Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và sự phát triển mạnh mẽ của thương mại điện tử cùng các chuỗi cung ứng (như Shopee, Lazada và các kho hàng công nghiệp), nhu cầu lưu chuyển và quản lý hàng hóa ngày càng gia tăng. Phương thức vận hành kho truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế: phụ thuộc nhiều vào sức lao động thủ công, không tận dụng tối đa không gian lưu trữ theo chiều cao, khó phân loại các chủng loại hàng hóa khác nhau, dễ gây hư hỏng khi xếp chồng và tốn nhiều thời gian trong quy trình xuất nhập kho cũng như kiểm soát tồn kho.

Mặc dù các hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (AS/RS - Automated Storage and Retrieval System) đã được ứng dụng trên thế giới nhằm giải quyết triệt để các hạn chế trên, tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu của các hệ thống này còn rất cao, gây khó khăn cho việc tiếp cận của các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Từ thực tiễn đó, đề tài "Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống lưu kho hàng container tự động, phân loại bằng mã QR code sử dụng PLC S7-1200. Ứng dụng phần mềm giám sát Tia Portal và Web Server" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình kho thông minh quy mô nhỏ, chi phí hợp lý, đáp ứng yêu cầu phân loại chính xác, rút ngắn thời gian xuất nhập và giám sát trực quan theo thời gian thực.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển tự động quá trình xuất và nhập kho container với độ chính xác cao tại từng vị trí lưu trữ.
  2. Tích hợp công nghệ xử lý ảnh quét mã QR để nhận diện và tự động phân loại hàng hóa theo các khu vực lưu trữ (tầng kho) định sẵn.
  3. Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát toàn diện thông qua hệ thống SCADA (WinCC) trên máy tính và tích hợp Web Server trên PLC.
  4. Dự đoán, cảnh báo các lỗi phát sinh trong quá trình vận hành, nâng cao hiệu quả quản lý hàng tồn kho theo thời gian thực.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể (8 nội dung theo văn bản giao nhiệm vụ):

  1. Tìm hiểu về bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 và phần mềm lập trình TIA Portal V15.1.
  2. Tìm hiểu về công nghệ nhận diện và xử lý mã QR Code.
  3. Tìm hiểu về kỹ thuật điều khiển và lập trình động cơ bước (Step Motor).
  4. Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển lưu kho tự động.
  5. Thi công phần cơ khí và tủ điện của mô hình hệ thống.
  6. Viết chương trình điều khiển trung tâm cho hệ thống trên PLC.
  7. Thiết kế giao diện giám sát SCADA (WinCC Professional) và Web Server.
  8. Vận hành thử nghiệm và đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình hệ thống lưu kho hàng container dạng AS/RS 3 bậc tự do (hệ tọa độ Cartesius X-Y-Z); thuật toán nhận diện và giải mã QR Code; chương trình điều khiển phát xung vị trí trên PLC Siemens S7-1200; hệ thống giao diện SCADA WinCC và Web Server.
  • Phạm vi không gian và quy mô: Mô hình kho hàng gồm 9 vị trí lưu trữ chia thành 3 tầng (mỗi tầng 3 vị trí tương ứng với 3 loại hàng hóa); hệ thống chuyển động 3 trục dẫn động bằng cơ cấu vít me - đai ốc và động cơ bước; thực hiện tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được giao ngày 06/09/2023 và hoàn thành nộp báo cáo vào ngày 11/12/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận kết hợp khung lý thuyết kỹ thuật điều khiển tự động hóa, kỹ thuật truyền động cơ khí - điện và công nghệ thông tin xử lý ảnh công nghiệp.

Khung lý thuyết và mô hình ứng dụng

  • Lý thuyết hệ thống lưu kho tự động (AS/RS): Tổng quan về các cấu trúc kho thông minh phổ biến như hệ thống lưu kho đồng hạng (Unit Load AS/RS), hệ thống lưu kho tải nhỏ (Mini Load AS/RS), và hệ thống kho bán tự động (Man-on-board AS/RS).
  • Lý thuyết điều khiển khả trình PLC: Cấu trúc phần cứng, nguyên lý quét vòng quét (scan cycle) và chuẩn ngôn ngữ lập trình IEC 61131-3 (LAD, FBD, SCL). Cấu trúc phân vùng bộ nhớ của PLC Siemens S7-1200 (Load Memory, Work Memory, System/Retentive Memory) cùng các tập lệnh logic bit, Timer (TON), Counter (CTU) và khối hàm toán học.
  • Lý thuyết hệ thống SCADA: Cấu trúc 3 cấp tiêu chuẩn gồm Cấp cơ cấu chấp hành (cảm biến, động cơ), Cấp điều khiển (PLC S7-1200), và Cấp giám sát - thu thập dữ liệu (WinCC RT Professional và Web Server).
  • Nguyên lý nhận dạng mã ma trận hai chiều QR Code: Chuẩn mã ma trận 2D phát triển bởi Denso Wave (1994). Cấu trúc giải mã bao gồm các khối chức năng: Định vị mẫu (Position Detection Patterns), Định dạng và phiên bản (Format/Version Information), Mẫu định thời (Timing Patterns), Mẫu căn chỉnh (Alignment Patterns), cùng vùng chứa dữ liệu và mã sửa lỗi (Data and Error Correction Codewords).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp tài liệu từ giáo trình chuyên ngành (PLC, Truyền động điện, Hệ thống SCADA), tài liệu kỹ thuật datasheet chính hãng của Siemens (SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC), các tài liệu về xử lý ảnh mã vạch 2D và giao thức truyền thông công nghiệp.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật:
    • Thiết kế cơ khí: Tính toán tải trọng, lựa chọn vật liệu nhôm định hình và cơ cấu vít me - đai ốc; dựng bản vẽ chi tiết cho 3 trục chuyển động X, Y, Z, khung giá đỡ 9 ô và hệ thống băng tải cấp phôi.
    • Thiết kế hệ thống điện: Lựa chọn khí cụ đóng cắt (MCB), nguồn xung một chiều 24VDC, rơ le trung gian, cảm biến tiệm cận, nút dừng khẩn cấp và driver điều khiển động cơ bước TB6600.
    • Thiết kế phần mềm và thuật toán: Xây dựng ứng dụng xử lý ảnh bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng .NET Framework (Visual Studio); lập trình điều khiển vị trí phát xung PTO trên TIA Portal V15.1; thiết kế giao diện vận hành WinCC và Web Server.
  • Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp mô hình thực tế, đấu nối tủ điện điều khiển, nạp chương trình và tiến hành chạy thử nghiệm chu trình nhập/xuất kho tự động với các mã QR khác nhau để kiểm tra độ tin cậy và sai số vị trí.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế tích hợp liên ngành giữa cơ khí chính xác, mạch điện điều khiển công nghiệp và phần mềm giám sát đa nền tảng.

1. Kiến trúc phần cứng và cơ cấu chấp hành

  • Khung giá đỡ và kết cấu cơ khí: Toàn bộ hệ thống giá đỡ 9 khoang chứa và khung dẫn hướng 3 trục được gia công từ nhôm định hình công nghiệp A6063-T5 anodized sáng bóng, đảm bảo độ cứng vững, khả năng chịu lực, chống ăn mòn và dễ dàng hiệu chỉnh vị trí.
  • Cơ cấu truyền động: Sử dụng cánh tay robot cố định 3 bậc tự do di chuyển tịnh tiến theo hệ trục tọa độ Cartesius:
    • Trục X (chạy dọc hành lang kho): Truyền động vít me - đai ốc kết hợp thanh trượt dẫn hướng.
    • Trục Y (cơ cấu đẩy/lấy hàng ra vào ô chứa): Dẫn động vít me đai ốc hành trình ngắn.
    • Trục Z (cơ cấu nâng/hạ hàng): Dẫn động vít me đai ốc chịu tải nâng phương thẳng đứng.
  • Hệ thống cấp phôi: Băng tải con lăn/dây đai vận chuyển container vào vị trí quét mã và bàn nâng tiếp nhận.
Thiết bị / Linh kiện Mã hiệu / Quy cách Thông số kỹ thuật chính Vai trò trong hệ thống
PLC trung tâm Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 24VDC; 14 DI / 10 DO (Transistor); 2 AI; Bộ nhớ nạp 4MB, Bộ nhớ làm việc 100KB; Tích hợp cổng PROFINET/Ethernet Xử lý logic trung tâm, phát xung điều khiển động cơ bước, giao tiếp SCADA và Web Server
Driver động cơ TB6600 Điện áp 9V - 42VDC; Dòng ngõ ra 0.5A - 4.0A; Hỗ trợ vi bước lên đến 1/32 bước Điều khiển công suất và vi bước cho động cơ bước 3 trục
Cơ cấu truyền động Vít me - đai ốc Bước ren tiêu chuẩn, cơ cấu tự hãm Biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến chính xác cho 3 trục X, Y, Z
Khung cơ khí Nhôm định hình A6063-T5 Khung dạng thanh có rãnh lắp ghép bulong Chế tạo khung kho chứa hàng 3 tầng và hệ thống dẫn hướng robot
Nguồn cấp DC Nguồn tổ ong 24VDC 10A Ngõ vào: 200~260VAC 50/60Hz; Ngõ ra: 24VDC - 10A (Công suất ~240W) Cung cấp nguồn 24V một chiều cho PLC, driver, cảm biến và rơ le
Khí cụ bảo vệ MCB CHNT 2 pha Điện áp định mức 240/415V; Dòng định mức 32A; Dòng cắt ngắn mạch 6kA Đóng cắt nguồn tổng và bảo vệ ngắn mạch/quá tải
Rơ le trung gian Omron MY4NJ Điện áp cuộn hút 24VDC; Dòng tiếp điểm 5A; 4 cặp tiếp điểm Cách ly quang/điện và đệm tín hiệu điều khiển
Camera quét mã Camera USB cố định Độ phân giải 720p / 30fps; Thấu kính tiêu cự cố định Thu nhận hình ảnh mã QR dán trên container truyền về máy tính

2. Kiến trúc phần mềm và truyền thông

  • Module xử lý ảnh (C# WinForm): Ứng dụng chạy trên máy tính được lập trình bằng C# trên Visual Studio, tích hợp hai thư viện mã nguồn mở:
    • AForge.Net (AForge.Video, AForge.DirectShow): Kết nối, điều khiển camera USB và chụp luồng video thời gian thực.
    • ZXing.Net: Xử lý ma trận điểm ảnh 2D, dò tìm các góc định vị (Position Detection Patterns) và giải mã chuỗi ký tự từ mã QR.
  • Quy ước mã hóa dữ liệu hàng hóa: Chuỗi mã QR gồm 10 chữ số định dạng ABCDEFGHIK. Ký tự đầu tiên ($A$) đóng vai trò nhận diện chủng loại hàng và gán tầng lưu trữ:
    • $A = 1$: Hàng loại 1 $\rightarrow$ Vận chuyển lưu trữ tại Tầng 1 (các mã ví dụ: 1112233445, 1221133445, 1331122445).
    • $A = 2$: Hàng loại 2 $\rightarrow$ Vận chuyển lưu trữ tại Tầng 2 (các mã ví dụ: 2112233445, 2221133445, 2331122445).
    • $A = 3$: Hàng loại 3 $\rightarrow$ Vận chuyển lưu trữ tại Tầng 3 (các mã ví dụ: 3112233445, 3221133445, 3331122445).
  • Giao thức truyền thông máy tính - PLC (S7.Net): Sử dụng thư viện S7.Net kết nối qua cáp mạng Ethernet (chuẩn RJ45, giao thức TCP/IP/Profinet). Phần mềm C# trực tiếp đọc/ghi các ô nhớ (DB, Merker bit/byte) trong PLC S7-1200 thông qua các hàm Open(), Close(), ReadBytes(), WriteBytes() mà không cần thông qua OPC trung gian.
  • Hệ thống giám sát SCADA & Web Server:
    • WinCC RT Professional (tích hợp trong TIA Portal V15.1): Thiết kế màn hình giao diện điều khiển chế độ Tự động (Auto) / Thủ công (Manual), hiển thị trạng thái từng vị trí kho (trống/có hàng), giám sát tọa độ trục X-Y-Z và cảnh báo lỗi.
    • Web Server nhúng: Kích hoạt tính năng Web Server trên CPU 1214C, cho phép các thiết bị di động hoặc máy tính bảng kết nối qua trình duyệt web theo địa chỉ IP để theo dõi số lượng tồn kho theo thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động

  • Khái quát về hệ thống AS/RS và vai trò của việc tự động hóa kho hàng trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
  • Phân loại các mô hình AS/RS (Unit Load, Mini Load, Kho bán tự động Man-on-board).
  • Phân tích các thành phần cấu thành nhà kho tự động: Hệ thống kết cấu khung lưu trữ, hệ thống vận chuyển (băng tải, xe tự hành AGV, robot nâng hạ), hệ thống nhận diện xuất nhập (so sánh ưu điểm vượt trội về dung lượng lưu trữ và khả năng hiệu chỉnh của mã QR so với mã vạch truyền thống 1D), hệ thống điều khiển trung tâm và hệ cơ cấu chấp hành.

Chương 2: Giới thiệu tổng quan về PLC. Phần mềm lập trình TIA Portal V15

  • Trình bày cấu trúc phần cứng, nguyên lý hoạt động và phân loại các dòng PLC phổ biến của các hãng (Siemens, Omron, Mitsubishi, Delta).
  • Giới thiệu chi tiết dòng PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC: các thông số kỹ thuật phần cứng, tập lệnh logic bit, Timer, Counter và các phép tính số học.
  • Trình bày lý thuyết hệ thống SCADA và cấu trúc 3 cấp điều khiển công nghiệp.
  • Hướng dẫn các bước khởi tạo dự án, cấu hình thiết bị phần cứng (Hardware Configuration), lập trình điều khiển trên TIA Portal V15.1 và cấu hình kết nối WinCC RT Professional với PLC qua mạng Industrial Ethernet.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết và phân tích, lựa chọn giải pháp

  • Phân tích cơ sở lý thuyết về ngôn ngữ lập trình C#, nền tảng .NET Framework và môi trường phát triển Microsoft Visual Studio.
  • Cơ chế giải mã QR Code thông qua hai thư viện AForge.Net và ZXing.Net; định dạng chuỗi mã 10 chữ số để phân loại 3 tầng kho.
  • Cơ chế giao tiếp giữa C# và PLC S7-1200 qua Ethernet sử dụng thư viện S7.Net.
  • Phân tích ưu - nhược điểm và đưa ra lựa chọn giải pháp kỹ thuật cho mô hình:
    • Khung giá đỡ: Chọn nhôm định hình A6063-T5 thay vì thép hộp mạ kẽm nhờ tính linh hoạt, trọng lượng nhẹ, chống tĩnh điện và dễ lắp ráp.
    • Cơ cấu vận chuyển: Chọn cánh tay robot cố định 3 bậc tự do dẫn hướng bằng ray trượt thay vì xe tự hành AGV nhằm tối ưu không gian và chi phí.
    • Truyền động cơ khí: Chọn bộ truyền vít me - đai ốc thay vì ròng rọc nhờ độ chính xác truyền động cao, khả năng tự hãm và chịu lực đẩy/kéo lớn.
    • Thiết bị điện & cảm biến: Lựa chọn MCB CHNT 2P 32A, nguồn tổ ong 24VDC 10A, rơ le Omron MY4NJ, driver TB6600, cảm biến tiệm cận điện cảm/điện quang, công tắc hành trình và camera 720p.

Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình lưu kho hàng container tự động

  • Thiết kế bản vẽ chi tiết và thi công phần cơ khí: giá đỡ 9 khoang chứa, cơ cấu cánh tay nâng 3 trục X, Y, Z, và hệ thống băng tải cấp phôi.
  • Thi công tủ điện điều khiển công nghiệp hoàn chỉnh: bố trí thiết bị trên thanh ray, đấu nối dây động lực và dây điều khiển theo sơ đồ khối hệ thống.
  • Xây dựng sơ đồ nối dây giữa PLC S7-1200 với driver TB6600 và các cảm biến vị trí.
  • Xây dựng giản đồ thời gian, lưu đồ thuật toán chương trình chính, lưu đồ nhập kho tự động (Auto), nhập kho thủ công (Manual) và lưu đồ xuất kho.
  • Cấu hình phát xung (Motion Control / Pulse Generator) trên PLC S7-1200, thiết lập thông số vi bước, bước ren vít me và bảng cấp xung định vị tọa độ cho từng vị trí trong kho.
  • Thiết kế giao diện điều khiển SCADA trên WinCC (màn hình Nhập kho, màn hình Xuất kho) và giao diện giám sát Web Server.
  • Thực nghiệm đánh giá hiệu suất hoạt động của hệ thống theo từng hoạt động chức năng và theo thời gian chu kỳ.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

  • Đánh giá tổng kết các mục tiêu đã hoàn thành về phần cứng, phần mềm, độ chính xác phân loại và khả năng giám sát hệ thống.
  • Nêu rõ các mặt hạn chế còn tồn tại và đề xuất hướng nghiên cứu, cải tiến mở rộng cho đề tài trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được

  • Hoàn thiện mô hình phần cứng: Chế tạo thành công mô hình hệ thống kho hàng AS/RS 9 vị trí (3 tầng $\times$ 3 khoang) bằng khung nhôm định hình vững chắc; hệ thống cơ khí 3 trục X-Y-Z chuyển động êm ái nhờ cơ cấu vít me - đai ốc; tủ điện công nghiệp gọn gàng, cách ly tín hiệu tốt và đảm bảo an toàn điện.
  • Xây dựng module xử lý ảnh QR Code: Ứng dụng C# nhận diện ổn định luồng hình ảnh từ camera 720p, tự động trích xuất chuỗi dữ liệu 10 chữ số và phân loại chính xác hàng hóa thành 3 nhóm tương ứng với 3 tầng kho dựa trên ký tự nhận dạng đầu tiên ($A = 1, 2, 3$).
  • Điều khiển truyền động chính xác: Lập trình cấu hình phát xung trên PLC S7-1200 điều khiển driver TB6600 dẫn động động cơ bước định vị chính xác vị trí tay nâng đến từng ô chứa theo bảng tọa độ đã thiết lập.
  • Tích hợp hệ thống SCADA và Web Server: Xây dựng giao diện WinCC RT Professional cho phép người vận hành giám sát trực quan quá trình nhập/xuất kho tự động, điều khiển bằng tay từng cơ cấu khi bảo trì, đồng thời máy chủ Web Server trên PLC cung cấp khả năng theo dõi dữ liệu tồn kho từ xa qua mạng nội bộ.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Tích hợp thành công giải pháp xử lý ảnh mã vạch 2D chi phí thấp trên nền tảng máy tính (C# / ZXing.Net) trực tiếp với bộ điều khiển lập trình công nghiệp Siemens S7-1200 qua giao thức Ethernet (S7.Net), không phụ thuộc vào các module đọc mã chuyên dụng đắt tiền.
  • Xây dựng một mô hình thực hành hoàn chỉnh, tích hợp đa công nghệ (Cơ khí chính xác - Tự động hóa PLC - Xử lý ảnh - SCADA/IoT Web Server), làm cơ sở nghiên cứu và định hướng phát triển cho các hệ thống quản lý kho hàng tự động quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Quy mô mô hình còn nhỏ (9 vị trí lưu trữ), chưa phản ánh hết tính phức tạp của các kho hàng công nghiệp quy mô lớn với hàng nghìn vị trí.
  • Xử lý ảnh bằng camera thông thường độ phân giải 720p phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng môi trường và góc đặt của mã QR trên container; tốc độ nhận diện có thể bị ảnh hưởng nếu bao bì bị cong hoặc phản quang.
  • Cánh tay robot 3 trục cố định chỉ vận hành trong một hành lang hẹp duy nhất, chưa có tính linh hoạt cao như các hệ thống kết hợp xe tự hành AGV.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

  • Mở rộng quy mô giá đỡ lên nhiều hàng và nhiều tầng hơn, tối ưu hóa thuật toán sắp xếp vị trí kho để rút ngắn quãng đường di chuyển của cánh tay robot.
  • Nâng cấp camera công nghiệp chuyên dụng có tích hợp đèn chiếu sáng vòng (Ring Light) và thuật toán lọc nhiễu ảnh để tăng tốc độ và độ chính xác nhận diện mã trong mọi điều kiện ánh sáng.
  • Nghiên cứu kết hợp xe tự hành AGV vận chuyển container từ khu vực sản xuất đến băng tải cấp phôi nhằm khép kín hoàn toàn chu trình logistics tự động.
  • Phát triển cơ sở dữ liệu SQL Server quản lý xuất nhập tồn chuyên sâu, kết nối dữ liệu kho hàng lên nền tảng điện toán đám mây (Cloud SCADA).

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Tham khảo phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền động vị trí (vít me - động cơ bước), kỹ thuật cấu hình phát xung điều khiển chuyển động (Motion Control) trên PLC Siemens S7-1200 bằng phần mềm TIA Portal.
  • Người nghiên cứu tích hợp hệ thống phần mềm và phần cứng: Tham khảo tài liệu và mã nguồn ứng dụng kết nối giữa ứng dụng C# (.NET) với PLC Siemens qua giao thức Ethernet thông qua thư viện S7.Net.
  • Sinh viên nghiên cứu xử lý ảnh công nghiệp: Tham khảo cách thức tích hợp thư viện AForge.Net và ZXing.Net trên nền tảng WinForm để xử lý luồng video và giải mã dữ liệu mã QR thời gian thực.
  • Kỹ sư thiết kế giao diện vận hành: Tham khảo quy trình xây dựng giao diện SCADA trên WinCC RT Professional và cấu hình tính năng Web Server nhúng trực tiếp trên bộ điều khiển S7-1200.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phân loại container vào các tầng kho dựa trên quy tắc mã hóa nào?
Dữ liệu mã QR dán trên mỗi container là một chuỗi gồm 10 chữ số bất kỳ dạng ABCDEFGHIK. Hệ thống sử dụng chữ số đầu tiên ($A$) để phân loại: nếu $A=1$, hàng được gán về Tầng 1; nếu $A=2$, hàng được gán về Tầng 2; nếu $A=3$, hàng được gán về Tầng 3.

2. Phần mềm C# giao tiếp và truyền nhận dữ liệu với PLC S7-1200 qua phương thức nào?
Phần mềm C# sử dụng thư viện S7.Net để truyền thông trực tiếp với PLC S7-1200 qua mạng Ethernet (TCP/IP) thông qua cổng PROFINET tích hợp sẵn trên CPU 1214C. Phương thức này cho phép đọc/ghi trực tiếp các bit và byte trong vùng nhớ của PLC mà không cần thông qua phần mềm trung gian OPC.

3. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn cơ cấu vít me - đai ốc thay vì cơ cấu ròng rọc cho hệ thống nâng hạ và di chuyển 3 trục?
Bộ truyền vít me - đai ốc được lựa chọn nhờ các ưu điểm: tỷ số truyền lớn, độ chính xác truyền động vị trí rất cao, khả năng chịu tải tốt, truyền động êm và đặc biệt có khả năng tự hãm khi mất điện hoặc dừng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cho cơ cấu nâng hạ không bị rơi tự do như hệ thống dây cáp/ròng rọc.

4. Cấu hình phần cứng chính của bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 trong mô hình là gì?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens SIMATIC S7-1200 với CPU 1214C DC/DC/DC (mã đặt hàng: 6ES7214-1AG40-0XB0). CPU sử dụng nguồn cấp 24VDC, tích hợp sẵn 14 ngõ vào số (DI), 10 ngõ ra số dạng Transistor (DO) hỗ trợ phát xung tốc độ cao, 2 ngõ vào tương tự (AI), bộ nhớ làm việc 100KB và tích hợp cổng truyền thông PROFINET/Ethernet.

5. Hệ thống giám sát vận hành được triển khai trên các nền tảng phần mềm nào?
Hệ thống giám sát được triển khai trên hai nền tảng: phần mềm SCADA WinCC RT Professional (chạy trên máy tính trạm điều khiển để vận hành chế độ Auto/Manual và cảnh báo lỗi) và giao diện Web Server nhúng trên PLC S7-1200 (cho phép các thiết bị di động truy cập giám sát trạng thái kho qua trình duyệt web).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã nghiên cứu, thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình hệ thống lưu kho hàng container tự động AS/RS 3 bậc tự do với 9 vị trí lưu trữ. Bằng việc kết hợp thành công công nghệ xử lý ảnh quét mã QR trên nền tảng C# với bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 qua giao thức Ethernet, hệ thống thực hiện chính xác các quy trình phân loại, nhập và xuất kho theo thời gian thực. Toàn bộ hoạt động được giám sát và điều khiển trực quan thông qua giao diện SCADA WinCC và Web Server, tạo nên một giải pháp kỹ thuật đồng bộ, có tính thực tiễn và giá trị tham khảo cao trong lĩnh vực tự động hóa kho hàng.