LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
Trong đề tài này, hướng nghiên cứu của nhóm em chính là việc áp dụng hệ thống lưu kho hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Hệ thống hoạt động một cách tự động dưới sự kiểm soát của con người bằng hệ thống phần mềm quản lý.
Từ việc thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau chúng em thấy được nhiều vấn đề mà hiện nay con người còn vấp phải gây ra rất nhiều lãng phí. Với phương pháp lưu trữ hàng hóa cổ điển mà chúng ta được biết nó thực sự có rất nhiều điểm bất cập và chưa tối ưu về mặt lợi ích. Trong đó có một số dẫn chứng rất rõ ràng để nói về vấn đề lãng phí. Thứ nhất là về mặt thời gian. Khi lưu trữ hàng hóa theo phương pháp cổ điển rất mất thời gian từ khâu quản lý đầu vào, quản lý lưu trữ và quản lý đầu ra của hàng hóa. Thứ hai là về mặt con người. Trong quá trình lưu trữ hàng hóa bắt buộc phải có nhiều bộ phận quản lý như quản lý kho, người vận chuyển, người sắp xếp,... gây tốn kém về kinh tế và rủi ro tai nạn lao động cao. Thứ ba là về diện tích lưu trữ hàng hóa. Giữa những kệ hàng cần có không gian trống trải đủ cho việc di chuyển xuất và nhập hàng hóa. Vì vậy sẽ chưa thể tối ưu được diện tích và sức chứa của kho lưu trữ. Còn rất nhiều vấn đề gây ra sự lãng phí cho phương pháp lưu trữ cổ điển này.
Nhận thấy được những vấn đề ở trên. Nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra hướng giải quyết bằng cách thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Với việc thiết kế một hệ thống vận hành một cách tự động dưới sự giám sát và quảng lý của con người thông qua phần mềm quản lý giúp giảm thiểu thời gian, nhân lực, rủi ro,... và bên cạnh đó tăng sức chứa hàng hóa trong cùng một không gian nhất định và đem lại giá trị cao cho cá nhân và doanh nghiệp sử dụng.
v
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.........................................................................................i LỜI CAM KẾT .......................................................................................................................iii LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................................................................................. v DANH SÁCH HÌNH ẢNH...................................................................................................... x DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................................xiv CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề....................................................................................................................... 1 1.2 Phạm vi nghiên cứu........................................................................................................1 1.3 Mục tiêu đề tài................................................................................................................1 1.4 Giới hạn đề tài ................................................................................................................ 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu................................................................................................ 2 1.6 Nội dung đề tài ............................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 4 2.1 Khái niệm ....................................................................................................................... 4 2.2 Ưu điểm..........................................................................................................................4 2.3 Ứng dụng........................................................................................................................4 2.4 Cấu trúc hệ thống ........................................................................................................... 4
2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát ............................................................................. 5 2.4.1.1 PLC .................................................................................................................... 5 2.4.1.2 Cảm biến ............................................................................................................ 7
2.4.2 Hệ thống vận chuyển ............................................................................................... 9 2.4.2.1 Băng tải .............................................................................................................. 9 2.4.2.2 Động cơ............................................................................................................ 10
2.4.3 Hệ thống phân loại................................................................................................. 13 2.4.3.1 Tem dán mã vạch............................................................................................. 13 2.4.4 Hệ thống lưu trữ .................................................................................................... 15 2.4.4.1 Visual studio .................................................................................................... 15 2.4.4.2 Lập trình ASP.NET ......................................................................................... 16 2.4.4.3 VBScript .......................................................................................................... 16 2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio .................................................... 17 2.4.4.5 Phần mềm cơ sở dữ liệu ODBC ...................................................................... 17 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ............................................................................. 19
vi
3.1 Yêu cầu hệ thống..........................................................................................................19 3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động........................................................... 19 3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng ...................................................................... 19 3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí ....................................................................... 23 3.3 Tính toán phương án truyền động ................................................................................ 24 3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt .................................................................................... 24 3.3.2 Cơ cấu vít me bi..................................................................................................... 25 3.3.3 Truyền động đai..................................................................................................... 26 3.3.4 Tính toán cơ cấu vít me – đai ốc trượt................................................................... 27 3.4 Lựa chọn thiết bị .......................................................................................................... 31 3.4.1 Thiết bị ngõ vào ..................................................................................................... 31 3.4.1.1 Cảm biến .......................................................................................................... 31 3.4.1.2 Webcam ........................................................................................................... 32 3.4.2 Khối xử lý .............................................................................................................. 33 3.4.3 Các thiết bị ngõ ra.................................................................................................. 34 3.4.3.1 Tính công suất động cơ.................................................................................... 34 3.4.3.1.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục X......................................................34 3.4.3.1.2 Momen xoắn cho động cơ trục Z .............................................................. 36 3.4.3.1.3 Momen xoắn cho động cơ trục Y .............................................................. 38 3.4.3.2 Động cơ cho vitme trục X................................................................................ 39 3.4.3.3 Động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) ...................................................................... 40 3.4.3.4 Động cơ vitme trục Z.......................................................................................41 3.4.3.5 Driver điều khiển ............................................................................................. 42 3.4.3.6 Động cơ băng tải..............................................................................................43 3.5 Thiết kế phần cứng trên phần mềm Solidworks........................................................... 44 3.5.1 Giới thiệu về Solidworks ....................................................................................... 44 3.5.2 Thiết kế kho chứa hàng ......................................................................................... 45 3.5.3 Thiết kế băng tải vận chuyển hàng hóa ................................................................. 45 3.5.4 Thiết kế ba trục X,Y,Z........................................................................................... 46 3.5.5 Hệ thống hoàn chỉnh.............................................................................................. 49 3.6 Thiết kế sơ đồ hệ thống và lưu đồ điều khiển .............................................................. 50 3.6.1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................... 50 3.6.2 Sơ đồ trạng thái...................................................................................................... 51 3.6.3 Lưu đồ điều khiển hệ thống ................................................................................... 52 3.6.3.1 Lưu đồ điều khiển cho khối RESET................................................................52
vii
3.6.3.2 Lưu đồ điều khiển cho khối RUN.................................................................... 52 3.6.3.3 Lưu đồ điều khiển cho khối Auto .................................................................... 53 3.6.3.4 Lưu đồ điều khiển của khối MANUAL...........................................................55 3.6.3.5 Lưu đồ điều khiển chương trình con phân loại hàng hoá ................................ 57 3.6.3.6 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng nhập kho ...................... 58 3.6.3.7 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng xuất kho ....................... 59
3.7 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống.....................................................60 3.7.1 Yêu cầu về thiết kế ................................................................................................ 60 3.7.2 Cách thức sắp xếp kho cho hệ thống ..................................................................... 61 3.7.3 Các cách phân loại sản phẩm................................................................................. 61 3.7.4 Giao diện HOME................................................................................................... 63 3.7.5 Giao diện VIEW .................................................................................................... 64 3.7.6 Giao diện CONTROL............................................................................................ 65 3.7.7 Giao diện DATA ................................................................................................... 66 3.7.8 Giao diện ALARM ................................................................................................ 67 3.7.9 Giao diện TEST ..................................................................................................... 68 3.7.10 Giao diện LOGIN ................................................................................................ 69
3.8 Thiết kế giao diện quét mã QR và giám sát hệ thống Websever ................................. 70
3.8.1 Chọn mã QR .......................................................................................................... 70
3.8.2 Phần mềm Visual Studio ....................................................................................... 70
3.8.3 Giao diện đọc mã QR sản phẩm ............................................................................ 71
3.8.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu với SQL, VBScript và Websever để lưu trữ và truy xuất thông tin .......................................................................................................................... 72
3.8.5 Giao diện Websever .............................................................................................. 77 CHƯƠNG 4 THI CÔNG, CHẾ TẠO ................................................................................ 80 4.1 Thi công phần cứng hệ thống.......................................................................................80 4.1.1 Thi công phần kho chứa hàng ............................................................................... 80 4.1.2 Tọa độ của các kiện hàng và tỉ số truyền của động cơ tại các trục tương ứng......80 4.1.3 Thi công băng tải chuyển hàng.............................................................................. 82 4.1.4 Thi công cơ cấu ba trục ......................................................................................... 83 4.1.5 Hệ thống phần cứng hoàn chỉnh ............................................................................ 83 4.2 Thiết kế tủ điện............................................................................................................. 84 4.2.1 Yêu cầu thiết kế ..................................................................................................... 84 4.4.2 Tủ điện sau khi thiết kế ......................................................................................... 84 4.4.3 Sơ đồ nối dây ......................................................................................................... 86 CHƯƠNG 5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .................................................................. 89
viii
5.1 Kết quả phần mềm hệ thống......................................................................................... 89 5.2 Kết quả đọc mã QR sản phẩm......................................................................................93 5.3 Tổng kết những điều đạt được ..................................................................................... 96
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 97 6.1 Kết luận ........................................................................................................................ 97 6.2 Hướng phát triển .......................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 98 PHỤ LỤC............................................................................................................................... 99
ix
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Chương 2
Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm ......................................................................... 6 Hình 2.2 PLC Mitsubishi ......................................................................................................... 7 Hình 2.3 Cảm biến quang ........................................................................................................ 8 Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận .................................................................................................... 9 Hình 2.5 Băng tải cao su .......................................................................................................... 9 Hình 2.6 Băng tải mini...........................................................................................................10 Hình 2.7 Băng tải lăn ............................................................................................................. 10 Hình 2.8 Động cơ bước.......................................................................................................... 11 Hình 2.9 Động cơ DC ............................................................................................................ 12 Hình 2.10 Động cơ Servo ...................................................................................................... 13 Hình 2.11 Các loại mã vạch 1D ............................................................................................. 13 Hình 2.12 Mã vạch 2D (QR code) ......................................................................................... 14 Hình 2. 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D .................................................................... 14 Hình 2. 14 Camera công nghiệp ............................................................................................ 15 Hình 2.15 HD webcam .......................................................................................................... 15 Hình 2.16 Visual studio ......................................................................................................... 15 Hình 2.17 Microsoft ASP.net ................................................................................................ 16 Hình 2.18 Ngôn ngữ VBScript .............................................................................................. 17 Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS) ............................................................ 17 Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator ...................................................... 18 Chương 3
Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective ............................................................................................. 20 Hình 3.2 Hệ thống kệ di động................................................................................................21 Hình 3.3 Kệ double deep ....................................................................................................... 22 Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in...............................................................................................22 Hình 3.5 Kết cấu vitme – đai ốc ............................................................................................ 25 Hình 3.6 Cơ cấu vitme – đai ốc bi ......................................................................................... 26 Hình 3.7 Mô hình truyền động đai.........................................................................................27 Hình 3.8 Cảm biến quang phát hiện vật E3F – DS10C4 ....................................................... 32 Hình 3.9 Webcam Logitech C310 HD 720p/30fps................................................................33 Hình 3.10 PLC Siemens S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC................................................. 34 Hình 3.11 Lực tác dụng của trục X........................................................................................35 Hình 3.12 Momen quán tính của trục vitme .......................................................................... 36 Hình 3.13 Lực tác động của trục Z ........................................................................................ 37 Hình 3.14 Lực tác động của trục Y ........................................................................................ 39 Hình 3.15. Động cơ bước 57HS11230 .................................................................................. 40 Hình 3.16. Động cơ bước cỡ 42............................................................................................41 Hình 3.17 Động cơ bước Nema 17 tỉ số truyền 57/11..........................................................42 Hình 3.18 TB6600 Stepper MotorDriver...............................................................................43 Hình 3.19 Động cơ giảm tốc JGB37-555 .............................................................................. 44 Hình 3.20 Giao diện là việc của Solidworks ......................................................................... 44 Hình 3.21 Hệ thống kho chứa hàng ....................................................................................... 45 Hình 3.22 Băng tải IN............................................................................................................46
x
Hình 3.23 Băng tải OUT ........................................................................................................ 46 Hình 3.24 Tổng quan ba trục vít me ...................................................................................... 47 Hình 3.25 Vít me trục X và Z ................................................................................................ 48 Hình 3.26 Vít me trục Y ........................................................................................................ 49 Hình 3.27 Mô hình xuất/nhập hàng hoàn chỉnh..................................................................... 50 Hình 3.28 Sơ đồ khối ............................................................................................................. 51 Hình 3.29 Sơ đồ trạng thái hệ thống ...................................................................................... 51 Hình 3.30 Lưu đồ khối RESET.............................................................................................. 52 Hình 3.31 Lưu đồ khối RUN ................................................................................................. 53 Hình 3.32 Lưu đồ khối AUTO............................................................................................... 54 Hình 3.33 Lưu đồ khối MANUAL ........................................................................................ 56 Hình 3.34 Lưu đồ chương trình con phân loại sản phẩm ...................................................... 58 Hình 3.35 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng nhập kho .................................................. 59 Hình 3.36 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng xuất kho ................................................... 60 Hình 3.37 Phân loại cố định cho một loại hàng trên ô sản phẩm .......................................... 61 Hình 3.38 Phân loại ngẫu nhiên các loại hàng.......................................................................62 Hình 3.39 Phân loại theo hàng và cột .................................................................................... 63 Hình 3.40 Giao diện HOME .................................................................................................. 64 Hình 3.41 Giao diện VIEW ................................................................................................... 65 Hình 3.42 Giao diện CONTROL ........................................................................................... 66 Hình 3.43 Giao diện DATA................................................................................................... 67 Hình 3.44 Giao diện ALARM ............................................................................................... 68 Hình 3.45 Giao diện TEST .................................................................................................... 69 Hình 3.46 Giao diện LOGIN ................................................................................................. 70 Hình 3.47 Màn hình giao diện Visual Studio ........................................................................ 71 Hình 3.48 Giao diện đọc mã QR sản phẩm ........................................................................... 72 Hình 3.49 Kiểu dữ liệu trong bảng DATA ............................................................................ 73 Hình 3.50 Bảng cơ sở dữ liệu của DATA..............................................................................73 Hình 3.51 Kiểu dữ liệu trong bảng ALARM.........................................................................73 Hình 3.52 Bảng cơ sở dữ liệu của ALARM .......................................................................... 74 Hình 3.53 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng DATA ..................................................... 74 Hình 3. 54 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng ALARM.................................................75 Hình 3.55 Thiết lập thời gian cập nhật .................................................................................. 76 Hình 3.56 Lựa chọn VBScript cần điều chỉnh.......................................................................77 Hình 3.57 Giao diện tổng quan của Websever ...................................................................... 78 Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever ...................................................78 Hình 3.59 Giao diện dữ liệu lỗi hệ thống lưu kho của Websever..........................................79 Hình 3.60 Giao diện tìm kiếm của Websever ........................................................................ 79 Chương 4
Hình 4.1 Kho chứa hàng sau khi thi công hoàn chỉnh...........................................................80 Hình 4.2 Hình mô tả tọa độ vị trí đặt hàng trong kho............................................................81 Hình 4.3 Băng tải IN hệ thống khi thi công hoàn thiện ......................................................... 82 Hình 4.4 Băng tải OUT hệ thống khi thi công hoàn thiện ..................................................... 82 Hình 4.5 Cơ cấu vít me của hệ thống khi thi công hoàn thiện............................................... 83 Hình 4.6 Hệ thống sau khi được thi công hoàn chỉnh ........................................................... 84 Hình 4.7 Tủ điện của hệ thống...............................................................................................85 Hình 4.8 Sơ đồ kết nối các ngõ vào và ra của các thiết bị với PLC ...................................... 86
xi
Hình 4.9 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động cơ của ba trục và động cơ băng tải...............87 Hình 4.10 Sơ đồ kết nối giữa driver điều khiển với động cơ bước ....................................... 87 Hình 4.11 Tủ điện điều khiển khi đã được đấu nối hoàn chỉnh.............................................88 Hình 4.12 Mặt trước tủ điện khi đã lắp xong các thiết bị ...................................................... 88
Chương 5
Hình 5.1 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Import...................................................89 Hình 5.2 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Export...................................................90 Hình 5.3 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual – Import............................................... 91 Hình 5.4 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual - Export ............................................... 92 Hình 5.5 Kết quả chạy thực nghiệm giao diện đọc mã QR ................................................... 93
xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Bảng thông số về cảm biến ...................................................................................... 31 Bảng 2 Bảng thông số về camera quét mã vạch .................................................................... 32 Bảng 3: Bảng thông số về PLC S7-1200 ............................................................................... 33 Bảng 4: Bảng thông số động cơ trục X..................................................................................40 Bảng 5: Bảng thông số của động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút).................................................41 Bảng 6: Bảng thông số driver Microstep ............................................................................... 42 Bảng 7: Bảng thông số động cơ băng tải ............................................................................... 43 Bảng 8: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống....................................................................... 68 Bảng 9: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống....................................................................... 68 Bảng 10: Bảng phân quyền truy cập hệ thống ....................................................................... 70 Bảng 11: Tọa độ của hàng ở các vị trí trên hệ thống ............................................................. 81 Bảng 12: Danh sách các thiết bị trong tủ điện ....................................................................... 85 Bảng 13: Bảng dùng ngõ vào DI PLC của các thiết bị .......................................................... 86 Bảng 14: Bảng dùng ngõ ra DO PLC của các thiết bị ........................................................... 86 Bảng 15: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện thiếu sáng (dùng đèn chiếu sáng) ...... 94 Bảng 16: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. ............................. 94 Bảng 17: Bảng thời gian đi hết chu trình...............................................................................95 Bảng 18: Bảng thời gian hoàn thành công việc xuất, nhập cho 4 ô hàng của từng loại........95 Bảng 19: Bảng thông số vận hành của hệ thống....................................................................95 Bảng 20: Bảng địa chỉ các thiết bị ngõ vào PLC ................................................................... 99 Bảng 21: Bảng địa chỉ các thiết bị ngõ ra PLC......................................................................99 Bảng 22: Bảng danh sách thiết bị dùng trong hệ thống ......................................................... 99
xiii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC Programmable Logic Controller QR Quick Response
SQL Structured Query Language HMI Human Machine Interface CCD Charge Coupled Device
DC Direct Current
MFC Microsoft Foundation Class
ODBC Open Database Connectivity
FIFO First In First Out
LIFO Last In First Out
FILO First In Last Out
NPN Negative Positive Negative
CPU Central Processing Unit
MDF Medium-Density Fibreboard
IEC International Electrotechnical Commission
xiv
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Đối với mọi doanh nghiệp, việc quản lí lưu kho và xuất nhập kho đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự mượt mà và hiệu quả của chuỗi cung ứng. Trong thời đại số ngày nay, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa cho quá trình này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt dộng mà còn mang lại sự linh hoạt, chính xác và tiết kiệm thời gian đáng kể. Cùng với sự phát triển của công nghệ, việc áp dụng hệ thống lưu kho và xuất nhập kho tự động đang trở thành xu hướng không thể bỏ qua, mang lại nhiều lợi ích to lớn cho các doanh nghiệp hiện đại. Quản lý lưu kho và xuất nhập kho là yếu tố then chốt để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm và dịch vụ. Do số lượng hàng hóa lớn và chi phí nhân công cao nên các doanh nghiệp như Alibaba, Walmart, FedEx đã áp dụng hệ thống kho thông minh, qua đó các doanh nghiệp này đã tiết kiệm được không gian, giảm thiểu tối đa nhân công, kết nối với phần mềm quản lí thời gian thực dễ dàng vận hành và kiểm soát tồn kho, vận hành hoàn toàn tự động và chính xác. Hiện nay, Vinamilk ở Việt Nam cũng đã chuyển đổi từ việc sử dụng hệ thống lưu kho truyền thống, bán tự động sang hệ thống kho thông minh hoàn toàn tự động.
Để tiếp cận với xu hướng phát triển của kho thông minh và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả, tính linh hoạt trong quản lí kho hàng, nhóm chúng em quyết định thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Mục tiêu chính của đồ án này là để giảm thiểu chi phí nhân công, nâng cao năng suất, tối ưu hóa các quy trình vận hành và tạo ra hệ thống vận hành có tính ổn định nhất.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là tập trung vào việc thiết kế một mô hình hệ thống có khả năng hoạt động hoàn toàn tự động, quản lí dữ liệu xuất nhập kho và các cảnh báo, lỗi trong quá trình hoạt động.
1.3 Mục tiêu đề tài
- Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là 700x100x1000 mm, trọng lượng khi kho hàng trống là 10kg.
- Khu vực làm việc của mô hình hệ thống 1500x1200mm với 2 hệ thống cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý. Tổng khối lượng của mô hình là 35kg.
- Mô hình có thể thực hiện hành động xuất nhập kho một cách tự động, có thể trực tiếp điều khiển hệ thống nếu muốn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
- Điều khiển và giám sát được hệ thống thông qua giao diện HMI, quản lí được dữ liệu thông qua SQL sever và Websever.
- Xây dựng chương trình giám sát dễ dàng sử dụng và trực tiếp thao tác. - Có thể phân loại sản phẩm bằng mã QR chính xác và ổn định.
- Cuối cùng, đánh giá tỉ lệ quét được mã vạch ở điều kiện đầy đủ ánh sáng và ở điều kiện thiếu sáng, đánh giá hiệu suất làm việc khi làm việc thực tế.
1.4 Giới hạn đề tài
- Kho có kích thước 4x4 hạn chế việc phân loại đa dạng các sản phẩm
- Hệ thống chỉ có thể nâng được các hàng hóa có tải trọng nhỏ hơn 45g
- Hệ thống dùng những mã QR đơn giản tự tạo.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu, những hệ thống lưu kho tự động có sẵn thị trường.
- Dựa trên các tài liệu nghiên cứu khoa học, trên các trang mạng: Google scholar, Studocu,... đồ án tốt nghiệp của các năm trước.
- Tính toán, thiết kế và thi công mô hình hệ thống - Lập trình logic hệ thống và thực nghiệm.
-Đánh giá kết quả.
1.6 Nội dung đề tài
Trong đề tài này nhóm sẽ thiết kế hệ thống lưu kho tự động với thông số của mô hình như sau:
Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là 700x100x1000 mm. Khu vực làm việc của mô hình hệ thống 1500x1200mm với 2 hệ thống cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý. Tổng khối lượng của mô hình là 30kg.
Quá trình nghiên cứu, chế tạo và hoàn thiện đồ án với những quy trình sau:
Đầu tiên nhóm tìm kiếm các đề tài đã được thực hiện trên nhiều phương tiện truyền thông và nhóm đã nhận thấy được các vấn đề hệ thống lưu trữ hàng hóa hiện nay đang tồn tại.
Sau khi có được các thông tin cần thiết, nhóm tiến hành tìm hiểu, phân tích, tính toán và chọn thiết bị cần thiết cho mô hình. Sau đó, nhóm tiến hành thiết kế hệ thống 2D và 3D cho
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
hệ thống. Sau quá trình thiết kế trên hệ thống phần mềm mô phỏng thì nhóm tiến hành tìm nguồn cung cấp và đặt mua vật tư cho sản phẩm.
Sau khi có các thiết bị cơ bản, nhóm bắt đầu thiết kế lưu đồ điều khiển cho mô hình và hoàn thiện khâu gia công chế tạo mô hình, tủ điện. Sau đó, nhóm tiến hành giai đoạn lập trình với phần mềm TIA portal và chạy thử phần mềm. Khi mô hình đã hoạt động ổn định, nhóm bắt đầu tạo một hệ cơ sở dữ liệu để quản lí dữ liệu cho hệ thống và giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống trên HMI và Websever.
Sau nhiều giai đoạn chỉnh sửa và tối ưu hệ thống nhóm tiến hành các đánh giá và tìm ra hướng phát triển của hệ thống.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương này trình bày lý thuyết về khái niệm, ưu điểm, ứng dụng và cấu trúc của một hệ thống lưu kho tự động. Bên cạnh đó, nó cũng phân tích chi tiết từng thành phần trong cấu trúc đó, cũng như các hình thức giao tiếp và điều khiển giữa con người và máy móc trong việc truy xuất hàng hóa.
Hệ thống lưu kho tự động 2.1 Khái niệm
Kho hàng tự động, hay còn được gọi là kho thông minh, là hệ thống lưu trữ hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Nó hoạt động tự động dưới sự kiểm soát của con người thông qua phần mềm quản lý.
2.2 Ưu điểm
- Tối ưu hóa về mặt thời gian lưu trữ
- Giảm thiểu tai nạn lao động và tăng diện tích kệ hàng.
- Dễ dàng bố trí nhà kho hợp lý, tăng lượng hàng hóa được lưu trữ trong kho chứa hàng. - Dễ sửa chữa bảo trì.
- Giảm thiểu chi phí thiệt hại khi sản phẩm tồn kho hay hư hỏng.
2.3 Ứng dụng
- Lưu trữ hàng hóa loại dược phẩm, thực phẩm.
- Lưu trữ linh kiện điện tử.
- Lưu trữ hàng hóa phục vụ cho ngành logistics.
2.4 Cấu trúc hệ thống
Hệ thống lưu kho tự động được hình thành bởi 3 hệ thống chính:
- Hệ thống điều khiển và giám sát: gồm trung tâm điều khiển PLC, màn hình giao diện người máy HMI, cảm biến, bộ điều khiển (driver), và các rơ le trung gian. Hệ thống này có vai trò nhận và xử lý tín hiệu được gửi từ các thiết bị đầu vào (cảm biến), sau đó thực hiện các nhiệm vụ thông qua các cơ cấu thực thi (rơ le và driver). Hơn nữa, hệ thống còn trình bày thông tin một cách trực quan thông qua giao diện người-máy (HMI).
- Hệ thống vận chuyển: Băng tải, robot, xe tự hành, ... dùng để di chuyển hàng hóa qua các công đoạn hay dùng để gắp hàng bỏ vào kho.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Hệ thống phân loại: Máy quét mã vạch, camera công nghiệp (nhận diện mã tem được dán trên hàng hóa).
- Hệ thống lưu trữ: gồm kho, giá đặt hàng và phần mềm quản lý hàng hóa trong kho. Trong đó, kho và giá đặt hàng có nhiều khoang dùng để chứa hàng hóa được nhập vào. Phần mềm quản lý hàng hóa dùng để lưu trữ các thông tin ngày tháng, mã vạch, loại sản phẩm,...để tạo thành một cơ sở dữ liệu cho người dùng dễ quản lý.
2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát 2.4.1.1 PLC
Khái niệm
PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Sự ra đời của nó đáp ứng nhu cầu điều khiển các công đoạn hay máy móc phức tạp một cách chính xác và có trật tự. Ngôn ngữ lập trình phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, dễ dàng tiếp cận và sửa đổi. Các dòng PLC phổ biến hiện nay bao gồm PLC Siemens và PLC Mitsubishi.
Tìm hiểu PLC Siemens
Siemens là một tập đoàn lớn trong lĩnh vực "Tự động hóa" của Đức. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các dòng sản phẩm PLC phù hợp. Các dòng PLC của hãng sản xuất có thể kể đến bao gồm: Logo, S7-200, S7-1200, S7-1500. Ngoài ra, hệ sinh thái đi kèm của PLC Siemens cũng cực kỳ đa dạng và đáp ứng nhu cầu cần thiết khác như mở rộng các cổng vào/ra, màn hình HMI, biến tần,... Đồng thời, có các khối hàm chức năng chuyên dụng giúp người dùng dễ dàng đọc và kiểm tra chương trình một cách thuận tiện.
Trang dữ liệu xuất nhập kho
Ở phần này sẽ bao gồm các thông tin như: thời gian, vị trí, mã code, trạng thái từ bảng cơ sở dữ liệu đã được tạo và đưa lên Websever
Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever Trang dữ liệu lỗi hệ thống
Ở phần này gồm các thông tin như: thời gian, ID, alarmclass, lỗi và giải pháp từ bảng cơ sở dữ liệu đã tạo và đưa lên Websever.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
Trong đề tài này, hướng nghiên cứu của nhóm em chính là việc áp dụng hệ thống lưu kho hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Hệ thống hoạt động một cách tự động dưới sự kiểm soát của con người bằng hệ thống phần mềm quản lý.
Từ việc thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau chúng em thấy được nhiều vấn đề mà hiện nay con người còn vấp phải gây ra rất nhiều lãng phí. Với phương pháp lưu trữ hàng hóa cổ điển mà chúng ta được biết nó thực sự có rất nhiều điểm bất cập và chưa tối ưu về mặt lợi ích. Trong đó có một số dẫn chứng rất rõ ràng để nói về vấn đề lãng phí. Thứ nhất là về mặt thời gian. Khi lưu trữ hàng hóa theo phương pháp cổ điển rất mất thời gian từ khâu quản lý đầu vào, quản lý lưu trữ và quản lý đầu ra của hàng hóa. Thứ hai là về mặt con người. Trong quá trình lưu trữ hàng hóa bắt buộc phải có nhiều bộ phận quản lý như quản lý kho, người vận chuyển, người sắp xếp,... gây tốn kém về kinh tế và rủi ro tai nạn lao động cao. Thứ ba là về diện tích lưu trữ hàng hóa. Giữa những kệ hàng cần có không gian trống trải đủ cho việc di chuyển xuất và nhập hàng hóa. Vì vậy sẽ chưa thể tối ưu được diện tích và sức chứa của kho lưu trữ. Còn rất nhiều vấn đề gây ra sự lãng phí cho phương pháp lưu trữ cổ điển này.
Nhận thấy được những vấn đề ở trên. Nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra hướng giải quyết bằng cách thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Với việc thiết kế một hệ thống vận hành một cách tự động dưới sự giám sát và quảng lý của con người thông qua phần mềm quản lý giúp giảm thiểu thời gian, nhân lực, rủi ro,... và bên cạnh đó tăng sức chứa hàng hóa trong cùng một không gian nhất định và đem lại giá trị cao cho cá nhân và doanh nghiệp sử dụng.
v
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.........................................................................................i LỜI CAM KẾT .......................................................................................................................iii LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................................................................................. v DANH SÁCH HÌNH ẢNH...................................................................................................... x DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................................xiv CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề....................................................................................................................... 1 1.2 Phạm vi nghiên cứu........................................................................................................1 1.3 Mục tiêu đề tài................................................................................................................1 1.4 Giới hạn đề tài ................................................................................................................ 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu................................................................................................ 2 1.6 Nội dung đề tài ............................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 4 2.1 Khái niệm ....................................................................................................................... 4 2.2 Ưu điểm..........................................................................................................................4 2.3 Ứng dụng........................................................................................................................4 2.4 Cấu trúc hệ thống ........................................................................................................... 4
2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát ............................................................................. 5 2.4.1.1 PLC .................................................................................................................... 5 2.4.1.2 Cảm biến ............................................................................................................ 7
2.4.2 Hệ thống vận chuyển ............................................................................................... 9 2.4.2.1 Băng tải .............................................................................................................. 9 2.4.2.2 Động cơ............................................................................................................ 10
2.4.3 Hệ thống phân loại................................................................................................. 13 2.4.3.1 Tem dán mã vạch............................................................................................. 13 2.4.4 Hệ thống lưu trữ .................................................................................................... 15 2.4.4.1 Visual studio .................................................................................................... 15 2.4.4.2 Lập trình ASP.NET ......................................................................................... 16 2.4.4.3 VBScript .......................................................................................................... 16 2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio .................................................... 17 2.4.4.5 Phần mềm cơ sở dữ liệu ODBC ...................................................................... 17 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ............................................................................. 19
vi
3.1 Yêu cầu hệ thống..........................................................................................................19 3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động........................................................... 19 3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng ...................................................................... 19 3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí ....................................................................... 23 3.3 Tính toán phương án truyền động ................................................................................ 24 3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt .................................................................................... 24 3.3.2 Cơ cấu vít me bi..................................................................................................... 25 3.3.3 Truyền động đai..................................................................................................... 26 3.3.4 Tính toán cơ cấu vít me – đai ốc trượt................................................................... 27 3.4 Lựa chọn thiết bị .......................................................................................................... 31 3.4.1 Thiết bị ngõ vào ..................................................................................................... 31 3.4.1.1 Cảm biến .......................................................................................................... 31 3.4.1.2 Webcam ........................................................................................................... 32 3.4.2 Khối xử lý .............................................................................................................. 33 3.4.3 Các thiết bị ngõ ra.................................................................................................. 34 3.4.3.1 Tính công suất động cơ.................................................................................... 34 3.4.3.1.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục X......................................................34 3.4.3.1.2 Momen xoắn cho động cơ trục Z .............................................................. 36 3.4.3.1.3 Momen xoắn cho động cơ trục Y .............................................................. 38 3.4.3.2 Động cơ cho vitme trục X................................................................................ 39 3.4.3.3 Động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) ...................................................................... 40 3.4.3.4 Động cơ vitme trục Z.......................................................................................41 3.4.3.5 Driver điều khiển ............................................................................................. 42 3.4.3.6 Động cơ băng tải..............................................................................................43 3.5 Thiết kế phần cứng trên phần mềm Solidworks........................................................... 44 3.5.1 Giới thiệu về Solidworks ....................................................................................... 44 3.5.2 Thiết kế kho chứa hàng ......................................................................................... 45 3.5.3 Thiết kế băng tải vận chuyển hàng hóa ................................................................. 45 3.5.4 Thiết kế ba trục X,Y,Z........................................................................................... 46 3.5.5 Hệ thống hoàn chỉnh.............................................................................................. 49 3.6 Thiết kế sơ đồ hệ thống và lưu đồ điều khiển .............................................................. 50 3.6.1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................... 50 3.6.2 Sơ đồ trạng thái...................................................................................................... 51 3.6.3 Lưu đồ điều khiển hệ thống ................................................................................... 52 3.6.3.1 Lưu đồ điều khiển cho khối RESET................................................................52
vii
3.6.3.2 Lưu đồ điều khiển cho khối RUN.................................................................... 52 3.6.3.3 Lưu đồ điều khiển cho khối Auto .................................................................... 53 3.6.3.4 Lưu đồ điều khiển của khối MANUAL...........................................................55 3.6.3.5 Lưu đồ điều khiển chương trình con phân loại hàng hoá ................................ 57 3.6.3.6 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng nhập kho ...................... 58 3.6.3.7 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng xuất kho ....................... 59
3.7 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống.....................................................60 3.7.1 Yêu cầu về thiết kế ................................................................................................ 60 3.7.2 Cách thức sắp xếp kho cho hệ thống ..................................................................... 61 3.7.3 Các cách phân loại sản phẩm................................................................................. 61 3.7.4 Giao diện HOME................................................................................................... 63 3.7.5 Giao diện VIEW .................................................................................................... 64 3.7.6 Giao diện CONTROL............................................................................................ 65 3.7.7 Giao diện DATA ................................................................................................... 66 3.7.8 Giao diện ALARM ................................................................................................ 67 3.7.9 Giao diện TEST ..................................................................................................... 68 3.7.10 Giao diện LOGIN ................................................................................................ 69
3.8 Thiết kế giao diện quét mã QR và giám sát hệ thống Websever ................................. 70
3.8.1 Chọn mã QR .......................................................................................................... 70
3.8.2 Phần mềm Visual Studio ....................................................................................... 70
3.8.3 Giao diện đọc mã QR sản phẩm ............................................................................ 71
3.8.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu với SQL, VBScript và Websever để lưu trữ và truy xuất thông tin .......................................................................................................................... 72
3.8.5 Giao diện Websever .............................................................................................. 77 CHƯƠNG 4 THI CÔNG, CHẾ TẠO ................................................................................ 80 4.1 Thi công phần cứng hệ thống.......................................................................................80 4.1.1 Thi công phần kho chứa hàng ............................................................................... 80 4.1.2 Tọa độ của các kiện hàng và tỉ số truyền của động cơ tại các trục tương ứng......80 4.1.3 Thi công băng tải chuyển hàng.............................................................................. 82 4.1.4 Thi công cơ cấu ba trục ......................................................................................... 83 4.1.5 Hệ thống phần cứng hoàn chỉnh ............................................................................ 83 4.2 Thiết kế tủ điện............................................................................................................. 84 4.2.1 Yêu cầu thiết kế ..................................................................................................... 84 4.4.2 Tủ điện sau khi thiết kế ......................................................................................... 84 4.4.3 Sơ đồ nối dây ......................................................................................................... 86 CHƯƠNG 5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .................................................................. 89
viii
5.1 Kết quả phần mềm hệ thống......................................................................................... 89 5.2 Kết quả đọc mã QR sản phẩm......................................................................................93 5.3 Tổng kết những điều đạt được ..................................................................................... 96
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 97 6.1 Kết luận ........................................................................................................................ 97 6.2 Hướng phát triển .......................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 98 PHỤ LỤC............................................................................................................................... 99
ix
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Chương 2
Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm ......................................................................... 6 Hình 2.2 PLC Mitsubishi ......................................................................................................... 7 Hình 2.3 Cảm biến quang ........................................................................................................ 8 Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận .................................................................................................... 9 Hình 2.5 Băng tải cao su .......................................................................................................... 9 Hình 2.6 Băng tải mini...........................................................................................................10 Hình 2.7 Băng tải lăn ............................................................................................................. 10 Hình 2.8 Động cơ bước.......................................................................................................... 11 Hình 2.9 Động cơ DC ............................................................................................................ 12 Hình 2.10 Động cơ Servo ...................................................................................................... 13 Hình 2.11 Các loại mã vạch 1D ............................................................................................. 13 Hình 2.12 Mã vạch 2D (QR code) ......................................................................................... 14 Hình 2. 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D .................................................................... 14 Hình 2. 14 Camera công nghiệp ............................................................................................ 15 Hình 2.15 HD webcam .......................................................................................................... 15 Hình 2.16 Visual studio ......................................................................................................... 15 Hình 2.17 Microsoft ASP.net ................................................................................................ 16 Hình 2.18 Ngôn ngữ VBScript .............................................................................................. 17 Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS) ............................................................ 17 Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator ...................................................... 18 Chương 3
Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective ............................................................................................. 20 Hình 3.2 Hệ thống kệ di động................................................................................................21 Hình 3.3 Kệ double deep ....................................................................................................... 22 Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in...............................................................................................22 Hình 3.5 Kết cấu vitme – đai ốc ............................................................................................ 25 Hình 3.6 Cơ cấu vitme – đai ốc bi ......................................................................................... 26 Hình 3.7 Mô hình truyền động đai.........................................................................................27 Hình 3.8 Cảm biến quang phát hiện vật E3F – DS10C4 ....................................................... 32 Hình 3.9 Webcam Logitech C310 HD 720p/30fps................................................................33 Hình 3.10 PLC Siemens S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC................................................. 34 Hình 3.11 Lực tác dụng của trục X........................................................................................35 Hình 3.12 Momen quán tính của trục vitme .......................................................................... 36 Hình 3.13 Lực tác động của trục Z ........................................................................................ 37 Hình 3.14 Lực tác động của trục Y ........................................................................................ 39 Hình 3.15. Động cơ bước 57HS11230 .................................................................................. 40 Hình 3.16. Động cơ bước cỡ 42............................................................................................41 Hình 3.17 Động cơ bước Nema 17 tỉ số truyền 57/11..........................................................42 Hình 3.18 TB6600 Stepper MotorDriver...............................................................................43 Hình 3.19 Động cơ giảm tốc JGB37-555 .............................................................................. 44 Hình 3.20 Giao diện là việc của Solidworks ......................................................................... 44 Hình 3.21 Hệ thống kho chứa hàng ....................................................................................... 45 Hình 3.22 Băng tải IN............................................................................................................46
x
Hình 3.23 Băng tải OUT ........................................................................................................ 46 Hình 3.24 Tổng quan ba trục vít me ...................................................................................... 47 Hình 3.25 Vít me trục X và Z ................................................................................................ 48 Hình 3.26 Vít me trục Y ........................................................................................................ 49 Hình 3.27 Mô hình xuất/nhập hàng hoàn chỉnh..................................................................... 50 Hình 3.28 Sơ đồ khối ............................................................................................................. 51 Hình 3.29 Sơ đồ trạng thái hệ thống ...................................................................................... 51 Hình 3.30 Lưu đồ khối RESET.............................................................................................. 52 Hình 3.31 Lưu đồ khối RUN ................................................................................................. 53 Hình 3.32 Lưu đồ khối AUTO............................................................................................... 54 Hình 3.33 Lưu đồ khối MANUAL ........................................................................................ 56 Hình 3.34 Lưu đồ chương trình con phân loại sản phẩm ...................................................... 58 Hình 3.35 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng nhập kho .................................................. 59 Hình 3.36 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng xuất kho ................................................... 60 Hình 3.37 Phân loại cố định cho một loại hàng trên ô sản phẩm .......................................... 61 Hình 3.38 Phân loại ngẫu nhiên các loại hàng.......................................................................62 Hình 3.39 Phân loại theo hàng và cột .................................................................................... 63 Hình 3.40 Giao diện HOME .................................................................................................. 64 Hình 3.41 Giao diện VIEW ................................................................................................... 65 Hình 3.42 Giao diện CONTROL ........................................................................................... 66 Hình 3.43 Giao diện DATA................................................................................................... 67 Hình 3.44 Giao diện ALARM ............................................................................................... 68 Hình 3.45 Giao diện TEST .................................................................................................... 69 Hình 3.46 Giao diện LOGIN ................................................................................................. 70 Hình 3.47 Màn hình giao diện Visual Studio ........................................................................ 71 Hình 3.48 Giao diện đọc mã QR sản phẩm ........................................................................... 72 Hình 3.49 Kiểu dữ liệu trong bảng DATA ............................................................................ 73 Hình 3.50 Bảng cơ sở dữ liệu của DATA..............................................................................73 Hình 3.51 Kiểu dữ liệu trong bảng ALARM.........................................................................73 Hình 3.52 Bảng cơ sở dữ liệu của ALARM .......................................................................... 74 Hình 3.53 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng DATA ..................................................... 74 Hình 3. 54 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng ALARM.................................................75 Hình 3.55 Thiết lập thời gian cập nhật .................................................................................. 76 Hình 3.56 Lựa chọn VBScript cần điều chỉnh.......................................................................77 Hình 3.57 Giao diện tổng quan của Websever ...................................................................... 78 Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever ...................................................78 Hình 3.59 Giao diện dữ liệu lỗi hệ thống lưu kho của Websever..........................................79 Hình 3.60 Giao diện tìm kiếm của Websever ........................................................................ 79 Chương 4
Hình 4.1 Kho chứa hàng sau khi thi công hoàn chỉnh...........................................................80 Hình 4.2 Hình mô tả tọa độ vị trí đặt hàng trong kho............................................................81 Hình 4.3 Băng tải IN hệ thống khi thi công hoàn thiện ......................................................... 82 Hình 4.4 Băng tải OUT hệ thống khi thi công hoàn thiện ..................................................... 82 Hình 4.5 Cơ cấu vít me của hệ thống khi thi công hoàn thiện............................................... 83 Hình 4.6 Hệ thống sau khi được thi công hoàn chỉnh ........................................................... 84 Hình 4.7 Tủ điện của hệ thống...............................................................................................85 Hình 4.8 Sơ đồ kết nối các ngõ vào và ra của các thiết bị với PLC ...................................... 86
xi
Hình 4.9 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động cơ của ba trục và động cơ băng tải...............87 Hình 4.10 Sơ đồ kết nối giữa driver điều khiển với động cơ bước ....................................... 87 Hình 4.11 Tủ điện điều khiển khi đã được đấu nối hoàn chỉnh.............................................88 Hình 4.12 Mặt trước tủ điện khi đã lắp xong các thiết bị ...................................................... 88
Chương 5
Hình 5.1 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Import...................................................89 Hình 5.2 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Export...................................................90 Hình 5.3 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual – Import............................................... 91 Hình 5.4 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual - Export ............................................... 92 Hình 5.5 Kết quả chạy thực nghiệm giao diện đọc mã QR ................................................... 93
xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Bảng thông số về cảm biến ...................................................................................... 31 Bảng 2 Bảng thông số về camera quét mã vạch .................................................................... 32 Bảng 3: Bảng thông số về PLC S7-1200 ............................................................................... 33 Bảng 4: Bảng thông số động cơ trục X..................................................................................40 Bảng 5: Bảng thông số của động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút).................................................41 Bảng 6: Bảng thông số driver Microstep ............................................................................... 42 Bảng 7: Bảng thông số động cơ băng tải ............................................................................... 43 Bảng 8: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống....................................................................... 68 Bảng 9: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống....................................................................... 68 Bảng 10: Bảng phân quyền truy cập hệ thống ....................................................................... 70 Bảng 11: Tọa độ của hàng ở các vị trí trên hệ thống ............................................................. 81 Bảng 12: Danh sách các thiết bị trong tủ điện ....................................................................... 85 Bảng 13: Bảng dùng ngõ vào DI PLC của các thiết bị .......................................................... 86 Bảng 14: Bảng dùng ngõ ra DO PLC của các thiết bị ........................................................... 86 Bảng 15: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện thiếu sáng (dùng đèn chiếu sáng) ...... 94 Bảng 16: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. ............................. 94 Bảng 17: Bảng thời gian đi hết chu trình...............................................................................95 Bảng 18: Bảng thời gian hoàn thành công việc xuất, nhập cho 4 ô hàng của từng loại........95 Bảng 19: Bảng thông số vận hành của hệ thống....................................................................95 Bảng 20: Bảng địa chỉ các thiết bị ngõ vào PLC ................................................................... 99 Bảng 21: Bảng địa chỉ các thiết bị ngõ ra PLC......................................................................99 Bảng 22: Bảng danh sách thiết bị dùng trong hệ thống ......................................................... 99
xiii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC Programmable Logic Controller QR Quick Response
SQL Structured Query Language HMI Human Machine Interface CCD Charge Coupled Device
DC Direct Current
MFC Microsoft Foundation Class
ODBC Open Database Connectivity
FIFO First In First Out
LIFO Last In First Out
FILO First In Last Out
NPN Negative Positive Negative
CPU Central Processing Unit
MDF Medium-Density Fibreboard
IEC International Electrotechnical Commission
xiv
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Đối với mọi doanh nghiệp, việc quản lí lưu kho và xuất nhập kho đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự mượt mà và hiệu quả của chuỗi cung ứng. Trong thời đại số ngày nay, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa cho quá trình này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt dộng mà còn mang lại sự linh hoạt, chính xác và tiết kiệm thời gian đáng kể. Cùng với sự phát triển của công nghệ, việc áp dụng hệ thống lưu kho và xuất nhập kho tự động đang trở thành xu hướng không thể bỏ qua, mang lại nhiều lợi ích to lớn cho các doanh nghiệp hiện đại. Quản lý lưu kho và xuất nhập kho là yếu tố then chốt để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm và dịch vụ. Do số lượng hàng hóa lớn và chi phí nhân công cao nên các doanh nghiệp như Alibaba, Walmart, FedEx đã áp dụng hệ thống kho thông minh, qua đó các doanh nghiệp này đã tiết kiệm được không gian, giảm thiểu tối đa nhân công, kết nối với phần mềm quản lí thời gian thực dễ dàng vận hành và kiểm soát tồn kho, vận hành hoàn toàn tự động và chính xác. Hiện nay, Vinamilk ở Việt Nam cũng đã chuyển đổi từ việc sử dụng hệ thống lưu kho truyền thống, bán tự động sang hệ thống kho thông minh hoàn toàn tự động.
Để tiếp cận với xu hướng phát triển của kho thông minh và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả, tính linh hoạt trong quản lí kho hàng, nhóm chúng em quyết định thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Mục tiêu chính của đồ án này là để giảm thiểu chi phí nhân công, nâng cao năng suất, tối ưu hóa các quy trình vận hành và tạo ra hệ thống vận hành có tính ổn định nhất.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là tập trung vào việc thiết kế một mô hình hệ thống có khả năng hoạt động hoàn toàn tự động, quản lí dữ liệu xuất nhập kho và các cảnh báo, lỗi trong quá trình hoạt động.
1.3 Mục tiêu đề tài
- Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là 700x100x1000 mm, trọng lượng khi kho hàng trống là 10kg.
- Khu vực làm việc của mô hình hệ thống 1500x1200mm với 2 hệ thống cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý. Tổng khối lượng của mô hình là 35kg.
- Mô hình có thể thực hiện hành động xuất nhập kho một cách tự động, có thể trực tiếp điều khiển hệ thống nếu muốn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
- Điều khiển và giám sát được hệ thống thông qua giao diện HMI, quản lí được dữ liệu thông qua SQL sever và Websever.
- Xây dựng chương trình giám sát dễ dàng sử dụng và trực tiếp thao tác. - Có thể phân loại sản phẩm bằng mã QR chính xác và ổn định.
- Cuối cùng, đánh giá tỉ lệ quét được mã vạch ở điều kiện đầy đủ ánh sáng và ở điều kiện thiếu sáng, đánh giá hiệu suất làm việc khi làm việc thực tế.
1.4 Giới hạn đề tài
- Kho có kích thước 4x4 hạn chế việc phân loại đa dạng các sản phẩm
- Hệ thống chỉ có thể nâng được các hàng hóa có tải trọng nhỏ hơn 45g
- Hệ thống dùng những mã QR đơn giản tự tạo.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu, những hệ thống lưu kho tự động có sẵn thị trường.
- Dựa trên các tài liệu nghiên cứu khoa học, trên các trang mạng: Google scholar, Studocu,... đồ án tốt nghiệp của các năm trước.
- Tính toán, thiết kế và thi công mô hình hệ thống - Lập trình logic hệ thống và thực nghiệm.
-Đánh giá kết quả.
1.6 Nội dung đề tài
Trong đề tài này nhóm sẽ thiết kế hệ thống lưu kho tự động với thông số của mô hình như sau:
Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là 700x100x1000 mm. Khu vực làm việc của mô hình hệ thống 1500x1200mm với 2 hệ thống cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý. Tổng khối lượng của mô hình là 30kg.
Quá trình nghiên cứu, chế tạo và hoàn thiện đồ án với những quy trình sau:
Đầu tiên nhóm tìm kiếm các đề tài đã được thực hiện trên nhiều phương tiện truyền thông và nhóm đã nhận thấy được các vấn đề hệ thống lưu trữ hàng hóa hiện nay đang tồn tại.
Sau khi có được các thông tin cần thiết, nhóm tiến hành tìm hiểu, phân tích, tính toán và chọn thiết bị cần thiết cho mô hình. Sau đó, nhóm tiến hành thiết kế hệ thống 2D và 3D cho
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
hệ thống. Sau quá trình thiết kế trên hệ thống phần mềm mô phỏng thì nhóm tiến hành tìm nguồn cung cấp và đặt mua vật tư cho sản phẩm.
Sau khi có các thiết bị cơ bản, nhóm bắt đầu thiết kế lưu đồ điều khiển cho mô hình và hoàn thiện khâu gia công chế tạo mô hình, tủ điện. Sau đó, nhóm tiến hành giai đoạn lập trình với phần mềm TIA portal và chạy thử phần mềm. Khi mô hình đã hoạt động ổn định, nhóm bắt đầu tạo một hệ cơ sở dữ liệu để quản lí dữ liệu cho hệ thống và giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống trên HMI và Websever.
Sau nhiều giai đoạn chỉnh sửa và tối ưu hệ thống nhóm tiến hành các đánh giá và tìm ra hướng phát triển của hệ thống.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương này trình bày lý thuyết về khái niệm, ưu điểm, ứng dụng và cấu trúc của một hệ thống lưu kho tự động. Bên cạnh đó, nó cũng phân tích chi tiết từng thành phần trong cấu trúc đó, cũng như các hình thức giao tiếp và điều khiển giữa con người và máy móc trong việc truy xuất hàng hóa.
Hệ thống lưu kho tự động 2.1 Khái niệm
Kho hàng tự động, hay còn được gọi là kho thông minh, là hệ thống lưu trữ hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Nó hoạt động tự động dưới sự kiểm soát của con người thông qua phần mềm quản lý.
2.2 Ưu điểm
- Tối ưu hóa về mặt thời gian lưu trữ
- Giảm thiểu tai nạn lao động và tăng diện tích kệ hàng.
- Dễ dàng bố trí nhà kho hợp lý, tăng lượng hàng hóa được lưu trữ trong kho chứa hàng. - Dễ sửa chữa bảo trì.
- Giảm thiểu chi phí thiệt hại khi sản phẩm tồn kho hay hư hỏng.
2.3 Ứng dụng
- Lưu trữ hàng hóa loại dược phẩm, thực phẩm.
- Lưu trữ linh kiện điện tử.
- Lưu trữ hàng hóa phục vụ cho ngành logistics.
2.4 Cấu trúc hệ thống
Hệ thống lưu kho tự động được hình thành bởi 3 hệ thống chính:
- Hệ thống điều khiển và giám sát: gồm trung tâm điều khiển PLC, màn hình giao diện người máy HMI, cảm biến, bộ điều khiển (driver), và các rơ le trung gian. Hệ thống này có vai trò nhận và xử lý tín hiệu được gửi từ các thiết bị đầu vào (cảm biến), sau đó thực hiện các nhiệm vụ thông qua các cơ cấu thực thi (rơ le và driver). Hơn nữa, hệ thống còn trình bày thông tin một cách trực quan thông qua giao diện người-máy (HMI).
- Hệ thống vận chuyển: Băng tải, robot, xe tự hành, ... dùng để di chuyển hàng hóa qua các công đoạn hay dùng để gắp hàng bỏ vào kho.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Hệ thống phân loại: Máy quét mã vạch, camera công nghiệp (nhận diện mã tem được dán trên hàng hóa).
- Hệ thống lưu trữ: gồm kho, giá đặt hàng và phần mềm quản lý hàng hóa trong kho. Trong đó, kho và giá đặt hàng có nhiều khoang dùng để chứa hàng hóa được nhập vào. Phần mềm quản lý hàng hóa dùng để lưu trữ các thông tin ngày tháng, mã vạch, loại sản phẩm,...để tạo thành một cơ sở dữ liệu cho người dùng dễ quản lý.
2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát 2.4.1.1 PLC
Khái niệm
PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Sự ra đời của nó đáp ứng nhu cầu điều khiển các công đoạn hay máy móc phức tạp một cách chính xác và có trật tự. Ngôn ngữ lập trình phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, dễ dàng tiếp cận và sửa đổi. Các dòng PLC phổ biến hiện nay bao gồm PLC Siemens và PLC Mitsubishi.
Tìm hiểu PLC Siemens
Siemens là một tập đoàn lớn trong lĩnh vực "Tự động hóa" của Đức. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các dòng sản phẩm PLC phù hợp. Các dòng PLC của hãng sản xuất có thể kể đến bao gồm: Logo, S7-200, S7-1200, S7-1500. Ngoài ra, hệ sinh thái đi kèm của PLC Siemens cũng cực kỳ đa dạng và đáp ứng nhu cầu cần thiết khác như mở rộng các cổng vào/ra, màn hình HMI, biến tần,... Đồng thời, có các khối hàm chức năng chuyên dụng giúp người dùng dễ dàng đọc và kiểm tra chương trình một cách thuận tiện.
Trang dữ liệu xuất nhập kho
Ở phần này sẽ bao gồm các thông tin như: thời gian, vị trí, mã code, trạng thái từ bảng cơ sở dữ liệu đã được tạo và đưa lên Websever
Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever Trang dữ liệu lỗi hệ thống
Ở phần này gồm các thông tin như: thời gian, ID, alarmclass, lỗi và giải pháp từ bảng cơ sở dữ liệu đã tạo và đưa lên Websever.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links