Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát phân loại sản phẩm dựa trên mã QR

Đồ án ứng dụng PLC S7-1200 phân loại sản phẩm qua mã QR tại Trường ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Phúc
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát phân loại sản phẩm dựa trên mã QR
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan ứng dụng PLC S7 1200 phân loại mã QR tại ĐH SPKT TP

Đồ án tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nghiên cứu mô hình tự động hóa phân loại sản phẩm. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-1200 làm trung tâm xử lý. Thiết bị này phối hợp chặt chẽ với phần mềm giám sát Visual Studio và TIA Portal V17. Mã phản hồi nhanh Quick Response lưu trữ lượng thông tin lớn hơn nhiều so với mã vạch truyền thống một chiều. Cấu trúc mã hai chiều chứa các ô vuông định vị tại ba góc giúp thiết bị quang học nhận dạng nhanh chóng. Băng tải vận chuyển sản phẩm đi qua cụm cảm biến quang học. Camera độ phân giải cao ghi nhận hình ảnh mã định danh trên bao bì. Thuật toán giải mã trích xuất thông tin vùng miền bao gồm ba tuyến đích Miền Nam, Miền Trung và Miền Bắc. Tín hiệu số truyền về PLC qua cổng giao tiếp mạng Ethernet công nghiệp. Cơ cấu nâng hạ chấp hành nhận lệnh và đưa kiện hàng vào ô chứa tương ứng. Mô hình đảm bảo tính ổn định cao trong quá trình vận hành liên tục. Nghiên cứu khẳng định tiềm năng áp dụng công nghệ nhận diện quang học vào dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại.

1.1. Vai trò của PLC S7 1200 trong hệ thống tự động

Bộ điều khiển PLC S7-1200 đóng vai trò bộ não điều hành trung tâm trong toàn bộ kiến trúc tự động hóa. Thiết bị sở hữu khả năng xử lý tín hiệu vào ra tốc độ cao và độ bền công nghiệp vượt trội. PLC kết nối trực tiếp với cảm biến phát hiện sản phẩm đầu vào và cảm biến vị trí quét mã. Hệ thống lập trình trên nền tảng TIA Portal V17 giúp quản lý logic tuần tự, điều khiển biến tần và động cơ băng tải. Khi nhận tín hiệu phân loại từ máy tính xử lý ảnh, PLC kích hoạt các ngõ ra điều khiển xi lanh hoặc cơ cấu tay gắp. Khả năng đồng bộ hóa chuẩn xác giúp loại bỏ hoàn toàn các xung đột cơ khí trong suốt chu trình phân chia kiện hàng.

1.2. Đặc tính ưu việt của công nghệ mã QR hai chiều

Mã phản hồi nhanh QR mang lại nhiều ưu điểm vượt bậc so với mã vạch một chiều truyền thống. Mã QR mã hóa được dữ liệu chữ số, ký tự nhị phân và liên kết quản lý kho phức tạp. Khả năng sửa lỗi tích hợp cho phép thiết bị đọc thành công ngay cả khi bề mặt nhãn dán bị trầy xước hoặc bám bụi bẩn. Ba cụm ô vuông ở góc hỗ trợ định hướng quét đa chiều 360 độ mà không yêu cầu kiện hàng nằm đúng phương ngang. Điều này gia tăng đáng kể tốc độ nhận dạng trên băng tải đang vận hành. Dữ liệu quét được xử lý tức thời nhằm tạo lập quyết định phân loại tự động mà không gây gián đoạn chuỗi cung ứng.

II. Phân tích thực trạng phân loại mã QR bằng PLC S7 1200 ở ĐH SPKT

Nhu cầu vận chuyển hàng hóa nội địa đang gia tăng rất nhanh chóng. Các phương pháp phân loại thủ công bộc lộ nhiều điểm hạn chế lớn. Nhân công dễ mệt mỏi dẫn đến sai sót trong quá trình đọc nhãn và chuyển hướng kiện hàng. Tốc độ xử lý của con người không đáp ứng kịp lưu lượng hàng hóa ngày càng tăng cao. Bên cạnh đó, các hệ thống phân loại dùng mã vạch 1D thế hệ cũ yêu cầu góc quét cố định. Kiện hàng đặt lệch góc thường khiến cảm biến quang học không thể nhận diện được mã số. Chi phí vận hành lao động tăng cao trong khi hiệu suất làm việc không đồng đều. Đề tài tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung phân tích những điểm nghẽn kỹ thuật này. Việc thiếu khả năng giám sát trạng thái kho theo thời gian thực cũng gây cản trở công tác quản trị. Sự sai lệch dữ liệu nhập xuất hàng hóa dẫn đến thất thoát vật tư nghiêm trọng. Mô hình phân loại thông minh ra đời nhằm giải quyết triệt để vấn đề quá tải và hạn chế lỗi con người trong các trung tâm logistics.

2.1. Hạn chế của quy trình phân loại hàng hóa truyền thống

Quy trình phân chia hàng thủ công bộc lộ nhiều điểm yếu cố hữu về độ tin cậy và tốc độ. Công nhân phải đọc thông tin bao bì bằng mắt thường và nâng chuyển bằng tay. Cách làm việc này tạo ra áp lực thể lực lớn và gây sai lệch lộ trình giao hàng. Khi đơn hàng tăng đột biến, chi phí thuê nhân sự ngắn hạn tạo gánh nặng tài chính lớn cho doanh nghiệp. Ngoài ra, việc dùng mã vạch tuyến tính 1D dễ gây lỗi đọc khi nhãn in mờ nhòe. Băng chuyền phải dừng lại thường xuyên để nhân viên quét lại mã vạch thủ công. Hiệu suất tổng thể giảm sút rõ rệt và thời gian hoàn thành đơn hàng kéo dài.

2.2. Thách thức kỹ thuật khi tích hợp thị giác máy với PLC

Quá trình tích hợp camera xử lý ảnh vào hệ thống PLC S7-1200 gặp phải các rào cản kỹ thuật đặc thù. Máy tính chạy giao diện thị giác phải xử lý khung hình liên tục trong điều kiện ánh sáng thay đổi. Tốc độ giải mã hình ảnh cần đạt độ trễ cực thấp để không làm chậm nhịp di chuyển của phôi. Giao tiếp giữa ứng dụng Visual Studio và phần mềm TIA Portal đòi hỏi giao thức mạng Ethernet công nghiệp chuẩn xác. Sự lệch pha thời gian giữa lệnh điều khiển từ máy tính và phản hồi ngõ vào PLC dễ gây kẹt cơ khí. Bên cạnh đó, việc bố trí cơ cấu nâng hạ trong không gian hạn chế cũng đòi hỏi tính toán động lực học tỉ mỉ nhằm tránh va đập mạnh.

III. Giải pháp điều khiển phân loại mã QR qua PLC S7 1200 tại ĐH SPKT

Đề tài tốt nghiệp tại Trường ĐH SPKT TP.HCM xây dựng giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh dựa trên mô hình cơ điện tử. Hệ thống kết hợp phần cứng PLC S7-1200 và phần mềm Visual Studio giao tiếp qua giao thức Ethernet. Quy trình nhập kho bắt đầu khi cảm biến CB IN nhận biết vật thể đặt trên băng tải. Động cơ xoay chiều quay thuận đưa kiện hàng tiến về vị trí quét quang học. Cảm biến CHECK kích hoạt tín hiệu dừng băng tải ngay dưới tầm quan sát của camera. Phần mềm trên máy tính tiến hành chụp và giải mã chuỗi ký tự trên tem QR. Ba giá trị nhận dạng cụ thể gồm MIEN NAM, TRUNG và BAC được phân tích trong tích tắc. Giá trị giải mã lập tức gán mức logic 1 vào các biến nhớ trung gian tương ứng trong PLC. Thời gian duy trì tín hiệu kéo dài 100ms trước khi chuyển về mức 0. Cơ cấu nâng hạ chấp hành đẩy kiện hàng chính xác vào ngăn kệ quy định từ phải qua trái. Sau khi hoàn tất đưa hàng vào kho, cơ cấu chấp hành tự động lùi về vị trí ban đầu HOME.

3.1. Thuật toán xử lý ảnh và giao tiếp Visual Studio TIA Portal

Hệ thống giám sát xây dựng trên Visual Studio bằng ngôn ngữ C# kết hợp thư viện thị giác máy. Khi cảm biến CHECK báo mức 1, camera tiến hành chụp khung hình sản phẩm. Thuật toán trích xuất chuỗi mã QR và phân tích các vùng dữ liệu quy chuẩn. Kết quả giải mã tương ứng với các phân khu Miền Nam, Miền Trung hoặc Miền Bắc. Ứng dụng truyền thông điệp trực tiếp xuống PLC S7-1200 thông qua kết nối Ethernet TCP/IP. Các thanh ghi điều khiển được cập nhật trạng thái trong chu kỳ 100ms. Giao diện người dùng thể hiện trực quan sơ đồ kho bãi và số lượng sản phẩm nhập xuất. Thiết kế mô-đun hóa đảm bảo khả năng mở rộng thêm nhiều mã vạch mới.

3.2. Cơ chế điều khiển chu trình nhập và xuất kho tự động

Chu trình xuất nhập kho vận hành hoàn toàn tự động theo thuật toán tuần tự đã lập trình. Tại chu trình nhập kho, sau khi giải mã chuỗi ký tự thành công, cơ cấu chấp hành nâng kiện hàng và di chuyển vào ngăn chứa còn trống. Thứ tự xếp hàng diễn ra lần lượt từ phải sang trái cho đến khi đầy khoang. Tại chu trình xuất kho, người vận hành thao tác chọn mã kiện hàng cần lấy trên giao diện máy tính. Cơ cấu nâng hạ di chuyển tới tọa độ đích, gắp hàng và chuyển ngược lại băng chuyền. Cảm biến CHECK xác nhận vật thể xuất hiện, tạo độ trễ an toàn để tay nâng lui về điểm HOME. Băng tải khởi động quay nghịch đưa hàng ra trạm CB IN kết thúc chu trình xuất.

IV. Ứng dụng thực tiễn hệ thống phân loại mã QR PLC S7 1200 ĐH SPKT

Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để phân loại sản phẩm bằng mã QR tại Trường ĐH SPKT TP.HCM đạt kết quả thực nghiệm xuất sắc. Đề tài chứng minh tính hiệu quả của mô hình tích hợp điều khiển logic công nghiệp với thị giác máy. Tỷ lệ nhận diện mã đạt độ chính xác cao và thời gian phản hồi chu trình chỉ mất vài giây. Mô hình giảm tải tối đa sức lao động thủ công và ngăn chặn nguy cơ nhầm lẫn kiện hàng. Kết quả nghiên cứu có khả năng chuyển giao trực tiếp cho các nhà kho thông minh, bưu cục chuyển phát nhanh và nhà máy sản xuất. Giao diện giám sát SCADA hỗ trợ kiểm kê hàng tồn kho trực quan và minh bạch. Trong tương lai, mô hình có thể phát triển tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo nhận diện bao bì đa vật thể. Việc kết nối cơ sở dữ liệu đám mây sẽ hỗ trợ quản lý chuỗi cung ứng diện rộng. Thành công của đồ án khẳng định chất lượng đào tạo gắn liền với thực tiễn sản xuất tại trường đại học kỹ thuật hàng đầu.

4.1. Tiềm năng triển khai tại các trung tâm logistics hiện đại

Mô hình phân loại bằng PLC S7-1200 sở hữu khả năng ứng dụng thực tế rất lớn trong ngành kho bãi. Thiết kế mô-đun cho phép mở rộng quy mô linh hoạt tùy theo diện tích kho xưởng. Hệ thống có thể hoạt động bền bỉ 24/7 mà không suy giảm năng suất làm việc. Doanh nghiệp logistics triển khai giải pháp này sẽ cắt giảm đáng kể chi phí nhân công bốc xếp. Tốc độ lưu chuyển hàng hóa tăng vọt giúp rút ngắn thời gian giao hàng chặng cuối. Khả năng đồng bộ cơ sở dữ liệu nhập xuất theo thời gian thực giúp ngăn ngừa tình trạng thất thoát kiện hàng. Đây là tiền đề quan trọng giúp doanh nghiệp chuyển đổi số chuỗi cung ứng thành công.

4.2. Hướng phát triển nâng cấp hệ thống trong tương lai

Hệ thống phân loại sản phẩm có nhiều tiềm năng nâng cấp nhằm đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0. Giải pháp tiếp theo bao gồm việc tích hợp các mô hình trí tuệ nhân tạo Deep Learning để nhận diện khuyết tật sản phẩm. Nâng cấp camera quét đa chiều giúp đọc mã QR khi hàng hóa di chuyển ở vận tốc cao hơn. Thuật toán phân bổ vị trí kho thông minh sẽ tự động tối ưu hóa lộ trình tay gắp cơ khí. Đồng thời, việc ứng dụng giao thức OPC UA giúp thiết bị kết nối trực tiếp với hệ thống quản lý ERP và điện toán đám mây. Những cải tiến này sẽ hoàn thiện một dây chuyền phân loại tự động hóa toàn diện.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự bùng nổ của ngành thương mại điện tử và dịch vụ logistics trong thập niên gần đây đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các sàn giao dịch trực tuyến như Shopee, Tiki, và Lazada. Quy mô đơn hàng gia tăng liên tục đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phân loại, luân chuyển và quản lý lưu kho hàng hóa với tốc độ cao và độ chính xác nghiêm ngặt. Tại các nhà máy và tổng kho quy mô lớn, các dây chuyền phân loại tự động hóa hoàn toàn đã được triển khai rộng rãi; tuy nhiên, tại các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ, quy trình này phần lớn vẫn phụ thuộc vào phương thức thủ công bằng sức người. Điều này dẫn tới năng suất lao động không đồng đều, chi phí thuê nhân công cao, nguy cơ phát sinh sai sót trong quá trình kiểm đếm và tiềm ẩn tai nạn lao động.

Để giải quyết bài toán tự động hóa quy trình phân loại và lưu trữ với chi phí tối ưu, tác giả đã thực hiện đề tài "Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát phân loại sản phẩm dựa trên mã QR". Hệ thống hướng đến việc ứng dụng camera nhận diện mã vạch hai chiều (QR code) kết hợp cùng bộ điều khiển lập trình logic để tự động hóa khâu phân loại và đưa hàng hóa vào vị trí lưu kho định sẵn.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể qua 6 nội dung:

1. Tìm hiểu ứng dụng của bộ điều khiển lập trình logic (PLC) trong thực tế sản xuất.
2. Nghiên cứu và tìm hiểu phần mềm lập trình TIA Portal V17 và môi trường phát triển Visual Studio.
3. Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã QR.
4. Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát vận hành trên máy tính.
5. Lập trình giao tiếp truyền thông dữ liệu giữa phần mềm Visual Studio và TIA Portal V17.
6. Đánh giá, nhận xét kết quả hoạt động của mô hình thực nghiệm, từ đó rút ra kết luận và đề xuất hướng phát triển.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống cơ điện tử tích hợp bao gồm bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200, hệ thống thị giác máy tính (webcam) nhận diện mã QR, phần mềm giám sát trên máy tính, hệ thống băng tải và cơ cấu nâng hạ - lưu kho tự động. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Bộ môn Tự động Điều khiển, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Mô hình giới hạn phân loại 3 loại sản phẩm tương ứng với 3 chuỗi dữ liệu mã QR khác nhau, sử dụng cơ cấu nâng hạ điều khiển bởi 3 trục chuyển động. Phạm vi thời gian thực hiện đồ án diễn ra từ ngày 11/09/2024 đến ngày 06/01/2025.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng từ các lĩnh vực công nghệ nhận dạng quang học, điều khiển tự động và kỹ thuật lập trình phần mềm công nghiệp:

• Lý thuyết về mã vạch và mã QR: Mã vạch được phát minh năm 1948 bởi Bernard Silver và Norman Joseph Woodland (nhận bằng sáng chế năm 1952) và bắt đầu ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp từ năm 1981 với chuẩn mã 39 của Bộ Quốc phòng Mỹ. Đồ án phân loại mã vạch thành hai nhóm: mã vạch 1D (tuyến tính) và mã vạch 2D (ma trận). Trong đó, mã QR (Quick Response Code) được lựa chọn nhờ khả năng lưu trữ mật độ thông tin lớn trong kích thước nhỏ và cấu trúc giải mã đa hướng bao gồm: hoa văn định vị (Finder Pattern), thông tin định dạng (Format Information), vùng dữ liệu (Data), các mô-đun (Module), ký hiệu căn chỉnh (Alignment Pattern), mẫu thời gian (Timing Pattern), thông tin phiên bản (Version Pattern) và vùng tĩnh bao quanh (Quiet Zone).
• Bộ điều khiển lập trình logic (PLC): Lý thuyết về kiến trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của PLC xuất phát từ dòng Modicon 084 ra đời năm 1969 do Bedford Associates phát triển. Đồ án phân tích cấu trúc phần cứng tiêu chuẩn của PLC gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), hệ thống bus truyền dẫn, khối nguồn nuôi, các module ngõ vào/ngõ ra (Input/Output) và giao diện lập trình. Chu kỳ quét của PLC được xác định tuần tự theo 4 giai đoạn: đọc dữ liệu ngõ vào, thực thi chương trình người dùng, xuất dữ liệu điều khiển ra ngõ ra và kiểm tra chẩn đoán hệ thống.
• Dòng điều khiển Siemens SIMATIC S7-1200: Hệ thống bộ nhớ của S7-1200 bao gồm Load memory (bộ nhớ bất biến lưu chương trình nạp), Work memory (bộ nhớ khả biến thực thi chương trình) và System memory (vùng nhớ lưu trữ dữ liệu duy trì). Tập lệnh cơ bản được khảo sát bao gồm: các lệnh logic tiếp điểm bit, lệnh định thời TON (Timer on Delay), bộ đếm CTU (Count Up), các khối hàm toán học (ADD, SUB, MUL, DIV) và khối chuyển đổi/di chuyển dữ liệu (MOVE).
• Công cụ phần mềm tích hợp: Phần mềm TIA Portal V17 của Siemens đóng vai trò cấu hình phần cứng, lập trình logic điều khiển cho CPU 1214C; môi trường Microsoft Visual Studio được sử dụng để xây dựng ứng dụng giao diện người - máy (HMI) trên nền tảng Windows Forms và tích hợp thuật toán xử lý ảnh nhận dạng mã QR.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn phần cứng, thông số linh kiện từ các nhà sản xuất Siemens, LS, Omron và các chuẩn giao tiếp truyền thông công nghiệp.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật và mô hình hóa: Ứng dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế kết cấu cơ khí 3D cho khung băng tải, hệ thống giá đỡ camera, tủ điện điều khiển và kết cấu cơ cấu chấp hành nâng hạ kho hàng.
• Phương pháp thực nghiệm chế tạo và ghép nối hệ thống: Gia công cơ khí mô hình từ vật liệu mica, sắt và gỗ ép; đấu nối mạch lực và mạch điều khiển; lập trình nhúng cho PLC và lập trình giao diện giám sát; hiệu chỉnh cảm biến và cơ cấu chấp hành thông qua các lần chạy thử nghiệm thực tế.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu gồm dữ liệu bảng thông số kỹ thuật (datasheet) của các thiết bị phần cứng, tập lệnh chuẩn IEC của PLC S7-1200 và kết quả đo kiểm tín hiệu điện áp, thời gian đáp ứng thu được trực tiếp trong quá trình vận hành hệ thống thực nghiệm.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống phân loại và lưu kho tự động được thiết kế theo cấu trúc module hóa, kết hợp giữa phần cứng cơ điện tử và phần mềm điều khiển trên máy tính.

Kiến trúc hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm 6 khối chức năng chính:

1. Khối nguồn: Cung cấp điện áp một chiều 24VDC từ nguồn tổ ong để nuôi PLC S7-1200, các cảm biến và mạch điều khiển trung gian.
2. Khối tín hiệu hình ảnh: Sử dụng một Webcam Full HD gắn tại vị trí quét trên băng chuyền để thu nhận hình ảnh mã QR dán trên bề mặt kiện hàng.
3. Khối xử lý và giám sát Visual Studio: Chạy trên máy tính cá nhân, tiếp nhận luồng dữ liệu hình ảnh từ camera, thực hiện giải mã chuỗi ký tự QR, gửi tín hiệu điều khiển xuống PLC thông qua giao thức truyền thông mạng và hiển thị trạng thái kho hàng.
4. Khối PLC: Trung tâm điều khiển chính sử dụng CPU S7-1214C DC/DC/DC, tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến, nút nhấn và phần mềm giám sát để thực thi chương trình điều khiển trình tự cơ cấu chấp hành.
5. Khối nút nhấn và ngõ vào: Gồm các nút nhấn nhả cơ học LA38-11, cảm biến quang hồng ngoại E3F-DS30C4 phát hiện vị trí hàng và cảm biến quang chữ U EE-SX674A xác định giới hạn hành trình chuyển động.
6. Khối phân loại sản phẩm và lưu kho: Gồm động cơ xoay chiều (AC) 60 KTYZ kéo băng tải, cơ cấu tay gắp/nâng hạ 3 trục dẫn động bằng động cơ bước và động cơ Hybrid Servo 57 (HS57-1M kèm Driver) cùng hệ thống khung kệ kho hàng.

Thiết bị / Linh kiện	Mã hiệu / Quy cách	Thông số kỹ thuật chính	Vai trò trong hệ thống
Bộ điều khiển logic (PLC)	Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC	Nguồn 24VDC; 14 DI / 10 DO; 2 AI (0-10V); Bộ nhớ nạp 4 MB, làm việc 75 KB	Điều khiển trung tâm toàn bộ mô hình
Động cơ kéo băng tải	60 KTYZ	Động cơ xoay chiều AC giảm tốc	Kéo băng tải chạy thuận (nhập) và nghịch (xuất)
Động cơ cơ cấu nâng hạ	Hybrid Servo HS57-1M & Driver	Động cơ bước lai Servo kích thước mặt bích 57	Dẫn động chính xác 3 trục của cơ cấu nâng hạ
Cảm biến phát hiện hàng	E3F-DS30C4	Loại NPN, ngõ ra thường mở (NO), khoảng cách phát hiện 10-30 cm	Đặt tại vị trí đầu vào (CB IN) và vị trí quét (CB CHECK)
Cảm biến vị trí hành trình	EE-SX674A	Cảm biến quang chữ U, điện áp 5-24VDC	Định vị gốc tọa độ HOME và giới hạn các trục nâng hạ
Thiết bị đóng cắt bảo vệ	MCB LS BKN 2P 40A	Cầu dao tự động 2 cực, dòng định mức 40A	Bảo vệ đóng cắt nguồn điện động lực và điều khiển
Nút nhấn điều khiển	LA38-11	Nút nhấn nhả cơ học, tiếp điểm 1NO + 1NC	Nhập lệnh điều khiển vận hành bằng tay
Thiết bị thu hình	Webcam Full HD	Độ phân giải cao, kết nối chuẩn USB	Thu nhận hình ảnh mã QR truyền về Visual Studio
Bộ nguồn công nghiệp	Nguồn tổ ong 24VDC - 10A	Điện áp vào 220VAC, ngõ ra 24VDC dòng định mức 10A	Cấp nguồn nuôi cho PLC, cảm biến và rơ-le

Thuật toán và quy trình vận hành

Hệ thống vận hành khép kín theo hai chu trình chính được điều khiển tự động qua lưu đồ thuật toán:

[Chu trình Nhập kho]
Đặt hàng tại CB IN 
  -> Băng tải quay thuận 
  -> Hàng đến CB CHECK (băng tải dừng) 
  -> Camera chụp mã QR 
  -> Visual Studio giải mã ("MIEN NAM" / "TRUNG" / "BAC") 
  -> Kích biến trung gian (xung 100ms) 
  -> PLC điều khiển cơ cấu nâng hạ đưa hàng vào kho (xếp từ phải qua trái) 
  -> Cơ cấu trở về vị trí HOME 
  -> Giao diện cập nhật trạng thái ô kho.

[Chu trình Xuất kho]
Chọn kiện hàng trên giao diện Visual Studio 
  -> Cơ cấu nâng hạ di chuyển đến ô chứa tương ứng lấy hàng 
  -> Đặt hàng lên băng tải tại vị trí CB CHECK 
  -> Trễ để cơ cấu rút về vị trí HOME 
  -> Động cơ đảo chiều quay nghịch 
  -> Băng tải đưa hàng ra vị trí CB IN kết thúc chu trình.

• Quy trình nhập kho: Sản phẩm được đưa lên đầu băng tải tại vị trí cảm biến IN. Cảm biến tác động chuyển mức logic lên 1, gửi tín hiệu về cổng đầu vào số của PLC. PLC kích hoạt động cơ băng tải quay thuận để di chuyển sản phẩm về vị trí quét mã. Khi sản phẩm chạm đến vị trí cảm biến CHECK, cảm biến lên mức 1, PLC điều khiển dừng băng tải ngay lập tức. Tại đây, camera tiến hành chụp và gửi dữ liệu về phần mềm Visual Studio để giải mã chuỗi QR. Dữ liệu được phân loại thành 3 chuỗi ký tự nhận dạng: MIEN NAM, TRUNG, hoặc BAC. Sau khi giải mã thành công, phần mềm thiết lập mức logic 1 cho biến nhớ trung gian tương ứng trong khoảng trễ 100 ms rồi trở về mức 0. PLC nhận tín hiệu kích hoạt và điều khiển cơ cấu nâng hạ 3 trục gắp sản phẩm, đưa vào ngăn kho tương ứng (sản phẩm được sắp xếp tuần tự từ phải qua trái đến khi đầy kho). Sau khi thả hàng, cơ cấu nâng hạ tự động quay về vị trí chuẩn HOME, đồng thời giao diện Visual Studio hiển thị cập nhật trạng thái lưu kho của sản phẩm.
• Quy trình xuất kho: Người vận hành thao tác trực tiếp trên giao diện giám sát Windows Forms của Visual Studio để chỉ định kiện hàng cần lấy. Cơ cấu nâng hạ di chuyển đến đúng ngăn chứa đã chọn, gắp kiện hàng ra khỏi kho và đặt xuống băng tải tại vị trí cảm biến CHECK. Khi cảm biến CHECK xác nhận có hàng, hệ thống duy trì một khoảng thời gian trễ an toàn để cơ cấu chấp hành rút lui hoàn toàn về vị trí HOME. Ngay sau đó, PLC kích hoạt mạch động lực đảo chiều động cơ băng tải (quay nghịch), chuyển kiện hàng ngược về vị trí cảm biến IN ban đầu để hoàn tất chu trình xuất kho.

Triển khai thi công và tích hợp thực nghiệm

Quá trình thi công phần cứng được thực hiện tuần tự qua các giai đoạn:

1. Gia công khung cơ khí: Cắt gọt tấm mica, khung sắt định hình và ván gỗ ép để tạo dựng khung đỡ băng tải, kết cấu giàn nâng hạ 3 trục và giá kệ phân chia ngăn chứa hàng.
2. Lắp đặt tủ điện điều khiển: Bố trí thanh ray cài đặt PLC S7-1214C, bộ nguồn tổ ong 24VDC, cầu dao MCB BKN 2P, rơ-le trung gian và cầu đấu dây; thực hiện đấu nối sơ đồ điều khiển và mạch động lực cho động cơ AC đảo chiều bằng rơ-le theo thiết kế.
3. Lắp ráp cơ điện và cảm biến: Định vị động cơ kéo băng tải 60 KTYZ, gắn cố định webcam góc quét vuông góc mặt băng tải, lắp đặt cảm biến quang E3F-DS30C4 tại hai trạm kiểm tra và các cảm biến chữ U EE-SX674A tại các cữ hành trình.
4. Lập trình và kiểm thử chức năng: Nạp chương trình điều khiển viết trên TIA Portal V17 xuống CPU 1214C; chạy thử nghiệm chuyển động không tải và có tải của động cơ Hybrid Servo 57; thiết lập giao tiếp truyền thông nội bộ giữa Visual Studio và PLC qua cổng Ethernet máy tính.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về phân loại sản phẩm theo mã QR

Chương này phân tích bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và vai trò cốt lõi của kỹ thuật điều khiển tự động trong các ngành công nghiệp chế tạo, lắp ráp và logistics. Tác giả chỉ ra sự mất cân đối công nghệ giữa các nhà máy quy mô lớn và các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Từ đó, tác giả xác định mục tiêu tổng quát của đồ án là chế tạo mô hình thực nghiệm phân loại và lưu kho tự động. Giới hạn đề tài được làm rõ: tập trung phân loại 3 nhóm sản phẩm thông qua mã QR, sử dụng camera quét và cơ cấu nâng hạ 3 trục truyền động bằng động cơ bước/servo. Ngoài ra, chương 1 còn tổng kết ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc giải phóng sức lao động ở các môi trường làm việc độc hại, giảm thiểu tai nạn nghề nghiệp và nâng cao năng suất xử lý đơn hàng.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp hệ thống lý thuyết nền tảng phục vụ thiết kế hệ thống:

• Lý thuyết nhận dạng mã vạch: Trình bày lịch sử phát triển từ mã vạch Morse (1948) đến mã vạch chuẩn hóa (1952, 1981); so sánh sự khác nhau về cấu trúc hình thái học giữa mã vạch 1D tuyến tính và mã vạch ma trận 2D; mô tả chi tiết 8 thành phần hình thái cấu tạo của mã QR.
• Lý thuyết điều khiển PLC: Lịch sử hình thành từ Modicon 084 (1969); khảo sát các dòng PLC phổ biến trên thị trường gồm Siemens (S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200), Omron (CPM, CP1E, CP1L), Mitsubishi (dòng FX, MELSEC iQ) và Delta (AH, AS, AX, DVP). Phân tích 5 ngôn ngữ lập trình theo chuẩn PLC (IL, ST, LD, FBD, SFC). Phân tích cấu trúc phần cứng, vòng quét thực thi chương trình và cơ chế phân vùng bộ nhớ của S7-1200 (Load, Work, System memory).
• Thông số các dòng CPU Siemens S7-1200: Trình bày bảng so sánh kỹ thuật giữa các phiên bản CPU 1211C, 1212C, 1214C và 1215C về kích thước vật lý, dung lượng bộ nhớ, số lượng kênh I/O tích hợp và tốc độ xử lý lệnh. Khảo sát chi tiết tập lệnh bit logic, khối định thời TON, bộ đếm CTU, các lệnh toán học số học và khối di chuyển dữ liệu MOVE.
• Giới thiệu công cụ lập trình: Trình bày quy trình 7 bước khởi tạo một dự án mới trên phần mềm Siemens TIA Portal V17; giới thiệu tổng quan môi trường Visual Studio, các đặc tính hỗ trợ đa nền tảng, tích hợp điện toán đám mây và quy trình khởi tạo ứng dụng Windows Forms App.

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

Nội dung chương 3 tập trung toàn bộ vào thiết kế kỹ thuật của hệ thống:

• Xây dựng sơ đồ khối 6 thành phần của hệ thống phân loại.
• Thiết kế lưu đồ thuật toán điều khiển tổng quát, lưu đồ xử lý xuất nhập kho và lưu đồ thuật toán quét - giải mã mã QR.
• Thuyết minh chi tiết logic giải thuật vận hành của chu trình nhập kho và xuất kho dựa trên tương tác giữa các cảm biến (CB IN, CB CHECK), camera và các trục cơ cấu chấp hành.
• Thiết kế sơ đồ đấu nối dây điều khiển tín hiệu ngõ vào/ngõ ra cho PLC S7-1214C DC/DC/DC.
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực điều khiển đảo chiều quay động cơ xoay chiều AC băng tải.
• Lập bảng tính toán và lựa chọn thông số kỹ thuật cho toàn bộ danh mục thiết bị phần cứng gồm: PLC S7-1214C, nút nhấn LA38-11, cảm biến E3F-DS30C4, cầu dao LS BKN 2P 40A, camera Webcam Full HD, cảm biến chữ U EE-SX674A, động cơ Hybrid Servo 57 và Driver điều khiển, động cơ kéo 60 KTYZ và bộ nguồn 24VDC - 10A.

Chương 4: Thi công mô hình

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình lắp ráp phần cứng cơ điện và thiết kế giao diện phần mềm:

• Thi công cơ điện mô hình: Trình bày các bước lắp đặt thực tế tủ điện điều khiển, gá lắp khung băng tải, cố định vị trí camera thu hình và dựng khung giá đỡ hệ thống kho chứa hàng; kiểm tra hoạt động của động cơ Hybrid Servo và cảm biến chữ U trước khi ghép nối tổng thể mô hình hoàn chỉnh.
• Thiết kế giao diện phần mềm: Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát trên Visual Studio sử dụng ngôn ngữ C# với hai màn hình chức năng: Giao diện mở đầu (giao diện đăng nhập, khởi động hệ thống) và Giao diện giám sát (hiển thị trực tiếp hình ảnh camera quét mã, sơ đồ trạng thái các ngăn chứa trong kho hàng, trạng thái kết nối PLC và các nút chức năng điều khiển nhập/xuất kho).

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 đánh giá tổng thể mức độ hoàn thành nhiệm vụ theo đề cương giao ban đầu. Tác giả xác nhận đã chế tạo thành công mô hình vật lý phân loại sản phẩm theo mã QR ứng dụng PLC S7-1200 kết hợp Visual Studio, đảm bảo vận hành ổn định các chu trình tự động. Đồng thời, tác giả đề xuất các hướng mở rộng kỹ thuật nhằm hoàn thiện hệ thống trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm và hoàn thiện thuật toán điều khiển với các kết quả cụ thể:

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng cơ điện gồm khung băng chuyền, tủ điện công nghiệp tích hợp PLC S7-1214C, cơ cấu nâng hạ 3 trục sử dụng động cơ bước/hybrid servo và hệ thống khung kho chứa hàng mô phỏng.
• Ứng dụng thành công Webcam Full HD kết hợp thư viện xử lý ảnh trên Visual Studio để quét và giải mã chính xác 3 chuỗi ký tự định danh mã QR: MIEN NAM, TRUNG và BAC.
• Thiết lập thành công kênh truyền thông dữ liệu giữa Visual Studio và TIA Portal V17; thực hiện truyền tín hiệu điều khiển kích hoạt biến trung gian với độ trễ xung chuẩn 100 ms xuống PLC S7-1200 để khởi động cơ cấu nâng hạ.
• Vận hành chính xác hai chu trình chức năng:
  • Chu trình nhập kho: Tự động nhận diện kiện hàng tại cảm biến đầu vào, dừng băng tải tại trạm quét, nhận diện mã QR, phân loại và đưa sản phẩm vào ngăn kho tương ứng theo thứ tự từ phải sang trái, sau đó tự động đưa cơ cấu nâng hạ về điểm chuẩn HOME.
  • Chu trình xuất kho: Tiếp nhận lệnh chọn hàng từ giao diện máy tính, điều khiển cơ cấu gắp hàng từ kho đặt lên băng tải và đảo chiều động cơ băng tải đưa kiện hàng về vị trí đầu vào.
• Thiết kế hoàn chỉnh giao diện HMI trên nền tảng Windows Forms gồm màn hình khởi động và màn hình giám sát trực quan, cho phép người dùng quan sát trạng thái ô kho và thao tác điều khiển thiết bị theo thời gian thực.

Đóng góp của đề tài

So với các đồ án phân loại sản phẩm truyền thống thường sử dụng cảm biến màu sắc, cảm biến kim loại hoặc cảm biến chiều cao đơn giản, đồ án này đã ứng dụng giải pháp nhận dạng thông tin bằng mã QR hai chiều, mở rộng khả năng chứa thông tin của sản phẩm (nguồn gốc, chủng loại, điểm đến). Đồng thời, đồ án đã hiện thực hóa giải pháp tích hợp giữa hệ thống thị giác máy tính chi phí thấp trên PC (sử dụng Webcam thông dụng và Visual Studio) với bộ điều khiển lập trình công nghiệp độ tin cậy cao PLC S7-1200. Đây là giải pháp có khả năng ứng dụng thực tế cao cho các cơ sở sản xuất, kho vận quy mô vừa và nhỏ nhằm giảm bớt chi phí đầu tư thiết bị nhận diện chuyên dụng đắt tiền.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống

Dựa trên phạm vi nghiên cứu và quá trình vận hành mô hình thực nghiệm, đồ án tồn tại một số điểm hạn chế kỹ thuật:

• Phạm vi phân loại mới dừng lại ở mức thử nghiệm trên 3 chuỗi dữ liệu mã QR cố định (MIEN NAM, TRUNG, BAC), chưa mở rộng cho bộ dữ liệu mã hóa phức tạp hoặc khối lượng đơn hàng lớn.
• Khung cơ khí và hệ thống kho chứa được chế tạo từ các vật liệu thử nghiệm (mica, sắt, ván gỗ ép) nên tải trọng nâng hạ bị giới hạn, chưa đáp ứng được các kiện hàng công nghiệp có khối lượng nặng.
• Hệ thống xử lý hình ảnh dựa trên webcam thông thường phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng của môi trường xung quanh; tốc độ xử lý và góc quét bị ảnh hưởng nếu bề mặt dán mã QR bị nghiêng, mờ hoặc biến dạng.
• Quá trình xuất nhập kho hiện tại hoạt động dựa trên logic định sẵn của từng ngăn chứa, chưa tích hợp cơ sở dữ liệu lớn để quản lý vòng đời và thông tin chi tiết của hàng hóa.

Hướng nghiên cứu tiếp

Từ các hạn chế nêu trên, tác giả đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho hệ thống:

• Nâng cấp phần cứng cơ khí bằng các vật liệu chịu lực công nghiệp và sử dụng động cơ công suất lớn hơn nhằm tăng tải trọng nâng hạ và tốc độ vận hành của băng chuyền.
• Ứng dụng các dòng camera công nghiệp chuyên dụng (Industrial Camera) có tích hợp bộ lọc quang học và đèn chiếu sáng chuyên dụng để đảm bảo độ chính xác khi đọc mã trong điều kiện ánh sáng thay đổi.
• Mở rộng thuật toán xử lý ảnh, tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và giải thuật xử lý ảnh nâng cao để nhận diện đồng thời nhiều loại mã vạch 1D, 2D bị mờ nhòe hoặc biến dạng ở tốc độ cao.
• Nâng cấp phần mềm quản lý: kết nối cơ sở dữ liệu quan hệ (SQL Server/MySQL) và tích hợp công nghệ Internet vạn vật (IoT) để đồng bộ dữ liệu quản lý kho lên máy chủ đám mây, phục vụ giám sát và tra cứu thông tin từ xa qua mạng Internet.

---

Giá trị tham khảo

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

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điện - Điện tử: Là tài liệu tham khảo hoàn chỉnh về quy trình thiết kế một hệ thống tự động hóa tích hợp từ khâu khảo sát lý thuyết, tính toán chọn thiết bị, thiết kế mạch điện đến lập trình nhúng PLC và chế tạo mô hình cơ điện.
• Người nghiên cứu các đề tài về thị giác máy tính và phân loại sản phẩm: Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể về việc ghép nối giao tiếp giữa phần mềm thị giác chạy trên môi trường C#/Visual Studio với PLC Siemens qua giao thức mạng công nghiệp.

Các phần nội dung đáng tham khảo chuyên sâu trong văn bản gồm:

• Chương 2: Bảng so sánh cấu hình phần cứng các dòng CPU S7-1200 và hệ thống bảng tra tập lệnh chuẩn (bit logic, timer, counter, hàm toán học và hàm chuyển đổi dữ liệu), hỗ trợ tra cứu nhanh trong lập trình TIA Portal.
• Chương 3: Bản vẽ thiết kế sơ đồ đấu nối ngõ vào/ngõ ra cho PLC S7-1214C DC/DC/DC, sơ đồ nguyên lý mạch động lực đảo chiều động cơ AC và các lưu đồ thuật toán điều khiển chu trình xuất nhập kho chi tiết.
• Chương 4: Quy trình bố trí lắp đặt tủ điện điều khiển công nghiệp và cấu trúc thiết kế giao diện HMI điều khiển, giám sát trên nền tảng Windows Forms.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC và phần mềm lập trình nào để điều khiển trung tâm?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic khả trình Siemens SIMATIC S7-1200 với dòng CPU cụ thể là CPU 1214C DC/DC/DC (tích hợp 14 ngõ vào số, 10 ngõ ra số, 2 ngõ vào tương tự). Phần mềm được sử dụng để cấu hình và lập trình cho PLC là Siemens TIA Portal phiên bản V17.

2. Mã QR dán trên sản phẩm được quy định và phân loại thành những nhóm dữ liệu nào?
Trong mô hình thực nghiệm, camera ghi nhận và phần mềm Visual Studio tiến hành giải mã dữ liệu mã QR thành 3 chuỗi ký tự định danh đại diện cho 3 phân vùng giao hàng: MIEN NAM, TRUNG và BAC. Tùy thuộc vào chuỗi ký tự nhận diện được, hệ thống sẽ kích hoạt tín hiệu điều khiển cơ cấu phân loại đưa hàng vào đúng ngăn quy định.

3. Cơ chế giao tiếp giữa phần mềm thị giác máy tính và bộ điều khiển PLC được thực hiện như thế nào?
Webcam thu hình ảnh truyền về máy tính qua cổng USB. Ứng dụng viết trên nền tảng Visual Studio thực hiện thuật toán xử lý ảnh để giải mã chuỗi QR. Khi giải mã thành công một trong ba chuỗi (MIEN NAM, TRUNG, BAC), phần mềm sẽ thiết lập mức logic 1 cho biến trung gian tương ứng, duy trì trạng thái này trong khoảng thời gian trễ 100 ms rồi kéo về mức 0. Tín hiệu này được gửi qua kênh truyền thông máy tính xuống PLC S7-1200 để kích hoạt chu trình điều khiển cơ cấu nâng hạ.

4. Khối phân loại sản phẩm và lưu kho sử dụng những cơ cấu chấp hành nào?
Khối chấp hành gồm có: một động cơ xoay chiều (AC) giảm tốc mã hiệu 60 KTYZ dùng để kéo băng tải hoạt động theo hai chiều thuận (nhập kho) và nghịch (xuất kho); cơ cấu nâng hạ 3 trục dẫn động bằng động cơ bước kết hợp động cơ Hybrid Servo mã hiệu HS57-1M và Driver điều khiển chuyên dụng để định vị chính xác vị trí gắp, thả hàng vào các ngăn kho; cùng hệ thống cảm biến quang chữ U EE-SX674A để xác định cữ hành trình và vị trí gốc HOME.

5. Chu trình nhập kho diễn ra theo trình tự tác động của các cảm biến nào?
Đầu tiên, kiện hàng đặt tại đầu băng tải tác động lên cảm biến hồng ngoại CB IN (mức 1) kích hoạt động cơ băng tải quay thuận. Khi hàng di chuyển đến vị trí quét mã, cảm biến hồng ngoại CB CHECK nhận tín hiệu (mức 1) điều khiển dừng băng tải để camera quét và giải mã mã QR. Sau khi cơ cấu nâng hạ đưa hàng vào ngăn kho thành công và rút về vị trí cảm biến HOME, chu trình nhập kho kết thúc và giao diện giám sát cập nhật trạng thái ô kho.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Hoàng Phúc (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã nghiên cứu, thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình hệ thống phân loại và lưu kho sản phẩm tự động dựa trên công nghệ mã QR dưới sự điều khiển của PLC Siemens S7-1200. Công trình đã kết hợp thành công công nghệ xử lý ảnh trên nền tảng Visual Studio với hệ thống điều khiển công nghiệp TIA Portal V17 để tự động hóa hai chu trình xuất - nhập kho cho 3 nhóm sản phẩm định danh. Mặc dù còn một số giới hạn về quy mô kho chứa và vật liệu chế tạo mô hình phòng thí nghiệm, đồ án đã đáp ứng đầy đủ các nhiệm vụ kỹ thuật được giao và đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ QR 1. Người ta hay nói là ngày nay là thời điểm vàng của tự động hóa và AI, khi mà các ngành điện - điện tử, trong đó ngành điện tự động hóa đang đóng một vai trò cốt lõi trong công cuộc đổi mới, là tiêu chuẩn của các ngành trọng điểm như CNC, sản xuất dây chuyền, lắp ráp phụ tùng, kỹ thuật ô-tô, y tế… Chúng ta đã và đang nắm bắt thời điểm vàng này để phát triển và ứng dụng chúng nhiều hơn nữa vào trong thực tiễn, giúp cải thiện năng suất làm việc và từng bước giúp ngành khoa học kỹ thuật tự động của đất nước ta phát triển. Hiện nay những dây chuyền tự động hóa mà không sử dụng sức người đã không quá xa lạ nữa.

Từ các hệ thống lắp ráp oto, sản xuất đồ gia dụng, máy cắt CNC,… các hệ thống này đã trở thành nhân tốt đắc lực đối với ngành công nghiệp sản xuất, trong đó có phân loại hàng hóa sử dụng cơ cấu nâng hạ và hệ thống băng chuyền. Tuy nhiên những hệ thống đặc biệt tiên tiến như vậy hầu như chỉ xuất hiện trong các nhà máy xí nghiệp quy mô lớn, còn đối với quy mô vừa và nhỏ thì vẫn sử dụng sức người trong các khâu này, nên năng suất sẽ không cao và đều đặn mà còn tốn chi phí thuê nhân công. Từ những điều này, em muốn thiết kế ra một hệ thống có khả năng phân loại và lưu kho hàng hóa gần gũi với thực tế, mô hình này sử dụng các băng chuyền và cơ cấu nâng hạ, từ đó cải thiện hiệu suất cũng như nâng độ chính xác khi làm việc. Áp dụng các vốn kiến thức đã tích lũy được ở trên trường cũng như học hỏi từ các bạn và tiền bối, đồ án này đối với em có ý nghĩa rất lớn, em mong muốn được góp phần giúp cho ngành kỹ thuật tự động của nước ta phát triển hơn, sớm trở thành cường quốc của khu vực và vươn tầm thế giới.

Để thực hiện mong muốn đó, em đã tham khảo rất nhiều tài liệu khác nhau và thực hiện đề tài: Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát phân loại sản phẩm dựa trên mã QR. Mục tiêu nghiên cứu ✓ Nghiên cứu về PLC và phần mềm TIA Portal ✓ Nghiên cứu về động cơ Step và Servo và các ứng dụng của chúng. ✓ Tìm hiểu sâu về phần mềm Visual Studio và ứng dụng. ✓ Thiết kế và thi công mô hình hệ thống điều khiển giám sát phân loại và lưu kho.

Giới hạn đề tài Mô hình phân loại 3 loại sản phẩm với thông số mã QR khác nhau thông qua camera quét và cơ cấu nâng hạ điều khiển bằng 3 trục động cơ bước để lưu kho. Tổng quan về phân loại sản phẩm Đi đôi với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật tự động, các hệ thống, dây chuyền lắp ráp và phân loại cũng theo đà mà trở nên tiên tiến hơn, giải quyết được nhiều yêu cầu phức tạp với hiệu suất vận hành cao và chính xác hơn. Những hệ thống này đang dần trở nên phổ biến hơn trong mọi ngành sản xuất. Để có thể giám sát và điều khiển chúng, người ta sẽ xài các vi xử lý hay các bộ máy lập trình logic, tức là PLC (Programmable Logic Controller).

PLC thường được ưa chuộng vì các ưu điểm mà nó mang lại như: – Ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận. – Có nhiều phiên bản dành cho các nhu cầu làm việc ở điều kiện thường hay điều kiện khắc nghiệt,. – Độ bền cao, hiệu suất làm việc bền bỉ, dễ bảo trì. – Điều khiển và giám sát hoạt động điều khiển từ xa.1 Hệ thống phân loại 3 2.