CHƯƠNG I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHO TỰ ĐỘNG 1. Ý tưởng đề tài: Trước đây khi nền công nghiệp chưa phát triển sản phẩm tạo ra chủ yếu bằng tay nên việc mang sản phẩm vào ra kho chủ yếu được thực hiện thủ công bằng cơ bắp do đó không tận dụng hết khoảng trống của nhà kho và hạn chế qui mô của nhà kho. Càng ngày nhu cầu của chúng ta càng tăng dẫn đến sự phá p triển thần tốc của khoa học kỹ thuật để nâng cao quá trình sản xuất. Ngày nay nhu cầu cuộc sống thường ngày của con người hiện đại gồm nhiều thứ: máy tính, tivi, quần áo,…Nếu sản xuất một triệu cái tivi bằng tay thì mất rất nhiều thời gian do đó xuất hiện những hệ thống sản xuất với năng suất cao, đòi hỏi phải có những nhà kho qui mô lớn và tốc độ nhập xuất cao để phù hợp.
Giải pháp chính là Automated Storage & Retrieval System (ASRS) - nhà kho tự động. Giới thiệu về hệ thống kho trong thực tế: ASRS (Automated Storage & Retrieval System) là hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với công nghệ hiện đại, được sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động. Hệ thống gồm có 2 phần chính: phần mềm và phần cứng. - Phần mềm gồm có phần mềm quản lí các Robot lấy cất hàng (Crane Control Software) và phần mềm quản lí hàng hóa (Warehouse Management Software).
- Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định (Static Racking), các robot lấy cất hàng (Warehouse Cranes), hệ thống các băng tải vận chuyển hàng (Conveyors) và hệ thống các cửa tự động xuất nhập hàng (Automated Doors). Nhà kho tự động đã xuất hiện từ vài ch ục năm trước ở các nước pháp triển như Anh, Pháp, Đức, Ý, Mỹ … để đáp ứng nhu cầu cao về tốc độ xuất nhập, quản lí chuyên nghiệp và môi trường làm việc khắc nghiệt. Giải pháp này được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng đông lạnh do những ưu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như: - Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao và đường chạy của rôbốt nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giải pháp khác, so sánh trên cùng khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho diện tích sử dụng, xây dựng và hệ thống lạnh. - Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/phút/Robot.
- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một con robot cho một nhà kho giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư. - Không cần hệ thống chiếu sáng, do đó tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành. - Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào, bù nhiệt cho hệ thống chiếu sáng là những nguồn thất thoát nhiệt chính trong các kho lạnh. Sử dụng diện tích nhỏ hơn các giải pháp khác nên thất thoát nhiệt xuống đất sẽ thấp hơn.
Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động và có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ là rất thấp, giảm thời gian xả đá của hệ thống lạnh. - Không sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lí, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ. SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 3 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy - Quản lí chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lí kho kết hợp với công nghệ mã vạch ( Barcode) hay thẻ từ (Transponder) giúp giảm chi phí quản lí và nhân công, đồng thời cũng dễ dàng đạt được các tiêu chuẩn ISO để tạo lợi thế cạnh tranh.
Các sản phẩm từ khâu đóng gói (được một hệ thống sắp xếp thành các kiện hàng lớn đối với các sản phẩm có kích thước nhỏ, nếu sản phẩm có kích thước lớn thì nhập kho trực tiếp) được băng chuyền mang đến vị trí chờ để nhập kho. Tại vị trí nhập kho hệ thống cơ khí sẽ mang lần lượt các kiện hàng hoặc sản phẩm này sắp xếp vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu dữ liệu của hàng vừa nhập kho vào máy tính. Đối với việc xuất kho hoàn toàn tương tự nhưng ngược lại. Hệ thống cơ khí cơ bản của một nhà kho tự động là một Robot hoạt động theo ba trục và di chuyển theo đường ray để mang hàng sắp xếp vào kho, và hệ thống băng chuyền để phân phối sản phẩm xuất nhập.
Số lượng Robot sử dụng trong một nhà kho ít hay nhiều hoàn toàn phụ thuộc vào đặc tính của nhà kho đó. Nếu một nhà kho tự động cần khả năng lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp thì số lượng robot không nhiều và hệ thống băng chuyền không quá phức tạp. Nhưng nếu một nhà kho cần khả năng lưu trữ cao với tốc độ cao thì số lượng Robot rất lớn di chuyển trên các ray độc lập, theo đường cong hoặc chuyển ray dẫn đến hệ thống băng chuyền để phân phối sản phẩm cho các Robot này rất phức tạp. Mô hình nhà kho có khả năng lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp thích hợp cho các nhà máy mà sản phẩm của họ được sản xuất với tốc độ không cao như: khung xe ô tô, các chi tiết máy động lực lớn, vỏ của các biến tần công suất lớn,…Bên cạnh đó nhà kho có khả năng lưu trữ cao với tốc độ cao thích hợp cho các nhà máy sản xuất với năng suất cao, số lượng lớn như: thực phẩm, điện tử… Đối với nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng chuyền chỉ đơn thuần phân phối sản phẩm cho các robot một cách tối ưu.
Nhưng với những nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc thì hệ thống băng chuyền còn thực hiện phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp. Nội Dung Của Luận Văn: Từ những lợi ích mà hệ thống ASRS đã và đang mang lại cùng với nhu cầu thực tế vì vậy có thể ứng dụng cho các kho hàng ở Việt Nam. Dựa trên việc tìm hiểu và mô phỏng sự hoạt động của các hệ thống ASRS trên thế giới nên đề tài Thiết Kế Hệ Thố ng Điều Khiển Và Giá m Sá t Nhà Kho Tự Độ ng được thực hiện. Nội dung của luận văn bao gồm các phần sau: - Tìm hiểu hệ thống ASRS và xây dựng mô hình.
- Nghiên cứu hệ thống cơ sở dữ liệu. - Xây dựng chương trình điều khiển giám sát cho hệ thống sử dụng PLC S7-200. SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 4 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy Một số hình minh họa nhà kho tự động: Hình 1: Mô hình nhà kho lưu trữ thực phẩm của MHIA (MATERIAL HANDLING INDUSTRY OF AMERICA) Hình 2: Mô hình nhà kho lưu trữ dược phẩm của MHIA SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 5 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS.
Voõ Hoaøng Duy Hình 3: Mô hình nhà kho lưu trữ các sản phẩm đông lạnh của MHIA Hình 4: Mô hình nhà kho sử dụng nhiều Robot của MHIA SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 6 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy Hình 5: Mô hình kho chứa thực phẩm của BMH (BASTIAN MATERIAL HANDLING) Hình 6: Mô hình kho chứa sản phẩm y tế của BMH SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 7 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy Hình 7: Mô hình chứa các sản phẩm khô và đông lạnh của BMH Hình 8: Các Robot trong các mô hình nhà kho tự động của BMH SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 8 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy CHƯƠNG II GIỚI THIỆU PLC S7-200 1.
Giới Thiệu Về PLC: 1. Giới thiệu chung về PLC: PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. PLC đặc biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuỗi sự kiện, duy trì biến số theo giá trị không đổi hoặc theo hàm cho trước. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý.
Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… PLC có những ưu điểm: - Có kích thướ c nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. - Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. - Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. - PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
- Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: - Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào. - CPU: Thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình. - Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự.
Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình. - Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng. - Các loại module chức năng (FM: Function Module): như các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… 1. Phân loại: PLC thường được phân thành 2 loại theo cấu trúc phần cứng: - PLC kiểu hộp đơn: + Thường sử dụng cho các thiết bị lập trình cỡ nhỏ.
+ Được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc bao gồm cả bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập xuất. - PLC kiểu module: + Kiểu module gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý,… + Các module thường được lặp trên các rãnh bên trong hộp kim loại. SVTH: Hoaøng Vaên Ñöùc – Nguyeãn Hoaøi Nhôù ùTrang 9 / 89 Ñeà taøi: Heä thoáng A/S-R/S GVHD: TS. Voõ Hoaøng Duy + Sự phối hợp các module cần thiết tuỳ theo công dụng do người dùng xác định nên khá linh hoạt.
PLC có thể xử lý các tín hiệu: - Tín hiệu analog: từ các bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất,… - Tín hiệu rời rạc: từ các công tắc trực tiếp, gián tiếp (công tắc điện từ, công tắc kiểu điện dung…) - Chuỗi xung: từ encoder.