ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
ĐỀ TÀI:
HỆ THỐNG CHẤT HÀNG

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
SVTH:

MSSV:

SVTH:

MSSV:

SVTH:

MSSV:

Đà nẵng, tháng 12 năm 2017


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

MỤC LỤC

Trang 2

ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

Trang 3


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống điều khiển bằng PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất,
chế biến, dây chuyền vận chuyển công nghiệp. Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về dây chuyền
công nghệ của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động ASRS (Automated Storage and
Retrival System). Cũng như tìm hiểu về hệ thống điều khiển bằng PLC và các ứng dụng
của nó trong công nghiệp.
Từ đó đồ án sẽ đi lập trình, mô phỏng trong một bài toán điều khiển đơn giản để
minh chứng cho ứng dụng của PLC trong điều khiển. Mặc dù bài toán chỉ là đơn giản
nhưng với sự phát triển của PLC hiện nay, đặc biệt việc viết chương trình theo module
cộng với thư viện, chương trình con có khả năng kế thừa thì việc mở rộng bài toán cho hệ
thống đầy đủ là hoàn toàn khả thi và thực hiện được.
Trong quá trình thực hiện đồ án này xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của
TS. Trương Đình Nhơn trong công tác hướng dẫn, cũng như xây dựng bài toán, lập trình,
mô phỏng hệ thống.
Đồ án này mặc dù đã được đầu tư và dành thời gian thực hiện công phu, tuy nhiên
sẽ không tránh khỏi những thiếu xót về mặt công nghệ, các yếu tố liên động, liên kết của
dây chuyền trong thực tế. Do vậy cũng rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp
của Quý thầy cô cũng như những bạn học viên khác để đồ án được xây dựng hoàn thiện

hơn nữa.
Xin trân trọng cảm ơn!

Trang 4


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CHẤT HÀNG
1.1. HỆ THỐNG CHẤT HÀNG
1.1.1 Giới thiệu về hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:
Hệ thống chất hàng là một trong những phần của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động
ASRS (Automated Storage and Retrival System). Hệ thống ASRS được thiết kế để tự
động hóa việc lưu trữ và lấy các thành phẩm trong sản xuất, phân phối và vận chuyển
hàng. Hệ thống này được xuất phát từ những năm thập niên 1960 với mục đích ban đầu sử
dụng cho các pallet nâng tải nặng, tuy nhiên ngày nay với sự phát triển của công nghệ thì
ứng dụng của nó rất đa dạng cho các hệ thống tải có kích cỡ và trọng lượng từ bé đến rất
lớn. Ứng dụng của hệ thống ASRS được sử dụng khi:
Số lượng hàng hóa chuyển vào và chuyển ra trong kho có số lượng rất lớn
Mật độ lưu mang tính ưu tiên trong một không gian nhất định
Dây chuyền chỉ là lưu trữ và vận chuyển mà không có thêm bất cứ công đoạn nào
khác
• Yêu cầu độ chính xác rất cao do tính chất quan trọng của hàng hóa
•
•
•

Hình 1.1. Hệ thống ASRS

Trang 5

ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Ưu điểm của hệ thống ASRS trong dây chuyền cung ứng sản phẩm là:
•
•
•
•
•

•
•

Cắt giảm chi phí do tối thiểu hóa các công đoạn không cần thiết trong việc lưu trữ
sản phẩm
Tăng cường quản lý chủng loại, số lượng, vị trí của sản phẩm trong kho hàng một
cách tự động
Có mật độ lưu trữ cao, có thể được thiết kế trong cả không gian chật hẹp
Giảm nhân công và do đó cũng tăng độ an toàn trong công việc
Dễ dàng trong quản lý hệ thống từ đó đưa ra được những phương thức quản lý tối
ưu, ví dụ như nếu một số loại sản phẩm nếu được bán cùng nhau thì chúng sẽ được
được đặt gần nhau và gần nơi phân phối, do đó làm tăng tốc độ đóng gói, vận
chuyển tới khách hàng
Không yêu cầu cao trong việc sắp thứ tự trong khi chế tạo và vận chuyển
Dễ dàng tính toán được thời gian lưu trữ, thời gian đóng gói, thời gian vận chuyển
để tối ưu hóa không gian của nhà kho.

Hoạt động của hệ thống bao gồm những khâu quan trọng như sau:
Hệ thống điều khiển (bằng máy tính, PLC,…) xác định vị trí, số lượng hàng hóa có

thể lưu trữ hoặc lấy ra
• Để lấy sản phẩm ra, hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí lưu trữ của sản phẩm, từ
đó ra lệnh điều khiển hệ thống vận chuyển đến chính xác vị trí và lấy hàng ra rồi
đưa đến vị trí vận chuyển sản phẩm
• Để lưu trữ sản phẩm, các pallet được đặt vào trong hệ thống lấy hàng, xác định vị
trí thích hợp để hệ thống vận chuyển đưa vào, đồng thời thông tin hàng hóa cũng
được lưu vào trong máy tính
• Hệ thống vận chuyển có thể di chuyển theo phương ngang, phương thẳng đứng để
có thể đưa sản phẩm đúng vị trí, tốc độ di chuyển có thể điều khiển để tối ưu hóa
thời gian vận chuyển
•

1.1.2. Hoạt động của hệ thống lưu trữ và lấy hàng tự động:
Để lưu trữ hàng hóa:
•

Các xe nâng sẽ được sử dụng để lấy hàng hóa từ các xe container vận chuyển, đưa
đến trạm tiếp nhận. Từ trạm tiếp nhận sẽ có hệ thống băng chuyền để chuyển hàng
hóa đến vị trí hệ thống nâng, hạ.

Trang 6


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

•

Khi hàng hóa đã được đưa đến vị trí của hệ thống thiết bị nâng, pallet sẽ được đẩy
vào khoang vận chuyển:

•

Hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí lưu trữ hàng và ra lệnh cho bộ phận truyền
động đưa đến đúng vị trí. Khoang hàng sẽ được dịch chuyển theo cả hai phương
đứng và phương ngang một thời điểm để tối ưu hóa thời gian:

Trang 7


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
•

Khi tới đúng vị trí lưu trữ hàng, pallet sẽ đẩy hàng hóa vào nơi lưu trữ, đồng thời
hệ thống điều khiển cũng cập nhật vị trí đặt hàng vào trong cơ sở dữ liệu:

Để lấy hàng hóa ra:
• Khi cần lấy hàng hóa ra, hệ thống điều khiển sẽ xác định vị trí để ra lệnh cho hệ
thống truyền động đưa xe tới vị trí chính xác. Tại đó pallet sẽ được đưa ra để kéo
hàng hóa và khoang hàng:

•

Sau khi hàng hóa đã được đưa vào khoang hàng, hệ thống truyền động được đưa
tới vị trí để bốc dỡ hàng, vận chuyển đi:

Trang 8


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
•

Tại trạm này, hàng hóa sẽ được băng chuyền đẩy đến vị trí có người bốc dỡ, đưa
đến băng chuyền vận tải hàng hóa ra ngoài đóng gói và vận chuyển sản phẩm đến
khách hàng:

1.2. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ASRS của hãng SICK:
1.2.1. Hệ thống đo lường tốc độ và định vị trong hệ thống truyền động:

Hình 1.2. Động cơ truyền động với encoder để đo tốc độ
Một bộ encoder có độ phân giải cao được dùng để điều khiển tốc độ, gia tốc và độ trễ
nhằm đảm bảo việc lấy và lưu trữ sản phẩm được thực thi một cách chính xác.

Trang 9


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 1.3. Encoder đo tốc độ động cơ
1.2.2. Hệ thống hiển thị vị trí tại nơi lấy và giữ sản phẩm:

Hình 1.4. Vị trí lắp đặt cảm biến định vị
Khi sản phẩm được đưa vào đúng vị trí, một công tắc hành trình được kích hoạt nhằm
mục đích dừng ngay lập tức hệ thống vận chuyển.

Hình 1.5. Công tắc hành trình để phát hiện vị trí
Trang 10


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Một số thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•
•
•

Loại công tắc: công tắc loại electro-mechanical
Số lượng tiếp điểm N/C: 1/2/3
Số lượng tiếp điểm N/O: ½
Tiêu chuẩn: IP66 (IEC 60529)
Kết nối: cable gland 1xM20, dây dẫn tiết diện ≤ 2,5 mm2
Dòng điện cực đại: 3A (240 VAC), 3A (24 VDC)
Tần suất đóng/cắt: 6000 lần/h
Tuổi thọ: 2x106 lần đóng cắt

Hình 1.6. Dải hoạt động của công tắc hành trình
1.2.3. Cảm biến quét chiều cao của hàng hóa:

Hình 1.7. Vị trí lắp đặt cảm biến quét chiều cao hàng hóa

Trang 11


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hệ thống dùng cảm biến đo khoảng cách để xác định trong khoang chứa hàng đã chứa

được bao nhiêu hàng hóa, từ đó linh hoạt trong việc lưu trữ. Dữ liệu này được truyền về
hệ thống điều khiển bằng tín hiệu tương tự và đường truyền IO-link.

Hình 1.8. Cảm biến đo khoảng cách
Một số thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•
•
•

Dải đo: có nhiều loại dải đo, dao động từ: 50mm đến 12m
Độ phân giải: 0,1 mm
Độ chính xác: ± 10 mm
Thời gian đáp ứng: 2,5 ms
Đo bằng laser với thời gian hoạt động 100,000 giờ
Đầu ra tương tự: 4-20 mA hoặc 0-10 V
Nguồn cung cấp: 12-30 V
Tiêu chuẩn: IP67

Hình 1.9. Đường đặc tính hoạt động ở tốc độ nhanh
1.2.4. Cảm biến xác định chiều cao của hàng hóa trong khoang vận chuyển:
Trang 12


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Trước khi pallet được đặc vào vị trí lưu trữ các cảm biến quang kiểu phản xạ sẽ kiểm tra
chiều cao của hàng hóa cần đưa vào nhằm đảm bảo không vượt quá chiều cao cho phép
trong nơi lưu trữ:

Hình 1.10. Vị trí lắp đặt cảm biến xác định chiều cao hàng hóa

Hình 1.11. Cảm biến quang kiểu phản xạ
Một số thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•

Dải đo: 0,3 – 9,5 m
Đo bằng ánh sáng LED màu đỏ
Nguồn cung cấp: 10-30 V
Đầu ra: PNP
Thời gian đáp ứng: ≤ 1ms
Tiêu chuẩn: IP 67
Trang 13


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 1.12 Kích cỡ của spoting light theo khoảng cách

Trang 14

ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

CHƯƠNG II. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG CHẤT HÀNG
2.1. Phạm vi công nghệ điều khiển:
Trong đồ án này, để đơn giản cho quy mô lập trình cũng như mô phỏng bài toán điều
khiển được giới hạn như sau:
•
•
•

•
•

•

Hệ thống chất hàng có 25 ô chứa phân bố theo kiểu 5x5
Bài toán chỉ quan tâm đến điều khiển thang máy khi lấy hàng từ trạm load hàng và
trả hàng từ các ô chứa đến trạm trả hàng
Hệ thống truyền động bao gồm:
o Toàn bộ thang máy dịch chuyển ngang bằng một động cơ AC có đảo chiều
o Buồng máy di chuyển lên xuống bằng một động cơ AC có đảo chiều
o Buồng thang có pallet điều khiển vào/ ra bằng một động cơ AC có đảo chiều
o Tất cả các động cơ đều có hộp giảm tốc để đưa về tốc độ phù hợp
Hàng hóa kích thước cố định và lọt vừa vào trong một ô chứa hàng mà không cần
phải phát hiện chiều cao của hàng hóa cũng như chiều cao còn lại trong ô chứa.
Các cảm biến sử dụng bao gồm:
o 01 cảm biến phát hiện vật hàng hóa cần vận chuyển
o 01 cảm biến để biết thang máy dừng ở vị trí load hàng
o 01 cảm biến để biết thang máy dừng ở vị trí trả hàng

o 02 cảm biến phát hiện pallet buồng thang ở vị trí trong cùng và ngoài cùng
o 05 cảm biến phát hiện buồng thang ở vị trí dừng theo phương thẳng đứng
o 05 cảm biến phát hiện buồng thang ở vị trí dừng theo phương nằm ngang
o 25 cảm biến phát hiện có hay không hàng hóa ở trong ô chứa
o Tất cả các cảm biến này sử dụng cảm biến quang hoặc switch là loại số
Hệ thống có giám sát, điều khiển bằng máy tính

2.2. Phân bố địa chỉ cho PLC:
Theo như yêu cầu bài toán thì ta có số lượng I/O như sau:
•
•

Đầu vào số: 40
Đầu ra số: 6

Do đó ta lựa chọn:
•

CPU 1215C có:
o DI: 14 x 24 VDC
o DO: 10 RLY
o AI: 2 x 10 bit 0 – 10 VDC
o AO: 2 x 10 bit 0 – 20 mA
Trang 15


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Khả năng mở rộng: 3 CM + 8 SM
• 02 Module mở rộng SM 1221 DC: DI 16 x 24 VDC

o

2.3. Viết chương trình điều khiển cho PLC:

Hình 2.1. Cấu hình phần cứng PLC

Hình 2.2. Cấu hình mạng truyền thông

Trang 16


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.3. Định nghĩa Tag trong chương trình

Trang 17


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.4. Chương trình chính Main [OB1]

Trang 18


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.5. Chương trình Fucntion Storage [FC6]

Trang 19

ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.6. Chương trình Fucntion Retrieve[FC7]

Trang 20


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.7. Chương trình Load_Realease[FC1]

Trang 21


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.8. Chương trình Load_Pickup[FC2]
Trang 22


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Trang 23


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.9. Chương trình Function Crane_Moving_Y_Z[FC3]

Trang 24


ĐAMH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hình 2.10. Chương trình Function Crane_to_Storage_Station[FC4]

Hình 2.11. Chương trình Function Crane_to_Retrieve_Station[FC5]

Trang 25