạt 3.700 - 3.800 sản phẩm/ngày, tăng 1.000 sản phẩm/ngày so với khi sử dụng chuyền đơn.
2. Cấu tạo hệ thống chuyền treo thông minh
Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống chuyền treo thông minh may công nghiệp
Một hệ thống chuyền treo thông minh may công nghiệp gồm hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển tự động. Hai hệ thống này được thiết kế đảm bảo hệ thống vận hành ổn định phù hợp cho sản phẩm lựa chọn trong chuyền may. Hệ thống cơ khí và điều khiển tự động có các chức năng chuyên biệt và phân định cho các hệ con, đồng thời chức năng hoạt động của từng phần cơ khí, hệ điều khiển và phần mềm có thể điều chỉnh theo yêu cầu của từng trạm, dòng sản phẩm. Sơ đồ khối của hệ thống chuyền treo thông minh may công nghiệp được mô tả ở Hình 1.
2.1. Hệ thống cơ khí
Hệ thống cơ khí bao gồm khung sườn treo, hệ dẫn động, trạm may và trạm nạp liệu và nhận thành phẩm. Hệ thống điều khiển gồm bộ điều khiển trung tâm, dẫn động băng chuyền chính, điều khiển I/O trạm may và trạm nạp liệu và nhận thành phẩm.
Hình 2: Hệ dẫn móc phân phối cho các trạm và thu hồi sản phẩm
Về hệ thống cơ khí, khung sườn treo bao gồm khung sườn đỡ và khung sườn dẫn móc. Hệ dẫn động có cụm dẫn động băng xích tải và cụm căng xích tải, trạm may được cấu tạo từ khung sườn trạm và bộ cơ khí chuyển móc, trạm nạp liệu và nhận thành phẩm gồm khung sườn trạm và cơ cấu I/O. Các chi tiết về hệ dẫn móc phân phối cho các trạm và thu hồi sản phẩm được mô tả ở Hình 2
Hình 3: Cấu tạo bộ dẫn động
Hình 4: Hệ thống căn chỉnh độ căng của xích tải
Hình 5: Khung giàn cho trạm
Cấu tạo bộ dẫn động (Hình 3) bao gồm động cơ dẫn động lắp theo trục đứng, đĩa xích chính gắn vào trục động cơ truyền chuyển động ngang cho xích tải chính. Xích phụ có chức năng chỉnh độ căng thô của xích tải, định vị an toàn cho các móc treo trong trường hợp mất điện hoặc mất khí nén, xy lanh chỉnh độ căng tinh của xích tải (Hình 4, 5)
Khi công nhân may xong một sản phẩm, nhấn nút, hệ thống sẽ khởi động xích tải phụ dùng thanh gạt đưa móc treo lên cầu ra. Cầu ra có khớp quay, cho phép móc treo hạ cầu bằng trọng lượng móc treo, và móc treo lăn vào đường dẫn móc chung. Đồng thời móc chặn trên cầu vào được nhả, cho phép móc tiếp theo đang chờ sẵn tự lăn xuống vị trí bàn may. Bàn may được đặt quay lưng với băng tải chuyền treo, người công nhân may nhận móc treo phía bên trái (Hình 6)
Hình 6: Bàn may tại trạm may
2.2. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ trao đổi dữ liệu với máy tính, nhận lệnh theo các chương trình từ máy tính, điều hành băng tải và các thiết bị trong dây chuyền thông qua khối điều kiển logic khả lập trình PLC. Hệ thống điều khiển xác lập trạng thái ban đầu cho hệ thống chuyền treo, điều khiển dẫn động băng tải chính và điều khiển vận hành của các xy lanh chuyển hướng và xuất/nhập móc treo tại các trạm qua bộ điều khiển trạm
Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ các cảm biến, các bộ điều khiển từ trạm may và trạm nhập/xuất; điều khiển động cơ dẫn động băng chuyền chính, trạm may và trạm nhập/xuất. Sơ đồ khối mô tả hệ thống điều khiển chuyền treo thông minh (Hình 7).
Hình 7: Hệ thống điều khiển chuyền treo thông minh
Có hai loại động cơ được sử dụng, gồm động cơ AC băng tải chính công suất 100W, 3 pha, 220/380 V/50 Hz. Trong mạch stator của động cơ có mắc các biến dòng – là cảm biến dòng, được gắn với khối điều khiển đa điểm (MCU) để giám sát sự quá tải dòng động cơ. Dòng qua các cuộn stato của động cơ được biến dòng giảm thành dòng nhỏ tỷ lệ và gửi vào MCU để đo. ADC của MU sẽ thực hiện đo dòng.
Nếu dòng vượt giá trị đặt, MCU sẽ điều khiển cấm SSR (Solid State Relay) ngắt cấp nguồn cho động cơ. Tại các trạm, động cơ AC 1 pha được sử dụng cho dẫn động móc treo. Động cơ có công suất 25 W, điện áp động AC 220V – 50/60 Hz. Mạch điều khiển động cơ AC dùng Opto (MOC3052) và Triac (BTA600C). Đối với động cơ một pha của băng tải trạm, chỉ cần sử dụng một biến dòng cho một pha.
Các loại cảm biến được sử dụng bao gồm cảm biến vị trí gốc, khi một bộ dẫn móc tới vị trí của cảm biến xác định vị trí gốc, một bộ đọc RFID đặt ở đầu chuyền treo sẽ xác định móc theo vị trí gốc. Cảm biến gần được sử dụng để phát hiện móc treo hoặc định vị con lăn dẫn móc treo, do trục gắn con lăn bộ dẫn động bằng thép nên có thể định vị hoặc đếm được số móc treo đi qua.
Hình 8: Các loại cảm biến
Hình 9: Nút ấn lệnh và màn hình hiển thị tại trạm may, trạm nhập xuất
Hình 10: Tag RFID gắn trực tiếp trên bánh xe lăn của móc treo
Hệ thống điều khiển trạm may, trạm nhập xuất gồm khối điều khiển trung tâm MCU; màn hình hiển thị các thông số hệ thống: năng suất, ID công nhân; bàn phím nhập dữ liệu, lệnh; bộ nhận dạng móc treo và nhận dạng công nhân thông qua RFID; bộ truyền thông RS-232, RS-485, Zigbee liên kết với server trung tâm; nguồn nuôi 24 VDC/3 A.
Do chuyền treo may công nghiệp sử dụng phần mềm điều khiển sản xuất theo vòng kín, thông tin tại các trạm trên chuyền may và trạng thái hệ thống (ghi nhận bởi trạm may, các cảm biến cảm ứng gần, RFID,…) được chuyển về trung tâm để xử lý và điều khiển vận hành chuyền treo tích hợp máy tính quản lý (CIM). Vì vậy hệ thống truyền thông cho chuyền treo may công nghiệp sử dụng chuẩn truyền thông RS-485 và Zigbee để kết nối các trạm may, trạm nhập/xuất với máy chủ Server và giải pháp kết nối RS-232 giữa máy đọc móc treo tại trạm với CPU của trạm
Hình 11: Sơ đồ điều khiển khí nén cho các trạm chuyển hướng, chặn móc treo
Ngoài ra, mỗi trạm may cần một trạm chuyển hướng và hai trạm chặn móc nên qua trình di chuyển và giữ móc được điều khiển bởi hệ thống khí nén sử dụng các van và xy lanh đơn trục. Piston của xy lanh khí nén sẽ căng xích tải chính, phụ. Các xy lanh tác vụ may cho phép đưa móc treo mới vào khi nhận được tín hiệu nhấn nút sản phẩm đã hoàn thành và nhận sản phẩm mới. Tại trạm nhập xuất, nguyên liệu được đặt vào móc treo. Các xy lanh IN chuyển huớng được điều khiển cho phép móc treo từ trạm nhập/xuất đi vào băng tải chính. Đồng thời, khi thành phẩm cuối tới lối vào trạm nhập/xuất, bộ điều khiển trung tâm sẽ mở khoá, dẫn động xy lanh OUT, cho phép móc treo từ băng tải chính ra ngoài (Hình 11).
Các hệ thống này không chỉ tăng hiệu suất sản xuất mà còn hỗ trợ quản lý quy trình linh hoạt hơn, nhờ vào việc số hóa và tự động hóa các công đoạn. Nhược điểm của hệ thống chuyền treo thông minh là chi phí lắp đặt ban đầu phụ thuộc vào quy mô hệ thống sản xuất như số lượng máy may tích hợp, chiều dài hệ thống chuyền, số lượng trạm làm việc, loại hệ thống (tự động hoàn toàn, bán tự động), mức độ phức tạp và công nghệ khác nhau... Hệ thống càng lớn, chi phí càng cao. Chi phí vận hành như điện năng, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa, nhân công, hay nâng cấp phần mềm, phần cứng để hệ thống hoạt động hiệu quả hơn. Ngoài ra để sử dụng hệ thống chuyền treo thông minh, công nhân phải có tay nghề vững, thao tác nhanh.
3. Kết luận
Hệ thống chuyền treo thông minh được ứng dụng chủ yếu trong ngành sản xuất hàng may mặc, giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển nguyên phụ liệu. Hệ thống chuyền treo ảnh hưởng tích cực đến năng suất lao động bằng cách cải thiện quy trình sản xuất. Việc chuyên môn hóa tại mỗi vị trí giúp loại bỏ thao tác dư thừa, tiết kiệm thời gian và công sức của người lao động. Đồng thời, nếu được tự động hóa, hệ thống này còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình làm việc. Vì vậy, đối với sinh viên khoa Cơ điện, trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội có thể ứng dụng các kiến thức được học để nghiên cứu, điều khiển, chế tạo một phần hệ thống chuyền treo thông minh và sau khi ra trường có thể vận hành, bảo trì hệ thống chuyền treo thông minh tại các công ty may công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Anh Tuấn (2019), Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống chuyền treo tự động ngành may, nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Thành phố.
2. Sarkar, J., Rifat, N.M., Sakib-Uz-Zaman, M., Al Faruque, M.A., Prottoy, Z.H. (2023), Advanced Technology in Apparel Manufacturing, In: Rahman, M.M., Mashud, M., Rahman, M.M. (eds) Advanced Technology in Textiles. Textile Science and Clothing Technology. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-99-2142-3_7
3. Zhang, J., Zhang, Y., Wang, P. (2018), Application of Intelligent Hanging Production System in Garment Industry, In: Wang, K., Wang, Y., Strandhagen, J., Yu, T. (eds) Advanced Manufacturing and Automation VII. IWAMA 2017. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 451. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-10-5768-7_40
4. https://vn.chinajack.com/web/case/combine/detail?categoryId=47&id=74