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:

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


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

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN SCADA [1]
2.1.1 Giới thiệu
SCADA viết tắt từ các chữ đầu (Supervisory Control And Data Acquisition)
có thể hiểu là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu nhằm hỗ trợ con
ngƣời trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa. Nói một cách khác, SCADA là
hệ thống hỗ trợ con ngƣời trong việc giám sát điều khiển từ xa ở cấp cao hơn hệ
điều khiển tự động thông thƣờng. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa, một hệ
SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng nhƣ hệ giao diện ngƣời –
máy (HMI – Human Machine Interface).
2.1.2 Đặc tính của hệ thống scada.
Trong các quá trình công nghiệp và sản xuất, công nghiệp mỏ, các công trình
công cộng hoặc dân dụng, điều khiển và giám sát từ xa rất cần thiết để kết nối các
thiết bị và các hệ thống riêng lẻ cách xa nhau. Khoảng cách có thể từ vài mét đến
hàng nghìn kí lô mét. Bộ điều khiển và giám sát từ xa dùng để gởi lệnh điều khiển,
lặp trình và nhận các thông tin giám sát từ các trạm từ xa.
SCADA đƣợc dùng để chỉ sự kết hợp của giám sát từ xa và thu thập dữ liệu.
SCADA thu thập các thông tin, truyền chúng trở về trạm trung tâm, thực hiện các
phân tích và điều khiển cần thiết và sau đó hiển thị các thông tin đó lên một số các
màn hình điều khiển. Các lệnh điều khiển tác vụ và thực thi sẽ đƣợc truyền đến bộ

phận điều khiển chấp hành tƣơng ứng.
Trong giai đoạn đầu sơ khai của thu thập dữ liệu, logic rờ le đƣợc dùng để
điều khiển các hệ thống sản xuất. Với sự xuất hiện của CPU và các thiết bị điện tử
khác, các dây chuyền sản xuất đã kết hợp thêm các thiết bị điện tử số vào các thiết
bị rờ le. PLC hay bộ điều khiển logic khả trình vẫn là một trong các bộ điều khiển
đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Khi cần giám sát và điều khiển nhiều
SVTH: Vƣơng Trí Dũng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
7


Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động
thiết bị trong hệ thống, các PLC đƣợc phân bố và hệ thống trở nên thông minh hơn
và nhỏ hơn.
Các ƣu điểm của hệ thống SCADA dùng PLC và DCS (Distributed Control
System: hệ thống điều khiển phân bố):
+ Máy tính có thể lƣu trữ một lƣợng rất lớn các dữ liệu.
+ Dữ liệu có thể đƣợc hiển thị theo bất cứ định dạng nào nếu ngƣời
dùng yêu cầu.
+ Hàng nghìn cảm biến trên diện rộng có thể kết nối vào hệ thống.
+ Ngƣời vận hành có thể kết hợp các mô phỏng dữ liệu thực tế vào hệ
thống.
+ Nhiều loại dữ liệu khác nhau có thể đƣợc nhận về từ các thiết bị đầu
cuối.
+ Dữ liệu có thể đƣợc xem ở bất cứ đâu.
Các nhƣợc điểm:
+ Hệ thống phức tạp hơn so với loại cảm biến kết nối trực tiếp với bảng
điều khiển.
+ Đòi hỏi nhiều kỹ năng khác nhau nhƣ là phân tích hệ thống và lập

trình.
+ Với hàng nghìn cảm biến thì vẫn phải làm việc với rất nhiều dây nối.
2.1.3 Kết cấu của hệ thống SCADA.
Các thành phần chính của một hệ SCADA gồm:
+ Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, các thiết bị đo, thiết bị
chuyển đổi và cơ cấu chấp hành.
+ Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng
(PID), các bộ điều khiển khả trình (PLC), các thiết bị điều chỉnh số
đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các
phần mềm điều khiển tƣơng ứng.

SVTH: Vƣơng Trí Dũng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
8


Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động
+ Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện ngƣờimáy HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển
cấp cao.
+ Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành,
bus trƣờng, bus hệ thống.
+ Hệ thống bảo vệ: thực hiện chức năng an toàn.
NI

Nối trực tiếp
NI

Thiết bị điều khiển tự động
NI

I/O

NI

Nối qua mạng

NI

NI

(Network Interface)
Giao diện mạng

I/O
NI

(Input/Output)
Ngõ vào/ ngõ ra

Cảm biến và chấp hành

Quá trình kỹ thuật
Hình 2. 1– Các thành phần cơ bản của một hệ SCADA
2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC. [2]
2.2.1 Tổng quan PLC.
PLC (Programmable Logic Controller) đƣợc thiết kế nhằm thay thế các
phƣơng pháp truyền thống dùng rơ-le và các thiết bị cồng kềnh, và nó tạo ra một
khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các

SVTH: Vƣơng Trí Dũng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
9


Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động
lệnh logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện các tác vụ khác nhƣ định thì,
đếm, v.v.., làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả
với loại PLC nhỏ nhất.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà
không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay dổi chỉ là sự thay đổi
chƣơng trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn
nữa, chúng còn có ƣu điểm là thời gian lắp đặt và đƣa vào hoạt động nhanh hơn so
với việc điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần có việc nối dây phức tạp giữa các
thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tƣơng tự nhƣ máy tính „truyền thống‟, và chúng có các
đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp:
+ Khả năng kháng nhiễu tốt;
+ Cấu trúc dạng mô-đun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối
thêm mô-đun mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm mô-đun
chuyên dùng);
+ Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ngõ vào và ngõ ra đƣợc
chuẩn hóa;
+ Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – ladder, instruction và fuction chart
– dễ hiểu và dễ sử dụng;
+ Thay đổi chƣơng trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC đƣợc sử dụng nhiều trong việc điều khiển
các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình (process-control).

SVTH: Vƣơng Trí Dũng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
10


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

Quá trình điều khiển
Pa-nen
lập
trình.

Bộ nhớ
chƣơng trình

Đơn
vị
điều
khiển

Bộ nhớ dữ
liệu

Khối
ngõ
vào
Khối
ngõ ra

Nguồn cấp điện

Mạch giao
tiếp và cảm
biến

Mạch công
suất và cơ
cấu tác động

Hình 2. 2– Sơ đồ khối bên trong PLC
2.2.2Các khối hàm
Khối OB (Organization Block): Khối tổ chức và quản lý chƣơng trình điều
khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau ,chúng đƣợc phân
biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB.
2.2.2.1 Khối hàm OB1.
Phần bộ nhớ của CPU dành cho chƣơng trình ứng dụng có tên gọi là logic
Block. Nhƣ vậy logic block là tên chung để gọi tất cả các khối bao gồm những khối
chƣơng trình tổ chức OB, khối chƣơng trình FC, khối hàm FB.
Trong các loại khối chƣơng trình đó thì chỉ có khối duy nhất khối OB1 đƣợc
thực hiện trực tiếp theo vòng quét. Nó đƣợc hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với
khảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài của chƣơng trình.
Các loại khối chƣơng trình khác không tham gia vào vòng quét.
Với tổ chức chƣơng trình nhƣ vậy thì phần chƣơng trình trong khối OB1 có
đầy đủ điều kiện của một chƣơng trình điều khiển thời gian thực và toàn bộ chƣơng
trình ứng dụng có thể chỉ cần viết trong OB1 là đủ.
Cách tổ chức chƣơng trình với chỉ một khối OB1 duy nhất nhƣ vậy đƣợc gọi
là lập trình tuyến tính.Ví dụ: OB10, OB85, ...

SVTH: Vƣơng Trí Dũng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
11