CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 9 1. Lịch sử nghiên cứu. Các hệ thống lưu kho tự động điển hình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu .1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG. Cấu tạo và quy trình công nghệ của hệ thống.
Sơ đồ khối hệ thống. Quy trình công nghệ. Phương pháp nhận dạng mã QR. Tìm hiểu về mã QR.
Phương pháp nhận dạng mã QR. Các cơ sở lý thuyết liên quan. Phương pháp điều khiển sử dụng PLC. Tổng quan về bộ điều khiển PLC.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Các cơ sở lý thuyết liên quan. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG. Thiết kế tổng thể hệ thống lưu kho.
Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí. Tính toán thiết kế bộ truyền vitme [3]. Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển. Tính chọn động cơ [30].
Bộ điều khiển trung tâm. Module TB-6560 Driver điều khiển động cơ bước. Cảm biến quang điện. Công tắc hành trình.
Nguồn xung DC 24V-10A. Thiết bị đóng cắt nguồn điện. Webcam quét QR. Lắp ráp và chạy thử.
49 7 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .2 Cấu tạo mã QR .3 Quy trình tạo và quét mã QR .4 Cách sắp xếp nội dung mã nhị phân .5 Giao diện Microsoft Visual Studio .6 Sơ đồ khối vận hành của PLC.7 Giao diện phần mềm TIA Portal .8 Giao diện phần mềm WinCC .1 Tổng thể hệ thống lưu kho .2 Vitme T8 đai ốc.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .4 Lực làm trục X di chuyển .5 Động cơ bước 17PM-K142U .9 Cảm biến quang điện E3F-DS30C4.10 Công tắc hành trình .11 Nguồn xung DC 24V-10A .12 Aptomat LS BKN 2P-50A .15 Mô hình khi hoàn thành phần cơ khí .16 Mô hình khi lắp hệ thống điện. 50 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 .2 Setup dòng cho động cơ bước .3 Cài đặt vi bước cho Driver. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1. Lịch sử nghiên cứu Hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho bắt đầu được giới thiệu 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 pallet hai khay chứa kiện hàng linh kiện. Mục đích là giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích kho chứa ra kiểm tra và theo dõi hàng hóa không bị đánh cắp hay thay đổi không được phép nhất là giảm công suất lao động bốc xếp hàng hóa. Vào thời kỳ sơ Khai (1960-1980) ”Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự gắn kết hoạt động các trang bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ và xuất kho so với độ chính xác vận hành, tốc độ xử lý cao trong giới hạn của cấp độ tự động hóa được áp dụng ảnh”. Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh mẽ của tự động hóa.
Hệ thống tự động hóa lưu kho là một trang thiết bị (device) tự động nhận dòng chuyển đến với kích cỡ thường là đồng nhất không cao, phân loại lại, lưu trữ tạm thời, sau đó đó Theo các điều kiện và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết để được chuyển đến vị trí yêu cầu. Tất cả các công đoạn được thực hiện với mức độ tự động hóa cao, loại bỏ việc cần nhân lực điều khiển các công đoạn này hay không. Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hợp cơ giới hóa và điều khiển tự động với một số công đoạn của quy trình nhập/lưu/xuất kho. Ngày nay hệ thống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics).
Ở mức độ tự động hóa cao, sao 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 tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time”. Đáp ứng kịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế. “Just in time” là một hệ thống điều hành sản xuất mà trong đó các luồng nguyên nhiên vật liệu, hàng hóa và sản phẩm lưu hành trong quá trình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết 10 nhất trong từng bước, sao cho qui trình tiếp theo có thể thực hiện ngay khi qui trình hiện thời chấm dứt.
Để đáp ứng nhu cầu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho, trên thế giới đã có các công ty nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho cho các kho hàng, kho chứa bưu phẩm như Daifuku(Nhật), Dematic Corp, FKI logistex, Phoenix Wesifalia, Technologies, Bastian-BMH (Mỹ), Union Rack,Manufacturing Co…Najing Zhongyang Racking (Trung Quốc),… Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen, KJ và Vis.A, hiện nay có khoảng hơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa lưu/xuất kho được công bố. Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng 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. - Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay. - Ở các siêu thị lớn, bưu điện chuyển phát nhanh, ngân hàng, thư viện lớn, các bãi đỗ xe,… Hình 1.
Các hệ thống lưu kho tự động điển hình ❖ Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng (Unit load AS/RS): 11 Loại kho này thiết kế cho các kiện hàng cùng hàng tải trọng (Unit load), hoặc cùng hạng kích cỡ, ví dụ hàng hóa được đựng trong các thùng hàng chuẩn hóa, hoặc cùng kiểu bốc xếp. Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng hạng bộ phận gắp của Robot S/R có thể thiết kế chuyên dụng, ví dụ cùng cơ cấu kẹp cơ khí hoặc bàn kẹp chân không, bàn kẹp từ tính. Đồng thời kết cấu cũng được tính toán cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ. Hệ thống lưu kho tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ thống băng chuyền và thường được sử dụng trong kho hàng hóa các xí nghiệp, trong các kho chứa ô tô.2 Hệ thống AS/RS tải đồng hạng (Unit load AS/RS) [7] ❖ Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ (Mini load AS/RS): Là hệ thống Mini Load AS/RS thiết kế cho trường hợp các kiện hàng trọng tải nhỏ.
Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ,…và thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo. Các xí nghiệp, các cơ sở dịch vụ lại hay sử dụng các loại hệ thống lưu kho này.3 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini load AS/RS) [8] ❖ Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành (Man on boaded AS/RS): Là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp hàng, nhặt hàng như hình (1. Hệ thống này thích hợp với những loại mặt hàng dạng các chi tiết máy để rời. Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ.
Nhưng có thể thích hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ.4 Kho bán tự động (xếp/nhặt hàng bằng tay) [9] 13 ❖ Kho chiều sâu (Deep lane AS/RS): Là hệ thống tự động AS/RS tuyến sâu (deep lane) chỉ có đặc điểm khác là chiều sâu của kho tương đối lớn nên cất trữ được nhiều khoang hàng hơn.5 Kho chiều sâu (Deep lane AS/RS) [9] ❖ Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau: - Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa. - Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để chung với nhau trong 1 kho). - Không bảo quản tốt hàng hóa số lượng nhiều (chất hàng chồng lên nhau). - Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho.
- Mất nhiều thời gian cho việc xuất nhập kho. Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chống trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm nhân công,… Chính nhu cầu và lý do đó mà chúng em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống lưu kho tự động sử dụng mã QR với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống SCADA. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Sử dụng các kiến thức chuyên ngành đã học về cảm biến, tự động hóa, vẽ kỹ thuật kết hợp với thực tiễn để nghiên cứu thiết kế hệ thống với các chức năng được thực hiện hoàn toàn tự động từ cơ cấu cấp chai cấp nước đến cơ cấu đóng thùng. Hệ thống có thể vận hành ở 2 chế độ tự động và thủ công.
Điều khiển dễ dàng thông qua các nút nhấn và có sự giám sát quy trình trên thiết bị truyền thông cho nhận như máy tính hoặc màn hình hiển thị HMI. Hệ thống đáp ứng chính xác về vị trí. Hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài và đảm bảo an toàn bằng một cơ chế cảnh báo khi có lỗi xảy ra. Lập trình và mô phỏng được hoạt động của hệ thống, tính toán các kết cấu cơ khí và điều khiển trên các phần mềm mô phỏng chuyên dụng và vẽ 3D.
Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu qua sách vở, tài liệu trên các diễn đàn. - Tìm hiểu về các bài toán, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết bị điện và cơ khí. - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm biến, bộ điều khiển điển hình trong điều khiển một hệ thống lưu kho tự động. - Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển lưu kho cho bộ điều khiển PLC.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu hệ thống lưu kho tự động trên thực tế hoặc các mô hình của đề tài trước.
- Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7& WinCC) và Microsoft Visual Studio để điều khiển hệ thống.