Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống kho hàng tự động điều khiển bằng PLC và mã vạch

Khám phá đồ án chi tiết về hệ thống kho hàng tự động ứng dụng PLC và truy xuất dữ liệu bằng mã vạch, bao gồm thiết kế, thi công và lập trình.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hoài Linh
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Nguyễn Nhựt Thanh
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Hệ Thống Kho Hàng Tự Động Điều Khiển Bằng PLC Và Truy Xuất Dữ Liệu Bằng Mã Vạch
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ Thống Kho Hàng Tự Động với Điều Khiển PLC

Hệ thống kho hàng tự động là giải pháp hiện đại trong quản lý logistics và lưu trữ hàng hóa. Đồ án này tập trung vào việc phát triển một hệ thống lưu kho tự động được điều khiển bằng PLC (Programmable Logic Controller) kết hợp với truy xuất dữ liệu bằng mã vạch. Hệ thống được thiết kế để tối ưu hóa quy trình xuất nhập kho, giảm thời gian xử lý, và nâng cao hiệu suất làm việc. Công nghệ PLC và mã vạch cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình từ tiếp nhận hàng hóa đến lưu trữ và xuất kho. Đây là một ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa trong ngành logistics.

1.1. Khái Niệm Hệ Thống Kho Hàng Tự Động

Kho hàng tự động là một hệ thống tích hợp các thiết bị cơ điện, cảm biến, và phần mềm điều khiển để quản lý hàng hóa mà không cần can thiệp thủ công. Hệ thống bao gồm hệ thống xuất nhập với hai băng tải, hệ thống vận chuyển sử dụng robot cánh tay, và kho lưu trữ có các ô chứa xếp chồng. Việc sử dụng PLC điều khiển và mã vạch truy xuất giúp tăng độ chính xác và tốc độ xử lý thông tin hàng hóa.

1.2. Tầm Quan Trọng của Công Nghệ PLC và Mã Vạch

Công nghệ PLC cho phép điều khiển các quá trình phức tạp một cách tự động và đáng tin cậy. Mã vạch giúp nhận diện nhanh chóng và chính xác từng sản phẩm trong quá trình lưu trữ. Sự kết hợp giữa PLC và hệ thống mã vạch tạo nên một giải pháp tối ưu cho quản lý kho hàng hiện đại, giảm chi phí nhân công và lỗi sai.

II. Cấu Trúc Và Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống

Đồ án kho hàng tự động được xây dựng từ ba hệ thống con chính: hệ thống xuất nhập, hệ thống vận chuyển, và kho lưu trữ. Hệ thống xuất nhập bao gồm hai băng tải điều khiển bằng PLC, một dành cho nhập hàng và một dành cho xuất hàng. Hệ thống vận chuyển sử dụng một robot cánh tay tự động để di chuyển hàng hóa giữa các vị trí. Kho lưu trữ được thiết kế với các ô hàng xếp chồng để tối đa hóa không gian lưu trữ. Toàn bộ hệ thống được giám sát và điều khiển thông qua phần mềm Labview và Droidcam, với camera xử lý mã QR để nhận diện hàng hóa.

2.1. Hệ Thống Xuất Nhập Hàng Hóa

Hệ thống này bao gồm hai băng tải được điều khiển bằng PLC. Băng tải nhập dùng để di chuyển hàng vào vị trí quét mã vạch và QR code. Camera sẽ xử lý thông tin mã để phân loại hàng hóa. Băng tải xuất dùng để đưa hàng đến người vận chuyển. Quy trình này đảm bảo tự động hóa hoàn toàn và giảm thiểu lỗi sai trong ghi nhận hàng hóa.

2.2. Hệ Thống Vận Chuyển Với Robot Cánh Tay

Robot cánh tay tự động được điều khiển bởi PLC để vận chuyển hàng hóa giữa các băng tải đến các vị trí lưu trữ. Robot có khả năng xác định vị trí chính xác trong kho và đặt hàng vào đúng ô lưu trữ. Hệ thống này giảm thời gian xử lý hàng hóa và tăng hiệu suất làm việc của toàn bộ kho hàng.

2.3. Kho Lưu Trữ Và Cách Tổ Chức

Kho lưu trữ bao gồm các ô hàng xếp chồng được sắp xếp theo hàng, cột để tối ưu hóa không gian. Mỗi ô được gắn địa chỉ để hệ thống PLC có thể xác định và truy xuất hàng hóa chính xác. Dữ liệu vị trí hàng được lưu trữ và truy xuất bằng mã vạch, giúp quản lý kho hiệu quả.

III. Quy Trình Điều Khiển Và Truy Xuất Dữ Liệu Bằng PLC

Quy trình điều khiển hệ thống kho hàng được thực hiện thông qua PLC với các bước logic được lập trình sẵn. Khi hàng hóa vào, camera quét mã vạch hoặc QR code để xác định thông tin sản phẩm. PLC nhận dữ liệu này, xác định vị trí lưu trữ thích hợp trong kho dựa trên thuật toán tối ưu. Robot cánh tay được điều khiển để vận chuyển hàng đến ô lưu trữ đúng vị trí. Khi cần xuất hàng, hệ thống truy xuất dữ liệu mã vạch để xác định vị trí và điều khiển robot lấy hàng. Toàn bộ quá trình được giám sát thông qua phần mềm Labview, đảm bảo chính xác và an toàn.

3.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Điều Khiển PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng để quản lý các quá trình tự động. Trong hệ thống kho hàng, PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến (quang điện, cảm biến vị trí) và camera quét mã vạch. Dựa vào chương trình được lập sẵn, PLC phát ra lệnh điều khiển các motor, actuator để điều khiển băng tải, robot cánh tay. Quá trình này lặp lại liên tục để đảm bảo hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống.

3.2. Hệ Thống Truy Xuất Dữ Liệu Bằng Mã Vạch

Mã vạch là công nghệ nhận diện tự động sử dụng mã QR hoặc barcode để lưu trữ thông tin sản phẩm. Khi hàng hóa nhập kho, camera quét mã vạch và gửi dữ liệu đến PLC. Hệ thống lưu trữ thông tin vị trí hàng trong cơ sở dữ liệu. Khi cần xuất hàng, người dùng chỉ cần quét mã vạch, hệ thống sẽ tự động truy xuất và điều khiển robot lấy hàng từ vị trí chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Lợi Ích Của Hệ Thống

Hệ thống kho hàng tự động với PLC và mã vạch có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các ngành công nghiệp như logistics, thương mại điện tử, sản xuất. Hệ thống này giúp tăng tốc độ xử lý hàng hóa, giảm sai sót trong quản lý kho, tiết kiệm chi phí nhân công, và tối ưu hóa không gian lưu trữ. Công nghệ PLC đảm bảo độ tin cậy cao và dễ bảo trì, trong khi mã vạch cho phép truy xuất dữ liệu nhanh chóng. Giải pháp này đặc biệt hữu ích cho các kho hàng có lưu lượng cao, nơi yêu cầu xử lý dữ liệu lớn. Với sự phát triển công nghệ, hệ thống kho hàng tự động sẽ trở thành giải pháp phổ biến trong tương lai gần.

4.1. Lợi Ích Kinh Tế Của Hệ Thống Tự Động

Hệ thống kho hàng tự động giúp giảm chi phí nhân công đáng kể bằng cách tự động hóa các quá trình thủ công. PLC điều khiển giảm thiểu lỗi sai, từ đó giảm tổn thất hàng hóa. Tối ưu hóa không gian lưu trữ bằng cách sắp xếp hàng hóa hiệu quả giúp tăng sức chứa kho. Tốc độ xử lý nhanh giảm thời gian giao hàng, nâng cao tỷ lệ khách hàng hài lòng.

4.2. Tương Lai Của Công Nghệ Kho Hàng Thông Minh

Công nghệ kho hàng tự động đang phát triển nhanh chóng với sự tích hợp của AI, IoT, và Big Data. Hệ thống PLC hiện đại có khả năng kết nối mạng, cho phép giám sát từ xa và phân tích dữ liệu thời gian thực. Mã vạch thông minh có thể mã hóa nhiều thông tin hơn, giúp quản lý kho toàn diện. Trong tương lai, kho hàng tự động sẽ trở thành giải pháp chuẩn cho các doanh nghiệp logistics.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay đất nước ta đang bước vào giai đoạn thực hiện công nghiệp hóa - hiện đại hóa, cho nên mọi lĩnh vực, ngành nghề kỹ thuật nào cũng cần đến tự động. Hệ thống điều khiển và tự động hóa có mặt trong mọi dây chuyền sản xuất của các ngành kinh tế. Ngày nay các hệ thống giúp ta điều khiển và giám sát tự động đã rất phổ biến đối với chúng ta.

Được áp dụng vào đời sống, công nghiệp. để hỗ trợ nhu cầu thiết yếu của con người trong các hoạt động khác nhau. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người. Góp phần quan trong vào đời sống và công nghiệp hiện đại.

Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất, ứng dụng PLC vào hệ thống lưu xuất kho hàng tự động trong các kho. Một trong những biện pháp để cải thiện việc phân loại và quản lý hàng hóa lưu trữ, cũng như giảm thiểu sức lao động của con người trong các kho hàng. Và lý do chính hiện nay, nhóm em cảm thấy khi người giao hàng (Shipper) vào kho để lấy hàng giao cho khách khá là mất thởi gian vì phải tìm kiếm và giao hàng ở nhiều địa điểm khác nhau. Xuất phát từ những vấn đề trên nhóm em đã tìm hiểu công nghệ tự động hóa cho hệ thống lưu xuất kho hàng “sản phẩm thương mại điện tử”, khi đó người giao hàng có thể lấy hàng một cách dễ dàng và vận chuyển hàng theo một khu vực nhất định.

Từ đó nhóm em đã chọn đề tài “Hệ thống lưu kho tự động ứng dụng PLC và truy xuất dữ liệu bằng mã vạch”. 2 Việc lưu hàng vào kho và xuất hàng ra khỏi kho là công việc tốn khá nhiều thời gian trong quá trình thực hiện, vì thế hệ thống lưu xuất kho tự động là giải pháp thay thế cho công việc này. Nhân viên không cần di chuyển đến từng vị trí của sản phẩm thay vào đó hệ thống lưu kho tự động có thể lưu hàng vào kho, có thể lấy hàng từ kho và vận chuyển đến tay nhân viên và người vận hành. Người vận hành có thể quản lý được hàng hóa lưu, xuất kho.

Ngoài ra hệ thống lưu kho tự động này còn có nhưng ưu điểm như: Giảm bớt rằng buộc công việc cho nhân viên, tăng mức độ an toàn, tăng độ chính xác và năng xuất hiệu quả, tối ưu không gian nhà kho một cách khoa học. Tìm hiểu thực tế Kho hàng thông minh trong quy trình sản xuất sữa Vinamilk Hình 1.1: Hình ảnh hàng được vẩn chuyển ra băng chuyền Kho hàng này của Vinamilk thuộc loại kệ chứa hàng AS-GS với các dãy kệ rất cao, palet hàng hóa được vận chuyển ra vào bằng các crane tự động. 3 Các robot tự động (AGV) chuyển hàng hóa vào kho. Kho chứa hàng có 27.168 đơn vị chứa hàng palet, có khả năng chịu động đất.

8 dãy kệ chứa và đi kèm là các crane Exyz công nghệ mới và tiên tiến nhất hiện nay. Hệ thống này cho phép vận chuyển nhanh hơn, nhẹ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn. Vinamilk là một trong những đơn vị ứng dụng công nghệ này. Ở đây hệ thống bốc dỡ và vận chuyển palet theo ray dẫn hướng (RGV) với 370 mét đường ray và 15 crane tải động, mỗi crane có khả năng mang 2 palet.

Hệ kho chứa hàng tự động được thiết kế tối ưu hóa không gian và diện tích, trong đó có các hệ thống băng tải hỗ trợ hoạt động bốc xếp của người công nhân, tự động sắp xếp thứ tự các palet và có khả năng truy xuất palet bất kỳ. Tại khu vực xuất hàng, hệ thống phân loại palet tự động phân chia thành 16 dãy sử dụng băng tải con lăn. Toàn bộ hệ thống được kiểm soát và quản lý bằng 1 hệ thống phần mềm thống nhất, có khả năng tích hợp với các phần mềm ERP của doanh nghiệp.2: Hệ thống vận chuyển vào kho hàng thông minh Vinalmilk 1. Xác định mục tiêu đề tài - Thiết kế được mô hình phần cứng.

- Thiết kế được chương trình điều khiển. - Thiết kế được giao diện giám sát và điều khiển. - Hệ thống hoạt động ổn định, đạt độ chính xác cao. Phải đạt được các giải pháp thiết kế tổng hợp về cơ khí và điện.

- Băng tải nhập, băng tải xuất và quét mã QR ổn định, chính xác. - Hệ thống cánh tay Robot vận chuyển ổn định và chính xác. Phạm vi giới hạn đồ án - Hệ thống có thể lưu được 18 lô hàng sản phẩm. - Hệ thống thực hiện đơn hàng <2 kg.

- Tốc độ tiêu chuẩn là 107 vòng/ phút, tốc độ nâng thẳng đứng tiêu chuẩn khoảng 80 m/phút. - Hệ thống dừng lại ở mức độ mô hình. Giới thiệu về hệ thống lưu kho và nguyên lý làm việc - Hệ thống lưu kho là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động là hệ thống quản lý xuất nhập hàng hóa tự động với sự phối hợp các kỹ thuật cao về cơ khí, tự động hóa và công nghệ thông tin. - Nguyên lý làm việc của hệ thống: Khi cấp nguồn cho hệ thống, nhấn nút start, động cơ một chiều (giảm tốc) quay truyền chuyển động cho băng chuyền nhập thông qua dây đai.

Bắt đầu nhập hàng, khi nhập hàng hàng hóa sẽ được băng tải nhập đưa vào và gặp cảm biến băng tải sẽ dừng lại để cho hệ thống quét mã QR quét mã vạch trên lô hàng đó, chuyền tín hiệu qua PC, PC phát tín hiệu cho hệ thống robot đến lấy hàng và đưa hàng vào với ô tương ứng được quy định sẵn trong kho lưu trữ. Khi xuất hàng, người vận hành có thể lấy lô hàng theo ý mình chỉ cần nhấn nút trên màn hình điều khiển, lô hàng sẽ được hệ thống robot vận chuyển ra băng tải xuất hàng và khi gặp cảm biến băng tải sẽ dừng hoạt động và nhân viên có thể lấy hàng. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, bài viết, lý luận khác nhau liên quan đến đề tài; truy cập các trang web, diễn đàn để học hỏi kinh nghiệm của những người đã từng làm dự án. Phân tích các tài liệu đó thành từng bộ phận để tìm hiểu sâu sắc hơn về đề tài.

Sau đó tổng hợp các kiến thức, thông tin đã phân tích được tạo ra hệ thống lý thuyết đầy đủ và hoàn chỉnh về đối tượng nghiên cứu. - Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: Xem xét lại các kết quả thực tiễn và các hướng phát triển đã có trong quá khứ để rút ra các kết luận và kiến thức bổ ích cho việc nghiên cứu. - Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng mô hình thực nghiệm kiểm tra hoạt động của hệ thống, điều chỉnh các thông số thiết bị có trong mô hình để đáp ứng các mục tiêu dự kiến của mình. 7 Chương 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.

Tổng quan về hệ thống lưu kho cơ bản Với sự phát triển công nghiệp hiện nay, các kho hàng lớn ngày càng xuất hiện càng nhiều, việc xuất nhập kho đòi hỏi công nghệ cao sự chính xác vận hành và quản lý. Vì vậy các kho hàng lớn không ngừng cập nhật về hệ thống công nghệ, việc cải tiến là hết sức cần thiết. Một số hệ thống lưu kho hiện nay: 2. Hệ thống kho hàng thông minh Hình 2.1: Hệ thống kho hàng tự động 8 Cấu tạo của một hệ thống kho hàng tự động: - Hệ thống kho tự động bao gồm các các hộp nhựa lưu trữ hàng, kết hợp với giá đỡ kim loại, cần cẩu xếp hàng, băng tải, và phần mềm quản lý kho.

Tất cả kết hợp thành một sản phẩm duy nhất. - Tối ưu để lưu trữ và lấy hàng theo nguyên tắc "từ kho hàng đến trực tiếp công nhân". Những kho này bao gồm một hoặc nhiều lối đi, có giá đỡ ở cả hai bên để lưu trữ hộp hoặc khay, với một cần trục xếp chồng di chuyển lên xuống tại mỗi lối đi, di chuyển và đặt các hộp ở vị trí của chúng. - Khu vực lấy và xử lý hàng, bao gồm các băng tải nơi cần cẩu xếp chồng sẽ đặt sản phẩm được lấy ra từ các giá đỡ, được đặt ở một đầu xuất hoặc bên cạnh các giá đỡ.

- Các băng tải sẽ mang từng hộp hàng ra cho người vận hành và sau khi họ đã hoàn thành công việc của mình, họ sẽ trả lại hộp lên băng tải, và sau đó được đem đến cần cẩu xếp để được đặt đúng vị trí của nó trong giá đỡ. Toàn bộ hệ thống được vận hành bởi một chương trình phần mềm quản lý kho, giúp ghi lại vị trí của tất cả hàng hóa trong kho và lưu trữ hàng tồn kho theo thời gian thực. - Nhờ khả năng tùy biến phi thường của nó, hệ thống có thể được tích hợp vào bất kỳ quy trình sản xuất hoặc kho hàng nào. Cấu trúc một kho tự động cho các hộp bao gồm chủ yếu các thành phần sau: - Cần cẩu xếp hàng (robot) - Hệ thống kệ đỡ - Khu vực lấy hàng và xử lý đơn hàng - Phần mềm quản lý kho hàng - Hộp chứa hàng - Hệ thống điều khiển và kiểm soát an toàn 9 - Trang thiết bị tùy chọn 2.

Hệ thống kho tự động tải trọng nhẹ(<50kg) Hình 2.2: Hệ thống kho hàng tải trọng nhẹ Giới thiệu - Kho tự động dùng cho các hộp tải trọng nhẹ (Mini-load AS/RS) là một hệ thống lưu trữ cực kỳ dày đặc được thiết kế để di chuyển ở tốc độ cao nhằm tăng năng suất lấy hàng, với kết cấu rất nhỏ gọn. Sử dụng cần cẩu xếp/lấy hàng tự động (robot), hệ thống tải trọng nhỏ có tốc độ tiêu chuẩn là 180 mét/phút và tốc độ nâng thẳng đứng tiêu chuẩn là khoảng 100m/mỗi phút, giúp cải thiện thời gian lấy hàng và hiệu quả vận hành. - Hệ thống tải nhỏ chủ yếu được sử dụng để lưu trữ, di chuyển và thực hiện đơn hàng hóa nhỏ (<50kg) hoặc dùng không thường xuyên, được chứa trong các hộp nhựa hoặc kim loại. Ngoài việc cung cấp phương pháp tối ưu để xử lý các hộp theo sự lựa chọn trên phần mềm, hệ thống còn được thiết kế để dễ dàng 10 vận hành và đảm bảo các yêu cầu an toàn.

Ngoài ra, việc bảo trì còn được thực hiện một cách đơn giản nhất có thể. Các thành phần trong hệ thống: - Một hệ thống lưu trữ tự động bao gồm các hộp hoặc các khay nhựa, các giá đỡ, cần cẩu xếp/dỡ hàng tự động (robot), băng tải và hệ thống phần mềm quản lý kho Easy WMS.