Hệ thống lưu kho tự động và phân loại sản phẩm ứng dụng mã qr

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hànghóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưutrữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động đượ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG MÃ QR

Sinh viên thực hiện : HOÀNG THANH BÌNH

HOÀNG VIỆT HOÀ

GV hướng dẫn : TS NGUYỄN PHÚ SINH

Đà Nẵng, tháng 01/2024

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng, ngày tháng 01 năm 2024

Giáo viên hướng dẫn

TS Nguyễn Phú Sinh

Đà Nẵng, ngày … tháng 01 năm 2024

Người phản biện

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hoàng Việt Hòa Lớp: 19SK01 Mã sv: 1911514110107

Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật Cơ điện tử

Đề tài: “ Hệ thống lưu kho tự động và phân loại sản phẩm ứng dụng mã QR” Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phú Sinh

II NỘI DUNG CÔNG VIỆC SINH VIÊN THỰC HIỆN:

A Thuyết minh: (Kiểu chữ: Times New Roman Can lề: Top: 2cm, Bottom:

2cm, Left: 3cm, Right: 2cm) Bao gồm các mục:

Nhiệm vụ thiết kế

Lời nói đầu

Mục lục

Kết luận

Tài liệu tham khảo

B Bản vẽ: (từ 3A1), tối thiểu 3A1

1 Bản vẽ giới thiệu về một số hệ thống hay máy hiện có

2 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống hay máy thiết kế

3 Bản vẽ hình chiếu và kết cấu của mô hình thiết kế

4 Bản vẽ liên quan đến phần điều khiển

C Mô hình: Phải có mô hình hoạt động được theo ý tưởng thiết kế, mô hình nên

nhỏ gọn, không quá lớn và cồng kềnh, phần điều khiển phải gọn, rõ ràng, kết cấu cơkhí phải cứng vững

D Kiểm tra vấn đáp:

- Báo cáo tiến độ với giảng viên phụ trách hằng tuần

ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Phú Sinh, giảng viên Khoa CơKhí - trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng emtrong suốt quá trình làm đồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Sư Phạm KỹThuật nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho emkiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ

sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đồ ánnày không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo,đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thứccủa mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án nàythành công nhất

Chúng em xin cam đoan rằng đồ án này là công trình nghiên cứu của bản thânmình Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu

rõ ra tại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày trong

đồ án đều mang tính chất trung thực, không sao chép, đạo nhái

Nếu như sai chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

đã tạo điều kiện để chúng em có được môi trường học tập và phát triển bản thân tốtnhất

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy Nguyễn PhúSinh đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô bộ môn đã tận tình giảng dạy, truyền đạtkiến thức cho tụi em trong các kỳ học vừa qua

Xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em trongthời gian học tập và hoàn thành đồ án

Mặc dù đã cố gắng nhiều nhưng sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót vìthời gian hạn chế và kiến thức trong đề tài làm đồ án Em kính mong nhận được sựgóp ý của quý Thầy Cô và các bạn để hoàn thành tốt hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

1 Những nội dung trong luận văn này do chúng em thực hiện dưới sựhướng dẫn của giảng viên Nguyễn Phú Sinh

2 Mọi tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, têncông trình, thời gian, địa điểm công bố

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, chúng

em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Hoàng Thanh BìnhHoàng Việt Hòa

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

a Mục tiêu chung 2

b Mục tiêu cụ thể 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

a Ý nghĩa khoa học 2

b Ý nghĩa thực tiễn 2

c Giới hạn đề tài 2

4 Cấu trúc đồ án 3

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về hệ thống lưu xuất kho 4

1.1.1 Hệ thống quản lý kho là gì 4

1.1.2 Hệ thống vận chuyển 5

1.1.3 Hệ thống xuất nhập 6

1.1.4 Hệ thống lưu trữ 8

1.1.5 Hệ thống điện điều khiển 9

1.1.6 Hệ thống chấp hành 9

1.1.7 Một số hệ thống lưu xuất kho ở nước ta 9

1.1.8 Giải pháp cải thiện 11

1.2.2 Cấu tạo PLC S7-1200 18

1.2.3 Nguyên tắc làm việc của PLC 20

1.2.4 Ứng dụng của bộ lập trình PLC S7-1200 21

1.3 Tổng quan về TIA Portal V15.1 21

1.3.1 TIA Portal V15.1 21

1.3.2 Ưu - nhược điểm khi sử dụng TIA Portal 22

1.4 Tổng quan về WinCC 23

1.5 Tổng quan về PLCSIM 25

1.6 Tổng quan về Microsoft Visual Studio 26

1.6.1 Ngôn ngữ lập trình C# và Net Framework 26

1.6.2 Microsoft Visual Studio 26

1.7 Tổng quan về AutoCAD 27

1.7.1 AutoCAD là gì? 27

1.7.2 Lợi ích khi sử dụng AutoCAD 28

1.7.3 Ứng dụng của AutoCAD 28

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 29

2.1 Hệ thống băng tải 29

2.2 Cơ cấu Vitme 33

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Vitme đai ốc 34

2.2.3 Một số thuật ngữ quan trọng trên vít me 34

2.2.4 Cơ cấu Vitme được sử dụng trong đề tài 35

2.2.5 Tính toán động cơ bước cho phương di chuyển ngang 35

2.3 Thiết kế tay gắp 3D 43

2.6 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mô hình 48

2.6.1 Cảm biến quang 48

2.6.2 Công tắc hành trình 50

2.6.3 Xilanh khí nén 52

2.6.4 Bộ nguồn 53

2.6.5 Van điện từ 5/2 54

2.6.6 Rơle trung gian 56

2.6.7 Driver Tb660 57

2.6.8 Động cơ bước 58

Chương 3 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN 62

3.1 Xác định thành phần của hệ thống 62

3.2 Phương án điều khiển 62

3.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 63

3.3.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC 63

3.3.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay 63

3.3.3 Giới thiệu về Siemens PLC S7-1200 64

3.3.4 Chế độ bảo mật của PLC S7-1200 64

3.4 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 65

3.4.1 Cấu hình phần cứng 65

3.4.2 Khái niệm chung 69

3.4.3 Các phương pháp lập trình 70

3.4.4 Một số ký hiệu chung 71

3.4.5 Phương pháp hình thang Ladder logic 72

3.4.8 Đánh giá ưu nhược điểm 74

3.5 Xác định thông số vào ra của hệ thống 76

3.5.1 Lưu đồ thuật toán 77

3.5.2 Sơ đồ khối 77

3.5.3 Sơ đồ nối dây 78

3.6 Lập trình cho hệ thống 80

3.6.1 Phần mềm TIA Portal 80

3.6.2 Thiết kế giao diện WinCC 85

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 88

1 Kết quả thi công cơ khí 88

2 Kết quả thi công giao diện đọc mã QR 88

3 Kết quả thi công giao diện điều khiển và giám sát 89

4 Đánh giá kết quả mô phỏng 90

5 Kết quả vận hành hệ thống 90

6 Thông số vận hành hệ thống 90

7 Nhận xét 90

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1.3: Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200 20

Bảng 2.1: Thông số của MHZ2-16D 45

Bảng 3.1: Mức độ bảo mật của PLC 65

Bảng 3.2: Kí hiệu phương pháp Ladder-logic 73

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.3: Robot lấy hàng 6

Hình 1.4: Hệ thống nhà kho 8

Hình 1.5: Hệ thống kho tự động Vietnam Post 10

Hình 1.6: Hệ thống kho tự động của nhà máy Vinamilk 10

Hình 1.7: Hệ thống phân loại hàng hoá thông qua quét mã Barcode 11

Hình 1.8: Mã QR 12

Hình 1.9: Hình ảnh mã vạch truyền thống và mã QR 13

Hình 1.10: Phạm vi của mã QR 15

Hình 1.11: Nhận dạng mã QR 15

Hình 1.12: Các cấp độ của mã QR 16

Hình 1.13: Nội dung của mã QR 17

Hình 1.14: Thiết bị điều khiển logic khả trình 17

Hình 1.15: Phần mềm TIA Portal V15.1 22

Hình 1.16: Phần mềm WinCC 24

Hình 1.17: Giao diện phần mềm Microsoft Visual Studio 26

Hình 1.18: Giao diện phần mềm Auto CAD 28

Hình 2.1: Khung băng tải 29

Hình 2.2: Băng tải 30

Hình 2.3: Băng tải sử dụng trong đồ án 31

Hình 2.4: Vitme 34

Hình 2.5: Hình bộ Vitme được sử dụng 35

Hình 2.6: Lực làm trục di chuyển 36

Hình 2.9: Thông số động cơ 42 42

Hình 2.10: Xylanh đẩy 43

Hình 2.11: Xylanh kẹp 43

Hình 2.12: Cánh tay full 44

Hình 2.13: Tay kẹp 44

Hình 2.14: Xylanh đẩy 46

Hình 2.15: Đơn vị áp suất 46

Hình 2.16: Hình ảnh hệ thống điện 47

Hình 2.17: Kho lưu trữ 48

Hình 2.18: Cấu tạo cảm biến quang 48

Hình 2.19: Cảm biến 49

Hình 2.20: Công tắc hành trình 51

Hình 2.21: Cấu tạo công tắc hành trình 51

Hình 2.22: Cấu tạo xylanh khí nén 52

Hình 2.23: Tổng hợp Các xylanh 53

Hình 2.24: Nguồn tổ ong 54

Hình 2.25: Van điện từ 5/2 54

Hình 2.26: Rơle trung gian 8 chân 56

Hình 2.27: Driver TB6600 57

Hình 2.28: Động cơ bước 58

Hình 2.29: Sơ đồ xung tín hiệu 60

Hình 2.30: Phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây 61

Hình 3.1: Hình ảnh PLC s7-1200 64

Hình 3.5: PLC kiểu hộp 69

Hình 3.6: PLC kiểu Modul 69

Hình 3.7: Kí hiệu lệnh thường 71

Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán 77

Hình 3.9: Sơ đồ khối 77

Hình 3.10: Sơ đồ nối dây role với van điện từ và động cơ băng tải 78

Hình 3.11: Sơ đồ driver và động cơ bước với PLC 79

Hình 3.12: Sơ đồ nối dây hệ thống 80

Hình 3.13: Biểu tượng phần mềm lập trình PLC 81

Hình 3.14: Giao diện khi mở phần mềm Tia V17 81

Hình 3.15: Giao diện phần mềm để tạo Project mới 82

Hình 3.16: Giao diện phần mềm khi tạo xong Project 82

Hình 3.17: Giao diện thiết lập CPU của PLC dùng để lập trình 83

Hình 3.18: Giao diện sau khi hoàn thành thiết lập CPU 83

Hình 3.19: Thiết lập địa chỉ IP cổng kết nối 84

Hình 3.20: Giao diện chương trình chính 85

Hình 3.21: Giao diện thiết lập các chân tín hiệu 85

Hình 3.22: Thêm thiết bị giao diện WinCC 86

Hình 3.23: Thêm module kết nối PLC và HMI 86

Hình 3.24: Kết nối PLC và HMI 87

Hình 3.25: Kết quả phần cứng 88

Hình 3.26: Giao diện đọc và phân loại sản phẩm 89

Hình 3.27: Màn hình chính hệ thống 89

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang pháttriển mạnh mẽ Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mangsản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tận dụnghết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá kémhiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng Trong thời kỳ côngnghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hàng hóa làm ra càngnhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội Từ đó đã nảy sinh cần có những kho hànghiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạn chế của các khohàng cũ

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này rất đadạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong đó chủ yếu là

sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các máy nâng sửdụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho Với sự ra đời của các hệ thống xếp hànghóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưutrữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vậnchuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệthống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hànghóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm thời gian,tiết kiệm được nhân công,…

Chính nhu cầu và lý do đó mà em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng

và xây dựng mô hình hệ thống lưu xuất kho thông minh bằng mã QR sử dụng PLC

S7-1200 và WinCC”

Đề tài 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

2 Mục tiêu của đề tài

- Thiết kế được khâu đọc mã sản phẩm bằng PyCharm Community Edition

- Xây dựng và điền khiển được hệ thống lưu xuất kho thông minh bằng PLCS7-1200 dựa vào dữ liệu mã hoá QRcode của sản phẩm

- Xây dựng được giao diện điều khiển và giám sát thông qua WinCC vàPyCharm Community Edition

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

c Giới hạn đề tài

Đề tài được giới hạn trong những nội dung nghiên cứu như sau:

- Tìm hiểu, thiết kế khung cho mô hình hệ thống

- Nghiên cứu tìm hiểu về cách cài đặt và đấu nối PLC, cách thức điều khiểncủa PLC,

- Mô phỏng hệ thống trên TIA Portal

- Thiết kế lắp đặt được mô hình hệ thống lưu xuất kho thông minh bằng mã

QR dùng PLC điều khiển

4 Cấu trúc đồ án

Bài báo cáo ngoài các nội dung gồm phần mở đầu và kết thì có bố cục 4 chương:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Chương này trình bày tổng quan về việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ xây dựngứng dụng, các công cụ thường xuyên sử dụng để xây dựng nền tảng cho bài toán Mô

tả một số công nghệ mới hỗ trợ phát triển ứng dụng

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG

Chương này trình bày một hướng tiếp cận trong việc phân tích hệ thống Trìnhbày những hướng chức năng cơ bản cho người dùng, sơ đồ cơ sở dữ liệu…

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN

Chương này liệt kê công cụ xây dựng chương trình và các giao diện của website.CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về hệ thống lưu xuất kho

1.1.1 Hệ thống quản lý kho là gì

Hệ thống quản lí kho là một phần mềm được tạo ra để giúp người dùng tăng caothành quả theo dõi hàng hóa tồn kho và vật tư khi họ di chuyển qua kho hoặc quatrung gian

Hình 1.1.1.1.1.1: Logo MySQLCấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc theo mỗihành lang các máy xếp, dỡ tự động Hai bên hành lang là các khoang chứa hàng Đầumỗi khoang chứa là các trạm xếp dở liên kết với nhau theo hệ thống băng chuyền.Nhìn chung kho tự động được cấu thành từ 3 phần:

Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho hệ thống kho tựđộng ở các công ty vận chuyển, siêu thị… băng tải ở những môi trường này có nhiệm

vụ vận chuyển hàng hóa từ kho tới nơi tập kết để vận chuyển đi hoặc từ nơi sản xuất

về kho Băng tải có rất nhiều loại, mỗi loại dùng để vận chuyển những vật liệu khácnhau

Đối với nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng tải chỉ đơn thuầnphân phối sản phẩm cho robot vận chuyển một cách tối ưu Nhưng với những nhà máysản xuất nhiều loại sản phẩm thì hệ thống băng tải còn thực hiện phân loại sản phẩmvào các khu vực thích hợp.

Hình 1.1.2.1.1.1: Băng tảiCác Robot, xe tự hành là những phần tất yếu của một hệ thống lưu xuất kho tựđộng Chúng di chuyển trong phạm vi của kho hàng theo 3 trục, làm nhiệm vụ đưahàng từ cổng nhập đến những ô trống trong kho và lấy hàng từ trong kho đưa ngược vềcổng xuất

Hình 1.1.2.1.1.2: Robot lấy hàng

1.1.3 Hệ thống xuất nhập

Khi quản lý kho hàng có hai trường hợp thường xảy ra: Hàng hoá đã có mã vạch

và hàng hoá chưa có mã vạch Khi sắp xếp kho hàng, với sản phẩm chưa có mã vạch,người ta có thể tự tạo mã vạch phù hợp và sử dụng máy in mã vạch để in mã vạch chosản phẩm Có thể sử dụng các loại máy in chuyên dụng để in mã vạch, tùy vào nhu cầu

sử dụng, ta có thể lựa chọn loại máy in phù hợp để tiết kiệm nhất

Mã vạch sẽ được in lên giấy in, sau đó được dán lên sản phẩm Mã vạch sẽ đượcdán lên sản phẩm sau khi đóng hàng ở công đoạn xuất xưởng, để nhập kho thành phẩmhoặc được dán trong giai đoạn sản phẩm đã hoàn thành và đang chờ xuất xưởng hoặcxếp lên kho chứa

1.1.3.1 Quy trình nhập kho

Nhân viên thực hiện quá trình nhập kho với sự hỗ trợ của máy quét mã vạch, máyquét lần lượt đọc mã vạch trên lô hàng nhập kho, các thông tin này sẽ được đưa vàophần mềm chuyên dụng để tạo phiếu nhập kho với các thông tin của hàng hoá cầnquản lý khác liên quan đến lô hàng Kể từ lúc này, các sản phẩm sẽ được quản lý thôngqua mã vạch trên hàng hoá

 Quy trình xuất kho

Tương tự cho quá trình xuất kho, nhân viên có thể tạo phiếu xuất kho dựa trênphiếu nhập kho, dùng thiết bị đọc mã vạch để xuất kho Nhân viên lần lượt đọc mãvạch trên lô hàng xuất kho đồng thời để có thể truy tìm được nguồn gốc sản phẩm saunày, khi xuất kho các thông tin của hàng hoá như ngày xuất, xuất cho ai, mã đơn đặthàng,…sẽ được ghi nhận vào hệ thống

Việc ứng dụng quản lý mã vạch, dùng máy quét mã trong bán hàng sẽ thay đổihoàn toàn thói quen bán hàng theo cách truyền thống Giải pháp này mang đến sự độtphá và tính mới trong việc mua và bán Việc quét mã hỗ trợ nhân viên cải thiện thờigian bán hàng, chủ doanh nghiệp có thể quản lý doanh số tốt hơn, các quyết định xuất

- nhập, giải phóng hàng tồn kho được ra quyết định chỉ trong một thao tác

1.1.3.2 Quy trình kiểm kho

Trước nay, quy trình kiểm kê kho chủ yếu sử dụng phương pháp đếm, điền chỉ sốvào bảng excel hoặc sổ sách Vậy là mỗi lần kiểm kê kho mất cả mấy ngày trời mớixong nhưng con số cũng không chính xác

Khi sử dụng phần mềm và áp dụng kiểm kê kho bằng mã vạch, công tác kiểmkho sẽ trở nên nhanh chóng, thuận tiện, chính xác cao Nhân viên quét tất cả mã vạchcủa các sản phẩm trong kho sau đó kết nối thiết bị đọc mã vạch này với máy tính để tải

dữ liệu về phục vụ cho việc xử lý

Sau khi có được dữ liệu chương trình sẽ kết xuất ra báo cáo về số lượng thực tếtrong kho và so sánh với số liệu đang được quản lý trên máy tính đồng thời cho phépcập nhật lại số liệu thực này

Với sự tích hợp và hỗ trợ chặt chẽ trong hệ thống quản lý nghiệp vụ, mã vạch chophép giảm các thao tác nhập số liệu, hạn chế tối đa nhầm lẫn trong các hoạt độngnghiệp vụ

1.1.4 Hệ thống lưu trữ

1.1.4.1 Hệ thống kho chứa

Hệ thống kho lưu trữ hàng hoá có kết cấu vững chắc Kho hàng được thiết kếtheo dạng đứng với các ô kệ xếp chồng lên nhau, dễ dàng thêm các module giá kệ

để nâng cao năng suất lưu trữ của nhà kho

Thiết kế nhà kho thông minh giúp đơn vị sử dụng dễ dàng thay đổi chứcnăng lưu trữ của nhà kho Thiết kế kho theo chiều cao, giúp ta có thể lựa chọn lưutrữ các hàng hoá theo chất lượng của hàng hoá Cũng như dễ dàng cho việc tối ưuhàng hoá trên kệ hàng

Hình 1.1.4.1.1.1: Hệ thống nhà kho

1.1.4.2 Hệ thống quản lý hàng hóa

Với khả năng kết nối quản lý kho theo thời gian thực, mọi thông số của hànghoá như loại sản phẩm, vị trí sản phẩm, tình trạng lưu trữ tồn kho Giúp người quản

lý kho nắm bắt rõ tình trạng kho hàng và có hướng xử lí nhanh chóng

Mỗi doanh nghiệp sở hữu kho hàng thông minh sẽ có phần mềm và giao diệnquản lý khác nhau, để phù hợp theo yêu cầu sử dụng của doanh nghiệp đó Doanhnghiệp sử dụng có thể thay đổi yêu cầu của mình đối với kho tùy theo mong muốnthông qua phần mềm (loại sản phẩm, vị trí lưu trữ, ) Trợ giúp các doanh nghiệpkiểm soát hiệu quả tình trạng kho, đồng thời việc lập kế hoạch sản xuất cho thángcao điểm và thấp điểm đối với một số mặt hàng nhất định trở nên thuận tiện và hiệuquả

Đối với hệ thống quản lý lưu trữ ở mô hình này có chức năng quản lý kho,bằng các phần mềm để phân chia các loại trong kho hàng, điều chỉnh vị trí lưu trữhàng trong kho để phù hợp với loại hàng hoá

Quản lý việc nhập, xuất hàng hóa thông qua phần mềm ứng dụng và cơ sở dữliệu (SQL Server) được tích hợp trong Microsoft Visual Studio Hỗ trợ hiển thịthông tin hàng hóa trong kho, hàng hóa đã nhập, đã xuất…

1.1.5 Hệ thống điện điều khiển

Hệ thống điện điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm các loại cảm biến, cácrơle trung gian

Hệ thống điện điều khiển có vai trò nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển hoạtđộng của các cơ cấu chấp hành giúp vận hành kho hàng một cách tự động và chínhxác

1.1.6 Hệ thống chấp hành

Hệ thống chấp hành bao gồm các động cơ và các cơ cấu cơ khí có vai trò biếnđổi, truyền chuyển động, trực tiếp vận chuyển xuất nhập các loại hàng hóa trong kho

1.1.7 Một số hệ thống lưu xuất kho ở nước ta

1.1.7.1 Hệ thống lưu kho thông minh Vietnam Post

Các trung tâm khai thác vận chuyển, trung tâm logistics đều được VietnamPost đầu tư trang bị hệ thống dây chuyền chia chọn tự động với công suất hàng chụcnghìn bưu gửi/giờ, đáp ứng được tốc độ tăng trưởng bình quân về sản lượng bưu gửitrên 30% Các dây chuyền này có thể chia chọn hàng hóa chi tiết đến tận cấp huyện,

xã thông qua việc đọc mã vạch và phân tích hình ảnh bưu gửi, đồng thời tích hợpvới các hệ thống công nghệ thông tin của Bưu điện Việt Nam như bản đồ số Vmap,

mã địa chỉ bưu chính Vpostcode,… xây dựng quy trình liên hoàn, đồng bộ, tối ưu từcông đoạn chấp nhận, khai thác, chia chọn đến phát hàng hóa tại địa chỉ khách hàng

Bên cạnh đó, Vietnam Post cũng đẩy mạnh cung cấp các nền tảng cho cáckhách hàng thương mại điện tử và logistics thuê ngoài như dịch vụ về lưu kho, quản

lý đơn hàng, đóng gói và chuyển phát các đơn hàng theo địa chỉ Từ đó tối ưu cácquy trình luân chuyển hàng hóa, giảm thiểu đáng kể chi phí logistics cho các công

ty, doanh nghiệp

Hình 1.1.7.1.1.1: Hệ thống kho tự động Vietnam Post

1.1.7.2 Hệ thống lưu kho thông minh của nhà máy Vinamilk

Hệ thống kho hàng của Vinamilk đều được quản lí bởi hệ thống máy tínhthông minh Những chiếc máy tính công nghiệp được thiết kế đặc biệt với bộ vi xử

lý cao, giúp lưu trữ, truy xuất, xử lý, những yêu cầu trong quy trình sản xuất Toàn

bộ hệ thống được kiểm soát và quản lí bằng 1 hệ thống phần mềm thống nhất, cókhả năng tích hợp với các phần mềm ERP của doanh nghiệp

Hình 1.1.7.2.1.1: Hệ thống kho tự động của nhà máy Vinamilk

1.1.7.3 Hệ thống lưu kho thông minh của GHN

Hàng hoá được công nhân đưa vào các băng tải di chuyển, các băng tải đưahàng qua các vị trí được lắp đặt các máy quét Barcode, giúp nhận diện và phân loạihàng hoá đến các kho hàng thích hợp

Hệ thống giúp tiết kiệm thời gian phân loại, di chuyển lưu trữ và lưu trữ hànghoá Tăng hiệu quả làm việc với phân loại hàng hoá hiệu quả giúp tí lệ giao hàngđúng địa chỉ và nhanh chóng Việc truy xuất hàng hoá đối với kho hàng của mộtđơn vị vận chuyển thì đòi hỏi việc quản lí hàng hoá, các cơ cấu di chuyển phải hoạtđộng với độ chính xác cao

Hệ thống kệ kho lưu trữ hàng hoá được sắp xếp theo các tầng, giải quyết vấn

đề không gian lưu trữ, phân loại ô chứa hàng thích hợp với từng loại hàng

Hình 1.1.7.3.1.1: Hệ thống phân loại hàng hoá thông qua quét mã Barcode

1.1.8 Giải pháp cải thiện

Từ việc phân tích và tìm hiểu Em đã quyết định xây dựng mô hình hệ thống lưuxuất kho tự động có các tính năng như nhập hàng, xuất hàng và quản lí hàng theo thờigian thực, sử dụng băng tải vận chuyển để đáp ứng tốc độ đầu vào Robot nâng vật(cánh tay nâng) để di chuyển hàng lên các vị trí cao, cũng như là lấy hàng ra Sử dụng

mã QR code để phân loại hàng

Phạm vi của đề tài sử dụng phương pháp xuất nhập bằng mã QR để phân loại sảnphẩm và giám sát

QR Code ("Mã phản hồi nhanh") hoặc còn có thể gọi là Matrix-Barcode là kiểu

mã vạch hai chiều (2D), có thể được quét và đọc bằng máy quét mã hoặc có thể dungcác ứng dụng chuyên biệt trên điện thoại thông minh để quét đọc mã

QR Code (mã QR) được phát triển bởi công ty Denso Wave (công ty con củaToyota) vào năm 1994, mã có dạng các hình chấm vuông nằm trong ô khung QRCode được đọc nhanh hơn, tiết kiệm thời gian và không gian so với các loại mã vạch(Barcode) truyền thống

Mã QR cũng tương tự mã vạch truyền thống chúng ta thường thấy trên các thùnghàng, các sản phẩm được theo dõi quản lý kho hàng và giá sản phẩm trong kinh doanh

Hình 1.1.8.1.1.1: Mã QR

QR cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mã vạchhoặc điện thoại có camera với ứng dụng cho phép quét mã, vô cùng tiện lợi cho ngườidùng

1.1.8.2 So sánh mã QR và mã vạch truyền thống:

Mã QR cũng tương tự mã vạch truyền thống bạn thường thấy trên các thùnghàng, các sản phẩm được người bán lẻ theo dõi quản lý kho hàng và giá sản phẩmtrong kinh doanh

Điểm khác nhau giữa mã QR và mã vạch truyền thống là lượng dữ liệu chúngnắm giữ hay chia sẻ

Các mã vạch truyền thống có các đường vạch thẳng dài một chiều và chỉ có thểlưu giữ 20 số chữ số, trong khi các mã QR hai chiều có thể lưu giữ thông tin hàngngàn ký tự chữ số Mã QR nắm giữ nhiều thông tin hơn và tính chất dễ dùng sẽ giúpích rất nhiều cho doanh nghiệp nhỏ

Hình 1.1.8.2.1.1: Hình ảnh mã vạch truyền thống và mã QRMột vài ưu điểm vượt trội của mã QR so với mã vạch (BarCode):

• Kích thước của QR Code có thể thay đổi tùy chỉnh dựa vào từng loại sảnphẩm, tiết kiệm chi phí in ấn.

• QR Code có thể được thiết kế nhiều phong cách màu sắc khác nhau, gắnđược logo, giúp khách hàng nhận diện thương hiệu dễ dàng hơn

• Lượng thông tin chứa được trong mã QR Code có thể lên tới hơn 7000

ký tự bao gồm cả các chữ tượng hình, số và các ký tự đặc biệt, ngoài ra có thểtạo mã QR Code để gắn được website, facebook, slide, PDF, video, ảnh… giúp

đa thông tin đến khách hàng đa dạng, thu hút hơn

• Thông tin gắn đến mã QR Code dù đã in và phân phối hoàn toàn có thểthay đổi được bất kỳ lúc nào tùy theo từng mục đích, chiến dịch truyền thôngcủa doanh nghiệp

• Hệ thống phần mềm QR Code có thể thống kê được số lượt quét, vị tríquét và số điện thoại quét mã, giúp doanh nghiệp nắm bắt tâm lý, hành vi muasắm của khách hàng theo từng khu vực, đánh giá chính xác hiệu quả của việctạo mã QR và sử dụng

Công nghệ đọc mã QR ứng dụng trong nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng khinhập vào kho sẽ được dán nhãn mã QR, tương ứng với một loại hàng trong kho (Hàngphân theo tầng) Khi hàng tới băng tải sẽ được camera quét, mã QR sẽ được lưu lại vàđược xử lý bằng máy tính, truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng tầng của nó

Điều này cho phép lượng thông tin truyền tải sẽ nhiều hơn, hỗ trợ tốt hơn chongười dùng, đặc biệt là những doanh nghiệp kinh doanh muốn gửi thông điệp đếnkhách hàng của mình

1.1.8.3 Cách tạo mã QR

Hiện nay mã QR đã và đang được sử dụng rất phổ biến, nên việc tạo mã QRcũng được mọi người quan tâm rất nhiều

- Tạo mã QR trực tuyến bằng công cụ online (cần kết nối mạng)

- Tạo mã QR từ điện thoại (cần kết nối mạng)

- Sử dụng phần mềm tạo mã QR offline (không cần kết nối mạng)

1.1.8.4 Cách đọc mã QR

Công nghệ ngày càng phát triển, ngày càng có nhiều cách để đọc mã QR:

- Dùng điện thoại: hầu hết tất cả những loại điện thoại có camera đều đọcđược mã QR, chúng ta chỉ cần mở camera của điện thoại lên và đưa khunghình vào vùng có mã QR, sau đó điện thoại sẽ đọc mã và cho chúng ta kếtquả đọc được

- Dùng ứng dụng đọc mã QR: mặc dù hầu hết các loại điện thoại có thể đọcđược mã QR nhưng sẽ có những loại không đọc được mã, vì vậy cần cónhững phần mềm có thể hỗ trợ máy đọc được mã QR Chúng ta chỉ cần tảiứng dụng về máy sau đó truy cập vào ứng dụng và đọc mã QR cần thiết

- Dùng máy chuyên đọc mã QR: tại những nơi công cộng, lượng người cónhu cầu nhiều như siêu thị, cửa hang tiện lợi,…thì việc dùng điện thoại cánhân hay ứng dụng là không thích hợp, vì vậy máy đọc mã QR là sự lựachọn trên hết Máy đọc mã QR chỉ dùng để đọc mã với tốc dộ xử lý nhanh

và tiện lợi giúp chúng ta có thể quét mã và tra cứu thông tin sản phẩmnhanh chóng

1.1.8.5 Hoạt động của mã QR code:

Mã QR sẽ hiển thị 4 thông tin:

Bảng 1.1.8.5.1.1.1: Thông tin mã QR

Mã QR gồm có 4 phần:

• Phần 1: Định vị Giúp cho camera định vị được trên dưới, trái phải giúpđọc tốt hơn trong phạm vi của mã QR

Hình 1.1.8.5.1.2: Phạm vi của mã QR

• Phần 2: Phiên bản để giúp camera đọc tốt hơn và nhận dạng được đây là

mã QR nào để sử dụng ngôn ngữ đọc mã QR một cách chính xác ( mỗi phiênbản của QR code có một mã định danh và một mã đọc riêng )

Hình 1.1.8.5.1.3: Nhận dạng mã QR

• Phần 3: Phần sửa lỗi sai cho mã QR

Hình 1.2.1.1.1.1: Thiết bị điều khiển logic khả trìnhCác thông số đặc trưng của PLC S7-1200 được thể hiện ở bảng sau:

PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

Bảng 1.2.1.1.1.1.1: Thông số kỹ thuật của họ PLC S7-1200

1.2.2 Cấu tạo PLC S7-1200

Thành phần của PLC S7-1200 gồm:

- Nguồn cấp PS

- Thẻ nhớ MMC

- Kết nối với các module mở rộng.

- Đèn Led hiển thị I/O trên board

- Kết nối Profinet

Cấu tạo của PLC S7-1200 gồm như sau:

- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhaugiống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng

- 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảmchi phí sản phẩm

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM vàSB)

- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

- Bổ sung 4 cổng Ethernet

- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp

24 VDC

- CPU PLC 1214C AC/DC/Rly, đầu vào I/O: 14 DI 24V DC; đầu ra 10

DO relay 2A; 2 AI 0 – 10V DC, Nguồn cấp: AC 85 – 264V AC tại 47 –63Hz, Chương trình/bộ nhớ dữ liệu: 100kB (6es7214-1bg40-0xb0)

- CPU PLC 1214C DC/DC/DC, đầu vào I/O: 14 DI 24V DC; đầu ra 10

DO 24V DC; 2 AI 0 – 10VDC, Nguồn cấp: DC 20.4 – 28.8 V DC,Chương trình/bộ nhớ dữ liệu: 100 kB (6ES7214-1AG40-0XB0)

Kiểu dữ liệu trong PLC S7-1200

Bit và chuỗi bit  Bool gồm một bit đơn

 Byte gồm 8 bit

 Word gồm 16 bit

 Dword gồm 32 bitInterger  USInt (số interger không dấu 8 bit)

 SInt (số interger có dấu 8 bit)

 UInt (số interger không dấu 16 bit)

 Int (số interger có dấu 16 bit)

 UDInt (số interger không dấu 32 bit)

 Dint (số interger có dấu 32 bit)

Số thực  Real – số thực dấu chấm động 32 bit

 LReal – số thực dấu chấm động 64 bitData and time  Data là kiểu dữ liệu 16 bit chỉ số ngày có tầm

từ D#1990-1-1 đến D#2168-12-31

 DTL (data and time long) bao gồm dữ liệu với 12 byte lưu giữ thông tin về ngày, tháng, năm

Sting là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 charPointer Pointer hay con trỏ sử dụng để định địa chỉ

gián tiếp

Bảng 1.2.2.1.1.1.1: Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200

1.2.3 Nguyên tắc làm việc của PLC

CPU của PLC làm việc theo nguyên tắc vòng quét (chu trình lặp) Một vòng quétcủa PLC S7-1200 được chia thành 4 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Chuyển dữ liệu từ cổng vật lý vào trong bộ đệm ảo (bộ đệm đầuvào)

• Giai đoạn 2: Thực hiện chương trình, chương trình sẽ được thực hiện từ lệnhđầu tiên cho đến lệnh cuối cùng

• Giai đoạn 3: Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo (bộ đệm đầu ra) ra các cổng Vật lý

• Giai đoạn 4: Truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.

Thời gian của mỗi chu kỳ quét có thể không giống nhau, nó phụ thuộc vào lượngthông tin phải xử lý trong chu kỳ quét đó Nếu thông tin nhiều thì thời gian quét lớn vàngược lại Về mặt nguyên tắc chương trình ứng dụng càng nhiều chương trình con vàchương trình ngắt thì thời gian quét càng lớn và điều này làm giảm thời gian thực của

hệ thống

1.2.4 Ứng dụng của bộ lập trình PLC S7-1200

- Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như:

- Hệ thống băng tải

- Điều khiển đèn chiếu sáng

- Điều khiển bơm cao áp

TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phépngười dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng,trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêngbiệt để thống nhất tạo hệ thống

TIA Portal tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềmkhác phát triển Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm TIA

Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất,toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.

Hình 1.3.1.1.1.1: Phần mềm TIA Portal V15.1TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

- Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng

- Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát

- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project đểxác định bệnh, lỗi hệ thống

- Tích hợp mô phỏng hệ thống

- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens

Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14, TIAPortal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17 Tùy theo nhu cầu sử dụng

mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng

1.3.2 Ưu - nhược điểm khi sử dụng TIA Portal

TIA Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự độnghóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thông khác như: HMI, PLC, Inverter của Siemens.Phần mềm TIA Portal có những ưu và nhược điểm trong vận hành hệ thống tự độnghóa

- Ưu điểm:

• Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễdàng quản lý, thống nhất cấu hình Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả,tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn

• Tất cả các yếu tố: Bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hìnhtrên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyềnthông giữa các thiết bị Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hìnhHMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình nào

- Nhược điểm:

Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớkhổng lồ Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làmquen sử dụng.

- Các thành phần trong bộ cài TIA Portal:

Phần mềm TIA Portal được Siemens phát triển với nhiều thành phần giúp ngườidùng quản lý, lập trình PLC, HMI hiệu quả Các thành phần có trong bộ TIA Portal:

• Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và

mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…

• Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giaodiện SCADA

• Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens

• Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt

• Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA Thư việnSimatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệthống nhanh chóng

1.4 Tổng quan về WinCC

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giaodiện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưutrữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition)thuộc chuyên ngành tự động hóa

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giaodiện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưutrữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition)thuộc chuyên ngành tự động hóa

Hình 1.4.1.1.1.1: Phần mềm WinCCWinCC cung cấp các khả năng sau: