ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho kho hàng tự động

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
MSSV
Lớp:

TS. Đặng Thái Việt
Nguyễn Văn Tòng
20195201
CĐT 01 - K64

Hà Nội, 07/2023
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Toàn – Cơ điện tủ 05 –
K64

1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

GVHD: Đặng Thái Việt

SME.EDU - Mẫu 6.a
Học kỳ:

Bộ môn Cơ điện tử

Năm học: 2022 - 2023

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã HP: ME5512
Thời gian thực hiện: 15 tuần;
Ngày …/…/20…

Ngày …/…/20…

Ngày …/…/20…

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN

NGƯỜI RA ĐỀ

CB Hướng dẫn

(ký, ghi rõ họ tên)

(ký, ghi rõ họ tên)

(ký, ghi rõ họ tên)


Ngày giao nhiệm vụ: 05/04/2023; Ngày hoàn thành: 26/07/2023
Họ và tên sv: Nguyễn Văn Tòng; MSSV: 20195201; Mã lớp:729113; Chữ ký sv:
I.

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống điều khiển cho kho hàng tự động

Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

II.

GVHD: Đặng Thái Việt

Số liệu cho trước:
1. Thời hạn phục vụ: lh =19000(h)
2. Đặc tính tải trọng : va đập vừa

Cụm xe nâng:
3. Đường kính lăn bánh răng 3 d3 =100(mm)
4. Chiều cao xe nâng h =L/4(mm)
5. Chiều dài xe nâng L =1200(mm)
6. Vận tốc nâng Vn =3.4(m/ph)
7. Trọng lượng tối đa của xe nâng (1, 2, 3, 4, 9) Gn =160(kg)

Cụm xe di chuyển:

8. Trọng lượng tối đa của hàng và xe di chuyển ngang (5,6,7,8,11,12,13) Gd = 70
(kg)
9. Đường kính bánh xe 8 d8 =130(m/ph)
10. Vận tốc xe di chuyển hàng Vx =5,5(m/ph)
11. Chiều dài xe di chuyển L1 =900(mm)
12. Chiều dài phần đặt hàng trên xe L2 =600(mm)
III. Nội dung thực hiện:
1. Phân tích ngun lý và thơng số kỹ thuật
- Tổng quan về hệ thống điều khiển
- Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển
- Xác định các thành phần cơ bản và thông số/yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều
khiển

2. Thiết kế hệ thống điều khiển
- Mơ hình hóa hệ thống truyền động cho các chuyển động chính
- Phân tích, mơ phỏng, xác định các thơng số của hệ thống điều khiển

3. Xây dựng bản vẽ mạch điện và phần mềm điều khiển
- Xây dựng bản mạch
- Xây dựng hàm lô gic điều khiển và phần mềm điều khiển

4. Mô phỏng nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển
- Tự chọn, có thể sử dụng SimMechanics, Tia Portal, …

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ


GVHD: Đặng Thái Việt

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ 6
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... 7
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG .......................... 9
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG.......................................................... 9
1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa ............................................................... 9
1.1.2 Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động AS/RS............................................ 10
1.2 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG KHO TỰ ĐỘNG .................................. 13
1.2.1 Hệ thống vận chuyển ....................................................................................................... 13
1.2.2 Hệ thống xuất nhập ......................................................................................................... 15
1.2.3 Hệ thống lưu trữ .............................................................................................................. 16
1.3 Kết luận chương 1: ............................................................................................................... 17

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT18
2.1 u cầu thiết kế của kho hàng: ........................................................................................... 18
2.2 Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật quan trọng ..................................................... 18
2.2.1 Nguyên lý hoạt động ....................................................................................................... 18
2.2.2 Các thông số kỹ thuật quan trọng.................................................................................. 21
2.3 Các thành phần của hệ thống điều khiển. .......................................................................... 21
2.3.1 Bộ điều khiển PLC Siemen S7 – 1200............................................................................ 22
2.3.2 Thiết kế HMI: Sử dụng màn hình HMI TP900 Comfort INOX PCT ........................ 24
2.3.3 Bộ nguồn một chiều ........................................................................................................ 27
2.3.4 Động cơ điện 1 chiều 24VDC ......................................................................................... 27
2.3.5 Rơ-le trung gian đảo chiều động cơ .............................................................................. 28
2.3.6 Cơng tắc hành trình 1 chiều........................................................................................... 30

2.3.7 Cảm biến tiệm cận .......................................................................................................... 31
2.4 Các vị trí lắp đặt thiết bị ngoại vi ........................................................................................ 32

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN............................... 34
3.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống .......................................................................... 34
3.2 Xây dựng bản vẽ mạch điện................................................................................................. 35

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ PHỎNG .................... 36
4.1 Lập trình điều khiển ............................................................................................................. 36
4.1.1 Khai báo cởng vào ra trên PLC .................................................................................... 36
4.1.2 Chương trình điều khiển PLC ....................................................................................... 37
4.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển ......................................................... 44
Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 46

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ


GVHD: Đặng Thái Việt

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản .................................................................. 9
Hình 1.2 : Hệ thống AS/RS cơ bản .................................................................. 12
Hình 1.3: Phân loại hệ thống AS/RS ................................................................ 12
Hình 1.4: Hệ thống kho hàng tự động .............................................................. 13
Hình 1.5: Pallet ................................................................................................. 14
Hình 1.6: Cơ cấu cất/lấy hàng trong kho.......................................................... 14
Hình 1.7: Mã vạch ............................................................................................ 15
Hình 1.8: Hệ thống lưu trữ của kho hàng Amazon .......................................... 16
Hình 2.1: Layout kho hàng ............................................................................... 19
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kho hàng tự động. .......................... 20
Hình 2.3: PLC Siemen S7 – 1200 CPU 1214 DC/DC/Relay........................... 22
Hình 2.4: Sơ đồ đấu nối vào/ra trên PLC ......................................................... 24
Hình 2.5: Giao tiếp giữa PLC và HMI. ............................................................ 25
Hình 2.6: Màn hình HMI TP900 Comfort INOX PCT. ................................... 25
Hình 2.7: Bộ nguồn 1 chiều 24V...................................................................... 27
Hình 2.8: Động cơ điện 1 chiều........................................................................ 28
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện động cơ điện 1 chiều ............................................ 28
Hình 2.10: Rơ-le trung gian.............................................................................. 29
Hình 2.11: Sơ đồ ngun lý Rơ-le.................................................................... 29
Hình 2.12: Cơng tắc hành trình 1 chiều ........................................................... 30
Hình 2.13: Cảm biến tiệm cận với ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10VDC ..... 31
Hình 2.14: Mơ hình hệ thống kho hàng tự động .............................................. 32
Hình 2.15: Sơ đồ lắp đặt cảm biến ................................................................... 32
Hình 3.1: Sơ đồ tự động của kho hàng ............................................................. 34
Hình 4.1: Giao diện HMI ................................................................................. 44


Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Ưu nhược điểm của hệ thống .......................................................... 18
Bảng 2.2: Các thành phần của hệ thống điều khiển ......................................... 21
Bảng 2.3: Thông số cơ bản của PLC................................................................ 23
Bảng 2.4: Thơng số màn hình HMI ................................................................. 26
Bảng 2.5: Thơng số màn hình HMI ................................................................. 33
Bảng 4.1: Địa chỉ cổng vào ra trên PLC .......................................................... 36

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay ở trên thế giới, cùng với sự phát triển của các chuỗi thương mại
điện tử xuyên biên giới, các doanh nghiệp đa quốc gia với các kho hàng hóa
khổng lồ, đặt ra bài tốn cấp thiết cần ứng dụng công nghệ cao để cất giữ, luân

chuyển khối lượng hàng hóa lớn một cách nhanh gọn đồng thời đảm bảo được
độ chính xác cao và nhanh chóng để chuỗi logistic vận hành trơn tru, hiệu quả.
Tại Việt Nam: Theo Báo cáo Nền kinh tế số Đông Nam Á 2022 của
Google, Temasek và Bain & Company, Báo cáo Thương mại điện tử năm 2023
của Lazada chỉ rõ, tổng giá trị hàng hóa giao dịch (GMV) của ngành thương
mại điện tử tại Việt Nam năm 2022 đạt mốc 14 tỷ USD, tăng 26% so với cùng
kỳ năm trước.
Đà tăng trưởng này được dự báo sẽ tiếp tục duy trì, thậm chí ở mức cao
hơn và lên đến 37% hàng năm, giúp GMV của ngành đạt con số 32 tỷ USD
trong 3 năm tiếp theo. Với tốc độ tăng trưởng trung bình 20% mỗi năm, Việt
Nam được eMarketer xếp vào nhóm 5 quốc gia có tốc độ tăng trưởng thương
mại điện tử hàng đầu thế giới cho nên số lượng kho hàng ngày căng tăng cả về
quy mô và số lượng. Vì vậy cần phát triển hệ thống kho hàng tự động giúp nâng
cao hiệu quả chuỗi logistic và giảm chi phí.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Cơ điện tử và TS.
Đặng Thái Việt đã đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho chúng
em nhiều kiến thức quý báu cho việc hồn thành đồ án mơn học này. Em xin
chúc các thầy cô bộ môn và thầy Đặng Thái Việt luôn mạnh khỏe và công tác
tốt!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG
1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa
Trước đây việc lưu trữ hàng hóa được thực hiện thủ cơng bằng cách sử
dụng sức người để bốc xếp hoặc có thêm sự trợ giúp của một số thiết bị bốc dỡ
cơ bản như cần cẩu, xe nâng,…(Hình 1.1)

Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản
Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:
+ Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa.
+ Khơng phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để
chung với nhau trong 1 kho).
+ Khơng bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên
nhau).
+ Rất khó kiểm sốt số lượng hàng hóa ra vào trong kho.
Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể
quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng
hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng các tay máy xếp chồng
để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện
đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng
Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt


bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát,
tiết kiệm nhân cơng …
1.1.2 Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động AS/RS
Đây là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với cơng nghệ hiện đại,
được sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động. Hệ thống gồm có 2 phần
chính: phần mềm và phần cứng.
+ Phần mềm gồm có phần mềm điều khiển hoạt động của tay máy xếp
chồng và theo dõi trạng thái kho hàng .
+ Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định, cần cẩu xếp chồng, băng
tải/hệ thống xe vận chuyển tự động .
Hệ thống Tự động lưu trữ và truy xuất hàng (AS/RS - Automated Storage
and Retrieval System) đã có một lịch sử phát triển dài từ những năm đầu của
thế kỷ 20 cho đến hiện tại. Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về lịch sử ra đời
của hệ thống AS/RS:
+ Những năm 1930-1940: AS/RS xuất hiện đầu tiên trong các ngành cơng
nghiệp có nhu cầu lưu trữ hàng tồn kho lớn như ngành ô tô và công nghiệp
sản xuất. Các hệ thống này ban đầu được sử dụng để lưu trữ và truy xuất
các linh kiện và phụ tùng trong quá trình sản xuất.
+ Những năm 1950-1960: AS/RS tiếp tục được sử dụng mở rộng trong các
ngành công nghiệp khác nhau như ngành thực phẩm, dược phẩm và hàng
tiêu dùng. Sự phát triển của cơng nghệ điện tử và máy tính đã giúp tăng
cường hiệu suất và khả năng tự động hóa của các hệ thống này.
+ Những năm 1970-1980: Trong thập kỷ này, hệ thống AS/RS được ứng
dụng rộng rãi trong ngành vận chuyển và logistics. Các hệ thống AS/RS
được tích hợp vào các kho hàng tự động và các trung tâm phân phối để
tăng cường hiệu suất và giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ hàng hóa.
+ Những năm 1990-2000: Các cơng nghệ tự động hóa và điều khiển tiến bộ
hơn đã được tích hợp vào các hệ thống AS/RS. Các hệ thống AS/RS trở
nên linh hoạt hơn, có khả năng xử lý hàng hóa đa dạng và được tùy chỉnh
theo nhu cầu cụ thể của từng ngành công nghiệp.

+ Những năm 2010-2020: AS/RS tiếp tục được phát triển và ứng dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại. Các cơng nghệ tiên tiến như trí
tuệ nhân tạo, máy học và Internet of Things (IoT) được tích hợp vào hệ
thống AS/RS, tăng cường khả năng tự động hóa và tối ưu hóa hiệu suất
của chúng.
Nguyễn Văn Tịng – Cơ điện tủ 01 – K64

10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

+ Hiện nay AS/RS đã trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống
lưu trữ và vận chuyển hiện đại, đóng góp quan trọng vào việc tăng cường
hiệu suất và giảm chi phí trong quản lý hàng tồn kho và logistics.
Giải pháp sử dụng hệ thốg AS/RS được đánh giá là tối ưu cho các kho
hàng lưu trữ lớn do những ưu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang
lại như:
+ Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao và đường
chạy của tay máy xếp chồng nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những
giải pháp khác, so sánh trên cùng khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí
đầu tư cho diện tích sử dụng.
+ Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/ phút.
+ Không sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân cơng, quản lý,
bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ.
+ Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp
với công nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder) giúp giảm
chi phí quản lý và nhân cơng, đồng thời giảm thiểu sai sót do con người

gây ra.
Hàng hóa sẽ được chuyển đến vị trí chờ để nhập kho bằng hệ thống băng
tải xe tự hành AGV. Tại vị trí nhập kho hệ thống cơ khí sẽ mang lần lượt các
kiện hàng hoặc sản phẩm này sắp xếp vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu
dữ liệu của hàng vừa nhập kho vào hệ thống. Đối với việc xuất kho các bước
hoàn toàn tương tự nhưng ngược lại.
Hệ thống cơ khí cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm một cần cẩu xếp
chồng hoạt động theo ba trục và di chuyển theo đường ray dọc theo hành lang
giữa các dãy giá để hàng để mang hàng sắp xếp vào kho (Hình 1.2).

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

Hình 1.2: Hệ thống AS/RS cơ bản
-Phân loại hệ thống AS/RS (Hình 1.3).

Hình 1.3: Phân loại hệ thống AS/RS
Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ


GVHD: Đặng Thái Việt

1.2 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG KHO TỰ ĐỘNG
Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc
theo mỗi hành lang có một hay nhiều cẩn cẩu xếp, dỡ tự động. Hai bên hành
lang là các khoang chứa hàng. Đầu mỗi hàng lang là trạm xếp dỡ. Các trạm xếp
dỡ liên hệ với nhau theo hệ thống băng chuyền. Cấu trúc được thể hiện trong
hình (Hình 1.4)

Hình 1.4: Hệ thống kho hàng tự động
Nhìn chung kho tự động được cấu thành từ 3 phần:
+ Hệ thống vận chuyển.
+ Hệ thống xuất nhập.
+ Hệ thống lưu giữ.
1.2.1 Hệ thống vận chuyển
Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng, tùy theo u cầu cơng nghệ,
về hàng hóa, hình thức xuất nhập… mà có những phương thức vận chuyển hàng
trong kho tương ứng.
Hiện nay hệ thống vận chuyển trong kho tự động ở các nước đã có áp
dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ…
Các cần cẩu xếp chồng và xe tự hành là những thiết bị tất yếu của một hệ
thống kho tự động. Chúng di chuyển trong diện tích của nhà kho theo 3 trục,
làm nhiệm vụ đưa hàng từ cổng nhập đến những ô trống và lấy hàng từ những
Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ


GVHD: Đặng Thái Việt

ô chứa hàng ra cổng xuất.
Cần cẩu xếp chồng lấy cất hàng tải trọng thấp được thiết kế chuyên cho
các hộp, thùng, khay hoặc là những hàng hóa có tải trọng thấp, cótốc lấy hàng
rất cao. Máy lấy cất hàng tải trọng trung bình có tốc độ lấy cất khá nhanh, hiệu
quả và chính xác đối với lưu trữ dùng pallet (Hình 1.5).

Hình 1.5: Pallet
Robot lấy cất hàng tải trọng cao được thiết kế riêng theo yêu cầu lưu trữ
cũng như môi trường làm việc đặc trưng của khách hàng. Ví dụ minh họa về cơ
cấu cất, lấy hàng được thể hiện trong (Hình 1.6).

Hình 1.6: Cơ cấu cất/lấy hàng trong kho
Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

1.2.2 Hệ thống xuất nhập
Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức
khác nhau có thể kể đến như dung nhân cơng, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy
tính, camera. Trong phạm vi đồ án này, chúng em xin giới thiệu sơ qua về
phương pháp xuất nhập bằng mã vạch.
Mã vạch (Barcode) là hình gồm nhiều sọc đứng, rộng và hẹp được in để
đại diện cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được. Các mã sọc phù hợp

với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in trên hầu hết các sản phẩm
hàng hóa bày bán trong các siêu thị hiện nay. Khi hình mã sọc được kéo lướt
qua một dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đối
chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách giá và in ra giá tiền
đúng với mã đó.
Các nghiên cứu cho thấy con người thường gây ra ít nhất một lỗi trong
khoảng 200 lần nhập số liệu vào máy. Khi sử dụng mã vạch và máy đọc mã
vạch, khả năng sai sót chỉ cịn 1 phần 6 triệu. Độ chính xác của việc dùng mã
vạch còn cao hơn nữa khi số liệu của mã vạch được tạo ra và kiểm soát tự động
bởi chương trình khơng có sự can thiệp của con người..
Ví dụ về mã vạch của 1 hàng hóa (Hình 1.7):

Hình 1.7: Mã vạch
Mã vạch là một phát minh của thế kỷ 20 và nó càng ngày trở nên quan
trọng trong cuộc sống bởi tính hiệu quả mà nó mang lại,mà quản lý xuất nhập
trong kho tự động là 1 trong những tính năng của nó. Ngun tắc đọc mã vạch
máy quét: máy quét sẽ phảt ra 1 chùm laser công suất thấp, chùm sáng gặp mã
vạch sẽ phản xạ lại một giàn cảm biến quang. Vi điều khiển sẽ phân tích vùng
phản xạ của ánh sáng và tính tốn khoảng cách của các vạch sáng và tối rồi giải
mã ra một loại ký tự tương ứng với tập hợp vạch nào đó và theo tiêu chuẩn mã
vạch nào đó. Sau khi giải mã thành các ký tự sẽ đưa lên host hoặc lưu vào bộ
nhớ đệm của thiết bị đọc và đợi lệnh truyền. Khi có lệnh truyền tương ứng với
Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt


chuẩn truyền thơng nào đó RS232,IR, wireless,… sẽ gửi dữ liệu vừa giải mã
được yêu cầu tới nơi nhận.
Công nghệ mã vạch ứng dụng trong nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng
khi nhập vào kho sẽ được dán nhãn mã vạch,tương ứng với 1 ô trong kho. Mã
vạch đó sẽ lưu và được máy tính xử lí, truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng
vị trí của nó. Q trình xuất hồn tồn ngược lại.
-Ưu điểm hệ thống quản lý kho hàng bằng mã vạch:
+ Phiếu nhập, xuất mã sinh tự động.
+ Giá bán, giá nhập sinh tự động theo quy định và có thể sửa đổi.
+ Ghi nhận nhân viên xuất hàng và khách hàng.
+ Theo dõi tồn kho, kiểm kê hàng hóa, dự báo hàng hết hạn.
+ Quản lý hàng hóa bảo hành, bảo trì.
1.2.3 Hệ thống lưu trữ
Hệ thống lưu trữ trong kho hàng tự động bao gồm các khay, kệ cố định.
Các khay kệ này được bố trí cố định và xếp chồng lên nhau để tiết kiệm diện
tích kho chứa. Mỗi ngăn chứa sẽ tương ứng với một mã barcode nhất định để
dễ quản lý và sắp xếp. (Hình 1.8) minh họa hệ thống kho lưu trữ hàng của hãng
thương mại điện tử khổng lồ Amazon.

Hình 1.8: Hệ thống lưu trữ của kho hàng Amazon
Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt


1.3 Kết luận chương 1
Chương 1 đã giới thiệu về khái niệm và tổng quan về kho hàng tự động
(AS/RS - Automated Storage and Retrieval System). Trong chương này, chúng
ta đã tìm hiểu về sự cần thiết của các hệ thống kho tự động và lợi ích mà chúng
mang lại cho các doanh nghiệp và tổ chức.
Chúng ta đã nêu rõ rằng kho hàng tự động là một hệ thống tự động hóa
lưu trữ và quản lý hàng hóa, trong đó các cơng việc lưu trữ, tìm kiếm và di
chuyển hàng hóa được thực hiện tự động bằng cách sử dụng các thiết bị, máy
móc và phần mềm điều khiển.
Các yếu tố quan trọng của kho hàng tự động đã được đề cập, bao gồm
các thành phần chính như hệ thống máy cẩu, hệ thống định vị, hệ thống quản lý
và kiểm soát, cũng như các loại thiết bị sử dụng trong kho như cần cẩu xếp
chồng, băng tải, barcode...
Chúng ta cũng đã xem xét các ưu điểm của hệ thống kho hàng tự động,
bao gồm khả năng tối ưu hóa khơng gian lưu trữ, tăng cường hiệu suất và năng
suất, giảm tối đa lỗi nhân công và cải thiện độ chính xác trong q trình quản
lý hàng hóa.
Đồ án tập trung vào việc thiết kế hệ thống điều khiển cho kho hàng tự
động, nhằm giải quyết các thách thức trong quản lý kho hàng hiện tại và nâng
cao hiệu quả vận hành của kho hàng.
Trong các chương tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể hơn về kiến trúc
và thiết kế của hệ thống kho hàng tự động, cũng như các giải pháp công nghệ
sử dụng để đảm bảo hiệu suất và tin cậy trong quá trình hoạt động; đi vào chi
tiết các bước lựa chọn, bố trí thiết bị; tiến hành thiết kế mạch điều khiển và mô
phỏng hoạt động của hệ thống kho hàng tự động.

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

17



ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT
2.1 Yêu cầu thiết kế của kho hàng:
- Kho hàng thiết kế phải tự động hóa q trình nhập xuất/kho hàng.
- Kho hàng thiết kế dưới dạng xếp chồng, tận dụng triệt để diện tích mặt bằng
và chiều cao kho.
- Dễ dàng quản lý các loại hàng hóa thơng qua hệ thống mã Barcode.
- Thời gian nhập/ xuất hàng hóa nhanh, trung bình khoảng 45s-1 phút/1 lần
- Hệ thống kho hàng tự động cần được thiết kế an toàn sử dụng các biện pháp
an toàn như cảm biến, báo động, hệ thống chống va chạm và hệ thống dừng
khẩn cấp.
- Hệ thống kho hàng tự động được thiết kế sao cho có khả năng dễ dàng mở
rộng hoặc nâng cấp để đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.
2.2 Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật quan trọng
2.2.1 Nguyên lý hoạt động
* Đề xuất phương án thiết kế:
- Các mơ hình kho hàng tự động phổ biến hiện nay:
+ Robot tự hành kết hợp cánh tay robot
+ Cần cẩu xếp chồng di chuyển theo ray
- Ưu nhược điểm của các hệ thống được phân tích trong (Bảng 2.1) sau đây:
Bảng 2.1: Ưu nhược điểm của hệ thống
Robot tự hành

Cần cẩu xếp
chồng


Ưu điểm
- Tính module hóa cao
- Tính chính xác cao

Nhược điểm
- Đầu tư ban đầu lớn.
- Chi phí lắp đặt, vận
hành cao.
- Lắp đặt, thay thế, bảo
dưỡng phức tạp
- Dễ lắp đặt, thay thế, bảo
- Phạm vi chuyển động
dưỡng.
bị giới hạn theo ray dẫn
- Tính chính xác tương đối cao. hướng
- Tốc độ cất & lấy hàng tương
đối cao.

Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

→ Lựa chọn phương án sử dụng cần cẩu xếp chồng
* Nguyên lý hoạt động
- Layout cơ bản của kho hàng được mô phỏng bằng phần mềm Factory IO (Hình

2.1):

y

z

x

Hình 2.1: Layout kho hàng
Kho hàng tự động thiết kế sẽ bảo gồm 2 quầy cất và trả hàng, một hệ thống cần
cẩu xếp chồng di chuyển dọc ray bên cạnh hệ thống kệ hàng. Hàng hóa sẽ được
chuyển đến vị trí nhận/trả của cần cẩu bằng băng tải. Tốc độ di chuyển của cần
cẩu xếp chồng theo chiều dài tối đa là 10 m/ph; di chuyển theo chiều cao là 5
m/ph; nâng hạ hàng hóa là 10m/ph. Trọng lượng nâng, lấy hàng một lần của
robot được thiết kế tối đa 50kg.
Nguyên lý hoạt động (Hình 2.2):
+ Khi cất hàng vào kho: nhân viên quét mã vạch để định vị vị trí nơi cất
Nguyễn Văn Tịng– Cơ điện tủ 01 – K64

19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

gói hàng → hàng được đặt lên băng tải đưa đến khu vực quầy tiếp nhận → máy
tính xử lý, truyền qua PLC điều khiển xe nâng nhận hàng rồi di chuyển theo ray
dẫn hướng, nâng hàng đến đúng vị trí được chỉ định → cất hàng.
+ Khi lấy hàng ra khỏi kho: Nhân viên nhập vị trí hàng cần lấy → máy

tính xử lý, truyền qua PLC điều khiển xê nâng di chuyển đến vị trí lấy hàng →
lấy hàng → vận chuyển về vị trí trả hàng.
+ Sử dụng các cảm biến tiệm cận và công tắc hành trình để nhận biết xem
cần cẩu đã di chuyển đến đúng vị trí hay chưa; hàng đã được lấy/ cất vào đúng
vị trí hay chưa

Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý hoạt động của kho hàng tự động.

Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

2.2.2 Các thông số kỹ thuật quan trọng
-Thông số của hàng:
+ Kích thước(Dài×Rộng×Cao) : 0.6×0.6×0.6m
+ Khối lượng tối đa: 50kg
- Động cơ của bộ phận nâng hàng theo trục Y được tính tốn trong Đồ án thiết
kế hệ thống cơ khí:
+ P = 0.75 Kw
+ n = 300 vịng/phút
- Động cơ của bộ phận nhận và trả hàng được tính tốn trong Đồ án thiết kế hệ
thống cơ khí:
+ P = 0.09 kW
+ n = 1300 vòng/phút
- Động cơ của bộ phận di chuyển trục X:

+ P = 0.25 kW
+ n = 2600 vòng/phút
2.3 Các thành phần của hệ thống điều khiển.
Bảng 2.1: Các thành phần của hệ thống điều khiển
STT

Tên thiết bị

Số lượng

1

PLC Siemen S7 -1200 CPU 1214 DC/DC/Relay

1

2

Màn hình HMI KTP900 Basic PN

1

4

Cảm biến tiệm cận

9

5


Cơng tắc hành trình

2

6

Đèn

1

7

Rơ-le trung gian

6

8

Nút bấm

3

Nguyễn Văn Tịng– Cơ điện tủ 01 – K64

21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt


2.3.1 Bộ điều khiển PLC Siemen S7 – 1200
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic
Controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển
số thơng qua một ngơn ngữ lập trình. PLC làm cho các thao tác máy trở nên
nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn, nó có khả năng thay thế hoàn toàn cho các
phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (phức tạp và cồng kềnh). PLC
có khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các
lệnh logic cơ bản; khả năng đếm, giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ,
khả năng tạo lập, gửi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt sự
kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công
nghệ.
Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp
trong mơi trường công nghiệp:
+ Khả năng kháng nhiễu rất tốt.
+ Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng
cấp...
+ Có những module chuyên dụng hay những module truyền thông để kết nối
PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet...
+ Khả năng lập trình được.
+ Thuộc hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi
trực tiếp các thơng số mà không cần thay đổi lại cách nối dây.
Để thực hiện đồ án này em quyết định sử dụng PLC Siemen S7 – 1200
CPUS 1214 DC/DC/Relay (Hình 2.3).

Hình 2.3: PLC Siemen S7 – 1200 CPU 1214 DC/DC/Relay
Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

22



ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

-Thông số kỹ thuật của PLC Siemen S7 – 1200 CPUS 1214 DC/DC/Relay:
Bảng 2.2: Thông số cơ bản của PLC
Tên Sản Phẩm

PLC Siemen S7 – 1200 CPU 1214
DC/DC/Relay

Số đầu vào DI

14

Số đầu vào AO (0-10V)

2

Số đầu ra DO

10

Số module có thể mở rộng

8

Dải điện áp cấp cho PLC


10-30VDC

Tín hiệu đầu vào

24VDC± 10%

Bộ nhớ RAM (M)

8192 bytes

Bộ nhớ làm việc

75KB

Ngôn ngữ lập trình

Ladder Logic

Kiểu kết nối

Profinet

Ngõ ra phát xung

4

Bộ đếm tốc độ cao

6


Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

- Sơ đồ đầu vào/ra của PLC được minh họa bằng (Hình 2.4) dưới đây:

Hình 2.4: Sơ đồ đấu nối vào/ra trên PLC
2.3.2 Thiết kế HMI: Sử dụng màn hình HMI TP900 Comfort INOX PCT
HMI là thiết bị trung gian để giao tiếp giữa người vận hành và máy móc
thiết bị. HMI là tên viết tắt của Human Machine Interface.
HMI biểu thị dữ liệu cho người vận hành bằng nhiều dạng hình ảnh, text,
biểu đồ…. Và cho phép nhập lệnh điểu khiển xuống thiết bị bằng: Nút ấn, nhập
số…

Nguyễn Văn Tòng – Cơ điện tủ 01 – K64

24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: Đặng Thái Việt

Hình 2.5: Giao tiếp giữa PLC và HMI.
Có nhiều hãng sản xuất màn hình HMI như màn hình GOT của Misubishi,

màn hình NT của Omrom, …Nhưng để giao tiếp tốt với PLC lựa chọn ở trên ta
sẽ sử dụng màn hình TP900 Comfort INOX PCT (Hình 2.6).

Hình 2.6: Màn hình HMI TP900 Comfort INOX PCT.
Màn hình HMI Wentek kết nối với PLC Siemens S7-1200 qua chuẩn
Ethernet.
- Một số ưu điểm của màn hình HMI:
+ Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại
giao thức. Có thể kết nối với PLC Siemens, Misubishi, Omrom, Panasonic…
+ Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thơng tin.
+ Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thơng tin cần thiết.
+ Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
+ Khả năng lưu trữ cao.
+ Giá thành rẻ hơn so với PLC cùng tính năng của các dịng khác.
- Các thơng số của màn hình TP900 Comfort INOX PCT

Nguyễn Văn Tòng– Cơ điện tủ 01 – K64

25