Đồ án tốt nghiệp lưu kho tự động sử dụng mã QR

1

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: ĐỒN QUANG HINH

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐA, KLTN ĐẠI HỌC/ CAO ĐẲNG CNKT CƠ ĐIỆN TỬ
TÊN ĐỀ TÀI ĐA, KHÓA LUẬN TN
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống lưu kho tự động sử dụng mã
QR

CBHD: TS.Nguyễn Anh Tú
Sinh viên: Đoàn Quang Hinh
Mã số sinh viên: 2018606181

NGÀNH: CNKT CƠ ĐIỆN TỬ

Hà Nội – Năm 2022


1

BỘ CƠNG THƯƠNG
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆPHÀNỘI
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:………………………………… Mã SV:…………………….

Lớp:………………..Ngành:……………………………… Khóa:…………..
Tên đề tài:…………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
Mục tiêu đề tài (Mục tiêu đề tài là các vấn đề mà ĐA/KLTN sẽ giải quyết.
Mục tiêu phải cụ thể và bám sát mục tiêu, chuẩn đầu ra của học phần ĐA/KLTN
quy định trong chương trình đào tạo)
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
...………………………………………………………………………………..
Kết quả dự kiến (Phần này liệt kê các nội dung, kết quả chính cần đạt được
của ĐA/KLTN và phải bám sát mục tiêu đề tài)
………………………………………………………………………………….
...……………………………………………………………………………….
…....……………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….
Thời gian thực hiện: từ …/…./20… đến …/…/20…
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


2
BỘ CƠNG THƯƠNG
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆPHÀNỘI
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐA/KLTN
Tên đề tài:……………………………………………………………………....
Họ tên sinh viên:…………………………..…… Mã SV:…………………….
Lớp:………………..Ngành:……………………………… Khóa:…………..
Tuần

Ngày kiểm
tra

Kết quả đạt được

Nhận xét của CBHD

Xác định đề tài nghiên cứu:
- Lý do chọn đề tài.
- Mục đích.
- Phạm vi ứng dụng.

1

21/03/2022

2

01/04/2022

3

Tìm hiểu về các hệ thống
lưu kho có sẵn và đưa ra
07/04/2022
những nhược điểm cịn tồn
tại.

4

16/04/2022

Kiểm tra của Bộ mơn

Xác định các chương, đề
mục của đề tài.

Nghiên cứu về cơ sở lý
thuyết liên quan đến đề tài.
□ Được tiếp tục

□ Không tiếp tục Ngày:………..

Đánh giá kết quả đạt được:…….%. TBM:…………………...............................

5

21/04/2022

- Phác thảo tổng thể hệ
thống lưu kho.

- Tính tốn, thiết kế hệ
thống cơ khí.

6

25/04/2022

Tìm hiểu và lập trình qt
QR code.

7

04/05/2022

Tìm hiểu và lập trình về
PLC.

8


3
…
Đánh giá chung:……………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………
Cho phép sinh viên bảo vệ ĐA/KLTN: □ Có

□ Khơng

Hà Nội, ngày … tháng… năm 20…
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)


4
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do
đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần
vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến
như vi xử lý, PLC, xử lý ảnh được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các
hệ thống điều khiển cơ khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được
thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã
được thiết lập trước.
Trong q trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc hạn
chế tối đa sức lao động của công nhân là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó
ngành cơng nghiệp ngày càng phát triển các cơng ty xí nghiệp đã đưa tự động
hóa vào sản xuất để thuận tiện cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho
toàn bộ hệ thống một cách hợp lý, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản
lý một cách dễ dàng và đạt hiệu quả cao trong sản xuất nhằm đáp ứng kịp thời
cho đời sống xã hội.
Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn nên nhóm
đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình lưu kho tự động sử dụng
mã QR” để giải quyết vấn đề lưu kho tự động ở nước ta.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, do thời gian có hạn và chắc chắn khơng
tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các
thầy cơ giáo để nhóm thực hiện bổ sung vào vốn kiến thức của mình.
Để hồn thành đề tài này nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Thầy
Nguyễn Anh Tú giáo viên hướng dẫn đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình để

chúng em có thể hồn thành tốt đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình
lưu kho tự động sử dụng mã QR”.
Xin chân thành cảm ơn!


5

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 9
1.1. Lịch sử nghiên cứu ......................................................................... 9
1.2. Các hệ thống lưu kho tự động điển hình ...................................... 10
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................ 14
1.4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 14
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ......................................... 14
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................... 14
CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG .15

2.1. Cấu tạo và quy trình cơng nghệ của hệ thống .............................. 15
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống ............................................................... 15
2.1.2. Quy trình cơng nghệ .............................................................. 16
2.2. Phương pháp nhận dạng mã QR .................................................. 16
2.2.1. Tìm hiểu về mã QR ............................................................... 16
2.2.2. Phương pháp nhận dạng mã QR ............................................ 18
2.2.3. Các cơ sở lý thuyết liên quan ................................................ 19
2.3. Phương pháp điều khiển sử dụng PLC......................................... 20
2.3.1. Tổng quan về bộ điều khiển PLC .......................................... 20
2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ............................................ 21
2.3.3. Các cơ sở lý thuyết liên quan ................................................ 23

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG
LƯU KHO TỰ ĐỘNG.................................................................................... 26
3.1. Thiết kế tổng thể hệ thống lưu kho .............................................. 26
3.2. Tính tốn thiết kế hệ thống cơ khí................................................ 26
3.2.1. Tính tốn thiết kế bộ truyền vitme [3] ................................... 26
3.3. Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển ......................................... 30
3.2.1. Tính chọn động cơ [30] ......................................................... 31
3.2.2. Bộ điều khiển trung tâm ........................................................ 39
3.2.3. Module TB-6560 Driver điều khiển động cơ bước ............... 42


6
3.2.4. Cảm biến quang điện ............................................................. 45
3.2.5. Công tắc hành trình ............................................................... 46
3.2.6. Nguồn xung DC 24V-10A..................................................... 47
3.2.7. Thiết bị đóng cắt nguồn điện ................................................. 47
3.2.8. Webcam quét QR................................................................... 48
3.4. Lắp ráp và chạy thử ...................................................................... 49
3.4.1. Lắp ráp ................................................................................... 49


7
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống ................................................................. 15
Hình 2.2 Cấu tạo mã QR ......................................................................... 17
Hình 2.3 Quy trình tạo và quét mã QR ................................................... 18
Hình 2.4 Cách sắp xếp nội dung mã nhị phân ........................................ 18
Hình 2.5 Giao diện Microsoft Visual Studio .......................................... 19
Hình 2.6 Sơ đồ khối vận hành của PLC.................................................. 21
Hình 2.7 Giao diện phần mềm TIA Portal .............................................. 23

Hình 2.8 Giao diện phần mềm WinCC ................................................... 24
Hình 3.1 Tổng thể hệ thống lưu kho ....................................................... 26
Hình 3.2 Vitme T8 đai ốc........................................................................ 30
Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ............................................... 30
Hình 3.4 Lực làm trục X di chuyển ........................................................ 32
Hình 3.5 Động cơ bước 17PM-K142U ................................................... 39
Hình 3.6 PLC S7-1200 ............................................................................ 40
Hình 3.7 Driver TB-6560 ........................................................................ 42
Hình 3.8 Sơ đồ nối dây ........................................................................... 43
Hình 3.9 Cảm biến quang điện E3F-DS30C4......................................... 45
Hình 3.10 Cơng tắc hành trình ................................................................ 46
Hình 3.11 Nguồn xung DC 24V-10A ..................................................... 47
Hình 3.12 Aptomat LS BKN 2P-50A ..................................................... 47
Hình 3.13 Webcam FullHD .................................................................... 48
Hình 3.14 Băng chuyền........................................................................... 49
Hình 3.15 Mơ hình khi hồn thành phần cơ khí ..................................... 49
Hình 3.16 Mơ hình khi lắp hệ thống điện ............................................... 50


8

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 ............................................. 39
Bảng 3.2 Setup dòng cho động cơ bước ................................................. 44
Bảng 3.3 Cài đặt vi bước cho Driver ...................................................... 44


9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
1.1. Lịch sử nghiên cứu

Hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho bắt đầu được giới thiệu từ cuối
những năm 1960 và phổ biến rộng hơn vào thập niên 1970 và 1980. Công năng
đầu tiên của hệ thống chỉ là kiểm tra và bốc xếp các pallet hai khay chứa kiện
hàng linh kiện. Mục đích là giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện
tích kho chứa ra kiểm tra và theo dõi hàng hóa khơng bị đánh cắp hay thay đổi
không được phép nhất là giảm cơng suất lao động bốc xếp hàng hóa.
Vào thời kỳ sơ Khai (1960-1980) ”Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự
gắn kết hoạt động các trang bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ
và xuất kho so với độ chính xác vận hành, tốc độ xử lý cao trong giới hạn của
cấp độ tự động hóa được áp dụng ảnh”.
Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh mẽ của tự động hóa. Hệ
thống tự động hóa lưu kho là một trang thiết bị (device) tự động nhận dịng
chuyển đến với kích cỡ thường là đồng nhất không cao, phân loại lại, lưu trữ
tạm thời, sau đó đó Theo các điều kiện và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập
kết để được chuyển đến vị trí u cầu. Tất cả các cơng đoạn được thực hiện với
mức độ tự động hóa cao, loại bỏ việc cần nhân lực điều khiển các công đoạn
này hay không.
Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hợp cơ giới
hóa và điều khiển tự động với một số công đoạn của quy trình nhập/lưu/xuất
kho. Ngày nay hệ thống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử
(mechatronics). Ở mức độ tự động hóa cao, sao phân phối hệ thống sản xuất
thông minh. Sự phát triển của kho hàng tự động là những bước tiến quan trọng
trên con đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time”. Đáp ứng kịp thời nhu
cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế. “Just in time” là một hệ thống điều
hành sản xuất mà trong đó các luồng nguyên nhiên vật liệu, hàng hóa và sản
phẩm lưu hành trong q trình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết


10
nhất trong từng bước, sao cho qui trình tiếp theo có thể thực hiện ngay khi qui

trình hiện thời chấm dứt.
Để đáp ứng nhu cầu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho
và xuất kho, trên thế giới đã có các cơng ty nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự
động hóa lưu kho và xuất kho cho các kho hàng, kho chứa bưu phẩm như
Daifuku(Nhật), Dematic Corp, FKI logistex, Phoenix Wesifalia, Technologies,
Bastian-BMH (Mỹ), Union Rack,Manufacturing Co…Najing Zhongyang
Racking (Trung Quốc),…
Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen, KJ và Vis.I.F.A, hiện nay có
khoảng hơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa
lưu/xuất kho được cơng bố.
Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng
hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với
quy mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay.
- Ở các siêu thị lớn, bưu điện chuyển phát nhanh, ngân hàng, thư viện lớn,
các bãi đỗ xe,…

Hình 1.1 Lưu xuất kho
1.2. Các hệ thống lưu kho tự động điển hình
❖ Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng (Unit load
AS/RS):


11

Loại kho này thiết kế cho các kiện hàng cùng hàng tải trọng (Unit load),
hoặc cùng hạng kích cỡ, ví dụ hàng hóa được đựng trong các thùng hàng chuẩn
hóa, hoặc cùng kiểu bốc xếp. Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng
hạng bộ phận gắp của Robot S/R có thể thiết kế chun dụng, ví dụ cùng cơ
cấu kẹp cơ khí hoặc bàn kẹp chân khơng, bàn kẹp từ tính. Đồng thời kết cấu

cũng được tính tốn cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ.
Hệ thống lưu kho tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ
thống băng chuyền và thường được sử dụng trong kho hàng hóa các xí nghiệp,
trong các kho chứa ơ tơ.

Hình 1.2 Hệ thống AS/RS tải đồng hạng (Unit load AS/RS) [7]
❖ Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ (Mini load AS/RS):
Là hệ thống Mini Load AS/RS thiết kế cho trường hợp các kiện hàng
trọng tải nhỏ. Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở khơng có mặt
bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ,…và
thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo. Các xí nghiệp, các
cơ sở dịch vụ lại hay sử dụng các loại hệ thống lưu kho này.


12

Hình 1.3 Hệ thống AS/RS tải nhỏ (Mini load AS/RS) [8]
❖ Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành (Man on boaded
AS/RS):
Là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận
hành ở một cơng đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp hàng,
nhặt hàng như hình (1.4). Hệ thống này thích hợp với những loại mặt hàng dạng
các chi tiết máy để rời. Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ.
Nhưng có thể thích hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ.

Hình 1.4 Kho bán tự động (xếp/nhặt hàng bằng tay) [9]


13
❖ Kho chiều sâu (Deep lane AS/RS):

Là hệ thống tự động AS/RS tuyến sâu (deep lane) chỉ có đặc điểm khác là
chiều sâu của kho tương đối lớn nên cất trữ được nhiều khoang hàng hơn.

Hình 1.5 Kho chiều sâu (Deep lane AS/RS) [9]
❖ 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 số lượng nhiều (chất hàng chồng lên nhau).
- Rất khó kiểm sốt số lượng hàng hóa ra vào trong kho.
- Mất nhiều thời gian cho việc xuất nhập 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 chống trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra
khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot 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 nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho
việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm nhân cơng,…
Chính nhu cầu và lý do đó mà chúng em tiến hành thiết kế, thi công hệ
thống lưu kho tự động sử dụng mã QR với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều
khiển thông qua hệ thống SCADA.


14
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Sử dụng các kiến thức chuyên ngành đã học về cảm biến, tự động hóa, vẽ
kỹ thuật kết hợp với thực tiễn để nghiên cứu thiết kế hệ thống với các chức
năng được thực hiện hoàn toàn tự động từ cơ cấu cấp chai cấp nước đến cơ cấu
đóng thùng.
Hệ thống có thể vận hành ở 2 chế độ tự động và thủ công. Điều khiển dễ
dàng thông qua các nút nhấn và có sự giám sát quy trình trên thiết bị truyền

thơng cho nhận như máy tính hoặc màn hình hiển thị HMI.
Hệ thống đáp ứng chính xác về vị trí.
Hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài và đảm bảo an tồn bằng
một cơ chế cảnh báo khi có lỗi xảy ra.
Lập trình và mơ phỏng được hoạt động của hệ thống, tính tốn các kết cấu
cơ khí và điều khiển trên các phần mềm mô phỏng chuyên dụng và vẽ 3D.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Tìm hiểu qua sách vở, tài liệu trên các diễn đàn.
- Tìm hiểu về các bài tốn, mơ hình hóa giúp cho việc tính tốn và
chọn các trang thiết bị điện và cơ khí.
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm biến, bộ
điều khiển điển hình trong điều khiển một hệ thống lưu kho tự động.
- Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển
lưu kho cho bộ điều khiển PLC.
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu hệ thống lưu kho tự động trên thực tế hoặc các mơ hình
của đề tài trước.
- Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7& WinCC) và
Microsoft Visual Studio để điều khiển hệ thống.
- Sử dụng phần mềm NX CAD để thiết kế hệ thống cơ khí.


15
CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

2.1. Cấu tạo và quy trình cơng nghệ của hệ thống
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng của khối:
+ Khối Camera: Dùng để quét mã QR.
+ Khối giám sát: Gồm các thiết bị như màn hình HMI, máy tính,… có chức
năng giám sát hoạt động của hệ thống.
+ Khối cảm biến: Gồm các thiết bị như những cảm biến, cơng tắc hành
trình,… có chức năng thu tín hiệu từ bên ngồi.
+ Khối PLC: Có chức năng điều khiển toàn hệ thống.
+ Khối nguồn: Gồm các thiết bị như aptomat, bộ chuyển đổi nguồn, ổn áp,…
có chức năng cấp nguồn cho tồn hệ thống.
+ Khối cơ cấu chấp hành: Gồm các thiết bị như motor, hệ truyền động,… có
chức năng di chuyển và điều khiển các cơ cấu.


16

2.1.2. Quy trình cơng nghệ
Quy trình nhập hàng:
Bước 1: Kiểm tra hàng có ở băng chuyền.
Bước 2: Đưa hàng đến vị trí quét QR code.
Bước 3: Quét QR xác định xem hàng ở vị trí nào.
Bước 4: Cơ cấu vận chuyển hàng lấy hàng.
Bước 5: Vận chuyển hàng vào kho.
Quy trình xuất hàng:
Bước 1: Kiểm tra hàng có ở trong kho.
Bước 2: Trên màn hình giám sát chọn vào ơ hàng muốn lấy.
Bước 3: Cơ cấu vận chuyển hàng lấy hàng.
Bước 4: Vận chuyển hàng ra băng chuyền.
2.2. Phương pháp nhận dạng mã QR

2.2.1. Tìm hiểu về mã QR
- Khái niệm: QR code là viết tắt của Quick response code hay còn gọi là mã
vạch ma trận (matrix-barcode), là dạng mã vạch hai chiều (2D) có thể
được đọc bởi một máy đọc mã vạch hay điện thoại thơng minh có chức
năng chụp ảnh với ứng dụng chuyên biệt để quét mã vạch.
- Đặc điểm của mã QR:
+ Một mã QR có thể chứa đựng một địa chỉ web (URL), các thông tin liên
hệ của cá nhân hoặc doanh nghiệp như sản phẩm, địa chỉ email, số điện
thoại, địa chỉ nhà, tin nhắn SMS,…Cũng tùy thuộc vào thiết bị đọc mã
QR mà khi quét nó sẽ dẫn tới một trang web, gọi đến một số điện thoại,
xem một tin nhắn,…
+ Có thể nhập tối đa 7.089 chữ số hoặc 4.296 ký tự, bao gồm cả dấu câu
và ký tự đặc biệt trong một mã. Ngoài các số và ký tự, từ và cụm từ
cũng có thể được mã hóa. Khi có thêm dữ liệu được thêm vào mã QR,
kích thước mã sẽ tăng lên và cấu trúc mã cũng trở nên phức tạp hơn.
- Cấu tạo của mã QR: gồm nhiều hình vng màu đen với nền trắng được
sắp xếp trong một lưới hình vng, trong đó một số ơ dùng để cảm biến
hình ảnh định vị (3 ơ vng lớn ở 3 góc), cịn lại chứa thơng tin định dạng,
phiên bản, dữ liệu và mã sửa lỗi (ECC – phương pháp phát hiện và sửa lỗi
xảy ra khi truyền dữ liệu).


17

Hình 2.2 Cấu tạo mã QR
Trong đó:
+ (1) Hoa văn định vị (Finder pattern): Các hoa văn định vị nằm ở 3 góc của
mã QR. Mục đích của chúng là biểu thị hướng cho mã, giúp camera có thể
xác định được phạm vi mã cũng như đọc thông tin ngay trong trường hợp
mã bị biến dạng.

+ (2) Thông tin định dạng (Format Information): Các mẫu định dạng có chức
năng sửa lỗi, quyết định mức độ sửa lỗi của mã QR. Để giúp cho việc cân
bằng giữa các ô đen và trắng trên mã, chức năng Mask được thiết lập. Dựa
vào 8 loại nguyên tắc, các thông tin lưu trên mã QR vẫn đảm bảo sự toàn
vẹn cũng như màu sắc của các ô đen trắng để bảo đảm sự cân bằng.
+ (3) Vùng dữ liệu (Data): Chứa những dữ liệu thực tế.
+ (4) Mô-đun (Module): Các ô đen mã QR chứa các đoạn mã nhị phân và
mang giá trị là 1, các ơ trắng có giá trị là 0. Tập hợp các ơ chính là các thơng
tin lưu trữ vào mã QR.
+ (5) Ký hiệu căn chỉnh (Alignment pattern): Giúp định hướng mã QR, có thể
giải mã từ mọi góc độ. Ngay cả khi mã đang ngược hoặc ở một góc khác,
máy vẫn có thể đọc được mã một cách dễ dàng.


18
+ (6) Mẫu thời gian (Timing pattern): Khi sử dụng mẫu này, máy quét có thể
biết được độ lớn của ma trận dữ liệu.
+ (7) Thông tin phiên bản (Version pattern): Chỉ định phiên bản của mã QR,
được xác định bởi số lượng mơ-đun. Hiện tại, có tất cả 40 phiên bản từ 1
đến 40. Phiên bản 1 gồm 21 mô-đun, mỗi phiên bản tiếp theo sẽ tăng thêm
4 mô-đun cho đến khi đạt đến phiên bản 40 với tổng số 177 mơ-đun. Càng
nhiều mơ-đun bên trong mã QR, nó sẽ có nhiều dung lượng lưu trữ hơn. Đối
với mục đích tiếp thị, thường dũng mã QR với phiên bản từ 1 đến 7.
+ (8) Vùng yên tĩnh (Quiet zone): Đây là không gian trống xung quanh mã,
cho phép bộ đọc mã phân biệt mã QR với môi trường xung quanh.
2.2.2. Phương pháp nhận dạng mã QR
Tạo mã QR
Nội dung cần tạo

Mã nhị phân

Quét mã QR

Hình 2.3 Quy trình tạo và quét mã QR
- Nội dung muốn tạo được mã hóa thành mã nhị phân rồi đưa vào mã QR
theo dạng ô vuông (đen là 1, trắng là 0).
- Nội dung được xếp từ dưới lên trên, từ phải sang trái.

Hình 2.4 Cách sắp xếp nội dung mã nhị phân


19
2.2.3. Các cơ sở lý thuyết liên quan
❖

Ngôn ngữ lập trình C#
C# là một ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi

Microsoft, dựa trên C++ và Java. Được giới chuyên môn nhận định là một ngôn
ngữ lập trình đơn giản, hiện đại, hướng đến nhiều mục đích sử dụng. Ngồi ra,
tính mạnh mẽ, sự bền bỉ và năng suất của việc lập trình cũng là một điểm mạnh
của ngơn ngữ này.
❖

Phần mềm Microsoft Visual Studio

Hình 2.5 Giao diện Microsoft Visual Studio
Đây là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft. Nó được
sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như
các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web. Trong luận văn, Visual
Studio được sử dụng để lập trình để giao tiếp giữa Arduino, máy tính và PLC.

Có rất nhiều ngơn ngữ để cho bạn có thể lập trình trên mơi trường này gồm có
C, C++, C#, Visual Basic, Java và Python. Ngồi ra cũng có rất nhiều ứng dụng
mà bạn có thể xây dựng ở đây như Windows Forms Designer, Web designer
hoặc là Mapping designer. Microsoft cung cấp phiên bản“Express” đối với
phiên bản Visual Studio từ 2013 trở về trước và “Community” đối với bản
Visual Studio từ 2015 trở về sau. Đây là phiên bản miễn phí củaVisual Studio
vàc ũng là phiên bản được sử dụng trong luận văn này.


20

❖

Thư viện S7.net
S7.net là trình điều khiển PLC và chỉ hoạt động với PLC thơng qua

Ethernet. S7.net được viết hồn tồn bằng C#, tương thích dịng PLC S7.
2.3. Phương pháp điều khiển sử dụng PLC
2.3.1. Tổng quan về bộ điều khiển PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập
trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thực tốn điều khiển logic thong
qua một ngơn ngữ lập trình. người sử dụng có thể lập trình để thực hiện mơt
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích
tác động vào plc hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời
gian được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF
các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển
lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu
ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người
ta đã chế tao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức
tạp
- Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như máy tính, nối mạng,
các module mở rộng
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và
các logic thời gian. Tuy nhiên bên canh đó việc địi hỏi tăng cường dung lượng
nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả.
Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công
nghiệp, các tập lệnh nhanh chống đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh
đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC
có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn. Trong PLC phần cứng CPU và


21
chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và sử lí hệ thống, chức
năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình.
Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc
điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng
chức năng cửa quy trình cơng nghệ. Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong
bộ nhớ PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách
dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lí nào so với các bộ dây nối hay
Relay.

Hình 2.6 Sơ đồ khối vận hành của PLC
2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
❖

Cấu tạo:

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM.
- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lý các thuật tốn.
- Các modul vào/ra tín hiệu.
❖

Ngun lý hoạt động:

- Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưa
vào CPU thông qua module đầu vào. Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào
thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra


22
các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập
trình sẵn.
- Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền
thơng nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu
kỳ quét hay 1 vịng qt (Scan Cycle).
- Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn
(từ 1ms-100ms). Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ
xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp
giữa PLC và thiết bị ngoại vi.
❖

Phân loại
Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị: Các loại PLC

thơng dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C. Thông
thường S7-200 được phân ra làm 3 loại chính:

- Loại AC/DC/RLY:
+ Nguồn ni: 120 – 240VAC
+ Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC).
+ Ngõ ra: Relay.
+ Ưu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra

ở nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V…)
+ Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng

không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Output tốc độ
cao.
-

Loại DC/DC/RLY

+ Nguồn ni: 24VDC
+ Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC).
+ Ngõ ra: Relay.
+ Ưu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra

ở nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V…)


23
+ Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng

không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Output tốc độ
cao…Hơn nữa nó lại cần nguồn ni 24VDC, do vậy cần phải có bộ nguồn
DC kem theo.
- Loại DC/DC/DC:

+ Nguồn ni: 24VDC
+ Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC).
+ Ngõ ra: Tranzitor.
+ Ưu điểm của loại này là dùng ngõ ra transistor. Do đó có thể sử dụng ngõ

ra này để biến điệu độ rộng xung, Output tốc độ cao…
+ Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể
sử dụng một cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong
những ứng dụng có cấp điện áp khác nhau. Trong trường hợp này, phải
thơng qua một Relay 24VDC đệm. Hơn nữa nó lại cần nguồn ni 24VDC,
do vậy cần phải có bộ nguồn DC kèm theo.
2.3.3. Các cơ sở lý thuyết liên quan
❖

Phần mềm TIA Portal

Hình 2.7 Giao diện phần mềm TIA Portal
TIA Portal (Total Intergrated Automation Portal) là tên một phần mềm
dùng để lập trình cho thiết bị có tên là bộ điều khiển logic (Programmable Logic
Controller) trong công nghiệp , khơng giống như các phần mêm lập trình trước,


24
TIA Portal tích hợp hết các chức năng từ lập trình , giả lập cpu hay thiết kế cả
giao diện người – máy . Đây là phiên bản hoàn thiện nhất cho việc thiết kế trọn
bộ hệ thống điều khiển bằng PLC của Siemens.
Ngồi lập trình cơ bản TIA Portal cịn hỗ trợ một số tính năng nổi bật như:
+ Hỗ trợ lập trình truyền thống trực tiếp trên phần mềm: Giao diện
HMI,WinCC, truyền thông Profbus…với giao diện và tập lệnh sử dụng.
+ Dễ dàng thiếp lập cấu hình kết nối giữa các thiết bị trong mạng truyền

thống.
+ Hỗ trợ mơ phỏng một các trực quan các dịng PLC mới nhất của Siemens
với PLCSIM.
Có thể nói TIA Portal là phần mềm được Siemens phát triển nhằm thay
thế các phần mềm chun dụng khác cho các dịng PLC.
❖

Phần mềm WinCC

Hình 2.8 Giao diện phần mềm WinCC
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng do mạng HMI,
Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như cơng nghiệp đã được tích hợp trong
gói phần mềm Tia Portal của Siemens.
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng
để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Nói rõ hơn,