HD4 nguyễn anh tú nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình lưu kho tự động sử dụng mã QR

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGHÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG MÃ QR Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN ANH TÚ Sinh viên thực : ĐOÀN QUANG HINH 2018606181 NGUYỄN NGỌC ĐỨC 2018606388 NGUYỄN XUÂN TUẤN ANH 2018606146 Hà Nội – 2022 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào nghiệp phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, PLC, xử lý ảnh ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng ý nghĩa thực tiễn nên nhóm chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình lưu kho tự động sử dụng mã QR” để giải vấn đề lưu kho tự động nước ta 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 đề tài nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Anh Tú giáo viên hướng dẫn bảo hướng dẫn tận tình để chúng em hồn thành tốt đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình lưu kho tự động sử dụng mã QR” Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày…tháng…năm… Nhóm sinh viên thực Đồn Quang Hinh Nguyễn Ngọc Đức Nguyễn Xuân Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU…… MỤC LỤC………… DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các hệ thống lưu kho tự động điển hình 11 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 14 1.4 Phương pháp nghiên cứu 14 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 14 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 15 2.1 Phương pháp nhận dạng mã QR 15 2.1.1 Tổng quan mã QR 15 2.1.2 Phương pháp nhận dạng mã QR 17 2.1.3 Các thư viện phần mềm hỗ trợ nhận dạng QR 18 2.2 Phương pháp điều khiển sử dụng PLC 19 2.2.1 Tổng quan điều khiển PLC 19 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 21 2.2.3 Các phầm mềm hỗ trợ lập trình PLC 22 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG… 25 3.1 Thiết kế tổng thể hệ thống lưu kho 25 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí [5] 27 3.2.1 Tính tốn, thiết kế truyền vít me 27 3.2.2 Tính tốn, thiết kế băng tải 31 3.2.3 Tính tốn, thiết kế truyền đai 32 3.2.4 Tính chọn động [10] 35 3.3 Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển 44 3.3.1 Bộ điều khiển PLC 45 3.3.2 Module TB-6560 Driver điều khiển động bước 48 3.3.3 Cảm biến tiệm cận 51 3.3.4 Công tắc hành trình 52 3.3.5 Nguồn xung DC 24V-10A 53 3.3.6 Thiết bị đóng cắt nguồn điện 54 3.3.7 Webcam quét QR 54 3.3.8 Relay trung gian Omron 55 3.3.9 Nút nhấn nhả 56 3.3.10 Đèn LED 56 3.4 Chế tạo, thử nghiệm đánh giá hệ thống 57 3.4.1 Chế tạo 57 3.4.2 Thử nghiệm 61 3.4 Đánh giá 62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC………… 65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AS/RS Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt Automated Storage & Retrieval Hệ thống gửi lấy hàng hóa System tự động QR Code Quick response code Mã phản hồi nhanh PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển Logic lập trình URL Uniform Resource Locator Định vị tài nguyên thống I/O Input/Output Ngõ vào/Ngõ RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ROM Random Access Memory Dung lượng lưu trữ CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm SW Switch Công tắc N.m Newton met Đơn vị moment lực MPa Megapascal Đơn vị đo áp suất DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 45 Bảng 3.2 Setup dòng cho động bước 49 Bảng 3.3 Cài đặt vi bước cho Driver 50 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quy trình lưu xuất kho 10 Hình 1.2 Hệ thống AS/RS tải đồng hạng (Unit load AS/RS) [7] 11 Hình 1.3 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini load AS/RS) [8] 12 Hình 1.4 Kho bán tự động (xếp/lấy hàng tay) [9] 12 Hình 1.5 Kho chiều sâu (Deep lane AS/RS) [9] 13 Hình 2.1 Cấu tạo mã QR 16 Hình 2.2 Quy trình tạo quét mã QR 17 Hình 2.3 Cách xếp nội dung mã nhị phân 17 Hình 2.4 Giao diện Microsoft Visual Studio 18 Hình 2.5 Sơ đồ khối điều khiển PLC 20 Hình 2.6 Giao diện phần mềm TIA Portal 22 Hình 2.7 Giao diện phần mềm WinCC 23 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 Hình 3.2 Tổng thể hệ thống lưu kho 26 Hình 3.3 Các thơng số truyền động vít me – đai ốc 27 Hình 3.4 Vít me đai ốc T8 30 Hình 3.5 Băng tải 31 Hình 3.6 Đai Puly 34 Hình 3.7 Lực làm trục Y di chuyển 36 Hình 3.8 Động bước KH56QM2U038 41 Hình 3.9 Động bước KV4234-F2B009 41 Hình 3.10 Lực tác dụng lên băng tải 42 Hình 3.11 Động DC Servo giảm tốc GA 25 44 Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 44 Hình 3.13 PLC S7-1200 46 Hình 3.14 Driver TB-6560 48 Hình 3.15 Sơ đồ nối dây 49 Hình 3.16 Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 51 91 string nd = tb_obj.Text + "-" + cbb_vitri.Text; var data = qr.CreateQrCode(nd, QRCoder.QRCodeGenerator.ECCLevel.H); var code = new QRCoder.QRCode(data); ptb_makeqr.Image = code.GetGraphic(10); } else { MessageBox.Show("Vui lòng nhập đủ thông tin !!!","Thông báo"); } } private void btn_save_Click(object sender, EventArgs e) { img = ptb_makeqr.Image; SaveFileDialog sf = new SaveFileDialog(); sf.Filter = "JPG(*.JPG)|*.jpg"; if(sf.ShowDialog()==DialogResult.OK) { img.Save(sf.FileName); } } private void btn_start_auto_Click(object sender, EventArgs e) { timer_checkqr.Enabled = true; if(cam!=null && cam.IsRunning) { cam.Stop(); 92 } cam = new VideoCaptureDevice(cameras[cbb_cam.SelectedIndex].MonikerString); cam.NewFrame += cam_NewFrame; cam.Start(); } void cam_NewFrame(object sender, NewFrameEventArgs eventArgs) { Bitmap bm = (Bitmap)eventArgs.Frame.Clone(); ptb_qr.Image = bm; } private void btn_stop_auto_Click(object sender, EventArgs e) { if (cam != null && cam.IsRunning) { cam.Stop(); PictureBox ptb = new PictureBox(); ptb.BackColor = Color.LightGray; ptb_qr.Image = ptb.Image; } } protected override void OnClosed(EventArgs e) { base.OnClosed(e); if (cam != null && cam.IsRunning) 93 { cam.Stop(); } } private void check_qr() { while (true) { try { if (ptb_qr.Image != null) { MessageBox.Show("run"); img_qr_auto = ptb_qr.Image; MessagingToolkit.QRCode.Codec.QRCodeDecoder decoder = new MessagingToolkit.QRCode.Codec.QRCodeDecoder(); tb_ndqr.Text = decoder.Decode(new QRCodeBitmapImage(ptb_qr.Image as Bitmap)); } } catch { } } } private void timer_checkqr_Tick(object sender, EventArgs e) { 94 try { if (ptb_qr.Image != null) { //MessageBox.Show("run"); img_qr_auto = ptb_qr.Image; BarcodeReader reader = new BarcodeReader(); var result = reader.Decode(img_qr_auto as Bitmap); if (result != null) { try { tb_ndqr.Text = result.ToString(); string input = tb_ndqr.Text; byte[] data_byte = S7.Net.Types.String.ToByteArray(input); if (input.IndexOf("vitri1") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M1.4", 1); plc.Write("M1.4", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); 95 } } if (input.IndexOf("vitri2") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M1.5", 1); plc.Write("M1.5", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri3") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M1.6", 1); plc.Write("M1.6", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { 96 MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri4") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M1.7", 1); plc.Write("M1.7", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri5") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M2.1", 1); plc.Write("M2.1", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else 97 { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri6") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M2.2", 1); plc.Write("M2.2", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri7") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M2.3", 1); plc.Write("M2.3", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } 98 else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri8") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M2.4", 1); plc.Write("M2.4", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } if (input.IndexOf("vitri9") != -1) { if (plc.IsConnected) { plc.Write("M2.5", 1); plc.Write("M2.5", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); 99 } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } } catch { MessageBox.Show("Chưa kết nối PLC", "Thông báo"); } } } } catch { MessageBox.Show("Chưa kết nối PLC", "Thông báo"); } } private void btn_muon_Click(object sender, EventArgs e) { btn_muon.BackColor = Color.Green; btn_tra.BackColor = Color.Red; grb_camera.Enabled = true; grb_camera.BackColor = Color.Silver; grb_mode.BackColor = Color.Silver; if (plc.IsConnected) { 100 plc.Write("M1.3", 1); plc.Write("M1.3", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } private void btn_tra_Click(object sender, EventArgs e) { btn_muon.BackColor = Color.Red; btn_tra.BackColor = Color.Green; grb_camera.Enabled = true; grb_camera.BackColor = Color.Silver; grb_mode.BackColor = Color.Silver; if (plc.IsConnected) { plc.Write("M1.2", 1); plc.Write("M1.2", 0); //MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } // hiệu ứng nhấn nút 101 private void btn_start_auto_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e) { btn_start_auto.BackColor = Color.Gray; } private void btn_start_auto_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e) { btn_start_auto.BackColor = Color.Silver; } private void btn_stop_auto_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e) { btn_stop_auto.BackColor = Color.Gray; } private void btn_stop_auto_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e) { btn_stop_auto.BackColor = Color.Silver; } private void btn_makeqr_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e) { btn_makeqr.BackColor = Color.Silver; } private void btn_save_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e) { btn_save.BackColor = Color.Silver; } private void btn_makeqr_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e) 102 { btn_makeqr.BackColor = Color.Gray; } private void btn_save_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e) { btn_save.BackColor = Color.Gray; } // s7.net private void btn_test_connect_Click(object sender, EventArgs e) { plc = new Plc(CpuType.S71200,tb_ip_plc.Text, 0, 1); plc.Open(); if (plc.IsConnected) { MessageBox.Show("Kết nối thành công", "Thông báo"); //plc.Close(); } else { MessageBox.Show("Kết nối không thành công", "Thông báo"); } } } } Thủ công Tự động S Nhập Đ Xuất Đ Đ Đ Chọn vị trí gửi hàng S Nhập Xuất S Chọn vị trí lấy hàng CB vào Đ Đ S CB vào Camera quét QR xác định vị trí Di chuyển đến vị trí lấy hàng Băng chuyền quay thuận Lấy hàng từ kho Lấy hàng từ băng chuyền Lấy hàng từ băng chuyền Di chuyển đến vị trí băng chuyền Bắt đầu Di chuyển đến vị trí băng chuyền Di chuyển đến vị trí gửi hàng X,Y,Z gốc S CTHT Y Đ Di chuyển đến vị trí gửi hàng Đặt hàng xuống băng chuyền Đặt hàng vào kho S Đặt hàng xuống băng chuyền Đặt hàng vào kho Băng chuyền chạy nghịch CTHT Y Đ S Di chuyển đến vị trí lấy hàng Băng chuyền quay thuận Lấy hàng từ kho Gốc Chọn vị trí lấy hàng S Băng chuyền chạy nghịch Đ S Chạy Dừng Kết thúc CB S S Kết thúc CB Đ Đ Dừng chỗ Thủ công Lưu đồ khởi động hệ thống Tự động Đ Đ Kết thúc Kết thúc Lưu đồ chế độ tự động Lưu đồ chế độ thủ công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO SỬ DỤNG MÃ QR Tr.nhiệm Họ tên Hướng dẫn Ts.Nguyễn Anh Tú Duyệt Chữ kí Ngày LƯU ĐỒ THUẬT TỐN HỆ THỐNG Tỉ lệ: 1:1 Khối lượng: Tờ: A3 Số lượng: 01 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Thiết kế Đồn Quang Hinh 24VDC B- B+ A- ĐCB A+ GND 24V B- A- CW+ CLK- CLK+ EN+ EN- CW- Cảm biến out Cảm biến in CTHT trục X CTHT trục Y ĐCB A+ GND 24V B- B+ A- Y X EN+ EN- CW- B+ CTHT trục Z Start ĐCB Stop GND A+ GND 24V Z CW+ CLK- CLK+ EN+ EN- CW- CW+ CLK- CLK+ Động băng tải Q0.5 Q0.4 Q0.3 Q0.1 Q0.2 Q0.0 Nâu xanh đen Nâu xanh đen I0.5 Đèn Stop Cảm biến out Q0.7 Đèn Start Q0.6 Cảm biến in I0.6 Q0.0 Q0.2 Q0.4 Q0.6 Q0.1 Q0.3 Q0.5 Q0.7 24VDC GND ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾVÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO SỬ DỤNG MÃ QR Tr.nhiệm Họ tên Hướng dẫn Ts.Nguyễn Anh Tú Chữ kí Ngày SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN Tỉ lệ: 1:1 Khối lượng: Tờ: A3 Số lượng: 01 Duyệt TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Thiết kế Đoàn Quang Hinh 350 80 720 250 165 200 150 STT 650 440 800 150 550 1100 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Tên chi tiết Con quay Mô tả Cao su Inox Inox ISO 4762 M4 x 10 - 10N Inox Inox ISO 4162 - M5 x 40 x 16-N SL 1 2 16 62 2 2 1 1 2 1 ... xung quanh mã, cho phép đọc mã phân biệt mã QR với môi trường xung quanh 2.1.2 Phương pháp nhận dạng mã QR Tạo mã QR Nội dung cần tạo Mã nhị phân Quét mã QR Hình 2.2 Quy trình tạo quét mã QR -... khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng ý nghĩa thực tiễn nên nhóm chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình lưu kho tự động sử dụng mã. .. công thức Và một chương trình thiết kế giao diện Người Máy- HMI tin dùng nhiều 25 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 3.1 Thiết kế tổng thể hệ thống lưu kho ❖ Quy