Điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho hàng hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU
KHO HÀNG HĨA

GVHD: PHÙNG SƠN THANH
SVTH: NGUYỄN VĂN HỒNG HIỆP
MSSV: 14142422
SVTH: TRẦN HỒNG QUÂN
MSSV:14142259

SKL 0 0 6 4 6 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
--------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành công nghệ kỹ thuật điện-điện tử

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO

HÀNG HÓA

GVHD:

Ths. Phùng Sơn Thanh

SVTH:

1. Nguyễn Văn Hồng Hiệp

14142422

2. Trần Hồng Qn

14142259

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Ngũn Văn Hồng Hiệp

MSSV: 14142422

Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật Điện-Điện Tử

Lớp: 14142CL2

Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Quân

MSSV: 14142259

Ngành: Công nghệ kĩ thuật Điện-Điện Tử

Lớp: 14142CL2

Giảng viên hướng dẫn: ThS.Phùng Sơn Thanh
Ngày nhận đề tài: …………….

Ngày nộp đề tài: ……..

1. Tên đề tài: ………………………………………………………………
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:…………………………………………….
3. Nội dung thực hiện đề tài: ………………………………………………
4. Sản phẩm: ………………………………………………………………

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
Họ và tên Sinh viên: Ngũn Văn Hồng Hiệp

MSSV: 14142422

Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật Điện-Điện Tử
Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Quân

MSSV: 14142259

Ngành: Công nghệ kĩ thuật Điện-Điện Tử
Đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho hàng hóa
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS.Phùng Sơn Thanh
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

.......................................................................................................................................
Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
2. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

.......................................................................................................................................
3. Đánh giá loại:

.......................................................................................................................................
4. Điểm:……………….(Bằng chữ: ....................................................................................... )

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018
Giáo viên hướng dẫn

II

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án này nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy
Phùng Sơn Thanh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm thực hiện tốt đồ án trong
khoảng thời gian ngắn nhất.
Quý các thầy cô trong khoa Đào tạo chất lượng cao, khoa Điện – Điện tử đã
truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên môn và giúp chúng em định
hướng theo sự hiểu biết và khả năng để chúng em thực hiện đồ án “ Điều khiển và
giám sát hệ thống lưu kho hàng hóa”.
Sau cùng nhóm xin chân thành cảm ơn tất cả những người thân, bạn bè đã quan
tâm giúp đỡ và động viên trong quá trình thực hiện đồ án.

i


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, cùng với sự ứng dụng
mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật vào sản xuất cũng như đời sống, từ đó chất lượng và
hiệu quả sản xuất được nâng cao. Mà trong đó,tự động hố các dây chuyền sản xuất
là điều không thể thiếu trong công cuộc phát triển đó.
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.
Với sự ra đời của PLC (Programable Logic Control) là một bước tiến rất quan
trọng trong lĩnh vực tự động hoá.PLC đã đáp ứng yêu cầu đặt ra một cách tốt nhất
như: khả năng lập trình đơn giản , dễ chỉnh sửa, độ tin cậy cao…và nhất là độ chính
xác mà đơi khi con người khơng thể chủ động được. Do đó việc ứng dụng những tính

năng của PLC vào thực tế là rất quan trọng trong vấn đề cải thiện quá trình sản xuất
nhằm rút ngắn thời gian sản xuất, và nâng cao chất lượng sản phẩm…Đi kèm với sự
ra đời và phát triển mạnh mẽ thì các chuẩn giao tiếp của PLC với PLC, máy tính điều
khiển hoặc các thiết bị chấp hành là rất cần thiết trong quá trình điều khiển.
Việc nghiên cứu và ứng dụng vấn đề này vào thực tế cuộc sống là một điều rất
cần thiết trong vai trị làm chủ cơng nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban
đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật điều khiển tự động, đồng thời được
sự đồng ý của ban chủ nhiệm Khoa đào tạo Chất lượng cao và sự chấp thuận của giáo
viên hướng dẫn, nhóm đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Điều khiển và giám sát hệ
thống lưu kho hàng hóa ”
Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được
đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài cố gắng tận
dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tịi, nghiên cứu cùng với sự
hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc khoa Đào tạo chất
lượng cao, khoa Điện – Điện tử để có thể hồn thành tốt đồ án này.
Mặc dù nhóm đã cố gắng hồn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn
nhưng sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót, mong q Thầy/Cơ và các bạn sinh viên

ii


thơng cảm. Nhóm mong nhận được những ý kiến đóng góp của q Thầy/Cơ và các
bạn sinh viên.
Nước ta đang trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đai hóa đất nước để từng
bước bắt kịp sự phát triển của các nước trong khu vực Châu Á và thế giới về mọi
mặt. Trong đó, ngành cơng nghiệp hóa đóng vai trị quan trọng trong việt phát
triển kinh tế. Vì vậy, vấn đề tự động điều khiển được đặt lên hàng đầu trong q trình
nghiên cứu cũng như ứng dụng cơng nghệ mới trong sản xuất. Vì thế, nó địi hỏi khả
năng xử lý, mức độ hồn hảo, sự chính xác cuả hệ thống sản xuất ngày một cao hơn
để có thể đáp ứng được nhu cầu về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của

xã hội. Như chúng ta đã biết trong điều kiện khoa học kỹ thuật và kinh tế phát triển
như hiện nay thì quy trình tự động hóa trong cơng nghiệp và sản xuất hầu như khơng
thể thiếu được. Nó đóng một vai trị hết sức quan trọng trong việc giúp tăng năng
xuất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả sản xuất. Và vấn đề cất giữ bảo quản
hàng hóa trở nên cấp bách, hiện nay với việc sử dụng các kho hàng bên ngồi, vừa
tốn diện tích lớn, vận chuyển bằng máy móc cồng kềnh, tai nạn lao động rất dể xảy
ra.Bên cạnh đó dân số tăng lên đáng kể nên diện tích đất sử dụng ngày càng hạn chế.
Nên chúng em đã qút định thực hiện một mơ hình để thử nghiệm tạo cách để làm
giảm bớt sức lao động cho con người , một phần cũng làm giảm bớt diện tích đất sử
dụng. Do vậy đồ án “Mơ hình lưu lưu kho hàng hóa” đã được chúng em nghĩ tới và
quyết định thực hiện nó.
Xin chân thành cảm ơn!

iii


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO HÀNG HÓA

Nội dung thực hiện đề tài bao gồm các vấn đề chính sau:
 Yêu cầu về cơ khí:


Mơ hình lưu trữ hàng hóa



Hệ thống tịnh tiến qua lại



Hệ thống di chuyển lên xuóng



Cơ cấu lấy hàng

 Yêu cầu về điện:


Lựa chọn thiết bị điện cần thiết



Kết nối giữa các thiết bị với PLC



Thiết kế cấp nguồn và dừng khẩn cấp

 Lập trình:


Lưu đồ giải thuật



Giao tiếp giữa PLC và máy tính



Giám sát SCADA bằng phần mềm TIA PORTAL

 Mục tiêu đề tài:


Thiết kế hệ thống hoạt động ổn định, chính xác.



Vận hành trực tiếp



Giám sát hệ thống SCADA trên máy tính

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI .............................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... xii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................1
1.2. Lý do chọn đề tài .....................................................................................1

1.2.1. Khách quan .......................................................................................1
1.2.2. Chủ quan...........................................................................................1
1.2.3. Cải tiến so với đề tài trước. ..............................................................2
1.2.4. Giới hạn đề tài ..................................................................................2
1.3. Ý nghĩa thực tiễn .....................................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................4
2.1. Giới thiệu hệ thống lưu kho hàng hóa .....................................................4
2.1.1. Các hệ thống lưu kho hàng hóa ........................................................4
2.1.2. Cấu trúc hệ thống lưu kho hàng hóa.................................................6
2.2. Tổng quan về PLC ...................................................................................6
2.2.1. Sơ lược về sự phát triển ....................................................................6
2.2.2. Khái niệm về PLC ............................................................................7
2.2.3. Giới thiệu về PLC .............................................................................7
2.2.4. Lợi ích của việc sử dụng PLC ..........................................................8
2.2.5. Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC ................10
2.2.6. Cấu trúc PLC ..................................................................................12
2.2.7. Bộ xử lý của PLC ...........................................................................12
v


2.2.8. Bộ nguồn ........................................................................................12
2.2.9. Bộ nhớ ............................................................................................12
2.2.10. Thiếp bị lập trình .........................................................................13
2.2.11. Các phần nhập và xuất..................................................................13
2.2.12. Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC .............................................15
2.3. Tìm hiểu PLC S7-1200..........................................................................16
2.3.1. Giới thiệu về PLC S7-1200 ............................................................16
2.3.2. Các bảng tín hiệu ............................................................................18
2.3.3. Các module tín hiệu ........................................................................19
2.3.4. Các module truyền thơng ...............................................................19

2.4. Các khái niệm về PLC ...........................................................................20
2.4.1. Thực thi chương trình người dùng .................................................20
2.4.2. Các chế độ hoạt động của CPU. .....................................................21
2.4.3. Bộ nhớ CPU ...................................................................................23
2.4.4. Bảo vệ mật khẩu cho CPU S7-1200 ...............................................24
2.4.5. Lưu trữ dữ liệu, các vùng nhớ và việc ghi địa chỉ. .........................25
2.4.6. Các kiểu dữ liệu ..............................................................................26
2.5. Phần mềm Tia Portal và các bước cơ bản khi thiết kế ..........................27
2.5.1. Giới thiệu chung .............................................................................27
2.5.2. Các hướng dẫn để thiết kế hệ thống PLC. ......................................28
2.5.3. Các bước cơ bản khi thiết kế ..........................................................31
2.5.4. Cấu hình 1 địa chỉ IP trong đề án. ..................................................38
2.5.5. Profinet. ..........................................................................................40
2.6. Tập lệnh lập trình sử dụng trong đồ án .................................................42
2.6.1. Bit logic. .........................................................................................42
2.6.2. Cuộn dây ngõ ra (LAD)..................................................................43
2.6.3. Các lệnh Set (đặt) và Reset (đặt lại). ..............................................44
2.6.4. Các bộ định thời gian (Timer). .......................................................44
vi


2.6.5. So sánh ...........................................................................................47
2.6.7. Các lệnh di chuyển và di chuyển khối............................................48
2.6.8. Các lệnh điều khiển chuyển động ..................................................49
2.7. Giới thiệu sơ lược về động cơ bước ......................................................55
2.7.1. Nguyên lý hoạt động ......................................................................55
2.7.2. Các loại động cơ bước. ...................................................................55
2.7.3. Động cơ bước biến từ trở ...............................................................56
2.7.4. Động cơ bước đơn cực ...................................................................57
2.7.5. Động cơ bước lưỡng cực ................................................................58

2.7.6. Động cơ bước nhiều pha ................................................................60
2.7.7. Ứng dụng. .......................................................................................61
2.8. Driver điều khiển động cơ bước ............................................................61
2.8.1. Giới thiệu ........................................................................................61
2.8.2. Tính nặng, đặc điểm. ......................................................................62
2.8.3. Thông số kỹ thuật. ..........................................................................62
2.9. Tổng quan về vít me – đai ốc bi ............................................................63
2.9.1. Đặc điểm chung ..............................................................................63
2.9.2. Thông số hoạt động ........................................................................63
2.9.3. Ưu, nhược điểm của vít me – đai ốc bi ..........................................64
2.10. Cảm biến hồng ngoại. ..........................................................................64
2.11. Van khí nén và xylanh cylinder. ..........................................................65
2.11.1. Tìm hiểu valve 5/2. .......................................................................65
2.11.2. Xylanh Cylinder. ..........................................................................66
2.12. Contactor .............................................................................................67
2.12.1. Khái quát và công dụng ................................................................67
2.12.2. Phân loại .......................................................................................67
2.12.3. Cấu tạo ..........................................................................................67
2.13. Rơle trung gian ....................................................................................68
vii


2.13.1. Khái quát và công dụng ................................................................68
2.13.2. Nguyên lý hoạt động: ...................................................................69
2.14. Cơng tắc hành trình. ............................................................................69
2.14.1. Khái niệm. ....................................................................................69
2.14.2. Ngun lý hoạt động cơng tắc hành trình ....................................69
2.14.3. Cấu tạo cơng tắc hành trình ..........................................................70
2.14.4. Phân loại cơng tắc hành trình .......................................................71
2.14.5. Ứng dụng cơng tắc hành trình ......................................................71

CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN THIẾT BỊ , THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH .........72
3.1. u cầu của hệ thống ............................................................................72
3.2. Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................72
3.3. Thiết kế và thi cơng phần cơ khí ...........................................................73
3.3.1. Thiết kế kho lưu trữ hàng hóa. .......................................................73
3.3.2. Thiết kế mơ hình xe nâng ...............................................................73
3.4. Lựa chọn, thiết kế và thi công phần điện ..............................................77
3.4.1. PLC S7-1200 CPU 1214C (DC/DC/DC) .......................................77
3.4.2. Module S7-1200 Digital I/O SM 1223 ...........................................78
3.4.3. Động cơ bước Sumtor 3A 1.8 Nm .................................................78
3.4.4. Driver điều khiển động cơ bước Microstep 3.5A 40VDC .............79
3.4.5. Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 ..............................................80
3.4.6. Sơ đồ kết nối PLC ..........................................................................80
3.4.7. Sơ đồ kết nối động cơ bước với Driver điều khiển ........................81
3.4.8. Kết quả mơ hình .............................................................................81
3.4.9. Sơ đồ hệ thống cấp nguồn và dừng khẩn cấp .................................82
3.5. Lưu đồ giải thuật ...................................................................................83
Chương 4: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG .........................................85
4.1. Yêu cầu điều khiển và giám sát .............................................................85
4.2. Kết quả trên màn hình HMI ..................................................................85
viii


4.2.1. Kết quả mơ hình .............................................................................85
4.2.2. Quy trình hoạt động của mơ hình ...................................................86
Chương 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................89
5.1. Đánh giá đề tài .......................................................................................89
5.2. Hạn chế và hướng khắc phục ................................................................89
5.3. Hướng phát triển của đề tài ...................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................91

PHỤ LỤC ..................................................................................................................92

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1. HMI
2. SCADA
3. PLC
4. DI
5. DO
6. VDC
7. VAC
8. PTP
9. CPU
10. ROM
11. RAM
12. PVC
13. PID
14. EEPROM
15. MAC
16. IP
17. LAN
18. TCP
19. NC
20. NO
21. PT
22. ET
23. CRT
24. CIM

25. DB

Human Machine Interface
Supervisory Control And Data Acquisition
Programmable Logic Controller
Digital Input
Digital Output
Voltage Direct Current
Voltage Alternative Current
Point To Point
Central Processing Unit
Read Only Memory
Ramden Accept Memory
Polyvinylclorua
Proportional Integral Derivative
Electriccal Erasable Programmable Red Only Memory
Media Access Control
Internet Protocol
Local Area Network
Transport Control Protocol
Normally Closed
Normally Open
Preset Timer
Elapsed Timer
Cathode Ray Tube
Computer Intergrated Manufacturing
Data Block

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: Thông số của 1 số CPU họ S7-1200 ........................................................17
Bảng 2. 2: Một số module tín hiệu của S7-1200 .......................................................18
Bảng 2. 3: Những hạn chế của các cấp độ bảo mật ..................................................25
Bảng 2. 4:Các vùng nhớ ............................................................................................26
Bảng 2. 5: Các kiểu dữ liệu .......................................................................................26
Bảng 2. 6: Hướng dẫn chung để thiết kế một hệ thống PLC ....................................28
Bảng 2. 7: Xác định các thông số của địa chỉ IP .......................................................40
Bảng 2. 8: Kiểu dữ liệu và mô tả của Bit logic .........................................................43
Bảng 2. 9: Kiểu dữ liệu và mô tả của cuộn dây ngõ ra .............................................43
Bảng 2. 10: Kiểu dữ liệu và mô tả của lệnh Set và Reset .........................................44
Bảng 2. 11: Kiểu dữ liệu và mô tả của các thông số Timer ......................................46
Bảng 2. 12: Tác động của những sự thay đổi giá trị trong các thông số PT và IN ...46
Bảng 2. 13: Các kiểu quan hệ của lệnh so sánh ........................................................47
Bảng 2. 14: : Kiểu dữ liệu và mô tả của lệnh so sánh ...............................................48
Bảng 2. 15: : Kiểu dữ liệu và mô tả của các lệnh di chuyển dữ liệu.........................48
Bảng 2. 16: Các thông số và mô tả của khối MC_Power .........................................50
Bảng 2. 17: Các thông số và mô tả của khối MC_MoveRelative .............................52
Bảng 2. 18: Các thông số và mô tả của khối MC_MoveJog.....................................54

xi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1:Mơ hình xếp chồng .....................................................................................4
Hình 2. 2:Mơ hình lưu trữ tự động hóa trên mặt đất ...................................................4
Hình 2. 3:Mơ hình lưu trữ tự động hóa dạng ngầm ....................................................5
Hình 2. 4: Mơ hình lưu trữ tự động hóa dạng trịn ......................................................5
Hình 2. 5:Cấu trúc của PLC ......................................................................................12

Hình 2. 6: Sơ đồ khối PLC ........................................................................................14
Hình 2. 7: CPU và một số vị trí chức năng trển CPU ...............................................17
Hình 2. 8: Module tín hiệu ........................................................................................19
Hình 2. 9: Module truyền thơng ................................................................................20
Hình 2. 10: Phần mềm TIA Portal ............................................................................28
Hình 2. 11: Kiểu cấu trúc của chương trình ..............................................................30
Hình 2. 12: Tạo Project và điền thơng tin .................................................................31
Hình 2. 13: Device view của cấu hình phần CPU 1214C ( DC/DC/DC ) ................32
Hình 2. 14: Hộp thoại “Add new device” để thêm CPU vào Project .......................32
Hình 2. 15: Lập trình trong chương trình chính ........................................................33
Hình 2. 16: Giao diện khi thêm module Digital vào Project.....................................33
Hình 2. 17: Tạo chương trình con trong Project .......................................................34
Hình 2. 18: Lập trình trong chương trình con ...........................................................34
Hình 2. 19: Cửa sổ quản lí tag trong chương trình ...................................................35
Hình 2. 20: Khai báo trục điều khiển theo trục x ......................................................35
Hình 2. 21: Khai báo trục điều khiển theo trục y ......................................................36
Hình 2. 22: Thiết lập số xung cho 1 vòng quay và khoảng cách di chuyển 1 vịng .36
Hình 2. 23: Thiết lập giá trị vận tốc tối đa ,vận tốc bắt đầu/ kết thúc và độ tăng giảm
tốc độ .........................................................................................................................37
Hình 2. 24: Thiết lập các giá trị vận tốc khi động cơ có sự cố khẩn cấp ..................37
Hình 2. 25: Cổng Profinet trên CPU .........................................................................38
Hình 2. 26: Cấu hình địa chỉ IP .................................................................................39
Hình 2. 27: Các kiểu kết nối Profinet với một CPU S7-1200 ...................................41
Hình 2. 28: Tiếp điểm NC & NO trong TIA Portal ..................................................42
Hình 2. 29: Cuộn dây ngõ ra trong TIA Portal .........................................................43
Hình 2. 30: Lệnh Set và Reset trong TIA Portal .......................................................44
Hình 2. 31: Timer trong TIA Portal ..........................................................................45
Hình 2. 32: Lệnh so sánh trong TIA Portal ...............................................................47
Hình 2. 33: Các lệnh di chuyển dữ liệu trong TIA Portal .........................................48
xii

Hình 2. 34: Khối MC_Power trong TIA Portal ........................................................49
Hình 2. 35: Khối MC_MoveRelative trong TIA Portal ............................................52
Hình 2. 36: Khối MC_MoveJog trong TIA Portal ....................................................53
Hình 2. 37: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ trở...............................56
Hình 2. 38: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước đơn cực ..................................57
Hình 2. 39: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước lưỡng cực ...............................59
Hình 2. 40: Nguyên lý hoạt động của động bước nhiều pha.....................................60
Hình 2. 41: Driver điều khiển động cơ bước Microstep ...........................................61
Hình 2. 42: Các bộ phận chính của vít me – đai ốc ..................................................63
Hình 2. 43: Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 ......................................................64
Hình 2. 44: Van Koganei ..........................................................................................66
Hình 2. 45: Ký hiệu xylanh tác động kép .................................................................66
Hình 2. 46: Xylanh và van tiết lưu sử dụng trong mơ hình ......................................67
Hình 2. 47: Rơle trung gian của Omron ....................................................................69
Hình 2. 48: Cơng tắc hành trình ................................................................................71
Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống ...........................................................................72
Hình 3. 2: Kho lưu trữ hàng hóa ...............................................................................73
Hình 3. 3: Trục vít me – đai ốc bi trong mơ hình .....................................................74
Hình 3. 4: Mơ hình cơ cấu tịnh tiến qua lại ..............................................................74
Hình 3. 5: Mơ hình cơ cấu di chuyển lên xuống .......................................................75
Hình 3. 6: Van khí nén KOGANEI và xylanh TPM trong cơ cấu lấy hàng .............76
Hình 3. 7: Mơ hình cơ cấu lấy hàng hồn chỉnh .......................................................76
Hình 3. 8: PLC S7-1200 CPU 1214C ( DC/DC/DC ) ...............................................77
Hình 3. 9: Module S7-1200 Digital I/O SM 1223 ....................................................78
Hình 3. 10: Động cơ bước Sumtor ............................................................................78
Hình 3. 11: Driver điều khiển động cơ bước Microstep ...........................................79
Hình 3. 12: Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 ......................................................80
Hình 3. 13: Sơ đồ kết nối PLC ..................................................................................80

Hình 3. 14: Sơ đồ kết nối dây giữa động cơ bước với driver điều khiển ..................81
Hình 3. 15: Mơ hình hồn chỉnh ...............................................................................81
Hình 3. 16:Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn và dừng khẩn cấp ..............................82
Hình 3. 17: Nút khởi động hệ thống .........................................................................82
Hình 3. 18: Nút Emergency ......................................................................................82
Hình 3. 19: Lưu đồ giải thuật ....................................................................................84
Hình 4. 1: Giới thiệu tên đề tài và màn hình đăng nhập ...........................................85
Hình 4. 2: Màn hình giám sát và điều khiển hệ thống ..............................................86
xiii


Hình 4. 3: Lấy hàng ở vị trí lấy hàng rồi đưa vào kho ..............................................86
Hình 4. 4: Sau khi lấy hàng, cơ cấu đưa hàng vào ô thứ 2 theo người điều khiển ...86
Hình 4. 5: Cơ cấu tự đưa hàng vào ơ hàng 3 .............................................................87
Hình 4. 6: Hệ thống đưa hàng hàng cho tới khi khơng cịn vị trí nào trống .............87
Hình 4. 7: Ơ hàng 1,2 đã có hàng , cơ cấu sẽ tự động đưa hàng đến ô hàng 3 .........87
Hình 4. 8: Lấy hàng ở ô thứ 2 theo yêu cầu điều khiển tới vị trí xuất hàng .............88
Hình 4. 9: Cơ cấu tự động lấy hàng từ ơ hàng 1 đưa ra vị trí xuất hàng ...................88
Hình 4. 10: Cơ cấu tiếp tục lấy hàng ô 2 đưa ra vị trí xuất hàng ..............................88

xiv


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng 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
phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật

điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà
máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã
được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong q trình sản xuất. Từ những điều đã
được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở
trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được
độ chính xác cao về vị trí .Nên chúng em đã quyết định thiết kế và thi cơng một mơ
hình “Lưu, xuất kho bằng tay và tự động”, điều này rất quan trọng bởi nó giúp cho
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, giảm giá thành hoạt động, giảm bớt
phần nào sức lao động và giảm bớt tai nạn lao động và tiết kiệm được một diện tích
đất rất lớn khi làm việc. Góp phần giúp ích cho xã hội và đất nước ta phát triển.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế cũng như về kiến thức,thời gian
thực hiện,nên việc thực hiện đề tài khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy,rất mong
sự chỉ bảo thêm của q Thầy Cơ cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên.
1.2. Lý do chọn đề tài
1.2.1. Khách quan
Thay vì cách lưu trữ hàng hóa thủ cơng tốn nhiều diện tích cũng như nhân công
lao động, hệ thống kho hàng tự động sẽ giúp cho chúng ta giải quyết cái vấn đề trên.
Với việc ứng dụng công nghệ cao trong việc cất giữ hàng hóa, giờ đây bạn 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.
1.2.2. Chủ quan
Hiện nay hệ thống điều khiển dùng PLC được sử dụng rất nhiều trong mọi lĩnh
vực của đời sống và lao động sản xuất. Vì vậy, nhóm muốn tìm hiểu đề tài để có thể
ngồi PLC S7-300 có thể biết thêm PLC S7-1200 để có thể chủ động hơn khi ra
trường. Ngoài ra việc thiết kế hệ thống giúp nhóm có thể ứng dụng những lý thuyết
đã học trên lớp vào thực tiễn giúp có kinh nghiệm hơn trong công việc làm sau này.
1

1.2.3. Cải tiến so với đề tài trước.
Sau khi tham khảo những đề tài lưu kho tương tự của các nhóm sinh viên đi
trước chúng em nhận thấy các nhóm trước đây đều đã hoàn thành được các yêu cầu
cơ bản của một hệ thống lưu và xuất kho như lưu và xuất kho chính xác có thể điều
khiển bằng tay và tự động, sử dụng vít me-đai ốc bi và thanh trượt để tăng độ chính
xác, chắc chắn cho hệ thống, đồng thời sử dụng động cơ bước để điều khiển, có thể
nhận biết được sản phẩm ở từng ơ hàng là có hay khơng,ngồi ra cịn có thể giám sát
và điều khiển thơng qua SCADA trên màn hình máy tính… nhưng vẫn cịn một số
hạn chế như mơ hình chưa chắc chắn,tốc độ xử lý của động cơ bước còn chưa nhanh,
chưa thể giám sát và điều khiển được trên giao diện web ( thông qua Internet, web
Server) … Vì vậy nhóm chúng em sẽ tập trung khắc phục những hạn chế trên.
 Ưu điểm :


Tận dụng được thể tích kho chứa



Cố định vị trí hàng hóa trong kho



Đảm bảo tự động hóa kho hàng


Khi cần sản phẩm nào chỉ cần nhấn nút, sản phẩm sẽ được đưa tới nói
cần thiết. Giảm thời gian lựa chọn hàng hóa


Đảm bảo an tồn cơng tác kho nhờ ổn định vững chắc vị trí hàng hóa

1.2.4. Giới hạn đề tài
Do các điều kiện khách quan và chủ quan như thời gian, nhân lực, kiến
thức,…nên nhóm chúng em sẽ thực hiện các nội dung sau:


Thiết kế và thi cơng mơ hình.



Kết nối PLC với máy tính.



Thiết lập lưu đồ điều khiển.



Lập trình cho PLC S7-1200 của Simatic.



Thiết kế giao diện SCADA để điều khiển và giám sát hệ thống.



Chỉ viết chương trình dạng Ladder.

2

1.3. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này sẽ giúp cho nhóm chúng em cũng như các bạn sinh viên khác hiểu
thêm về PLC, tăng khả năng tư duy, sáng tạo để có được ý tưởng thực hiện đề tài,
thấy được tầm quan trọng của môn học PLC cũng như các mơn học khác, có khả năng
vận dụng những kiến thức, lý thuyết đã được học để giải quyết những vấn đề trong
thực tiễn qua đó tích lũy được thêm kiến thức, kinh nghiệm để có thể hồn thành tốt
cơng việc thực tiễn.

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu hệ thống lưu kho hàng hóa
2.1.1. Các hệ thống lưu kho hàng hóa
 Mơ hình xếp chồng (Auto Stacker)

Hình 2. 1:Mơ hình xếp chồng
Mơ hình này sử dụng một hệ thống thủy lực để nâng tối đa 4 thùng hàng xếp
cạnh nhau lên một tầng cao để dành chỗ cho 4 thùng hàng khác ở bên dưới.Tuy nhiên,
giải pháp này chỉ phù hợp với qui mô nhỏ, hiệu quả kinh tế không cao.
 Mơ hình lưu trữ tự động hố trên mặt đất (Above ground Automated
Parking)

Hình 2. 2:Mơ hình lưu trữ tự động hóa trên mặt đất
4


Mơ hình này là một bước cải tiến so với mơ hình trên,sức chứa có thể tăng gấp
nhiều lần so với mơ hình xếp chồng. Bố trí các hàng hóa sát nhau và thu hẹp khoảng

cách giữa các tầng, các khâu nhận bảo quản và trả hàng hoàn toàn được tự động
hóa,với sự trợ giúp của cơng nghệ hiện đại việc điều khiển, giám sát kho lưu trữ hàng
hóa tự động được thực hiện khá dễ dàng.
 Mơ hình kho lưu trữ tự động hố dạng ngầm ( Underground
Automated Parking)

Hình 2. 3:Mơ hình lưu trữ tự động hóa dạng ngầm
Có cấu trúc tương tự mơ hình kho lưu trữ hàng tự động hoá nhưng đươc thiết
kế dạng ngầm dưới đất. Do đó ở mơ hình này có thể tiết kiệm khơng gian nhưng thi
cơng tương đối khó khăn.
 Mơ hình kho lưu trữ hàng hóa tự động hóa dạng trịn

Hình 2. 4: Mơ hình lưu trữ tự động hóa dạng tròn
5


Mơ hình này là một trong những bước phát triển lớn của mơ hình kho lưu trữ
hàng tự động hóa, hàng được xếp thành nhiều tầng và những ô hay vị trí nâng hàng
được xếp theo dạng vịng trịn, mức độ hiện đại cao hơn so với những mơ hình trước,
dùng sử dụng cho các kho có số lượng hàng lớn có mức độ hàng hóa tương đối cao,ở
mơ hình kho lưu trữ hàng hóa tự động dạng trịn có những ưu điểm đó là số lượng
hàng hóa gửi vào tương đối lớn,mức độ tự động hóa cao,việc điều khiển giám sát dễ
dàng.
2.1.2. Cấu trúc hệ thống lưu kho hàng hóa
Cấu trúc của một hệ thống lưu kho hàng hóa gồm có 2 phần:


Nhà kho chứa hàng



Xe nâng hàng

Xe nâng hàng được kết nối với thiết bị lập trình và các thiết bị điều khiển khác
để vận hành đưa hàng tới các vị trí trong nhà kho.
2.2. Tổng quan về PLC
2.2.1. Sơ lược về sự phát triển
Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã được thiết
kế lần đầu tiên cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ
thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người dùng gặp nhiều khó khăn trong việc
vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn
nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống cịn gặp nhiều khó khăn, lúc này
khơng có các thiết bị hỗ trợ cho cơng việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình,
hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller handle) đầu tiên được
ra đời năm 1969. Điều này đã tạo ra một sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển
lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản
nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống cổ điển. Qua quá trình vận
hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu
chuẩn đó là lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format).
Trong những năm đầu tiên của thập niên 1970, những hệ thống PLC cịn có
thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (Arithmetic), “vận hành với các
dữ liệu cập nhật” (Data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho
máy tính ( Cathode Ray Tube : CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển và lập
trình cho hệ thống ngày càng trở nên thuận tiện hơn.

6


Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay
đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệ

thống ngõ vào/ra có thể tăng thêm 800 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình
tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (Word of memory). Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo
ra kĩ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải
thiện, chu kì quét (Scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt hơn với những
chức năng phức tạp số lượng cổng vào/ra lớn. Trong các tương lai hệ thống PLC
không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Intergrated
Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam ... ngồi ra các thiết kế
cịn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thơng minh”
(Intelligent) cịn gọi là các siêu PLC (Super PLC) cho tương lai.
2.2.2. Khái niệm về PLC
PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller. Theo hiệp hội
quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị
các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính tốn cho phép
điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ
nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy
tính cơng nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.
2.2.3. Giới thiệu về PLC
Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây
chuyền, một thiết bị máy móc cơng nghiệp nào … Người ta thường thực hiện kết nối
các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức
độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bài tốn cơng
nghệ đặt ra.
Cơng việc này diễn ra khá phức tạp trong thi cơng vì phải thao tác chủ yếu trong
việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại khơng cao vì một thiết
bị có thể cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởi vậy lượng
vật tư là rất đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đổi quy trình sản
xuất gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng
và đi lại dây bởi vậy năng suất lao động giảm đi rõ rệt. Với những nhược điểm trên
các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm ra một giải pháp điều khiển tối ưu
nhất đáp ứng mong mỏi của ngành cơng nghiệp hiện đại đó là tự động hố q trình

sản xuất làm giảm sức lao động, giúp người lao động không phải làm việc ở những
khu vực nguy hiểm, độc hại ….mà năng suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần. Một
hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn để điều khiển cho ngành công
7