Điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho tự động dựa vào mã vạch

Tuần 2 - GVHD xét duyệt đề tài - Viết tóm tắt về đề tài đã chọn: lí do chọn đề tài, tính cấp thiết của đề tài, yêu cầu thiết kế, các thông số cần thiết Tuần 3 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về

Trang 1

TẠ MINH KHANG

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG DỰA VÀO MÃ VẠCH

GVHD: Th.S Nguyễn Tử Đức SVTH: Đinh Lê Hiếu Huy MSSV: 18151182

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG DỰA VÀO MÃ VẠCH

GVHD: Th.S Nguyễn Tử Đức SVTH: Đinh Lê Hiếu Huy MSSV: 18151182

Tp Hồ Chí Minh tháng 07 năm 2022

Trang 4

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, tháng 07 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Đinh Lê Hiếu Huy MSSV: 18151182

Họ và tên sinh viên 2: Tạ Minh Khang MSSV: 18151190

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Khóa: 2018 Lớp: 181512

I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

DỰA VÀO MÃ VẠCH

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN

 Tìm hiểu về PLC Siemen CPU S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC và module mở rộng chân SM1223 DC/DC

 Tìm hiểu về các thiết bị và điều khiển qua PLC S7 1200 như: driver TB6600, RơLe Trung Gian, van điện từ, đèn,…

 Tìm hiểu về Tia Portal V15.1, Visual Studio, AutoCAD Electrical, Solidworks

 Lập trình điều khiển các thiết bị đã kết nối với PLC S7 1200 thông qua Tia

Portal

 Kết nối được PLC, máy quét mã Cognex DM8600M với Microsoft Visual

 Thiết kế giao diện Winform trên Visual Studio

 Thiết kế và thi công mô hình lắp đặt thiết bị trong thực tế

 Thu thập kết quả thử nghiệm từ đó tìm ra mặt hạn chế và hướng phát triển của đề tài

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/02/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/07/2022

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN TỬ ĐỨC

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

Trang 5

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày tháng 07 năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho tự động dựa vào mã vạch

Tuần 1 Gặp GVHD để nghe phổ biến về đề tài làm đồ

án, các yêu cầu cần thiết trong đồ án

Tuần 2 - GVHD xét duyệt đề tài

- Viết tóm tắt về đề tài đã chọn: lí do chọn đề tài, tính cấp thiết của đề tài, yêu cầu thiết

kế, các thông số cần thiết Tuần 3 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về hệ thống lưu kho

tự động, các họ của CPU Siemens S7 – 1200 Tuần 4 - Tìm hiểu về máy quét mã vạch Dataman

COGNEX, các tiêu chuẩn của mã vạch

- Tìm hiểu về lập trình thiết kế giao diện Winform sử dụng ngôn ngữ lập trình C#

- Thiết kế lưu đồ thuật toán

- Viết chương trình điều khiển cho toàn hệ thống

Tuần 12

Tuần 13

Tuần 14 Chạy thử nghiệm, kiểm tra và chỉnh sửa

chương trình điều khiển Tuần 15 Viết báo cáo

Tuần 16 Làm Powerpoint thuyết trình, chỉnh sửa và

hoàn thiện báo cáo

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

Trang 6

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Khóa: 2018 Lớp: 181512

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nội dung chính của đề tài:

Đề tài hệ thống lưu kho tự động sử dụng bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua phần mềm mô phỏng HMI Ngoài ra để phân loại hàng hóa và quản lý kho hàng một cách hiệu quả nhóm sử dụng việc quét mã vạch trên từng sản phẩm

2 Chi tiết của đề tài:

Mô hình hệ thống gồm một cánh tay dùng để xuất - nhập hàng trong kho, có 2 trục

X Y, hoạt động thông qua động cơ bước; một kho hàng mô hình 3x3; các sản phẩm; băng tải vận chuyển sản phẩm và tủ điện để cung cấp nguồn cho các động cơ hoạt động

4 Phương pháp giải quyết vấn đề:

Sau khi hàng đã được quét mã, PLC sẽ phát xung vào Driver để điều khiển động cơ bước hoạt động chính xác vị trí cần lấy hàng Van điện từ sẽ phát tín hiệu cho xi lanh

để có thể nâng và hạ hàng vào kho theo tín hiệu từ PLC Màn hình hiển thị trực quan các quá trình xuất và nhập hàng, hiển thị rõ ràng dữ liệu sản phẩm giúp người dùng dễ dàng quản lý

5 Kết quả đạt được:

Hệ thống lưu kho tự động hoạt động ổn định, giao diện hiển thị đủ các yêu cầu về

Trang 8

PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ngành CNKT Điều khiển và Tự động hóa

Họ và tên sinh viên : Đinh Lê Hiếu Huy MSSV: 18151182

: Tạ Minh Khang MSSV: 18151190 Tên đề tài : ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG DỰA VÀO MÃ VẠCH

Giảng viên Hướng dẫn : Th.S Nguyễn Tử Đức

Giảng viên Phản biện : ……….………… Hội đồng : ……….………

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét chung về nội dung đề tài

2 Ý kiến kết luận (ghi rõ nội dung cần bổ sung, hiệu chỉnh)

3 Điểm: _ Bằng chữ:

4 Câu hỏi phản biện (Giảng viên không cho SV biết trước)

Trang 9

5 Điểm đánh giá đề tài theo rubric sau:

Tiêu chí 1: Mức độ thời sự của đề tài, độ khó của đề tài (10%) Điểm

Quá dễ thực hiện

Thực hiện được nhưng thực tế không cần

Vấn đề vừa sức/Cần phải dành thời gian nghiên cứu

Vấn đề khó/Cần nhiều kiến thức tổng hợp đã học

Vấn đề rất khó/Cần nhiều kiến thức tổng hợp đã học

Tiên chí 2: Tính ứng dụng của đề tài vào thực tiễn (10%)

Tiêu chí 3: Tính đúng đắn của đề tài, phương pháp nghiên cứu hợp lý (10%)

Không hợp lý Có phương pháp

nghiên cứu

Có phương pháp nghiên cứu, định hướng đúng

Phương pháp nghiên cứu

rõ ràng, định hướng đúng

Phương pháp nghiên cứu rõ ràng, khoa học, phù hợp với đề tài

Tiêu chí 4: Giải pháp & công nghệ, thi công/mô phỏng (15%)

Giải pháp không

rõ ràng Giải pháp sơ sài

Giải pháp rõ ràng, có thi công mô hình/mô phỏng

Giải pháp rõ ràng, có quy trình thực hiện thi công/mô phỏng vận hành được

Giải pháp rõ ràng, có quy trình thực hiện thi công/mô phỏng vận hành được, kết quả mô phỏng/vận hành tốt

Tiêu chí 5: Trình bày nội dung đồ án (15%)

Nội dung không

rõ ràng Báo cáo sơ sài

Có đủ cấu trúc, nội dung

Có đầy đủ cấu trúc nội dung, trình bày hợp lý, khoa học

Có đầy đủ cấu trúc nội dung, trình bày hợp lý, khoa học, logic, rõ ràng, dễ hiểu, đúng quy định về trình bày luận văn

Tiêu chí 6: Khả năng trình bày (10%)

Tổng điểm theo thang 10

TP.HCM, ngày tháng năm 2022

Người nhận xét

Trang 10

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, tháng 07 năm 2022

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Sinh viên thực hiện Đinh Lê Hiếu Huy

Tạ Minh Khang

Trang 11

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình, đầu tiên cho phép nhóm sinh viên xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô Khoa Điện – Điện tử thuộc trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường, tạo nhiều điều kiện và cơ

sở vật chất giúp nhóm có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và có nền tảng kiến thức chuyên môn vững chắc, tự tin tìm việc sau khi tốt nghiệp

Đặc biệt nhóm xin được trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Tử Đức, thầy đã luôn tận

tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này

Nhóm sinh viên cũng xin cảm ơn gia đình đã luôn bên cạnh động viên và giúp chúng tôi có những điều kiện tốt nhất về cả vật chất lẫn tinh thần tốt nhất để có thể hoàn thành quá trình học tập tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người anh, những người bạn đã luôn bên cạnh đưa ra những lời khuyên bổ ích để nhóm có thể hoàn thành đồ án

Với sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm, luận văn tốt nghiệp này không thể tránh được những thiếu sót Nhóm sinh viên rất mong nhận được

sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án của nhóm được hoàn thiện hơn Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! Chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe và luôn gặt hái được những thành công trong công việc và cuộc sống

Trang 12

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

TÓM TẮT xi

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Giới hạn đề tài 1

1.4 Nội dung nghiên cứu 1

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống lưu kho tự động 3

2.2 Các hệ thống lưu kho hàng 3

2.2.1 Hệ thống lưu kho xếp chồng (Auto Stacker) 3

2.2.2 Hệ thống lưu kho bán tự động (Semi-automatic Storage System) 4

2.2.3 Hệ thống lưu kho tự động (Automated Storage & Retrieval System) 4

2.3 Các cơ sở lý thuyết liên quan 9

2.3.1 Ngôn ngữ lập trình C# 10

2.3.2 Microsoft Visual Studio 10

2.3.3 Thư viện S7.net 10

2.3.4 Thư viện DataMan Cognex 10

2.3.5 Chuẩn giao tiếp Ethernet 10

2.3.6 Microsoft SQL Server Management Studio 10

Chương 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH 11

3.1 Tính toán và thiết kế mô hình hệ thống kho hàng tự động 11

3.1.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 11

Trang 13

3.1.5 Aptomat chống giật 19

3.1.6 Động cơ 19

3.1.7 Driver điều khiển động cơ 21

3.1.8 Máy nén khí đầu liền 23

3.1.9 Xi lanh khí nén 24

3.1.10 Van điện từ 25

3.1.11 Vitme 26

3.1.12 Đèn báo 27

3.1.13 Nút nhấn Emergency 27

3.1.14 Băng tải 28

3.1.15 Vật liệu làm mô hình 28

3.2 Thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động 29

3.2.1 Thiết kế mô hình hệ thống 29

3.2.2 Thiết kế tủ điện 32

Chương 4 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 36

4.1 Chương trình PLC 36

4.1.1 Quy trình hoạt động 36

4.1.2 Yêu cầu thiết kế 38

4.1.3 Chương trình PLC 38

4.2 Giao diện HMI 39

4.2.2 Màn hình giám sát 39

4.3 Giao diện Winform 40

4.3.2 Màn hình giám sát 41

Chương 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 43

5.1 Mô hình hệ thống 43

5.2 Chương trình điều khiển 48

5.3 Hiệu suất hoạt động của hệ thống 48

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

6.1 Kết luận 51

6.2 Hạn chế đề tài 51

Trang 14

6.3 Hướng phát triển 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53

Trang 15

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình Trang

Hình 2.1: Hệ thống lưu kho tự động trong công nghiệp 3

Hình 2.2: Kho hàng xếp chồng 3

Hình 2.3: Kho hàng bán tự động 4

Hình 2.4: Kho hàng tự động 5

Hình 2.5: Hệ thống kho tự động sử dụng robot vận chuyển 6

Hình 2.6: Mã vạch 6

Hình 2.7: Băng tải con lăn 7

Hình 2.8: Kho hàng trong công nghiệp 9

Hình 3.1: Các cổng kết nối của S7-1200 11

Hình 3.2: PLC S7-1200 CPU 1212C 11

Hình 3.3: Cáp lập trình PLC S7 - 1200 13

Hình 3.4: Máy quét COGNEX Dataman DM8600M 14

Hình 3.5: Cảm biến quang NPN E3F-DS30C4 15

Hình 3.6: Sơ đồ đấu dây cảm biến quang 16

Hình 3.7: Cảm Biến Tiệm Cận LJ12A3-4-Z/BX 16

Hình 3.8: Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-J 17

Hình 3.9: Sơ đồ đấu dây cảm biến từ xi lanh 18

Hình 3.10: Rơ-le trung gian 18

Hình 3.11: CB cóc 19

Hình 3.12: Động cơ bước sử dụng trong đồ án 20

Hình 3.13: Driver TB6600 21

Hình 3.14: Sơ đồ đấu nối driver động cơ bước 22

Hình 3.15: Máy nén khí đầu liền Wing TM 0.1/8 dung tích 9L 23

Hình 3.16: Xi lanh tác động kép AIRTAC TN10x80 24

Hình 3.17: Xi lanh xoay FESTO 25

Hình 3.18 Các loại van điện từ khí nén 25

Hình 3.19: Cấu tạo vị trí các cửa trên thân van 5/2 26

Hình 3.20: Van khí nén 5/2 26

Hình 3.21: Vitme bước 8 27

Hình 3.22: Đèn báo AD16-22DS 27

Trang 16

Hình 3.23: Nút nhấn Emergency loại LAY37- 01ZS 28

Hình 3.24: Băng tải 28

Hình 3.25: Ván ép 29

Hình 3.26: Nhôm định hình 29

Hình 3.27: Cánh tay nâng được thiết kế bằng Solidworks 30

Hình 3.28: Kho hàng được thiết kế bằng Solidworks 30

Hình 3.29: Mô hình băng tải được thiết kế bằng Solidworks 31

Hình 3.30: Mô hình hệ thống lưu kho được thiết kế bằng Solidworks 31

Hình 3.31: Sơ đồ bố trí thiết bị trong tủ điện được thiết kế bằng AutoCad Electrical 32 Hình 3.32: Sơ đồ đi dây thiết bị được thiết kế bằng AutoCad Electrical 33

Hình 4.1: Lưu đồ quy trình hoạt động nhập kho 36

Hình 4.2: Lưu đồ quy trình hoạt động xuất kho 37

Hình 4.3: Lưu đồ quy trình hoạt động 38

Hình 4.4: Giao diện Manual 39

Hình 4.5: Giao diện Auto ở chế độ Import 40

Hình 4.6: Giao diện Auto ở chế độ Export 40

Hình 4.7: Màn hình đăng nhập 41

Hình 4.8: Màn hình đăng ký 41

Hình 4.9: Giao diện giám sát sản phẩm 42

Hình 4.10: Giao diện Database quản lý dữ liệu sản phẩm 42

Hình 5.1: Cánh tay nâng hàng 43

Hình 5.2: Cảm biến quang sử dụng trong mô hình 44

Hình 5.3: Băng tải được chụp từ trên xuống 44

Hình 5.4: Băng tải mô hình 45

Hình 5.5: Mô hình kho hàng 45

Hình 5.6: Hàng có in mã vạch 46

Hình 5.7: Mặt ngoài tủ điện 46

Hình 5.8 Mặt trong tủ điện 47

Hình 5.9: Mô hình hệ thống lưu kho hoàn thiện 47

Hình 5.10: Giao diện chạy Auto ở chế độ Import khi kho chưa có hàng 48

Trang 17

Hình 5.13: Giao diện dữ liệu hàng trong kho khi có hàng 49

Trang 18

DANH MỤC BẢNG

Bảng Trang

Bảng 3.1: Thông số các loại PLC S7-1200 12

Bảng 3.2: Bảng Các module mở rộng của S7 - 1200 13

Bảng 3.3: Bảng quy đổi bước góc của động cơ bước 20

Bảng 3.4: Bảng Cài đặt dòng điện điều khiển cho driver TB6600 21

Bảng 3.5: Bảng Cài đặt vi bước cho driver TB6600 22

Bảng 3.6: Bảng thông số driver sử dụng trong đồ án 22

Bảng 3.7: Danh sách thiết bị sử dụng 34

Bảng 5.1: Hiệu suất của hệ thống theo thời gian. 49

Bảng 5.2: Thời gian trung bình hoạt động. 50

Trang 19

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CB Circuit Breaker CNC Computer Numerical Control FEFO First-Expired First Out

FIFO First-In First-Out HMI Human Machine Interface LIFO Last-In First Out

NC Normally Closed

NO Normally Opened PLC Programmable Logic Control

QR Quick response SQL Structured Query Language UPC Universal Product Code

Trang 20

TÓM TẮT

- Hiểu được nguyên lý hoạt động, cấu tạo, sơ đồ đấu dây của động cơ bước

- Hiểu được quy trình nhập và xuất kho

- Thiết kế và thi công tủ điện, tính thẩm mĩ cao

- Mô hình cơ khí chạy ổn định và mang tính chính xác tương đối cao

- Hiểu cách thực hiện, viết chương trình điều khiển bằng PLC

- Sử dụng phần mềm và tạo lập được giao diện điều khiển HMI đơn giản nhưng đầy

đủ và dễ dàng vận hành

- Giám sát hoạt động của hệ thống trên Visual Studio

- Hiểu được ý nghĩa của việc sử dụng mã vạch để phân loại sản phẩm

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình C# để viết chương trình đọc mã vạch

- Hệ thống đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra, tính thẩm mĩ cao

Trang 21

Chính vì nguyên nhân trên mà chúng tôi đã quyết định thực hiện đồ án “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG DỰA VÀO MÃ VẠCH” để nhằm làm giảm thiểu lao động chân tay và có thể tối ưu được diện tích đất sử dụng Đồ án sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200, việc quản lý nhập xuất hàng hóa, giám sát và điều khiển cũng sẽ diễn ra một cách nhanh chóng và chính xác thông qua phần mềm mô phỏng HMI, mã vạch để phân loại hàng hóa

- Dùng động cơ bước để di chuyển trục nâng và chạy băng tải

- Dùng máy quét mã vạch Cognex

- Kho hàng có kích thước là 3x3

- Thời gian tối đa cho việc nhập/xuất một sản phẩm là khoảng 20s

1.4 Nội dung nghiên cứu

Đồ án của nhóm có bố cục như sau:

Chương 1 Tổng quan về Kho hàng tự động

Chương 2 Cơ sở lý thuyết liên quan đến hệ thống lưu kho

Trang 22

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Chương 3: Lựa chọn thiết kế và xây dựng hệ thống

Chương 4: Kết quả thực hiện

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Trang 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống lưu kho tự động

Cấu trúc của một nhà kho tự động bao gồm nhiều dãy với thiết kế mỗi kệ xếp chồng lên nhau, dọc theo mỗi dãy là các băng chuyền phục vụ cho việc xuất và nhập kho Đầu mỗi dãy là các trạm điều khiển nhằm kiểm soát số lượng sản phẩm yêu cầu

Hình 2.1: Hệ thống lưu kho tự động trong công nghiệp

2.2 Các hệ thống lưu kho hàng

2.2.1 Hệ thống lưu kho xếp chồng (Auto Stacker)

Kho sử dụng hệ thống thủy lực để nâng hàng vào các pallet xếp chồng nhằm tiết kiệm không gian, tăng số lượng hàng hóa được xếp vào kho

Hình 2.2: Kho hàng xếp chồng

Trang 24

Ưu điểm: Chi phí làm dự án thấp, dễ thực hiện

Nhược điểm: Chiều cao pallet bị phụ thuộc vào chiều cao của kho nên hệ thống này sẽ phù hợp với kho hàng quy mô nhỏ, tốn nhiều nhân công

2.2.2 Hệ thống lưu kho bán tự động (Semi-automatic Storage System)

Hệ thống lưu kho bán tự động là mô hình nâng cấp của hệ thống lưu kho xếp chồng So với mô hình xếp chồng thì hệ thống kho bán tự động có sức chứa tăng gấp nhiều lần, cách bố trí hàng hóa cũng được thu hẹp nhằm tăng số lượng pallet chứa hàng trong kho

2.2.3 Hệ thống lưu kho tự động (Automated Storage & Retrieval System)

Hệ thống lưu kho tự động được áp dụng các máy móc hiện đại, tự động vận hành theo yêu cầu điều khiển của người dùng Hệ thống được xem là giải pháp tối ưu cho các kho hàng hiện nay bởi những ưu điểm mà giải pháp này mang lại như:

Trang 25

- Không cần sử dụng lao động trong kho: do robot đã thực hiện toàn bộ nên sẽ tiết kiệm chi phí thuê nhân công

- Phần mềm quản lý hàng hóa trong kho nhanh chóng xử lý dữ liệu, phân loại hàng hóa sau quá trình quét mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder) trên từng sản phẩm

- Các sản phẩm sau khi đóng gói sẽ được băng chuyền chuyển đến nơi chờ nhập vào kho Tại vị trí nhập kho, hệ thống cơ khí sẽ mang lần lượt từng sản phẩm này đến các vị trí phù hợp trong kho, dữ liệu của sản phẩm vừa nhập sẽ được lưu vào phần mềm quản lý hàng hóa Đối với quy trình xuất kho cũng diễn ra hoàn toàn tương tự nhưng ngược lại

Hình 2.4: Kho hàng tự động

Nhìn chung mô hình kho lấy cất hàng hóa tự động bao gồm 4 hệ thống chính:

- Hệ thống vận chuyển (robot vận chuyển hàng)

- Hệ thống phân loại (phân loại bằng mã vạch)

- Hệ thống xuất nhập (băng tải xuất nhập hàng)

- Hệ thống lưu trữ (kho, giá đặt hàng)

2.2.3.1 Hệ thống vận chuyển

Trong một nhà kho tự động, việc vận chuyển hàng hóa vào kho được giao cho robot vận chuyển hàng Quy mô cùng với không gian của kho hàng sẽ quyết định số lượng robot được dùng trong kho Không gian làm việc của robot sẽ nằm ở hành lang giữa hai kho hàng, chúng sẽ di chuyển theo 3 trục nhằm thực hiện quá trình vận chuyển xuất và nhập hàng

Trang 26

Hình 2.5: Hệ thống kho tự động sử dụng robot vận chuyển

2.2.3.2 Hệ thống phân loại

Mỗi loại sản phẩm sau khi sản xuất đều được đóng nhãn dán mã nhằm giúp định danh sản phẩm, từ đó người dùng có thể kiểm tra thông tin sản phẩm một cách nhanh chóng Để phân loại các sản phẩm trong kho 1 cách chính xác có rất nhiều cách như là dùng thẻ từ, mã vạch, mã QR, … Ở đề tài này nhóm sử dụng phương pháp xuất nhập bằng mã vạch để giám sát và phân loại sản phẩm

Mã vạch (hay còn gọi là barcode) là hình gồm nhiều dòng kẻ dọc màu đen, có độ lớn khác nhau, được xếp song song trên nền trắng, bên dưới các dòng kẻ này là một dãy mã số hiển thị thông tin của sản phẩm Sau khi máy quét mã quét được mã của sản phẩm sẽ trả dữ liệu về phần mềm quản lý nhằm đối chiếu thông tin và xuất ra

dữ liệu của sản phẩm vừa quét được

Trang 27

2.2.3.3 Hệ thống xuất nhập

Trong công nghiệp, băng tải được sử dụng để vận chuyển sản phẩm giữa các khâu trong quy trình vận hành Hiện nay nhiều loại băng tải khác nhau được sử dụng riêng biệt cho các loại hàng hóa như băng tải xích, băng tải đai, băng tải xoắn

ốc, băng tải đứng, băng tải con lăn, băng tải cao su,…

Hình 2.7: Băng tải con lăn

Quá trình xuất nhập hàng hóa trong công nghiệp có các hình thức chính:

 FIFO (First In First Out) là phương pháp nhập trước xuất sau Theo phương pháp này, các sản phẩm nhập vào nhà kho trước tiên sẽ được ưu tiên xuất khỏi kho trước FIFO không thể dùng cho toàn bộ các mặt hàng mà chỉ sử dụng cho một số mặt hàng nhất định như: thực phẩm, các sản phẩm ngắn hạn hoặc dễ

bị hỏng, những sản phẩm công nghệ đang trở nên xu hướng trên thị trường, các mặt hàng thời trang theo “mốt”, Phương pháp FIFO có các ưu điểm, nhược điểm như sau:

Về ưu điểm:

+ Với việc hàng hóa được luân chuyển trong kho liên tục, chất lượng sản phẩm sẽ được kiểm soát kỹ hơn, tránh trường hợp hàng hóa sản xuất từ lâu nhưng đến thời điểm hiện tại mới được xuất khỏi kho

Trang 28

+ Hàng hóa được lưu trữ trong kho với khoảng thời gian ngắn dẫn đến phí tồn đọng của sản phẩm sẽ giảm, đồng thời giúp tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp

Về nhược điểm:

+ Phương pháp này đòi hỏi kích thước kho phải lớn và có nhiều thiết bị lưu trữ chuyên dụng, vì các sản phẩm đã nhập vào kho lâu cần được xếp tại các vị trí dễ tiếp cận với các công cụ xử lý

+ Yêu cầu hệ thống phải có phần mềm quản lý, theo dõi sản phẩm nhằm tránh hàng tồn quá lâu trong kho

 FEFO (First Expired First Out) là phương pháp hàng nào hết hạn trước xuất trước Phương pháp này về nguyên tắc thì gần giống như FIFO, doanh nghiệp sẽ ưu tiên xuất khỏi kho các sản phẩm có ngày hết hạn sớm hơn Phương pháp này có các ưu điểm, nhược điểm như sau:

Về ưu điểm:

+ FEFO cho phép giảm chi phí tồn kho trên mỗi sản phẩm bởi vì hàng hoá

sẽ không cần lưu trữ trong kho quá lâu

+ Phương pháp này giúp việc kiểm kê số lượng và chất lượng hàng tồn kho dễ dàng hơn

+ Yêu cầu về không gian lưu trữ lớn, được sắp xếp hợp lý và phải có đầy

đủ thiết bị luân chuyển chuyên dụng

+ Cần có hệ thống theo dõi nghiêm ngặt và liên tục về số lượng và chất lượng (hạn sử dụng) của hàng hóa trong kho

 LIFO (Last In First Out) là phương pháp nhập sau xuất trước Điều này ngược lại với FIFO hay FEFO, các sản phẩm nhập vào sau cùng sẽ là những sản phẩm đầu được xuất đi đầu tiên Theo phương pháp này thì những loại hàng hóa đang có lợi về giá trên thị trường hoặc đối với đối thủ sẽ được ưu tiên nhập về và bán ngay thời điểm đấy để tăng tối đa lợi nhuận cho doanh nghiệp Phương pháp này có các ưu nhược điểm như sau:

Về ưu điểm:

Trang 29

+ Đơn giản hóa quá trình sắp xếp hàng, quản lý kho, giảm diện tích sử dụng trong kho

+ Việc tồn đọng sản phẩm có chi phí sản xuất cao khi thị trường bình ổn giá sẽ làm giảm doanh thu, lỗ vốn

+ Chỉ áp dụng cho một số ngành sản phẩm nhất định mà giá trị hàng hóa

sẽ không bị suy giảm theo thời gian ví dụ như cát đá dùng trong vật liệu xây dựng…

+ Hàng cũ dễ bị bỏ quên dẫn đến việc hàng sẽ bị tồn đọng ở kho trong thời gian dài

2.2.3.4 Hệ thống lưu trữ

Trong nhà kho, các pallet chứa hàng sẽ được sắp xếp chồng lên nhau và được phân vùng sẵn tạo thành các dãy kệ đứng, từng dãy sẽ chia thành các ô có kích thước phù hợp với hàng hóa lưu trữ Giữa các dãy là khu vực di chuyển của robot vận chuyển nhằm chuyển hàng đến nơi yêu cầu trong quá trình nhập xuất sản phẩm Đồng thời sau khi xuất nhập từng sản phẩm, máy quét cuối chu trình sẽ kiểm kê số lượng và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu của hệ thống nhằm quản lý kho hàng

Hình 2.8: Kho hàng trong công nghiệp

2.3 Các cơ sở lý thuyết liên quan

Trang 30

2.3.1 Ngôn ngữ lập trình C#

Ngôn ngữ lập trình C# là một ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi hãng Microsoft Bên cạnh đó C# có sự liên kết bền chặt với NET Framework trong việc việc tạo ra Windows Form hoặc Windows Presentation Foundation được nhanh chóng và dễ dàng hơn

2.3.2 Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio là phần mềm sử dụng để hỗ trợ cải tiến cho Microsoft Windows, các ứng dụng và dịch vụ web Phần mềm hỗ trợ nhiều ngôn ngữ cho người lập trình sử dụng như: C, C++, C#, Visual Basic, Java và Python

Trong đồ án này, chúng tôi dùng phần mềm Visual Studio để lập trình cho sự giao tiếp giữa máy quét mã, máy tính và PLC

2.3.3 Thư viện S7.net

S7.net là thư viện được viết hoàn toàn bằng C#, tương thích với phần mềm Visual Studio Thư viện hỗ trợ kết nối hoạt động giữa PLC và phần mềm Visual Studio thông qua chuẩn giao tiếp Ethernet

2.3.4 Thư viện DataMan Cognex

Cognex.Dataman.SDK là thư viện được dùng để kết nối máy quét mã và phần mềm Visual Studio thông qua cổng USB nhằm trả về phần mềm tín hiệu mà máy quét được

2.3.5 Chuẩn giao tiếp Ethernet

Ethernet được xem là chuẩn giao tiếp giữa các thiết bị với nhau, nó giúp các thiết

bị kết nối và truyền dữ liệu cho nhau Trong đồ án này, cáp Ethernet được dùng để

truyền nhận thông tin giữa máy tính và PLC S7-1200

2.3.6 Microsoft SQL Server Management Studio

Microsoft SQL Server Management Studio là phần mềm giúp quản lý dữ liệu trên SQL Server Tất cả dữ liệu sẽ được lưu trữ trong những table riêng biệt của database giúp người dùng dễ dàng quản lý và sử dụng

Ở đồ án này, nhóm sử dụng phần mềm Microsoft SQL Server Management để lưu các thông tin của sản phẩm trong hệ thống kho hàng

Trang 31

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Chương 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MÔ

HÌNH

3.1 Tính toán và thiết kế mô hình hệ thống kho hàng tự động

3.1.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200

3.1.1.1 Tổng quan về PLC S7 - 1200

Bộ điều khiển S7 - 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình PLC (ngoài ra còn có S7 – 200, S7 – 1500…) Đây là một sự lựa chọn lý tưởng cho các giải pháp tự động hóa với quy mô vừa và nhỏ, được tích hợp nhiều tính năng nổi trội mở rộng đầu vào/ra thích hợp, hỗ trợ cổng chuẩn Ethernet hay TCP/IP…

Hình 3.1: Các cổng kết nối của S7-1200

3.1.1.2 Các dòng CPU S7-1200

CPU S7 – 1200 có các họ khác nhau với số ngõ vào/ra khác nhau như CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C Tùy vào nhu cầu sử dụng khác nhau ứng với số ngõ vào/ra cần thiết mà người dùng có thể lựa chọn CPU phù hợp

Hình 3.2: PLC S7-1200 CPU 1212C

Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hay DC/DC/RLY

Trang 32

 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte

 3 tại 80 kHz

 3 tại 100 kHz, 1 tại

30 kHz

20 kHz

30 kHz

20 kHz Các ngõ ra xung 2

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ

thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán

thực 18 μs/lệnh

Trang 33

Các dòng PLC S7 – 1200 có thể mở rộng bộ nhớ của CPU, cập nhật firmware hay sao chép chương trình thông qua khe cắm thẻ nhớ có sẵn

Có thể chẩn đoán các lỗi trực tuyến hay ngoại tuyến (online/offline)

Tích hợp bộ đếm thời gian thực (real time) dùng cho các ứng dụng cần thời gian thực

3.1.1.3 Thông số kỹ thuật của các loại PLC:

Ngoài các họ của CPU S7-1200, hãng còn cung cấp cho dòng S7 - 1200 các module mở rộng để mở rộng dung lượng CPU như module tín hiệu (SM) hay board tín hiệu (SB) Ngoài ra có thể sử dụng các giao thức truyền thông nhờ vào sự hỗ trợ của các module truyền thông

8 ngõ vào DC 8 ngõ ra DC 8 ngõ ra Rơle 8 vào DC/8 ra DC 16 vào DC/8 ra Rơle

16 ngõ vào DC 16 ngõ ra DC 16 ngõ ra Rơle 16 vào DC/16 ra DC 16 vào DC/16 ra Rơle

Tương tự (Analog)

4 ngõ vào tương tự

8 ngõ vào tương tự

2 ra tương tự

4 ra tương tự

4 vào tương tự/2 ra tương tự

Board tín

hiệu (SB)

Số (Digital)   2 vào DC/2 ra DC Tương tự

(Analog)  1 ra tương tự  Module truyền thông (CM): RS485 & RS232

*Giao tiếp PLC S7 – 1200 với máy tính

Để sử dụng ta kết nối trực tiếp thông qua dây cáp Ethernet giữa 1 máy tính với 1 PLC Mỗi PLC chỉ có thể kết nối trực tiếp với 1 thiết bị qua cáp Ethernet Nếu nhiều hơn phải sử dụng bộ chia cổng Ethernet

Hình 3.3: Cáp lập trình PLC S7 - 1200

Trong đồ án này nhóm sinh viên chọn loại S7 -1200 CPU 1212C DC/DC/DC (mã 6ES7212-1AE40-0XB0) cùng với module tín hiệu số mở rộng chân SM 1223 (mã 6ES7223-1BH32-0XB0) bởi những đặc điểm phù hợp sau:

Trang 34

Tổng số cổng vào ra logic: 16 DI / 14 DO

Tổng số kênh phát xung tốc độ cao (PTO): 4 kênh (dùng cho điều khiển 3 động

cơ thông qua driver)

3.1.2 Máy quét mã Dataman COGNEX

Trong đồ án này nhóm sử dụng máy quét COGNEX Dataman DM8600M và giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM Máy đọc mã vạch cầm tay DataMan DM8600M được trang bị công nghệ đọc mã vạch tiên tiến nhằm giải mã các loại mã khó như mã khắc laser trực tiếp (DPM), mã 1D và 2D

Thông số kỹ thuật:

+ Nguồn điện cung cấp: 5 ~ 6VDC

+ Kích thước: 220mm x 115mm x 85mm

+ Chế độ đọc: Thủ công/Tự động

+ Các chuẩn giao tiếp:

- Chuẩn Serial: RS-232, USB

- Chuẩn Ethernet: TCP/IP, FTP, giao thức công nghiệp: Ethernet/IP,

PROFINET, MC Protocol, ModBus TCP

- Chuẩn Bluetooth kết nối thông minh

+ Độ phân giải của ảnh quét được: 1280 x 1024

+ Các loại mã vạch có thể đọc: 1D, 2D: Data Matrix, QR, MicroQR, PDF417, MaxiCode, Aztec, Micro PDF417

+ Ngõ ra cảnh báo: Led, tiếng bíp

Trang 35

3.1.3 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị phát hiện và phản hồi với các đầu vào vật lý Đầu vào cụ thể

có thể kể đến là ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất… Đầu ra được chuyển đổi là các tín hiệu mang đầy đủ các tính chất của đại lượng vật lý đó, có thể

đo đạc và xử lý được

Trên thực tế, cảm biến được phân ra thành nhiều loại khác nhau với từng công dụng khác nhau như cảm biến quang, cảm biến điện, cảm biến từ, cảm biến âm thanh, Trong đồ án này nhóm sinh viên sử dụng cảm biến tiệm cận, cảm biến từ xi lanh và cảm biến quang điện

3.1.3.1 Cảm biến quang điện

Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 là loại cảm biến sử dụng 2 mắt thu và phát với tần số độc lập Với ưu điểm là ít nhiễu, khả năng phản hồi nhanh thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa

+ Kích thước đường kính ngoài: 18mm

+ Khoảng cách nhận biết: 5 ~ 30cm

+ Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

+ Dòng kích ngõ ra: < 300mA

+ Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên

áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu

+ Ngõ ra được hiển thị bằng led màu đỏ

+ Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu)

Hình 3.5: Cảm biến quang NPN E3F-DS30C4

Trang 36

Sơ đồ chân:

+ Dây nâu: VCC, nguồn dương 6 ~ 36VDC

+ Dây đen: chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN, cần phải có trở kéo thành mức cao

Hình 3.7: Cảm Biến Tiệm Cận LJ12A3-4-Z/BX

+ Khoảng cách phát hiện: 0 ~ 4mm

Trang 37

+ Kích thước: 12mm

Sơ đồ đấu dây: giống với cảm biến quang

+ Dây nâu: VCC, nguồn dương 6 ~ 36VDC

+ Dây đen: chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN, cần phải có trở kéo thành mức cao

+ Dây xanh: GND

3.1.3.3 Cảm biến từ xi lanh

Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-J là loại cảm biến từ chuyên dùng cho các loại

xi lanh khí nén Cảm biến có kích thước nhỏ gọn thường được gá vào thân của xi lanh dùng để xác định chính xác vị trí, hành trình của xi lanh

+ Đèn báo tín hiệu: led đỏ

Hình 3.8: Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-J

Sơ đồ đấu dây: giống với cảm biến quang

+ Dây nâu: VCC, nguồn dương 6 ~ 36VDC Đồng thời cũng là chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN

Tiêu đề	Điều Khiển và Giám Sát Hệ Thống Lưu Kho Tự Động Dựa Vào Mã Vạch
Tác giả	Đinh Lê Hiếu Huy, Tạ Minh Khang
Người hướng dẫn	Th.S Nguyễn Tử Đức
Trường học	Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	5,59 MB