Tài liệu Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VƯƠNG TRÍ DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN KHO TỰ ĐỘNG NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 1 4 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VƯƠNG TRÍ DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN KHO TỰ ĐỘNG NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2013 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ và tên: Vƣơng Trí Dũng Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh: 20/11/1987 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Hoa Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 78 Đinh Bộ Lĩnh, phƣờng 2, thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0902 548 328 Fax : E-mail: [email protected] II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo : Thời gian đào tạo từ …../…..đến…../…….. Nơi học (trƣờng ,thành phố): Ngành học : 2. Đại học : Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 04/2009 Nơi học (trƣờng ,thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật .Tp HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy. Tên đồ án: Tính toán, thiết kế máy sấy ruốc khô công suất 10kg/h. Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 03/2010 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Đặng Thiện Ngôn III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC : Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 05/2010 đến 11/2010 Công ty Estec Vina Nhân viên R&D SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng i Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Vƣơng Trí Dũng SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng ii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực hiện luận văn: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm soát, giám sát và điều khiển kho tự động”, bên cạnh nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự khích lệ rất nhiều từ nhà trƣờng, thầy,cô, gia đình và bạn bè. Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trƣớc tiên tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến cán bộ hƣớng dẫn khoa học TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng, thầy đã tận tình chỉ dạy, hƣớng dẫn, định hƣớng, tạo cơ hội học tập, hỗ trợ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cảm ơn quý thầy, cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Cảm ơn quý thầy, cô trong Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành. Cảm ơn ban lãnh đạo công ty cơ khí Đặng Song đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn của mình. Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơnbạn bè và nhất là anh trai và ba mẹ những ngƣời luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn. . SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng iii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động TÓM TẮT Hệ thống kho tự động ngày càng trở nên quan trọng trong thực tiễn sản xuất và việc quản lý kho tốt sẽ đem lại nhiều hiệu quả về sản xuất góp phần tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp. Tuy nhiên các hệ thống xuất nhập kho hiện nay là khá lớn so với quy mô các doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam hiện nay. Vì vậy đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động” nghiên cứu lập trình điều khiển kho tự động, giao diện tương tác giữa người và máy để giúp dễ dàng điều khiển, giám sát và kiểm soát việc xuất nhập kho hơn.Đó là một hệ thống kho tự động với quy mô nhỏ hơn, hiệu quả hơn và kinh tế hơn. SUMMARY Automated warehouse systems is becoming increasingly important in practical production and better inventory management will result efficient production and contribute to increase profits for your business. However, the system of warehousing today is quite large compared to the size of small and medium enterprises in Vietnam today. So the theme: "Researching And Designing Automated Storage And Retrieval System." researchsto program automatic warehouse control, and designshuman-machine interface to make it easy to monitor and control the storage and retrieval. It’s an smaller more efficient and more economical automated warehouse system. SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng iv Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động MỤC LỤC Trang tựa TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii TÓM TẮT ............................................................................................................... iv MỤC LỤC .................................................................................................................v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ...................................................................................... ix DANH SÁCH CÁC HÌNH .........................................................................................x CHƢƠNG 1 ................................................................................................................1 TỔNG QUAN .............................................................................................................1 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ. .................................................1 1.1.1 Nghiên cứu trong nƣớc. ............................................................................................ 1 1.1.2 Nghiên cứu ngoài nƣớc. ............................................................................................ 4 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. ..................................................................................5 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. ........................................................6 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ........................................................................6 1.5 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN....................................................................................6 CHƢƠNG 2 ................................................................................................................7 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................................7 2.1 TỔNG QUAN SCADA [1] ...................................................................................7 2.1.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 7 2.1.2 Đặc tính của hệ thống scada. ..................................................................................... 7 2.1.3 Kết cấu của hệ thống SCADA. .................................................................................. 8 2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC. [2] ..................................................................................9 2.2.1 Tổng quan PLC......................................................................................................... 9 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng v Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động 2.2.2 Các khối hàm .......................................................................................................... 11 2.2.3 Mạng Ethernet công nghiệp .................................................................................... 12 2.2.4 PLC 313C 2PtP ...................................................................................................... 14 2.3 TỔNG QUAN CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH VÀ RELAY. ................................15 2.3.1 Công tắc hành trình. ................................................................................................ 15 2.3.2 Relay OMRON MY2N. .......................................................................................... 15 2.3.3 Động cơ DC............................................................................................................ 18 CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................20 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO KHO TỰ ĐỘNG ............................................................20 CHƢƠNG 4 .............................................................................................................25 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300 .................................................................25 4.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT. ........................................................................................25 4.1.1 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình chính. .................................................................... 25 4.1.2 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 1: Tự động nhập kho. ............................................ 26 4.1.3 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 2: Tự động xuất kho. ............................................. 27 4.1.4 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 3: Bán tự động xuất kho. ....................................... 28 4.1.5 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 4: Bán tự động nhập kho. ...................................... 29 4.1.6 Sơ đồ giải thuật – Chƣơng trình 5: Điều khiển bằng tay. ......................................... 30 4.2 QUY ĐỊNH PHẦN CỨNG. ................................................................................31 4.2.1 Ngõ vào .................................................................................................................. 31 4.2.2 Ngõ ra .................................................................................................................... 31 4.3 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY..............................................................................................32 4.4 GIẢI THUẬT LẬP TRÌNH. ...............................................................................33 4.4.1 Tạo project với chƣơng trình Simatic Manager. ...................................................... 33 4.4.2 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình chính. ............................................................... 58 4.4.3 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 1: Tự động nhập kho. ....................................... 59 4.4.4 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 2: Tự động xuất kho. ........................................ 65 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng vi Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động 4.4.5 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 3: Bán tự động nhập kho.Error! Bookmark not defined. 4.4.6 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 4: Bán tự động xuất kho. .................................. 70 4.4.7 Giải thuật lập trình – Chƣơng trình 5: Điều khiển bằng tay. .................................... 89 CHƢƠNG 5 ..............................................................................................................37 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI BẰNG WINCC ........................................................37 5.1 THIẾT LẬP CẤU HÌNH BAN ĐẦU [3] ...........................................................37 5.2 TẠO TAG KẾT NỐI. .........................................................................................39 5.2.1 Tạo Tag nút nhấn. ................................................................................................... 39 5.2.2 Tạo Tag các tín hiệu ngõ vào. ................................................................................. 40 5.2.3 Tạo Tag các tín hiệu ngõ ra. .................................................................................... 41 5.3 TẠO VÀ SOẠN THẢO GIAO DIỆN NGƢỜI DÙNG. ....................................43 5.3.1 Thiết lập giao diện từ thƣ viện hình ảnh và kết nối Tag. .......................................... 43 5.3.2 Thiết lập giao diện đèn báo cảm biến và kết nối Tag. .............................................. 46 5.3.3 Sử dụng Static Text để tạo giao diện tiêu đề. ........................................................... 49 5.3.4 Thiết lập giao diện nút nhấn và kết nối Tag. ............................................................ 50 CHƢƠNG 6 ..............................................................................................................55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................55 6.1 KẾT LUẬN. ........................................................................................................55 6.2 KIẾN NGHỊ. .......................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng vii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASRS: automated storage retrieval system. SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition. DCS :Distributed Control System. MTU : Master Terminal Unit. RTU : Remote Terminal). HMI : Human-Machine Interface. MPI : Multi Point Interface I/O : Inputs / Outputs. OB : Organization Block. FC : Function Block. SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng viii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2. 1– Các đặc tính kỹ thuật ..................................................................................... 14 Bảng 2. 2 – Nguyên lý hoạt động động cơ DC: ................................................................ 19 Bảng 5. 1 – Các Tag và địa chỉ nút nhấn. ........................................................................ 39 Bảng 5. 2– Các Tag và địa chỉ ngõ vào............................................................................ 41 Bảng 5. 3 – Các Tag và địa chỉ ngõ ra. ............................................................................ 42 Bảng 5. 4 – Tên động cơ và các Tag tương ứng. .............................................................. 45 Bảng 5. 5 – Tên các kệ và các Tag tương ứng. ................................................................. 46 Bảng 5. 6 – Các Tag cảm biến và các tiêu đề tương ứng. ................................................. 50 Bảng 5. 7 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Press Left. ......... 53 Bảng 5. 8 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Release Left....... 53 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng ix Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 – TS Chung Tấn Lâm đang giới thiệu mô hình kho hàng tự động thử nghiệm. .... 1 Hình 1.2 – Hoạt động thử nghiệm kho hàng tự động tại trung tâm Nghiên cứu Triển khai Khu Công nghệ cao TP.HCM. ........................................................................................... 3 Hình 1.3 – Giao diện điều khiển giám sát tổng thể của hệ thống bốc xếp tự động sản phẩm kính. .................................................................................................................................. 4 Hình 1.4 – Hệ thống kho tự động của Ultrastore. .............................................................. 4 Hình 1.5 – Hệ thống Kiva. ................................................................................................. 5 Hình 2. 1 – Các thành phần cơ bản của một hệ SCADA ..................................................... 9 Hình 2. 2 – Sơ đồ khối bên trong PLC ............................................................................. 11 Hình 2. 3 – Mạng truyền thông Ethernet .......................................................................... 13 Hình 2. 4 – Công tắc hành trình. ..................................................................................... 15 Hình 2. 5 – Đế thân tách relay Omron MY2N rời và sau khi lắp ráp. ............................... 15 Hình 2. 6 – Sơ đồ đấu dây relay Omron MY2N. ............................................................... 15 Hình 2. 7 – Cấu tạo relay. ............................................................................................... 15 Hình 2. 8 – Cấu tạo relay. ............................................................................................... 16 Hình 2. 9 –Các loại cuộn dây relay. ................................................................................ 17 Hình 2. 10 – Hai loại tiếp điểm của relay. ....................................................................... 18 Hình 2. 11 – Nguyên lý hoạt động của 2 loại tiếp điểm. ................................................... 18 Hình 2. 12 – Cấu tạo động cơ DC.................................................................................... 19 Hình 3. 1 – Sơ đồ bố trí mặt bằng kho. ............................................................................ 20 Hình 3. 2 – Kích thước kệ chứa. ...................................................................................... 20 Hình 3. 3 – Đế di chuyển. ................................................................................................ 21 Hình 3. 4 – Sơ đồ truyền động ở chân đế. ........................................................................ 21 Hình 3. 5 – Đế xoay. ........................................................................................................ 21 Hình 3. 6 – Sơ đồ truyền động đế xoay. ........................................................................... 22 Hình 3. 7 – Khung nâng................................................................................................... 22 Hình 3. 8 – Ròng rọc nâng. .............................................................................................. 22 Hình 3. 9 – Sơ đồ truyền động bộ phận đưa hàng ra vào kệ ............................................. 23 Hình 3. 10 – Bộ phận dẫn động ròng rọc. ........................................................................ 23 Hình 3. 11 – Mô hình Robot xuất nhập kho. ..................................................................... 24 Hình 4. 1 – Lưu đồ giải thuật chương trình chính. ........................................................... 25 Hình 4. 2 – Lưu đồ giải thuật chương trình 1: Tự động nhập kho. ................................... 26 Hình 4. 3 –Lưu đồ giải thuật chương trình 2: Tự động xuất kho. ..................................... 27 Hình 4. 4 –Lưu đồ giải thuật chương trình 3: Bán tự động nhập kho. .............................. 28 Hình 4. 5 – Lưu đồ giải thuật chương trình 4: Bán tự động xuất kho. .............................. 29 Hình 4. 6 – Lưu đồ giải thuật chương trình 5: Điều khiển bằng tay. ................................ 30 Hình 4. 7 – Sơ đồ đấu dây các ngõ vào ra I/O. ................................................................ 32 Hình 4. 8 – Bảng khởi tạo Project.................................................................................... 33 Hình 4. 9 – Tạo Project mới. ........................................................................................... 33 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng x Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Hình 4. 10 – Đặt tên Project ............................................................................................ 33 Hình 4. 11 – Tạo Station 300. .......................................................................................... 34 Hình 4. 12 – Mở Station. ................................................................................................. 34 Hình 4. 13 – Thiết lập Rail, nguồn và PLC. ..................................................................... 34 Hình 4. 14 – Thiết lập kết nối MPI. .................................................................................. 35 Hình 4. 15 – Thiết lập địa chỉ vào ra I/O. ........................................................................ 35 Hình 4. 16 – Bảng cấu hình phần cứng. ........................................................................... 36 Hình 4. 17 – Cài đặt ký hiệu cho các ngõ vào ra I/O. ....................................................... 36 Hình 4. 18 – Khởi tạo các khối hàm. ................................................................................ 36 Hình 5. 1 – Tạo file mới. .................................................................................................. 37 Hình 5. 2 – Chọn Project mới. ......................................................................................... 37 Hình 5. 3 – Đặt tên Project. ............................................................................................. 37 Hình 5. 4 – Add New Driver ............................................................................................ 38 Hình 5. 5 – Chọn driver. .................................................................................................. 38 Hình 5. 6 – Tạo kết nối mới. ............................................................................................ 38 Hình 5. 7 – Cài đặt địa chỉ IP cho kết nối mới. ................................................................ 38 Hình 5. 8 – Cài đặt card mạng của máy tính. .................................................................. 38 Hình 5. 9 – Tạo Tag kết nối nút nhấn. .............................................................................. 39 Hình 5. 10 – Đặt tên và địa chỉ nút nhấn. ........................................................................ 39 Hình 5. 11 – Tag start..................................................................................................... 39 Hình 5. 12 – Các Tag nút nhấn sau khi tạo. ..................................................................... 40 Hình 5. 13 – Tạo Tag tín hiệu ngõ vào. ............................................................................ 40 Hình 5. 14 – Đặt tên và địa chỉ tín hiệu ngõ vào. ............................................................. 41 Hình 5. 15 – Tag tín hiệu vào sau khi tạo xong. ............................................................... 41 Hình 5. 16 – Các Tag ngõ vào sau khi tạo xong. .............................................................. 41 Hình 5. 17 – Tạo Tag tín hiệu ngõ ra. .............................................................................. 42 Hình 5. 18 – Đặt tên và địa chỉ Tag ngõ ra. ..................................................................... 42 Hình 5. 19 – Tag ngõ ra sau khi tạo xong. ....................................................................... 42 Hình 5. 20 – Các Tag ngõ ra sau khi tạo xong. ................................................................ 42 Hình 5. 21 – Tạo hình nền mới. ....................................................................................... 43 Hình 5. 22 – Mở hình nền. ............................................................................................... 43 Hình 5. 23 – Shelving unit 3 trong thư viện. ..................................................................... 43 Hình 5. 24 – Sealed bõ with bar code trong thư viện. ....................................................... 44 Hình 5. 25 – Motor 17 trong thư viện. ............................................................................. 44 Hình 5. 26 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại BlinkMode, ................................................... 44 Hình 5. 27 – Gán Tag động cơ. ........................................................................................ 45 Hình 5. 28 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại SymbolAppearance....................................... 45 Hình 5. 29 – Gán Tag hàng. ............................................................................................ 46 Hình 5. 30 – Thanh Object Palette. .................................................................................. 46 Hình 5. 31 – Chỉnh Global color scheme của đèn báo. .................................................... 47 Hình 5. 32 – Chọn Dynamic Dialog của Background color của đèn báo. ......................... 47 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng xi Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Hình 5. 33 - Bảng Dynamic valueranges. ........................................................................ 47 Hình 5. 34 – Bảng Change trigger. .................................................................................. 48 Hình 5. 35 – Đèn đã gắn Tag. .......................................................................................... 48 Hình 5. 36 – Tạo tiêu đề .................................................................................................. 49 Hình 5. 37 – Chỉnh Global color scheme của text. ........................................................... 49 Hình 5. 38 – Chỉnh màu Border Background và Border Color của text............................ 49 Hình 5. 39 – Chỉnh font size của text. .............................................................................. 49 Hình 5. 40 – Cảm biến sau khi gắn tiêu đề. ...................................................................... 50 Hình 5. 41 – Chỉnh Global color cheme nút Start. ........................................................... 50 Hình 5. 42 – Chỉnh màu Background color nút Start. ...................................................... 51 Hình 5. 43 – Chỉnh Font Size nút Start. ........................................................................... 51 Hình 5. 44 – Chọn Direct Connection để gán Tag nút Start. ............................................ 51 Hình 5. 45 – Gán Tag nút Start. ....................................................................................... 52 Hình 5. 46 – Gán lệnh C cho nút Exit. ............................................................................. 52 Hình 5. 47 – Các nút nhấn sau khi đã gán Tag xong. ....................................................... 54 Hình 5. 48 – Giao diện HMI sau khi đã hoàn tất thiết kế và gán Tag. .............................. 54 SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng xii Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ. 1.1.1 Nghiên cứu trong nƣớc. 1.1.1.1 Hệ thống kho hàng tự động (Automated Storage and Retrieval System AS/RS) của tiến sĩ Chung Tấn Lâm (ĐH Bách Khoa TP HCM) Năm 2009 TS Chung Tấn Lâm (ĐH Bách Khoa TP HCM) đã chế tạo mô hình hệ thống kho hàng tự động. Hình 1.1 – TS Chung Tấn Lâm đang giới thiệu mô hình kho hàng tự động thử nghiệm. Một hệ thống AS/RS thƣờng gồm một robot tự động chạy trên ray theo phƣơng ngang và phƣơng đứng để cất trữ hoặc lấy hàng trên hai hàng khung kệ chứa hàng đƣợc bố trí song song hai bên. AS/RS gồm các tiêu chuẩn:  Chiều cao tối đa 6m;  Chiều rộng tối đa 2m;  Chiều rộng đƣờng đi tối thiểu 0,5m;  Tốc độ chạy dọc tối đa 1,5m/s;  Tốc độ chạy ngang tối đa 1,5m;  Khả năng mang tải tối đa 100kg. SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 1 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Không chỉ trong lĩnh vực sản xuất, AS/RS còn là mô hình hiệu quả cho nhiều ngành nhƣ công nghệ sinh học; dƣợc phẩm; bệnh viện; các trung tâm phân phối hàng hóa lớn; thƣ viện hay trong quá trình xử lý thƣơng mại điện tử. Các đơn vị ứng dụng AS/RS vào quá trình sản xuất, kinh doanh sẽ giảm chi phí nhân công; đảm bảo điều kiện an toàn lao động; quản lý hiệu quả thông tin phục vụ kế hoạch sản xuất kinh doanh; tăng năng suất, đồng thời giúp doanh nghiệp đƣa ra các quyết định thƣơng mại quan trọng. Tuy nhiên, các đơn vị của Việt Nam vẫn chƣa đƣợc tiếp cận với AS/RS trong thực tế sản xuất do năng suất các nhà máy còn thấp, quy mô chƣa đủ lớn và chƣa có sự tự động hóa cấp nhà máy. 1.1.1.2 Kho hàng tự động của trung tâm nghiên cứu triển khai (Khu Công nghệ cao TP HCM) Đề tài nghiên cứu, chế tạo kho hàng tự động là đề tài cấp nhà nƣớc do đội ngũ các kỹ sƣ thuộc Trung tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao TP.HCM) thực hiện trong 2 năm từ tháng 1/2009 - 12/2010 Hệ thống kho hàng tự động hoạt động có chiều dài 12m, rộng 1m và cao 5m. Tuy nhiên, có thể tăng chiều dài hoạt động của kho bằng cách lắp ráp thêm các phụ kiện. Kho hàng tự động gồm một hệ thống đƣờng ray ở giữa cho robot di chuyển, hai bên là hệ thống kệ hàng. Tốc độ di chuyển của robot theo chiều dài tối đa 1,5 m/giây và di chuyển theo chiều cao nhỏ hơn 1,5 m/giây. Trọng lƣợng nâng, lấy hàng một lần của robot đƣợc thiết kế tối đa 60kg. Ngoài robot chính có nhiệm vụ cất, lấy hàng trong kệ, còn có hai robot khác giữ nhiệm vụ nhập hàng và xuất hàng tự động ra vị trí cần thiết trong phạm vi bán kính 400m. Tất cả các robot này đƣợc điều khiển bằng mạng không dây. SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 2 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Hình 1.2 – Hoạt động thử nghiệm kho hàng tự động tại trung tâm Nghiên cứu Triển khai - Khu Công nghệ cao TP.HCM. Hệ thống kho hàng tự động có khả năng công nghệ: + Điều khiển robot nhập hàng vào dãy kệ, + Xuất hàng theo lệnh xuất; + Xác định vị trí hàng hóa chỗ nào; + Điều khiển robot chở hàng từ kho ra giao hàng ở khâu tiếp nhận nhịp nhàng; + Nắm đƣợc tình trạng của từng loại thiết bị, vật tƣ còn, hết, số lƣợng bao nhiêu để lên kế hoạch sản xuất. + Liên kết đƣợc với các phần mềm quản lý khác của doanh nghiệp nhƣ quản lý tài chính, nhân sự... Giao diện điều khiển đƣợc việt hóa nên rất tiện lợi cho ngƣời sử dụng có trình độ ngoại ngữ hạn chế. Phạm vi ứng dụng của kho hàng tự động này cũng vô cùng rộng, từ nhà máy chế tạo máy chế tạo vi mạch, chíp bán dẫn, dây chuyền lắp ráp ô tô. Ngoài ra, kho hàng tự động còn đƣợc dùng cho các doanh nghiệp bán lẻ, siêu thị cần giảm diện tích và thời gian lƣu kho, phân phối tự động cho các dãy bày hàng... Nó cũng hữu ích trong việc lƣu, cấp các hóa chất rủi ro cao cho con ngƣời trong các nhà máy hóa chất, xƣởng chế tạo vũ khí, đạn dƣợc. 1.1.1.3 Nghiên cứu giải pháp tự động hoá công đoạn bốc xếp sản phẩm ở công ty sản xuất kính nổi viglacera – VIFG. Giải pháp tự động hoá trong công đoạn bốc xếp sản phẩm ở nhà máy sản xuất kính nổi Viglacera – VIFG đã đƣợc bộ môn Kỹ thuật Điều khiển Tự động – SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 3 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động Khoa Cơ khí – Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG HCM cùng với công ty VIFG phối hợp nghiên cứu xây dựng. Các giải pháp thiết kế để tự động hoá công đoạn bốc xếp sản phẩm đã đƣợc thẩm định và đang đƣợc công ty xúc tiến triển khai tại Bình Dƣơng. Hình 1.3 – Giao diện điều khiển giám sát tổng thể của hệ thống bốc xếp tự động sản phẩm kính. Hệ thống này đã tự động hóa việc bốc xếp kính bằng tay sang bằng máy, góp phần tăng năng suất cũng nhƣ cải tiến trong việc lƣu kho. 1.1.2 Nghiên cứu ngoài nƣớc. 1.1.2.1 Automatic Storage and Retrieval System của Ultrastore. Hình 1.4 – Hệ thống kho tự động của Ultrastore. Các thông số kỹ thuật cơ bản. SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 4 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động + Tải trọng cho phép: 681 kg. + Chiều rộng tải: 254 – 1524 mm . + Chiều dài tải: 457 – 2438 mm . + Tốc độ chạy ngang tối đa: 182.9 m/phút. + Tốc độ chạy dọc tối đa: 83.8 m/phút. 1.1.2.2 Kiva Systems của ba kỹ sƣ ngƣời Mỹ(Peter Wurman, Mick Mountz, và Raffaello D'Andrea). Khác với các hệ thống kho cổ điển, các kệ hàng cố định và hệ thống robot sẽ nhập xuất vật tƣ, hệ thống Kiva dùng robot nâng kệ hàng lên 5cm so với mặt đất và di chuyển về phía công nhân.. Hệ thống kho này linh hoạt hơn nhiều so với các hệ thống kho tự động cổ điển. Trong hệ thống băng tải thông thƣờng, một công nhân có thể mang 200 đến 400 vật tƣ mỗi giờ, thì robot Kiva có thể đem đến cho công nhân 600 vật tƣ. Việc xây dựng hệ thống băng tải thƣờng tốn 12 đến 18 tháng thì hệ thống Kiva chỉ tốn vài tuần đến một tháng. Hình 1.5 – Hệ thống Kiva. Kiva có thể mang tải trọng từ 454 kg đến 1362 kg tùy theo loại. Vận tốc của Kiva là 1.3 m/s. 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. Qua việc tìm hiểu về hệ thống quản lý kho tự động trong và ngoài nƣớc, ta thấy việc phát triển hệ thống này trong nƣớc còn đang gặp nhiều hạn chế và không phù hợp với quy mô của đa số các công ty Việt Nam, còn trên thế giới cũng có SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 5 Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động những cải tiến đáng kể trong hệ thống này. Mục đích ở đây là cải tiến hệ thống quản lý kho, từ quản lý thô sơ chuyển sang tự động hóa quản lý sao cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. Vì hệ thống quản lý kho tự động là một hệ thống phức hợp vô cùng phức tạp nên đề tài ở đây đƣợc giới hạn cụ thể là tự động hóa khâu xuất nhập kho phù hợp với điều kiện thực tế ở công ty Việt Nam, nghiên cứu lập trình điều khiển tự động trên nền PLC của Siesmen và thiết kế lập trình giao diện HMI thông qua phần mềm WinCC để có thể thực hiện việcgiám sátvà điều khiển. 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phƣơng pháp nghiên cứu ở đây là bao gồm các hƣớng sau: + Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống SCADA. + Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần cơ khí của robot di động. + Nghiên cứu lập trình điều khiển robot chuyển động bằng PLC thông qua chƣơng trình Simatic Manager. + Nghiên cứu thiết kế giao diện HMI và kết nối PC với PLC điều khiển thông qua giao diện WinCC. 1.5 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN. Thời gian Tiến độ hoàn Ghi thực hiện thành Chú Tổng quan. 01/01 – 01/03 Hoàn thành 2 Cơ sở lý thuyết. 01/03 – 20/09 Hoàn thành 3 Thiết kế và gia công cơ khí. 10/07 – 23/09 Hoàn thành 4 Lập trình điều khiển PLC. 28/01 – 16/08 Hoàn thành 08/09 – 20/09 Hoàn thành STT Tên công việc 1 5 Thiết kế HMI và kết nối PC với PLC. 6 Tiến hành thử nghiệm 22/09 – 23/09 Hoàn thành 7 Hoàn tất luận văn 24/09 – 30/09 Hoàn thành 8 Báo cáo kết quả 1/10 – 31/10 Hoàn thành SVTH: Vƣơng Trí Dũng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 6