Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Điều Khiển Kho Tự Động

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Vương Trí Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Điều Khiển Kho Tự Động
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ
• 1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3. NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.5. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN SCADA
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ PLC
• 2.3. TỔNG QUAN CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH VÀ RELAY
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO KHO TỰ ĐỘNG
• 4. CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300
• 4.1. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình chính
• 4.2. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 1: Tự động nhập kho
• 4.3. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 2: Tự động xuất kho
• 4.4. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 3: Bán tự động xuất kho
• 4.5. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 4: Bán tự động nhập kho
• 4.6. Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 5: Điều khiển bằng tay
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI BẰNG WINCC
• 5.1. THIẾT LẬP CẤU HÌNH BAN ĐẦU
• 5.2. TẠO TAG KẾT NỐI
• 5.2.1. Tạo Tag nút nhấn
• 5.2.2. Tạo Tag các tín hiệu ngõ vào
• 5.2.3. Tạo Tag các tín hiệu ngõ ra
• 5.3. TẠO VÀ SOẠN THẢO GIAO DIỆN NGƢỜI DÙNG
• 5.3.1. Thiết lập giao diện từ thƣ viện hình ảnh và kết nối Tag
• 5.3.2. Thiết lập giao diện đèn báo cảm biến và kết nối Tag
• 5.3.3. Sử dụng Static Text để tạo giao diện tiêu đề
• 5.3.4. Thiết lập giao diện nút nhấn và kết nối Tag
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống giám sát kho tự động hiệu quả

Hệ thống giám sát kho tự động đang trở thành một phần không thể thiếu trong quản lý kho hàng hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, việc thiết kế một hệ thống giám sát kho tự động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả quản lý. Hệ thống này cho phép theo dõi và kiểm soát hàng hóa một cách chính xác và nhanh chóng, từ đó giảm thiểu sai sót trong quá trình xuất nhập kho.

1.1. Lợi ích của hệ thống giám sát kho tự động

Hệ thống giám sát kho tự động mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp, bao gồm giảm thiểu chi phí nhân công, tăng cường độ chính xác trong quản lý hàng hóa và cải thiện quy trình làm việc. Việc tự động hóa giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi và tăng tốc độ xử lý đơn hàng.

1.2. Các thành phần chính của hệ thống giám sát kho

Một hệ thống giám sát kho tự động thường bao gồm các thành phần như cảm biến, máy tính điều khiển, giao diện người dùng và các thiết bị tự động khác. Những thành phần này phối hợp với nhau để tạo ra một quy trình giám sát và điều khiển hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế hệ thống giám sát kho

Mặc dù hệ thống giám sát kho tự động mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại không ít thách thức trong quá trình thiết kế và triển khai. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu về kỹ thuật và bảo trì hệ thống là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống

Chi phí đầu tư cho một hệ thống giám sát kho tự động có thể rất cao, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Ngoài ra, việc bảo trì và nâng cấp hệ thống cũng đòi hỏi nguồn lực tài chính và nhân lực đáng kể.

2.2. Khó khăn trong việc tích hợp công nghệ mới

Việc tích hợp các công nghệ mới vào hệ thống hiện tại có thể gặp khó khăn do sự không tương thích giữa các thiết bị và phần mềm. Điều này đòi hỏi doanh nghiệp phải có kế hoạch rõ ràng và chiến lược phù hợp để thực hiện.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống giám sát kho tự động hiệu quả

Để thiết kế một hệ thống giám sát kho tự động hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc lập kế hoạch chi tiết và phân tích yêu cầu là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru.

3.1. Phân tích yêu cầu và lập kế hoạch

Phân tích yêu cầu là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế. Cần xác định rõ các yêu cầu về chức năng, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống để có thể lập kế hoạch thiết kế phù hợp.

3.2. Lựa chọn công nghệ và thiết bị

Việc lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp là rất quan trọng. Các công nghệ như cảm biến, PLC và phần mềm quản lý kho cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống giám sát kho tự động

Hệ thống giám sát kho tự động đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất đến phân phối hàng hóa. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà còn cải thiện trải nghiệm của khách hàng.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, hệ thống giám sát kho tự động giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian chờ đợi và tăng năng suất. Các doanh nghiệp có thể theo dõi tình trạng hàng hóa và lên kế hoạch sản xuất một cách hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong ngành phân phối

Trong ngành phân phối, hệ thống giám sát kho tự động giúp cải thiện quy trình giao hàng, giảm thiểu sai sót và tăng cường độ chính xác trong việc quản lý hàng tồn kho. Điều này giúp doanh nghiệp nâng cao sự hài lòng của khách hàng.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống giám sát kho tự động

Hệ thống giám sát kho tự động đang ngày càng trở nên quan trọng trong quản lý kho hàng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và giải pháp mới cho doanh nghiệp.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ trong lĩnh vực giám sát kho tự động đang phát triển nhanh chóng với sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT). Những công nghệ này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của hệ thống.

5.2. Tương lai của quản lý kho tự động

Tương lai của quản lý kho tự động sẽ chứng kiến sự gia tăng trong việc áp dụng các giải pháp tự động hóa, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, chi phí logistics và quản lý kho bãi ước tính chiếm khoảng 20% đến 25% tổng chi phí sản xuất của các doanh nghiệp. Tự động hóa kho vận thông qua hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (Automated Storage and Retrieval System - AS/RS) là giải pháp then chốt giúp tối ưu hóa không gian và gia tăng năng suất. Tuy nhiên, tại Việt Nam, hơn 95% doanh nghiệp có quy mô vừa và nhỏ, việc tiếp cận các hệ thống AS/RS nhập khẩu quy mô lớn gặp nhiều rào cản do chi phí đầu tư lên đến hàng tỷ đồng và yêu cầu diện tích nhà xưởng vượt quá 6m chiều cao.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm đặt ra là làm thế nào để xây dựng một giải pháp kho tự động tinh gọn, chi phí thấp, vận hành ổn định và hoàn toàn làm chủ công nghệ điều khiển trong nước. Mục tiêu cụ thể của luận văn là thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí robot kho 3 bậc tự do, xây dựng chương trình điều khiển tự động trên nền tảng PLC Siemens S7-300 và thiết kế giao diện giám sát HMI/SCADA trực quan qua phần mềm WinCC cho mô hình kho 8 vị trí lưu trữ.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 01/2013 đến tháng 10/2013 tại Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM với sự hỗ trợ gia công từ Công ty Cơ khí Đặng Song. Kết quả của đề tài mang ý nghĩa thực tiễn to lớn: giảm khoảng 50% đến 70% chi phí chế tạo so với thiết bị ngoại nhập, đồng thời nâng cao độ chính xác xuất nhập hàng hóa lên hơn 98.5%, mở ra hướng ứng dụng tự động hóa khả thi cho các nhà xưởng quy mô vừa và nhỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên ba trụ cột lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật điều khiển và tự động hóa công nghiệp:

• Lý thuyết hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Mô hình phân tầng thu thập dữ liệu, giám sát tập trung và điều khiển phân tán. Hệ thống kết nối các thiết bị hiện trường thông qua mạng truyền thông công nghiệp đến trạm máy tính điều hành trung tâm.
• Nguyên lý điều khiển logic khả trình (PLC): Cơ chế xử lý tín hiệu thời gian thực theo chu kỳ quét (scan cycle) với tốc độ xử lý lệnh từ 0.2 μs đối với phép toán Word đến 3 μs cho phép toán dấu phẩy động.
• Lý thuyết truyền động cơ điện tử: Cơ cấu chuyển đổi năng lượng điện - cơ sử dụng động cơ điện một chiều (DC Motor), hệ thống rơ le trung gian Omron MY2N 24V đóng cắt dòng điện và cơ cấu truyền động bánh răng, xích tải, ròng rọc.

Các khái niệm chính được làm rõ bao gồm: AS/RS (Hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động), HMI (Giao diện người - máy), Industrial Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 với giao thức ISO on TCP, và kiến trúc khối hàm điều khiển (Organization Block - OB, Function - FC) trong môi trường lập trình Simatic Manager Step 7.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp mô hình hóa giải thuật trạng thái hữu hạn. Cỡ mẫu thử nghiệm được thiết kế bao gồm 8 ô chứa hàng phân bố đối xứng trên 2 dãy kệ (dãy A và B), mỗi dãy gồm 4 khoang chứa. Phương pháp chọn mẫu định mức có chủ đích (purposive sampling) được áp dụng trên toàn bộ không gian tọa độ các ô chứa nhằm kiểm tra độ tin cậy cơ khí và phản hồi của cảm biến.

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập từ 250 lượt kiểm thử (50 chu kỳ lặp lại cho mỗi chế độ vận hành) thông qua hệ thống 20 cảm biến hành trình ngõ vào và 8 ngõ ra điều khiển động cơ DC. Lý do lựa chọn phương pháp đo kiểm thực nghiệm trực tiếp và phân tích giải thuật FSM là nhằm bảo đảm tính thời gian thực của vòng quét PLC, kiểm soát dòng tải 500 mA ở các cổng ra và triệt tiêu nguy cơ xung đột tín hiệu logic.

Timeline nghiên cứu được phân bổ chặt chẽ qua 8 giai đoạn trong 10 tháng, bao gồm: khảo sát tổng quan (tháng 1 - 3), nghiên cứu lý thuyết (tháng 3 - 9), thiết kế gia công cơ khí (tháng 7 - 9), lập trình PLC (tháng 1 - 8), thiết kế HMI WinCC (tháng 9), thử nghiệm thực tế và hoàn tất báo cáo (tháng 9 - 10).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chế tạo mô hình và thử nghiệm vận hành đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

1. Độ chính xác cơ khí của Robot 3 bậc tự do: Cơ cấu chuyển động dọc ray, đế xoay 180 độ (sử dụng cặp bánh răng z1 = 25, z2 = 50, mô đun m = 3) và cơ cấu ròng rọc nâng hạ kết hợp thanh trượt đạt độ chính xác định vị cao với tỷ lệ sai lệch vị trí dưới 1.5% tại cả 8 vị trí kệ.
2. Hiệu năng của 5 chế độ vận hành độc lập: Lập trình thành công 5 khối hàm chức năng chuyên biệt: FC1 (Tự động nhập kho), FC2 (Tự động xuất kho), FC3 (Bán tự động nhập kho), FC4 (Bán tự động xuất kho) và FC5 (Điều khiển bằng tay), giúp giảm đến 75% thao tác thủ công của nhân công vận hành.
3. Rút ngắn chu kỳ xuất nhập kho: Thời gian thực hiện một chu trình đưa pallet vào hoặc lấy pallet ra khỏi kho tự động dao động từ 35 đến 45 giây/pallet, cải thiện tốc độ xử lý nhanh hơn 65% so với phương thức bốc xếp thủ công truyền thống.
4. Độ ổn định truyền thông SCADA: Giao diện WinCC kết nối qua chuẩn mạng Ethernet công nghiệp TCP/IP ghi nhận độ trễ phản hồi tín hiệu dưới 100 ms, bảo đảm khả năng cập nhật trạng thái của 20 điểm cảm biến và 8 ngõ ra động cơ với tỷ lệ thất thoát gói tin bằng 0%.

Thảo luận kết quả

Sự ổn định của hệ thống bắt nguồn từ việc phân tách rõ ràng giữa chương trình điều khiển thời gian thực trên PLC S7-300 và giao diện giám sát WinCC. Việc khởi tạo cấu hình phần cứng qua khối OB100 và thực thi vòng lặp tuần hoàn trong OB1 giúp loại bỏ hoàn toàn hiện tượng trễ lệnh điều khiển. Việc sử dụng rơ le Omron MY2N 24V cùng công tắc hành trình tạo nên mạch bảo vệ liên động an toàn, chống hiện tượng ngắn mạch khi động cơ đảo chiều đột ngột.

So với các mô hình nghiên cứu trong nước như hệ thống của một nghiên cứu gần đây tại ĐH Bách Khoa TP.HCM (chiều cao 6m, tải trọng 100kg, tốc độ 1.5 m/s) hay mô hình kho hàng tại Khu Công nghệ cao TP.HCM (dài 12m, cao 5m, tải trọng 60kg), mô hình này có quy mô nhỏ gọn hơn, giúp tiết kiệm khoảng 70% chi phí chế tạo. Đồng thời, so với hệ thống Kiva của Mỹ (vận tốc 1.3 m/s, chi phí hàng triệu USD), giải pháp trong luận văn hoàn toàn tương thích với năng lực tài chính của doanh nghiệp Việt Nam.

Dữ liệu thực nghiệm có thể được biểu diễn trực quan thông qua bảng ma trận phân bổ 32 điểm I/O kỹ thuật số và biểu đồ phân bố thời gian đáp ứng giữa các chu trình vận hành tự động và bán tự động, minh chứng cho sự tối ưu hóa vượt trội về hiệu suất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, 4 giải pháp chiến lược được đề xuất nhằm nâng cấp và ứng dụng hệ thống vào thực tiễn:

• Nâng cấp hệ thống cảm biến tiếp xúc cơ học sang cảm biến quang hoặc cảm biến laser công nghiệp nhằm gia tăng độ chính xác định vị tọa độ lên 99.8% và giảm thiểu độ hao mòn cơ khí trong vòng 6 tháng tới (Chủ thể thực hiện: Đội ngũ kỹ sư R&D cơ điện tử).
• Tích hợp đầu đọc mã vạch (Barcode Scanner) hoặc công nghệ RFID tự động tại cửa tiếp nhận pallet để tự động nhận diện chủng loại hàng hóa với thời gian quét dưới 0.5 giây/sản phẩm trong lộ trình 3 tháng (Chủ thể thực hiện: Bộ phận lập trình phần mềm tự động hóa).
• Mở rộng quy mô giàn kệ lưu trữ từ 8 ô lên 32 đến 64 ô chứa hàng công nghiệp, đồng thời gia cường kết cấu cơ khí để nâng tải trọng mang của robot từ vài kg lên mức 50 đến 100 kg trong vòng 9 tháng (Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp cơ khí chế tạo và đơn vị sản xuất).
• Xây dựng module truyền thông liên kết dữ liệu SCADA WinCC với hệ thống phần mềm hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) và hệ thống quản lý kho (WMS) nhằm đồng bộ 100% dữ liệu xuất nhập tồn theo thời gian thực trong thời hạn 12 tháng (Chủ thể thực hiện: Ban lãnh đạo công nghệ thông tin và quản trị chuỗi cung ứng).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

• Kỹ sư Tự động hóa và Cơ điện tử: Nắm bắt quy trình thiết kế phần cứng PLC Siemens S7-300, giải thuật cấu hình 32 kênh I/O, thiết lập truyền thông mạng Ethernet công nghiệp và kỹ thuật viết code tối ưu bằng khối hàm FC/OB trong Simatic Manager.
• Chủ doanh nghiệp và Giám đốc nhà máy sản xuất vừa và nhỏ (SMEs): Tiếp cận mô hình kiến trúc kho AS/RS giá thành hợp lý, làm cơ sở xây dựng đề án cải tiến kho vận giúp cắt giảm 50% đến 60% chi phí đầu tư ban đầu so với việc nhập khẩu thiết bị nguyên chiếc.
• Giảng viên, Học viên cao học và Sinh viên ngành Điều khiển tự động: Sử dụng làm tài liệu học thuật tiêu chuẩn phục vụ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế giao diện SCADA/HMI trên nền tảng WinCC, gán Tag liên kết bộ nhớ và xây dựng giải thuật điều khiển tuần tự.
• Chuyên gia tư vấn chuyển đổi số và Quản lý chuỗi cung ứng: Tham khảo mô hình phân bổ mặt bằng kho bãi 2 dãy kệ tối ưu, từ đó tư vấn giải pháp tự động hóa từng phần phù hợp với thực trạng chuyển đổi số tại các nhà xưởng Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống kho tự động AS/RS trong luận văn sử dụng bộ điều khiển nào và có ưu điểm gì?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-300 (CPU 313C-2 PtP) với bộ nhớ 64 kB và thời gian quét lệnh từ 0.2 μs. Ưu điểm nổi bật là độ ổn định công nghiệp cao, khả năng kháng nhiễu mạnh mẽ, dễ dàng cấu hình mở rộng các module I/O và tích hợp cổng truyền thông công nghiệp tốc độ cao.

Giao diện WinCC kết nối và giám sát các thiết bị phần cứng như thế nào?
Giao diện WinCC kết nối với PLC S7-300 qua giao thức SIMATIC S7 Protocol Suite trên nền TCP/IP. Các địa chỉ ô nhớ như M100.5 (nút Start) hay M200.6 (nhập kho tự động) được gán Tag trực tiếp, cho phép hiển thị trạng thái 20 cảm biến và điều khiển 8 ngõ ra động cơ theo thời gian thực.

Robot xuất nhập kho thực hiện các chuyển động nào để bốc dỡ hàng?
Robot sở hữu 3 bậc tự do chính: di chuyển tịnh tiến dọc ray dẫn hướng ở chân đế, xoay 180 độ nhờ bộ truyền bánh răng (z1 = 25, z2 = 50, mô đun m = 3) để tiếp cận hai dãy kệ đối diện, và chuyển động nâng hạ pallet ra vào 8 ô chứa hàng thông qua hệ thống ròng rọc kết hợp thanh trượt.

Luận văn thiết lập bao nhiêu chế độ điều khiển cho hệ thống?
Hệ thống được lập trình với 5 chế độ vận hành riêng biệt: Tự động nhập kho (FC1), Tự động xuất kho (FC2), Bán tự động nhập kho (FC3), Bán tự động xuất kho (FC4) và Điều khiển bằng tay (FC5), mang lại sự linh hoạt tối đa cho người vận hành trong mọi tình huống kỹ thuật.

Khả năng ứng dụng thực tế của mô hình kho tự động này tại Việt Nam ra sao?
Mô hình có tính khả thi rất cao nhờ sử dụng các linh kiện chuẩn hóa phổ biến như rơ le Omron MY2N 24V, động cơ DC và PLC công nghiệp. Giải pháp giúp tiết kiệm khoảng 50% đến 70% chi phí so với hệ thống nhập khẩu, rất phù hợp với quy mô tài chính của các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Kết luận

• Chế tạo thành công mô hình cơ khí robot kho 3 bậc tự do với kết cấu khung giàn 8 vị trí lưu trữ vững chắc và chính xác.
• Lập trình hoàn chỉnh 5 chế độ điều khiển tự động và bán tự động linh hoạt trên nền tảng PLC Siemens S7-300 qua môi trường Simatic Manager.
• Thiết kế hệ thống giao diện giám sát SCADA/HMI chuyên nghiệp bằng WinCC, kết nối ổn định qua mạng Ethernet công nghiệp TCP/IP.
• Tối ưu hóa chu kỳ xuất nhập hàng xuống còn 35 đến 45 giây/pallet, giúp giảm 75% cường độ lao động thủ công của công nhân.
• Khẳng định tính khả thi của giải pháp nội địa hóa hệ thống kho AS/RS với chi phí thấp cho các doanh nghiệp Việt Nam.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện một giải pháp tự động hóa kho hàng toàn diện từ phần cứng cơ khí, mạch động lực điều khiển đến phần mềm SCADA giám sát. Kế hoạch tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới là nghiên cứu tích hợp cảm biến laser và phát triển module quản lý cơ sở dữ liệu WMS trên nền SQL. Các doanh nghiệp sản xuất và kỹ sư tự động hóa có thể ứng dụng ngay mô hình này để nâng cao năng lực cạnh tranh và hiện đại hóa chuỗi cung ứng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng ii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực hiện luận văn: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm soát, giám sát và điều khiển kho tự động”, bên cạnh nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự khích lệ rất nhiều từ nhà trƣờng, thầy,cô, gia đình và bạn bè.

Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trƣớc tiên tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến cán bộ hƣớng dẫn khoa học TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng, thầy đã tận tình chỉ dạy, hƣớng dẫn, định hƣớng, tạo cơ hội học tập, hỗ trợ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cảm ơn quý thầy, cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Cảm ơn quý thầy, cô trong Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành.

Cảm ơn ban lãnh đạo công ty cơ khí Đặng Song đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn của mình. Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơnbạn bè và nhất là anh trai và ba mẹ những ngƣời luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng iii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động TÓM TẮT Hệ thống kho tự động ngày càng trở nên quan trọng trong thực tiễn sản xuất và việc quản lý kho tốt sẽ đem lại nhiều hiệu quả về sản xuất góp phần tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.

Tuy nhiên các hệ thống xuất nhập kho hiện nay là khá lớn so với quy mô các doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam hiện nay. Vì vậy đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động” nghiên cứu lập trình điều khiển kho tự động, giao diện tương tác giữa người và máy để giúp dễ dàng điều khiển, giám sát và kiểm soát việc xuất nhập kho hơn.Đó là một hệ thống kho tự động với quy mô nhỏ hơn, hiệu quả hơn và kinh tế hơn. SUMMARY Automated warehouse systems is becoming increasingly important in practical production and better inventory management will result efficient production and contribute to increase profits for your business. However, the system of warehousing today is quite large compared to the size of small and medium enterprises in Vietnam today.

So the theme: "Researching And Designing Automated Storage And Retrieval System." researchsto program automatic warehouse control, and designshuman-machine interface to make it easy to monitor and control the storage and retrieval. It’s an smaller more efficient and more economical automated warehouse system. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng iv Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động MỤC LỤC Trang tựa TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN.

ii LỜI CẢM ƠN. iv MỤC LỤC .v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH SÁCH CÁC BẢNG. ix DANH SÁCH CÁC HÌNH .1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ.1 Nghiên cứu trong nƣớc.2 Nghiên cứu ngoài nƣớc.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.5 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN.1 TỔNG QUAN SCADA [1] .2 Đặc tính của hệ thống scada.3 Kết cấu của hệ thống SCADA.2 TỔNG QUAN VỀ PLC.1 Tổng quan PLC.

Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng v Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động 2.3 Mạng Ethernet công nghiệp .3 TỔNG QUAN CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH VÀ RELAY.1 Công tắc hành trình.2 Relay OMRON MY2N.20 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO KHO TỰ ĐỘNG .25 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300 .1 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình chính.2 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 1: Tự động nhập kho.3 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 2: Tự động xuất kho.4 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 3: Bán tự động xuất kho.5 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 4: Bán tự động nhập kho.6 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 5: Điều khiển bằng tay.2 QUY ĐỊNH PHẦN CỨNG.4 GIẢI THUẬT LẬP TRÌNH.1 Tạo project với chƣơng trình Simatic Manager.2 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình chính.3 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 1: Tự động nhập kho.4 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 2: Tự động xuất kho. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng vi Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động 4.5 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 3: Bán tự động nhập kho.Error! Bookmark not defined.6 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 4: Bán tự động xuất kho.7 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 5: Điều khiển bằng tay.37 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI BẰNG WINCC .1 THIẾT LẬP CẤU HÌNH BAN ĐẦU [3] .2 TẠO TAG KẾT NỐI.1 Tạo Tag nút nhấn.2 Tạo Tag các tín hiệu ngõ vào.3 Tạo Tag các tín hiệu ngõ ra.3 TẠO VÀ SOẠN THẢO GIAO DIỆN NGƢỜI DÙNG.1 Thiết lập giao diện từ thƣ viện hình ảnh và kết nối Tag.2 Thiết lập giao diện đèn báo cảm biến và kết nối Tag.3 Sử dụng Static Text để tạo giao diện tiêu đề.4 Thiết lập giao diện nút nhấn và kết nối Tag.55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng vii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASRS: automated storage retrieval system. SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition.

DCS :Distributed Control System. MTU : Master Terminal Unit. RTU : Remote Terminal). HMI : Human-Machine Interface.

MPI : Multi Point Interface I/O : Inputs / Outputs. OB : Organization Block. FC : Function Block. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng viii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.

1– Các đặc tính kỹ thuật. 2 – Nguyên lý hoạt động động cơ DC:. 1 – Các Tag và địa chỉ nút nhấn. 2– Các Tag và địa chỉ ngõ vào.

3 – Các Tag và địa chỉ ngõ ra. 4 – Tên động cơ và các Tag tương ứng. 5 – Tên các kệ và các Tag tương ứng. 6 – Các Tag cảm biến và các tiêu đề tương ứng.

7 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Press Left. 8 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Release Left. Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng ix Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 – TS Chung Tấn Lâm đang giới thiệu mô hình kho hàng tự động thử nghiệm.2 – Hoạt động thử nghiệm kho hàng tự động tại trung tâm Nghiên cứu Triển khai - Khu Công nghệ cao TP.3 – Giao diện điều khiển giám sát tổng thể của hệ thống bốc xếp tự động sản phẩm kính.4 – Hệ thống kho tự động của Ultrastore.5 – Hệ thống Kiva. 1 – Các thành phần cơ bản của một hệ SCADA.

2 – Sơ đồ khối bên trong PLC. 3 – Mạng truyền thông Ethernet. 4 – Công tắc hành trình. 5 – Đế thân tách relay Omron MY2N rời và sau khi lắp ráp.

6 – Sơ đồ đấu dây relay Omron MY2N. 7 – Cấu tạo relay. 8 – Cấu tạo relay. 9 –Các loại cuộn dây relay.

10 – Hai loại tiếp điểm của relay. 11 – Nguyên lý hoạt động của 2 loại tiếp điểm. 12 – Cấu tạo động cơ DC. 1 – Sơ đồ bố trí mặt bằng kho.

2 – Kích thước kệ chứa. 4 – Sơ đồ truyền động ở chân đế. 6 – Sơ đồ truyền động đế xoay. 8 – Ròng rọc nâng.

9 – Sơ đồ truyền động bộ phận đưa hàng ra vào kệ. 10 – Bộ phận dẫn động ròng rọc. 11 – Mô hình Robot xuất nhập kho. 1 – Lưu đồ giải thuật chương trình chính.

2 – Lưu đồ giải thuật chương trình 1: Tự động nhập kho. 3 –Lưu đồ giải thuật chương trình 2: Tự động xuất kho. 4 –Lưu đồ giải thuật chương trình 3: Bán tự động nhập kho. 5 – Lưu đồ giải thuật chương trình 4: Bán tự động xuất kho.

6 – Lưu đồ giải thuật chương trình 5: Điều khiển bằng tay. 7 – Sơ đồ đấu dây các ngõ vào ra I/O. 8 – Bảng khởi tạo Project. 9 – Tạo Project mới.

Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng x Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Hình 4. 10 – Đặt tên Project. 13 – Thiết lập Rail, nguồn và PLC. 14 – Thiết lập kết nối MPI.

15 – Thiết lập địa chỉ vào ra I/O. 16 – Bảng cấu hình phần cứng. 17 – Cài đặt ký hiệu cho các ngõ vào ra I/O. 18 – Khởi tạo các khối hàm.

1 – Tạo file mới. 2 – Chọn Project mới. 3 – Đặt tên Project. 4 – Add New Driver.

6 – Tạo kết nối mới. 7 – Cài đặt địa chỉ IP cho kết nối mới. 8 – Cài đặt card mạng của máy tính. 9 – Tạo Tag kết nối nút nhấn.

10 – Đặt tên và địa chỉ nút nhấn. 12 – Các Tag nút nhấn sau khi tạo. 13 – Tạo Tag tín hiệu ngõ vào. 14 – Đặt tên và địa chỉ tín hiệu ngõ vào.

15 – Tag tín hiệu vào sau khi tạo xong. 16 – Các Tag ngõ vào sau khi tạo xong. 17 – Tạo Tag tín hiệu ngõ ra. 18 – Đặt tên và địa chỉ Tag ngõ ra.

19 – Tag ngõ ra sau khi tạo xong. 20 – Các Tag ngõ ra sau khi tạo xong. 21 – Tạo hình nền mới. 22 – Mở hình nền.

23 – Shelving unit 3 trong thư viện. 24 – Sealed bõ with bar code trong thư viện. 25 – Motor 17 trong thư viện. 26 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại BlinkMode,.

28 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại SymbolAppearance. 30 – Thanh Object Palette. 31 – Chỉnh Global color scheme của đèn báo. 32 – Chọn Dynamic Dialog của Background color của đèn báo.

Huỳnh Nguyễn Hoàng SVTH: Vƣơng Trí Dũng xi Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Hình 5. 33 - Bảng Dynamic valueranges. 34 – Bảng Change trigger. 35 – Đèn đã gắn Tag.

37 – Chỉnh Global color scheme của text. 38 – Chỉnh màu Border Background và Border Color của text. 39 – Chỉnh font size của text.