Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển và Thu Nhận Dữ Liệu Cho Robot Dịch Vụ

Tìm hiểu về xây dựng hệ thống điều khiển & thu thập dữ liệu cho robot dịch vụ. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, ứng dụng tự động hóa trong nhà hàng thông minh.

• Tác giả: Phạm Khương Duy
• Người hướng dẫn: TS. Chung Tấn Lâm
• Trường học: Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
• Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển và Thu Nhận Dữ Liệu Cho Robot Dịch Vụ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ LẠC
• DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về robot dịch vụ
• 1.2. Robot điều khiển trình tự
• 1.3. Các thành phần hệ thống SCADA
• 1.4. Bộ điều khiển logic khả trình
• 1.5. Hệ thống OPC server - KepserverEX
• 1.6. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ I/O HỆ THỐNG ROBOT DỊCH VỤ
• 2.1. Mô tả hệ thống
• 2.2. Thiết kế hệ thống
• 2.3. Nguyên lý vận hành hệ thống
• 2.4. Tháng kê thiết bị trong bài toán
• 2.5. Lập trình điều khiển trên PLC
• 2.6. Khai báo Tag trong KepserverEX
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ THU NHẬN DỮ LIỆU
• 3.1. Thiết kế và cài đặt tác vụ truy xuất thông tin
• 3.2. Lập trình cho Form chính
• 3.3. Tính năng WatchDog
• 3.4. Cài đặt Watchdog
• 3.5. Tính năng quản lý người dùng
• 3.6. Hoạt động tính năng quản lý người dùng
• 3.7. Nguyên lý thực hiện
• 3.8. Các kết quả thử nghiệm
• 3.9. Kết quả hiển thị lên Window form (Visual Studio)
• 3.10. Kết quả trạng thái giá trị Tag trên phần mềm KepServerEX
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Hướng phát triển
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC P1: Cấu hình PLC Mitsubishi trên KEPServerEX
• PHỤ LỤC P2: Chương trình nguồn

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Điều Khiển Robot Dịch Vụ Hiện Đại

Ngày nay, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ, Việt Nam tích cực tham gia vào các lĩnh vực như chính phủ, y học, khoa học kỹ thuật và trí tuệ nhân tạo. Các hệ sinh thái thông minh như đô thị thông minh, nhà máy thông minh, căn hộ thông minh đang dần được xây dựng. Các công việc không cần thiết sẽ biến mất, con người lao động tại các khâu sản xuất sẽ dần được thay thế bởi robot. Một loại robot đặc biệt được phát triển gần đây là robot cộng tác. Robot cộng tác có ưu điểm là cấu trúc nhỏ gọn, độ tin cậy cao, tiêu thụ điện năng thấp, dễ xử lý và giá thành rẻ. Khi robot được ứng dụng trong lĩnh vực dịch vụ, vấn đề đặt ra là làm cách nào để xây dựng một nền tảng có thể quản lý hệ thống dịch vụ một cách hiệu quả. Nền tảng đó cần có các tính năng như thu thập dữ liệu, kết nối phần cứng, cảnh báo, tổng hợp báo cáo, cơ sở dữ liệu và cài đặt các kết nối điều hành từ xa.

1.1. Ưu điểm và tiềm năng của Robot Dịch Vụ hiện nay

Robot dịch vụ đang ngày càng được ưa chuộng bởi khả năng thay thế con người trong các công việc lặp đi lặp lại, nguy hiểm hoặc nhàm chán. Theo một nghiên cứu trên Science Robotics, các công việc liên quan đến chuẩn bị thức ăn và phục vụ có nguy cơ cao sẽ bị thay thế bởi robot. Ưu điểm của robot dịch vụ bao gồm hoạt động liên tục, độ chính xác cao, giảm thiểu sai sót và cải thiện hiệu quả tổng thể. Tiềm năng của chúng là vô cùng lớn, mở ra cơ hội phát triển các mô hình kinh doanh mới và nâng cao chất lượng dịch vụ. Việc nghiên cứu và ứng dụng robot dịch vụ là một xu hướng tất yếu trong bối cảnh tự động hóa ngày càng gia tăng.

1.2. Phân loại Robot Dịch Vụ Điều khiển trình tự và Cộng tác

Đề tài này tập trung vào hai loại robot dịch vụ: (1) Robot có thao tác cố định và đơn giản như các hệ tự động hóa hoạt động trình tự. Loại này thường sử dụng các cơ cấu chấp hành cơ bản như chuyển động tịnh tiến và quay để tạo ra các thao tác đơn giản. (2) Robot có lớp thao tác chuyển động phức tạp và lập trình được như robot cộng tác (cobot). Robot cộng tác được thiết kế để làm việc chung với con người trong một không gian chung, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Việc phân loại này giúp xác định rõ phạm vi nghiên cứu và lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp.

II. Thách Thức Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển Robot Dịch Vụ

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc xây dựng hệ thống điều khiển robot dịch vụ vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Các robot dịch vụ hiện tại thường xuất hiện dưới dạng sản phẩm thương mại với chi phí khá cao. Việc điều khiển từ xa và thu nhận dữ liệu từ quá trình xử lý, sử dụng robot hầu như không mở để có thể truy cập thông tin. Một hệ thống tích hợp như vậy cần được nghiên cứu giải mã để xây dựng nền tảng công nghệ nguồn phục vụ công cuộc chuyển đổi số trong các lĩnh vực dịch vụ trong một đô thị thông minh. Bài toán đặt ra là làm sao để xây dựng một hệ thống điều khiển hiệu quả, tiết kiệm chi phí và dễ dàng truy cập, khai thác dữ liệu.

2.1. Vấn đề chi phí và tính linh hoạt của Robot Dịch Vụ

Chi phí đầu tư và vận hành robot dịch vụ hiện nay còn khá cao do tích hợp nhiều tính năng không cần thiết. Theo Business Insider, các chủ nhà hàng cho rằng robot chưa thể thay thế hoàn toàn con người và khó thích nghi với môi trường mới, tình huống bất ngờ. Đề tài này tập trung vào loại robot dịch vụ có tính năng vừa đủ đáp ứng yêu cầu, giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu. Việc lựa chọn cơ cấu chấp hành và phương pháp điều khiển phù hợp là yếu tố then chốt để giải quyết vấn đề này.

2.2. Yêu cầu về khả năng điều khiển từ xa và Thu Thập Dữ Liệu

Một thách thức quan trọng khác là làm sao để xây dựng một nền tảng có thể quản lý hệ thống dịch vụ một cách hiệu quả, mang lại giá trị cộng thêm. Nền tảng đó cần có các tính năng như thu thập dữ liệu từ hệ thống, kết nối phần cứng, cảnh báo phần cứng, tổng hợp báo cáo, tổng hợp dữ liệu lịch sử, cơ sở dữ liệu và cài đặt các kết nối điều hành từ xa. Người sử dụng có thể thống kê, đánh giá số liệu kinh doanh, thói quen khách hàng để định hướng kế hoạch kinh doanh phù hợp.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống SCADA Cho Robot Dịch Vụ

Luận văn này đề xuất phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu cho robot dịch vụ dựa trên nền tảng SCADA. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu nhằm hỗ trợ con người điều hành và quản lý một hệ thống hiệu quả. Hệ thống SCADA cho phép giám sát trạng thái hoạt động, điều khiển các thiết bị từ xa, thu thập và lưu trữ dữ liệu, đồng thời cung cấp các báo cáo và cảnh báo.

3.1. Lựa chọn PLC Mitsubishi và phần mềm GX Works 2

Đề tài sử dụng bộ điều khiển logic khả trình công nghiệp PLC (Programmable Logic Controller) để điều khiển trạm robot. Các biến I/O của PLC và các thanh ghi cấu hình hệ thống PLC được xây dựng thông qua các định nghĩa Tag trên phần mềm OPC Server chạy trên Windows. Một chương trình sẽ truy xuất các Tag này để thực hiện tính năng giám sát hoạt động của hệ thống. Phần mềm lập trình cho PLC Mitsubishi GX Works 2 được sử dụng để lập trình và cấu hình PLC.

3.2. Kết nối và giao tiếp thông qua OPC Server KepserverEX

Phần mềm OPC Server KepserverEX đóng vai trò trung gian kết nối giữa PLC và các ứng dụng giám sát và điều khiển. Các biến I/O của PLC được ánh xạ thành các Tag trên OPC Server, cho phép các ứng dụng dễ dàng truy cập và thao tác với dữ liệu của PLC. Điều này giúp đơn giản hóa việc phát triển các ứng dụng giám sát và điều khiển cho robot dịch vụ. Việc sử dụng OPC Server cũng tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống.

3.3 Thiết kế giao diện người máy HMI giám sát hệ thống SCADA

Giao diện người máy HMI (Human-Machine Interface) là một phần quan trọng của hệ thống SCADA, cho phép người vận hành tương tác và giám sát hoạt động của robot dịch vụ. HMI cung cấp các thông tin trực quan về trạng thái hoạt động, các thông số quan trọng và các cảnh báo. Giao diện cần được thiết kế thân thiện, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho người vận hành. Việc thiết kế HMI hiệu quả giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu rủi ro.

IV. Ứng Dụng Triển Khai Hệ Thống Điều Khiển Robot Trong Nhà Hàng

Một ứng dụng tiềm năng của hệ thống điều khiển robot dịch vụ là trong lĩnh vực nhà hàng. Hệ thống có thể được sử dụng để tự động hóa các công đoạn như chuẩn bị nguyên liệu, nấu ăn, phục vụ và dọn dẹp. Việc ứng dụng robot giúp giảm thiểu chi phí nhân công, nâng cao năng suất, cải thiện vệ sinh và tạo ra trải nghiệm mới lạ cho khách hàng. Hệ thống bếp nấu tự động được đề xuất trong luận văn là một ví dụ điển hình.

4.1. Mô hình nhà hàng thông minh sử dụng Robot Dịch Vụ

Trong mô hình nhà hàng thông minh, khách hàng có thể đặt món và thanh toán thông qua ứng dụng hoặc màn hình cảm ứng. Các yêu cầu sẽ được chuyển đến hệ thống điều khiển trung tâm, sau đó điều khiển các robot thực hiện các công đoạn cần thiết để chuẩn bị và phục vụ món ăn. Robot di động có thể được sử dụng để vận chuyển thức ăn từ bếp đến bàn của khách hàng. Hệ thống này giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi, cải thiện trải nghiệm khách hàng và nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà hàng.

4.2. Tự động hóa các công đoạn nấu ăn và chuẩn bị nguyên liệu

Hệ thống điều khiển có thể được sử dụng để tự động hóa các công đoạn như cấp liệu, trộn nguyên liệu, gia nhiệt, khuấy đảo và rót thành phẩm. Các cơ cấu chấp hành như van cấp dầu, động cơ trộn và hệ thống gia nhiệt được điều khiển bởi PLC theo một trình tự được lập trình sẵn. Điều này giúp đảm bảo độ chính xác, đồng nhất và vệ sinh trong quá trình chế biến thực phẩm.

V. Kết Quả Thử Nghiệm Hệ Thống Điều Khiển và Thu Thập Dữ Liệu

Luận văn đã thực hiện thử nghiệm hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu để đánh giá hiệu suất và tính ổn định. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng được các yêu cầu về điều khiển và giám sát. Dữ liệu thu thập được có thể được sử dụng để phân tích, đánh giá và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

5.1. Hiển thị và giám sát trạng thái hoạt động trên Window Form

Chương trình được xây dựng trên Visual Studio cho phép hiển thị trạng thái hoạt động của các biến Tag tương ứng trên phần mềm MX-OPC và KepserverEX. Giao diện được thiết kế trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho người vận hành. Các thông tin như trạng thái van, nhiệt độ, áp suất và tốc độ động cơ được hiển thị theo thời gian thực.

5.2. Đánh giá tính năng Watchdog và Quản lý người dùng

Tính năng Watchdog được cài đặt để giám sát hoạt động của PLC và phát hiện các lỗi hoặc sự cố. Khi phát hiện lỗi, hệ thống sẽ tự động khởi động lại hoặc đưa ra cảnh báo để người vận hành can thiệp. Tính năng quản lý người dùng cho phép phân quyền truy cập và thao tác trên hệ thống, đảm bảo an toàn và bảo mật.

VI. Tương Lai Hướng Phát Triển Hệ Thống Robot Dịch Vụ Thông Minh

Trong tương lai, hệ thống điều khiển robot dịch vụ sẽ tiếp tục được phát triển và hoàn thiện với nhiều tính năng mới. Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm tích hợp trí tuệ nhân tạo, kết nối đám mây, phân tích dữ liệu lớn và phát triển các giao diện người dùng thông minh. Hệ thống sẽ ngày càng trở nên thông minh, linh hoạt và hiệu quả hơn, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

6.1. Tích hợp AI và Machine Learning để tối ưu hoạt động

Việc tích hợp AI và Machine Learning sẽ giúp hệ thống tự động học hỏi, phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định tối ưu. Ví dụ, hệ thống có thể tự động điều chỉnh các thông số nấu ăn dựa trên dữ liệu về nguyên liệu, thời tiết và sở thích của khách hàng. Điều này giúp nâng cao chất lượng món ăn, giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.

6.2. Kết nối đám mây và phân tích dữ liệu để cải thiện hiệu suất

Việc kết nối hệ thống với đám mây cho phép lưu trữ, chia sẻ và phân tích dữ liệu từ nhiều robot dịch vụ khác nhau. Dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi hiệu suất, phát hiện các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các giải pháp cải tiến. Phân tích dữ liệu lớn giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định sáng suốt hơn và tối ưu hóa hoạt động của toàn bộ chuỗi cung ứng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, việc ứng dụng robot trong lĩnh vực dịch vụ, đặc biệt là robot dịch vụ trong ngành ẩm thực, ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết. Theo một nghiên cứu trên Science Robotics năm 2022, các công việc liên quan đến chuẩn bị và phục vụ thức ăn có nguy cơ bị thay thế bởi robot cao hơn nhiều so với các ngành nghề khác. Tại nhiều quốc gia phát triển như Mỹ, Singapore, Pháp, robot đã được triển khai trong các nhà hàng, bếp ảo và cửa hàng pizza với khả năng thực hiện các thao tác từ dọn dẹp, nấu nướng đến giao thức ăn. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho các robot này vẫn còn khá cao, ví dụ robot Servi có chi phí khoảng 999 USD/tháng, khiến nhiều doanh nghiệp phải cân nhắc kỹ lưỡng.

Trước thực trạng đó, luận văn tập trung xây dựng hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho robot dịch vụ dạng thao tác cá định non-realtime, nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư và tối ưu hóa hiệu quả vận hành trong các nhà hàng, khách sạn, quán ăn nhanh. Mục tiêu cụ thể là thiết kế nền tảng thu thập dữ liệu, điều khiển từ xa và giám sát hoạt động của robot dịch vụ, tích hợp với bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và phần mềm OPC Server KepServerEX, từ đó hỗ trợ quản lý, đánh giá và phát triển kinh doanh trong lĩnh vực dịch vụ ẩm thực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình robot có thao tác đơn giản, không lập trình quỹ đạo phức tạp, phù hợp với các trạm robot phục vụ trong môi trường LAN tại TP. Hồ Chí Minh năm 2022.

Việc xây dựng hệ thống này không chỉ góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành dịch vụ mà còn tạo nền tảng cho các ứng dụng robot cộng tác trong tương lai, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công trong bối cảnh thiếu hụt nhân lực và áp lực chi phí ngày càng tăng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: (1) Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) và (2) Công nghệ robot cộng tác (cobot) trong lĩnh vực dịch vụ.

• SCADA: Là hệ thống điều khiển giám sát cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực, điều khiển thiết bị từ xa và quản lý hệ thống tự động hóa. SCADA bao gồm các thành phần như trạm điều khiển trung tâm, thiết bị đầu cuối RTU hoặc PLC, mạng truyền thông công nghiệp và giao diện người-máy (HMI). Trong nghiên cứu, SCADA được triển khai qua phần mềm Visual Studio C# kết nối với PLC thông qua OPC Server KepServerEX.

• Robot cộng tác (cobot): Là loại robot thiết kế để làm việc an toàn cùng con người trong không gian chung, có cấu trúc nhỏ gọn, tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí hợp lý. Cobot được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và dịch vụ nhờ khả năng linh hoạt và dễ dàng tích hợp cảm biến an toàn. Luận văn tập trung vào robot dạng thao tác cá định non-realtime, sử dụng PLC để điều khiển trình tự các cơ cấu chấp hành.

Các khái niệm chính bao gồm: PLC (Programmable Logic Controller), OPC (OLE for Process Control), Tag (đại diện biến dữ liệu trong hệ thống), và các cơ cấu chấp hành như van cấp dầu, động cơ trộn, cơ cấu đóng/mở nắp, tay máy robot.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thu thập tài liệu, phân tích thiết kế hệ thống điều khiển trình tự, lập trình và mô phỏng thử nghiệm.

• Nguồn dữ liệu: Bao gồm tài liệu chuyên ngành về robot dịch vụ, SCADA, PLC Mitsubishi FX3U, phần mềm KepServerEX, và các báo cáo thực tế về ứng dụng robot trong ngành ẩm thực.

• Phương pháp phân tích: Thiết kế hệ thống điều khiển trình tự cho robot dịch vụ dựa trên các biến I/O của PLC, khai báo Tag trên phần mềm OPC Server để giám sát và thu thập dữ liệu. Lập trình PLC bằng phần mềm GX Works 2 và phát triển giao diện giám sát trên Visual Studio C#.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2022 tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, TP. Hồ Chí Minh, với các giai đoạn chính gồm khảo sát tổng quan, thiết kế hệ thống, lập trình và thử nghiệm mô phỏng, đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là một trạm robot dịch vụ mô phỏng với các cơ cấu chấp hành cơ bản, sử dụng PLC Mitsubishi FX3U và phần mềm KepServerEX để thu thập và điều khiển dữ liệu. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào robot thao tác cá định non-realtime nhằm giảm chi phí và tăng tính khả thi ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế thành công hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho robot dịch vụ: Hệ thống sử dụng PLC Mitsubishi FX3U kết nối với phần mềm KepServerEX để khai báo và giám sát hơn 20 biến I/O, bao gồm van cấp dầu, động cơ trộn, cơ cấu đóng/mở nắp, tay máy robot. Dữ liệu được truyền tải ổn định qua mạng LAN với độ trễ thấp, đảm bảo tính liên tục trong giám sát.

2. Lập trình điều khiển trình tự hiệu quả: Quy trình nấu ăn tự động được mô phỏng với 34 bước điều khiển trình tự, bao gồm cấp nguyên liệu, trộn, gia nhiệt, thao tác tay máy và rửa chảo. Mỗi bước được điều khiển chính xác theo thời gian và tốc độ thiết lập, đảm bảo quy trình hoạt động đồng bộ và ổn định.

3. Giao diện giám sát trực quan và dễ sử dụng: Phần mềm SCADA phát triển trên Visual Studio C# hiển thị trạng thái các Tag từ KepServerEX, cho phép người vận hành theo dõi trực tiếp các thiết bị và điều chỉnh tham số từ xa. Tính năng WatchDog được tích hợp giúp phát hiện và cảnh báo lỗi kịp thời.

4. Khả năng mở rộng và tích hợp cao: Hệ thống có thể mở rộng để kết nối nhiều trạm robot hoặc tích hợp với hệ thống POS của nhà hàng, hỗ trợ quản lý dữ liệu lịch sử, báo cáo và cảnh báo. Điều này tạo nền tảng cho phát triển các mô hình kinh doanh dịch vụ thông minh trong tương lai.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của hệ thống là do việc lựa chọn robot thao tác cá định non-realtime phù hợp với yêu cầu thực tế, giúp giảm chi phí đầu tư so với robot có quỹ đạo phức tạp. Việc sử dụng PLC Mitsubishi FX3U với phần mềm KepServerEX đảm bảo tính ổn định và khả năng tương thích cao với nhiều thiết bị công nghiệp.

So sánh với các nghiên cứu khác, hệ thống này tập trung vào giải pháp điều khiển và thu thập dữ liệu cơ bản, chưa phát triển các tính năng nâng cao như phân tích dữ liệu lớn hay trí tuệ nhân tạo, nhưng phù hợp với mục tiêu giảm chi phí và tăng tính khả thi ứng dụng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Dữ liệu thu thập có thể được trình bày qua biểu đồ trạng thái thiết bị, bảng thống kê thời gian hoạt động và báo cáo lỗi, giúp người quản lý dễ dàng đánh giá hiệu quả vận hành và đưa ra quyết định kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu tại các nhà hàng, quán ăn: Áp dụng hệ thống PLC và phần mềm SCADA để giám sát và điều khiển robot dịch vụ, nhằm giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả vận hành. Thời gian thực hiện dự kiến 6-12 tháng, do các đơn vị quản lý vận hành.

2. Phát triển giao diện người dùng thân thiện và tích hợp với hệ thống POS: Nâng cấp phần mềm giám sát để hỗ trợ đặt món tự động, thanh toán và quản lý dữ liệu khách hàng, giúp tối ưu hóa quy trình phục vụ. Chủ thể thực hiện là đội ngũ phát triển phần mềm trong vòng 3-6 tháng.

3. Mở rộng hệ thống để kết nối nhiều trạm robot và thiết bị tự động khác: Tăng khả năng mở rộng và tích hợp hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh doanh đa dạng trong lĩnh vực dịch vụ. Thời gian thực hiện 12 tháng, do các nhà cung cấp thiết bị và kỹ sư hệ thống.

4. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì hệ thống: Tổ chức các khóa đào tạo về lập trình PLC, vận hành SCADA và bảo trì robot để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả lâu dài. Chủ thể là các trung tâm đào tạo kỹ thuật trong vòng 3 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp trong ngành dịch vụ ẩm thực: Các nhà hàng, khách sạn, quán ăn nhanh có nhu cầu ứng dụng robot để tự động hóa quy trình phục vụ, giảm chi phí nhân công và nâng cao chất lượng dịch vụ.

2. Kỹ sư và nhà phát triển hệ thống tự động hóa: Những người làm việc trong lĩnh vực lập trình PLC, thiết kế hệ thống SCADA và phát triển phần mềm giám sát có thể tham khảo mô hình và phương pháp triển khai trong luận văn.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về ứng dụng PLC, OPC Server và robot cộng tác trong môi trường dịch vụ, hỗ trợ nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

4. Các tổ chức đào tạo và trung tâm kỹ thuật: Có thể sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo để xây dựng chương trình đào tạo về tự động hóa, robot dịch vụ và phát triển phần mềm SCADA.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển robot dịch vụ này có thể áp dụng cho loại robot nào?
   Hệ thống tập trung vào robot thao tác cá định non-realtime, thường là các robot có 2-3 bậc tự do thực hiện các thao tác đơn giản như trộn, cấp liệu, đóng/mở nắp. Ví dụ như robot phục vụ trong bếp tự động hoặc robot giao thức ăn.

2. Phần mềm KepServerEX có vai trò gì trong hệ thống?
   KepServerEX là OPC Server trung gian giúp kết nối và truyền dữ liệu giữa PLC Mitsubishi và phần mềm giám sát SCADA trên Visual Studio C#. Nó đảm bảo tính tương thích và truyền dữ liệu thời gian thực ổn định.

3. Làm thế nào để giám sát trạng thái hoạt động của robot?
   Trạng thái được giám sát thông qua các Tag khai báo trên KepServerEX, hiển thị trên giao diện SCADA. Người vận hành có thể theo dõi trực tiếp các biến I/O như trạng thái van, động cơ, tay máy và nhận cảnh báo lỗi qua tính năng WatchDog.

4. Chi phí đầu tư cho hệ thống này có cao không?
   So với các robot phức tạp có nhiều bậc tự do, hệ thống này sử dụng robot thao tác đơn giản và PLC phổ thông, giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành, phù hợp với các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

5. Hệ thống có thể mở rộng để tích hợp với các thiết bị khác không?
   Có, hệ thống được thiết kế mở với khả năng kết nối nhiều trạm robot và tích hợp với hệ thống POS, cơ sở dữ liệu và các phần mềm quản lý khác, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển các mô hình kinh doanh dịch vụ thông minh.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho robot dịch vụ dạng thao tác cá định non-realtime sử dụng PLC Mitsubishi FX3U và phần mềm KepServerEX.
• Hệ thống cho phép giám sát trực tiếp trạng thái các thiết bị cơ cấu chấp hành và điều khiển trình tự nấu ăn tự động với 34 bước chi tiết.
• Giao diện SCADA phát triển trên Visual Studio C# cung cấp khả năng quản lý từ xa, cảnh báo lỗi và truy xuất dữ liệu hiệu quả.
• Hệ thống có khả năng mở rộng, tích hợp với các thiết bị và phần mềm khác, phù hợp với nhu cầu phát triển dịch vụ ẩm thực thông minh.
• Đề xuất triển khai thực tế tại các nhà hàng, đồng thời phát triển thêm các tính năng nâng cao và đào tạo nhân lực vận hành trong thời gian tới.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng robot dịch vụ tiết kiệm chi phí, góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành dịch vụ ẩm thực. Các đơn vị quan tâm có thể liên hệ để hợp tác phát triển và ứng dụng hệ thống trong thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HâC VIÆN CÔNG NGHÆ B¯U CHÍNH VIÄN THÔNG Ph¿m Kh°¢ng Duy XÂY DĂNG HÆ THÞNG ĐIÀU KHIÂN VÀ THU NHÀN DĀ LIÆU CHO ROBOT DàCH VĀ LUÀN VN TH¾C SĨ Kþ THUÀT (Theo đánh h°áng āng dāng) TP.Hâ CHÍ MINH - NM 2022 HâC VIÆN CÔNG NGHÆ B¯U CHÍNH VIÄN THÔNG Ph¿m Kh°¢ng Duy XÂY DĂNG HÆ THÞNG ĐIÀU KHIÂN VÀ THU NHÀN DĀ LIÆU CHO ROBOT DàCH VĀ CHUYÊN NGÀNH: Hà THàNG THÔNG TIN Mà Sà: 8.04 LUÀN VN TH¾C SĨ Kþ THUÀT (Theo đánh h°áng āng dāng) NG¯âI H¯àNG D¾N KHOA HâC TS. CHUNG TÂN LÂM TP.Hâ CHÍ MINH - NM 2022 i LâI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng luận vn <Xây dăng hÇ thßng điÁu khiÃn và thu nhÁn dā liÇu cho robot dách vā= là công trình nghiên cứu của chính tôi. Tôi cam đoan các sá liáu, kết quả nêu trong luận vn là trung thực và chưa từng đưÿc ai công bá trong bất kỳ công trình nào khác. Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của ngưßi khác đưÿc sử dāng trong luận vn này mà không đưÿc trích dẫn theo đúng quy định.

Hã Chí Minh, ngày 04 tháng 5 nm 2022 Hãc viên thăc hiÇn luÁn vn Ph¿m Kh°¢ng Duy ii LâI CÀM ¡N Trong quá trình học tập và thực hián luận vn, tôi đã nhận đưÿc sự quan tâm quý báu và hướng dẫn nhiát tình của quý Thầy Cô, cùng với sự động viên và ủng hộ của gia đình, bạn bè và đãng nghiáp. Với lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin gửi lßi cảm ơn chân thành đến: Ban Giám Đác, Phòng Đào tạo Sau đại học của Học vián Công Nghá Bưu Chính Vißn thông cơ sá TP. Hã Chí Minh và quý Thầy Cô đã tạo mọi điều kián thuận lÿi giúp tôi hoàn thành luận vn. Tôi xin bày tß lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới ngưßi thầy kính yêu ThÅy TS.

Chung TÃn Lâm đã hết lòng giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn tận tình, động viên khích lá, tạo điều kián cho tôi trong suát quá trình thực hián luận vn. Từ đáy lòng mình tôi xin bày tß sự biết ơn vô hạn đến gia đình thân yêu của tôi và xin chân thành cảm ơn bạn bè thân thiết, đãng nghiáp trong cơ quan đã động viên, hỗ trÿ tôi trong lúc khó khn để tôi có thể học tập và hoàn thành luận vn. Mặc dù đã có nhiều cá gắng, nỗ lực tìm tòi nghiên cứu, nhưng do thßi gian có hạn và kinh nghiám nghiên cứu khoa học còn hạn chế nên không thể tránh khßi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đưÿc sự góp ý thiết thực của quý Thầy Cô cùng bạn bè đãng nghiáp để kiến thức của tôi ngày một hoàn thián hơn.

Xin chân thành cảm ơn! TP. Hã Chí Minh, ngày 04 tháng 5 nm 2022 Hãc viên thăc hiÇn luÁn vn Ph¿m Kh°¢ng Duy iii MĀC LĀC LâI CAM ĐOAN. iii DANH MĀC CÁC THUÀT NGĀ, CHĀ VI¾T TÂT .vi DANH SÁCH BÀNG. vii DANH SÁCH HÌNH VẼ.

Tính cấp thiết của đề tài. Māc đích nghiên cứu. Đái tưÿng và phạm vi nghiên cứu .3 CH¯¡NG 1: NGHIÊN CĀU TàNG QUAN .1 Tổng quan về robot dịch vā .1 Robot điều khiển trình tự .2 Các thành phần há tháng SCADA .3 Bộ điều khiển logic khả trình .1 Giới thiáu chung .2 Phần mềm lập trình PLC GX Works 2 .4 Há tháng OPC server - KepserverEX .1 Giới thiáu phần mềm Kepware OPC .3 Cấu hình PLC Mitsubishi trên KEPServerEX .5 Kết luận chương .21 CH¯¡NG 2: THI¾T K¾ I/O HÆ THÞNG ROBOT DàCH VĀ .1 Mô tả há tháng .1 Nhà hàng truyền tháng.2 Nhà hàng thông minh .2 Thiết kế há tháng .3 Nguyên lý vận hành há tháng.2 Quy trình mẫu nấu một món n tự động .4 Tháng kê thiết bị trong bài toán .5 Lập trình điều khiển trên PLC .6 Khai báo Tag trong KepserverEX .41 CH¯¡NG 3: HÆ THÞNG ĐIÀU KHIÂN VÀ THU NHÀN DĀ LIÆU .1 Thiết kế và cài đặt tác vā truy xuất thông tin .1 Tạo class <class_KEPServerEX.2 Lập trình cho Form chính .2 Tính nng WatchDog .2 Nguyên tắc thực hián .3 Cài đặt Watchdog.3 Tính nng quản lý ngưßi dùng .1 Hoạt động tính nng quản lý ngưßi dùng .2 Nguyên lý thực hián. Các kết quả thử nghiám .1 Kết quả hiển thị lên Window form (Visual Studio) .2 Kết quả trạng thái giá trị Tag trên phần mềm KepServerEX .60 CH¯¡NG 4: K¾T LUÀN VÀ H¯àNG PHÁT TRIÂN .2 Hướng phát triển .62 DANH MĀC TÀI LIÆU THAM KHÀO .65 PHĀ LĀC P1: Cấu hình PLC Mitsubishi trên KEPServerEX .65 PHĀ LĀC P2: Chương trình nguãn .70 vi DANH MĀC CÁC THUÀT NGĀ, CHĀ VI¾T TÂT Vi¿t tÃt Ti¿ng Anh Ti¿ng ViÇt F&B Food and Beverage Service Dịch vā cung cấp đã n và thức uáng Supervisory Control and Data SCADA Thu nhận dữ liáu và điều khiển Aquisition Cobot Collaborate robot Robot cộng tác Kiến trúc liên kết các đái tưÿng phân OPC OLE for Process Control tán trong tự động hóa công nghiáp Chuẩn giao tiếp dữ liáu giữa các phần OLE Object Linking and Embedding mềm theo cơ chế client-server Programmable Logic PLC Bộ điều khiển logic khả trình Controller vii DANH SÁCH BÀNG Bảng 1.1: Một sá ưu điểm cobot so với robot công nghiáp truyền tháng .2: Tháng kê địa chỉ trên phần mềm KepserverEX đái với PLC Mitsubishi 19 Bảng 2.1: Bảng cấp phát I/O trên PLC và cấp phát Tag trên MX-OPC .1: Giải thích chương trình "class_KEPServerEX.2: Giải thích các khai báo OPC trong Form1 .3: Giải thích chương trình kết nái với OPC.4: Các biến trong chương trình con đọc dữ liáu từ KEPServerEX .5: Giải thích chương trình đọc dữ liáu từ PLC thông qua Tag .6: Giải thích chương trình hißn thị trạng thái Watchdog .7: Sử dāng chương trình hißn thị trạng thái Watchdog .8: Giải thích chương trình cập nhật trạng thái Watchdog .9: Giải thích chương trình con quản lý ngưßi dùng .57 viii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Một mẫu cơ cấu chấp hành tịnh tiến động cơ bước không hãi tiếp .2: Một mẫu cơ cấu chấp hành quay động cơ AC không hãi tiếp .3: Một mẫu robot dịch vā dùng cơ cấu tịnh tiến điều khiển trình tự .4: Cấu trúc cơ bản của một robot cộng tác.5: Các loại PLC Mitsubishi .6: PLC Mitsubishi FX3U .7: Sơ đã kết nái cấp nguãn cho PLC.8: Sơ đã kết nái cổng vào và cổng ra cho PLC .9: Phần mềm lập trình cho PLC Mitsubishi GX Works 2 .10: Sơ đã tổng quan OPC server .11: Sơ đã tổng quan phần mềm KEPServerEX .12: Thư vián dll kết nái KEPServerEX với Visual Studio C# .13: Đng ký OPC Server trên máy tính win10 .1: Há tháng bếp nấu tự động .2: Mô hình kết nái há tháng thu nhận dữ liáu cho robot dịch vā (a) Robot có quỹ đạo cá định, (b) Robot có quỹ đạo phức tạp .3: Cách thức đặt món và thanh toán tại quầy với nhân viên thu ngân .4: Khách hàng ngãi chß sau khi đặt món .5: Nhân viên mang thức n cho khách sau khi nấu xong .6: Giao dián đặt hàng của nhà hàng thông minh .7: Robot di động BellaBot mang thức n cho khách .8: Há tháng van cấp dầu .9: Cơ cấu đóng/má nắp .10: Há tháng gia nhiát dùng Gas .11: Động cơ thực hián thao tác trộn nguyên liáu .12: Cơ cấu cấp liáu với 4 hộp nguyên liáu .13: Cơ cấu lật khay nguyên liáu .14: Thao tác cánh tay xác.15: Thao tác cánh tay lấy thức n.16: Thao tác cánh tay vị trí đổ nước rữa chảo .17: Thao tác má van phun nước làm sạch lòng chảo và thanh trộn .18: Các biến Tag tương ứng đưÿc cài đặt trên phần mềm MX-OPC .19: Các biến Tag tương ứng đưÿc cài đặt trên phần mềm KepserverEX .20: Các biến Tag tương ứng đưÿc hißn thị trên Quick client KepserverEX .1: Chương trình tạo bộ đếm cho tính nng WatchDog .2: Cửa sổ đng nhập .3: Giao dián màn hình giám sát chính.4: Giao dián màn hình cài đặt tham sá cho PLC .5: Giao dián màn hình AboutUs .6: Các giá trị Tag cần giám sát online tương ứng trên KepServerEX.

Tính cÃp thi¿t cÿa đÁ tài Ngày nay, trong xu thế cuộc cách mạng công nghiáp lần thứ 4 (CMCN 4.0) đang dißn ra sôi động trên toàn thế giới, Viát Nam đã và đang tham gia tích cực trên nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội như chính phủ, truyền thông đại chúng, y học, khoa học kỹ thuật, & Trí tuá nhân tạo cùng với đô thị thông minh, nhà máy thông minh, cn hộ thông minh đang dần đưÿc xây dựng nền tảng định hình và hoàn thián. Các công viác không cần thiết sẽ biến mất, con ngưßi lao động tại các khâu sản xuất sẽ dần đưÿc thay thế bái robot. Và một loại robot đặc biát đưÿc phát triển trong thßi gian gần đây là robot cộng tác. Robot cộng tác có ưu điểm là cấu trúc nhß họn, độ tin cậy cao, tiêu thā đián nng thấp, dß xử lý và giá thành rẻ.

Những tính nng này làm cho cobot rất hiáu quả để áp dāng rộng rãi không chỉ trong công nghiáp mà còn trong dịch vā và cuộc sáng hàng ngày. Khi robot đưÿc ứng dāng trong lĩnh vực dịch vā, vấn đề đặt ra là làm cách nào để xây dựng một nền tảng có thể quản lý há tháng dịch vā một cách hiáu quả mang lại giá trị cộng thêm từ há tháng. Nền tảng đó cần có các tính nng như thu thập dữ liáu từ há tháng, kết nái phần cứng, cảnh báo phần cứng, tổng hÿp báo cáo, tổng hÿp dữ liáu lịch sử, cơ sá dữ liáu và cài đặt các kết nái điều hành từ xa. Ngưßi sử dāng nền tảng đó cùng với robot dịch vā có thể tháng kê, đánh giá sá liáu kinh doanh, thói quen khách hàng, & để định hướng kế hoạch kinh doanh phù hÿp, đáp ứng nhu cầu khách hàng, phát triển kinh doanh trong tương lai.

Xuất phát từ những lý do trên cùng với sự đãng ý của thầy TS. Chung Tấn Lâm tôi chọn đề tài luận vn: <XÂY DĂNG HÆ THÞNG ĐIÀU KHIÂN VÀ THU NHÀN DĀ LIÆU CHO ROBOT DàCH VĀ=, luận vn góp phần vào viác giải quyết các vấn đề hết sức cần thiết và ứng dāng trong các há sinh thái thông minh của quá 2 trình chuyển đổi sá và cuộc CMCN 4. Đề tài có sự tham gia hỗ trÿ về định hướng học thuật của Công ty TNHH chế tạo máy 3C (Công ty đưÿc hỗ trÿ bái Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup VINIF trong dự án mã sá VINIF.DA059) để kết quả đề tài mang tính thực tißn, có khả nng ứng dāng sau khi nghiên cứu. Māc đích nghiên cāu Trên thế giới, robot dịch vā đang đưÿc nghiên cứu, phát triển và đưa vào sử dāng ngày càng trá nên phổ biến như robot bán hàng tự động, robot nấu n , robot chm sóc sức khße cho ngưßi bánh, robot hút bāi, robot giữ nhà& Tuy nhiên các kết quả các robot dịch vā trên xuất hián dưới dạng là các sản phẩm thương mại với chi phí khá cao.