Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động

Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG Giáo 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 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, cách mạng khoa học kỹ thuật có bước đột phá mới, đời sống nhân dân ngày nâng cao Cùng với xu cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta nước giới, hệ thống tự động đưa vào trình lao động sản xuất Tuy nhiên hệ thống lưu kho nước ta chưa áp dụng tự động hóa, cịn sử dụng lao động tay chân Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng ý nghĩa thực tiễn nên nhóm chọn đề tài “Mơ hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” để giải vấn đề lưu kho tự động nước ta Qua đề tài nhóm thực mong góp phần cho sinh viên trường thích ứng nhanh với thực tế Đồ án tốt nghiệp kết vận dụng kiến thức học vào thực tế để thiết kế lập trình cho hệ thống Cũng nhờ mà người thực hiểu rõ học lý thuyết, mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn Đề tài “Mơ hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” sở để người thực thiết kế hệ thống tự động thực tế sau Trong trình thực đề tài này, thời gian có hạn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong quan tâm đóng góp ý kiến thầy giáo để nhóm thực bổ sung vào vốn kiến thức Để hồn thành tốt đề tài nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Phan Đình Hiếu giáo viên hướng dẫn bảo hướng dẫn tận tình đề tài đồ án tốt nghiệp để chúng tơi hồn thành tốt đề tài “Mơ hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” Đồng thời xin cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, thầy Khoa Cơ Khí giúp đỡ, cung cấp cho kiến thức vô quý báu suốt năm học, làm sở cho chúng tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln ủng hộ mặt tinh thần kinh phí, tạo động lực mạnh mẽ để nhóm nghiên cứu làm việc tích cực, hồn thành tốt nội dung khoa học đồ án Xin chân thành cảm ơn! I MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Phương pháp thực 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Dự kiến kết đạt CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO 2.1 Nguyên lý làm việc cấu trúc hệ thống lưu kho 2.1.1 Nguyên lý làm việc 2.1.2 Cấu trúc hệ thống 2.2 Các thành phần hệ thống lưu kho 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 điều khiển PLC 10 2.4 Phần mềm điều khiển 11 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP 12 3.1 Phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế khí 12 3.1.1 Giá đỡ hàng hóa 12 3.1.2 Robot vận chuyển hàng 13 3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp truyền động khí 16 IV 3.2.1 Phân tích 16 3.2.2 Giải pháp 16 3.3 Phân tích lựa chọn giải pháp truyền động điện 18 3.3.1 Phân tích 18 3.3.2 Giải pháp 18 3.4 Phân tích lựa chọn giải pháp cảm biến 20 3.4.1 Phân tích 20 3.4.2 Giải pháp 21 3.5 Phân tích 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 mô 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO 28 4.1 Thiết kế thành phần 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 tốn lựa chọn thành phần hệ thống 30 4.2.1 Tính tốn độ bền vitme 30 4.2.2 Tính tốn cơng suất động 34 4.2.3 Lựa chọn 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 dây hệ thống điều khiển 56 4.3.3 Lưu đồ thuật toán 57 V 4.3.4 Bảng cấp xung cho động 61 4.3.5 Phần mềm mô Factory IO 62 4.3.6 Phần mềm Tia Portal 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 80 5.1 Kết đạt 80 5.2 Đánh giá 80 5.3 Hạn chế phương pháp giải 81 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 83 VI DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cung cấp trộn hàng hóa Hình 2.1 Unit load AS/RS Hình 2.2 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini Load AS/RS) Hình 2.3 Kho bán tự động (xếp nhặt hàng tay) Hình 2.4 Kho AS/RS tuyến sâu Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống lưu kho Hình 2.6 Hệ thống băng truyền Hình 2.7 Giao diện phần mềm Smartlog Hình 3.1 Thép chữ U đa 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 Rịng rọc 16 Hình 3.6 Vitme đai ốc 17 Hình 3.7 Động DC 18 Hình 3.8 Động bước 19 Hình 3.9 Động 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 Cơng tắc hành trình 23 Hình 3.14 Ví dụ loại vi điều khiển 23 Hình 3.15 Ví dụ loại PLC 24 Hình 3.16 Giao diện phần mềm TIA Portal 25 Hình 3.17 Mơ hình lưu kho phần mềm Factory IO 27 Hình 4.1 Mơ giá đỡ hàng hóa 28 Hình 4.2 Thơng số kích thước giá đỡ 28 Hình 4.3 Cánh tay Robot vận chuyển hàng hóa 29 VII Hình 4.4 Thơng số kích thước cánh tay Robot 29 Hình 4.5 Thơng số kích thước Vitme 30 Hình 4.6 Lực làm trục X di chuyển 35 Hình 4.7 Đồ thị dịch chuyển cấu 36 Hình 4.8 Momen quán tính trục vít me 36 Hình 4.9Momen qn 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 PLC S7-1200 Driver TB-6600 50 Hình 4.15 Sơ đồ nối dây Driver TB-6600 DC Step 51 Hình 4.16 Vitme T8 đai ốc 52 Hình 4.17 Cảm biến quang - phản xạ gương 53 Hình 4.18 Cơng 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 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 vị trí kho 61 Hình 4.27 Giao diện 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 mơ có sẵn (Scenes) 64 Hình 4.30 Một số thiết bị có phần mềm 64 Hình 4.31 Danh sách 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 66 VIII Hình 4.34 Mã QR – Link tải chương trình mẫu 67 Hình 4.35 Tải chương trình mẫu 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 TIA Portal 69 Hình 4.39 Các hệ thống mơ có sẵn (Scenes) 69 Hình 4.40 Chọn Driver kết nối với Factoy IO 70 Hình 4.41 Tùy chọn thơng số cấu hình PLC 70 Hình 4.42 Kết nối tín hiệu vào 71 Hình 4.43 Kết nối tín hiệu vào 71 Hình 4.44 Run chương trình 72 Hình 4.45 Ngơn ngữ LAD 72 Hình 4.46 Ngôn ngữ FBD 73 Hình 4.47 Ngơn ngữ SCL 73 Hình 4.48 Ứng dụng ngơn 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 thơng số vít me 76 Hình 4.53 Thiết lập cảm biến hành trình 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 IX DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 46 Bảng 4.2 Setup dòng cho động bước 51 Bảng 4.3 Cài đặt vi bước cho Driver 52 Bảng 4.4 Bảng cấp xung cho động 62 X CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Hệ thống tự động hóa lưu kho xuất kho bắt đầu giới thiệu từ cuối năm 1960 phổ biến rộng vào thập niên 1970 1980 Công hệ thống kiểm tra bốc xếp pallet hay khay chứa kiện hàng, linh kiện Mục đích giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, kiểm tra theo dõi hàng hóa khơng bị đánh cắp hay thay đổi không phép, giảm cơng sức lao động bốc xếp hàng hóa Vào thời kỳ sơ khai (1960 – 1980) “Hệ thống tự động hóa lưu kho gắn kết hoạt động trang thiết bị phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ xuất kho với độ xác vận hành, tốc độ xử lý cao giới hạn cấp độ tự động hóa áp dụng” Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh tự động hóa: “Hệ thống tự động hóa lưu kho trang thiết bị (device) tự động nhận dịng chuyển đến với kích cỡ thường đồng không cao, phân loại lại, lưu trữ tạm thời, sau theo điều kiện lệnh tương ứng cho điểm tập kết để chuyển đến vị trí u cầu Tất cơng đoạn thực với mức độ tự động hóa cao, loại bỏ việc có cần nhân lực điều khiển cơng đoạn hay không” Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động kết hơp giới hóa điều khiển tự động số cơng đoạn quy trình nhập/ lưu/ xuất kho, ngày hệ thống kho hàng tự động sản phẩm điện tử (mechatronics) mức độ tự động hóa cao, phân phối hệ thống sản xuất thông minh Sự phát triển kho hàng tự động bước tiến quan trọng đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time” đáp ứng kịp thời nhu cầu biến động nhanh thị trường quốc tế (“Just in time” hệ thống sản xuất luồng nguyên vật liệu, hàng hoá sản phẩm truyền vận trình sản xuất phân phối lập kế hoạch chi tiết bước cho quy trình thực quy trình thời chấm dứt) Để đáp ứng nhu cấu rộng rãi nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho xuất kho, giới có công ty nghiên cứu chế tạo hệ thống tự động hóa lưu kho xuất kho cho kho hàng, kho chứa bưu phẩm Daifuku(Nhật), Dematic Corp, FKI Logistex, Diomand Phoenix Westfalia 94 95 96 97 98 Các chương trình  Nhập hàng 99 100 101  Xuất hàng 102 103 104  Auto chọn vị trí nhập hàng  Auto chọn vị trí xuất hàng 105  Kiểm tra Robot đến vị trí cần thiết hay chưa  Xác định tọa độ mô hình 106  Xác định có hàng hay chưa 107 CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ CẦN GIA CƠNG CHẾ TẠO 108 ... chung hệ thống lưu kho tự động Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lưu kho tự động Chương 3: Phân tích lựa chọn giải pháp cho hệ thống lưu kho tự động Chương 4: Tính tốn thiết kế hệ thống lưu kho tự. .. trúc hệ thống Hệ thống lưu kho tự động tùy theo yêu cầu công nghệ nhà kho nên có cấu trúc khác Các kiểu nhà kho kể đến như:  Hệ thống lưu kho tự động cho kiện hàng đồng hạng: Loại kho thiết kế. .. Nguyên lý làm việc Khái niệm hệ thống lưu kho Đầu tiên, cần phải biết hệ thống lưu kho tự động gì? Đây hệ thống nhà kho thơng minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động hay gọi hệ thống AS/RS (Automated Storage