hệ thống lưu kho tự động và quản lý bằng mã qr

TÓM TẮT Đề tài Hệ thống lưu kho tự động và quản lý bằng mã QR với yêu cầu thiết kế một hệ thống kho hàng tự động với việc sử dụng máy quét mã QR để phân loại sản phẩm đưa vào kho, điều

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2023 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ DỘNG HÓA

HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN LÝ BẰNG MÃ QR

GVHD: ThS NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: VŨ THANH BÌNH

S K L 0 1 2 3 6 2

NGUYỄN NGỌC HUY

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

MSSV: 19151036 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy MSSV: 19151237

Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2023

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN

LÝ BẰNG MÃ QR

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

-⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN

LÝ BẰNG MÃ QR

GVHD: ThS Nguyễn Tấn Đời SVTH: Vũ Thanh Bình

MSSV: 19151036 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy MSSV: 19151237

Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2023

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên 1: Vũ Thanh Bình MSSV: 19151036 Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Ngọc Huy MSSV: 19151237 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2019 Lớp: 191513 I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN LÝ BẰNG MÃ QR II NHIỆM VỤ 1 Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Đời Họ và tên Sinh viên: Vũ Thanh Bình MSSV: 19151036

Nguyễn Ngọc Huy MSSV: 19151237 Ngành: Kỹ thuật Điều khiển và tự động hóa

Tên đề tài: HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN

LÝ BẰNG MÃ QR NHẬN XÉT

Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm:

Khuyết điểm:

Đề nghị cho bảo vệ hay không?

Đánh giá loại:

1 Điểm: (Bằng chữ )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: CNKT Điều khiển và tự động hóa

BẢNG NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

1 Tiêu chí và điểm đánh giá

Criteria

đánh giá Very

Poor Poor Adequate Very Good Ideal Mục 1:

Mức độ thời sự của đề tài, độ khó của đề tài

Quá dễ thực hiện

Thực hiện được nhưng thực tế không cần

Vấn đề vừa sức/Cần phải dành thời gian nghiên cứu

Vấn đề khó/Cần nhiều kiến thức tổng hợp đã học

Vấn đề rất khó/Cần nhiều kiến thức tổng hợp đã học

Mục 2: Tính ứng dụng của đề tài vào thực tiễn

Không có ứng dụng

Thỉnh thoảng có ứng dụng Có ứng dụng Thực tế bên ngoài đang cần

Thực tế bên ngoài đang rất cần và cấp thiết

Mục 3: Tính đúng đắn của đề tài, phương pháp nghiên cứu hợp lý

Không hợp lý

Có phương pháp nghiên cứu, nhưng chưa rõ ràng

Có phương pháp nghiên cứu, định hướng đúng

Phương pháp nghiên cứu rõ ràng, định hướng đúng

Phương pháp nghiên cứu rõ ràng, khoa học, phù hợp với đề tài, sáng tạo

Mục 4: Giải pháp & công nghệ, thi công/mô phỏng

Không có

Giải pháp sơ sài

Giải pháp rõ ràng, có thi công mô hình/mô phỏng

Giải pháp rõ ràng, có quy trình thực hiện thi công/mô phỏng vận hành được

Giải pháp rõ ràng, có quy trình thực hiện thi công/mô phỏng vận hành được, kết quả mô phỏng/vận hành tốt, sáng tạo

Mục 5: Xem đĩa CD trình bày báo cáo nội dung LV

Nội dung không phù hợp với mục tiêu

Báo cáo đơn giản, chưa đầy đủ cấu trúc, nội dung như đã đề ra

Có đủ cấu trúc, nội dung

Có đầy đủ cấu trúc nội dung, trình bày hợp lý, khoa học

Có đầy đủ cấu trúc nội dung, trình bày hợp lý, khoa học, logic, rõ ràng, dễ hiểu, đúng quy định về trình bày luận văn, không có lỗi chính tả, sáng tạo

Điểm tổng kết (quy đổi về thang 10)

2 Các vấn đề cần làm rõ

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o

GVHD

21/8 - 27/8/2023

Ý tưởng và chọn đề tài " phân loại và lưu kho tự động "

28/8 - 3/9/2023

Viết timeline và tìm hướng đi cho đề tài: PLC S7 1200, Webserver, xử lí ảnh…

4/9 - 10/9/2023

Phác thảo mô hình phần cứng trên solidworks, vẽ layout tủ điện, lên danh sách vật tư cần để thực hiện đề tài

11/9 - 24/9/2023

Thi công phần cứng mô hình và tủ điện 25/9 -

1/10/2023

Thiết kế chương trình xử lí ảnh 2/10 -

26/11/2023

Lắp ráp hoàn thiện phần cứng và phần mềm, chạy demo chương trình

27/11 - 3/12/2023

Tìm giải pháp nâng cao và tối ưu cho đề tài( nếu được)

4/12 - 19/12/2023

Hoàn thành đề tài

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o

Tp HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2023

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đề tài HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG VÀ QUẢN LÝ BẰNG MÃ QR trong đồ án tốt nghiệp của chúng em được tiến hành một cách công khai và minh bạch, dựa trên sự cố gắng và nỗ lực của bản thân cũng như sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của đơn vị chủ quản Các số liệu nghiên cứu nêu trong đồ án đảm bảo tính trung thực, không sao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ công trình nào đã được công bố trước đây Nếu phát hiện có sự sao chép, bản thân tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và kỷ luật từ phía nhà trường

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Ngọc Huy Vũ Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, đầu tiên cho phép thực hiện gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường, để giúp các thành viên nhóm có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và có nền tảng kiến thức chuyên môn vững chắc sau khi tốt nghiệp, tự tin tìm việc sau khi ra trường

Đặc biệt chúng em xin được trân trọng cảm ơn ThS.Nguyễn Tấn Đời, thầy đã luôn tận tình giúp đỡ, chỉ đạo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm thực hiện trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đồ án

Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, mô hình sản phẩm này chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm thực hiện rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để đề tài của nhóm được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Ngọc Huy Vũ Thanh Bình

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

BẢNG NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI CAM ĐOAN v

LỜI CẢM ƠN vi

MỤC LỤC vii

LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix

LIỆT KÊ BẢNG xi

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO 3

2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO 3

2.1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG LƯU KHO 4

2.1.3 HỆ THỐNG LƯU KHO VÀ TRUY XUẤT TỰ ĐỘNG (AS/RS) 5

2.5 QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU 10

2.6 ĐỘNG CƠ BƯỚC 11

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 15

3.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG 15

3.1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 15

3.1.2 THIẾT KẾ BỘ KHUNG 15

3.2 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 17

3.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 17

3.2.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 17

3.2.2.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 17

3.2.2.2 KHỐI NGUỒN 19

3.2.2.3 ĐỘNG CƠ BƯỚC 19

3.2.2.4 DRIVER ĐỘNG CƠ 20

3.2.2.5 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC DC 21

3.2.2.6 THIẾT BỊ KHÁC 22

3.3 SƠ ĐỒ NỐI DÂY 24

3.3.1 MẠCH NỐI DÂY PLC 24

3.3.2 THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN 26

3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 27

3.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT QUY TRÌNH NHẬP KHO 27

3.4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT QUY TRÌNH XUẤT KHO 27

3.4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT WEBSERVER 28

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 34

4.1 THI CÔNG MÔ HÌNH 34

4.2 THI CÔNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN 37

4.3 THI CÔNG GIAO DIỆN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QR CODE 43

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 45

5.1 KẾT QUẢ THI CÔNG CƠ KHÍ 45

5.2 KẾT QUẢ THI CÔNG PHẦN ĐIỆN 47

5.3 KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 48

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53

6.1 KẾT LUẬN 53

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC xiii

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình 2 1 Kho lưu trữ truyền thống 3

Hình 2 2 Sơ đồ nối dây động cơ bước điều khiển bằng PLC 8

Hình 2 3 Cấu trúc của một mã QR 9

Hình 2 4 WebServer 10

Hình 2 5 Sự tương tác trình duyệt, server và cơ sở dữ liệu 11

Hình 2 6 Động cơ bước đơn cực 12

Hình 2 7 Động cơ bước lưỡng cực 13

Hình 2 8 Sơ đồ điều khiển động cơ bước 13

Hình 3 1 Mô hình hệ thống trên SOLIDWORKS 16

Hình 3 2 Mô hình hệ thống trên SOLIDWORKS 16

Hình 3 11 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30P1 22

Hình 3 12 Cảm biến quang chữ U EE-SX671R 22

Hình 3 13 Relay trung gian LY2N 23

Hình 3 14 Sơ đồ đấu nối nguồn 24

Hình 3 15 Bản vẽ sơ đồ đấu nối PLC 25

Hình 3 16 Bản vẽ bố trí thiết bị trên cửa 26

Hình 3 17 Bản vẽ bố trí thiết bị trên panel 26

Hình 3 18 Lưu đồ giải thuật quy trình nhập kho 27

Hình 3 19 Lưu đồ giải thuật quy trình xuất kho 28

Hình 3 20 Lưu đồ truy cập web 29

Hình 3 21 Lưu đồ giải thuật cho giao diện xử lý ảnh 30

Hinh 4 3 Khoan lỗ bắt ốc cho ô kho 35

Hinh 4 4 Cơ cấu truyền động trục X 35

Hinh 4 5 Cơ cấu truyền động trục Y 36

Hinh 4 6 Cơ cấu truyền động trục Z 36

Hinh 4 7 Hệ thống 2 băng tải 37

Hinh 4 8 Header trang web 37

Hinh 4 9 Footer trang web 37

Hinh 4 10 Giao diện giới thiệu hệ thống 38

Hinh 4 11 Giao diện điều khiển, giám sát hệ thống 38

Hinh 4 12 Màn hình giám sát ô kho 39

Hinh 4 13 Giám sát hoạt động hệ thống 39

Hinh 4 14 Bảng điều khiển khi nhập kho bán tự động 40

Hinh 4 15 Bảng điều khiển khi xuất kho bán tự động 41

Hinh 4 16 Bảng điều khiển khi xuất kho tự động 41

Hinh 4 17 Cảnh báo mã QR không đúng 42

Hinh 4 18 Màn hình báo cáo sản xuất 42

Hinh 4 19 Mẫu file báo cáo Excel 43

Hinh 4 20 Giao diện xác thực người truy cập 43

Hinh 4 21 Giao diện phần mềm phân loại sản phẩm IPSHala 44

Hình 5 1 Mô hình hoàn thiện 45

Hình 5 2 Cơ Cấu chấp hành hoàn thiện 46

Hình 5 3 Quy trình nhập kho tự động 46

Hình 5 4 Robot mang hàng ra băng tải xuất sau khi lấy hàng thành công 47

Hình 5 5 Robot chuyển hàng vào kho 47

Hình 5 6 Tủ điện hoàn thiện 48

Hình 5 7 Các bước vận hành quy trình nhập kho tự động 49

Hình 5 8 Quan sát quy trình nhập kho qua giao diện WebServer 49

Hình 5 9 Quy trình nhập kho bán tự động 49

Hình 5 10 Quy trình nhập kho bán tự động 50

Hình 5 11 Quy trình xuất kho bán tự động 50

Hình 5 12 Quy trình xuất kho bán tự động 50

Hình 5 13 Quy trình xuất kho tự động 51

Hình 5 14 Quy trình xuất kho tự động 51

LIỆT KÊ BẢNG

TÓM TẮT

Đề tài Hệ thống lưu kho tự động và quản lý bằng mã QR với yêu cầu thiết kế một hệ thống kho hàng tự động với việc sử dụng máy quét mã QR để phân loại sản phẩm đưa vào kho, điều khiển hệ thống bằng PLC và thao tác vận hành quản lý hệ thống trên Web server

Với mục đích hiện thực hoá ý tưởng trên, nhóm thực hiện đã bắt tay vào nghiên cứu, tìm hiểu các mô hình lưu kho, các hệ thống kho bãi trong thực tế Nhóm đã tiến hành lên ý tưởng và thiết kế nên hệ thống lưu kho tự động gồm: hệ thống băng tải vận chuyển hàng xuất - nhập kho, hệ thống camera thu hình ảnh mã QR và xử lý ảnh thu được bằng máy tính, hệ thống Robot tịnh tiến vận chuyển hàng từ băng tải vào kho và từ kho ra băng tải Hệ thống được điều khiển bằng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 kết hợp với xử lý ảnh và phân loại thông qua cam khi đưa vào kho và được giám sát điều khiển thông qua WebServer

Với các thành phần trên, hệ thống lưu kho của nhóm đã đáp ứng được các yêu cầu đề ra của một mô hình lưu kho và phân loại sản phẩm cơ bản Hệ thống được vận hành liên tục và tự động nhờ có hệ thống cấp phôi tự động lên băng tải 1 và được đưa đến cuối băng tải và để cho Robot mang hàng đến các vị trí khác nhau trong kho hoặc mang hàng từ trong kho và đặt lên băng tải 2 mang ra ngoài Tất cả quy trình vận hành của hệ thống có thể được giám sát và điều khiển bởi người vận hành từ xa bằng Web sever Với những tính năng kể trên có thể thấy mô hình này hoàn toàn có thể được ứng dụng trong thực tế, đóng góp quan trọng vào quá trình sản xuất và mang nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai

Trong báo cáo của đề tài lưu kho này có 4 phần chính, đề cập chủ yếu đến tổng quan về mô hình lưu kho tự động, làm rõ cơ sở lý thuyết và nguyên lý thực hiện của đề tài, các bước lên ý tưởng thiết kế, thi công mô hình và lập trình trên phần mềm, cuối cùng sẽ đưa ra kết luận và đề xuất một vài hướng phát triển khả thi trong tương lai

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp ý kiến từ phía quý thầy cô để nhóm bổ sung và cải tiến, đồng thời trau dồi thêm kiến thức

Trên đây cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Đời – giảng viên hướng dẫn của nhóm đã góp phần không nhỏ để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài Hệ thống lưu kho tự động và quản lý bằng mã QR sử dụng PLC Siemens S7 - 1200 Đồng thời cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ cả về mặt vật chất lẫn tinh thần, tạo động lực mạnh mẽ để nhóm có thể hoàn thành tốt những nội dung có trong đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong xã hội hiện đại ngày nay, công nghệ đã trở thành thứ không thể thiếu trong cuộc sống của con người Công nghệ phục vụ, hỗ trợ con người trong nhiều lĩnh vực trong đời sống từ sinh hoạt cho đến sản xuất Với bộ não ưu việt hơn các loài khác, con người đi lên từ xã hội nguyên thuỷ với công cụ thô sơ, trải qua nhiều thời kỳ phát triển và đi qua các cuộc cách mạng về khoa học, kỹ thuật để đưa công nghệ tiếp cận gần hơn và trở nên phổ biến trong xã hội loài người Có thể nói, công nghệ là một thành tựu lớn của nhân loại

Với những tác động to lớn đó, công nghệ dần được ứng dụng chuyên sâu vào các lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp Nhờ đó, các mô hình hệ thống kho lưu trữ cũng được ứng dụng công nghệ tự động và cho ra đời hệ thống lưu kho tự động Hệ thống lưu kho và truy xuất tự động (Automated Storage and Retrieval Systems) hay còn được hiểu là kệ kho chứa hàng AS/RS bao gồm 1 hệ thống khung giàn (Racking) kết hợp với 1 hệ thống máy trục (Crane) tự động để nhập xuất hàng Hệ thống này sẽ bao gồm phần cứng và phần mềm Trong phần cứng sẽ bao gồm các hệ thống giá kệ cố định, các cơ cấu lấy cất hàng và các băng tải giữ nhiệm vụ vận chuyển hàng vào/ra các cửa nhập/xuất của kho Trong khi đó phần mềm sẽ giữ vai trò điều khiển giám sát và quản lý dữ liệu hàng hoá

Hệ thống lưu kho và truy xuất tự động (AS/RS) là một hệ thống nhập xuất hàng hoá tự động, gồm có 2 phần chính: phần mềm và phần cứng

- Phần mềm: bao gồm có phần mềm quản lý các Robot nhập xuất hàng (Crane Control Software) và phần mềm quản lý phân loại hàng hóa (Warehouse Management Software)

- Phần cứng: gồm các hệ thống giá kệ cố định (Static Racking), các robot lấy cất hàng (Crane Control Software) và hệ thống các băng tải vận chuyển hàng (Conveyors)

1.2 MỤC TIÊU

- Ứng dụng PLC vào thực tế - Điều khiển cho một hệ thống giám sát - Tạo ra hệ thống sát với thực tế, hoạt động ổn định dựa trên những yêu cầu thực tế của hệ thống

- Hệ thống phân loại sản phẩm bằng camera với mức sai số là tối thiểu - Thông tin về lỗi sẽ được hiển thị khi có lỗi xảy ra với hệ thống - Giám sát và vận hành ở hệ thống trên Webserver

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong đề tài đồ án này, nhóm em sẽ tìm hiểu, tính toán cũng như thiết kế cho hệ thống kho hàng ngoài thực tế Sau khi có được thiết kế, chúng em tiến hành lắp đặt

và lập trình điều khiển cho mô hình Hệ thống lưu kho tự động cũng sẽ bao gồm những thành phần chính như hệ thống thật như là: băng tải, Robot vận chuyển hàng, kho hàng, camera quét mã QR phân loại sản phẩm đặt trên pallet mô hình Hệ thống sẽ được điều khiển bằng PLC kết hợp với giao diện WebServer và xử lý ảnh

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính toán thiết kế Chương 4: Thi công hệ thống Chương 5: Kết quả thực hiện Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO 2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO

Hệ thống lưu kho truyền thống là hệ thống sử dụng lao động thủ công để thực hiện các nhiệm vụ như nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa Hệ thống này thường được áp dụng trong các doanh nghiệp có quy mô nhỏ, lưu trữ lượng hàng hóa ít và không có nhu cầu về hiệu quả và độ chính xác cao Hệ thống lưu kho truyền thống có một số nhược điểm: hiệu quả thấp, tính chính xác thấp, an toàn lao động thấp…

Hình 2 1 Kho lưu trữ truyền thống

Đại dịch Covid-19 bùng phát khiến nhu cầu về lưu trữ hàng hóa trong thương mại điện tử ngày càng tăng cao Điều này đã khiến các kho hàng gặp khó khăn hơn trong việc đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng về tiến độ giao hàng

Để vượt qua những thách thức này, nhiều công ty trên thế giới đã ứng dụng công nghệ tự động vào quản lý kho hàng nhằm quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có hệ thống và tính linh hoạt cao - từ đó nâng cao hiệu quả làm việc và giảm giá thành hoạt động

Sự ra đời của hệ thống lưu kho và truy xuất tự động như một bước cải tiến lớn so với những mô hình lưu kho truyền thống khi nó đã giải quyết được những nhược điểm cố hữu của những mô hình truyền thống về trang thiết bị và phương pháp thực hiện Đối với nhà kho truyền thống, cần nhiều nhân công phụ trách công việc phân loại, sắp xếp và di chuyển hàng hoá trong kho Không chỉ vậy, việc quản lý lượng hàng hoá trong kho cũng được thực hiện thủ công mà không có phần mềm quản lý nên việc phát sinh nên những sai sót trong quá trình xuất nhập và kiểm tra là điều không thể tránh khỏi Bên cạnh đó, việc sử dụng sức người cho việc vận chuyển hàng hoá có khối lượng lớn bằng máy nâng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động

Có thể thấy, việc ứng dụng tự động hoá vào mô hình này là cần thiết và giảm thiểu những rủi ro xảy đến với các doanh nghiệp

Theo Mordor Intelligence: “Thị trường kho hàng tự động (AS/RS) được định giá 3809,9 triệu USD vào năm 2020 và dự kiến đạt 5864,6 triệu USD vào năm 2026, với tốc độ CAGR (tỉ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 9,01% trong giai đoạn dự báo 2021 – 2026” Cũng theo đó, Bắc Mỹ là một trong những thị trường lớn nhất về hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (ASRS) trên toàn cầu, dẫn đầu là Hoa Kỳ Là nguồn cung cấp lớn nhu cầu cho các giải pháp ASRS, phụ thuộc vào nền kinh tế thống trị của Hoa Kỳ, chiếm 82% sản lượng kinh tế của khu vực

Tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương nhìn chung cũng có sự chuyển biến đáng kể Bằng cách áp dụng tự động hóa trong sản xuất, Trung Quốc dự kiến sẽ cắt giảm 30% chi phí sản xuất vào năm 2025 Hơn nữa, các công ty khởi nghiệp, chẳng hạn như Syrius Robotics, có trụ sở tại Thâm Quyến, đang xây dựng các robot di động tự động để tích hợp chúng vào hai kho mô hình của JD Logistics để thử nghiệm và tối ưu hóa thêm cho các chuyến giao hàng chặng cuối Hệ thống AMH (Automated Material Handling) dự kiến sẽ đáp ứng nhu cầu từ các ngành công nghiệp sản xuất, với việc tăng sản lượng, kho hàng và trung tâm phân phối Bất kỳ phân khúc nào bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp bởi nhu cầu tăng đột biến trên thị trường thương mại điện tử và bán lẻ dự kiến sẽ làm tăng nhu cầu về AMH trong nước Tự động hóa trong các lĩnh vực khác đang làm tăng năng suất

2.1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG LƯU KHO

Từ hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động đền rô bốt di động tự động, dưới đây là tám loại giải pháp kho hàng mà bạn có thể sử dụng để đẩy nhanh quá trình hoàn thành đơn hàng của mình để giảm bớt các công việc thủ công:

+ Hàng hóa giao tiếp với người (G2P): hàng hóa được chuyển trực tiếp đến người vận hành kho thông qua việc sử dụng băng chuyền, mô-đun thang máy thẳng đứng hoặc băng tải

+ Hệ thống lưu kho và truy xuất tự động (AS/RS): Hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (AS / RS) được hỗ trợ bởi máy tính và robot, được sử dụng trong các nhà kho để lưu trữ các mặt hàng trong một khu vực cụ thể và lấy chúng khi cần thiết

+ Robot di động tự động (AMR): là những robot tinh vi sử dụng trí thông minh nhân tạo và cảm biển để điều hướng đường đi trong kho một cách độc lập

+ Xe tự hành (AGV): AGV được sử dụng nhưng không giống như AMR, chúng yêu cầu sự hướng dẫn của các nhà khai thác kho hàng và dựa vào dây điện, các điểm đánh dấu phản chiếu để hoạt động

+ Hệ thống lấy sáng: Hệ thống lấy hàng bằng ánh sáng là một loại công nghệ thực hiện đơn hàng sử dụng đèn LED màu để hướng dẫn người vận hành trong quá trình chọn và phân loại

+ Hệ thống chiếu sáng: Hệ thống Put-to-Light là "chọn ngược sáng " Họ hướng dẫn người vận hành trong giai đoạn bổ sung Đèn hướng người vận hành đến vị trí chính xác để sắp xếp, hoặc "đặt" các mục vào

+ Chọn và tác vụ bằng giọng nói: Chọn bằng giọng nói hoặc giọng nói sử dụng tai nghe di động và nhận dạng giọng nói để hướng những người chọn kho đến vị trí họ nên đến và giải thích họ nên chọn sản phẩm nào

+ Hệ thống phân loại tự động: Phân loại là quá trình xác định hàng hóa trên hệ thống băng tải và chuyển hướng chúng đến các vị trí kho được chỉ định bằng máy quét mã vạch, nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) và cảm biến

2.1.3 HỆ THỐNG LƯU KHO VÀ TRUY XUẤT TỰ ĐỘNG (AS/RS)

Hệ thống AS/RS được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất, thương mại, dịch vụ, Đặc biệt, hệ thống này rất phù hợp với các doanh nghiệp có quy mô lớn, lưu trữ lượng hàng hóa lớn và có nhu cầu về hiệu quả và độ chính xác cao

Giải pháp AS/RS những ưu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như:

+ Tiêu hao ít hơn so với các giải pháp khác so với cùng dung tích kho, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư

+ Tốc độ nhập xuất hàng cao + Công nghệ cho phép sử dụng một Robot duy nhất cho mỗi kho hàng, chuyển giao sang các kho hàng khác tương tự, giúp tiết kiệm được thời gian chi phí đầu tư và hiệu quả

+ Hạn chế làm trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ

+ Quản lý chuyên nghiệp, hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp công nghệ thị giác máy tính quản lý thông qua mã vạch, mã QR giúp giảm chi phí quản lý và nhân công, giúp tăng tính chính xác và đảm bảo an toàn lao động, dễ dàng đạt được tiêu chuẩn ISO tạo lợi thế cạnh tranh

Sản phẩm từ công đoạn đóng gói (chia theo hệ thống thành các thành phần lớn đối với sản phẩm nhỏ, nếu sản phẩm lớn được bảo quản trực tiếp) được đưa đến công trường thông qua các băng chuyền Tại vị trí lưu trữ, hệ thống cơ khí lấy các gói hoặc sản phẩm này Lần lượt sắp xếp các thứ này vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu dữ liệu của hàng vừa lưu vào máy tính, việc xuất cũng rất giống nhưng ngược lại

Ứng dụng của hệ thống lưu kho và truy xuất tự động AS/RS: Kho lưu trữ phụ tùng ô tô và điện tử, Bảo quản hóa chất và dược phẩm, Bảo quản các thực phẩm đóng gói, chai tiêu dùng

2.2 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 2.2.1 S7-1200

Để vận hành hệ thống lưu kho ứng dụng trong công nghiệp thì việc lựa chọn bộ điều khiển phù hợp rất quan trọng, phải đảm bảo hệ thống hoạt động tốt không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường xung quanh, môi trường khắc nghiệt trong nhà xưởng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều bộ điều khiển có thể lập trình được như Arduino, Esp8266, Raspberry pi, …Nhưng PLC là lựa chọn phù hợp nhất, nó có các thành phần lọc nhiễu tốt giúp hệ thống hoạt động ổn định và lâu dài trong nhà máy, công xưởng so với các mạch vi xử lý, vi điều khiển khác PLC còn hỗ trợ rất nhiều chuẩn truyền thông ở nhiều khoảng cách khác nhau để dễ dàng giao tiếp với các module điều khiển khác, được thiết kế phù hợp với mức tín hiệu của các cảm biến, bộ điều khiển thông dụng trên thị trường

Thông qua quá trình tìm hiểu, nhóm quyết định chọn PLC Siemens vì sự thông dụng, phổ biến, dễ tiếp cận, đầy đủ tính năng, giá cả phù hợp

Bảng 1 Các dòng sản phẩm của SIEMENS

Dòng sản phẩm Đặc điểm PLC LOGO Siemens Là dòng PLC gọn nhẹ, bền đẹp, sử dụng

cho các hệ thống vừa và nhỏ (ATS, nhà thông minh) Phần mềm và ngôn ngữ lập trình đơn giản, giá thành hợp lí

PLC Siemens S7-200 Là dòng PLC cở nhỏ nhưng vẫn đủ khả

năng cho nhiều ứng dụng khác nhau Có khả năng mở rộng qua các module Input, Output, truyền thông, …

PLC Siemens S7-1200 PLC 1200 là dòng PLC thay thế

S7-200, thuộc dòng PLC nhỏ, được dùng cho máy móc, dây chuyền nhỏ hoặc các hệ thống nhỏ, được trang bị các chức năng đầy đủ như truyền thông, analog,… Tính năng đầy đủ, lập trình đơn giản và giá thành rẻ nên S7-1200 có mức độ phổ biến cao, được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp

PLC Siemens S7-300 Đây dòng PLC cỡ trung, với khả năng

tính toán nhanh hơn, quản lý số lượng I/O nhiều hơn nên phù hợp với các ứng dụng vừa và lớn, thường dùng cho dây chuyền, hệ thống vừa và lớn có chi phí cao

PLC Siemens S7-1500 1500 là bản nâng cấp của PLC

S7-300 với tốc độ xử lí được nâng cao, khả năng mở rộng I/O rất lớn, hỗ trợ nhiều

tính năng mới như Webserver điều khiển giám sát hệ thống từ xa

PLC Siemens S7-400 Được xem là dòng sản phẩm mạnh nhất

của hãng, với cấu trúc Hot-Standby cho khả năng hoạt động dự phòng khi hệ thống gập sự cố Khả năng mở rộng I/O rất lớn thích hợp cho các hệ thống DCS, dây chuyền lớn và rất lớn

2.2.2 PHÁT XUNG TỐC ĐỘ CAO-ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

Để phát xung tốc độ cao điều khiển động cơ bước của PLC S7-1200, chúng ta có thể sử dụng các phương pháp sau:

+ Sử dụng timer: Timer có thể được sử dụng để tạo xung với tần số cố định Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là tần số xung bị giới hạn bởi tần số của timer

+ Sử dụng bộ đếm tốc độ cao: Bộ đếm tốc độ cao có thể được sử dụng để tạo xung với tần số cao hơn Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là cần sử dụng bộ đếm tốc độ cao có độ phân giải cao

+ Sử dụng chức năng PTO (Pulse Train Output) của PLC: Chức năng PTO của PLC S7-1200 cho phép tạo xung với tần số lên đến 100 kHz Đây là phương pháp hiệu quả nhất để phát xung tốc độ cao điều khiển động cơ bước

Để sử dụng chức năng PTO của PLC S7-1200 để phát xung tốc độ cao điều khiển động cơ bước, chúng ta cần thực hiện các bước sau:

+ Chọn một ngõ PTO phù hợp Chức năng PTO của PLC S7-1200 có 4 ngõ PTO, được ký hiệu là PTO1, PTO2, PTO3 và PTO4 Mỗi ngõ PTO có các đặc tính khác nhau, cụ thể như sau:

Bảng 2 Các ngõ PTO của PLC s7-1200

Ngõ PTO Tần số xung tối đa Độ rộng xung tối đa PTO1 100 kHz 100 μs

PTO2 50 kHz 50 μs PTO3 25 kHz 25 μs PTO4 12.5 kHz 12.5 μs + Thiết lập tần số xung và độ rộng xung

Tần số xung và độ rộng xung được thiết lập thông qua tham số PTD của ngõ PTO Tham số PTD có dạng PTD=F*W, trong đó:

F là tần số xung, đơn vị là Hz W là độ rộng xung, đơn vị là μs + Kết nối động cơ bước với ngõ PTO

Mã QR được tạo thành từ nhiều ô vuông đen trên nền trắng Khác với mã vạch chỉ chứa được 20 ký tự chữ số, mã QR có thể chứa được 7098 ký tự chữ số, 1817 ký tự kanji/kana (2 loại ký tự tiếng Nhật), 4296 ký tự tiếng Anh, các ký hiệu, chữ tượng hình của Trung Quốc, Hàn Quốc Nó liên tục được cập nhật các phiên bản mới cho tốc độ quét và dung lượng chứa được nâng cao

QR code có thể quét từ trên xuống, trái qua phải giúp nâng cao tốc độ quét hơn 100 lần so với mã vạch Hơn thế, mã QR có thể dễ dàng quét ra thông tin dù mã đó bị xoay lệch góc hoặc bị hư hỏng một phần nhỏ (trừ 3 ô định vị ở 3 góc)

Ưu điểm dễ thấy ở mã QR là lượng dữ liệu mã hoá lớn, tốc độ quét siêu nhanh, dễ tiếp cận với người dùng, thông tin được mã hoá vô cùng đa dạng từ văn bản, hình ảnh, video, URL và không cần nhiều thiết bị chuyên dụng để giải mã, chỉ cần điện thoại thông minh

Một mã QR tiêu chuẩn bao gồm 5 phần:

Hình 2 3 Cấu trúc của một mã QR

- Hoa văn định vị: là thứ giúp camera hay máy quét QR có thể xác định được phạm vi mã QR một cách dễ dàng Ngay cả khi QR code bị hư hỏng một phần, máy quét vẫn có thể sửa chữa và quét ra thông tin một cách nhanh chóng

- Cell: là các chấm vuông đen trắng tương ứng với các mã nhị phân, chúng mang giá trị 1 và 0 Tập hợp rất nhiều chấm vuông đen trắng chính là thông tin được lưu trữ trong mã QR

- Timing pattern: là các ô vuông đen trắng được sắp xếp một cách có chủ ý nhằm giúp cho máy quét xác định tọa độ mã QR

- Alignment pattern: là một hình vuông lớn bao bọc một hình vuông nhỏ bên trong có tác dụng quan trọng giúp camera điều chỉnh lại những sự lệch méo khi sử dụng camera để quét

- Thông tin format: là các ô vuông đen trắng xung quanh 3 hoa văn định vị, nó quyết định độ sửa lỗi đến mức nào của QR code khi bị hư hại

2.4 WEBSERVER

Hình 2 4 WebServer

WebServer là một phần mềm chứa chương trình mã nguồn được cài đặt trên một máy tính hoặc thiết bị mạng để cho phép truy cập và chia sẻ các tài nguyên đến các thiết bị khác qua mạng internet hoặc mạng nội bộ Một WebServer cung cấp các dịch vụ truy cập tới các tập tin HTML, CSS, hình ảnh, video, âm thanh và các tài nguyên khác Khi một máy tính hoặc thiết bị mạng kết nối tới webserver, nó sẽ nhận được các tập tin và tài nguyên từ server và hiển thị chúng lên trình duyệt web

Một máy chủ giao tiếp với trình duyệt bằng HTTP (HyperText Transfer Protocol-một giao thức truyền tải nội dung giữa WebServer với trình duyệt trong môi trường Word Wide Web) Nội dung của hầu hết các trang web được mã hóa bằng ngôn ngữ HTML (HyperText Markup Language) Nó có thể là một văn bản, hình ảnh hoặc biểu đồ thống kê giá cả hoặc danh sách các mặc hàng mà khách hàng đã đánh dấu để mua Các nội dung có thể thay đổi theo thời gian thực Khi người dùng thao tác trên trình duyệt thì sẽ có tín hiệu gửi đến server và server sẽ phản hồi lại tín hiệu đó để đáp ứng với thao tác người dùng Để nội dung linh hoạt như vậy cần có sự kết hợp bởi ngôn ngữ kịch bản phía máy chủ Các ngôn ngữ được hỗ trợ phổ biến như là: Active Server Page (ASP), Javascript, PHP, Python và Ruby

Các WebServer thường được sử dụng để xây dựng các ứng dụng web, website, cửa hàng trực tuyến, blog và các ứng dụng khác liên quan đến truy cập trên mạng internet Ngoài ra, các công ty, tổ chức và cá nhân cũng sử dụng WebServer để chia sẻ tài nguyên trên mạng nội bộ Thậm chí, WebServer có thể được nhúng trong một thiết bị như là máy ghi ảnh kỹ thuật số, vi điều khiển để người dùng có thể giao tiếp với thiết bị thông qua trình duyệt web hoặc ứng dụng mọi lúc, mọi nơi Một số WebServer được sử dụng phổ biến hiện nay: Apache, Nginx, Google Server, Node.js, Cowboy…

2.5 QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU

MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu được sử dụng để phát triển các ứng dụng web phía backend Với MySQL, lập trình viên có thể tạo ra các ứng dụng mạch

mẽ, có khả năng xử lý lưu trữ, truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả Bằng các câu lệnh đơn giản, MySQL giúp người dùng tạo và quản lý các cơ sở dữ liệu có quy mô lớn một cách dễ dàng và đáng tin cậy

MySQL cung cấp hiệu quả tốc độ xử lý Nó có thể xử lý lượng lớn các truy vấn đến cơ sở dữ liệu cùng lúc mà không làm suy giảm hiệu suất Ngoài ra, MySQL hỗ trợ mở rộng và phân luồng xử lý với nhiều máy chủ, điều này giúp gia tăng hiệu năng xử lý của hệ thống Một trong những ứng dụng mạnh mẽ và đáng tin cậy của MySQL là tính năng bảo mật cao, kiểm soát truy cập, mã hóa dữ liệu và ngăn chặn các cuộc tấn công dữ liệu

Với cộng đồng phát triển rộng lớn của mình, MySQL được nhiều người tin dùng và được cải thiện liên tục Do đó, nó đã trở thành hệ cơ sở dữ liệu mạnh mẽ, đáng tin cậy cho các ứng dụng web, giao diện điều khiển dành cho các doanh nghiệp Một số công cụ hỗ trợ việc quản lý cơ sở dữ liệu MySQL cũng khá đa dạng: MySQL Workbench, phpMyAdmin, Navicat for MySQL, SQLyog, HeidiSQL… Trong đó, MySQL Workbench là một trong những công cụ phổ biến được nhiều người tin dùng

Hình 2 5 Sự tương tác trình duyệt, server và cơ sở dữ liệu

2.6 ĐỘNG CƠ BƯỚC

Động cơ bước (step motor) là động cơ điện không chổi than, đồng bộ, nó chuyển đổi các tín hiệu dưới dạng xung thành các chuyển động góc quay (chuyển động của rotor) và có thể giữ rotor đứng yên ở một góc bất kỳ

Động cơ bước hoạt động nhờ vào tín hiệu xung từ các mạch điều khiển xuất vào stator của động cơ theo một trình tự và tần số nhất định Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stator (phần ứng) thì rotor (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây Stator thay đổi liên tục thì rotor sẽ quay liên tục nhưng về mặc bản chất nó vẫn là quay theo các bước rời rạc

Nếu bước góc càng nhỏ thì số lượng bước trên mỗi vòng quay càng lớn và độ chính xác được tăng cao Các bước góc có thể lớn tới 90 độ và nhỏ đến 0.72 độ nhưng

thường được sử dụng là 1.8 độ/ bước, 7.5 độ/bước, 15 độ/bước Và phổ biến nhất là 1.8 độ/bước (tức 200 bước/vòng)

Bảng 3 Số góc mỗi bước và số bước mỗi vòng tương ứng

Step angle Steps per revolution 0.9 400

1.8 200 3.6 100 3.75 96

7.5 48 15 24 Động cơ bước được phân thành nhiều loại phụ thuộc vào các đặc tính riêng của từng động cơ:

+ Động cơ bước được phân loại theo Rotor của động cơ bước:

- Loại 1: Rotor được tác động bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu - Loại 2: Rotor không được tác động nhưng có phần tử cảm ứng, phản kháng còn được gọi là động cơ bước thay đổi từ trở

- Loại 3: Rotor có cấu tạo kết hợp cả hai loại trên (động cơ bước hỗn hợp)

+ Phân loại theo cực của động cơ bước:

- Loại 1: Động cơ bước đơn cực có thể bao gồm động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ bước loại hỗn hợp Nhưng ở các cuộn dây luôn có đầu trung tâm được nối ra chính giữa từ mỗi cuộn dây

Hình 2 6 Động cơ bước đơn cực

- Loại 2: Động cơ bước lưỡng cực bao gồm động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu và loại biến từ trở Nhưng sẽ không đầu dây được nối ra từ trung tâm của cuộn dây

Hình 2 7 Động cơ bước lưỡng cực

+ Phân loại theo số pha của động cơ bước:

- Loại 1: Động cơ bước 2 pha: 4 dây, 6 dây hoặc 8 dây - Loại 2: Động cơ bước 3 pha: 3 dây hoặc 4 dây

- Loại 3; Động cơ bước 5 pha: 5 dây hoặc 10 dây Mặc dù có rất nhiều loại động cơ bước, nhưng phần lớn loại động cơ bước lưỡng cực 4 dây được sử dụng phổ biến

+ Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước: + Ưu điểm:

- Có khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp - Có giá thành thấp nên việc trao đổi, mua bán cũng khá thuận tiện

- Động cơ có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ - Dễ dàng thay thế lắp đặt

- D.C SUPPLY: Cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống - CONTROL LOGIC: là một bộ điều khiển có thể phát ra tín hiệu xung điều

khiển đến đến bộ điều điều khiển động cơ bước xử lý

- POWER DRIVER: Cung cấp nguồn điện đã được thiết lập, hiệu chỉnh để

đưa vào động cơ Driver đọc tín hiệu xung phát ra từ CONTROL LOGIC và thực hiện điều khiển theo tín hiệu xung đó

- STEPPER MOTOR: là động cơ bước, đối tượng cần

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG 3.1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

Với mục tiêu là mô hình phục vụ khoá luận tốt nghiệp nên không thể đáp ứng đươc đầy đủ các yêu cầu thực tế trong công nghiệp cũng như các điều kiện phân loại phức tạp Tuy nhiên, mô hình thiết kế sẽ phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật đặc thù của một hệ thống như sau:

+ Lắp ráp, đấu nối và vận hành điều khiển dễ dàng + Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng để dễ dàng thay thế và sửa chữa

+ Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng để dễ dàng thay thế và sửa chữa

Như đã được trình bày ở phần trước, hệ thống sẽ được chia thành các phần chính, bao gồm:

+ Hệ thống vận chuyển hàng: Robot vận chuyển + Hệ thống phân loại hàng: Camera và máy tính xử lý ảnh + Hệ thống xuất nhập hàng: Băng tải xuất hàng, băng tải nhập hàng + Hệ thống lưu trữ hàng: Kho, giá đặt hàng

Hệ thống lưu kho tự động này sẽ có 2 bài toán lớn cần giải quyết: + Bài toán vận chuyển hàng: Cần điều khiển được hệ thống 2 băng tải giữ nhiệm vụ xuất nhập hàng Điều khiển robot mang hàng từ băng tải vào kệ kho và lấy hàng từ kệ ra băng tải

+ Bài toán phân loại sản phẩm: Yêu cầu phải phân loại được sản phẩm thông qua mã QR bằng những hình ảnh thu được từ camera đưa về máy tính, gửi lệnh cho Robot để nhập hàng vào đúng vị trí ô kho và gửi lệnh cho Robot lấy hàng đúng vị trí ô kho xuất ra ngoài

3.1.2 THIẾT KẾ BỘ KHUNG

Sau khi nghiên cứu mô hình cơ khí của hệ thống lưu kho tự động cũng như tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, nhóm thực hiện đã bước đầu phác thảo nên mô hình kho tự động trên phần mềm mô phỏng SOLIDWORKS và hoàn tất bản vẽ trên phần mềm AUTOCAD

Hình 3 1 Mô hình hệ thống trên SOLIDWORKS

Hình 3 2 Mô hình hệ thống trên SOLIDWORKS

3.2 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 3.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI

Về tổng quan, hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động sẽ hoạt động theo mô hình như sau:

Hình 3 3 Sơ đồ khối

3.2.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 3.2.2.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Thông qua quá trình tìm hiểu, nhóm em đưa ra những yếu tố quyết định việc chọn PLC nào là hợp lý:

+ Phải có phát xung tốc độ cao Có thể điều khiển cùng lúc 3 động cơ step cùng lúc

+ Có ít nhất 9 ngõ vào để kết nối với thiết bị ngoại vi + Thông dụng, có nhiều tài liệu để nghiên cứu

Siemens loại S7-1200 vì sự thông dụng, phổ biến, dễ tiếp cận, đầy đủ tính năng, giá cả phù hợp.Nhóm thực hiện chọn loại S7-1200 1214C DC/DC/DC với các tính năng hữu dụng dưới đây:

Hình 3 4 PLC S7-1200 DC/DC/DC

Chú thích:

(1) Bộ phận kết nối nguồn (2) Khe cắm thẻ nhớ (3) Bộ phận kết nối các IO (phía sau các nắp che) (4) Các đèn Led báo trạng thái dành cho I/O (5) Bộ phận kết nối PROFINET (phía dước của CPU)

Hình 3 5 Sơ đồ chân s7-1200 Bảng 4 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 DC/DC/DC

Kích thước 110 x 100 x 75 Bộ nhớ Bộ nhớ làm việc: 50Kb Bộ nhớ lưu trữ: 2Mb

Bộ nhớ Retentive: 2Kb Ngõ vào ra digital 14 In /10 Out

Ngõ vào ra analog 2 In Vùng nhớ truy xuất bit (M) 4096 Byte Module tín hiệu mở rộng 8

Board tín hiệu/ truyền thông 1 Module truyền thông 3 Bộ đếm tốc độ cao 1 Pha 3x100KHz/3 x 30KHz 2 pha 3x80KHz/3 x 20KHz Ngõ ra phát xung tốc độ cao 3

Truyền thông Ethernet Thời gian thực khi mất nguồn nuôi 10 ngày Thực thi lệnh nhị phân 0.1 micro giây/lệnh

3.2.2.2 KHỐI NGUỒN

Nguồn tổ ong được thiết kế nhỏ gọn, có tính năng tản nhiệt giúp nguồn điện cung cấp luôn hiệu quả, không có hiện tượng sụt áp và thời gian sử dụng khá bền vì vậy nguồn tổ ong luôn là lựa chọn đối với các thợ điện trong các công trình, dự án

Tính toán lựa chọn nguồn tổ ong phù hợp: + Vì sử dụng PLC nên việc chọn nguồn có áp là 24VDC là điều bắt buộc để thuận lợi cho sử dụng

+ Tính toán công suất hệ thống:

Hình 3 7 Động cơ bước 17HD4401S

3.2.2.4 DRIVER ĐỘNG CƠ

Để điều khiển được động cơ bước đã chọn, ta cần chọn ra bộ điều khiển phù hợp với thông số nêu trên Qua quá trình tìm hiểu, nhóm quyết định chọn driver TB6600 có khả năng cung cấp dòng tới 4A

Hình 3 8 Driver TB6600

Thông số của driver: + Nguồn cấp: 9 - 42 VDC + Dòng tối đa: 4A

+ Tín hiệu đầu vào có cách ly quang, tốc độ cao + Có chức năng khóa bán tự động tiết kiệm năng lượng + Bảo vệ quá nhiệt, quá dòng, sụt áp

+ Có thể điều khiển động cơ bước 2 pha quay và đảo chiều quay + Chế độ vi bước: 1/2; 1/4; 1/8; 1/16 bước

+ Có 6 công tắt gạt dùng để điều chỉnh chế độ phát xung và dòng định mức phù hợp với động cơ bước

3.2.2.5 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC DC

Động cơ giảm tốc được thiết kế nhằm làm giảm đi tốc độ vòng quay, tốc độ góc đồng thời làm tăng lực mô men xoắn để có thể kéo tải lớn hơn trong thời gian dài

Hình 3 9 Động cơ DC giảm tốc GA25-370

Thông số kỹ thuật của động cơ GA25-370: + Điện áp định mức: 24VDC

+ Tốc độ quay: 60 rpm + Đường kính trục: 4mm + Dòng không tải: 75mA

- Phạm vi lấy nét: 80cm - Độ phân giải: 1920x1080 (Pixel) - Loại giao diện: USB2.0

3.2.2.7 THIẾT BỊ KHÁC + Cảm biến tiệm cận E3F-DS30P1:

Hình 3 11 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30P1

- Điện áp hoạt động: 6 – 36VDC - Khoảng cách phát hiện: 0 – 30cm - Loại ngõ ra: PNP thường mở

+ Cảm biến quang EE-SX671R:

Hình 3 12 Cảm biến quang chữ U EE-SX671R

- Loại cảm biến: kiểu chữ U - Khoảng cách dò: 5mm - Loại ngõ ra: PNP - Điện áp DC max: 24V

- Nguồn ánh sáng: Hồng ngoại IR - Dòng điện max: 50mA

+ Relay LY2N:

Hình 3 13 Relay trung gian LY2N

- Điện áp ngõ vào: 24VDC - Dòng điện tải: 10A - Số chân: 8

- Tiếp điểm: 2 cặp - Công suất max: 240W