Cùng với xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước tacũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quátrình lao động sản xuất. Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưađược áp dụng tự động hóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân.Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn nên nhómđã chọn đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S71200” để giải quyếtvấn đề lưu kho tự động ở nước ta. Qua đề tài nhóm đã thực hiện mong sẽ gópphần nào cho sinh viên mới ra trường thích ứng nhanh với thực tế.
Trang 1Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu
Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Dũng 1141020168
Nguyễn Văn Đạt 1141020153 Trần Minh Hiếu 1141020183
Đỗ Quang Minh 1141020182
Hà Nội-2020
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới, đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao Cùng với xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta cũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sản xuất Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được áp dụng tự động hóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân
Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn nên nhóm
đã chọn đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” để giải quyết vấn đề lưu kho tự động ở nước ta Qua đề tài nhóm đã thực hiện mong sẽ góp phần nào cho sinh viên mới ra trường thích ứng nhanh với thực tế
Đồ án tốt nghiệp này là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế để thiết kế lập trình cho hệ thống Cũng nhờ đây mà người thực hiện có thể hiểu rõ hơn được những gì đã học ở lý thuyết, mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn Đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” là cơ
sở để người thực hiện thiết kế những hệ thống tự động thực tế sau này
Trong quá trình thực hiện đề tài này, do thời gian có hạn và chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để nhóm thực hiện bổ sung vào vốn kiến thức của mình
Để hoàn thành tốt đề tài này nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Thầy
Phan Đình Hiếu giáo viên hướng dẫn đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình về đề
tài đồ án tốt nghiệp để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài “Mô hình lưu kho
tự động ứng dụng PLC S7-1200”
Đồng thời chúng tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, các thầy cô trong Khoa Cơ Khí đã giúp đỡ, cung cấp cho chúng tôi những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt 4 năm học, làm cơ sở cho chúng tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp
Cuối cùng nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ về mặt tinh thần cũng như kinh phí, tạo động lực mạnh mẽ để nhóm nghiên cứu và làm việc tích cực, hoàn thành tốt những nội dung khoa học trong
đồ án
Xin chân thành cảm ơn!
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020
Giáo viên hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020
Giáo viên phản biện
(ký, ghi rõ họ tên)
Trang 5MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.1 Lịch sử nghiên cứu 1
1.2 Nội dung nghiên cứu 3
1.3 Phương pháp thực hiện 3
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 3
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 3
1.4 Giới hạn đề tài 3
1.5 Dự kiến kết quả đạt được 4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO 5
2.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc hệ thống lưu kho 5
2.1.1 Nguyên lý làm việc 5
2.1.2 Cấu trúc hệ thống 5
2.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho 8
2.3 Bộ điều khiển PLC 10
2.3.1 Giới thiệu chung 10
2.3.2 Nguyên lý hoạt động 10
2.3.3 Cấu trúc của bộ điều khiển PLC 10
2.4 Phần mềm điều khiển 11
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP 12
3.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế cơ khí 12
3.1.1 Giá đỡ hàng hóa 12
3.1.2 Robot vận chuyển hàng 13
3.2 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động cơ khí 16
Trang 63.2.1 Phân tích 16
3.2.2 Giải pháp 16
3.3 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện 18
3.3.1 Phân tích 18
3.3.2 Giải pháp 18
3.4 Phân tích và lựa chọn giải pháp cảm biến 20
3.4.1 Phân tích 20
3.4.2 Giải pháp 21
3.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển 23
3.5.1 Phân tích 23
3.5.2 Giải pháp 23
3.6 Giải pháp phần mềm lập trình và mô phỏng 25
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO 28
4.1 Thiết kế thành phần cơ khí 28
4.1.1 Giá đỡ hàng hóa 28
4.1.2 Robot vận chuyển hàng hóa 29
4.1.3 Cơ cấu truyền động 30
4.2 Tính toán và lựa chọn các thành phần hệ thống 30
4.2.1 Tính toán độ bền vitme 30
4.2.2 Tính toán công suất động cơ 34
4.2.3 Lựa chọn các thành phần hệ thống 44
4.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 55
4.3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 55
4.3.2 Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển 56
4.3.3 Lưu đồ thuật toán 57
Trang 74.3.4 Bảng cấp xung cho động cơ 61
4.3.5 Phần mềm mô phỏng Factory IO 62
4.3.6 Phần mềm Tia Portal 72
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 80
5.1 Kết quả đạt được 80
5.2 Đánh giá 80
5.3 Hạn chế và phương pháp giải quyết 81
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
PHỤ LỤC 83
Trang 8DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cung cấp và trộn hàng hóa 2
Hình 2.1 Unit load AS/RS 6
Hình 2.2 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini Load AS/RS) 6
Hình 2.3 Kho bán tự động (xếp nhặt hàng bằng tay) 7
Hình 2.4 Kho AS/RS tuyến sâu 7
Hình 2.5 Cấu trúc cơ bản của hệ thống lưu kho 8
Hình 2.6 Hệ thống băng truyền 9
Hình 2.7 Giao diện phần mềm Smartlog 9
Hình 3.1 Thép chữ U đa năng 12
Hình 3.2 Thép hộp mạ kẽm 13
Hình 3.3 Xe tự hành AGV 14
Hình 3.4 Cánh tay Robot cố định 15
Hình 3.5 Ròng rọc 16
Hình 3.6 Vitme đai ốc 17
Hình 3.7 Động cơ DC 18
Hình 3.8 Động cơ bước 19
Hình 3.9 Động cơ Servo 20
Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận điện cảm 21
Hình 3.11 Cảm biến tiệm cận điện dung 21
Hình 3.12 Cảm biến quang – phản xạ gương 22
Hình 3.13 Công tắc hành trình 23
Hình 3.14 Ví dụ về 1 loại của vi điều khiển 23
Hình 3.15 Ví dụ về 1 loại của PLC 24
Hình 3.16 Giao diện phần mềm TIA Portal 25
Hình 3.17 Mô hình lưu kho trên phần mềm Factory IO 27
Hình 4.1 Mô phỏng giá đỡ hàng hóa 28
Hình 4.2 Thông số kích thước của giá đỡ 28
Hình 4.3 Cánh tay Robot vận chuyển hàng hóa 29
Trang 9Hình 4.4 Thông số kích thước của cánh tay Robot 29
Hình 4.5 Thông số kích thước của Vitme 30
Hình 4.6 Lực làm trục X di chuyển 35
Hình 4.7 Đồ thị dịch chuyển của cơ cấu 36
Hình 4.8 Momen quán tính trục vít me 36
Hình 4.9Momen quán tính trục vít me 42
Hình 4.10 Hybrid stepping motor type 17PM-K142U 43
Hình 4.11 PLC S7-1200 46
Hình 4.12 DC Step 17PM-K142 48
Hình 4.13 Driver TB-6600 49
Hình 4.14 Sơ đồ nối dây giữa PLC S7-1200 và Driver TB-6600 50
Hình 4.15 Sơ đồ nối dây giữa Driver TB-6600 và DC Step 51
Hình 4.16 Vitme T8 đai ốc 52
Hình 4.17 Cảm biến quang - phản xạ gương 53
Hình 4.18 Công tắc hành trình 53
Hình 4.19 Nguồn DC 24V-10A 54
Hình 4.20 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 55
Hình 4.21 Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển 56
Hình 4.22 Lưu đồ khởi động hệ thống 57
Hình 4.23 Lưu đồ Reset hệ thống 58
Hình 4.24 Lưu đồ nhập hàng 59
Hình 4.25 Lưu đồ xuất hàng 60
Hình 4.26 Hệ tọa độ và các vị trí kho 61
Hình 4.27 Giao diện chính của phần mềm 63
Hình 4.28 Một dây chuyền phân loại sản phẩm, sử dụng cảm biến hình ảnh 63 Hình 4.29 Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes) 64
Hình 4.30 Một số thiết bị có trong phần mềm 64
Hình 4.31 Danh sách các Driver mà Factory IO hỗ trợ 65
Hình 4.32 Kết nối Factory IO với PLCSIM 66
Hình 4.33 Cài đặt loại PLC, số chân tín hiệu vào ra 66
Trang 10Hình 4.34 Mã QR – Link tải chương trình mẫu 67
Hình 4.35 Tải chương trình mẫu trên trang chủ Factory IO 67
Hình 4.36 Khởi động chương trình S7-PLCSIM 68
Hình 4.37 Kết nối chương trình với PLCSIM 68
Hình 4.38 Chương trình PLCSIM trên TIA Portal 69
Hình 4.39 Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes) 69
Hình 4.40 Chọn Driver kết nối với Factoy IO 70
Hình 4.41 Tùy chọn thông số cấu hình PLC 70
Hình 4.42 Kết nối tín hiệu vào ra 71
Hình 4.43 Kết nối tín hiệu vào ra 71
Hình 4.44 Run chương trình 72
Hình 4.45 Ngôn ngữ LAD 72
Hình 4.46 Ngôn ngữ FBD 73
Hình 4.47 Ngôn ngữ SCL 73
Hình 4.48 Ứng dụng ngôn ngữ SCL vào chương trình 74
Hình 4.49 Cấu trúc chương trình 74
Hình 4.50 Các khối chương trình OB, FB, FC, DB 75
Hình 4.51 Thiết lập chế động băng xung 76
Hình 4.52 Thiết lập thông số vít me 76
Hình 4.53 Thiết lập cảm biến hành trình 2 đầu trục 77
Hình 4.54 Thiết lập tốc độ Max 77
Hình 4.55 Thiết lập Homing 78
Hình 4.53 Giao diện phần mềm WinCC 79
Trang 11DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 46
Bảng 4.2 Setup dòng cho động cơ bước 51
Bảng 4.3 Cài đặt vi bước cho Driver 52
Bảng 4.4 Bảng cấp xung cho động cơ 62
Trang 12CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Lịch sử nghiên cứu
Hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho bắt đầu được giới thiệu từ cuối những năm 1960 và phổ biến rộng hơn vào thập niên 1970 và 1980 Công năng đầu tiên của hệ thống chỉ là kiểm tra và bốc xếp các pallet hay khay chứa kiện hàng, linh kiện Mục đích là giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, kiểm tra và theo dõi hàng hóa không bị đánh cắp hay thay đổi không được phép, nhất là giảm công sức lao động bốc xếp hàng hóa
Vào thời kỳ sơ khai (1960 – 1980) “Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự gắn kết hoạt động các trang thiết bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ
và xuất kho với độ chính xác vận hành, tốc độ xử lý cao trong giới hạn của cấp
độ tự động hóa được áp dụng”
Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh của tự động hóa: “Hệ thống tự động hóa lưu kho là một trang thiết bị (device) tự động nhận dòng chuyển đến với kích cỡ thường là đồng nhất không cao, phân loại lại, lưu trữ tạm thời, sau đó theo các điều kiện và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết để được chuyển đến vị trí yêu cầu Tất cả các công đoạn được thực hiện với mức độ tự động hóa cao, loại
bỏ việc có cần nhân lực điều khiển các công đoạn này hay không”
Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hơp cơ giới hóa
và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập/ lưu/ xuất kho, ngày nay hệ thống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics)
ở mức độ tự động hóa cao, phân phối hệ thống sản xuất thông minh Sự phát triển của kho hàng tự động là những bước tiến quan trọng trên con đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time” đáp ứng kịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế (“Just in time” là hệ thống sản xuất trong đó các luồng nguyên vật liệu, hàng hoá và sản phẩm truyền vận trong quá trình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết từng bước sao cho quy trình tiếp theo có thể thực hiện ngay khi quy trình hiện thời chấm dứt)
Để đáp ứng nhu cấu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho
và xuất kho, trên thế giới đã có các công ty nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho cho các kho hàng, kho chứa bưu phẩm như Daifuku(Nhật), Dematic Corp, FKI Logistex, Diomand Phoenix Westfalia
Trang 13Technologies, Bastian-BMH (Mỹ), Union Rack, Manufacturing Co Najing Zhongyang Racking (Trung Quốc)
Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen, K.J và Vis I.F.A, hiện nay có khoảng hơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa lưu/ xuất kho được công bố
Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy
mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Ở các nhà máy công nghiệp cần thay đổi kho hàng cho theo kịp đồng bộ với
sự đổi mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện đại, nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tự động
- Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay
- Ở các siêu thị lớn, bưu điện chuyển phát nhanh, ngân hàng, thư viện lớn, các bãi đỗ xe ô tô v.v
Hình 1.1 Cung cấp và trộn hàng hóa
Trang 141.2 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu đồ án tốt nghiệp của nhóm gồm 5 chương:
Nội dung nghiên cứu đề tài này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan nhất
về mô hình lưu kho tự động trên thực tế có cấu tạo và hoạt động như thế nào, cũng như vai trò và ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp hiện nay Trên
cơ sở đó có thể tính toán và thiết kế được mô hình hệ thống tự động lưu và xuất kho cho đề tài, ứng dụng vào thực tế là phục vụ cho đối tượng kho thành phẩm công nghiệp
1.3 Phương pháp thực hiện
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
trang thiết bị điện và cơ khí
khiển điển hình trong điều khiển một hệ thống lưu kho tự động
cho bộ điều khiển PLC
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Đối tượng nghiên cứu:
cảm biến tiệm cận, công tắc hành trình KW7 - 0CG
Trang 15+ Nguồn cấp điện cho hệ thống 24V
- Phạm vi nghiên cứu:
1.5 Dự kiến kết quả đạt được
Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này, nhóm dự kiến những kết quả có thể đạt được như sau:
Trang 16CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO
2.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc hệ thống lưu kho
2.1.1 Nguyên lý làm việc
Đầu tiên, chúng ta cần phải biết được hệ thống lưu kho tự động là gì? Đây
là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động hay còn gọi là hệ thống AS/RS (Automated Storage and Retrieval System) là hệ thống quản lý xuất nhập hàng hoá tự động với sự phối hợp các kỹ thuật cao về cơ khí, tự động hoá và công nghệ thông tin Hệ thống này được sử dụng phổ biến trong các kho hàng và trung tâm phân phối có mật độ lưu chuyển lớn với nhiều ràng buộc về quản lý hàng
Các hệ thống nhà kho hiện nay thường hoạt động theo kiểu tự động hoặc bán
tự động, nhưng nhìn chung thì đều có nguyên lý làm việc giống nhau Khi nhập hàng, hàng hóa sẽ được đưa vào khu vực nhập hàng nhờ hệ thống vận chuyển Khi hàng hóa đến vị trí lấy hàng, hệ thống Robot sẽ lấy hàng rồi vận chuyển vào
vị trí trống trong khu lưu trữ Khi xuất hàng, hàng hóa sẽ được hệ thống Robot đưa ra từ khu lưu trữ đến khu xuất hàng, sau đó hàng hóa sẽ được vận chuyển ra ngoài nhờ hệ thống vận chuyển
2.1.2 Cấu trúc hệ thống
Hệ thống lưu kho tự động tùy theo yêu cầu công nghệ của mỗi nhà kho nên
sẽ có cấu trúc khác nhau Các kiểu nhà kho hiện nay có thể kể đến như:
Loại kho này thiết kế cho các kiện hàng cùng hàng tải trọng (unit load), hoặc cùng hạng kích cỡ, ví dụ đựng trong các thùng hàng chuẩn hóa, hoặc cùng kiểu bốc xếp Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng hạng bộ phận công gắp của Robot S/R có thể thiết kế chuyên dụng, ví dụ cùng cơ cấu kẹp cơ khí hoặc bàn kẹp chân không, bàn kẹp từ tính Đồng thời kết cấu cũng được tính toán cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ
Hệ thống lưu kho tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ thống băng truyền và thường được sử dụng trong kho hàng các xí nghiệp, trong các kho chứa ôtô
Trang 17Hình 2.1 Unit load AS/RS
Là hệ thống Mini Load AS/RS thiết kế cho trường hợp các kiện hàng trọng tải nhỏ Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ và thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo Các xí nghiệp, các cơ sở dịch vụ lại hay sử dụng các loại hệ thống kho này
Hình 2.2 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini Load AS/RS)
Trang 18 Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành (Man-on-boaed AS/RS):
Là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp, nhặt hàng như trên hình Hệ thống này thích hợp với những loại mặt hàng dạng các chi tiết máy để rời Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ Nhưng
có thể thích hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ
Hình 2.3 Kho bán tự động (xếp nhặt hàng bằng tay)
Hệ thống tự động AS/RS tuyến sâu (deep-lane) chỉ có đặc điểm khác là chiều sâu của kho tương đối lớn nên cất giữ được nhiều khoang hàng hơn
Hình 2.4 Kho AS/RS tuyến sâu
Trang 192.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho
Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc theo mỗi hành lang có một Robot vận chuyển tự động Hai bên hành lang là các khoang chứa hàng Đầu mỗi hàng lang là trạm nhập xuất hàng hóa Các trạm này liên hệ với nhau theo hệ thống băng chuyền
Hình 2.5 Cấu trúc cơ bản của hệ thống lưu kho
Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng, tùy theo yêu cầu công nghệ, về hàng hóa, hình thức xuất nhập Mà có những phương thức vận chuyển hàng trong kho tương ứng Hiện nay, hệ thống vận chuyển trong kho tự động ở các nước đã
có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ
Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tự động của các siêu thị, các công ty dược Băng tải ở những môi trường này có nhiệm
vụ vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách Băng tải có rất
nhiều loại, mỗi loại được dùng để tải một loại vật liệu khác nhau
Khung ngăn
kho Robot
Các pallet hoặc kiện
hàng
Trạm xuất – nhập
Trang 20Hình 2.6 Hệ thống băng truyền
Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác nhau có thể kể đến như dùng nhân công, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy tính, camera Mã vạch là hình gồm nhiều sọc đứng, rộng và hẹp được in để đại diện cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được
Hệ thống lưu trữ là phần không thể thiếu trong kho hàng tự động Đây là nơi thực hiện nhiệm vụ lữu trữ và quản lý trong kho hàng Có nhiều hình thức xây dựng nên một hệ thống lưu trữ thông qua các phần mềm quản lý khác nhau Các phần mềm quản lý kho được dùng phổ biến hiện nay như phần mềm quản
lý kho Dms coldstorage, Smartlog
Hình 2.7 Giao diện phần mềm Smartlog
Trang 21 Hệ thống điện điều khiển
Hệ thống điện điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm các loại cảm biến, các rơle trung gian
Hệ thống điện điều khiển có vai trò nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển hoạt động của các cơ cấu chấp hành giúp vận hành kho hàng một cách tự động
và chính xác
Hệ thống chấp hành bao gồm các động cơ và các cơ cấu cơ khí có vai trò biến đổi, truyền chuyển động, trực tiếp vận chuyển xuất nhập các loại hàng hóa trong kho
2.3 Bộ điều khiển PLC
2.3.1 Giới thiệu chung
Bộ điều khiển PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình vòng lặp do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất
ra các tín hiệu ở ngõ ra
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm mang lại lợi ích như:
các môi Module mở rộng
2.3.3 Cấu trúc của bộ điều khiển PLC
Trang 22+ Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC các Module vào/ ra
bằng tay hay bằng máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM
để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC
Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485
2.4 Phần mềm điều khiển
Trong đề tài này, nhóm sử dụng kết hợp 3 phần mềm để điều khiển và mô phỏng hệ thống lưu kho tự động: TIA Portal (Step7 & WinCC) và Factory IO Trong đó, Step7 và WinCC được hãng Siemens tích hợp trong TIA Portal V16 dùng để lập trình cho PLC và giao diện điều khiển và giám sát Cuối cùng là việc thực hiện mô phỏng trên phần mềm Factory IO
Trang 23CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP
3.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế cơ khí
3.1.1 Giá đỡ hàng hóa
3.1.1.1 Phân tích
Hệ thống giá đỡ hàng hóa trong kho lưu trữ tùy theo yêu cầu và mục đích
sử dụng của nó để lựa chọn vật liệu thích hợp làm giá đỡ Sau khi khảo sát trên thực tế thì nhóm thấy hệ thống giá đỡ phải có khả năng chịu tải trọng lớn, chắc chắn, độ an toàn cao nên cần phải lựa chọn vật liệu tốt làm nơi lưu trữ hàng hóa đáp ứng được những yêu cầu đặt ra
3.1.1.2 Giải pháp
Hình 3.1 Thép chữ U đa năng
Ưu điểm
Nhược điểm
Trang 24Hình 3.2 Thép hộp mạ kẽm
Ưu điểm
trong môi trường thời tiết khắc nghiệt
Kết luận: Với những ưu và nhược điểm nêu trên và với yêu cầu của một
mô hình đồ án nhóm quyết định chọn phần gía đỡ hàng hóa được làm bằng thép hộp mạ kẽm, các trụ thép được gắn chặt với bề mặt nền móng bằng bu lông đai
ốc Trên các trụ thép có các hộp thép ngang liên kết các trụ thép thành một khối vững chắc bằng các mối hàn
Trang 253.1.2.2 Giải pháp
Xe tự hành (AGV – Automated guided vehicles) là thiết bị tự động thực hiện
các nhiệm vụ đơn giản thay cho con người Trong nhiều năm qua, AGV được tích hợp vào nhiều ngành công nghiệp như phân phối và sản xuất bán lẻ, quân đội và thậm chí là chăm sóc sức khỏe
Với sự bùng nổ ngày càng tăng trong việc sử dụng AGV, câu hỏi hợp lý được đặt ra cho nhiều chủ doanh nghiệp và người quản lý hoạt động là: khi tôi tìm cách tự động hóa kho hàng của mình thì làm cách nào để xác định liệu AGV
có phù hợp với ngành của tôi không và cho các hoạt động nào của tôi? Những
ưu điểm và nhược điểm của AGV mà tôi có thể cân nhắc để quyết định có nên
Cần phải có công nghệ dẫn đường, công nghệ pin
Trang 26 Cánh tay Robot cố định
Robot được thiết kế với 3 bậc tự do tương ứng với 3 trục chuyển động: trục
X dọc theo chiều dài giá hàng, trục Z là cơ cấu nâng hạ hàng hóa và trục Y là
cơ cấu lấy hàng Các trục chuyển động đều được định hướng bởi các ray trượt
cố định và dẫn động bởi các động cơ điện thông qua cơ cấu truyền động
Ưu điểm
Nhược điểm
Hình 3.4 Cánh tay Robot cố định
Kết luận: Với những ưu và nhược điểm nêu trên nhóm quyết định chọn
phương pháp sử dụng cánh tay Robot cố định với dẫn hướng bởi các ray trượt
và làm việc trên một hành trình cố định phù hợp với việc vận chuyển hàng hóa vào kho nhiều tầng trong đề tài
Trang 273.2 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động cơ khí
+ Chuyển động đẩy ra, vào của cơ cấu đỡ hàng để đưa hàng vào vị trí ô chứa
Vì vậy, hình thức chuyển động ta mong muốn ở đây là chuyển động tịnh tiến
3.2.2 Giải pháp
Ưu điểm
dùng sức người, giúp kéo vật lên cao với một lực nhỏ hơn trọng lực của vật
về lực hơn Giá thành của ròng rọc thấp
Hình 3.5 Ròng rọc
Trang 28 Nhược điểm
của vật nhiều Ròng rọc động tuy làm giảm lực kéo vật nhưng không được lời về đường đi Khi dùng ròng rọc kéo vật nặng ta phải dùng một hệ thống ròng rọc dài và một sợi dây thật chắc với các puly chuyển hướng trong một không gian rộng khiến tốn kém chi phí, không gian
bền lâu, do sử dụng dây để kéo nên dễ bị đứt dây và dây có thể bị trượt khỏi rãnh kéo, ròng rọc cũng không có cơ cấu tự hãm khi xảy ra sự cố
Ưu điểm
sử dụng
Hình 3.6 Vitme đai ốc
Nhược điểm
Kết luận: Với các ưu nhược điểm phân tích như trên nhóm đã lựa chọn hệ
truyền động cao, tỷ số truyền lớn, truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn nên rất phù hợp với những yêu cầu của hệ thống truyền động của đề tài
Trang 293.3 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện
3.3.1 Phân tích
Hệ thống lưu kho yêu cầu việc điều khiển vị trí của cánh tay Robot khi lấy
và cất hàng hóa phải vừa nhanh, chính xác và an toàn để đưa hàng hóa vào đúng
vị trí kho được chỉ định Hơn nữa động cơ cần phải có momen xoắn thích hợp
để có thể chịu tải khi robot mang hàng, điều này phụ thuộc vào loại hàng hóa
mà nhà kho lưu trữ Ở đây yêu cầu đặt ra là phải lựa chọn được loại động cơ dẫn động có thể điều khiển được chính xác về vị trí, duy trì được momen khi nâng hạ hàng hóa
3.3.2 Giải pháp
Hình 3.7 Động cơ DC
Ưu điểm
kéo được tải nặng khi khởi động
Nhược điểm
quá trình vận hành nên hay phải bảo dưỡng, sửa chữa
môi trường dễ cháy nổ
Chổi quét Nguồn
DC
Nam châm
Trang 30 Động cơ bước
Ưu điểm
Nam châm vĩnh cửu
Stato Cuộn dây
Trang 31Kết luận: Với những ưu và nhược điểm đã nêu trên và với yêu cầu điều
khiển với cấp độ chính xác không quá cao, nhóm đã lựa chọn động cơ bước, vì
nó đáp ứng được những yêu cầu đã đặt ra và hơn thế nữa giá thành rẻ, dễ dàng điều khiển nên rất phù hợp với điều kiện và mong muốn của nhóm
3.4 Phân tích và lựa chọn giải pháp cảm biến
3.4.1 Phân tích
Mỗi khi hàng được vận chuyển đến vị trí gắp của Robot, cần phải có thiết
bị xác nhận và thông báo cho bộ xử lý trung tâm PLC biết một cách nhanh nhất
để đáp ứng yêu cầu giúp hệ thống hoạt động một cách nhanh chóng, tiết kiệm được thời gian và có được hiệu quả cao nhất
Mỗi khi Robot hoạt động ta không thể biết được khi phát sinh lỗi thì ở các trục chuyển động của Robot có di chuyển quá hành trình hay không Vì vậy chúng ta sẽ cần một thiết bị giúp Robot tự động dừng hoạt động khi một trong các trục chuyển động của nó bị phát hiện chạy quá hành trình
Trang 32 Ưu điểm
Hình 3.11 Cảm biến tiệm cận điện dung
Trang 33 Nhược điểm
cộng hưởng của bộ dao động
Hình 3.12 Cảm biến quang – phản xạ gương
Ưu điểm
Nhược điểm
Ưu điểm
Nhược điểm
Trang 34Hình 3.13 Công tắc hành trình
Kết luận: Với các ưu và nhược điểm trên cùng với việc tham khảo các mô
hình trên thực tế thì nhóm quyết định sử dụng cảm biến quang - phản xạ gương
ở vị trí cuối băng tải (vị trí gắp hàng của robot), sử dụng công tắc hành trình ở
vị trí mỗi ô trên kho để hàng và đầu cuối hành trình các trục chuyển động của robot để tránh sự cố chạy quá cữ
3.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển
3.5.1 Phân tích
Hệ thống lưu kho này yêu cầu hoạt động một cách tự động, tuần tự, liên tục, độ chính xác cao, đặc biệt phải phù hợp và có tính ứng dụng cao trong công nghiệp vì vậy cần phải lựa chọn bộ điều khiển thích hợp
3.5.2 Giải pháp
Hình 3.14 Ví dụ về 1 loại của vi điều khiển
Trang 35 Ưu điểm
hợp dùng trong các mạch điều khiển công suất nhỏ
Hình 3.15 Ví dụ về 1 loại của PLC
Ưu điểm
số lượng tiếp điểm
vào/ra, mở rộng chức năng khác
Trang 36 Nhược điểm
Kết luận: Từ các ưu nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm quyết định chọn
PLC để điều khiển hệ thống do PLC rất thích hợp cho việc điều khiển tuần tự,
độ chính xác cao, hoạt động liên tục, ổn định, có tính ứng dụng cao trong công nghiệp và nhóm cũng đã được làm quen với PLC, việc lập trình PLC trong quá trình học ở trên trường
3.6 Giải pháp phần mềm lập trình và mô phỏng
Hình 3.16 Giao diện phần mềm TIA Portal
TIA Portal (Total Intergrated Automation Portal) là tên một phần mềm
dùng để lập trình cho thiết bị có tên là bộ điều khiển logic (Programmable Logic
Controller) trong công nghiệp Không giống như các phần mềm lập trình trước,
TIA Portal tích hợp hết các chức năng từ lập trình, giả lập cpu hay thiết kế cả
giao diện người - máy Đây là phiên bản hoàn thiện nhất cho việc thiết kế trọn
bộ hệ thống điều khiển bằng PLC của Siemens
Ngoài lập trình cơ bản TIA Portal còn hỗ trợ một số tính năng nổi bật như:
Wincc, truyền thông profibus với giao diện và tập lệnh dễ sử dụng
Trang 37+ Dễ dàng thiết lập cấu hình kết nối giữa các thiết bị trong mạng truyền thông
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng
để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition)
Với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể
mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay
Trang 38 Phần mềm Factory IO:
Phần mềm Factory IO của Real game là 1 phần mềm mô phỏng dùng trong
mô phỏng hệ thống PLC và training về kỹ năng lập trình PLC
Hình 3.17 Mô hình lưu kho trên phần mềm Factory IO
Ưu điểm:
động)
chuyền, nút nhấn, pusher, elevator, robot arm ) và linh kiện càng phong phú thêm trong thời gian tới
hoặc digital)
Trang 39CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU
Trang 404.1.2 Robot vận chuyển hàng hóa
Hình 4.3 Cánh tay Robot vận chuyển hàng hóa
Hình 4.4 Thông số kích thước của cánh tay Robot