ĐỒ ÁN Phân loại bằng mã qr code sử dụng plc s7 1200

MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ii TÓM TẮT iii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI NÓI ĐẦU vi CAM ĐOAN vii DANH SÁCH HÌNH ẢNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu đề tài 2 3. Phương pháp nghiên cứu 2 3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2 3.2. Phương pháp nghiên cứu thực hiện 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 3 1.1. Tổng quan về cấu trúc của hệ thống 3 1.1.1. Tổng quan về hệ thống 3 1.1.2. Cấu trúc của hệ thống 3 1.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho 5 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC. PLC S71200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL V15 9 2.1. Bộ điều khiển PLC 9 2.1.1. Giới thiệu chung 9 2.1.2. Nguyên lý hoạt động 9 2.1.3. Các dòng PLC thông dụng 9 2.1.4. Ngôn ngữ lập trình 10 2.2. PLC S71200 10 2.2.1. Cấu trúc 10 2.2.2. Phân vùng bộ nhớ 12 2.2.3. Tập lệnh S71200 12 2.3. PLC S71200 CPU 1214 DCDCDC 15 2.4. Giới thiệu về SCADA 15 2.4.1. Khái niệm 15 2.4.2. Cấu trúc hệ thống Scada 16 2.5. Phần mềm TIAPortal V15 17 2.5.1. Giới thiệu SIMATIC 7 Basic 17 2.5.2. Các bước tạo một project 17 2.6. WinCC 20 2.6.1. Tổng quan về Wincc 20 2.6.2. Làm việc với Wincc 20 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP 23 3.1. Cơ sở lý thuyết 23 3.1.1. Ngôn ngữ lập trình C và .Net Framework 23 3.1.2. Microsoft Visual Studio 23 3.1.3. Phần mềm TIAPortal 23 3.1.4. Thư viện S7.net 24 3.1.5. Chuẩn giao thức Ethernet 25 3.1.6. Nhận diện mã QR Code 25 3.1.7. Web sever 28 3.2. Phân tích và lựa chọn giải pháp cơ khí 29 3.2.1. Giá đỡ hàng hoá 29 3.2.2. Robot chuyển hàng 30 3.2.3. Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động cơ khí 32 3.3. Phân tích và lựa chọn thiết bị 34 3.3.1. MCB 2 pha 34 3.3.2. Nguồn tổ ong 35 3.3.3. Rơ le trung gian 35 3.3.4. Nút nhấn dừng khẩn cấp 36 3.3.5. Đèn báo 24VDC 37 3.3.6. Camera dùng để xử lý QRCode 37 3.3.7. Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện 38 3.3.8. Driver điều khiển động cơ bước TB6600 40 3.3.9. Phân tích và lựa chọn cảm biến 41 3.3.10. Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển 43 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH LƯU KHO HÀNG CONTAINER TỰ ĐỘNG 45 4.1. Thiết kế phần cơ khí 45 4.1.1. Giá đỡ hàng hoá 45 4.1.2. Cánh tay nâng 46 4.1.3. Thi công băng tải 52 4.1.4. Thi công tủ điện 53 4.1.5. Mô hình hoàn thiện 54 4.1.6. Tủ điện hoàn chỉnh 54 4.2. Thiết kế hệ thống điều khiển 55 4.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 55 4.2.2. Sơ đồ nối dây của hệ thống 55 4.2.2. Giản đồ thời gian 57 4.2.3. Lưu đồ thuật toán hệ thống 59 4.2.4. Thiết lập vị trí động cơ sử dụng PLC S71200 64 4.2.5. Bảng cấp xung cho động cơ và hệ tọa độ 66 4.2.6. WinCC 67 4.2.7. Đánh giá hiệu suất hoạt động của hệ thống 69 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 PHỤ LỤC 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO HÀNG CONTAINER TỰ ĐỘNG,

PHÂN LOẠI BẰNG MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GIÁM SÁT TIA PORTAL

VÀ WEB SERVER

GV hướng dẫn : ThS Nguyễn Tấn Hoà Sinh viên thực hiện 1 : Nguyễn Văn Nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO HÀNG CONTAINER TỰ ĐỘNG,

PHÂN LOẠI BẰNG MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GIÁM SÁT TIA PORTAL

VÀ WEB SERVER

GV hướng dẫn : ThS Nguyễn Tấn Hoà Sinh viên thực hiện 1 : Nguyễn Văn Nam

Sinh viên thực hiện 2 : Võ Ngọc Trọng

Tên đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống lưu kho hàng container tự

động,phân loại bằng mã QR code sử dụng PLC S7-1200 Ứng dụng phần mềm giám sát Tia Portal và Web Server ”

Sinh viên thực hiện:

1 Nguyễn Văn Nam – 1911505510127 – 19TDH1 2 Võ Ngọc Trọng – 1911505510147 – 19TDH1

Đồ án trình bày ý tưởng về việc xây dựng hệ thống lưu kho tự động và phân loại

của hệ thống lưu kho tự động, lựa chọn phương pháp làm cơ sở để thiết kế, thi công mô hình Ngoài ra, đồ án giới thiệu và thiết kế giao diện điều khiển trên máy tính để xây dựng hệ thống SCADA thuận tiện cho việc giám sát và điều khiển Vì vậy, đề sẽ có bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động: Giới thiệu, nêu ra mục tiêu và chọn phương pháp nghiên cứu

Chương 2: Giới thiệu tổng quan về PLC Plc S7-1200 Phần mềm lập trình Tia Portal

Chương 3: Cơ sở lý thuyết và phân tích, lựa chọn giải pháp

Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình lưu kho hàng container tự động Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Hòa

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Mã SV: 1911505510127 Võ Ngọc Trọng Mã SV: 1911505510147

1 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO

HÀNG CONTAINER TỰ ĐỘNG, PHÂN LOẠI BẰNG MÃ QR CODE SỬ

VÀ WEB SERVER

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Nhóm tiến hành nghiên cứu các hệ thống lưu kho tự động, phân loại bằng mã QR CODE, thông qua các tài liệu và mô hình thực tế qua đó tích lũy kinh nghiệm.

- Tìm hiểu các loại camera, cảm biến, thiết bị và phương pháp nguyên lý để có thể lựa chọn ra các thiết bị phù hợp để dùng trong mô hình.

- Các tài liệu:

+ Th.s Phạm Phú Thọ ,“ Giáo trình PLC”, TT Cơ điện tử _Trường TCN

KTCN Hùng Vương 2010

+ PGS TS Bùi Quốc Khánh - TS Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện”,

Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật,2005

+ SIEMENS, Data sheet SIMATIC S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0.

+ PGS.TS Phạm Văn Hòa, “Hệ thống Điều khiển Giám sát và Thu thập dữ liệu SCADA”, Nhà Xuất bản Bách khoa Hà Nội.

+ Tài liệu về xử lí QR CODE

+ Tài liệu về phần mềm TIA PORTAL

3 Nội dung chính của đồ án:

 Nội dung 1: Tìm hiểu về PLC S7 – 1200 và phần mềm tia TIA Portal V15.1  Nội dung 2: Tìm hiểu về công nghệ xử lí QR CODE.

 Nội dung 3: Tìm hiểu về điều khiển và lập trình step motor.

 Nội dung 4: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển lưu kho tự động  Nội dung 5: Thi công mô hình hệ thống

 Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống

 Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA và Web server  Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện

4 Các sản phẩm dự kiến

Các sản phẩm trong công nghiệp cần được xuất nhập đơn giản chỉ bằng một câu lệnh, mọi thứ được lưu trữ và ghi nhớ tự động , quản lý nhất nhập và tồn kho theo thời gian thực một cách chính xác và linh hoạt.

Trong những thập niên vừa qua thế giới nói chung và vận chuyển hàng hóa nước ta nói riêng đã không ngừng nâng cao và phát triển Tuy nhiên, trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa, rất nhiều các chuỗi cũng ứng ra đời, do hiệu ứng CUNG-CẦU hiện nay rất dồi dào nên với cách sắp xếp hàng hóa như hiện nay rất chậm và không hiệu quả là một chuỗi cung ứng giữ vị trí rất quan trọng và không thể thiếu với bất kỳ một kho hàng nào Đáp ứng nhu cầu cung ứng hàng hóa góp phần phát triển to lớn trên mọi phương diện.

Trong xu thế đó chuỗi cung ứng hàng hóa cũng đã và đang phát triển với lịch sử hàng trăm năm kể từ khi những nhà kho đầu tiên được mở tới nay có rất nhiều nhà kho vẫn dùng hệ thống lưu kho lỗi thời thiếu hiệu quả Kể từ đó cho đến nay, các nhà nghiên cứu, các nhãn hàng nổi tiếng như: shoppee, lazada, và các kho hàng trong công nghiệp trong mọi nhu cầu hiện nay luôn cố gắng tạo ra một hệ thống lưu kho thông minh đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe của con người không chỉ trong nhiệm vụ lưu kho mà còn đáp ứng tính an toàn, nhanh chóng, tiện lợi, hiệu quả cao trong nhu cầu cung ứng hàng hóa và giám sát dễ dàng.

Tuy nhiên hệ thống lưu kho chưa được phổ biến vì giá thành của những hệ thống này còn khá đắt đỏ Với mong muốn được đóng góp sức mình cho sự phát triển chung của hệ thống lưu kho thông minh, chúng em đã không ngừng cố gắng tìm tòi, học hỏi và trau dồi kiến thức để cùng nhau thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lưu kho thông minh Chúng em cũng mong muốn mô hình “Hệ thống lưu kho hàng container tự động, phân loại bằng mã QR code sử dụng plc S7-1200 Ứng dụng phần mềm giám sát Tia Portal và Web Server” này sẽ được sử dụng cho mục đích thương mại hóa trong một thời gian không xa Đồng thời hứa hẹn sẽ phát triển đề tài hơn nữa giúp hệ thống lưu kho thông minh chất lượng tốt, giá thành cạnh tranh để đến gần hơn với nhiều nhà kho sử dụng.

Nhóm em xin cam đoan đây là báo cáo tốt nghiệp của chúng em được thực hiện trong thời gian qua Các thông tin, số liệu và kết quả nghiên cứu của chúng em sử dụng trong báo cáo đồ án tốt nghiệp là trung thực Các dữ liệu và luận điểm được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng Nhóm em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Nhà trường, Khoa và Bộ môn về sự cam đoan này.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Nam Võ Ngọc Trọng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ii

3.Phương pháp nghiên cứu 2

3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2

3.2 Phương pháp nghiên cứu thực hiện 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 3

1.1 Tổng quan về cấu trúc của hệ thống 3

1.1.1 Tổng quan về hệ thống 3

1.1.2 Cấu trúc của hệ thống 3

1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho 5

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC PLC S7-1200 PHẦN MỀM

2.5.1 Giới thiệu SIMATIC 7 Basic 17

2.5.2 Các bước tạo một project 17

2.6 WinCC 20

2.6.1 Tổng quan về Wincc 20

2.6.2 Làm việc với Wincc 20

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP 23

3.1 Cơ sở lý thuyết 23

3.1.1 Ngôn ngữ lập trình C# và Net Framework 23

3.1.2 Microsoft Visual Studio 23

3.1.3 Phần mềm TIA-Portal 23

3.1.4 Thư viện S7.net 24

3.1.5 Chuẩn giao thức Ethernet 25

3.2.3 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động cơ khí 32

3.3 Phân tích và lựa chọn thiết bị 34

3.3.1 MCB 2 pha 34

3.3.2 Nguồn tổ ong 35

3.3.3 Rơ le trung gian 35

3.3.5 Đèn báo 24VDC 37

3.3.6 Camera dùng để xử lý QR-Code 37

3.3.7 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện 38

3.3.8 Driver điều khiển động cơ bước TB6600 40

3.3.9 Phân tích và lựa chọn cảm biến 41

3.3.10 Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển 43

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH LƯU KHO HÀNG CONTAINER TỰ ĐỘNG 45

4.1 Thiết kế phần cơ khí 45

4.1.1 Giá đỡ hàng hoá 45

4.1.2 Cánh tay nâng 46

4.1.3 Thi công băng tải 52

4.1.4 Thi công tủ điện 53

4.1.5 Mô hình hoàn thiện 54

4.1.6 Tủ điện hoàn chỉnh 54

4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 55

4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 55

4.2.2 Sơ đồ nối dây của hệ thống 55

4.2.2 Giản đồ thời gian 57

4.2.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống 59

4.2.4 Thiết lập vị trí động cơ sử dụng PLC S7-1200 64

4.2.5 Bảng cấp xung cho động cơ và hệ tọa độ 66

4.2.6 WinCC 67

4.2.7 Đánh giá hiệu suất hoạt động của hệ thống 69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

PHỤ LỤC 1

Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc Scada 16

Hình 2 3 Biểu tượng phần mềm TIA-Portal V15 17

Hình 2 4 Create new project 17

Hình 2 5 Nhập tên cho dự án mới 18

Hình 2 6 Configure a device 18

Hình 2 7 Add new device 19

Hình 2 8 Chọn loại CPU 19

Hình 2 9 Một project mới hiện ra 20

Hình 2 10 Khởi tạo Wincc 20

Hình 2 11 Chọn Wincc 21

Hình 2 12 Chọn mạng giao tiếp truyền thông 21

Hình 2 13 Kết nối với Wincc với PLC 22

Hình 2 14 Giao diện chính của Wincc

Y Hình 3 1 Giao diện phần mềm Microsoft Visual Studio 23

Hình 3 2 Giao diện phần mềm TIA-Portal 24

Hình 3 3 Định dạng thông tin cho mã QR Code 26

Hình 3 15 Nguồn tổ ong 24VDC 10A 35

Hình 3 16 Rơ le trung gian Omron MY4NJ 36

Hình 4 10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 55

Hình 4 11 Sơ đồ nối dây driver tb6600 với PLC 55

Hình 4 12 Sơ đồ nối dây hệ thống 56

Hình 4 13 Giản đồ thời gian chương trình điều khiển 57

Hình 4 14 Giản đồ thời gian nhập kho 57

Hình 4 15 Giản đồ thời gian xuất kho 58

Hình 4 16 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 59

Hình 4 17 Lưu đồ thuật toán nhập kho 60

Hình 4 18 Lưu đồ thuật toán xuất kho 62

Hình 4 19 Cấu hình phần cứng điều khiển động cơ 64

Hình 4 20 Cấu hình đơn vị điều khiển 64

Hình 4 24 Hệ tọa độ và các vị trí kho 66

Hình 4 25 Giao diện nhập kho WinCC 67

Hình 4 26 Giao diện xuất kho WinCC 68

Hình 4 27 Giao diện giám sát Web Server 68Bảng 4 1 Danh sách vật liệu thi công trục X 46

Bảng 4 2 Danh sách vật liệu thi công trục Y 49

Bảng 4 3 Danh sách vật liệu thi công trục Z 51

Bảng 4 4 Danh sách vật liệu thi công băng tải 52

Bảng 4 5 Danh sách thiết bị thi công tủ điện 53

Bảng 4 6 Bảng cấp xung cho động cơ 67

Bảng 4 7 Bảng hiệu suất của hệ thống theo hoạt động 69

Bảng 4 8 Bảng hiệu suất hệ thống theo thời gian 70

PLC : Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được.

LAD : Ladder Diagram – Sơ đồ bậc thang.

FBD : Function Block Diagram – Khối chức năng CPU : Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm.

QR code : Quick response code (Tạm dịch: Mã phản hồi nhanh)

SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu.

HMI : Human Machine Interface – Màn hình hiển thị IP : Internet Protocol – Giao thức Internet.

WINCC : Windows Control Center là một phần mềm của hãng Siemens DC : Direct Current - Dòng điện một chiều

LAN : Local Area Network - Mạng lưới khu vực địa phương

MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang phát triển mạnh mẽ Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc di chuyển sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý các thùng hàng kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngành sản xuất ngày càng phát triển, hàng hóa làm ra ngày 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 những hạn chế của các kho hàng cũ.

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ thùng hàng, các hệ thống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng con người để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các tay nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay vẫn có các nhược điểm sau:  Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng

 Không phân loại được các hàng hóa khác nhau

 Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (chất chồng lên nhau)  Rất khó kiểm soát số lượng hàng trong kho

 Tốn nhiều thời gian cho việc xuất nhập kho

Với sự ra đời của các hệ thống kho chứa hàng tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như linh hoạt trong việc nhập kho và xuất hàng ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng tay nâng để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được 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 chúng em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống lưu kho container tự động với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống SCADA kết hợp với sử dụng việc quét mã QR để phân loại hàng hóa và quản lý kho hàng.

2.Mục tiêu đề tài

Đề tài giải quyết vấn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuất kho 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 vực lưu trữ trong kho.

Toàn bộ hệ thống lưu kho sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệ thống SCADA bao gồm: giao diện điều khiển từ máy tính, giao diện trên Scada Dự đoán, cảnh báo các lỗi trong xảy ra trong quá trình hoạt động.

Giải quyết vấn đề kiểm tra số lượng hàng hóa, rút ngắn thời gian, tăng hiệu quả của dây chuyền lưu trữ hàng hóa lên cao.

3.Phương pháp nghiên cứu

3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Tìm hiểu qua sách vở, tài liệu trên các diễn đàn tự động hoá.

- Tìm hiểu về các bài toán, tham khảo mô hình giúp cho việc tính toán và chọn thiết bị điện và cơ khí.

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và cách hoạt động của các loại động cơ, hệ thống cảm biến, bộ điều khiển điển hình trong điều khiển một hệ thống lưu kho tự động - Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng, lập trình điều khiển lưu kho cho bộ điều

khiển PLC.

3.2 Phương pháp nghiên cứu thực hiện

- Tìm hiểu quy trình vận hành hệ thống đã có trong thực tế.

- Tài liệu về điều khiển tự động hoá, các thiết bị linh kiện sử dụng - Tìm hiểu sơ đồ đấu nối các thiết bị khí cụ điện.

- Tìm hiểu số liệu của bộ điều khiển, các khí cụ điện liên quan.

- Tìm hiểu và tính toán các thông số của các động cơ cũng như các cảm biến - Nghiên cứu về phần mềm TIA Portal V15.1 và giao diện điều khiển giám sát

trên SCADA.

- Nghiên cứu và tìm hiểu các chức năng của hệ thống.

- Áp dụng các kiến thức chuyên ngành về điện cũng như các kiến thức về điều khiển để thi công phần điện cho mô hình.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan về cấu trúc của hệ thống

1.1.1 Tổng quan về hệ thống

Trước hết, chúng ta cần phải biết được hệ thống lưu kho tự động là gì? Đây là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng tự động hay còn gọi là hệ thống AS/RS (Automated Storage and Retrieval System) là hệ thống quản lý xuất nhập hàng hoá tự động với kết hợp các kỹ thuật cao về cơ khí, tự động hoá và công nghệ thông tin Hệ thống này được sử dụng phổ biến trong các kho hàng và trung tâm phân phối có mật độ lưu chuyển lớn với nhiều yêu cầu về quản lý hàng.[ CITATION Côn19 \l 1033 ]

Hình 1 1 Hệ thống lưu kho của SPX Việt Nam

 Nguyên lý làm việc của hệ thống lưu kho

Hiện nay các hệ thống nhà kho thường hoạt động theo kiểu tự động hoặc bán tự động, nhưng nhìn chung thì đều có cách thức làm việc giống nhau Khi nhập hàng, hàng hóa sẽ được đưa vào khu vực nhập hàng nhờ hệ thống vận chuyển Khi hàng hóa đến vị trí lấy hàng, tay nâng sẽ lấy hàng rồi vận chuyển vào vị trí trống trong khu lưu trữ Khi xuất hàng, hàng hóa sẽ được tay nâng đưa ra từ khu lưu trữ đến khu xuất hàng, sau đó hàng hóa sẽ được vận chuyển ra ngoài nhờ hệ thống vận chuyển.

1.1.2 Cấu trúc của hệ thống

Hệ thống lưu kho tự động tùy theo yêu cầu công nghệ của mỗi nhà kho nên sẽ có cấu trúc khác nhau Các kiểu nhà kho hiện nay có thể kể đến như:

 Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng

Loại kho này thiết kế cho các loại hàng cùng hàng tải trọng (unit load), hoặc cùng hạng kích cỡ, ví dụ đựng trong các thùng hàng chuẩn hóa, hoặc cùng kiểu bốc xếp Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng cùng loại bộ phận công gắp của Robot S/R có thể thiết kế chuyên dụng, ví dụ cùng cơ cấu kẹp cơ khí hoặc bàn kẹp chân không, bàn kẹp từ tính Đồng thời kết cấu cũng được tính toán cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ Hệ thống lưu kho tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ thống băng chuyền và thường được sử dụng trong kho hàng các xí nghiệp, trong các kho chứa ôtô

Hình 1 2 Uniload AS/RS

 Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ

Là hệ thống Mini Load AS/RS sử dụng cho trường hợp các kiện hàng trọng tải nhỏ đến vừa Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở không có không gian rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ và thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo Các xí nghiệp, các cơ sở dịch vụ thường sử dụng các loại hệ thống kho này.

Hình 1 3 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini Load AS/RS

 Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành (Man-on-boaed AS/RS):

Là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một số công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp và nhặt hàng Hệ thống này phù hợp với những loại mặt hàng dạng các chi tiết máy Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ Nhưng có thể phù hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ.

Hình 1 4 Kho bán tự động

1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho

Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động gồm nhiều hành lang, dọc theo mỗi hành lang có một Robot vận chuyểnh hàng hoá tự động Hai bên hành lang là các khoang chứa hàng hoá Đầu mỗi hàng lang là trạm nhập xuất hàng hóa Các trạm này liên hệ với nhau theo hệ thống băng chuyền.

Hình 1 5 Cấu trúc cơ bản của hệ thống lưu kho

 Hệ thống vận chuyển

Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng và phong phú, tùy theo yêu cầu, về hàng hóa, hình thức xuất nhập Có những phương thức vận chuyển hàng hoá trong kho tương ứng Hiện nay, hệ thống vận chuyển trong kho tự động ở các nước đã có áp dụng như: băng truyền, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ, tay nâng

Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tự động của các xưởng, siêu thị, các công ty dược Băng tải ở những môi trường này có nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi trả hàng cho khách Băng tải có nhiều loại, mỗi loại được dùng để tải một loại vật liệu khác nhau.

Hình 1 6 Hệ thống vận chuyển

 Hệ thống xuất nhập

Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác nhau có thể kể đến như dùng nhân công, thẻ từ, tích kê, QR code, mã vạch, máy tính, camera

Trong đó phạm vi của đề tài sử dụng phương pháp xuất nhập bằng mã QRcode để phân loại sản phẩm và giám sát và theo những nguồn tài liệu thu thập thì:

QR Code là viết tắt của Quick Response Code (tạm dịch "mã phản hồi nhanh") hay còn gọi là mã vạch ma trận (matrix-barcode) là dạng mã vạch hai chiều (2D) có thể được đọc bởi một máy đọc mã vạch hay điện thoại thông minh có chức năng chụp ảnh (camera) với ứng dụng chuyên biệt để quét mã vạch.

QR Code (mã QR) tạo ra bởi Denso Wave (công ty con của Toyota) vào năm 1994, có hình dạng bao gồm các điểm đen và ô vuông nằm trong ô vuông mẫu trên

nền trắng QR Code có thể đọc nhanh hơn, tiết kiệm thời gian và không gian so với các loại mã vạch truyền thống.

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

Điểm khác nhau giữa mã QR và mã vạch truyền thống là dữ liệu chúng nắm giữ hay chia sẻ Các mã vạch truyền thống có các đường vạch thẳng dài một chiều và chỉ có thể lưu giữ 20 số chữ số, trong khi các mã QR hai chiều có thể lưu giữ thông tin hàng ngàn ký tự chữ và số Mã QR nắm giữ nhiều thông tin hơn và tính chất dễ dùng sẽ giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp nhỏ.

- Một vài ưu điểm vượt trội của mã QR so với mã vạch truyền thống

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

 QR Code có thể được thiết kế nhiều phong cách màu sắc khác nhau, gắn được logo, giúp khách hàng nhận biết thương hiệu dễ dàng hơn.

 Lượng thông tin có thể 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 thể tạo 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 trên mã QR Code dù đã in và phân phối hoàn toàn có thể thay đổi được bất kỳ lúc nào tùy theo từng mục đích, chiến dịch truyền thông của doanh nghiệp.

 Công nghệ đọc mã QR ứng dụng trong nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng khi nhập vào kho sẽ được dán nhãn mã QR, tương ứng với một loại hàng trong kho (hàng phân theo tầng) Khi hàng tới băng tải sẽ được camera quét, mã QR sẽ được lưu lại và được xử lý bằng máy tính, truyền qua PLC điều khiển tay nâng để đưa hàng đến đúng tầng của nó.[ CITATION QRC21 \l 1033 ]

Hình 1 7 Hình ảnh giữa mã vạch truyền thống với mã QR Code

 Hệ thống lưu trữ

Hệ thống lưu trữ là một phần không thể thiếu trong kho hàng tự động Đây là nơi để thực hiện nhiệm vụ lữu trữ và quản lý trong kho hàng Có nhiều hình thức xây dựng lên một hệ thống lưu trữ thông qua các phần mềm quản lý khác nhau Các phần mềm quản lý kho được dùng phổ biến hiện nay như phần mềm quản lý kho Dms coldstorage, Smartlog, KiotViet

 Hệ thống điều khiển

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

Hệ thống điện điều khiển đóng vai trò nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển hoạt động của các cơ cấu chấp hành giúp vận hành kho hàng một cách tự động và chính xác.

 Hệ thống chấp hành

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

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC PLC S7-1200 PHẦNMỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL V15

2.1 Bộ điều khiển PLC

2.1.1 Giới thiệu chung

Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian hay các sự kiện được đếm.[ CITATION DAT18 \l 1033 ]

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF từ thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình vòng lặp do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển sử dụng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm mang lại lợi ích như:

 Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu  Gọn nhẹ, dể dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.

 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp  Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính và các môi

S7 – 200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224… S7 – 300: CPU 313, CPU 314, CPU 315…

S7 – 400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416… S7 – 1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C…

 Instruction List (IL): dạng hợp ngữ.

 Structured Text (ST): giống Pascal Các ngôn ngữ đồ họa:  Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le.

 Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.

 Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.

2.2 PLC S7-1200

2.2.1 Cấu trúc

S7 – 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và có một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7 – 1200.

S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn và các đầu vào vào/ra (DI/DO).

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU và chương trình

S7 – 1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7 – 1200 là Step 7 Basic Step 7 basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.[3]

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau :

Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes

Retentive 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes

Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes

Tính năngCPU 1211CCPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C

 Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi download xuống  Work memory là bộ nhớ khi làm việc.

 System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây.

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại.

Toán hạng n: Q, M, L, D.

Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại.

Toán hạng n: Q, M, L, D.

Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ.

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.

Toán hạng n: Q, M, L, D.

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.

Toán hạng n: Q, M, L, D.

2.2.3.2 Timer và Counter

Bảng 2 5 Tập lệnh Timer và Counter

Timer trễ không nhớ – TON

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì.

Counter đếm lên – CTU.

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV >= PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.

2.2.3.3 Lệnh toán học

Bảng 2 6 Tập lệnh toán học

Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1<= IN2, IN1< IN2, IN1> IN2, IN1<> IN2.

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE( tác động mức cao) và ngược lại Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real,

Lreal, String, Time, DTL, Constant Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2.

Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant.

Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal.

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh này:

Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu.

Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN.

ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN

+ Ngõ vào ra: 10 In/ 8 OUT + Ngõ vào Analog : 2AI

+ Truyền thông : PROFINET IO, PROFIBUS, AS-Interface, Ethernet + Ngôn ngữ lập trình : LAD, FBD, SCL

2.4 Giới thiệu về SCADA

2.4.1 Khái niệm

Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) đóng vai trò là một hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, nhằm hỗ trợ con người trong việc quản lý và điều khiển từ xa các quy trình Hệ thống SCADA thu thập dữ liệu từ nhiều trạm giám sát và các điểm kiểm soát khác nhau, kiểm soát các quy trình công nghiệp cả tại chỗ và từ xa Nó thực hiện việc theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu trong thời gian thực Đồng thời, nó tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ, và nhiều thiết bị khác thông qua phần mềm giao diện người - máy (HMI).

Ghi lại sự kiện vào tệp nhật ký [ CITATION MES191 \l 1033 ]

2.4.2 Cấu trúc hệ thống Scada

 Mọi hệ thống Scada đều có 3 mức thành phần chính:

- Cấp cơ cấu chấp hành

+ Tích hợp cảm biến và các thiết bị đo lường khác, bộ chuyển đổi tín hiệu đo, bộ truyền đo lường và cơ cấu chấp hành như động cơ, bộ biến tần, van và bộ điều khiển van.

+ Chức năng: Thiết bị đảm nhận nhiệm vụ đo thông số và điều khiển trực tiếp.

- Cấp điều khiển

+ Bao gồm thiết bị trạm điều khiển từ xa RTU (Remote Terminal Unit) và thiết bị điều khiển logic PLC + HMI.

+ Chức năng: Nhận tín hiệu của thiết bị đo và lệnh từ trung tâm điều khiển, thự hiện điều khiển trực tiếp cơ cấu chấp hành.

- Cấp giám sát và thu thập dữ liệu

+ Bao gồm hệ thống máy chủ và hiển thị giao diện HMI.

+ Chức năng: Giám sát hoạt động tổng thể của hệ thống, gửi lệnh điều khiển trực tiếp đến lớp điều khiển, thu thập dữ liệu hệ thống.

- Cấu trúc hệ thống Scada cơ bản bắt đầu với bộ điều khiển logic PLC hoặc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) PLC và RTU giao tiếp với các đối tượng khác nhau (như máy móc trong nhà máy, HMI, cảm biến và thiết bị đầu cuối) Sau đó sử dụng phần mềm Scada để định tuyến thông tin từ các đối tượng này đến máy tính, giúp quá lý giảm sát một cách hiệu quả.

Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc Scada

2.5 Phần mềm TIA-Portal V15

2.5.1 Giới thiệu SIMATIC 7 Basic

Step 7 Basic là một hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, chuẩn đoán, lập trình và nhiều hơn nữa Trực quan dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động.[ CITATION TPN16 \l 1033 ]

2.5.2 Các bước tạo một project

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V15

Hình 2 3 Biểu tượng phần mềm TIA-Portal V15

Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án

Hình 2 4 Create new project

Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau đó nhấn “Creat

Hình 2 5 Nhập tên cho dự án mới

Bước 4: Chọn “configure a device”.

Hình 2 6 Configure a device

Bước 5: Chọn “add new device”.

Hình 2 7 Add new device.

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”.

Hình 2 8 Chọn loại CPU

Bước 7: Project mới được hiện ra.

Hình 2 9 Một project mới hiện ra

2.6 WinCC

2.6.1 Tổng quan về Wincc

WinCC (Windows Control Center) đây là chương trình ứng dụng dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển tự động quá trình sản xuất Theo nghĩa hẹp, WinCC là một chương trình HMI (Human Machine Interface) chuyên dụng, được thiết kế để hỗ trợ việc tạo giao diện người – máy WinCC cho phép người sử dụng dễ dàng tạo ra các giao diện điều khiển, giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa Phần mềm WinCC được tích hợp trong TIA Portal giúp ta dễ dàng trao đổi dữ liệu trực tiếp với PLC.

2.6.2 Làm việc với Wincc

Trong màn hình giao diện của TIA Portal ta nhấn “Add new device”.

Hình 2 10 Khởi tạo Wincc

Xuất hiện cửa sổ, ta chọn “PC systerms” “SIMATIC HMI application” “ WinCC RT Professional”.

Hình 2 11 Chọn Wincc

Kết nối WinCC với PLC: Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện thiết bị

(Devica view), chúng ta cần chọn mạng giao tiếp truyền thông của thiết bị: Nhấn “Comunications module” “PROFINET/Ethernet” “IE general”.

Hình 2 12 Chọn mạng giao tiếp truyền thông

Tiếp theo, nhấn “Network view” “Connections” , và Kéo thả chuột từ module PLC sang module WinCC để kết nối.

Hình 2 13 Kết nối với Wincc với PLC

Tạo giao diện giám sát, điều khiển trên WinCC: Nhấn “PC-System_1” và “HMI_RT_1” và “Add new creen” Màn hình giao diện chính xuất hiện.

Hình 2 14 Giao diện chính của Wincc