CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Thời kỳ tiền công nghiệp (trước thế kỷ 18): ở giai đoạn này, lưu kho thường không được nghiên cứu theo cách hiện đại, vì sản xuất và thương mại còn đơn giản và nhỏ lẻ hơn. Người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống để quản lý hàng tồn kho. Hệ thống lưu kho và xuất kho tự động bắt đầu xuất hiện từ cuối những năm 1960 và phổ biến rộng hơn vào thập niên 1970 và 1980. Công năng đầu tiên của hệ thống chỉ là kiểm tra và bốc xếp các kiện hàng, linh kiện.
Mục đích chính là giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, kiểm tra và theo dõi hàng hóa không bị đánh cắp hay thay đổi không được phép, nhất là giảm công sức lao động bốc xếp hàng hóa. Hình TỒNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG.1 Hệ thống lưu kho những năm cuối thế kỷ 20 7 Thế kỷ 20 và sự phát triển của Khoa học Kinh doanh: Trong thế kỷ 20, nghiên cứu về quản lý tồn kho bắt đầu phát triển mạnh mẽ hơn, đem lại nhiều lợi ích to lớn: + Giảm chi phí tồn kho nhờ khả năng kiểm soát hàng hóa với độ chính xác tuyệt đối và mức tồn kho an toàn thấp hơn + Quản lý tổng quan theo thời gian thực: cho phép các vị trí quản lý chủ chốt trong công ty có thể kiểm soát thông tin hàng hóa của công ty tại bất kỳ thời điểm nào + Cho phép quản lý hàng hóa theo vị trí, chủ động được trong sản xuất, cảnh báo khi các sản phẩm tronh kho sắp hết + Kiểm soát kho nhanh chóng chính xác, tránh thất thoát, gian lận hàng hóa, giảm nhân công lao động Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hơp cơ giới hóa và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập/ lưu/ xuất kho thì ngày nay hệ thống lưu kho tự động là một sản phẩm cơ điện tử ở mức độ tự động hóa cao, phân phối hệ thống sản xuất thông minh. Sự phát triển của kho hàng tự động là những bước tiến quan trọng trên con đường phát triển thúc đẩy cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và trí tuệ nhân tạo. Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng qua nhiều năm, hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực khác nhau: + Trong lĩnh vực sản xuất, hệ thống kho tự động được sử dụng để quản lý và lưu trữ thành phẩm, nguyên vật liệu, và linh kiện.
Hệ thống này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thất thoát, và cải thiện khả năng phản hồi đối với nhu cầu thay đổi của thị trường. 8 + Trong lĩnh vực y tế và dược phẩm, hệ thống kho tự động được sử dụng để quản lý và theo dõi các loại thuốc, vật tư y tế và trang thiết bị. Điều này giúp đảm bảo sẵn sàng của các sản phẩm cần thiết trong điều trị và chăm sóc sức khỏe. + Trong lĩnh vực bán lẻ và thương mại điện tử, hệ thống kho tự động giúp quản lý tồn kho và giao hàng đến khách hàng một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Hệ thống này thường liên kết với các trang web và ứng dụng mua sắm trực tuyến để cung cấp thông tin lượng tồn kho thời gian thực cho người tiêu dùng. Hình TỒNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG.2 Cung cấp và trộn hàng hóa 9 1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài giải quyết vấn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuất kho một cách chính xác, nhanh gọn và tự động. Ngoài ra, đề tài còn hướng đến việc phân loại hàng hóa để phân chia khu vực lưu trữ trong kho. Toàn bộ hệ thống lưu kho sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệ thống SCADA.
Bao gồm: giao diện điều khiển từ máy tính (WinCC), giao diện trên Microsoft Visual. Dự đoán, cảnh báo các lỗi trong xảy ra trong quá trình hoạt động. Giải quyết vấn đề kiểm tra số lượng hàng hóa, rút ngắn thời gian cũng như không can thiệp nhiều vào quá tình sản xuất, tăng hiệu quả của dây chuyền lưu trữ hàng hóa lên cao. Các vấn đề đặt ra khi thiết kế hệ thống lưu kho tự động: + Hình dạng và kích thước: Thiết kế cần đảm bảo rằng mô hình có hình dạng và kích thước phù hợp với môi trường sử dụng.
+ Chất lượng vật liệu: Chất lượng vật liệu được sử dụng để sản xuất sản phẩm rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm và khả năng chống lại các tác động bên ngoài. + Tính linh hoạt: Điều quan trọng nhất trong việc thiết kế mô hình cánh tay khí nén là nó có thể di chuyển một cách thuận tiện và linh hoạt. + Thiết kế vận chuyển và di chuyển tự động: Xác định các hệ thống di chuyển tự động, như cánh tay khí nén hoặc băng chuyền, để vận chuyển hàng hóa từ vị trí lưu trữ đến vị trí xuất hàng một cách nhanh chóng và ổn định. 10 + Động cơ và hệ thống điều khiển: Cánh tay khí nén cần được trang bị động cơ mạnh mẽ để có đủ lực đẩy và vận hành.
Hệ thống điều khiển cũng cần được thiết kế chính xác để cánh tay có thể vận hành, nâng gắp vật, di chuyển đến vị trí thích hợp. + Lưu trữ dữ liêu: Sản phẩm cần có bộ nhớ để lưu trữ lại vị trí cũng như các câu lệnh điều khiển, nên cần bộ nhớ lưu trữ đáng tin cậy để phân tích và xử lí. + Điều khiển và cảm biến: Để đảm bảo hoạt động linh hoạt của sản phẩm, hệ thống điều khiển và cảm biến là rất quan trọng. Mô hình cần sử dụng cảm biến tiệm cận để phát hiện phôi, cảm biến trọng lượng để xác định tải trọng và lực nâng phù hợp.
Cảm biến áp suất cũng rất quan trọng, dùng để đo áp suất và phát hiện sự thay đổi trong lực. Quan trọng nhất là cảm biến mã vạch để sử dụng cho việc nhận diện và sắp xếp phôi. + Tối ưu hóa không gian: Hệ thống lưu kho tự động cần được thiết kế sao cho tận dụng tối đa không gian lưu trữ trong kho. Điều này yêu cầu việc lựa chọn các giải pháp lưu trữ phù hợp và quản lý không gian kho hiệu quả.
+ Quá trình xếp hàng tự động: Hệ thống cần có khả năng tự động xếp hàng vào các kệ lưu trữ, để giảm thiểu thời gian và công sức lao động. + An toàn cho người sử dụng: Thiết kế sản phẩm cần đảm bảo an toàn cho người sử dụng, bao gồm tính năng tự động ngắt điện khi có sự cố xảy ra. 11 + Bảo trì và bảo dưỡng: Xác định kế hoạch bảo trì và bảo dưỡng thích hợp để đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả của hệ thống lưu kho tự động.3 Phương pháp nghiên cứu + Tìm hiểu cách vận hành xuất - nhập kho trong thực tế, xây dựng mô hình và tái hiện lại cơ cấu, chức năng của các đối tượng trong kho. + Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước.
+ Tham khảo tài liệu trên các trang tự động hóa 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: + Bộ điều khiển trung tâm: PLC Siemens S7 - 1200. + Phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WinCC) + Các cơ cấu chấp hành: DC Step17PM - K142, bộ truyền động vitme đai ốc, cảm biến tiệm cận, công tắc hành trình KW7 - 0CG. + Các module: Driver TB - 6600 điều khiển động cơ bước. + Nguồn cấp điện cho hệ thống 24V.
Phạm vi nghiên cứu: + Tính toán hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển. + Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển. + Thiết kế giao diện điều khiển qua phần mềm Tia Portal V16. + Lập trình trên PLC điều khiển mô hình lưu kho tự động.
+ Ứng dụng phần mềm Wincc để mô phỏng hệ thống. 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 2.1 Mô hình thống lưu kho tự động Hệ thống lưu kho tự động được thiết kế để tự động thực hiện các công việc liên quan đến lưu kho, như di chuyển hàng hóa, quản lý kho, và cung cấp hàng hóa khi cần thiết. Điều này giúp giảm việc phụ thuộc vào con người trong quá trình lưu kho, tăng hiệu suất và độ chính xác của quá trình lưu kho. Hệ thống gồm hai phương thức hoạt động là Nhập kho và Xuất kho.
+ Nhập Kho: Phương thức nhập kho sẽ có hai chế độ điều khiển bao gồm: Tự Động (AUTO) và Điều khiển bằng tay (MANUAL). Ở chế độ tự động: Khi băng tải phát hiện có hàng được nhập vào thì băng tải sẽ hoạt động đưa hàng đến vị trí nhập kho. Tại vị trí này camera sẽ đọc mã QR được in trên thùng hàng và nhận biết được hàng là loại nào (Mỗi loại hàng sẽ được lưu trữ ở mỗi tầng khác nhau). Tay nâng sẽ di chuyển từ vị trí ban đầu (vị trí 0) đến vị trí nhập kho để nhận hàng và sau đó đưa hàng tới vị trí trống gần nhất của tầng chứa loại hàng đó.
Sau khi đưa hàng tới đúng vị trí thì tay nâng sẽ trở về vị trí ban đầu để tiếp tục xử lý các mặt hàng tiếp theo. Ở chế độ bằng tay: Hệ thống băng tải vẫn sẽ hoạt động như ở các chế độ khác. Sau khi hàng được quét để xác định tầng lưu trữ thì bảng điều khiển sẽ cho phép người điều khiển chọn lựa vị trí lưu trữ hàng mong muốn. Và hệ thống sẽ thực hiện đưa hàng tới đúng vị trí đó.
Mặt khác ở chế độ này người điều khiển vẫn có thể điều khiển tay nâng theo ý muốn của mình (nếu muốn). 14 + Xuất Kho: Người điều khiển sẽ chọn mặt hàng muốn xuất kho (trước đó các loại hàng đã được phân theo tầng lưu trữ), tiếp theo sẽ chọn số lượng cần xuất. Trong trường hợp chọn nhiều loại hàng muốn xuất cùng một lúc thì sẽ ưu tiên xuất loại hàng từ thấp đến cao của kho hàng. Khi có tín hiệu muốn xuất kho thì tay nâng sẽ tới vị trí có hàng xa nhất của tầng lưu trữ hàng muốn xuất để lấy hàng, đưa hàng về vị trí xuất kho.
Tại đây camera sẽ đọc mã để lưu trữ dữ liệu và băng tải sẽ đưa hàng đi. Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG.3 Cơ bản một hệ thống lưu kho tự động 2.2 Cấu trúc các thành phần hệ thống 2.