ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH HỆ THỐNG CHẤT HÀNG

MỤC LỤCMỤC LỤC1NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN2LỜI NÓI ĐẦU3CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CHẤT HÀNG41.1. HỆ THỐNG CHẤT HÀNG41.1.1 Giới thiệu về hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:41.1.2. Hoạt động của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:51.2. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ASRS của hãng SICK:81.2.1. Hệ thống đo lường tốc độ và định vị trong hệ thống truyền động:81.2.2. Hệ thống hiển thị vị trí tại nơai lấy và giữ sản phẩm:91.2.3. Cảm biến quét chiều cao của hàng hóa:101.2.4. Cảm biến xác định chiều cao của hàng hóa trong khoang vận chuyển:12CHƯƠNG II. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG CHẤT HÀNG132.1. Phạm vi công nghệ điều khiển:132.2. Phân bố địa chỉ cho PLC:142.3. Viết chương trình điều khiển cho PLC:14KẾT LUẬN25TÀI LIỆU THAM KHẢO26

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CHẤT HÀNG 4

1.1 HỆ THỐNG CHẤT HÀNG 4

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động: 4

1.1.2 Hoạt động của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động: 5

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ASRS của hãng SICK: 8

1.2.1 Hệ thống đo lường tốc độ và định vị trong hệ thống truyền động: 8

1.2.2 Hệ thống hiển thị vị trí tại nơai lấy và giữ sản phẩm: 9

1.2.3 Cảm biến quét chiều cao của hàng hóa: 10

1.2.4 Cảm biến xác định chiều cao của hàng hóa trong khoang vận chuyển: 12

CHƯƠNG II LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG CHẤT HÀNG 13

2.1 Phạm vi công nghệ điều khiển: 13

2.2 Phân bố địa chỉ cho PLC: 14

2.3 Viết chương trình điều khiển cho PLC: 14

KẾT LUẬN 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điều khiển bằng PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất,chế biến, dây chuyền vận chuyển công nghiệp Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về dâychuyền công nghệ của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động ASRS (Automated Storageand Retrival System) Cũng như tìm hiểu về hệ thống điều khiển bằng PLC và các ứngdụng của nó trong công nghiệp

Từ đó đồ án sẽ đi lập trình, mô phỏng trong một bài toán điều khiển đơn giản đểminh chứng cho ứng dụng của PLC trong điều khiển Mặc dù bài toán chỉ là đơn giảnnhưng với sự phát triển của PLC hiện nay, đặc biệt việc viết chương trình theo modulecộng với thư viện, chương trình con có khả năng kế thừa thì việc mở rộng bài toán cho hệthống đầy đủ là hoàn toàn khả thi và thực hiện được

Trong quá trình thực hiện đồ án này xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của

TS Trương Đình Nhơn trong công tác hướng dẫn, cũng như xây dựng bài toán, lập trình,

mô phỏng hệ thống

Đồ án này mặc dù đã được đầu tư và dành thời gian thực hiện công phu, tuy nhiên

sẽ không tránh khỏi những thiếu xót về mặt công nghệ, các yếu tố liên động, liên kết củadây chuyền trong thực tế Do vậy cũng rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng gópcủa Quý thầy cô cũng như những bạn học viên khác để đồ án được xây dựng hoàn thiệnhơn nữa

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CHẤT HÀNG 1.1 HỆ THỐNG CHẤT HÀNG

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:

Hệ thống chất hàng là một trong những phần của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự độngASRS (Automated Storage and Retrival System) Hệ thống ASRS được thiết kế để tựđộng hóa việc lưu trữ và lấy các thành phẩm trong sản xuất, phân phối và vận chuyểnhàng Hệ thống này được xuất phát từ những năm thập niên 1960 với mục đích ban đầu sửdụng cho các pallet nâng tải nặng, tuy nhiên ngày nay với sự phát triển của công nghệ thìứng dụng của nó rất đa dạng cho các hệ thống tải có kích cỡ và trọng lượng từ bé đến rấtlớn Ứng dụng của hệ thống ASRS được sử dụng khi:

 Số lượng hàng hóa chuyển vào và chuyển ra trong kho có số lượng rất lớn

 Mật độ lưu mang tính ưu tiên trong một không gian nhất định

 Dây chuyền chỉ là lưu trữ và vận chuyển mà không có thêm bất cứ công đoạn nào khác

 Yêu cầu độ chính xác rất cao do tính chất quan trọng của hàng hóa

Hình 1.1 Hệ thống ASRS

Ưu điểm của hệ thống ASRS trong dây chuyền cung ứng sản phẩm là:

 Cắt giảm chi phí do tối thiểu hóa các công đoạn không cần thiết trong việc lưu trữ sản phẩm

 Tăng cường quản lý chủng loại, số lượng, vị trí của sản phẩm trong kho hàng một cách tự động

 Có mật độ lưu trữ cao, có thể được thiết kế trong cả không gian chật hẹp

 Giảm nhân công và do đó cũng tăng độ an toàn trong công việc

 Dễ dàng trong quản lý hệ thống từ đó đưa ra được những phương thức quản lý tối

ưu, ví dụ như nếu một số loại sản phẩm nếu được bán cùng nhau thì chúng sẽ đượcđược đặt gần nhau và gần nơi phân phối, do đó làm tăng tốc độ đóng gói, vận chuyển tới khách hàng

 Không yêu cầu cao trong việc sắp thứ tự trong khi chế tạo và vận chuyển

 Dễ dàng tính toán được thời gian lưu trữ, thời gian đóng gói, thời gian vận chuyển

để tối ưu hóa không gian của nhà kho

Hoạt động của hệ thống bao gồm những khâu quan trọng như sau:

 Hệ thống điều khiển (bằng máy tính, PLC,…) xác định vị trí, số lượng hàng hóa cóthể lưu trữ hoặc lấy ra

 Để lấy sản phẩm ra, hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí lưu trữ của sản phẩm, từ

đó ra lệnh điều khiển hệ thống vận chuyển đến chính xác vị trí và lấy hàng ra rồiđưa đến vị trí vận chuyển sản phẩm

 Để lưu trữ sản phẩm, các pallet được đặt vào trong hệ thống lấy hàng, xác định vịtrí thích hợp để hệ thống vận chuyển đưa vào, đồng thời thông tin hàng hóa cũngđược lưu vào trong máy tính

 Hệ thống vận chuyển có thể di chuyển theo phương ngang, phương thẳng đứng để

có thể đưa sản phẩm đúng vị trí, tốc độ di chuyển có thể điều khiển để tối ưu hóathời gian vận chuyển

1.1.2 Hoạt động của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:

Để lưu trữ hàng hóa:

 Các xe nâng sẽ được sử dụng để lấy hàng hóa từ các xe container vận chuyển, đưađến trạm tiếp nhận Từ trạm tiếp nhận sẽ có hệ thống băng chuyền để chuyển hànghóa đến vị trí hệ thống nâng, hạ

 Khi hàng hóa đã được đưa đến vị trí của hệ thống thiết bị nâng, pallet sẽ được đẩyvào khoang vận chuyển:

 Hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí lưu trữ hàng và ra lệnh cho bộ phận truyềnđộng đưa đến đúng vị trí Khoang hàng sẽ được dịch chuyển theo cả hai phươngđứng và phương ngang một thời điểm để tối ưu hóa thời gian:

 Khi tới đúng vị trí lưu trữ hàng, pallet sẽ đẩy hàng hóa vào nơi lưu trữ, đồng thời

hệ thống điều khiển cũng cập nhật vị trí đặt hàng vào trong cơ sở dữ liệu:

Để lấy hàng hóa ra:

 Khi cần lấy hàng hóa ra, hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí để ra lệnh cho hệthống truyền động đưa xe tới vị trí chính xác Tại đó pallet sẽ được đưa ra để kéohàng hóa và khoang hàng:

 Sau khi hàng hóa đã được đưa vào khoang hàng, hệ thống truyền động được đưa tới vị trí để bốc dỡ hàng, vận chuyển đi:

 Tại trạm này, hàng hóa sẽ được băng chuyền đẩy đến vị trí có người bốc dỡ, đưađến băng chuyền vận tải hàng hóa ra ngoài đóng gói và vận chuyển sản phẩm đếnkhách hàng:

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ASRS của hãng SICK:

1.2.1 Hệ thống đo lường tốc độ và định vị trong hệ thống truyền động:

Hình 1.2 Động cơ truyền động với encoder để đo tốc độ

Một bộ encoder có độ phân giải cao được dùng để điều khiển tốc độ, gia tốc và độ trễnhằm đảm bảo việc lấy và lưu trữ sản phẩm được thực thi một cách chính xác

Hình 1.3 Encoder đo tốc độ động cơ

1.2.2 Hệ thống hiển thị vị trí tại nơi lấy và giữ sản phẩm:

Hình 1.4 Vị trí lắp đặt cảm biến định vị

Khi sản phẩm được đưa vào đúng vị trí, một công tắc hành trình được kích hoạt nhằmmục đích dừng ngay lập tức hệ thống vận chuyển

Hình 1.5 Công tắc hành trình để phát hiện vị trí

Một số thông số kỹ thuật:

 Loại công tắc: công tắc loại electro-mechanical

 Số lượng tiếp điểm N/C: 1/2/3

 Số lượng tiếp điểm N/O: ½

 Tiêu chuẩn: IP66 (IEC 60529)

 Kết nối: cable gland 1xM20, dây dẫn tiết diện ≤ 2,5 mm2

 Dòng điện cực đại: 3A (240 VAC), 3A (24 VDC)

 Tần suất đóng/cắt: 6000 lần/h

 Tuổi thọ: 2x106 lần đóng cắt

Hình 1.6 Dải hoạt động của công tắc hành trình

1.2.3 Cảm biến quét chiều cao của hàng hóa:

Hình 1.7 Vị trí lắp đặt cảm biến quét chiều cao hàng hóa

Hệ thống dùng cảm biến đo khoảng cách để xác định trong khoang chứa hàng đã chứađược bao nhiêu hàng hóa, từ đó linh hoạt trong việc lưu trữ Dữ liệu này được truyền về

hệ thống điều khiển bằng tín hiệu tương tự và đường truyền IO-link

Hình 1.8 Cảm biến đo khoảng cách Một số thông số kỹ thuật:

 Dải đo: có nhiều loại dải đo, dao động từ: 50mm đến 12m

 Độ phân giải: 0,1 mm

 Độ chính xác: ± 10 mm

 Thời gian đáp ứng: 2,5 ms

 Đo bằng laser với thời gian hoạt động 100,000 giờ

 Đầu ra tương tự: 4-20 mA hoặc 0-10 V

 Nguồn cung cấp: 12-30 V

 Tiêu chuẩn: IP67

Hình 1.9 Đường đặc tính hoạt động ở tốc độ nhanh

1.2.4 Cảm biến xác định chiều cao của hàng hóa trong khoang vận chuyển:

Trước khi pallet được đặc vào vị trí lưu trữ các cảm biến quang kiểu phản xạ sẽ kiểm trachiều cao của hàng hóa cần đưa vào nhằm đảm bảo không vượt quá chiều cao cho phéptrong nơi lưu trữ:

Hình 1.10 Vị trí lắp đặt cảm biến xác định chiều cao hàng hóa

Hình 1.11 Cảm biến quang kiểu phản xạ Một số thông số kỹ thuật:

 Dải đo: 0,3 – 9,5 m

 Đo bằng ánh sáng LED màu đỏ

 Nguồn cung cấp: 10-30 V

CHƯƠNG II LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG CHẤT HÀNG

2.1 Phạm vi công nghệ điều khiển:

Trong đồ án này, để đơn giản cho quy mô lập trình cũng như mô phỏng bài toán điềukhiển được giới hạn như sau:

 Hệ thống chất hàng có 25 ô chứa phân bố theo kiểu 5x5

 Bài toán chỉ quan tâm đến điều khiển thang máy khi lấy hàng từ trạm load hàng vàtrả hàng từ các ô chứa đến trạm trả hàng

 Hệ thống truyền động bao gồm:

o Toàn bộ thang máy dịch chuyển ngang bằng một động cơ AC có đảo chiều

o Buồng máy di chuyển lên xuống bằng một động cơ AC có đảo chiều

o Buồng thang có pallet điều khiển vào/ ra bằng một động cơ AC có đảochiều

o Tất cả các động cơ đều có hộp giảm tốc để đưa về tốc độ phù hợp

 Hàng hóa kích thước cố định và lọt vừa vào trong một ô chứa hàng mà không cầnphải phát hiện chiều cao của hàng hóa cũng như chiều cao còn lại trong ô chứa

 Các cảm biến sử dụng bao gồm:

o 01 cảm biến phát hiện vật hàng hóa cần vận chuyển

o 01 cảm biến để biết thang máy dừng ở vị trí load hàng

o 01 cảm biến để biết thang máy dừng ở vị trí trả hàng

o 02 cảm biến phát hiện pallet buồng thang ở vị trí trong cùng và ngoài cùng

o 05 cảm biến phát hiện buồng thang ở vị trí dừng theo phương thẳng đứng

o 05 cảm biến phát hiện buồng thang ở vị trí dừng theo phương nằm ngang

o 25 cảm biến phát hiện có hay không hàng hóa ở trong ô chứa

o Tất cả các cảm biến này sử dụng cảm biến quang hoặc switch là loại số

 Hệ thống có giám sát, điều khiển bằng máy tính

2.2 Phân bố địa chỉ cho PLC:

Theo như yêu cầu bài toán thì ta có số lượng I/O như sau:

 Đầu vào số: 40

 Đầu ra số: 6

Do đó ta lựa chọn:

 CPU 1215C có:

Hình 2.3 Định nghĩa Tag trong chương trình

Hình 2.4 Chương trình chính Main [OB1]

Hình 2.5 Chương trình Fucntion Storage [FC6]

Hình 2.6 Chương trình Fucntion Retrieve[FC7]

Hình 2.7 Chương trình Load_Realease[FC1]

Hình 2.8 Chương trình Load_Pickup[FC2]

Hình 2.9 Chương trình Function Crane_Moving_Y_Z[FC3]

Hình 2.10 Chương trình Function Crane_to_Storage_Station[FC4]

Hình 2.11 Chương trình Function Crane_to_Retrieve_Station[FC5]

KẾT LUẬN

Trong đồ án môn học này đã tìm hiểu được công nghệ hệ thống lưu trữ và lấy hàng

tự động ASRS về: ứng dụng, thiết bị, nguyên lý hoạt động Đồng thời cũng tìm hiểu về hệthống điều khiển bằng PLC, từ đó sử dụng bộ điều khiển S7-1200 cùng với phần mềmTIA Portal V13 SP1 để thực hiện việc lập trình, mô phỏng hệ thống với kích cỡ 5 x 5

Việc lập trình và mô phỏng hệ thống được giới hạn trong một khâu đơn giản, vớicác tín hiệu điều khiển ở dạng ON/OFF, các tín hiệu cảm biến là tín hiệu số Hướng pháttriển và mở rộng tiếp theo của đồ án sẽ được xây dựng với hệ thống có kích cỡ 20 x 20,các động cơ được điều khiển tốc độ sử dụng biến tần kết hợp bộ điều khiển PID, thangmáy có thể di chuyển đồng thời cả theo phương ngang và phương thẳng đứng để tối ưuhóa thời gian vận chuyển; các cảm biến có thể phát hiện nhiều kích kích cỡ của hàng hóa

để có thể đưa vào các vị trí khác nhau trong ô chứa Đồng thời cũng có các hệ thống antoàn để tránh va chạm, rơi vỡ trong quá trình vận chuyển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Frank D Petruzella, Programmable Logic Controller, 4 th Edition, ISBN

978-0-07-351088-0, The McGraw-Hill Companies

https://www.sick.com/us/en/industries/storage-and-conveyor/storage-and-retrieval-system-pallet-load-unit/c/g296185

s7-1200/pages/default.aspx