Thiết kế hệ thống lưu kho tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

MAI THẾ NAM

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
THEO MÃ QR SỬ DỤNG PLC S7-1200

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà Nẵng, 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
THEO MÃ QR SỬ DỤNG PLC S7-1200

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

GVHD: Th.S NGUYỄN PHẠM CÔNG ĐỨC
SVTH : MAI THẾ NAM
LỚP : K25 EDT2
MSSV : 25211703131

Đà Nẵng, 2023

i

PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

A. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:

------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ngày … tháng … năm 2023
Giảng viên hướng dẫn

Th.S. Nguyễn Phạm Công Đức

B. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN:

------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ngày … tháng … năm 2023
Giảng viên phản biện

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động theo mã
QR sử dụng PLC S7 -1200” do sinh viên Mai Thế Nam thực hiện dưới sự
hướng dẫn của thầy Nguyễn Phạm Công Đức. Đề tài, nội dung đề tài là sản
phẩm mà tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường cũng như
tham khảo tài liệu. Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực, có
nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ theo đúng quy định.

Tác giả

Mai Thế Nam

iii
LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,

đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.s Nguyễn Phạm Công Đức –

Giảng viên hướng dẫn đề tài đồ án tốt nghiệp này, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ

bảo em trong suốt quá trình làm đề tài.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong trường Đại học Duy

tân nói chung, các thầy cô trong Bộ môn trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đã dạy

dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp

em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá

trình học tập.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều

kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ

án tốt nghiệp.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên,

luận văn này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ

bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cơ để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức

của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2023

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

Mai Thế Nam Th.s Nguyễn Phạm Công Đức

iv

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN

- Sử dụng băng tải để đưa hàng hóa cần được nhập hoặc xuất trước hệ thống nâng
hạ vận chuyển hàng hoá vào kho lưu trữ.

- Hệ thống nâng hạ vận chuyển sẽ đưa hàng hóa đến từng vị trí trong ơ hàng
và ghi nhớ vị trị đó.

- Khi có hàng nằm ở vị trí nào trên màn hình HMI của PLC S7 1200 sẽ hiện
thị lên vị trí ở đó để người quản lý dễ kiểm soát.

- Sử dụng phầm mềm Win CC trong TIA Portal để mô phỏng hệ thống.
- Số lượng hàng chứa tùy thuộc diện tích của nhà kho.
- Sử dụng WinCC và màn hình HMI để điều khiển và giám sát.
- Đề tài hướng đến việc sử dụng quản lý kho hàng trong thực tiễn thông qua
các thực nghiệm được thực hiện trên phần mềm ảo của TIA Portal.

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2023
Cán bộ hướng dẫn

Th.s Nguyễn Phạm Công Đức

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................iii
NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN.......................................................iv
MỤC LỤC CÁC BẢNG........................................................................................viii
MỤC LỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................ix
TĨM TẮT................................................................................................................xi

LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.................................................................2
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................2

1.1.1. Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động (Automated Strorage &
Retrieval System)..............................................................................................3
1.1.2. Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống lưu kho hiện có:..................4
1.2. MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG...............................................................................6
1.2.1. Mục tiêu..................................................................................................6
1.2.2. Ý tưởng...................................................................................................7
1.3. BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA................................................................................7
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................8
1.5. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC....................................................................8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................9
2.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG KHO TỰ ĐỘNG....................9
2.1.1. Hệ thống vận chuyển...............................................................................9
2.1.2. Hệ thống xuất nhập...............................................................................10
2.1.3. Hệ thống lưu trữ....................................................................................11
2.2. GIỚI THIỆU VỀ MÃ QR.................................................................................12
2.2.1. Tổng quan về mã QR............................................................................12
2.2.2. Lợi ích của mã QR trong phân loại hàng hóa........................................13
2.2.3. Cách hoạt động của mã QR...................................................................14
2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG............................................14
2.4. CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG CHÍNH CỦA KHO HÀNG TỰ ĐỘNG....15
2.4.1. Hệ thống băng tải hàng.........................................................................15
2.4.2. Hệ thống nâng hạ di chuyển hàng hóa..................................................15
2.5. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ..............................................16
2.5.1. Sơ đồ khối kết nối của hệ thống............................................................16
2.5.2. Quy trình cơng nghệ..............................................................................17

vi

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ
THỐNG................................................................................................................... 20
3.1. LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM...............................................20

3.1.1. PLC S7 – 1200......................................................................................20
3.2. LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG............22

3.2.1. Băng tải hàng........................................................................................22
3.2.1.1. Thông số kỹ thuật băng tải.................................................................22
3.2.2. Hệ thống nâng hạ vận chuyển hàng hóa................................................23
3.2.2.1. Lựa chọn cơ cấu truyền động.............................................................23
3.2.2.2. Tính toán lựa chọn động cơ:...............................................................24
3.2.2.3. Lựa chọn thiết bị cơ cấu truyền động tĩnh..........................................27
3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG......................29
3.3.1. Webcam Logitech C310........................................................................29
3.3.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN.................................30
3.3.3. Cảm biến quang OMRON EE -SX671..................................................31
3.3.4. Cơng tắc hành trình V-153-1C25..........................................................32
3.3.5. Nút nhấn nhả 24V mã LA38.................................................................33
3.3.6. Nguồn tổ ong 24V – 10A......................................................................34
3.3.7. Màn hình HMI......................................................................................35
3.3.8. Động cơ bước........................................................................................36
3.3.8.1. Chọn driver cho động cơ bước...........................................................36
3.3.8.2. Phương pháp điều khiển động cơ bước..............................................38
3.3.8.3. Các khối điều khiển động cơ trong TIA Portal...................................39
3.4. SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY...........................................................................................40
3.5. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ STEP.........................................42
3.5.1. Phần mềm labview................................................................................42

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀ MƠ
HÌNH HỆ THỐNG..................................................................................................44
4.1. THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỦA HỆ THỐNG........................................................44
4.2. LƯU ĐỒ THUẬT TỐN.................................................................................45
4.3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG...............................................48
4.3.1. Các Input và Output của hệ thống.........................................................48
4.4. CÀI ĐẶT THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO ĐỘNG CƠ STEP..........................52
4.5. THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN HMI, WINCC VÀ LABVIEW......54
4.5.1. Thiết kế giao diện giám sát trên HMI....................................................54
4.5.2. Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC...............................................57

vii

4.5.3. Thiết kế và lập trình giao diện quét mã QR trên phần mềm Labview kết
nối với PLC thông qua phần mềm KEPSever.................................................58
4.6. MÔ TẢ CHI TIẾT HỆ THỐNG THỰC TẾ.....................................................61
CHƯƠNG V: KIỂM THỬ, KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ......................................63
5.1. Kiểm thử...........................................................................................................63
5.2. Kết luận...........................................................................................................65
5.3. Đánh giá............................................................................................................ 66
5.4. Hướng phát triển đề tài:...................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................67

viii

MỤC LỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống hiện nay..................4
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200...........................................................21
Bảng 3.2: Thông số băng tải....................................................................................22

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản E18-D80NK...................................31
Bảng 3.4: Thông số kĩ thuật Cảm biến quang OMRON EE -SX671.......................32
Bảng 3.5: Thơng số kĩ thuật cơng tắc hành trình V-153-1C25.................................33
Bảng 3.6: Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 24V-10A...............................................35
Bảng 3.7: Chức năng các khối điều khiển động cơ trong TIA Portal.......................39
Bảng 3.8: Các khối chính trong chương trình xử lý mã QR của đề tài trong
LabVIEW................................................................................................................ 43
Bảng 4.1: Chân kết nối đầu vào của hệ thống..........................................................48
Bảng 4.2: Chân kết nối đầu ra của hệ thống............................................................49
Bảng 5.1: Bảng kiểm thử thiết bị hệ thống..............................................................63
Bảng 5.2: Tỉ lệ phần trăm hàng hóa phân loại được theo cường độ ánh sáng và chiều
cao.………………..………………………………………………………………..64

ix

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay...........................................................2
Hình 1.2: Hệ thống kho hàng tự động........................................................................3
Hình 2.1: Hệ thống kho hàng tự động........................................................................9
Hình 2.2: Cơ cấu robot vận chuyển sản phẩm vào kho............................................10
Hình 2.3: Mã QR của một hàng hóa........................................................................11
Hình 2.4: Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống............................................................16
Hình 2.5: Quy trình cơng nghệ................................................................................18
Hình 3.1: PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC mã 6ES7215-1AG40-0XB0..........20
Hình 3.2: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt....................................................................23
Hình 3.3: Truyền động đai.......................................................................................23
Hình 3.4: Thanh ray trượt trịn.................................................................................24
Hình 3.5: Khớp nối trục mềm 8mm.........................................................................27
Hình 3.6: Thanh trượt trịn 8mm..............................................................................27

Hình 3.7: Bạc đạn đỡ trục KLF08...........................................................................28
Hình 3.8: Bạc đạn đỡ trục KP08..............................................................................28
Hình 3.9: Trục vít me T8.........................................................................................28
Hình 3.10: Con trượt vng SC 8UU 8mm.............................................................29
Hình 3.11: Gối đỡ đai ốc Vitme T8 vng..............................................................29
Hình 3.12: Webcam Logitech C310........................................................................30
Hình 3.13: Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK.......................................31
Hình 3.14: Cảm biến quang OMRON EE-SX674...................................................32
Hình 3.15: Cơng tắc hành trình V-153-1C25...........................................................33
Hình 3.16: Nút nhấn nhả 24V mã LA38..................................................................33
Hình 3.17: Nguồn tổ ong 24V – 10A.......................................................................34
Hình 3.18: Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong 24V..........................................34
Hình 3.19: Màn hình HMI mã KTP400 comfort 6AV2 124-2DC01-0AX0............36
Hình 3.20: Động cơ bước (step motor) loại 57........................................................36
Hình 3.21: Mạch driver động cơ bước TB6600.......................................................37
Hình 3.22: Sơ đồ đấu dây cho băng tải....................................................................40
Hình 3.23: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển.............................................................41
Hình 3.24: Sơ đồ đấu dây driver điều khiển động cơ TB 6600................................42
Hình 3.25: Phần mềm Labview...............................................................................42
Hình 4.1: Bản thiết kế mơ phỏng 3D.......................................................................44
Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính......................................................45

x

Hình 4.3: Lưu đồ thuật tốn chương trình con NHAPHANG..................................46

Hình 4.4: Lưu đồ thuật tốn chương trình con XUATHANG.................................47

Hình 4.5: Input của hệ thống...................................................................................48

Hình 4.6: Output của hệ thống.................................................................................48

Hình 4.7: Danh sách chương trình của hệ thống......................................................49

Hình 4.8: Cài đặt chân kết nối giữa PLC và Driver điều khiển động cơ..................52

Hình 4.9: Cài đặt thơng số Pulses per motor revolutation cho động cơ...................53

Hình 4.10: Thiết lập thơng số tốc độ tối đa của động cơ.........................................53

Hình 4.11: Giao diện home......................................................................................54

Hình 4.12: Giao diện SCREEN...............................................................................54

Hình 4.13: Giao diện màn hình CHECK.................................................................55

Hình 4.14: Giao diện màn hình AUTO....................................................................55

Hình 4.15: Giao diện màn hình MANU...................................................................56

Hình 4.16: Giao diện màn hình khoảng cách...........................................................56

Hình 4.17: Giao diện màn hình bảng điều khiển.....................................................57

Hình 4.18: Giao diện WinCC của hệ thống.............................................................58

Hình 4.19: Chương trình xử lí mã QR ở LabVIEW................................................59

Hình 4.20: Màn hình hiển thị ở LabVIEW..............................................................60

Hình 4.21: Đèn hiển thị phát hiện có vật và khung hiển thị dữ liệu của mã code quét

được........................................................................................................................ 60

Hình 4.22: Đèn phân loại hàng................................................................................60

Hình 4.23: Hình ảnh thực tế hệ thống......................................................................61

Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn phần trăm nhận diện mã QR ở cường độ

ánh sáng 250(Lux)

.......................................................................................................

64

Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn phần trăm nhận diện mã QR ở cường độ

ánh sáng 450(Lux)

……………………………………………………………………………65

xi

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống lưu kho tự động theo mã QR sử dụng PLC
S7 – 1200.

Sinh viên thực hiện: Mai Thế Nam

Lớp: K25-EDT2
Đề tài tập trung việc thiết kế ý tưởng, xây dựng chương trình điều khiển và
mơ phỏng cách thức hoạt động của hệ thống trên Win CC và HMI trong TIA Portal
để mô phỏng hệ thống.
Các công việc chính của đề tài:
1. Tìm hiểu, tính tốn để chọn các thành phần của hệ thống.
2. Lựa chọn phương án phù hợp để xây dựng thuật tốn lập trình cho hệ
thống nhằm logic, tối ưu.
3. Thiết kế giao diện WinCC và HMI để điều khiển và giám sát.
4. Kết nối chương trình điều khiển với mơ hình mơ phỏng trên WinCC và
HMI trong TIA Portal và mô phỏng hoạt động của hệ thống.
Nội dung cuốn báo cáo được chia thành các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Tính tốn và lựa chọn thành phần chính của hệ thống.
Chương 4: Thiết kế mơ hình hệ thống,chương trình điều khiển và giao diện
giám sát.
Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài, với các kết quả đạt được như sau:
- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống lưu kho
- Thiết kế được hệ thống tự động hoá nhập, lưu và xuất kho phù hợp với điều
kiện thực tế
- Mô phỏng 3D được hoạt động của hệ thống lưu kho
- Đề xuất cải tiến hoặc có hướng cải tiến để ứng dụng vào thực tế tiện lợi và
có ích hơn thực tế hiện tại

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển, mọi công ty, tổ chức đều cố gắng tối

ưu hóa dây chuyền sản xuất cũng như chuỗi cung ứng của mình. Lưu kho có một vị
trí vơ cùng quan trong trong chuỗi cung ứng. Là một phần cốt lõi của quản lý hậu
cần, kho không chỉ liên kết quan trọng cơ bản cho sự thành công của chuỗi cung
ứng lớn. Thay vì cách lưu trữ hàng hóa thủ cơng tốn nhiều diện tích và nhân cơng
lao động, nhiều cơng ty trên thế giới đã trang bị hệ thống kho hàng tự động cho văn
phịng, nhà xưởng của mình…Với việc ứng dụng cơng nghệ cao trong việc cất giữ
hàng hóa, giờ đây chúng ta có thể quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có
hệ thống và có tính linh hoạt cao, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm giá
thành hoạt động.

Sự ra đời của mã QR đã giúp đỡ rất nhiều những người trực tiếp làm việc
với mặt hàng có dán mã QR, năng suất lao động và hiệu quả cơng việc tăng lên. Nó
thực sự đem lại lợi ích rất lớn cho các doanh nghiệp trong nền kinh tế thị trường
ngày nay. Hiện nay các loại hàng hóa muốn đem bán tại các siêu thị trong nước
cũng như xuất khẩu ra nước ngoài đều phải có mã số mã QR. Hơn nữa, mã số mã
QR trên hàng hóa cần được thể hiện chính xác và đúng đắn theo những tiêu chuẩn
quốc tế đã quy định.

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của
thầy cơ giáo trong ngành Điện tự động, em đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất
định. Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo em được giao đề tài: “Thiết
kế hệ thống lưu kho tự động theo mã QR sử dụng PLC S7-1200”.

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân, kiến thức nhận được trong quá trình học
vừa qua và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy Nguyễn Phạm Cơng Đức,
em đã hồn thành đề tài đúng thời hạn. Do thời gian làm đề tài có hạn và trình độ cịn
nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được ý
kiến đóng góp của các thầy cơ để đề tài này được hồn thiện hơn nữa.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phạm Công Đức, và các thầy cô

giáo trong ngành điện tự động đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua.

2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nền cơng nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang
phát triển mạnh mẽ. Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc
mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó khơng tận
dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng
hoá kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng. Trong
thời kỳ cơng nghiệp hố, hiện đại hố ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hàng
hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó đã nảy sinh cần
có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những
hạn chế của các kho hàng cũ.
Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này
rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện. Nhưng trong đó
chủ yếu là sử dụng nhân cơng để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các
máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.
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).
- Không 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.
- 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 chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các

hệ thống kho tự động được sử dụng robot 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 bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho
việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm được nhân công …
Dưới đây là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc dỡ hàng hóa cơ bản hiện nay:

Hình 1.1: Các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay.

3

Hình 1.2: Hệ thống kho hàng tự động.
Nếu chúng ta áp dụng định nghĩa “thông minh” vào kho chứa các mặt hàng
đa dạng như của các trang thương mại điện tử bán hàng online, ta có thể nói rằng
kho thông minh là kho tự động được thiết kế để hoạt động với hiệu quả tối đa bằng
cách kết hợp các thực tiễn tốt nhất, tự động hóa và các cơng nghệ khác để đảm bảo
rằng nó có thể hoạt động ở mức cao nhất trong sự thay đổi liên tục yêu cầu của
người dùng. Kho thông minh là một trong những sản phẩm cần thiết của một dây
chuyền hiện đại.
Chính nhu cầu và lý do đó mà em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống lưu kho
tự động với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống SCADA.
Ngồi ra, cịn có qt mã QR để phân biệt sản phẩm và quản lí kho hàng
1.1.1. Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động (Automated
Strorage & Retrieval System)
Đây là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với cơng nghệ hiện đại, được
sử dụng trong các nhà kho hoàn tồn tự động. Hệ thống gồm 2 phần chính: phần
mềm và phần cứng.
- Phần mềm gồm có: phần mềm quản lý các robot lấy cất hàng và phần mềm
quản lý hàng hóa.
- Phần cứng gồm có: các hệ thống giá kệ cố định, các robot lấy cất hàng, hệ
thống các băng tải vận chuyển hàng và hệ thống các cửa tự động xuất nhập hàng.

Giải pháp này được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng 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 robot nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giải pháp
khác, so sánh trên cùng một khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư
cho diện tích sử dụng.
- Tốc độ xuất nhập cao
- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một robot cho một nhà kho
giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư.
- Không sử dụng lao động cho kho: tiết kiệm chi phí nhân cơng, quản lý, bảo

4

hiểm và thiết bị hỗ trợ.

- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp với

cơng nghệ mã QR giúp giảm chi phí quản lý và nhân cơng.

1.1.2. Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống lưu kho hiện có:

Hệ thống kệ đỡ tự động: Được thiết kế để tối ưu hóa khơng gian lưu

trữ trong kho. Hệ thống này có thể tự động di chuyển kệ lên xuống hoặc qua

lại để đáp ứng nhu cầu lưu trữ và truy xuất hàng hóa.

Hệ thống conveyor tự động: Sử dụng để di chuyển hàng hóa từ điểm

A đến điểm B mà khơng cần sự can thiệp của con người. Hệ thống này

thường được sử dụng trong quy trình đóng gói, sắp xếp và vận chuyển hàng

hóa trong nhà máy và kho bãi.

Hệ thống robotic hoặc AGV (Automated Guided Vehicle): Các robot

hoặc xe tự động được sử dụng để di chuyển hàng hóa trong kho hoặc nhà

máy mà không cần sự can thiệp của con người.

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống hiện nay.

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm
Hệ thống kệ đỡ tự
- Tăng năng suất: Hệ - Chi phí đầu tư ban đầu
động thống conveyor tự cao: Triển khai một
động giúp tăng tốc độ hệ thống conveyor tự
Hệ thống conveyor vận chuyển và xử lý động đòi hỏi đầu tư
tự động hàng hóa, từ đó nâng lớn vào thiết bị và
cao năng suất sản cơng nghệ, có thể tạo
xuất. áp lực tài chính ban
đầu.
- Giảm công sức lao động:
Bằng việc tự động - Đòi hỏi bảo dưỡng kỹ
hóa q trình vận thuật: Hệ thống cần
chuyển, hệ thống bảo dưỡng định kỳ và
conveyor giảm thiểu kiểm tra kỹ thuật để

sự phụ thuộc vào lao đảm bảo hoạt động
động, giúp giảm công ổn định, điều này có
sức và chi phí nhân thể tăng chi phí vận
lực. hành.

- Tăng độ chính xác: Hệ - Hạn chế linh hoạt: Hệ
thống này có thể thống conveyor tự
chính xác trong việc động có thể hạn chế
vận chuyển hàng hóa trong việc thích nghi
đến vị trí và thời gian với thay đổi trong
nhất định, giúp tối ưu quá trình sản xuất so
hóa q trình sản với việc sử dụng lao
xuất. động nhân công.

- Tăng năng suất: Hệ - Chi phí đầu tư ban đầu
thống conveyor tự cao: Triển khai một

5

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm

Hệ thống robotic động giúp tăng tốc độ hệ thống conveyor tự
hoặc AGV vận chuyển và xử lý động đòi hỏi đầu tư
(Xe Hướng hàng hóa, từ đó nâng lớn vào thiết bị và
Dẫn Tự Động) cao năng suất sản cơng nghệ, có thể tạo
xuất. áp lực tài chính ban
- Giảm công sức lao động: đầu.
Bằng việc tự động - Đòi hỏi bảo dưỡng kỹ
hóa q trình vận thuật: Hệ thống cần
chuyển, hệ thống bảo dưỡng định kỳ và

conveyor giảm thiểu kiểm tra kỹ thuật để
sự phụ thuộc vào lao đảm bảo hoạt động
động, giúp giảm công ổn định, điều này có
sức và chi phí nhân thể tăng chi phí vận
lực. hành.
- Tăng độ chính xác: Hệ - Hạn chế linh hoạt: Hệ
thống này có thể thống conveyor tự
chính xác trong việc động có thể hạn chế
vận chuyển hàng hóa trong việc thích nghi
đến vị trí và thời gian với thay đổi trong
nhất định, giúp tối ưu quá trình sản xuất so
hóa q trình sản với việc sử dụng lao
xuất. động nhân công.

- Tăng năng suất: AGV và - Chi phí đầu tư ban đầu
robotic tăng tốc độ cao: Mua sắm và
vận chuyển và tự triển khai hệ thống
động hóa nhiều quy AGV và robotic đòi
trình, từ đó giảm thời hỏi chi phí đầu tư lớn.
gian và tăng năng
suất làm việc. - Độ tin cậy: Tuy AGV và
robotic có thể hoạt
- Tăng độ an toàn: Hệ động mà không cần
thống AGV và sự can thiệp của con
robotic có thể hoạt người, nhưng đôi khi
động trong môi chúng có thể gặp sự
trường nguy hiểm mà cố kỹ thuật và cần sự
không cần sự can can thiệp để sửa
thiệp của con người, chữa.
từ đó giảm nguy cơ

tai nạn lao động. - Đào tạo và quản lý: Đôi
khi cần đào tạo đội
- Tiết kiệm chi phí lao ngũ nhân viên để vận
động: AGV và hành và quản lý hệ
robotic có thể thực thống AGV và
hiện công việc mà robotic.
trước đây cần sự can
thiệp của lao động,
giúp tiết kiệm chi phí

6

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm

nhân công.
Tính linh hoạt: Hệ thống

AGV và robotic có
thể dễ dàng tương
thích với các hệ thống
tự động hóa và quy
trình sản xuất khác.

 Ưu điểm của hệ thống lưu kho tự động của đề tài:
Tối ưu hóa khơng gian: Hệ thống này có thể tận dụng khơng gian lưu

trữ một cách hiệu quả bằng cách sắp xếp và tự động di chuyển hàng hóa theo
hệ thống các trục OX, OY và OZ.

Tăng cường năng suất: Hệ thống lưu kho tự động giúp tối ưu hóa quá

trình xếp dỡ hàng hóa cũng như tìm kiếm và trích xuất hàng hóa một cách
nhanh chóng và hiệu quả. Điều này giúp tăng cường năng suất và giảm thời
gian tìm kiếm hàng hóa.

Tăng độ chính xác: Hệ thống cơ cấu trục xyz có khả năng di chuyển và
định vị hàng hóa một cách chính xác, giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình xử lý
và lưu kho.

Sử dụng webcam để phân loại ra mỗi loại hàng hóa bằng phương pháp
quét mã code giúp:

- Quản lý hàng hóa hiệu quả: Mã code cho phép tổ chức và quản lý
hàng hóa một cách hiệu quả hơn bằng cách gắn cho từng sản phẩm một mã
số đặc biệt. Khi có mã code, việc tìm kiếm, xác định và theo dõi hàng hóa trở
nên dễ dàng hơn.

- Tối ưu hóa quy trình logistic: Mã code cho phép tự động hóa quy
trình xử lý hàng hóa từ khi nhập kho cho đến khi xuất kho, giúp tăng cường
hiệu quả quy trình logistic và giảm thiểu sai sót.
1.2. MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG
1.2.1. Mục tiêu
Hệ thống lưu kho tự động là một hệ thống hướng đến sự tiện lợi và nhanh chóng
trong vấn đề lưu trữ và xuất nhập hàng hóa tự động khối lượng lớn nhằm giúp tiết kiệm
nhân công mà vẫn đạt công suất tối đa, hiệu quả cao và độ chính xác lớn.
Đề tài giải quyết vấn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuất
kho một cách chính xác, nhanh gọn và tự động.
Ngồi ra, đề tài cịn hướng đến việc phân loại hàng hóa để phân chia khu vực
lưu trữ trong kho.

7

Toàn bộ hệ thống lưu kho sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệ thống
thơng qua màn hình HMI trên Win CC.

Giải quyết vấn đề kiểm tra số lượng hàng hóa, rút ngắn thời gian cũng như
khơng can thiệp nhiều vào q tình sản xuất, tăng hiệu quả của dây chuyền lưu trữ
hàng hóa lên cao.

1.2.2. Ý tưởng
Theo các mục tiêu đã nêu trên, em có ý tưởng quản lí hàng hóa trên màn hình
HMI, điều khiển việc nhập kho theo yêu cầu con người về số lượng, loại sản phẩm
được phân loại tự động thông qua mã QR (QR code) được định dạng trên bề mặt
sản phẩm để có thể quét mã QR (QR code) một cách nhanh chóng và lưu trữ thông
tin sản phẩm trong kho một cách linh động giữa các sản phẩm với nhau, nhằm tiết
kiệm tối đa khơng gian hàng hóa được lưu trữ, biết được chính xác vị trí từng hàng
hóa trong kho. Về việc xuất kho, có thể xuất tự động theo yêu cầu con người về số
lượng hàng hóa nhất định và địa chỉ ơ kho để lấy hàng hóa cụ thể. Cảnh báo sự cố
trong khi lưu kho hàng bị rơi rớt khỏi tay nâng và không vào đúng ô hàng quy định.
Vì vậy em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng
PLC S7-1200 kết hợp mã QR”.
1.3. BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA
Có rất nhiều hướng để thiết kế bộ xử lí trung tâm có thể điều khiển mơ hình
lưu kho, đối với quy mơ lưu kho thường là phục vụ cho các nhà máy công nghiệp
lớn nên sử dụng PLC làm bộ xử lí trung tâm là hợp lí nhất cho thực tế nên sử dụng
PLC S7 1200 để điều khiển mô phỏng, giám sát cho đề tài nhằm tiếp cận gần với
thực tế nhất. Hệ thống lưu kho có nhiệm vụ xuất nhập hàng và lưu trữ thơng tin
hàng hóa một cách chính xác nhất để phục vụ tối đa.
Nhập hàng: Khi có đơn hàng chuyển vào băng tải, hệ thống sẽ phân loại hàng
theo dựa theo mã QR được dán trên hàng hóa nhằm tìm địa chỉ và khu vực cho tay
máy mang hàng đến một ngăn còn trống tương ứng với địa chỉ của kiện hàng, quá

trình tay máy di chuyển hàng diễn ra tự động. Sau khi hàng được cất vào ngăn, sẽ
được lưu tự động trong màn hình HMI do nhân viên kho giám sát.
Xuất hàng: Hệ thống lưu thơng tin hàng hóa trên màn hình HMI phục vụ cho
nhu cầu nhà máy lúc xuất hàng.
 Giới hạn đề tài:
Đề tài thiên về việc thiết kế hệ thống lưu trữ kho hàng tự động bằng máy
móc (ở đây sử dụng cánh tay 3 bậc để nâng hàng hóa).
Tuy nhiên trong phạm vi là một đề tài nghiên cứu nên hệ thống chỉ bao gồm
1 tay nâng phục vụ cho kho hàng nên sẽ có nhiều mặt hạn chế (về thời gian, lưu