KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG. ÁP DỤNG ĐỊNH HƯỚNG TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG CUNG ỨNG HÀNG TẠI SIÊU THỊ BÁN LẺ

TÓM TẮTTừ khi được giới thiệu vào năm 1950, hệ thống lưu và xuất hàng tự động Automated Storage and Retrieval System-AS/RS đã được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động phân phối cũng nh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KHO HÀNG

TỰ ĐỘNG ÁP DỤNG ĐỊNH HƯỚNG TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG CUNG ỨNG HÀNG TẠI SIÊU THỊ BÁN LẺ

Họ tên sinh viên : ĐẶNG PHÚ VINH Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khoá : 2006-2010

Tháng 07 /2010

KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG

ÁP DỤNG ĐỊNH HƯỚNG TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG CUNG ỨNG HÀNG

Giáo viên hướng dẫn:

T.S Dương Minh Tâm

Tháng 7 năm 2010

LỜI CẢM TẠ

Sau hơn 2 tháng thực hiện, cuối cùng bài luận này đã được hoàn tất Nó không chỉ được viết bằng những cố gắng và nổ lực của bản thân mà đó còn là sự đóng góp chân thành, nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và tất cả những người thân

Mở đầu bài luận, em xin gởi lời tri ân sâu sắc đối với các thầy cô -những người giáo viên ưu tú đã truyền thụ kiến thức, đã góp phần xây dựng hành trang vững chắc cho chúng em bước vào cuộc sống hôm nay

Xin cảm ơn thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã góp ý cũng như đưa

ra những kinh nghiệm để em thực hiện khoá luận tốt hơn Và chân thành cảm ơn T.S Dương Minh Tâm đã hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành tốt bài viết

Sau cùng, xin gởi lời yêu thương tới gia đình và bạn bè - những người thân luôn bên cạnh, luôn động viên cũng như tạo mọi điều kiện để em có thể thực hiện tốt đề tài

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Đặng Phú Vinh

TÓM TẮT

Từ khi được giới thiệu vào năm 1950, hệ thống lưu và xuất hàng tự động ( Automated Storage and Retrieval System-AS/RS) đã được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động phân phối cũng như trong môi trường sản xuất.Tuy hình thành muộn hơn, nhưng Việt Nam là nơi có nhiều tiềm năng cho việc ứng dụng hệ thống AS/RS vào thực tế Điển hình như trong các dây chuyền lắp ráp công nghiệp, kho bãi, thư viện,… Các nghiên cứu tổng hợp của khóa luận cung cấp cho người đọc cái nhìn tổng quan về

hệ thống lưu/xuất hàng tự động - AS/RS , những thành phần đặc trưng và hoạt động của hệ thống Cùng với điều đó là việc đưa ra các kiến thức đã được vận dụng và định hướng phát triển hệ thống kho hàng tự động trong một lĩnh vực cụ thể

Bài luận : “Khảo sát và phân tích hệ thống kho hàng tự động Áp dụng định hướng tự động hoá trong cung ứng hàng tại siêu thị bán lẻ”, gồm các nội dung như sau:

• Những kiến thức tổng hợp liên quan tới hệ thống AS/RS

• Tìm hiểu về các hệ thống AS/RS trong nước và thế giới cùng với các đặc điểm

• Khảo sát và phân tích hệ thống lưu/ suất nhập tự động tại trung tâm nghiên cứu và triển khai- khu công nghệ cao Việc tìm hiểu chỉ dừng lại

ở những đặc điểm khái quát, tổng quan

• Đưa ra giải pháp tự động cho việc cung cấp và lưu trử hàng hoá ở các nhà kho trong các siêu thị bán lẻ

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa……… …… i

Lời cảm tạ……… ii

Tóm tắt….……… iii

Mục lục……… iv

Danh sách hình….……… vi

Danh sách bảng……… vii

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU……….……… ……… 1

CHƯƠNG II TỔNG QUAN……….………….……….…….3

I Tổng quan hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động 3

III Những kiến thức tổng hợp ……….………6

1 Động cơ điện có bộ phận điều khiển hành trình ……… ……….6

1.1.Động cơ điện không đồng bộ 3 pha……… …………6

1.2 Động cơ một chiều……… 8

1.3 Động cơ bước……… ….9

2 Cảm biến……… ….… 11

2.1.Công tắc hành trình……….………… …… 11

2.2 Cảm biền vị trí góc quay……….…….……… 12

2.3.Cảm biến tín hiệu gần và tín hiệu xa……… 13

3 Phương pháp nhận dạng vật thể……… ……….…15

3.1 Mã vạch (Barcode)……… ……….……… 16

3.2 Phương pháp xác định vật thể qua vô tuyến điện (RFID)……….17

4 Truyền động cơ khí……… ……17

5 PLC và thiết bị chấp hành điện……… ……… 18

CHƯƠNG III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 22

CHƯƠNG IV THỰC HIỆN ĐỀ TÀI -KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………… 23

I Đặc điểm hệ thống lưu-xuất kho tự động (AS/RS)………23

1.Bộ phận lưu trử……….23

2 Robot lưu /xuất kho……….25

3.Các môđun lưu trử 33

4.Trạm thu nhận và phân loại lưu/xuất………33

5.Hệ thống bốc xếp vận chuyển vòng ngoài……… 33

IV Áp dụng định hướng kho AS/RS, cung ứng hàng tại siêu thị bán lẻ……… 35

1 Khảo sát các kho chứa hàng tại các siêu thị……… … 35

2.Đánh giá việc ứng dụng hệ thống AS/RS vào kho hàng siêu thị…… … 37

3.Xây dựng giải pháp kho AS/RS cho siêu thị ………….…… ………… 38

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……… ……… …41

Tài liệu tham khảo……… … 43

Phụ lục……….……… 45

DANH SÁCH HÌNH

Trang

Hình 2.1 Các loại kho AS/RS……….………5

Hình 2.2 Các phương pháp mở máy……… 8

Hình 2.3 Mạch cầu H điều khiển động cơ ……….… … 9

Hình 2.4 Sơ đồ dây động cơ bước biến từ trở……… 10

Hình 2.5 Sơ đồ dây động cơ bước đơn cực 10

Hình 2.6 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu……… 11

Hình 2.7 Tín hiệu nhập vào PLC……….11

Hình 2.8 Cảm biến điện từ……… 12

Hình 2.9 Cảm biến điện quang……….12

Hình 2.10 Encoder OMRON………13

Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến từ cảm……….13

Hình 2.12 Cảm biến siêu âm………14

Hình 2.13 Phương pháp đo tam giác………14

Hình 2.14 Đo khoảng cách theo khoảng thời gian truyền tín hiệu……… 15

Hình 2.15- Nguyên lý nhận dạng bằng mã vạch……….16

Hình 2.16 Nguyên lý nhận dạng RFID………17

Hình 2.17 Cơ cấu truyền động truyền động cơ khí……….18

Hình 2.18.Sơ đồ hệ thống PLC………19

Hình 2.20 Biến tần điều khiển hoạt động các động cơ của S/R robot……… 20

Hình 2.21 Sơ đồ khối của relay điện từ……….20

Hình 2.22 Sơ đồ chân Relay Omron loại MY4NJ………21

Hình 4.1 Mô hình kho AS/RS………23

Hình 4.2 Khung kệ lưu trử tại trung tâm……….24

Hình 4.3 Kích thước khung kệ lưu trử của hệ thống AS/RS ở trung tâm………….25

Hình 4.4.Cấu trúc Robot lưu/xuất kho………26

Hình 4.5.Động cơ thực hiện chuyển động dọc theo đường ray và thẳng đứng…….27

Hình 4.6 Tủ điều khiển ………27

Hình 4.7 Nguồn và cơ cấu dẫn hướng……… 28

Hình 4.8 Thành phần cơ cấu lấy/cất hàng………28

Hình 4.9 Vi trí cơ cấu lấy/cất hàng……….29

Hình 4.10 Hoạt động giao tiếp bằng sóng radio giữa robot và PC……… 29

Hình 4.11 Sơ đồ điều khiển S/R robot………30

Hình 4.12 Mạch động lực điều khiển 3 motor 3 phase 31

Hình 4.13 Mạch điều khiển motor X 31

Hình 4.14 Mạch điều khiển motor Z 32

Hình 4.15 Mạch điều khiển motor Y 32

Hình 4.16 Môđun lưu trử 33

Hình 4.17 Xe AGV trong công nghiệp………34

Hình 4.18 Mô hình xe AGV tại trung tâm……… 35

Hình 4.19 Hình thức cất giữ hàng trong siêu thị……… 36

Hình 4.20 Các loại xe vận chuyển và lấy hàng………36

Hình 4.21 Hoạt động lấy hàng bằng máy và tay……… 36

Hình 4.22 Các hệ thống siêu thị………37

Hình 4.23 Sơ đồ hệ thống kho cho siêu thị 38

Hình 4.24 Mô hình hệ thống AS/RS kết hợp trong siêu thị……… 40

Hệ thống lưu/ suất nhập kho tự động là một vấn đề không mới đối với thế giới Nó xuất hiện từ những năm 50-60 của thế kỉ 20 Hệ thống được ứng dụng rộng rãi và ngày càng thay thế dần sức lao động con người trong dây chuyền sản xuất, hoạt động lưu trử hàng hoá

Tại Viêt Nam, hệ thống này ra đời muộn hơn và là một vấn đề tương đối mới Nó được đưa vào ứng dụng trong những năm gần đây Với những yêu cầu ngày càng cao trong quá trình sản xuất, hệ thống kho hàng tự động đã trở thành một trong những sản phẩm công nghệ được chú ý tới và sẽ có hướng phát triển thuận lợi về sau này.Do đó, việc thực hiện đề tài về kho hàng tự động là sự chọn đúng và phù hợp với nhu cầu thực tế

2 Mục tiêu của đề tài

Trước hết, thực hiện đề tài chính là sự đánh giá quá trình học tập cũng như

là một trong các tiêu chuẩn hoàn thành khoá học đối với mỗi cá nhân sinh viên

Khi thực hiện đề tài, giúp em hiểu về hệ thống kho hàng tự động- một sản phẩm đươc ứng dụng khá rộng trong nhiều lĩnh vực

Trong quá trình tìm tài liệu và khảo sát hệ thống, đã tạo cho em phương pháp làm việc tích cực, cũng như cũng cố lại các kiến thức đã học

3 Giới hạn đề tài

Đề tài được thực hiện tại trung tâm nghiên cứu và triển khai- khu công nghệ cao thông qua việc khảo sát hệ thống AS/RS tại trung tâm Hệ thống này là một trong các đề tài khoa học công nghệ mà trung tâm đang thực hiện Năm 2010, đề tài này đang trong giai đoạn hoàn thành Do vậy, quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp gặp phải một số hạn chế nhất định Nên nội dụng chủ yếu của bài luận chỉ tập trung vào một số vấn đề sau:

™ Thực hiện việc khảo sát và phân tích thành phần của hệ thống kho hàng tự động ở phần cơ khí, phần động lực và phần điện- điện tử

™ Đưa ra những kiến thức đã được sử dụng trong hệ thống kho hàng

™ Đề ra giải pháp tự động hoá cho các kho hàng tại siêu thị bán lẻ

Chương 2

TỔNG QUAN

I Tổng quan hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động [5]

1 Khái niệm hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động:

Hệ thống lưu/xuất nhập kho đã được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới từ 1950 và nó đã trở thành bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau

Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động-AS/RS( Automate Storage/ Retrieval Systems) được định nghĩa là hệ thống lưu giữ và xuất nhập hàng hoá được quản lý một cách tự động

Cấp bậc của hệ thống AS/RS được phân định bởi số lượng kiện hàng có thể lưu trữ đồng thời, bởi thời gian tối thiểu cần thao tác từ lúc người sử dụng yêu cầu đến lúc nhận hàng, bởi mức độ tự động hoá và linh hoạt các thao tác của các thiết bị trong

hệ thống

Những đặc điểm của hệ thống AS/RS:

- Là sản phẩm của cơ điện tử, là bộ phận quan trọng trong hệ thống sản xuất tự động có sự trợ giúp của máy tính -CIM( Computer Intergrated Manufacturing) và hệ thống sản xuất linh hoạt-FMS(Flexible Manufacturing Systems)

- Ứng dụng những tiến bộ kĩ thuật của tự động hoá, cơ điện tử Là hướng chủ yếu để nâng cấp hệ thống AS/RS ngày càng linh hoạt, đáp ứng yêu cầu tốt hơn

Thành phần hệ thống kho lưu xuất nhập tự động :

+ Cấu trúc khung ngăn kho

+ Robot lưu/ xuất nhập kho

+ Các ổ chứa, các môđun lưu trữ

+ Trạm thu chọn và phân bổ PDS (Pick and deposit station)

+ Hệ thống vận chuyển vòng ngoài :xe tự hành-AGV, robot tự hành RTV, băng tải,…

Hoạt động của hệ thống AS/RS

+Lấy hàng từ vị trí lưu trử:

-Khi có tín hiệu yêu cầu lấy hàng từ kho lưu , S/R robot thực hiện di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng để đến vị trí cần lấy hàng S/R robot thực hiện lấy hàng Sau đó, di chuyển theo chiều ngang và chiều thẳng đứng đến vị trí PDS.Đưa hàng ra, AGV robot tiến hành lấy hàng đưa đến nơi yêu cầu

+Lưu trử hàng hoá :

- AGV robot đưa hàng hoá đến vị trí của trạm thu chọn và phân bố PDS Đưa hàng vào PDS, S/R robot lấy hàng Sau đó, di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng đến vị trí lưu trử, tiến hành cất hàng S/R robot trở về vị trí ban đầu

2.Phân loại hệ thống AS/RS:

Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động AS/RS có thể phân loại theo đặc điểm cấu trúc, phương thức hoạt động, đặc tính kĩ thuật, lĩnh vực ứng dụng

Phân loại theo cấu tạo và phương thức hoạt động:

- Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng (unit load AS/RS): được thiết

kế cho các kiện hàng cùng tải trọng hoặc cùng hạng kích cỡ, theo tiêu chuẩn quốc tế về vận chuyển kiện hàng theo các mức: 1000kg, 2000kg, 3000kg, container 25 ton Hệ thống thường đi kèm với 1 hệ thống băng chuyền và được sử dụng trong kho chứa ôtô

- Hệ thống AS/RS mini (mini load AS/RS) : được thiết kế cho trường hợp các kiện hàng tải trong nhỏ chỉ từ 300kg/kiện trở xuống Hệ thống thích hợp với cơ sở không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, dụng cụ,… Được đựng trong thùng chứa, ngăn kéo Các cơ sở dịch vụ, các xí nghiệp là nơi sử dụng hệ thống này

- Hệ thống AS/RS có người điều hành (man-on-board AS/RS): là hệ thống kho bán tự động , có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó

Hệ thống thích hợp với các chi tiết máy để rời Ứng dụng tại các xí nghiệp vừa và nhỏ

- Hệ thống tải hàng dài (deep-lane AS/RS): là hệ thống tự động AS/RS để lưu xuất các kiện hàng tải đồng nhất, có chiều sâu tương đối lớn nên cất giữ được nhiều khoang hàng hơn

- Hệ thống xuất hàng tự động (Automated item retrieval system): được thiết kế cho các kiện hàng chuyên biệt hay đựng trong hộp các tông nhỏ Được đặt trực tiếp lên

Trong những thời điểm ban đầu, hệ thống lưu / xuất nhập kho tự động chỉ là kết hợp cơ giới hoá và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập, lưu, xuất kho Ngày nay, hệ thống là sản phẩm của cơ điện tử với mức độ tự động hoá cao, giữ vai trò ổ chứa đệm và phân phối hệ thống sản xuất thông minh, linh hoạt (Flexible Manufacturing System- FMS)

4.Ưu điểm hệ thống kho tự động :

Mật độ lưu trử cao vì tận dụng được chiều cao và đường chạy robot nhỏ nên làm giảm diện tích sử dụng, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư

Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/1 phút/1 robot

Không cần chiếu sáng, do đó tiết kiệm được chi phí đầu tư chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành

Thất thoát nhiệt thấp : thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào và bù nhiệt cho hệ thống chiếu sáng là những nguyên nhân chính gây thất thoát nhiệt trong kho

Sử dụng hệ thống kho này sẽ làm giảm thất thoát nhiệt xuống đất do diện tích nhỏ và không cần hệ thống chiếu sáng nên không gây thất thoát do bù nhiệt Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ thấp

Không sử dụng lao động trong kho nên tiết kiệm được chi phí nhân công, quản

lí, bảo hiểm và thiết bị hổ trợ, tăng độ an toàn

Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một robot cho nhà kho nên tiết kiệm được chi phí đầu tư

Quản lí chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lí kho kết hợp với công nghệ mã vạch (barcode) và thẻ (transponder) giúp giảm chi phí quản lí nhân công và

dễ dàng đạt được tiêu chuẩn ISO để tạo lợi thế cạnh tranh

II Những kiến thức tổng hợp

1 Động cơ điện có bộ phận điều khiển hành trình

Động cơ điện được sử dụng trong hệ thống AS/RS là động cơ có gắn bộ phận cơ điện tử điều khiển hành trình, để thực hiện hoạt động của robot lấy.xuất hàng và hoạt động vận chuyển hàng hoá bằng xe tự hành-AGV

1.1.Động cơ điện không đồng bộ 3 pha [2][13]

a Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha:

Để động cơ có thế hoạt động được, momen mở máy của động cơ phải lớn hơn momen cản của tải lúc mở máy và được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, Nguyên do:

Khi mở máy, dòng điện lớn bằng 5 đến 7 lần dòng điện định mức Đối với lưới điện công suất nhỏ điều đó làm cho điện áp mạng điện tụt xuống, ảnh hưởng tới các thiết bị Vì vậy cần có biện pháp mở máy nhằm làm giảm dòng mở máy

Các cách mở máy rotor lồng sóc:

• Mở máy trực tiếp

Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện bằng cầu dao, atomat Đây là phương pháp đơn giản, tuy nhiên sẽ gây dòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp và nếu quán tính lớn, thời gian mở máy lâu có thể làm chảy cầu chì bảo vệ hay atomat cắt dòng Vì vậy chỉ áp dụng phương pháp này ở nơi có công suất lưới điện lớn hơn công suất động

cơ nhiều

• Giảm điện áp đặt vào stator khi mở máy

Thực hiện phương pháp này sẽ làm giảm đi momen mở máy, nên chỉ áp dụng khi yêu cầu momen mở máy không lớn

Các 3 phương pháp làm giảm điện áp

+Dùng điện kháng nối trực tiếp vào stator( hình 2.2a )

Điện áp lưới đặt vào động cơ qua điện kháng mắc nối tiếp với stator Khi mớ máy cầu dao K1 đóng, K2 mở Sau khi rotor quay ổn định, đóng K2 mở K1 Nếu điện áp đặt vào động cơ giảm k lần thì dòng mở máy cũng giảm đi k lần và momen giảm đi k2lần

+Dùng máy tự biến áp

Điện áp mạng điện đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp Điện áp cuộn thứ cấp của máy đặt vào động cơ Thay đổi vị trí con chạy để khi mở máy, điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó tăng lên bằng điện áp định mức Phương pháp này cũng làm giảm momen (hình 2.2b)

+Phương pháp đấu nối sao- tam giác (hình 2.2c)

Chỉ áp dụng khi động cơ làm việc, dây quấn stator nối hình tam giác.Đóng cầu dao K1 và K2 sang phía b, dây quấn stator nối sao nên điện áp đặt vào mỗi pha giảm

đi 3 lần Khi máy chạy ổn định., đóng K2 sang phía a, dây quấn stator nối tam giác, động cơ ở chế độ làm việc

Tốc độ động cơ không đồng bộ được xác định:

n1 -tốc độ từ trường, s- hệ số trượt

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ta có thể thay đổi n1 hoặc s Tuy nhiên việc thay

đổi hệ số trượt s bị hạn chế do phạm vị điều chỉnh tốc độ không rộng, làm thay đổi

monen của động cơ rất nhiều, tổn hao công suất trên điện trở phụ, làm giảm công suất

động cơ Vì vậy chúng ta chỉ đề cập đến việc thay đổi tốc độ từ trường

Thay đổi tốc độ từ trường bằng các cách:

• Thay đổi tần số dòng điện

• Thay đổi số đôi cực p của dây quấn stator

- Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số:

Việc thay đổi tần số f của dòng stator được thực hiện bằng bộ biến đổi tần số

Phương pháp này thuận lợi khi điều khiển cả nhóm động cơ không đồng bộ

-Điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thạy đổi số đôi cực p của dây quấn stator:

Số đội cực p phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn, được áp dụng cho các động cơ

chuyên dụng để truyền động cho các cơ cấu có điều chỉnh tốc độ quay theo cấp

1.2 Động cơ một chiều:[6][10]

Điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay của động cơ:

Số vòng quay của động cơ một chiều được xác định:

U- điện áp cung cấp của phần ứng

I- cường độ dòng điện trong phần ứng

r- điện trở phần ứng

k- hệ số phụ thuộc vào đặc tính dây cuốn và số thanh dẫn tác dụng của phần ứng

φ- từ thông trong khe hở

+Dựa vào công thức trên, để điều chỉnh tốc độ động cơ ta có thể:

- Tác động lên từ thông φ thông qua việc điều chỉnh điện áp dòng kích từ

- Điều chỉnh điện áp phần ứng

- Ngoài ra, còn sử dụng phương pháp mắc điện trở vào phần ứng với cách này,

sẽ làm giảm tốc độ động cơ, gây tổn hao công suất

+Đảo chiều quay động cơ:

Chiều quay của phần ứng phụ thuộc vào chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng và chiều của từ trường Như vây, muốn đảo chiều cho động cơ, ta chỉ cần đổi chiều từ thống hoặc đổi chiều dòng điện phần ứng

Mạch cầu H là một phương pháp thường sử dụng để điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ

Hình 2.3 Mạch cầu H điều khiển động cơ

Khi tín hiệu vào ở trạng thái cao thì motor sẽ chuyển động theo hướng bình thường, nếu là trang thái thấp thì động cơ sẽ chuyển động theo hướng ngược lại

Có nhiều loại IC sử dụng cho mạch cầu H, loại dùng cho motor dòng thấp là L293 B, loại dùng cho motor có dòng cao là L298

1.3 Động cơ bước [3][6]

Động cơ bước được chia làm 2 loại : nam châm vĩnh cửu và biến từ trở

Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi ta dùng tay xoay nhẹ rotor, còn động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do

Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu với 1 dây chung.Động cơ nam châm vĩnh cửu có 2 mấu phân biệt

Hình 2.4 Sơ đồ dây động cơ biến từ trở

Hình 2.3 là sơ đồ dây một động cơ biến từ trở Đầu nối c được nối vào cực dương của nguồn và các cuộn dây được kích thứ tự liên tục

Hình 2.5 Sơ đồ dây động cơ bước đơn cực

Động cơ bước đơn cực, nam châm vĩnh cửu và loại hổn hợp đều có sơ đồ dây như hình 2.4 với 5,6 hoặc 8 dây ra Các đầu nối trung tâm 1, 2 thường được nối vào cực dương nguồn cấp, hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt được nối đất để đảo chiều

từ trường của cuộn đó

Các thông ố của động cơ bước :

- Góc quay: Động cơ quay một góc xác định tương ứng với mỗi xung kích Góc

bước θ càng nhỏ thì độ phân giải vị trí càng cao Xác định số bước s:

Tốc độ quay và tần số

Tốc độ quay phụ thuộc vào số bước trong 1 giây, có thể xác định theo công thức :

n- tốc độ quay (vòng/giây); f-tần số bước (Hz); s- số bước

Số bước càng nhỏ, độ phân giải càng cao và định vị càng chính xác Trong thực tế cũng không thể tăng số bước lên quá cao

Hình 2.6 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu

2 Cảm biến [4][6]

Hệ thống kho AS/RS được trang bị nhiều loại cảm biến nên có thể nhận được thông tin hoạt động của các thiết bị trong hệ thống cũng như chung quanh khu vực kho Một số loại cảm biến thường được sử dụng trong hệ thống

2.1 Công tắc hành trình[9]

Công tắc tạo ra tín hiệu đóng mở hoặc các tín hiệu sinh ra do tác động cơ học làm công tắc đóng / mở

Loại công tắc này có thể được sử dụng để cho biết sự hiện diện của vật, do đó khi vật

ép vào công tắc làm cho công tắc đóng Sự vắng mặt của vật được chỉ thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của vật được biểu thị bằng công tắc đóng

Hình 2.7 Tín hiệu nhập vào PLC

Công tắc hành trình có thể kết nối vào PLC theo 2 cách, tương ứng với các mức logic + Không có chi tiết: 0, có chi tiết 1 (hình 2.6a)

+ Không có chi tiết : 1, có chi tiết:0 (hình 2.6b)

Công tắc này có thể được vận hành bằng cam, con lăn hoặc đòn bẩy

2.2 Cảm biền vị trí góc quay

Cảm biến điện từ

Sơ đồ cảm biến điện từ đo vận

tốc hoặc độ dịch chuyển Đầu đo gồm

một cuộn cảm cuộn xung quanh lõi

nam châm vĩnh cửu trên đầu trục

quay gắn một đĩa có vấu Khi trục

quay khoảng cách tương đối giữa

đỉnh vấu và chân vấu so với vị trí lõi

của nam châm là khác nhau nên gây

ra sự thay đổi từ thông, tạo ra xung

điện đầu ra.(hình 2.7)

Cảm biến điện quang

Sơ đồ cảm biến điện quang gồm các đĩa (đối với trường hợp quay) hoặc các thước (đối với trường hợp tịnh tiến) có vạch sáng tối điều nhau Một bên đặt nguồn sáng, một bên đặt các quang trở Khi quay đĩa,do thay đổi vị trí tương đối của các phần

tử di động so với phần tử cố định nên tần số và lượng ánh sáng lọt vào quang trở cũng thay đổi Tín hiệu đi qua bộ khuếch đại tạo các xung , từ đó xác định được độ dịch chuyển hoặc vận tốc

Hình 2.9 Cảm biến điện quang

Thiết bị cảm biến mã hoá quang học- encoder là một kiểu cảm biến điện quang Đây là thiết bị biến dịch chuyển góc điển hình Tính hiệu đầu ra là tín hiệu số nên thuận tiện khi ghép nối máy tính mà không cần sự hổ trợ nào khác Gồm 2 loại chính :

Cảm biến mã hoá tuyệt đối, bộ phận chính là đĩa trong suốt, trên đó có từ 2 đến 30

dải đường riêng biết và chiều rộng như nhau , có các đoạn sáng và tối Nguồn sáng

thường là phototransistor hay photovoltaic, xuyên qua các khe của đĩa và khi đĩa quay

sẽ tạo ra chuổi xung

Cảm biến mã hoá số gia có cấu tạo đơn giản Gồm đĩa gắn liền với trục quay,

được chế tạo từ loại thuỷ tinh đặc biệt, có hệ số giản nở nhiệt thấp nên được gọi là đĩa kính Trên mặt đĩa có chia vạch đen trắng điều nhau Nếu đĩa có bán kính lớn thì khả năng chia độ càng cao Khi đĩa quay, ánh sáng từ nguồn xuyên qua những khoảng trắng của đĩa đến quang trở tạo tín hiệu Tín hiệu thay đổi có quy luật, đưa qua bộ biến đổi để về dạng hình sin hoặc tín hiệu xung

Hình 2.10 Encoder OMRON

Hệ thống sử dụng encoder AUTONICS loại E40H8 – 1024 – 3 – T – 24, với

đặc điểm: encoder lỗ ,độ phân giải 1024 xung/vòng Số vòng quay 3600 vòng/phút Dây đen-trắng-vàng: tín hiệu ra các pha, dây nâu-nguồn(12-24VDC), xanh- nối đất

2.3.Cảm biến tín hiệu gần và tín hiệu xa

Cảm biến tín hiệu gần được sử dụng để phát hiện sự có mặt của đối tượng trong một phạm vi nhất định để tránh hoặc di chuyển vòng qua vật cản hay chỉ dùng xác định khoảng cách Thường sử dụng các loại sau :

Cảm biến từ cảm dựa trên nguyên tắc thay đổi độ từ cảm khi thay đổi cự ly giữa

các vật thể kim loại và cảm biến

Sơ đồ cấu tạo gồm cuộn cảm đặt sau nam châm vĩnh cửu nằm trong vỏ, có phần cách điện và đầu nối Khi đặt cảm biến ngoài gắn với vật thể nhiễm từ thì đường sức

từ sẽ thay đổi Khi có sự chuyển vị trí thì dòng điện cảm trong cuộn dây thay đổi cường độ, biên độ và tần số tỷ lệ với mức thay đổi từ trường

Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến từ cảm

Cảm biến điện dung : có thế phát hiện tất cả các vật liệu rắn và lỏng hoạt động qua

nhận biết sự thay đổi của điện dung do phụ thuộc khoảng cách tới vật Phần tử điện dụng luôn có hình sin, khi có sự thay đổi sẽ tạo ra sự lệch pha Độ lệch pha tỷ lệ với điện dung cần xác định

Cảm biến siêu âm có mức độ phụ thuộc ít với vật liệu của đối tượng Phần chủ yếu

của bộ biến âm dùng chất gốm điện, được bảo vệ bằng chất nhựa tống hợp, tiếp là phần giảm âm, cáp điện, vỏ kim loại và vỏ bọc (hình 2.11)

Hình 2.12 Cảm biến siêu âm Cảm biến tính hiệu xa

Cảm biến được trang bị để xác định khoảng cách từ chổ lắp đặt cảm biến đến đối tượng Khoảng cách có thể đo theo thời gian phát đi và nhận lại tín hiệu xa dùng để dẫn đường, giúp xác định vị trí, hình thể đối tượng và tìm cách vòng qua đối tượng

Các phương pháp nhận tín hiệu xa

Đo tam giác là phương pháp đơn giản nhất, đối tượng được chiếu bằng một chùm tia của nguồn sáng Chùm tia tác động vào bề mặt vật rồi phản xa lại ta có thể tính toán được khoảng cách D qua các kích thước tam giác

Hình 2.13 Phương pháp đo tam giác

D = L θ λ

'

360 2

Đo khoảng cách theo khoảng thời gian truyền tín hiệu

+ Xung ánh sáng chiếu tới vật được phản xạ lại theo cùng một một đường dọc Khi đó khoảng cách được xác định là : D-c.(T/2) Trong đó, T là thời gian truyền tín hiệu, c- tốc độ ánh sáng Sử dụng xung lazer có thể thu được đồng thời tín hiệu 2 chiều tỷ lệ với khoảng cách nên tạo ra ảnh của đối tượng

+Sử dụng tín hiệu lazer :tia lazer được chiếu liên tục và khoảng cách được tính toán qua độ lệch pha giữa tia tới và tia phản hồi

Nếu tia lazer có bước sóng λ được tách hàng hai : một hướng về thiết bị đo pha P đặt khoảng cách L, còn tia kia chiếu vào mặt bề mặt đối tượng với khoảng cách D quảng đường tổng khi chiếu tới và phản hồi tử bề mặt đối tượng là D’= L+2D Khi D=0, D’=L: hai tia tới thiết bị đo pha cùng lúc và càng lệch pha nhau nếu tăng D

θ- độ lệch pha Để tách biệt 2 tia thì θ<360o hoặc 2D<λ

Khi đó

Hình 2.14 Đo khoảng cách theo khoảng thời gian truyền tín hiệu

+ Phương pháp siêu âm có thể đo được khoảng cách theo thời gian truyền tín hiệu Tín hiệu được truyền đi trong một khoảng thời gian ngắn cùng với vận tốc truyền âm

đã xác định Có thể tính được khoảng thời gian truyền tín hiệu đi và tín hiệu phản hồi

để đánh giá được khoảng cách

Cảm biến được sử dụng trong hệ thống kho tự động

Cảm biến tiệm cận , số hiệu PSN30-15DP, là cảm biến loại PNP, NO Cảm biến có 3 dây: dây nâu - nguồn (12-24VDC); dây đen-tín hiệu ra; xanh- dây đất

3 Phương pháp nhận dạng vật thể [11]

Có 2 phương pháp thường được sử dụng : mã vạch và RFID

3.1 Mã vạch (Barcode)

Phương pháp nhận dạng bằng mã vạch được chia làm 2 phương pháp cơ bản:

- Một chiều : dữ liệu được máy quét đọc theo một chiều

- Hai chiều : dữ liệu được đọc theo hai chiều

- Ngoài ra, mã vạch còn được phát triển thêm phương pháp ba chiều- xác định mã vạch 2 chiều và màu vạch, phương pháp bốn chiều- ngoài các chiều như trên , máy quét còn xác định thêm thời gian

Phương pháp xác định mã vạch một chiều có 2 kiểu mã hoá

-Mã hoá chiều rộng- dựa vào độ rộng khác nhau của các vạch và khoảng trống song song với nhau

- Mã hoá chiều cao- dựa vào chiều cao khác nhau của các vạch song song với nhau

và cùng khoảng cách

- Theo phương pháp mã hóa một chiều theo chiều rộng, các vạch được xếp song song với nhau cùng độ cao, nhưng các khoảng cách và vạch được quy định rộng hoặc hẹp Thường độ rộng bằng hai hoặc ba lần độ hẹp Độ rộng của một vạch (hoặc khoảng cách) có giá trị bằng 1 theo hệ nhị phân, độ hẹp của một vạch (hoặc khoảng cách) có giá trị bằng 0 theo hệ nhị phân

Bảng 1 – phụ lục Chuẩn mã vạch theo chiều rộng

Bảng 2 - phụ lục Mã vạch theo chuẩn code 39- các ký tự được mã hoá bởi chín bit giá trị nhị phân, độ rộng vạch gấp 3 lần độ hẹp vạch

Hình 2.15- Nguyên lý nhận dạng bằng mã vạch

Vật thể được dán tem có in mã vạch, đầu đọc laser dựa vào nguyên lý phản xạ để thu nhận được mã vạch, và được giải mã nhờ vào thiết bị đọc; thiết bị đọc truyền dữ liệu được giải mã về máy tính để lưu trữ; mã vạch trên tem dán được mã hóa bởi máy tính

và được in qua máy in

Hệ thống mã vạch không chỉ ở dạng cục bộ riêng lẻ mà phát triển rộng ra thành mạng lưới hệ thống nhờ vào mạng máy tính cũng như mạng internet

Thiết bị đọc (bao gồm đầu đọc laser) có khả năng đọc mã vạch với khoảng cách vài cm cho đến 50 cm và được lắp đặt cố định hoặc di chuyển linh động Thiết bị đọc được lựa chọn phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể

3.2 Phương pháp xác định vật thể qua vô tuyến điện (RFID)- Radio frequency identification

Phương pháp này được dùng phục vụ đầu tiên cho quân sự, để cảnh báo máy bay tấn công cách khoảng vài km Phát minh bởi Robert Alexander Watson-Watt

Phương pháp RFID được phân loại theo Tag và tần số để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể

Nguyên lý họat động của phương pháp RFID Transponder (bao gồm

microchip, anten) được dán vào vật thể cần xác định, khi được đưa đến anten của thiết

bị đọc với một khoảng cách nhất định sẽ có một điện từ trường tạo ra cấp nguồn cho Transponder (hay còn gọi là Tag) và thực hiện trao đổi dữ liệu Thiết bị đọc sẽ giải mã thông số và lưu vào máy tính qua phần mềm ứng dụng và khi truyền dữ liệu thì thiết bị đọc nhận dữ liệu từ máy tính, mã hóa và truyền đến transponder

Hình 2.16 Nguyên lý nhận dạng RFID

4 Truyền động cơ khí [14]

Một số cơ cấu truyền động cơ khí được ứng dụng vào hệ thống AS/RS

a.Cơ cấu truyền động đai

Cơ cấu đai được ứng dụng trong bộ phận lấy và cất hàng của S/R robot và sử dụng

loại đai răng (hình 2.16a)

Cơ cấu truyền động đai dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song

và quay cùng chiều, trong một số trường hợp có thể truyền chuyển động giữa các trục

song song quay ngược chiều- truyền động đai chéo, hoặc truyền giữa hại trục chéo nhau- truyền động đai nữa chéo

Đai răng là một dạng biến thể của bộ truyền đai Dây đai có hình dạng gần giống như thanh răng, bánh đai có răng gần giống với bánh răng Bộ truyền đai làm việc theo nguyên tắc ăn khớp là chính, ma sát là phụ, lực căng trên đai nhỏ

Cấu tạo của đai răng bao gồm các sợi thép bện chịu tải, mềm và răng bằng cao su hoặc chất dẻo

Thống số của đai răng là môđun, được tiêu chuẩn hoá với các giá trị : 1 ; 1,5 ; 2 ; 3

; 4 ; 5 ; 7 ; 10 (mm) Dây đai được chế tạo thành vòng kín

Sử dụng cơ cấu căng đai để tăng gốc ôm, không chế lực căng của đai Tuy nhiên khi đó đai bị uốn nhiều chống hỏng vì mỏi

Do truyền lực bằng ăn khớp nên đai răng có ưu điểm : không có trượt, tỉ số truyền lớn, hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ nhỏ

b Cơ cấu bánh răng thanh răng(hình 2.16b)

Cơ cấu này sử dụng cho hoạt động di chuyển S/R robot theo phương dọc kho hàng

và phương thẳng đứng

Thanh răng là một cơ cấu đặc biệt, có đường kính bằng vô cùng, dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại

Hình 2.17 Cơ cấu truyền động truyền động cơ khí

5 Thiết bị điều khiển logic lập trình được- PLC và thiết bị chấp hành điện

a PLC [9]

PLC (Programmable Logic Controller) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trử các lệnh và thực hiện các

chức năng Nó được thiết kế cho phép các kĩ sư, không yêu cầu kiến thức cao về máy tính và ngôn ngữ lập trình máy tính có thể vận hành

Hệ thống PLC có 5 bộ phận thông dụng cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập xuất, thiết bị lập trình

Hình 2.18.Sơ đồ hệ thống PLC

Bộ xử lý :là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

Bộ nguồn : chuyển đổi điện áp AC thành DC(5V), cung cấp nguồn cho vi xử lý

và các mạch điện ở các module giao tiếp xuất nhập

Thiết bị lập trình: dùng nhập chương trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ xứ lý

Bộ nhớ : nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển Giao diện nhập và xuất: là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu nhập có thể từ công tắc, bộ cảm biến, ….Tín hiệu xuất liên kết với các cuộn solenoid, cuộn dây của bộ khởi động động cơ, Các thiết bị nhập xuất có thể được phân loại theo kiểu tín hiệu cung cấp, rời rạc, digital hoặc analog

Có 2 kiểu cơ cấu thông dụng đối với hệ thống PLC: kiểu hộp đơn và kiểu

module nối ghép Kiểu hộp đơn được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cở nhỏ, gồm có bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập xuất.Thông thường kiểu này có thể có 40 điểm nhập xuất, bộ nhớ lưu trử khoảng 300-1000 lệnh hướng dẫn Kiểu module gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý,… được lắp trên các rãnh Kiểu này được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ Đây là loại PLC khá linh hoạt, có thể mở rộng các chức năng bằng cách gắn thêm module