ĐỒ ÁN 2 HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ========== BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2 HỆ THÔNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG KẾT HỢP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC Giáo viên hướng dẫn Th S HỒ SỸ PHƯƠNG Sinh viên thực hiện 1 TRƯƠNG VĂN HƯNG 2 LÊ QUỐC KHÁNH 3 TRỊNH VĂN KHÁNH 4 TRẦN QUANG KHỞI 5 NGUYỄN THÀNH LUÂN 6 NGÔ QUANG LƯƠNG 7 LÊ HOÀI NAM (0409) (NT) 8 LÊ HOÀI NAM (2101) 9 NGUYỄN XUÂN NAM Lớp 58K – Kỹ thuật ĐKTĐH Nghệ An, 2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Ngày nay, khi thời đại của khoa học công.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Giáo viên hướng dẫn: Th.S HỒ SỸ PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện :1 TRƯƠNG VĂN HƯNG

2 LÊ QUỐC KHÁNH

3 TRỊNH VĂN KHÁNH

4 TRẦN QUANG KHỞI

5 NGUYỄN THÀNH LUÂN

6 NGÔ QUANG LƯƠNG

7 LÊ HOÀI NAM (04/09) (NT)

8 LÊ HOÀI NAM (21/01)

9 NGUYỄN XUÂN NAM Lớp : 58K – Kỹ thuật ĐK&TĐH

Nghệ An, 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi thời đại của khoa học công nghệ phát triện mạnh mẽ cùng với

sự phát triển của đất nước thì các hệ thống nhà kho lưu giữ hàng thông minh đangdần phổ biến trong các nhà máy, khu công nghiệp, công ty, doanh nghiệp,…

Kho hàng là nơi cất giữ nguyên vật liệu, bán thành phẩm, thành phẩm trongsuốt quá trình chu chuyển từ điểm đầu cho tới điểm cuối của dây chuyền cung ứng,đồng thời cung cấp các thông tin về tình trạng, điều kiện lưu trữ và vị trí của cáchàng hóa được lưu kho Kho hàng đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong chuỗiphân phối hàng hóa của các doanh nghiệp

Từ những nhu cầu thực tế và rất thực tiên, nhóm đã quyết định chọn đề tài

“Nhà kho thông minh phân loại sản phẩm theo độ dài” để nghiên cứu và phát triển

Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng bộ khung nhà kho được thiết kế theo hìnhkhối chia thành các tầng, có tất cả 3 tầng: gồm 1 tầng để phân loài sản phẩm và 2tầng để cất sản phẩm sau khi đã phân loại (có thể phát triển thêm nhiều tầng tùyvào yêu cầu sử dụng)

Yêu cầu của đề tài:

- Phân loại sản phẩm theo kích thước (1m, 0.8m)

- Bộ phận nâng hàng đưa hàng đã được phân loại đến các tầng tương ứng

- Khi cần lấy hàng, người sử dụng chọn vị trí để bộ phận nâng hàng di chuyểnđến đúng vị trí dó để lấy hàng rồi di chuyển ngược xuống để trả hàng

- Đảm bảo độ chắc chắn, an toàn lao động, phòng chống cháy nổ

-CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về nhà kho thông minh

1.1.1 Kho hàng là gì?

Kho hàng là loại hình cơ sở thực hiện việc dự trữ, bảo quản và chuẩn bị hànghóa nhằm cung ứng hàng hóa cho khách hàng với trình độ dịch vụ cao nhất và chiphí thấp nhất

1.1.2 Nhà kho thông minh là gì?

Nhà kho thông mình (Smart Ware – house) hay còn được gọi là kho tự động.Nhà kho thông minh là đỉnh cao của tự động hóa các thành phần khác nhau củakho Hệ thống này dùng các khung kệ chứa hàng có khả năng nâng cấp và cải tạosức chứa lên nhiều lần một cách dễ dàng Tương tự các giải pháp nhà thông minh,kho thông minh được kích hoạt với một số công nghệ tự động và kết nối chúng vớinhau Sự kết hợp này làm tăng năng suất công việc, giảm thiểu năng lực tối đa

1.1.3 Ưu điểm của nhà kho thông minh

- Hệ thống nhà kho thông minh được vận hành một cách dễ dàng và an toàn

khi hoạt động,

- Hệ thống kho có độ ổn định cao và giá thành đầu tư thấp so với cùng công

suất lưu trữ của các dạng kho thường khác, chi phí vận hành thấp,

- Hệ thống nhà kho thông minh có thể dễ dàng thay thế, nâng cấp từng bộ

phận một cách nhanh chóng không ảnh hưởng đến quá trình vận hành,

- Xuất nhập kho dễ dàng, khoa học, nhân công vận hành ít nên tiết kiệm được

chi phí quản lý và vận hành kho hàng tháng,

- Công suất lưu trữ lớn trên cùng một diện tích mặt bằng (tằng từ 100% đến

300% so với kho thông thường)

1.1.4 Ứng dụng của nhà kho thông minh

- Xây dựng kho thành phẩm và nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất, chế

biến thực phẩm, dược phẩm, vải vóc,…

- Xây dựng kho phân phối, kho trung chuyển, kho ký gửi hàng hóa trong

ngành Logistisc Các kho này sẽ trang bị dây chuyển nhặt lẻ cho từng hệthống ngành hàng riêng biệt Các dây chuyển nhặt lẻ sẽ giảm nhân công vàdiện tích mặt bằng, kiểm soát số liệu tồn kho theo thời gian thực trong quátrình nhập và lưu kho,

- Xây dựng kho lạnh, kho mát trong các ngành thực phẩm đông lạnh, bảo quản

rau củ quả,

1.2 Tổng quan về phân loại sản phẩm

1.2.1 Hoạt động phân loại thủ công

Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân dùng các thiết bị đo kiểm

để xác định sản phầm đó thuộc loại nào Sau đó sắp xếp sản phẩm vào thùng hoặchộp, để đủ số lượng rồi dùng băng keo dán miệng hộp

Hình 2 Phân loại sản phẩm thủ công

Việc này phụ thuộc rất nhiều vào trình độ công nhân Hơn nữa, công nhânlàm việc lâu không tránh khỏi những sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm khôngđồng đều

1.2.2 Hoạt động phân loại tự động

Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyển.Bên cạnh bằng chuyền có đặt các thiết bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sảnphẩm Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị phân loại chúng sẽ được đẩyvào hộp tương ứng nằm trên các băng chuyền khác Các sản phẩm còn lại sẽ đượcbăng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng Thông qua hệ thống đếm tựđộng, khi số lượng sản phẩm được đẩy vào hộp đủ số lượng quy định thì hệ thống

sẽ tự động dừng trong một khoảng thời gian nhất định để đóng gói sản phẩm Hệthống hoạt động tuần tự đến khi có lệnh dừng Công nhân chỉ việc tới lấy hộp đãđược đóng gói xếp lên xe đẩy và đưa vào kho hàng hoặc đem lên xe để vận chuyểnđi

Hình 3 Phân loại sản phẩm tự động

1.2.3 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động

Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ranhững phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau Hiện nay có một số phươngpháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như:

- Phân loại sản phẩm theo kích thước

- Phân loại sản phẩm theo màu sắc

- Phân loại sản phẩm theo khối lượng

- Phân loại sản phẩm theo mã vạch

- Phân loại sản phẩm theo vật liệu…

1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 4 Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

1.3.2 Cấu tạo chung hệ thống

Một hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước gồm có 4 bộ phậm chínhlà: bộ phận động lực, bộ phận nhận biết và phân loại, mạch điều khiển, bộ phậnhiển thị.

- Bộ phận động lực: gồm các thiết bị vận tải (băng chuyền, băng gầu,…), các

thiết bị giúp phân loại (xilanh, cánh tay robot,…), động cơ, bánh răng,…

- Bộ phận nhận biết và phân loại: hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận hoặc

công tắc hành trình để nhận biết và phân loại kích thước sản phẩm Hệ thống

có thể sử dụng cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến siêu âm,… tùyvào sự bố trí và yêu cầu của từng hệ thống

- Mạch điều khiển: được xây dựng để nhận tín hiệu từ cảm biến sau đó xử lý

tín hiệu để điều khiển phần động lực Mạch điều khiển sử dụng một số phần

từ như các role trung gian, role thời gian, contactor, counter,…

- Bộ phận hiển thị: sử dụng led 7 thanh hoặc màn hình LCD để hiển thị số

lượng sản phẩm và trạng thái hoạt động

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm này hoạt động dựa trên nguyên lý dùng cáccảm biến (hoặc công tắc hành trình) để xác định chiều dài của sản phẩm Sau đódùng xilanh để phân loại sản phẩm có các kích thước khác nhau Sản phẩm sauphân loại sẽ được đếm bằng các cảm biến cho đến khi đạt đủ số lượng theo yêu cầurồi tiếp tục chuyển đến các thùng hàng để đóng gói

1.4 Động cơ điện một chiều

Động cơ một chiều là động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định haynói cách khác là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp một chiều

1.4.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm:

- Stator: Thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửa hoặc nam châm

điện

- Rotor: là phần lõi có quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện

- Cổ góp: làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện cho các cuộn dây trên rotor Số

lượng các điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn trên rotor

- Chổi than: làm nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

Hình 5 Cấu tạo độn cơ điện một chiều

1.4.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 6 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Stato của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châmvĩnh cửu, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, mộtphần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó cónhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục.Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với

cổ góp

Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt, cạnh phíatrên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bịtác động bởi một lực hướng xuống theo nguyên lý bán tay trái của Fleming Cáclực này gây tác động quay lên cuộn dây và làm cho rotor quay

1.4.3 Phân loại

Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện một chiều thànhnhững loại sau:

- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song

- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp

1.4.4 Đảo chiều động cơ

Khi ta cấp điện áp dương vào một cực của động cơ và cấp điện áp âm vàocực còn lại thì động cơ sẽ quay theo một chiều cố định Khi ta cấp điện áp ngượclại, đảo chiều dương âm thì động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại

Cụ thể để đảo chiều động cơ điện một chiều, ta có các cách sau:

- Đảo chiều từ thông kích từ (Đảo chiều dòng điện phần cảm)

- Đảo chiều dòng điện phần ứng

1.5 Cơ sở lý thuyết của đề tài

1.5.1 Tổng quan về Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý được thiết kế trên nền tảng AVR Atmel

8 bit hoặc ARM Atmel 32 bit Arduino thường được trang bị một cổng USB, cácchân input analog và digital để tương tác với các thiết bị khác

Arduino là một giải pháp lập trình dễ dàng, được coi là rẻ tiền cho nhữngngười yêu thích lập trình có thể tương tác với môi trường qua các cảm biến và các

cơ cấu chấp hành để tạo được nhiều ứng dụng trong cuộc sống

Phần cứng của Arduino thường sử dụng các dòng hiện đại như các con chipmegaAVR, Atmega8, Atmega168, Atmega328, Atmega1280 và Atmega2560

Các dòng Arduino phổ biến hiện nay như: Arduino Uno, Arduino Mega,Arduino Nano, Arduino Due và Arduino Leonardo

Hình 7 Một số dòng Arduino phổ biến hiện nay

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổsung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnhquan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn cảu nó cho phép người dùng cóthể kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổiđược gọi là shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông quacác chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C– nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduinochính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8,ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lýkhác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích Hầu hết các mạch gồmmột bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16MHz (hoặc bộ cộnghưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạytại 8MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị.Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader chophép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bịkhác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụngArduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một

bộ nạp chương trình

Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các boardđược lập trình thông qua một kết nối RS232, nhưng cách thức thực hiện lại tùythuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổigiữa RS232 sang TTL Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổngUSB, thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB – to – serial như là FTDI FT232.Vài biến thể, như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng mộtboard adapter hoặc cáp nối USB-to-serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các

phương thức khác (Khi sử dụng một công cụ lập trình vi điều khiển truyền thốngthay vì ArduinoIDE, công cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng).

1.5.2 Phần mềm Arduino IDE

Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết

và biên dịch mã vào module Arduino Đây là một phần mềm Arduino chính thứcgiúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà ngay cả một người bình thườngkhông có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được

Arduino IDE có các phiên bản cho các hệ điều hành như MAC, Windowns,Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với các chức năng và lệnh có sẵn đóng vaitrò quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường

Hình 8 Màn hình làm việc của phần mềm Arduino IDE

Khi người dùng viết mã và biên dịch, IDE sẽ tạo file hex cho mã File hex

là các file thập phân hexa được Arduino hiểu và sau đó được gửi đến bo mạch bằng

cáp USB Mỗi bo Arduino đều được tích hợp một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển

sẽ nhận file hex và chạy theo mã được viết

1.5.3 Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là một sự thay thế của Arduino Mega cũ Nó thườngđược sử dụng cho các dự án rất phức tạp Vì đây là bo mạch được tích hợp nhiềutính năng nổi bật Tính năng đầu tiên là thiết kế hệ thống I/O lớn với 16 bộ chuyểnđổi tương tự và 54 bộ chuyển đổi số hỗ trợ UART và các chế độ giao tiếp khác.Thứ hai, Arduino Mega 2560 có sẵn RTC và các tính năng khác như bộ so sánh,timer, ngắt để điều khiển hoạt động, tiết kiệm điện năng và tốc độ nhanh hơn vớixung mạch thạch anh tần số 16Mhz

Hình 9 Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì nó không sửdụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó sửdụng Atmega16U2 để lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB

Arduino Mega có sơ đồ linh kiện như hình dưới đây:

Hình 10 Sơ đồ chân Arduino Mega

Các đặc điểm kỹ thuật của Arduino Mega 2560:

Vi điều khiển AVR Atmega2560 (8 bit)

Nguồn cung cấp 7 – 12V (Bộ điều chỉnh sẵn có cho bộ điều khiển)

Xung Clock 16Mhz (Nhà sản xuất cài đặt là 1Mhz)

Giao tiếp USB, ISCP, SPI, I2C và USART

Bộ Timer 2 (8 bit) + 4 (16 bit) = 6 Timer

1.5.4 Bộ biến đổi Buck

Hình 11 Bộ biến đổi buck

Bộ biến đổi buck là bộ biến đổi DC – DC giảm áp Nó hoạt động theonguyên tắc sau: Khi van đóng, điện áp chênh lệch giữa ngõ vào và ngõ ra đặt lên

điện cảm, làm dòng điện trong điện cảm tăng dần theo thời gian Khi van ngắt, điệncảm có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó để tạo điện áp cảm ứng để để diodephân cực thuận Điện áp đặt vào điện cảm lúc này ngược dấu với khi van đóng và

có đọ lớn bằng điện áp ngõ ra cộng với điện áp rơi trên diode khiến cho dòng điệnqua điện cảm giảm dần theo thời gian Tụ điện ngoc ra có giá trị đủ lớn để daođộng điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép

1.5.5 Bộ truyền động xích

Hệ thống truyền động xích bao gồm nhiều cơ cấu liên kết lại với nhau tạothành một cơ cấu truyền động đó là: dây xích và nhông xích (hay còn gọi là đĩaxích) dẫn truyền lực Hệ thống truyền động xích thường dùng để truyền các chuyểnđộng từ motor trực tiếp, hộp giảm tốc – gián tiếp, băng truyền, băng tải… Sự ănkhớp giữa nhông xích và các mắt xích của dây xích tạo nên chuyển động liên tục đểđảm bảo được sự an toàn khi lực tác dụng lên cả nhông xích và dây xích

Có nhiều cách bố trí hệ thống truyền lực và nhông xích khác nhau, có thểgồm hai hoặc nhiều nhông xích cùng hỗ trợ trong hệ thống máy Nhông xích làmnhiệm vụ đảm bảo độ căng cho dây xích và có những nhông đĩa xích được lắp vào

đẻ bắt kịp các chuyển động cùng lúc trong thiết bị chính xác yêu cầu ăn khớp theođiểm để hoàn thiện sản phẩm

Hình 12 Cấu tạo bộ truyền động xích

Có nhiều cách phân loại xích, nhưng xích thường được phận loại theo 3 dạngchủ yếu là xích kéo, xích tải và xích truyền động

So với bộ truyền khác như dây đai thì bộ truyền động xích có những ưu điểmsau:

- Có thể làm việc khi quá tải đột ngột, hiệu suất cao hơn, không có hiệu tượng

trượt

- Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số

vòng quay

- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhông,

do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và do đó cóthể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn

Bộ truyền động xích với hệ thống nhông đĩa xích và xích có nhược điểm theonguyên lý cấu tạo là sự phân bổ của các điểm bố trí xích – nhánh xích trên hệ thống

truyền động xích với đĩa xích không theo đường tròn (đối với hệ thống 3 nhôngxích trở lên) Do đó, khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối vớinhau và bản lề xích bị mòn, gây nên tải trọng phụ thụ động, ồn khi làm việc, có tỷ

số truyền tức thời thay đổi nên vận tốc tức thời của xích và bánh dẫn bị thay đổi,cẩn phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích

1.5.6 Hệ thống băng tải con lăn

Băng tải con lăn là một hệ thống bao gồm các con lắn được kết nối với nhaumột cách vững chắc để nâng đỡ, vận chuyển hàng hóa trong các ngành sản xuấtcông nghiệp hiện đại Hệ thống này có thể sử dụng được cho các loại sản phẩm cótrọng lượng từ nhẹ đến rất nặng, đồng thời, nó cũng có thể hoạt động rất tốt trongmôi trường bụi bặm hoặc có hóa chất ăn mòn

Cấu tạo của con lăn băng tải khá đơn giản, chỉ gồm ổ bi, bề mặt con lăn, trục

và một số linh kiện kèm theo Con lắn được lắp vào trục với một ổ bi, vòng ngoài ổgắn chặt với con lăn, vòng trong gắn với trục Một số loại con lăn làm băng tải phổbiến hiện nay như: con lăn nhựa, con lăn inox, con lăn thép, con lăn bọc cao su.Mỗi loại đều có ưu nhược điểm và dùng cho từng mục đích cụ thể khác nhau tùyvào yêu cầu của mỗi hệ thống