Thiết kế hệ thống lưu kho tự động

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN- Sử dụng băng tải để đưa hàng hóa cần được nhập hoặc xuất trước hệ thống nâng hạ vận chuyển hàng hoá vào kho lưu trữ.. Qua quá trình thực hiện nghiên cứ

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

MAI THẾ NAM

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG THEO MÃ QR SỬ DỤNG PLC S7-1200

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà Nẵng, 2023

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

LỚP : K25 EDT2 MSSV : 25211703131

Đà Nẵng, 2023

PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

A LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:

-Ngày … tháng … năm 2023 Giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Phạm Công Đức B LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN:

-Ngày … tháng … năm 2023

Giảng viên phản biện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động theo mã

QR sử dụng PLC S7 -1200” do sinh viên Mai Thế Nam thực hiện dưới sự

hướng dẫn của thầy Nguyễn Phạm Công Đức Đề tài, nội dung đề tài là sảnphẩm mà tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường cũng nhưtham khảo tài liệu Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực, cónguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ theo đúng quy định

Tác giả

Mai Thế Nam

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Duytân nói chung, các thầy cô trong Bộ môn trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đã dạy

dỗ cho em kiến 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 quátrình học tập

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

án tốt nghiệp

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên,luận văn này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉbảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thứccủa mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2023

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

Mai Thế Nam Th.s Nguyễn Phạm Công Đức

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN

- Sử dụng băng tải để đưa hàng hóa cần được nhập hoặc xuất trước hệ thống nâng

hạ vận chuyển hàng hoá vào kho lưu trữ

- Hệ thống nâng hạ vận chuyển sẽ đưa hàng hóa đến từng vị trí trong ô hàng

và ghi nhớ vị trị đó

- Khi có hàng nằm ở vị trí nào trên màn hình HMI của PLC S7 1200 sẽ hiệnthị lên vị trí ở đó để người quản lý dễ kiểm soát

- Sử dụng phầm mềm Win CC trong TIA Portal để mô phỏng hệ thống

- Số lượng hàng chứa tùy thuộc diện tích của nhà kho

- Sử dụng WinCC và màn hình HMI để điều khiển và giám sát

- Đề tài hướng đến việc sử dụng quản lý kho hàng trong thực tiễn thông quacác thực nghiệm được thực hiện trên phần mềm ảo của TIA Portal

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2023

Cán bộ hướng dẫn

Th.s Nguyễn Phạm Công Đức

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN iv

MỤC LỤC CÁC BẢNG viii

MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix

TÓM TẮT xi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1.1 Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động (Automated Strorage & Retrieval System) 3

1.1.2 Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống lưu kho hiện có: 4

1.2 MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG 6

1.2.1 Mục tiêu 6

1.2.2 Ý tưởng 7

1.3 BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA 7

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG KHO TỰ ĐỘNG 9

2.1.1 Hệ thống vận chuyển 9

2.1.2 Hệ thống xuất nhập 10

2.1.3 Hệ thống lưu trữ 11

2.2 GIỚI THIỆU VỀ MÃ QR 12

2.2.1 Tổng quan về mã QR 12

2.2.2 Lợi ích của mã QR trong phân loại hàng hóa 13

2.2.3 Cách hoạt động của mã QR 14

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 14

2.4 CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG CHÍNH CỦA KHO HÀNG TỰ ĐỘNG 15

2.4.1 Hệ thống băng tải hàng 15

2.4.2 Hệ thống nâng hạ di chuyển hàng hóa 15

2.5 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 16

2.5.1 Sơ đồ khối kết nối của hệ thống 16

2.5.2 Quy trình công nghệ 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ

THỐNG 20

3.1 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 20

3.1.1 PLC S7 – 1200 20

3.2 LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG 22

3.2.1 Băng tải hàng 22

3.2.1.1 Thông số kỹ thuật băng tải 22

3.2.2 Hệ thống nâng hạ vận chuyển hàng hóa 23

3.2.2.1 Lựa chọn cơ cấu truyền động 23

3.2.2.2 Tính toán lựa chọn động cơ: 24

3.2.2.3 Lựa chọn thiết bị cơ cấu truyền động tĩnh 27

3.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG 29

3.3.1 Webcam Logitech C310 29

3.3.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 30

3.3.3 Cảm biến quang OMRON EE -SX671 31

3.3.4 Công tắc hành trình V-153-1C25 32

3.3.5 Nút nhấn nhả 24V mã LA38 33

3.3.6 Nguồn tổ ong 24V – 10A 34

3.3.7 Màn hình HMI 35

3.3.8 Động cơ bước 36

3.3.8.1 Chọn driver cho động cơ bước 36

3.3.8.2 Phương pháp điều khiển động cơ bước 38

3.3.8.3 Các khối điều khiển động cơ trong TIA Portal 39

3.4 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 40

3.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ STEP 42

3.5.1 Phần mềm labview 42

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 44

4.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 44

4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 45

4.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 48

4.3.1 Các Input và Output của hệ thống 48

4.4 CÀI ĐẶT THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO ĐỘNG CƠ STEP 52

4.5 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN HMI, WINCC VÀ LABVIEW 54

4.5.1 Thiết kế giao diện giám sát trên HMI 54

4.5.2 Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC 57

4.5.3 Thiết kế và lập trình giao diện quét mã QR trên phần mềm Labview kết

nối với PLC thông qua phần mềm KEPSever 58

4.6 MÔ TẢ CHI TIẾT HỆ THỐNG THỰC TẾ 61

CHƯƠNG V: KIỂM THỬ, KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 63

5.1 Kiểm thử 63

5.2 Kết luận 65

5.3 Đánh giá 66

5.4 Hướng phát triển đề tài: 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

MỤC LỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống hiện nay 4

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200 21

Bảng 3.2: Thông số băng tải 22

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản E18-D80NK 31

Bảng 3.4: Thông số kĩ thuật Cảm biến quang OMRON EE -SX671 32

Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật công tắc hành trình V-153-1C25 33

Bảng 3.6: Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 24V-10A 35

Bảng 3.7: Chức năng các khối điều khiển động cơ trong TIA Portal 39

Bảng 3.8: Các khối chính trong chương trình xử lý mã QR của đề tài trong LabVIEW 43

Bảng 4.1: Chân kết nối đầu vào của hệ thống 48

Bảng 4.2: Chân kết nối đầu ra của hệ thống 49

Bảng 5.1: Bảng kiểm thử thiết bị hệ thống 63

Bảng 5.2: Tỉ lệ phần trăm hàng hóa phân loại được theo cường độ ánh sáng và chiều cao.……… ……… 64

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay 2

Hình 1.2: Hệ thống kho hàng tự động 3

Hình 2.1: Hệ thống kho hàng tự động 9

Hình 2.2: Cơ cấu robot vận chuyển sản phẩm vào kho 10

Hình 2.3: Mã QR của một hàng hóa 11

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống 16

Hình 2.5: Quy trình công nghệ 18

Hình 3.1: PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC mã 6ES7215-1AG40-0XB0 20

Hình 3.2: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt 23

Hình 3.3: Truyền động đai 23

Hình 3.4: Thanh ray trượt tròn 24

Hình 3.5: Khớp nối trục mềm 8mm 27

Hình 3.6: Thanh trượt tròn 8mm 27

Hình 3.7: Bạc đạn đỡ trục KLF08 28

Hình 3.8: Bạc đạn đỡ trục KP08 28

Hình 3.9: Trục vít me T8 28

Hình 3.10: Con trượt vuông SC 8UU 8mm 29

Hình 3.11: Gối đỡ đai ốc Vitme T8 vuông 29

Hình 3.12: Webcam Logitech C310 30

Hình 3.13: Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK 31

Hình 3.14: Cảm biến quang OMRON EE-SX674 32

Hình 3.15: Công tắc hành trình V-153-1C25 33

Hình 3.16: Nút nhấn nhả 24V mã LA38 33

Hình 3.17: Nguồn tổ ong 24V – 10A 34

Hình 3.18: Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong 24V 34

Hình 3.19: Màn hình HMI mã KTP400 comfort 6AV2 124-2DC01-0AX0 36

Hình 3.20: Động cơ bước (step motor) loại 57 36

Hình 3.21: Mạch driver động cơ bước TB6600 37

Hình 3.22: Sơ đồ đấu dây cho băng tải 40

Hình 3.23: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển 41

Hình 3.24: Sơ đồ đấu dây driver điều khiển động cơ TB 6600 42

Hình 3.25: Phần mềm Labview 42

Hình 4.1: Bản thiết kế mô phỏng 3D 44

Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 45

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán chương trình con NHAPHANG 46

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán chương trình con XUATHANG 47

Hình 4.5: Input của hệ thống 48

Hình 4.6: Output của hệ thống 48

Hình 4.7: Danh sách chương trình của hệ thống 49

Hình 4.8: Cài đặt chân kết nối giữa PLC và Driver điều khiển động cơ 52

Hình 4.9: Cài đặt thông số Pulses per motor revolutation cho động cơ 53

Hình 4.10: Thiết lập thông số tốc độ tối đa của động cơ 53

Hình 4.11: Giao diện home 54

Hình 4.12: Giao diện SCREEN 54

Hình 4.13: Giao diện màn hình CHECK 55

Hình 4.14: Giao diện màn hình AUTO 55

Hình 4.15: Giao diện màn hình MANU 56

Hình 4.16: Giao diện màn hình khoảng cách 56

Hình 4.17: Giao diện màn hình bảng điều khiển 57

Hình 4.18: Giao diện WinCC của hệ thống 58

Hình 4.19: Chương trình xử lí mã QR ở LabVIEW 59

Hình 4.20: Màn hình hiển thị ở LabVIEW 60

Hình 4.21: Đèn hiển thị phát hiện có vật và khung hiển thị dữ liệu của mã code quét được 60

Hình 4.22: Đèn phân loại hàng 60

Hình 4.23: Hình ảnh thực tế hệ thống 61

Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn phần trăm nhận diện mã QR ở cường độ ánh sáng 250(Lux)

64 Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn phần trăm nhận diện mã QR ở cường độ ánh sáng 450(Lux) ………65

Đề tài tập trung việc thiết kế ý tưởng, xây dựng chương trình điều khiển và

mô phỏng cách thức hoạt động của hệ thống trên Win CC và HMI trong TIA Portal

để mô phỏng hệ thống

Các công việc chính của đề tài:

1 Tìm hiểu, tính toán để chọn các thành phần của hệ thống

2 Lựa chọn phương án phù hợp để xây dựng thuật toán lập trình cho hệthống nhằm logic, tối ưu

3 Thiết kế giao diện WinCC và HMI để điều khiển và giám sát

4 Kết nối chương trình điều khiển với mô hình mô phỏng trên WinCC vàHMI trong TIA Portal và mô phỏng hoạt động của hệ thống

Nội dung cuốn báo cáo được chia thành các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Tính toán và lựa chọn thành phần chính của hệ thống.

Chương 4: Thiết kế mô hình hệ thống,chương trình điều khiển và giao diện

giám sát

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài, với các kết quả đạt được như sau:

- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống lưu kho

- Thiết kế được hệ thống tự động hoá nhập, lưu và xuất kho phù hợp với điềukiện thực tế

- Mô phỏng 3D được hoạt động của hệ thống lưu kho

- Đề xuất cải tiến hoặc có hướng cải tiến để ứng dụng vào thực tế tiện lợi và

có ích hơn thực tế hiện tại

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển, mọi công ty, tổ chức đều cố gắng tối

ưu hóa dây chuyền sản xuất cũng như chuỗi cung ứng của mình Lưu kho có một vịtrí vô cùng quan trong trong chuỗi cung ứng Là một phần cốt lõi của quản lý hậucần, kho không chỉ liên kết quan trọng cơ bản cho sự thành công của chuỗi cungứng lớn Thay vì cách lưu trữ hàng hóa thủ công tốn nhiều diện tích và nhân cônglao động, nhiều công ty trên thế giới đã trang bị hệ thống kho hàng tự động cho vănphòng, nhà xưởng của mình…Với việc ứng dụng công nghệ cao trong việc cất giữhàng hóa, giờ đây chúng ta có thể quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có

hệ thống và có tính linh hoạt cao, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm giáthành hoạt động

Sự ra đời của mã QR đã giúp đỡ rất nhiều những người trực tiếp làm việcvới mặt hàng có dán mã QR, năng suất lao động và hiệu quả công việc tăng lên Nóthực sự đem lại lợi ích rất lớn cho các doanh nghiệp trong nền kinh tế thị trườngngày nay Hiện nay các loại hàng hóa muốn đem bán tại các siêu thị trong nướccũng như xuất khẩu ra nước ngoài đều phải có mã số mã QR Hơn nữa, mã số mã

QR trên hàng hóa cần được thể hiện chính xác và đúng đắn theo những tiêu chuẩnquốc tế đã quy định

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình củathầy cô giáo trong ngành Điện tự động, em đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất

định Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo em được giao đề tài: “Thiết

kế hệ thống lưu kho tự động theo mã QR sử dụng PLC S7-1200”.

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân, kiến thức nhận được trong quá trình học

vừa qua và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy Nguyễn Phạm Công Đức,

em đã hoàn thành đề tài đúng thời hạn Do thời gian làm đề tài có hạn và trình độ cònnhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được ýkiến đóng góp của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phạm Công Đức, và các thầy cô

giáo trong ngành điện tự động đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đangphát triển mạnh mẽ Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việcmang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tậndụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hànghoá kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng Trongthời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hànghóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội Từ đó đã nảy sinh cần

có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được nhữnghạn chế của các kho hàng cũ

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống nàyrất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong đóchủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là cácmáy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

- Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa

- Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường đểchung với nhau trong 1 kho)

- Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau)

- Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho

- Mất nhiều thời gian cho việc xuất nhập kho

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

hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồngnghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí choviệc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện choviệc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm được nhân công …

Dưới đây là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc dỡ hàng hóa cơ bản hiện nay:

Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay.

Hình 1.2: Hệ thống kho hàng tự động.

Nếu chúng ta áp dụng định nghĩa “thông minh” vào kho chứa các mặt hàng

đa dạng như của các trang thương mại điện tử bán hàng online, ta có thể nói rằngkho thông minh là kho tự động được thiết kế để hoạt động với hiệu quả tối đa bằngcách kết hợp các thực tiễn tốt nhất, tự động hóa và các công nghệ khác để đảm bảorằng nó có thể hoạt động ở mức cao nhất trong sự thay đổi liên tục yêu cầu củangười dùng Kho thông minh là một trong những sản phẩm cần thiết của một dâychuyền hiện đại

Chính nhu cầu và lý do đó mà em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống lưu kho

tự động với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống SCADA.Ngoài ra, còn có quét mã QR để phân biệt sản phẩm và quản lí kho hàng

1.1.1 Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động (Automated Strorage & Retrieval System)

Đây là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với công nghệ hiện đại, được

sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động Hệ thống gồm 2 phần chính: phầnmềm và phần cứng

- Phần mềm gồm có: phần mềm quản lý các robot lấy cất hàng và phần mềmquản lý hàng hóa

- Phần cứng gồm có: các hệ thống giá kệ cố định, các robot lấy cất hàng, hệthống các băng tải vận chuyển hàng và hệ thống các cửa tự động xuất nhập hàng

Giải pháp này được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng do những ưuđiểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như:

Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao vàđường chạy của robot nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giải phápkhác, so sánh trên cùng một khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tưcho diện tích sử dụng

hiểm và thiết bị hỗ trợ.

- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp vớicông nghệ mã QR giúp giảm chi phí quản lý và nhân công

1.1.2 Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống lưu kho hiện có:

Hệ thống kệ đỡ tự động: Được thiết kế để tối ưu hóa không gian lưutrữ trong kho Hệ thống này có thể tự động di chuyển kệ lên xuống hoặc qualại để đáp ứng nhu cầu lưu trữ và truy xuất hàng hóa

Hệ thống conveyor tự động: Sử dụng để di chuyển hàng hóa từ điểm

A đến điểm B mà không cần sự can thiệp của con người Hệ thống nàythường được sử dụng trong quy trình đóng gói, sắp xếp và vận chuyển hànghóa trong nhà máy và kho bãi

Hệ thống robotic hoặc AGV (Automated Guided Vehicle): Các robothoặc xe tự động được sử dụng để di chuyển hàng hóa trong kho hoặc nhàmáy mà không cần sự can thiệp của con người

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống hiện nay.

Hệ thống kệ đỡ tự

động - Tăng năng suất: Hệthống conveyor tự

động giúp tăng tốc độvận chuyển và xử lýhàng hóa, từ đó nângcao năng suất sảnxuất

- Giảm công sức lao động:

Bằng việc tự độnghóa quá trình vậnchuyển, hệ thốngconveyor giảm thiểu

sự phụ thuộc vào laođộng, giúp giảm côngsức và chi phí nhânlực

- Tăng độ chính xác: Hệthống này có thểchính xác trong việcvận chuyển hàng hóađến vị trí và thời giannhất định, giúp tối ưuhóa quá trình sảnxuất

- Chi phí đầu tư ban đầucao: Triển khai một

hệ thống conveyor tựđộng đòi hỏi đầu tưlớn vào thiết bị vàcông nghệ, có thể tạo

áp lực tài chính banđầu

- Đòi hỏi bảo dưỡng kỹthuật: Hệ thống cầnbảo dưỡng định kỳ vàkiểm tra kỹ thuật đểđảm bảo hoạt động

ổn định, điều này cóthể tăng chi phí vậnhành

- Hạn chế linh hoạt: Hệthống conveyor tựđộng có thể hạn chếtrong việc thích nghivới thay đổi trongquá trình sản xuất sovới việc sử dụng laođộng nhân công

Hệ thống conveyor

tự động - Tăng năng suất: Hệthống conveyor tự - Chi phí đầu tư ban đầucao: Triển khai một

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm

động giúp tăng tốc độvận chuyển và xử lýhàng hóa, từ đó nângcao năng suất sảnxuất

- Giảm công sức lao động:

Bằng việc tự độnghóa quá trình vậnchuyển, hệ thốngconveyor giảm thiểu

sự phụ thuộc vào laođộng, giúp giảm côngsức và chi phí nhânlực

- Tăng độ chính xác: Hệthống này có thểchính xác trong việcvận chuyển hàng hóađến vị trí và thời giannhất định, giúp tối ưuhóa quá trình sảnxuất

hệ thống conveyor tựđộng đòi hỏi đầu tưlớn vào thiết bị vàcông nghệ, có thể tạo

áp lực tài chính banđầu

- Đòi hỏi bảo dưỡng kỹthuật: Hệ thống cầnbảo dưỡng định kỳ vàkiểm tra kỹ thuật đểđảm bảo hoạt động

ổn định, điều này cóthể tăng chi phí vậnhành

- Hạn chế linh hoạt: Hệthống conveyor tựđộng có thể hạn chếtrong việc thích nghivới thay đổi trongquá trình sản xuất sovới việc sử dụng laođộng nhân công

- Tăng độ an toàn: Hệthống AGV vàrobotic có thể hoạtđộng trong môitrường nguy hiểm màkhông cần sự canthiệp của con người,

từ đó giảm nguy cơtai nạn lao động

- Tiết kiệm chi phí laođộng: AGV vàrobotic có thể thựchiện công việc màtrước đây cần sự canthiệp của lao động,giúp tiết kiệm chi phí

- Chi phí đầu tư ban đầucao: Mua sắm vàtriển khai hệ thốngAGV và robotic đòihỏi chi phí đầu tư lớn

- Độ tin cậy: Tuy AGV vàrobotic có thể hoạtđộng mà không cần

sự can thiệp của conngười, nhưng đôi khichúng có thể gặp sự

cố kỹ thuật và cần sựcan thiệp để sửachữa

- Đào tạo và quản lý: Đôikhi cần đào tạo độingũ nhân viên để vậnhành và quản lý hệthống AGV vàrobotic

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm

nhân công

Tính linh hoạt: Hệ thốngAGV và robotic cóthể dễ dàng tươngthích với các hệ thống

tự động hóa và quytrình sản xuất khác

 Ưu điểm của hệ thống lưu kho tự động của đề tài:

Tối ưu hóa không gian: Hệ thống này có thể tận dụng không gian lưutrữ một cách hiệu quả bằng cách sắp xếp và tự động di chuyển hàng hóa theo

hệ thống các trục OX, OY và OZ

Tăng cường năng suất: Hệ thống lưu kho tự động giúp tối ưu hóa quátrình xếp dỡ hàng hóa cũng như tìm kiếm và trích xuất hàng hóa một cáchnhanh chóng và hiệu quả Điều này giúp tăng cường năng suất và giảm thờigian tìm kiếm hàng hóa

Tăng độ chính xác: Hệ thống cơ cấu trục xyz có khả năng di chuyển vàđịnh vị hàng hóa một cách chính xác, giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình xử lý

1.2.1 Mục tiêu

Hệ thống lưu kho tự động là một hệ thống hướng đến sự tiện lợi và nhanh chóngtrong vấn đề lưu trữ và xuất nhập hàng hóa tự động khối lượng lớn nhằm giúp tiết kiệmnhân công mà vẫn đạt công suất tối đa, hiệu quả cao và độ chính xác lớn

Đề tài giải quyết vấn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuấtkho một cách chính xác, nhanh gọn và tự động

Ngoài ra, đề tài còn hướng đến việc phân loại hàng hóa để phân chia khu vựclưu trữ trong kho

Toàn bộ hệ thống lưu kho sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệ thốngthông qua màn hình HMI trên Win CC.

Giải quyết vấn đề kiểm tra số lượng hàng hóa, rút ngắn thời gian cũng nhưkhông can thiệp nhiều vào quá tình sản xuất, tăng hiệu quả của dây chuyền lưu trữhàng hóa lên cao

1.2.2 Ý tưởng

Theo các mục tiêu đã nêu trên, em có ý tưởng quản lí hàng hóa trên màn hìnhHMI, điều khiển việc nhập kho theo yêu cầu con người về số lượng, loại sản phẩmđược phân loại tự động thông qua mã QR (QR code) được định dạng trên bề mặtsản phẩm để có thể quét mã QR (QR code) một cách nhanh chóng và lưu trữ thôngtin sản phẩm trong kho một cách linh động giữa các sản phẩm với nhau, nhằm tiếtkiệm tối đa không gian hàng hóa được lưu trữ, biết được chính xác vị trí từng hànghóa trong kho Về việc xuất kho, có thể xuất tự động theo yêu cầu con người về sốlượng hàng hóa nhất định và địa chỉ ô kho để lấy hàng hóa cụ thể Cảnh báo sự cốtrong khi lưu kho hàng bị rơi rớt khỏi tay nâng và không vào đúng ô hàng quy định

Vì vậy em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng

PLC S7-1200 kết hợp mã QR”.

Có rất nhiều hướng để thiết kế bộ xử lí trung tâm có thể điều khiển mô hìnhlưu kho, đối với quy mô lưu kho thường là phục vụ cho các nhà máy công nghiệplớn nên sử dụng PLC làm bộ xử lí trung tâm là hợp lí nhất cho thực tế nên sử dụngPLC S7 1200 để điều khiển mô phỏng, giám sát cho đề tài nhằm tiếp cận gần vớithực tế nhất Hệ thống lưu kho có nhiệm vụ xuất nhập hàng và lưu trữ thông tinhàng hóa một cách chính xác nhất để phục vụ tối đa

Nhập hàng: Khi có đơn hàng chuyển vào băng tải, hệ thống sẽ phân loại hàngtheo dựa theo mã QR được dán trên hàng hóa nhằm tìm địa chỉ và khu vực cho taymáy mang hàng đến một ngăn còn trống tương ứng với địa chỉ của kiện hàng, quátrình tay máy di chuyển hàng diễn ra tự động Sau khi hàng được cất vào ngăn, sẽđược lưu tự động trong màn hình HMI do nhân viên kho giám sát

Xuất hàng: Hệ thống lưu thông tin hàng hóa trên màn hình HMI phục vụ chonhu cầu nhà máy lúc xuất hàng

 Giới hạn đề tài:

Đề tài thiên về việc thiết kế hệ thống lưu trữ kho hàng tự động bằng máymóc (ở đây sử dụng cánh tay 3 bậc để nâng hàng hóa)

Tuy nhiên trong phạm vi là một đề tài nghiên cứu nên hệ thống chỉ bao gồm

1 tay nâng phục vụ cho kho hàng nên sẽ có nhiều mặt hạn chế (về thời gian, lưu

lượng hàng hóa, …)

- Tìm hiểu cách vận hành xuất - nhập kho trong thực tế, thiết kế và thi công

mô hình hệ thống lưu kho tự động

- Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước

- Tham khảo tài liệu trên các trang tự động hóa

- Thiết kế sơ đồ, lựa chọn linh kiện phù hợp

- Thiết kế hệ thống điều khiển

- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển lập trình, lỗi của thiết bị trên phần mềm môphỏng WinCC

- Đề ra hướng phát triển

Kết luận:

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và đặc biệt là nhu cầumua bán hàng online cũng như sự lưu trữ hàng hóa của các doanh nghiệp lớn thì bàitoán đặt ra phải xử lí lượng thông tin các sản phẩm một cách nhanh gọn, chính xáccũng như việc nhập, xuất hàng diễn ra nhanh chóng và tiết kiệm nhân công Vì vậy

em quyết định thực hiện đề tài với mong muốn có thể giải quyết phần nào và cảithiện tối giản thời gian cho việc xuất, nhập kho

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này, dự kiến những kết quả cóthể đạt được như sau:

- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống lưu kho

- Thiết kế được hệ thống tự động hoá nhập, lưu và xuất kho phù hợp với điềukiện thực tế

- Mô phỏng 3D được hoạt động của hệ thống lưu kho

- Đề xuất cải tiến hoặc có hướng cải tiến để ứng dụng vào thực tế tiện lợi và

có ích hơn thực tế hiện tại

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.

Cấu trúc cơ phản của một nhà kho tự động bao bồm nhiều hành lang, dọctheo mỗi hành lang có một hay nhiều máy xếp, dỡ tự động Hai bên hành lang là cáckhoang chứa hàng Đầu mỗi hành lang là trạm xếp dỡ Các trạm xếp dỡ liên hệ vớinhau 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 kho tựđộng của các siêu thị, các công ty…băng tải ở những môi trường này cónhiệm 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, Cũng

có loại băng tải phổ thông được dùng để tải các loại vật liệu khác nhaunhưng không phải là các loại vật liệu đặc biệt như chịu nhiệt độ cao, chịudầu, chịu axit, chịu ăn mòn, chịu nước, chống cháy…

Các robot, xe tự hành là những thiết bị tất yếu của một hệ thống kho

tự động Chúng di chuyển trong diện tích của kho theo 3 trục, làm nhiệm vụđưa hàng từ cổng nhập đến những ô trống và lấy hàng từ những ô chứa hàng

ra cổng xuất

Robot lấy cất hàng tải trọng thấp được thiết kế chuyên cho các hộp,thùng, khay hoặc là những hàng hóa có tải trọng thấp Robot này có tốc độlấy hàng rất cao, robot lấy cất hàng tải trọng trung bình có tốc độ lấy cất khánhanh, hiệu quả và chính xác đối với những lưu trữ

Robot lấy cất hàng tải trọng cao được thiết kế riêng theo yêu cầu lưutrữ cũng như môi trường làm việc đặc trưng của khách hàng

Hình 2.2: Cơ cấu robot vận chuyển sản phẩm vào kho.

 Nhiệm vụ:

- Vận chuyển hàng từ băng chuyền vào các ngăn trống khi có lệnh nhận hàng

- Lấy hàng từ các ngăn có hàng được chọn khi có lệnh trả hàng

2.1.2 Hệ thống xuất nhập

Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khácnhau có thể kể đến như dùng nhân công, thẻ từ, tích kế, mã vạch, máy tính, camera.Trong phạm vi đề tài này, chúng em xin giới thiệu sơ qua về phương pháp xuấtnhập bằng mã QR (Quick Response)

Mã QR (Quick Respond) là một loại mã ma trận hai chiều được sử dụng đểlưu trữ thông tin, với cấu trúc bao gồm một mảng hình vuông chia thành các ô đen

và trắng, thường được in trên các sản phẩm hoặc tệp điện tử

Mã QR được sử dụng trong phân loại hàng hóa để cung cấp thông tin chi tiết

về sản phẩm, từ quá trình sản xuất đến vận chuyển và tiêu thụ Khi hình QR đượckéo lướt qua một dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đốichiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách đúng với mã đó

Nhận hàng: Khi hàng được chuyển vào qua camera quét được địa chỉ cần lưukho, hệ thống sẽ ra lệnh cho tay máy mang hàng đến một ô còn trống tương ứngtheo vị trí ô hàng đã được lưu ở hệ thống, quá trình tay máy di chuyển hàng diễn ra

tự động hay thủ công tùy vào người vận hành Sau khi hàng được cất vào ngăn, sẽđược lưu và hiển thị tự động số lượng hàng và loại hàng trong màn hình HMI

Trả hàng: Khi muốn xuất hàng, người vận hành lựa chọn các chế độ xuấthàng khác nhau sao cho phù hợp nhất Với các chế độ như xuất hàng tự động theocác ô từ bé đến lớn hay lựa chọn từng loại hàng với số lượng nhất định hay lựa chọnchi tiết từng ô hàng

2.1.3 Hệ thống lưu trữ

Hệ thống lưu trữ là chương trình được thiết kế theo quy trình của kho hàng,các chức năng cơ bản: lưu giữ thông tin, ghi nhận các sự kiện phát sinh trong quátrình hoạt động, in báo cáo, trích xuất dữ liệu…

Hệ thống lưu trữ quản lý xuất kho và nhật kho theo điều kiện:

- Xuất kho theo khách hàng

- Xuất kho theo phiếu nhập

- Xuất kho theo ngày

Phần mềm quản lý được thiế kế để hỗ trợ người quản lý kiểm soát mọihoạt động liên quan đến kho Nhờ nắm vững hàng trong kho và số lượng,khả năng hàng hóa bị loại bỏ do quá hạn hoặc lữu trữ quá số lượng cần thiết

sẽ được giảm tối đa Các quá trình nhập và xuất hàng được kiểm soát liên tụcnhờ phần mềm quản lý kho đựa trên các điều kiện tối ưu do người sử dụngđặt ra

Nguyên lí hoạt động:

Sau khi hàng phân loại được nhận từ khâu quét mã QR thì được đưa vàokhâu lưu trữ hàng tự động Tại ngõ vào của khâu lưu trữ, khi cảm biến được đặt vịtrí điểm cuối của băng chuyền có tín hiệu sản phẩm thì hệ thống nâng hạ sẽ vậnchuyển hàng hoá vào kho lưu trữ phù hợp với vị trí của hàng hóa Khi hàng hóađược xuất ra kho, người dùng chọn vị trí mặt hàng cần xuất, hệ thống nâng hạ sẽvận chuyển hàng hóa ra kho chuyển vào vị trí băng chuyền

 Nhiệm vụ:

- Lưu giữ hàng khi hàng được gửi vào có vị trí

- Báo tín hiệu hiển thị ô hàng còn trống hay đã có hàng

- Báo tín hiệu hiển thị loại hàng trong từng ô

Khi muốn lấy hàng ra khỏi ngăn, người vận hành chọn chế độ lấy hàng trênmàn hình HMI để xuất hàng, đồng thời giao diện HMI ứng với vị trí ngăn đó sẽ tắt,báo hiệu hàng được xuất và ô hàng về trạng thái không có hàng

2.2 GIỚI THIỆU VỀ MÃ QR

2.2.1 Tổng quan về mã QR

Mã QR (Quick Response) là một công nghệ mã ma trận hai chiều phổ biếntrong thế giới số ngày nay Được phát triển từ những năm đầu thế kỷ 21 tại NhậtBản, mã QR cho phép lưu trữ thông tin đa dạng như URL, thông tin liên hệ, văn bảnngắn, hay ngay cả thanh toán điện tử Mã QR có thể được đọc bằng điện thoại diđộng hoặc thiết bị quét mã, mang lại sự tiện lợi và tính tương tác cao

Hiện nay, mã QR đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sốnghàng ngày và được tích hợp mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực Từ thanh toán di động,

quảng cáo và tiếp thị, theo dõi thông tin sản phẩm, đến điều hướng và xác thực, mã

QR đã có ứng dụng rộng rãi trong thương mại điện tử, marketing, y tế, du lịch, giáodục và nhiều lĩnh vực khác

Tính linh hoạt và tiện ích cao của mã QR đã tạo được sự phổ biến mạnh mẽ

và có tác động sâu rộng đối với cách chúng ta tương tác với thông tin và kỹ thuật sốtrong cuộc sống hiện đại

Mã QR code được chia thành 4 loại chính, được đánh số từ 1 đến 4 Các loại

mã này phân biệt với nhau dựa trên khả năng lưu trữ dữ liệu và điểm mã hoá

Mã QR Loại 1: Loại này chứa khoảng 25 ký tự số và được sử dụng cho cácứng dụng như mã vạch

Mã QR Loại 2: Đây là loại mã có dung lượng lưu trữ dữ liệu cao hơn, sửdụng cho các mục đích khác nhau, bao gồm cả trên sản phẩm thực phẩm

Mã QR Loại 3: Loại này có khả năng lưu trữ dữ liệu lớn hơn so với mã QRloại 2 Loại này thường được sử dụng để lưu trữ thông tin văn bản, liên kết website

và thông tin liên lạc cơ bản

Mã QR Loại 4: Đây là loại có khả năng lưu trữ lượng dữ liệu lớn nhất trongcác loại mã QR, và thường được sử dụng cho các yêu cầu lưu trữ dữ liệu phức tạpnhư mã QR điều khiển hệ thống

Những loại mã QR này cung cấp sự linh hoạt cho việc lưu trữ và truy cập dữliệu mà không cần nhiều không gian vật lý, được áp dụng trong nhiều ứng dụngkhác nhau từ thanh toán di động đến quảng cáo, tiếp thị, theo dõi sản phẩm và nhiềumục đích khác

2.2.2 Lợi ích của mã QR trong phân loại hàng hóa

Mã QR đem lại nhiều lợi ích đáng kể trong việc phân loại hàng hóa, bao gồm:

- Theo dõi và quản lý chuỗi cung ứng: Mã QR có thể chứa thông tin vềnguồn gốc, quá trình sản xuất, vận chuyển và lịch sử của hàng hóa Điều này giúpquản lý chuỗi cung ứng theo dõi từng bước di chuyển của sản phẩm, từ nhà máy sảnxuất đến tận tay người tiêu dùng

- Quản lý kho và theo dõi hạn sử dụng: Mã QR có thể chứa thông tin về ngàysản xuất, hạn sử dụng và điều kiện bảo quản của sản phẩm Điều này giúp trongviệc quản lý kho hàng và đảm bảo việc bán hàng theo đúng thời hạn sử dụng

- Bảo mật và chống giả mạo: Mã QR có thể được sử dụng để mã hóa thôngtin về hàng hóa và kiểm tra tính hợp pháp của sản phẩm, từ đó giúp chống lại hànggiả và đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng

- Tích hợp thông tin chi tiết cho người Tiêu dùng: Mã QR cung cấp mộtphương tiện hiệu quả để cung cấp thông tin chi tiết về sản phẩm cho người tiêu

dùng Người tiêu dùng có thể quét mã QR để truy cập thông tin về thành phần, xuất

xứ, hướng dẫn sử dụng, và cả thông tin về bảo quản

- Quảng cáo và tiếp thị tương tác: Mã QR được sử dụng để tạo trải nghiệmtương tác cho người tiêu dùng thông qua việc liên kết đến trang web, video quảngcáo, hoặc chương trình khuyến mãi

Như vậy, mã QR không chỉ giúp trong việc phân loại hàng hóa mà còn tạo ranhiều lợi ích gia tăng giá trị cho người tiêu dùng và doanh nghiệp

2.2.3 Cách hoạt động của mã QR

Công nghệ mã QR (Quick Response) hoạt động bằng cách sử dụng một mã

ma trận hai chiều để mã hóa thông tin Khi một thiết bị di động hoặc máy ảnh kỹthuật số quét mã QR, thông tin được mã hóa trong mã QR sẽ được giải mã và hiểnthị Điều này thường dẫn đến việc truy cập vào một trang web, hiển thị một văn bản,hoặc thực hiện một hành động cụ thể

Mã QR được thực hiện thông qua việc mã hóa dữ liệu thành các ô đen trắngtrên một hình vuông Các thông tin được lưu trữ dưới dạng các hình vuông và cácđiểm trắng cũng như sự kết hợp của chúng Mỗi mã QR có một loại mã hóa và cấutrúc chuẩn để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của dữ liệu

Khi quét một mã QR, thiết bị di động hoặc máy ảnh kỹ thuật số sẽ sử dụngphần mềm đọc mã QR để quét và giải mã thông tin từ mã QR Sau đó, dữ liệu đó sẽđược hiển thị hoặc sử dụng theo cách mà người dùng đã thiết lập

Tóm lại, mã QR hoạt động bằng cách mã hóa và giải mã thông tin từ mộthình vuông ma trận để cho phép truy cập nhanh chóng và thuận tiện vào dữ liệuđược mã hóa

Hệ thống gồm ba phương thức chính cho hoạt động hệ thống là: phân loại,nhập kho và xuất kho

Nhập kho:

Khi đã qua giai đoạn phân loại Hàng được tay máy nâng lên vào đưa vàogiàn kho theo vị trí được định sẵn theo khu vực theo chế độ auto và lưu thông tincủa mặt hàng vào màn hình HMI.

sẽ tạm thời ngừng hoạt động và cảnh báo trên màn hình HMI cho đến khi có lệnhtiếp tục từ người vận hành

ĐỘNG

2.4.1 Hệ thống băng tải hàng

Hệ thống băng tải hàng gồm 2 băng tải đặt song song nhau di chuyển trên haithanh dẫn hướng cố định, hệ thống băng tải truyền động được lắp một động cơ mộtchiều đầu trục có gắn đĩa xích, hệ thống xích tải được lắp cố định song song

Khi có tín hiệu điều khiển, động cơ được cấp điện sẽ quay đĩa xích kéo theo

hệ thống băng tải chạy Chiều chuyển động của xe nâng phụ thuộc vào chiều củađiện áp đặt vào cuộn ứng của động cơ, việc dừng và khống chế hành trình của băngtải hàng nhờ vào cảm biến đặt dọc theo băng tải theo phương nằm ngang

2.4.2 Hệ thống nâng hạ di chuyển hàng hóa

Hệ thống nâng hạ là một trong những cơ khí phức tạp nhất của hệ thống, làthiết bị để lấy cất hàng hóa Hệ thống có khả năng di chuyển lên xuống (trục OZ), dichuyển sang trái sang phải ( trục OY), di chuyển tiến lùi (trục OX) Cơ cấu dichuyển được nhờ vào 2 phần chính là trục vít me và động cơ bước (step motor), các

bộ phận di chuyển được liên kết truyền lực bởi đai ốc của vít me Vít me được liênkết với động cơ bằng khớp nối mềm Ba động cơ bước được lắp đặt dọc theo 3 trụccủa cơ cấu

Trục OX: được đặt trên mặt phẳng di chuyển của trục OY, thành phần chínhtrục OX gồm có 1 động cơ, 1 vít me dài 30cm và 1 thanh trượt dẫn hướng, trục OX

có nhiệm vụ di chuyển tiến lùi

Trục OY: các thành phần của 2 trục OX và OZ được đặt trên mặt phẳng dichuyển của trục OY, thành phần chính trục OY gồm có 1 động cơ, 1 vít me dài

80cm và vì là phần chịu lực nhiều nhất của cơ cấu nên cần 2 thanh trượt dẫn hướng,trục OY có nhiệm vụ di chuyển sang trái sang phải.

Trục OZ: được đặt trên mặt phẳng di chuyển của trục OX, thành phần chínhtrục OZ gồm 1 động cơ, 1 vít me dài 50cm và 1 bộ phân lưỡi nâng hàng, trục OZ cónhiệm vụ di chuyển lên xuống

2.5 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.5.1 Sơ đồ khối kết nối của hệ thống

Sơ đồ khối các khâu trong hệ thống phân loại hàng hóa và lưu kho được thểhiện trong hình vẽ 2.4

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống

Hệ thống bao gồm các khối thành phần như sau:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho tất cả các thiết bị trong hệ thống

- Bộ điều khiển: nhận tín hiệu từ cảm biến, nút nhấn và khối xuất nhập hàngsau đó xử lý tín hiệu

- Băng tải: sử dụng động cơ điện để kéo di chuyển hàng đến ví trí cánh taycủa hệ thống nâng hạ

- Phân loại sản phẩm: Dùng một webcam để quét mã QR, webcam được điềukhiển bằng phần mềm Labview để phân loại hàng hóa có mã QR khác nhau vàođúng khu vực của nó

- Cảm biến: Sử dụng cảm biến để phát hiện hàng hóa, và tìm vị trí ban đầucho hệ thống nâng hạ

- Khối nút nhấn: Đưa tín hiệu vào bộ điều khiển

- HMI: Hiển thị thông tin kho hàng

- Hệ thống nâng hạ: Thực hiện công việc đưa hàng vào kho và xuất hàng ra kho

- Xuất nhập hàng: Khu vực nhận hàng và lưu hàng

2.5.2 Quy trình công nghệ

Giả sử hệ thống lưu kho tự động kho hàng được chia theo 3 loại hàng A, B

và C tương ứng với địa chỉ nhận hàng của các loại hàng hóa Hàng hóa sẽ đượcphân loại địa chỉ thông qua mã QR, sau đó sẽ được lưu vào các ô hàng trong khohàng Trong phạm vi đề tài, các gói hàng được giả thiết có kích thước và khối lượngtương đương nhau, nên không xem xét tình huống hàng quá khối lượng và kíchthước

Hệ thống điều khiển lưu kho gồm rất nhiều thiết bị, bao gồm như: Camera,cảm biến hồng ngoại (E3F-DS30P1 NPN), Relay, Driver, Động cơ bước, Bộ điềukhiển (PLC S7-1200), HMI

Tất cả được lần lượt phân loại dựa theo:

- Nhóm các thiết bị chấp hành (đèn trạng thái, đèn cảnh báo, relay,contactor- động cơ dc, động cơ bước,)

- Nhóm các thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu (PLC, HMI)

- Nhóm các thiết bị ra lệnh và phản hồi (nút nhấn, switch, camera, cảm biếnhồng ngoại ((E3F-DS30C4 NPN), công tắc hành trình, cảm biến quang OMRON

EE -SX671)

Chi tiết về chức năng của từng nhóm:

- Các nút nhấn: Lần lượt có nút nhấn Start, nút nhấn Stop, nút nhấn Reset đểgửi tín hiệu vào PLC giúp khởi động, tạm dừng hoặc khởi động lại hệ thống

- Switch: Có switch 2 trạng thái gửi tín hiệu vào PLC để chuyển trạng tháihoạt động của hệ thống (Auto/Manual)

- Các cảm biến: Lần lượt có các camera, cảm biến hồng ngoại (E3F-DS30C4NPN), công tắc hành trình, cảm biến quang OMRON EE -SX671,… Các cảm biếnnày sẽ gửi các giá trị vào PLC, mỗi cảm biến sẽ có mỗi chung năng riêng:

- Cảm biến hồng ngoại (E3F-DS30C4 NPN): Phát hiện hàng khi đến cuốibăng tải

- Camera: Quét mã QR trên mỗi hàng hóa nhằm phân loại mỗi loại hàng hóa

- Cảm biến quang OMRON EE -SX671, công tắc hành trình: Tìm điểmhome cho 3 trục x,y,z của hệ thống nâng hạ vận chuyển hành hóa

Quy trình phân loại hàng hóa theo mã QR và xếp hàng hóa vào kho đượcthực hiện theo trình tự như hình 2.5

Sản phẩm từ từ băng chuyền đi vào sẽ qua khu vực phân loại do camera thựchiện để phân loại và lưu dữ liệu vào hệ thống Sau khi thực hiện xong sẽ thực hiệnviệc lưu kho Việc xuất kho, khi nhập số lượng hàng hóa và loại hàng hóa cần xuất

kho, hệ thống vận chuyển nâng hạ sẽ lấy hàng hóa ra kho hàng đến vị trí băng

Hệ thống lưu kho tự động gồm các thành phần như:

Phòng điều khiển: tại đây sẽ gồm có Bộ điều khiển PLC s7-1200 dùng đểtích hợp phần mềm đã lập trình dựa trên lưu đồ thuật toán đã được xây dựng cho hệthống Ngoài ra còn có màn hình HMI để phục vụ người giám sát điều khiển quá

trình xuất nhập kho.

Khu vực quét mã QR phân loại sản phẩm: Ở khu vực này sẽ gồm có băng tảikép di chuyển hàng hóa vào ra, cảm biến hồng ngoại (E3F-DS30C4 NPN) phát hiệnhàng hóa đến cuối băng tải, camera nhằm quét mã QR … khu vực này có tác dụngkiểm tra sản phẩm vào dựa trên mã QR được đính kèm trên sản phẩm để phân loạisản phẩm theo yêu cầu nhằm hỗ trợ cho việc lưu kho hợp lý

Khu vực lưu kho: khu vực này sẽ gồm hệ thống kho hàng là các kệ hàng đểlưu trữ hàng hóa theo yêu cầu phân loại để có thể xuất sản phẩm ra khỏi kho mộtcách tối ưu hóa

Kết luận chương 2:

Từ các ý tưởng và mục tiêu đã được nêu ra ở chương 1 thì qua chương 2 em đivào nghiên cứu thiết kế chi tiết các cấu trúc cơ bản của một mô hình phân loại và lưukho tự động Từ đó đưa ra quy trình công nghệ của hệ thống, sơ đồ khối hệ thống

Giới thiệu khái quát về quy trình hoạt động của hệ thống Từ đó xây dựng ýtưởng chi tiết về các chức năng về nhập kho và xuất kho

CỦA HỆ THỐNG

Thông qua chương 1 và 2 thì em đã xác định được mục tiêu, quy trình côngnghệ, sơ đồ khối của hệ thống Từ đây để qua chương 3 sẽ lựa chọn thiết kế tínhchọn phần cứng cho hệ thống

Trên thị trường hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC có tên tuổi như: ABB,allen bradley, Siemens, Omron, … Nhưng PLC của hãng Siemens khá phổ biến ởViệt Nam, giá thành phù hợp, hỗ trợ nhiều trong việc lập trình như: Truyền thông,PID, Motion Control, … Giao diện thân thiện dễ sử dụng

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu

để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động

Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiếncho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứngdụng đa dạng khác nhau

Trong đề tài này, em sử dụng PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC mã

6ES7215-1AG40-0XB0.

6ES7215-1AG40-0XB0.

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạchngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêucầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát cácngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể baogồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp

và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác Hơn nữa, họ S7-1200 cungcấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượngcủa CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợcác giao thức truyền thông khác

3.1.2 Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1215C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mô đun

mở rộngDòng điện khởi động 12 A tại 28.8 VDC

Dòng điện ngõ ra

Cho Backplane bus (5 VDC), tối đa 1600 mA, tối đa 5 VDc cho các mô đun

tín hiệu (SM) và mô đun truyền thông(SM)

Bộ nhớ chương trình Tích hợp trong CPU: 4 Mbtye

Backup Không có nguồn pin: Có, chương trình và

dữ liệu

Cấu trúc phần cứng

Số lượng tối đa mô đun mở rộng 3 mô đun truyền thông, 1 signal board, 8

mô đun tín hiệu

Ngõ vào số

Số lượng ngõ vào số 14, tích hợp

Trong đó, số lượng ngõ vào sử dụng

cho hàm chức năng 6; bộ đếm tốc độ cao High Speed CounterHSCĐiện áp vào Giá trị: 24 VDC

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mACho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5

3.2.1.1 Thông số kỹ thuật băng tải

Sau khi cân nhắc lựa chọn, thì băng tải hàng sẽ là loại băng tải kép với thông

số như sau:

Bảng 3.2: Thông số băng tải

Loại băng tải Băng tải kép

Chiều dài băng tải 60 cm

Chiều rộng băng tải 40 cm

Chiều cao băng tải 20 cm

Khoảng cách giữa hai băng tải 10 cm

Dây băng tải Dây PVC&PU chiều dày 1 – 5mm màu xanh,

khả năng chống tĩnh điện của hãng Sampla,…Động cơ băng tải 24V

3.2.2 Hệ thống nâng hạ vận chuyển hàng hóa

3.2.2.1 Lựa chọn cơ cấu truyền động

Sau khi cân nhắc lựa chọn thì cơ cấu truyền động cho hệ thống sẽ cần mộtchuyển động tịnh tiến nâng hạ cánh tay nâng để xác định vị trí của kho hàng, mộtchuyển động tịnh tiến để đưa hàng hoặc lấy hàng ra và một chuyển động Có rấtnhiều cơ cấu truyền động để có thể tạo thành chuyển động tịnh tiến mà ta cần phảilựa chọn, đó là:

Cơ cấu vít me – đai ốc trượt.

Ưu điểm:

- Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn.

- Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn

- Thiết kế nhỏ gọn, gia công đơn giản

Nhược điểm:

- Bánh răng bị mòn bởi ma sát theo thời gian làm giảm hiệu suất hoạt động

Hình 3.2: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt

 Truyền động đai: Là cơ cấu truyền động nhờ lực ma sát giữa các mặt tiếp

xúc của vật dẫn và vật bị dẫn Cấu tạo gồm 3 bộ phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn và dâyđai Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay thì nhờ lực ma sát giữa dây đai vàbánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo Dây đai thì có loại có răng và không có răng

và đều được làm từ vật liệu tạo ma sát tốt Truyền động bằng dây đai cũng là bộ truyền

cơ khí được sử dụng sớm nhất và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay trong các ứngdụng máy in 3D, máy khâu hoặc là trong các hộp số vô cấp trong xe máy, ô tô

Hình 3.3: Truyền động đai

Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau

- Hiệu suất truyền động tốt

- Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp

- Kết cấu vận hành đơn giản

- Không cần phải bôi trơn

Nhược điểm:

- Khi vận hành nhiều thì dây đai có thể bị kéo dãn

- Có thể xuất hiện hiện tượng trượt đàn hồi giữa dây đai và pulley hoặc ròng

rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi.

- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn

Ray trượt tròn: Được cấu tạo gồm có: Ray trượt, con trượt và gối đỡ Ray

trượt sẽ được cố định tại một vị trí đáp ứng được hành trình di chuyển của thiết bị

đó Con trượt giúp cho các bộ phận của thiết bị có thể di chuyển được

Hình 3.4: Thanh ray trượt tròn

Ưu điểm

- Cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt

- Hiệu quả truyền động cao

Nhược điểm: Đắt tiền

 Chọn phương án truyền động tuyến tính.

Sau khi cân nhắc lựa chọn, em quyết định chọn phương pháp cơ cấu vít međai trượt kết hợp ray trượt tròn Sử dụng động cơ bước 24v kết hợp khớp nối mềm

để tạo truyền động cho cơ cấu vít me, kết hợp ray trượt tròn nhằm mục đích tăngthêm sự cứng cáp và chắc chắn cho cơ cấu nâng hạ

3.2.2.2 Tính toán lựa chọn động cơ:

(1) Công thức tính bước vít me (step/mm)

α: góc bước của động cơ

λ : bước ren của vít me

m: là bước nhỏ tối đa của driver

 Vậy từ các thông số của linh kiện đã chọn ta tính ra được bước vít me B

= 400 (step/mm)

(2) Tính chọn động cơ

Tính toán chọn động cơ trục Y Theo thông số thiết kế ta có:

F: lực làm bàn máy di chuyển

𝐹0: độ dôi dự tính (𝐹0=1/3 F)

𝜇0: hệ số ma sát khớp nối ren (0,1 - 0,3 lấy bằng 0,3)

𝜂: hiệu suất động cơ (0,85 - 0,95 lấy bằng 0,95)

𝒾: tỷ số truyền của hệ thống

P B: bước của vít me (8mm)

Lực làm bàn máy dịch chuyển:

𝐹=𝐹𝐴+(sin𝜃+𝜇.cos𝜃).m (4.13)Trong đó:

1 = 0,352.10-3 (N.m)