Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI

Đồ án thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Phú Cường
• Người hướng dẫn: ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ điện tử
• Đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode HMI

Đồ án nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung xây dựng mô hình kho hàng tự động AS/RS thu nhỏ. Hệ thống tích hợp công nghệ mã vạch và giao diện HMI để điều khiển quá trình lưu kho. Nhu cầu tự động hóa logistics tăng cao trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0. Doanh nghiệp cần quản lý số lượng tồn kho chính xác và liên tục theo thời gian thực. Mô hình này mô phỏng hoạt động thực tế với kết cấu gồm chín ô lưu trữ. Kích thước tổng thể của kho là 700x800x500mm. Một chu trình lưu kho tiêu chuẩn kéo dài trung bình bốn mươi giây. Băng tải vận chuyển sản phẩm kích thước 60x60x75mm vào vị trí quét mã. Đầu đọc barcode trích xuất dữ liệu định danh của kiện hàng. Bộ điều khiển trung tâm PLC xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu lên màn hình HMI. Người vận hành theo dõi trạng thái ô chứa, kiểm soát vị trí pallet trực quan. Mô hình phục vụ đắc lực cho môn học Thực tập Hệ thống sản xuất tự động.

1.1. Mục tiêu và phạm vi ứng dụng mô hình tại ĐH SPKT TP.HCM

Nghiên cứu hướng tới hoàn thiện mô hình cơ điện tử phục vụ giảng dạy chuyên ngành. Mô hình kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết điều khiển tự động và thực hành vận hành nhà xưởng. Phạm vi ứng dụng tập trung vào học phần Thực tập Hệ thống sản xuất tự động. Sinh viên ngành Cơ điện tử tại trường được trực tiếp thao tác trên thiết bị chuẩn công nghiệp. Sinh viên lập trình logic điều khiển trên PLC và thiết kế giao diện vận hành HMI. Dự án cung cấp bản vẽ chế tạo chi tiết cùng tài liệu hướng dẫn chuẩn hóa. Hệ thống giúp người học nắm vững nguyên lý hoạt động của kho thông minh AS/RS. Năng lực giải quyết bài toán tự động hóa trong thực tế được nâng cao rõ rệt.

1.2. Xu hướng tự động hóa kho hàng bằng Barcode và HMI

Cuộc cách mạng công nghiệp thúc đẩy các doanh nghiệp chuyển dịch sang mô hình kho thông minh. Hệ thống lưu trữ tự động AS/RS giúp tối ưu hóa không gian chứa hàng. Giải pháp này tiết kiệm đến một nửa diện tích mặt sàn so với kho truyền thống. Công nghệ mã vạch Barcode đóng vai trò định danh vật tư nhanh chóng và chính xác. Đầu đọc mã vạch quét thông tin sản phẩm và chuyển thẳng đến bộ điều khiển. Màn hình HMI mang lại khả năng tương tác đồ họa thân thiện cho kỹ thuật viên. Người dùng dễ dàng giám sát vị trí pallet, tình trạng ô chứa và cảnh báo lỗi. Xu hướng tích hợp Barcode và HMI giảm thiểu tối đa sai sót từ con người. Quy trình xuất nhập hàng diễn ra liên tục, an toàn và đồng bộ dữ liệu cao.

II. Phân tích thực trạng quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI

Nhiều kho hàng tại Việt Nam vẫn áp dụng phương pháp ghi chép thủ công. Nhân viên phải nhập số liệu mã hàng bằng tay vào sổ sách hoặc bảng tính. Quy trình này thường xuyên dẫn đến nhầm lẫn vị trí lưu trữ và thất thoát hàng hóa. Tốc độ xuất nhập kho chậm chạp gây ùn tắc trong chuỗi cung ứng. Năng suất lao động giảm mạnh khi quy mô hàng hóa mở rộng. Việc định vị sản phẩm trong kho kệ nhiều tầng tiêu tốn nhiều thời gian. Sai lệch số liệu tồn kho thực tế và sổ sách tạo ra rủi ro gián đoạn sản xuất. Bên cạnh đó, việc thiếu hụt thiết bị đào tạo tự động hóa tại các trường đại học là một thách thức lớn. Sinh viên thường chỉ tiếp cận lý thuyết lập trình điều khiển trên máy tính. Việc thiếu mô hình phần cứng thực tế hạn chế kỹ năng xử lý sự cố. Mô hình kho hàng tích hợp Barcode và HMI giải quyết trực tiếp những hạn chế này. Hệ thống số hóa toàn bộ dữ liệu lưu kho và minh bạch hóa thông tin.

2.1. Hạn chế của phương pháp quản lý kho truyền thống

Phương pháp quản lý kho thủ công bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng. Hoạt động kiểm kê phụ thuộc hoàn toàn vào trí nhớ và giấy tờ của công nhân. Sai sót ghi chép phát sinh thường xuyên trong các ca làm việc kéo dài. Tốc độ tìm kiếm hàng hóa diễn ra rất chậm chạp. Diện tích kho bãi không được tận dụng tối ưu theo chiều cao. Việc cập nhật số lượng tồn kho thiếu tính thời gian thực. Cấp quản lý không nắm bắt kịp thời lượng hàng dư thừa hay cạn kiệt. Ngoài ra, việc vận chuyển pallet bằng sức người dễ gây chấn thương lao động. Hàng hóa dễ bị va đập và hư hỏng trong quá trình bốc xếp. Các hạn chế trên đòi hỏi doanh nghiệp phải chuyển đổi sang tự động hóa.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với mô hình AS RS kết hợp HMI

Mô hình kho tự động đòi hỏi độ chính xác cao về cơ khí và điều khiển. Hệ thống chấp hành cần di chuyển ổn định theo các trục tọa độ. Sai số dừng tại từng vị trí ô kho phải nằm trong giới hạn cho phép. Băng tải cấp phôi phải vận hành nhịp nhàng với cơ cấu tay gắp. Đầu đọc Barcode cần nhận diện mã vạch nhanh chóng dưới các điều kiện ánh sáng khác nhau. Bộ điều khiển lập trình PLC phải xử lý tín hiệu xung tốc độ cao cho động cơ bước. Giao diện HMI cần hiển thị rõ ràng sơ đồ chín vị trí ô chứa hàng. Phần mềm phải cập nhật tức thì trạng thái trống hoặc đã có hàng của từng ô. Hệ thống điều khiển cũng phải trang bị tính năng dừng khẩn cấp để đảm bảo an toàn.

III. Giải pháp thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode HMI

Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM triển khai giải pháp thiết kế tích hợp cơ điện tử hoàn chỉnh. Phần khung chịu lực sử dụng thanh nhôm định hình 20x20 kết hợp ke vuông và ốc vít M5 chắc chắn. Kho lưu trữ có kích thước 256x128x360mm được chia thành chín ngăn chứa pallet. Băng tải kích thước 500x160x100mm đảm nhiệm vai trò vận chuyển sản phẩm đến trạm quét mã. Cơ cấu nâng hạ trục Z sử dụng động cơ bước 57HS8430A4 với moment xoắn 1.5Nm. Trục dẫn động kết hợp bộ puly đường kính 22.16mm và dây đai truyền động chính xác. Driver động cơ được thiết lập chế độ vi bước 1600 xung trên vòng. Chế độ này giúp cơ cấu di chuyển êm ái và định vị chính xác vị trí ô hàng. Đầu đọc quét mã vạch trên pallet và gửi tín hiệu định danh về PLC. Bộ điều khiển PLC tính toán quỹ đạo và kích hoạt cơ cấu gắp sản phẩm. Màn hình HMI giao tiếp qua chuẩn truyền thông công nghiệp để hiển thị dữ liệu trực quan. Quy trình lưu kho khép kín diễn ra tuần tự và hạn chế tối đa độ trễ điều khiển giữa các thiết bị.

3.1. Thiết kế cơ khí và tính toán động lực học cơ cấu nâng hạ

Thiết kế cơ khí bảo đảm tính cứng vững và giảm thiểu quán tính chuyển động. Khung máy được dựng từ các thanh nhôm định hình kích thước tiêu chuẩn 20x20. Cơ cấu nâng trục Z chịu tải trọng nâng của giá đỡ pallet cùng khối lượng hàng hóa. Lực kéo tác dụng lên cơ cấu được tính toán chi tiết từ khối lượng nâng và hệ số ma sát của bốn ổ lăn. Puly dẫn động có đường kính 22.16mm ăn khớp với dây đai răng giúp truyền chuyển động mượt mà. Động cơ bước 57HS8430A4 được lựa chọn với hệ số an toàn gấp rưỡi tải trọng thực tế. Thời gian phát xung điều khiển được tính toán kỹ lưỡng để hoàn thành hành trình 800mm trong vòng hai mươi giây.

3.2. Lập trình điều khiển PLC và giao diện giám sát HMI

Chương trình điều khiển trung tâm được viết trên phần mềm lập trình PLC chuyên dụng. Thuật toán phân luồng điều khiển bám sát các bước vận hành của chu trình xuất nhập kho. Khi sản phẩm di chuyển trên băng tải, cảm biến kích hoạt đầu đọc mã vạch quét chuỗi ký tự. Dữ liệu Barcode được PLC giải mã để xác định phân loại sản phẩm. Tiếp theo, PLC phát xung điều khiển driver kích hoạt động cơ bước đưa hàng vào ô chỉ định. Giao diện HMI hiển thị sơ đồ trực quan của chín ô chứa sản phẩm. Người vận hành giám sát tức thì trạng thái từng vị trí thông qua các mã màu phân biệt. HMI cũng cho phép người dùng kích hoạt lệnh xuất hàng hoặc nhập hàng độc lập theo nhu cầu.

IV. Kết luận và ứng dụng thiết kế kho hàng qua Barcode và HMI

Đồ án tốt nghiệp tại ĐH SPKT TP.HCM đã chế tạo thành công mô hình kho hàng tự động. Hệ thống vận hành ổn định và đạt các thông số kỹ thuật đề ra ban đầu. Thời gian trung bình để lưu trữ một sản phẩm hoàn chỉnh là bốn mươi giây. Trong đó, băng tải vận chuyển mất tám giây, thao tác lấy hàng mất sáu giây và cất hàng mất sáu giây. Tỷ lệ quét mã vạch và nhận diện dữ liệu đạt độ chính xác tuyệt đối. Màn hình HMI phản hồi tín hiệu nhanh nhạy, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản trị. Mô hình là giáo cụ trực quan giá trị cho bộ môn Cơ điện tử. Thiết bị giúp người học tiếp cận sát với thực tế sản xuất tại các nhà máy thông minh. Hệ thống có khả năng mở rộng thêm số lượng ngăn chứa và nâng cấp thuật toán điều phối thông minh. Giải pháp này đóng góp thiết thực cho quá trình đào tạo nguồn nhân lực tự động hóa. Nền tảng này mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực logistics thông minh.

4.1. Đánh giá hiệu năng vận hành và độ chính xác lưu kho

Kết quả thử nghiệm thực tế chứng minh mô hình hoạt động bền bỉ và chuẩn xác. Chu trình lưu chuyển sản phẩm diễn ra đúng tiến độ trong khoảng bốn mươi giây. Cơ cấu chấp hành di chuyển đến các tọa độ ô chứa với sai số vị trí không đáng kể. Tín hiệu phát xung từ PLC điều khiển động cơ bước mượt mà nhờ cài đặt vi bước. Đầu đọc Barcode nhận diện mã hàng nhạy bén ngay khi pallet dừng trên băng tải. Màn hình HMI hiển thị thông số cập nhật theo thời gian thực mà không gặp hiện tượng trễ tín hiệu. Dữ liệu trạng thái kho phản ánh trung thực tình hình hàng hóa tại từng ngăn chứa. Hệ thống không xảy ra xung đột điều khiển trong suốt quá trình hoạt động liên tục.

4.2. Khả năng mở rộng và hướng phát triển trong tương lai

Mô hình kho hàng sở hữu tiềm năng phát triển và ứng dụng thực tiễn rất lớn. Trong giai đoạn tiếp theo, hệ thống có thể gia tăng số lượng tầng và ô lưu trữ. Việc tích hợp thêm công nghệ nhận dạng RFID sẽ nâng cao khả năng quản lý sản phẩm. Các cảm biến kiểm tra trọng lượng và kích thước có thể lắp đặt bổ sung dọc theo băng tải. Thuật toán điều phối vị trí thông minh giúp rút ngắn quãng đường di chuyển của cơ cấu nâng hạ. Hơn nữa, việc kết nối hệ thống với máy chủ cơ sở dữ liệu qua mạng công nghiệp sẽ hoàn thiện mô hình quản lý ERP. Những nâng cấp này giúp mô hình đáp ứng toàn diện hơn các yêu cầu khắt khe của kho hàng thông minh hiện đại.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Phú Cường và Nguyễn Viết Chiến, dưới sự hướng dẫn của ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức tại Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (khóa K19, hoàn thành vào tháng 07 năm 2023).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất. Các nhà kho truyền thống bộc lộ nhiều điểm hạn chế:

• Công tác lưu trữ chủ yếu thực hiện thủ công bằng sức người hoặc thiết bị nâng hạ đơn giản, không tận dụng được tối đa chiều cao và không gian kho bãi.
• Việc quản lý số lượng và vị trí hàng hóa phụ thuộc vào sổ sách ghi chép tay, dễ xảy ra sai lệch, nhầm lẫn và thất lạc khi số lượng sản phẩm lớn.
• Hàng hóa thường xếp chồng lên nhau, khó khăn trong việc phân loại đa dạng chủng loại hàng.

Mục tiêu nghiên cứu tổng thể của đồ án là thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình kho hàng tự động thu nhỏ và xây dựng tài liệu hướng dẫn bài giảng, đóng vai trò là trạm số 8 (trạm cuối cùng - Trạm nhà kho) hoàn thiện dây chuyền sản xuất tích hợp máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) gồm 8 trạm trong môn học Thực tập Hệ thống sản xuất tự động (mã học phần: PRPS312526). Để đạt được mục tiêu này, hai bài toán kỹ thuật được xác định:

1. Bài toán vận chuyển hàng: Điều khiển tự động cơ cấu tay gắp/robot vận chuyển hàng vào các ô kho, kết hợp điều khiển đồng bộ băng tải cấp hàng và băng tải xuất hàng.
2. Bài toán phân loại hàng: Ứng dụng đầu đọc mã vạch (Barcode Scanner) để nhận diện thông tin sản phẩm trên băng tải, từ đó xử lý tín hiệu và đưa sản phẩm vào đúng vị trí ô quy định theo loại hàng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

• Đối tượng nghiên cứu: Bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3U-32MT; màn hình cảm ứng HMI Weintek MT6070iH; máy quét mã vạch KPOS XL-5500A; các cơ cấu chấp hành gồm động cơ bước Nema 23 (mã 57HS8430A4) điều khiển qua driver TB6600, động cơ DC; cảm biến quang phát hiện vật E3F-DS30C4; công tắc hành trình; bộ truyền động đai răng - puly; các phần mềm chuyên ngành gồm SolidWorks, AutoCAD Electrical 2019, GX Works2 và EB8000.
• Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế mô hình kho hàng thu nhỏ gồm 9 ô để hàng (kích thước mỗi ô 80x128x80 mm, kích thước khung kho 256x128x360 mm; tổng thể khung máy 700x800x500 mm); sản phẩm và pallet mô phỏng có kích thước 60x60x75 mm với khối lượng 0,3 kg; băng tải kích thước 500x160x100 mm; thời gian chu kỳ nhập/xuất kho thiết kế trung bình là 40 giây/sản phẩm; tài liệu hướng dẫn kỹ thuật phục vụ chương trình học tập với thời lượng 2 tuần.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết kỹ thuật cơ điện tử và tự động hóa công nghiệp:

• Hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (AS/RS - Automated Storage and Retrieval System): Nguyên lý cấu tạo và chu trình vận hành của các hệ thống kệ chứa tự động, xe trung chuyển và tay gắp công nghiệp.
• Lý thuyết truyền động động cơ bước (Step Motor): Nguyên lý cấu tạo rotor nam châm vĩnh cửu, biến từ trở và lai; phân loại theo cực (đơn cực, lưỡng cực) và số pha (2 pha, 3 pha, 5 pha). Các giải thuật điều khiển xung: chế độ đủ bước một pha (wave drive - 1 phase on), chế độ đủ bước hai pha (two phase drive - 2 phase on), chế độ nửa bước (half-step) và chế độ vi bước (microstepping).
• Thiết bị đóng cắt, biến đổi nguồn và bảo vệ: Nguồn xung tổ ong 24V DC; mạch hạ áp DC-DC (Buck converter) phục vụ điều chỉnh tốc độ động cơ DC băng tải và tay gắp từ 24V xuống 5V; cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian (tiếp điểm NO/NC) và cầu dao tự động (Aptomat/MCB).
• Cảm biến và nhận dạng quang học: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang (loại thu - phát độc lập, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán); cấu tạo cảm biến tiệm cận quang E3F-DS30C4 với ngõ ra cực thu hở NPN; nguyên lý quét và giải mã chùm sáng phản xạ của máy quét mã vạch 1D/2D; chuẩn truyền thông nối tiếp RS-232 và bảng mã ASCII phục vụ truyền dữ liệu ký tự từ đầu đọc về HMI/PLC.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai cụ thể:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Thu thập và khảo sát các tài liệu manual của nhà sản xuất linh kiện (Mitsubishi, Weintek, KPOS), giáo trình tự động hóa và các công trình nghiên cứu hệ thống AS/RS trong và ngoài nước.
• Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán động học, lực kéo, mô men cản và công suất động cơ trục X và trục Z dựa trên các thông số tải trọng và ma sát thực tế; thiết kế mô hình 3D cơ khí bằng phần mềm SolidWorks; thiết kế bản vẽ sơ đồ nguyên lý và layout bố trí tủ điện bằng AutoCAD Electrical 2019.
• Phương pháp lập trình và tích hợp hệ thống: Viết chương trình điều khiển tuần tự, phát xung tốc độ cao và xử lý chuỗi ký tự trên phần mềm GX Works2 cho PLC FX3U; thiết kế giao diện vận hành, cài đặt địa chỉ biến nhớ và giám sát trạng thái trên phần mềm EB8000 cho HMI Weintek.
• Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp phần cứng, đấu nối tủ điện theo chuẩn công nghiệp; vận hành thử nghiệm trên mô hình thực tế để đo đạc thời gian chu kỳ nhập và xuất hàng theo từng ô quy định.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa, kết hợp chặt chẽ giữa cơ cấu cơ khí chính xác, mạch điều khiển công nghiệp và phần mềm điều khiển giám sát.

Kiến trúc phần cứng và tính toán cơ khí

Khung máy được chế tạo bằng nhôm định hình kích thước 20x20 mm, liên kết bằng ke góc vuông, bulong lục giác chìm và tán chữ T kích thước M5. Cơ cấu di chuyển hai trục sử dụng bộ truyền động đai răng kết hợp puly để giảm thiểu tiếng ồn, giảm chấn và tối ưu chi phí so với trục vít me.

Thông số thiết kế	Trục X (Trục ngang)	Trục Z (Trục đứng)
Khối lượng bàn trượt ($m$)	5,0 kg	3,5 kg
Khối lượng sản phẩm tải	0,3 kg	0,3 kg
Lực tác dụng theo phương chuyển động ($N$)	49,0 N	34,3 N
Hệ số ma sát trượt của 4 ổ lăn	0,2	0,2
Đường kính puly	29,8 mm	22,16 mm
Mô men xoắn yêu cầu tính toán	1,752 N.m	0,910 N.m
Động cơ bước được lựa chọn	Nema 23 (Mã 57HS8430A4)	Nema 23 (Mã 57HS8430A4)
Mô men xoắn định mức của động cơ	2,2 N.m	2,2 N.m

Để đảm bảo độ êm, giảm chấn động và hạn chế tối đa hiện tượng trượt bước (loss of steps) của động cơ bước, driver điều khiển TB6600 được cấu hình hoạt động ở chế độ vi bước $1/8$ bước (tương đương 1600 xung/vòng) thông qua cài đặt các công tắc gạt phần cứng: SW1 ON, SW2 OFF, SW3 ON. Tốc độ phát xung được tính toán để robot hoàn thành quãng đường di chuyển khứ hồi 800 mm trong khoảng thời gian 20 giây.

Thiết kế hệ thống điện và truyền thông

Hệ thống cấp nguồn sử dụng bộ nguồn tổ ong Meanwell 24V DC - 10A (công suất 240W, điện áp ngõ vào 220V AC, khối lượng 0,8 kg). Nguồn 24V được phân phối cho PLC, driver động cơ bước, rơ le và các cảm biến quang E3F-DS30C4. Mạch Buck giảm áp được bố trí để cấp nguồn 5V điều khiển động cơ DC của băng tải và động cơ cơ cấu tay gắp hàng.

Đầu đọc mã vạch KPOS XL-5500A được lắp đặt cố định phía trên băng tải cấp hàng. Khi sản phẩm di chuyển qua, cảm biến quang kích hoạt máy quét đọc chuỗi barcode gắn trên pallet. Dữ liệu mã vạch được chuyển đổi thành các chuỗi ký tự theo bảng mã ASCII và truyền trực tiếp về màn hình HMI và bộ điều khiển PLC FX3U-32MT qua chuẩn giao tiếp nối tiếp RS-232.

Giao diện điều khiển HMI và thuật toán vận hành

Chương trình điều khiển trên HMI Weintek MT6070iH và PLC FX3U được thiết lập với 3 chế độ vận hành độc lập:

1. Chế độ AUTO IMPORT (Nhập kho tự động): Sản phẩm được đặt lên băng tải cấp hàng. Cảm biến phát hiện vật kích hoạt đầu đọc KPOS XL-5500A. PLC tiếp nhận mã định danh, giải mã vị trí ô chứa tương ứng (từ ô 1 đến ô 9). Robot nhận hàng từ vị trí cuối băng tải (thời gian gắp khoảng 6 giây), di chuyển theo hai trục X-Z đến đúng ô quy định và đưa hàng vào vị trí (thời gian lưu vào ô khoảng 6 giây).
2. Chế độ AUTO EXPORT (Xuất kho tự động): Màn hình HMI trực quan hóa sơ đồ 9 ô hàng, hiển thị rõ ràng trạng thái ô nào đang có hàng hoặc đang trống. Người vận hành nhấn chọn ô hàng cần xuất trực tiếp trên HMI; cơ cấu robot tự động di chuyển đến tọa độ ô tương ứng, gắp sản phẩm ra và chuyển tới băng tải xuất hàng.
3. Chế độ MANUAL (Điều khiển thủ công): Cho phép người vận hành can thiệp trực tiếp để chạy thử nghiệm, căn chỉnh điểm gốc (Home), điều khiển độc lập từng cụm cơ cấu gồm chiều quay băng tải, bật/tắt động cơ tay gắp và kích xung từng trục X, Z.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này tập trung trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng giải pháp tự động hóa kho hàng trong thời kỳ công nghiệp hóa. Tác giả phân tích các nhược điểm cố hữu của phương thức lưu kho truyền thống và chỉ ra vai trò then chốt của công nghệ mã vạch (Barcode/QR) trong việc định danh, quản lý và theo dõi dòng luân chuyển hàng hóa. Đồ án xác lập mục tiêu nghiên cứu là thiết kế mô hình kho hàng tự động và biên soạn tài liệu giảng dạy 2 tuần phục vụ hoàn thiện trạm số 8 của hệ thống CIM trong học phần Thực tập Hệ thống sản xuất tự động (PRPS312526). Các phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi giới hạn của đề tài cũng được xác định chi tiết tại chương này.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Tác giả tổng hợp lịch sử phát triển của các hệ thống lưu kho tự động trên thế giới từ những năm cuối thập niên 1960, giai đoạn mở rộng 1970–1980 đến các hệ thống kho thông minh hiện đại. Chương 2 phân tích các mô hình quản lý kho tiên tiến trên thế giới như Just-In-Time (JIT), Lean Manufacturing, Vendor-Managed Inventory (VMI), Cross-Docking, Multi-Echelon Inventory Optimization (MEIO), Advanced Planning and Scheduling (APS) và AS/RS. Đồng thời, tác giả khảo sát tình hình ứng dụng thực tế tại Việt Nam từ năm 2018–2019, tiêu biểu là dự án kệ tự động tại công ty Nông sản ở Đồng Nai, cũng như các công nghệ quản lý kho qua phần mềm WMS, RFID và ERP.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 3 cung cấp toàn bộ cơ sở lý thuyết về các linh kiện, khí cụ và thiết bị được sử dụng trong hệ thống:

• Thiết bị nguồn và biến đổi điện áp: Thông số kỹ thuật bộ nguồn tổ ong 24V DC Meanwell (240W, 10A) và nguyên lý hoạt động của mạch hạ áp DC-DC Buck converter.
• Khí cụ đóng cắt: Cấu tạo, nguyên lý đóng/ngắt mạch qua cuộn hút và tiếp điểm NO/NC của rơ le trung gian; nguyên lý bảo vệ quá tải và ngắn mạch của Aptomat (MCB).
• Cảm biến và thiết bị nhận dạng: Cấu tạo và nguyên lý của ba nhóm cảm biến quang (thu phát độc lập, phản xạ gương, khuếch tán); sơ đồ đấu dây cảm biến quang E3F-DS30C4 (nâu: VCC 6–36VDC, xanh dương: GND 0VDC, đen: ngõ ra NPN). Cấu tạo và quy trình đọc - giải mã tín hiệu quang của máy quét mã vạch KPOS XL-5500A.
• Động cơ bước: Nguyên lý tạo bước quay từ xung điện; phân loại rotor, phân loại cực (đơn cực, lưỡng cực) và phân loại theo số pha; các phương pháp kích từ (full-step 1 pha, full-step 2 pha, half-step).

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về đề tài mô hình kho hàng thông minh

Tác giả thiết lập các yêu cầu kỹ thuật ban đầu cho mô hình (kích thước ô chứa 80x128x80 mm, kích thước kho 256x128x360 mm, kích thước sản phẩm 60x60x75 mm, thời gian chu kỳ trung bình 40s). Trên cơ sở đó, chương 4 tiến hành phân tích, so sánh các giải pháp kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu:

Hạng mục so sánh	Phương án xem xét	Ưu điểm ghi nhận	Nhược điểm / Đánh giá lựa chọn
Động cơ truyền động	Động cơ bước (Step Motor)	Điều khiển vị trí chính xác, giữ vị trí khi dừng không cần phanh, giá thành thấp, dễ điều khiển	Tốc độ hạn chế, có nguy cơ trượt bước; được chọn kết hợp chạy vi bước
	Động cơ Servo	Đáp ứng nhanh, phản hồi vòng kín chính xác cao	Giá thành đắt, cấu hình và lập trình phức tạp; không chọn
Giao diện điều khiển	Màn hình cảm ứng HMI	Trực quan, tích hợp tốt với PLC qua cổng truyền thông, thao tác gọn gàng	Được lựa chọn để tối ưu cho mô hình đào tạo
	Phần mềm WinCC SCADA	Quản lý dữ liệu lớn, đồ họa linh hoạt	Phù hợp dự án lớn, cồng kềnh cho mô hình nhỏ; không chọn
Cơ cấu truyền động	Trục vít me	Độ chính xác rất cao, chịu tải trọng lớn	Tốc độ thấp khi bước ren nhỏ, chi phí gia công đắt; không chọn
	Bộ truyền đai răng - puly	Vận hành êm ái, độ ồn thấp, chi phí thấp, lắp ráp đơn giản	Độ chính xác đáp ứng tốt yêu cầu mô hình; được lựa chọn
Vật liệu khung vỏ	Nhôm tấm	Độ bền cao, nhẹ	Chi phí gia công cắt, phay tốn kém; không chọn
	Nhôm định hình (20x20)	Nhẹ, thẩm mỹ, dễ cắt, khoan và lắp ráp linh hoạt	Chi phí hợp lý, dễ thi công; được lựa chọn

Chương này cũng xác định quy trình thực hiện đồ án gồm 8 bước tuần tự từ thiết kế 3D, tính toán điện - cơ khí, gia công mua sắm, lắp ráp, lập trình thử nghiệm, hiệu chỉnh và hoàn thiện tủ điện.

Chương 5: Tính toán thiết kế và thực hiện đề tài

Nội dung chương trình bày chi tiết các bước tính toán kỹ thuật:

• Tính chọn động cơ bước trục X: Tải trọng bàn trượt 5 kg, hệ số ma sát 0,2, puly đường kính 29,8 mm; tính ra mô men cần thiết 1,752 N.m; chọn động cơ bước 57HS8430A4 (mô men xoắn cực đại 2,2 N.m).
• Tính chọn động cơ bước trục Z: Tải trọng nâng 3,5 kg bàn trượt + 0,3 kg vật mẫu, hệ số ma sát 0,2, puly đường kính 22,16 mm; tính ra mô men yêu cầu 0,91 N.m; lựa chọn động cơ bước cùng loại 57HS8430A4 để đảm bảo an toàn chịu tải gấp 1,5 lần nhu cầu.
• Tính toán xung nhịp và vận tốc: Phân tích quỹ đạo thời gian cho chu kỳ 40 giây (băng tải chạy 8s, lấy hàng 6s, xếp vào kho 6s, di chuyển khứ hồi 800 mm trong 20s). Thiết lập driver TB6600 chạy vi bước 1600 xung/vòng (SW1 ON, SW2 OFF, SW3 ON).
• Thiết kế phần cứng và tủ điện: Bố trí các ngõ vào/ngõ ra (I/O) trên PLC Mitsubishi FX3U-32MT; kết nối truyền thông RS-232 với HMI Weintek MT6070iH; thiết lập sơ đồ đấu dây driver TB6600, relay, cảm biến quang và máy quét KPOS XL-5500A.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật và giao diện: Thiết lập lưu đồ thuật toán đọc mã vạch qua bảng mã ASCII, gán ô nhớ và xuất lệnh điều khiển trục; thiết kế các màn hình chức năng Manual, Auto Import và Auto Export trên phần mềm EB8000.

Chương 6: Thực nghiệm đánh giá

Chương 6 ghi nhận quá trình chạy thử nghiệm thực tế hệ thống với hai nội dung đo kiểm chính: thống kê thời gian nhập hàng và thống kê thời gian xuất hàng đối với từng ô trong số 9 ô của kho. Các kết quả đo lường được tổng hợp để đối chiếu với mục tiêu thiết kế ban đầu 40 giây/sản phẩm.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật:

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng kho hàng tự động 9 ô với kích thước 700x800x500 mm; kết cấu cơ khí bằng nhôm định hình 20x20 mm hoạt động vững chắc, các cơ cấu băng tải (500x160x100 mm) và tay gắp vận hành đồng bộ.
• Tủ điện điều khiển được gia công đi dây theo chuẩn công nghiệp, tích hợp hoàn chỉnh PLC Mitsubishi FX3U-32MT, màn hình HMI Weintek MT6070iH, nguồn tổ ong 24V Meanwell và driver TB6600.
• Ứng dụng thành công máy quét KPOS XL-5500A để nhận diện tự động mã vạch dán trên pallet sản phẩm (kích thước 60x60x75 mm, nặng 0,3 kg), giải mã chính xác chuỗi ký tự ASCII và truyền thông dữ liệu ổn định về PLC/HMI qua cổng RS-232.
• Lập trình và vận hành trơn tru cả 3 chế độ hoạt động: AUTO IMPORT (tự động phân loại đưa hàng vào đúng ô theo mã quét), AUTO EXPORT (giám sát trạng thái 9 ô và chọn ô xuất trực tiếp trên HMI) và MANUAL (điều khiển riêng lẻ từng cơ cấu chấp hành).

Về giải pháp và đóng góp học thuật:

• Hoàn thiện thành công trạm số 8 (Trạm nhà kho), đóng vai trò là khâu cuối cùng khép kín hệ thống sản xuất tích hợp máy tính CIM 8 trạm phục vụ đào tạo tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
• Biên soạn bộ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật và bài giảng thực hành chi tiết trong thời lượng 2 tuần, cung cấp quy trình thiết kế cơ - điện, phương pháp lập trình điều khiển PLC FX3U, thiết kế giao diện HMI và các bài tập mẫu cho sinh viên tiếp cận môn học Thực tập Hệ thống sản xuất tự động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Tốc độ nhập và xuất sản phẩm giữa các ô hàng vẫn chưa được tối ưu hóa hoàn toàn, thời gian thao tác còn phụ thuộc vào việc điều chỉnh tốc độ vi bước và độ trễ cơ học của cơ cấu tay gắp.
• Quy mô kho hàng mới dừng lại ở mô hình phòng thí nghiệm với 9 ô chứa nhỏ, chưa tích hợp hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quy mô lớn kết nối mạng doanh nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Tối ưu hóa thuật toán phát xung và quỹ đạo chuyển động của các trục nhằm rút ngắn hơn nữa thời gian chu kỳ nhập/xuất kho.
• Mở rộng quy mô số lượng ô kệ chứa hàng và tích hợp phần mềm quản lý kho chuyên sâu (WMS) kết nối máy tính chủ thông qua giao thức truyền thông mạng công nghiệp (Ethernet/Modbus TCP).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Công nghiệp đang theo học môn Thực tập Hệ thống sản xuất tự động hoặc chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp về hệ thống AS/RS thu nhỏ.
• Người nghiên cứu có thể tham khảo trực tiếp phương pháp tính toán công suất và chọn mô men xoắn cho động cơ bước dẫn động đai răng; sơ đồ đấu nối driver TB6600 chạy vi bước; kỹ thuật truyền thông nhận dữ liệu mã vạch dạng ký tự ASCII từ Barcode Scanner về PLC Mitsubishi FX3U và hiển thị trên màn hình HMI Weintek.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình kho hàng trong đồ án có quy cách và khả năng lưu trữ như thế nào?
Mô hình kho chứa có kích thước khung là 256x128x360 mm, được chia thành 9 ô để hàng, kích thước mỗi ô là 80x128x80 mm. Sản phẩm mô phỏng kèm pallet có kích thước 60x60x75 mm và khối lượng là 0,3 kg.

2. Đồ án sử dụng loại động cơ nào cho các trục truyền động và giải pháp chống trượt bước là gì?
Đồ án sử dụng động cơ bước Nema 23 (mã 57HS8430A4) cho cả trục X và trục Z, với mô men xoắn định mức 2,2 N.m (đáp ứng tốt nhu cầu tính toán là 1,752 N.m cho trục X và 0,91 N.m cho trục Z). Để giảm thiểu hiện tượng trượt bước, tác giả chọn động cơ có công suất dư tải và cấu hình driver TB6600 chạy ở chế độ vi bước $1/8$ (1600 xung/vòng, gạt switch: SW1 ON, SW2 OFF, SW3 ON).

3. Dữ liệu từ máy quét mã vạch được truyền và xử lý trong hệ thống như thế nào?
Máy quét mã vạch KPOS XL-5500A đọc mã sản phẩm trên băng tải và truyền chuỗi ký tự theo bảng mã ASCII thông qua chuẩn truyền thông nối tiếp RS-232 về màn hình HMI Weintek MT6070iH và PLC Mitsubishi FX3U-32MT. Chương trình PLC xử lý chuỗi mã này để xác định vị trí ô lưu kho tương ứng.

4. Màn hình HMI của hệ thống cung cấp những chế độ vận hành cụ thể nào?
HMI cung cấp 3 chế độ: AUTO IMPORT (tự động nhận dạng mã và đưa hàng vào ô tương ứng), AUTO EXPORT (hiển thị trạng thái các ô đã chứa hoặc chưa chứa hàng, cho phép chọn ô để xuất hàng tự động) và MANUAL (cho phép vận hành độc lập từng cơ cấu như băng tải, tay gắp, trục X, Z để hiệu chỉnh).

5. Đồ án đóng góp vào môn học nào trong chương trình đào tạo của nhà trường?
Đề tài hoàn thiện trạm số 8 (Trạm nhà kho) cho hệ thống sản xuất tích hợp máy tính CIM gồm 8 trạm, đồng thời cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật và bài tập thực hành trong 2 tuần phục vụ môn học Thực tập Hệ thống sản xuất tự động (mã học phần PRPS312526).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI" đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình kho hàng tự động 9 ô hoàn chỉnh về kết cấu cơ khí, tủ điện công nghiệp và chương trình điều khiển. Hệ thống tích hợp hiệu quả PLC Mitsubishi FX3U-32MT, HMI Weintek MT6070iH và máy quét mã vạch KPOS XL-5500A để thực hiện chính xác quy trình nhập, xuất và giám sát sản phẩm theo thời gian thực. Đồ án hoàn thành trạm số 8 trong dây chuyền CIM phục vụ đào tạo thực hành môn Hệ thống sản xuất tự động, đặt nền tảng thực nghiệm rõ ràng cho các định hướng tối ưu hóa tốc độ và mở rộng kết nối mạng quản lý kho sau này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĈӖÈ17Ӕ71*+,ӊ3 1*¬1+&1. Hồ Chí Minh7KiQJQăP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KĨ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC Sinh viên thực hiện : NGUYỄN PHÚ CƢỜNG MSSV : 19146144 Lớp : 19146CL5B Khóa : K19 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VIẾT CHIẾN MSSV : 19146162 Lớp : 19146CL5B Khóa : K19 TP.

Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KĨ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC Sinh viên thực hiện : NGUYỄN PHÚ CƢỜNG MSSV : 19146144 Lớp : 19146CL5B Khóa : K19 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VIẾT CHIẾN MSSV : 19146162 Lớp : 19146CL5B Khóa : K19 TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II/ năm học 2023.

Giảng viên hƣớng dẫn: Tạ Nguyễn Minh Đức Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phú Cƣờng MSSV: 19146144 Hệ đào tạo CLV. Nguyễn Viết Chiến MSSV: 19146162 Hệ đào tạo CLV. Ghi chú: sinh viên điền đúng thông tin hệ đào tạo, ví dụ: CLV (Chất lượng cao tiếng Việt); CLA (Chất lượng cao tiếng Anh) 1. Mã số đề tài: – Tên đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI.

Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Mô hình kho hàng có 9 ô để hàng. - Điều khiển qua HMI. - Thời gian lƣu kho một sản phẩm trung bình là trong vòng 40s. - Kích thƣớc mô hình 700x800x500mm.

- Pallet vật có kích thƣớc 60x60x75mm và nặng 0. - Băng tải có kích thƣớc 500x160x100mm. - Kho hàng có kích thƣớc 256x128x360mm. Nội dung chính của đồ án: Trong đề tài đồ án này, nhóm sẽ tìm hiểu, tính toán cũng nhƣ thiết kế cho mô hình hệ thống lƣu kho.

Sau đó tiến hành lập trình cho cơ cấu vận hành đúng theo qui trình từng sản phẩm một. Mô hình sẽ bao gồm: băng tải, cơ cấu nâng hạ, sản phẩm, máy quét mã vạch, PLC và HMI. Xây dựng mô hình, bài giảng, tài liệu hƣớng dẫn giúp ngƣời học dễ tiếp cận trong môn học Thực tập Hệ thống sản xuất tự động. Các sản phẩm dự kiến i - Mô hình lƣu kho hoàn thiện cả phần cơ khí và phần điện.

- Tài liệu hƣớng dẫn bài giảng. - Bản vẽ thiết kế cơ khí. - Video thuyết trình sản phẩm mô hình lƣu kho hoàn thiện. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ฀ Tiếng Việt ฀ Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ฀ Tiếng Việt ฀ Ghi chú: Hệ chất lượng cao tiếng Anh thực hiện thuyết minh và báo cáo bằng tiếng Anh TRƢỞNG KHOA TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI.

Tạ Nguyễn Minh Đức - Họ tên sinh viên: Nguyễn Phú Cƣờng - MSSV: 19146144 - Địa chỉ sinh viên: 62/9A-tổ 167-ấp Đông 1-xã Thới Tam Thôn-huyện Hóc Môn - Số điện thoại liên lạc: 0949063371 - Email: [e-mail] - Họ tên sinh viên: Nguyễn Viết Chiến - MSSV: 19146162 - Địa chỉ sinh viên: 33/30 Đặng Văn Bi, Bình Thọ, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 0969179829 - Email: [e-mail] - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Nhóm xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính nhóm nghiên cứu và thực hiện. Nhóm không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, nhóm xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 Ký tên iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt đƣợc đề tài này nhóm xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Tạ Nguyễn Minh Đức , giáo viên hƣớng dẫn, vì sự chỉ bảo và hƣớng dẫn tận tâm trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài "Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI".

Đồng thời chúng tôi cũng xin cảm ơn Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các thầy cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao, vì sự giúp đỡ và cung cấp kiến thức quý báu trong suốt 4 năm học đại học, tạo nền tảng cho việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến gia đình và bạn bè, với lòng tin tƣởng, ủng hộ về mặt tinh thần và tài chính, đã truyền động lực mạnh mẽ để chúng tôi nghiên cứu và làm việc chăm chỉ, hoàn thành thành công nội dung khoa học trong đồ án. Trong quá trình thực hiện đề tài, với thời gian hạn chế và không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận đƣợc sự quan tâm và đóng góp ý kiến từ các thầy cô giáo để chúng tôi có thể bổ sung kiến thức của mình. Xin chân thành cản ơn! iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: Thiết kế kho hàng và quản lí sản phẩm qua Barcode và HMI.

Nội dung thực hiện đồ án tốt nghiệp mô hình kho hàng thông minh ứng dụng trong học tập và nghiên cứu bao gồm thiết kế và lắp ráp gia công cơ cấu khung kho hàng, cơ cấu tay gắp hàng, thi công đi dây cho tủ điện điều khiển theo chuẩn công nghiệp, giá đỡ động cơ và kho chứa hàng, trong đó cơ cấu tay gắp hàng sử dụng động cơ step motor chạy ở chế độ vi bƣớc để điều khiển chính xác, Barcode scanner đọc dữ liệu thu đƣợc khi sản phẩm đi qua băng tải và hiển thị mã sản phẩm trên màn hình HMI, lập trình PLC Fx3u 32MT Mitsubishi đọc dữ liệu mã sản phẩm và điều khiển cơ cấu tự động đƣa đƣa hàng vào ô tƣơng ứng. Hệ thống đƣợc điều khiển qua màn hình HMI ở 3 chế độ AUTO EXPORT hiển thị thông tin ô hàng, trạng thái hiện tại của các ô hàng đã chứa hoặc chƣa chứa hàng và lựa chọn ô hàng xuất ra trên HMI, AUTO IMPORT đƣa sản phẩm đến ô hàng tƣơng ứng một cách tự động, MANUAL cho phép ngƣời vận hành điều khiển từng cụm cơ cấu một cách độc lập. Thêm vào đó nhóm xây dựng tài liệu tham khảo cho ngƣời học tìm hiểu về thiết, phƣơng pháp điều khiển lập trình PLC, HMI và các bài tập để làm quen với mô hình Kết quả của nhóm sau quá trình nghiên cứu thiết kế, thi công lắp ráp và lập trình mô hình đã có thể hoàn thành đƣợc những mục tiêu ban đầu đề ra, mặc dù tốc độ nhập xuất ô hàng vẫn còn chƣa tối ƣu. Tài liệu kỹ thuật đƣợc nhóm xây dựng cũng đáp ứng đủ nhu cầu học tập nghiên cứu.

v ABSTRACT Project title: Warehouse design and product management via Barcode and HMI. The content of the graduation project of smart warehouse model includes design- ing and assembling and processing warehouse frame structure, hanging arm structure, wiring for electrical control cabinets according to industry standards, price Motor support and warehouses, where the pusher mechanism uses a stepper motor to run in microstep- ping mode for precise control, Barcode scanner reads the data obtained as the product passes through the conveyor and displays it. Display the product code on the HMI screen, program the PLC Fx3u 32MT Mitsubishi to read the product code data and control the automatic mechanism to put the goods into the corresponding box. The system is con- trolled via the HMI screen in 3 modes AUTO EXPORT displays boxes information, cur- rent status of contained or unfilled boxes and selects output boxes on HMI, AUTO IM- PORT delivers products automatically to the corresponding box, MANUAL allows the operator to control each part independently.

In addition, we build reference materials for learners to learn about PLC, HMI programming control methods, and exercises to famil- iarize themselves with the model. The results of our group after the process of research, design, construction, assem- bly and programming have been able to achieve the initial goals set out, but the speed of importing and exporting goods is still not optimal. Technical documents developed by my group also meet the needs of learning and research. vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.

i LỜI CAM KẾT. iii LỜI CẢM ƠN. vi MỤC LỤC. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU.

x DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ. xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xiii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.1 Đối tƣợng nghiên cứu.2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận .2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể .6 Kết luận của ĐATN. 7 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài .1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc .2 Các nghiên cứu trong nƣớc.

12 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Điện tử công suất và mạch điện tử .1 Nguồn tổ ong 24V .2 Khí cụ điện .3 Cảm biến và Barcode Scanner .1 Cảm biến quang .1 Tổng quan về động cơ bƣớc (Step Motor) .2 Phƣơng pháp điều khiển động cơ bƣớc. 22 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ ĐỀ TÀI MÔ HÌNH KHO HÀNG THÔNG MINH .1 Cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển.2 Phƣơng hƣớng và giải pháp thực hiện .3 Phân tích lựa chọn phƣơng án .4 Trình tự công việc tiến hành. 28 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.1 Phần cơ khí mô hình lƣu kho quản lý bằng Barcode HMI .1 Tính toán động cơ và thiết kế cơ khí [1], [2] .2 Thiết kế cơ khí .2 Thiết kế phần điều khiển điện hệ thống lƣu kho quản lý bằng Barcode HMI .1 Tổng quan vật tƣ thiết bị và thông số kỹ thuật .3 Nguyên lý vận hành và đƣa ra lƣu đồ thuật toán .4 Đọc dữ liệu từ Barcode về HMI và PLC .5 Thiết kế giao diện màn hình HMI .6 Thi công tủ điện. 61 CHƢƠNG 6: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ .1 Thực nghiệm thời gian nhập hàng .2 Thực nghiệm thời gian xuất hàng.

63 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ. 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật nguồn 24V: .1 Vật tƣ khung trục X: .4 Thành phần thiết bị cần sử dụng: .5 Thông số Board FX3U 32MT: .6 Các thông số của màn hình Weintek MT 6070IH: .