(Đồ án hcmute) thiết kế mô hình hệ thống tìm và lưu trữ hàng hóa tự động (as rs)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TÌM VÀ LƯU TRỮ HÀNG HÓA TỰ ĐỘNG (AS/RS) GVHD: Th.S NGUYỄN VIỆT THẮNG SVTH: ĐỖ THANH BÌNH MSSV: 11146009 SVTH: HÀ THANH TOÀN MSSV: 11146119 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG T M VÀ LƢU TRỮ HÀNG HO TỰ ĐỘNG (AS/RS)” Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Th.S NGUYỄN VIỆT THẮNG ĐỖ THANH BÌNH 11146009 Lớp: 11146B Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khoá: HÀ THANH TỒN 11146119 11146A 2011 - 2015 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 7/ 2015 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: Th.s Nguyễn Việt Thắng Sinh viên thực hiện: Đõ Thanh Bình MSSV: 11146009 Hà Thanh Tồn MSSV: 11146119 Tên đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG VÀ LƯU À TỰ ĐỘNG (AS/RS) Nội dung đồ án: Thiết kế, chế tạo chạy mơ hình hệ thống tìm lƣu trữ hàng hóa tự động (AS/RS) Các sản phẩm dự kiến Mơ hình hệ thống tìm lƣu trữ hàng hóa tự động Ngày giao đồ án: 01/2015 Ngày nộp đồ án: 7/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG T M VÀ LƢU TR HÀNG HO TỰ ĐỘNG (AS/RS) - GVHD: Th.s Nguyễn Việt Thắng - Họ tên sinh viên: Đỗ Thanh Bình - MSSV: 11146009 Lớp: 111461B - Số điện thoại liên lạc: 0914002511 - Email: binh.auto3333@gmail.com - Họ tên sinh viên: Hà Thanh Toàn - MSSV: 11146119 Lớp: 111461A - Số điện thoại liên lạc: 0939880870 - Email: thanhtoan.e@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “ xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐA ) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm 2015 Ký tên ii an LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án điện tử, nhóm em nhận đƣợc giúp đỡ tận tình thầy hƣớng dẫn thành viên nhóm đồ án Tự đáy lịng, nhóm em xin bày tỏ lịng biết ơn với: - Thầy Nguyễn Việt Thắng giáo viên hƣớng dẫn trực tiếp cho nhóm,c ng nhƣ thầy c giáo hác ộ m n Cơ Điện Tử, hoa Cơ Kh Chể Tạo Máy, trƣờng Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tạo điều kiện cho nhóm em học đƣợc kiến thức cần thiết để bắt đầu thực đồ án, hết lòng giúp đỡ tận tình dẫn nhóm em ƣớc hồn thành đồ án điện tử - Tập thể lớp điện tử 111461 hỗ trợ nhóm hồn thành đồ án - Anh Nguyễn Hoàng Huy, kỹ sƣ c ng ty Intel Corporation, góp ý giúp nhóm lựa chọn đề tài tìm hiểu hệ thống quản lý kho tự động, c ng nhƣ cung cấp tài liệu có liên quan đồ án Cuối cùng, gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ lu n động viên, tạo điều kiện cho chúng hồn thành đồ án Th ng qua đó, nhóm có điều iện để áp ụng iến thức lý thuyết đƣợc học vào ài toán thực tiễn Từ đó, r n luyện ỹ năng, nâng cao iến thức lý thuyết lẫn thực hành - Tp.HCM, ngày 31 tháng năm 2015 Sinh viên thực Đỗ Thanh Bình Hà Thanh Tồn iii an TĨM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG NHẬN VÀ LƢU TỰ ĐỘNG (AS/RS) Ngày nay, với phát triển công nghệ kỹ thuật, khoa học Xã hội thay lao động thủ công thiết bị tự động Vì vậy, cơng nghiệp hóa đại hóa đƣợc đặt lên hàng đầu Do đó, việc ứng dụng hệ thống kho hàng tự động vào dây chuyền sản xuất khơng giúp lƣu trữ hàng hóa dễ dàng mà quản lý số lƣợng hàng tồn kho AS / RS ứng dụng đại q trình đại hóa ngành cơng nghiệp Trong giới hạn khóa luận tốt nghiệp, để hồn thành khoảng thời gian ngắn, chúng tơi tìm hiểu tổng quan AS / RS, từ đó, tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống ho hàng cấu vận chuyển, đƣợc điều khiển vi điều khiển giám sát giao diện Winform Cơ cấu vận chuyển sử dụng động ƣớc để di chuyển với ba bậc tự do: Ox, Oy, Oz đƣờng ray dẫn đƣợc thiết lập kho ây đai đƣợc điều khiển máy tính Mỗi loại hàng hóa kho đƣợc ký hiệu mã riêng biệt Khi ngƣời dùng muốn sử dụng nó, cần nhập mã số máy tính, cấu vận chuyển tự động di chuyển vào kho mang sản phẩm cho ngƣời sử dụng Sinh viên thực Đỗ Thanh Bình Hà Thanh Tồn iv an ABSTRACT Nowadays, with the development of technical technology, science Society gradually replacing manual labor by automated equipment So, industrialization and modernization are put on top Therefore, application auto warehouse system into the production line not only helps easily cargo storage but also manage inventory quantities AS / RS (Automated Storage and Retrieval System) is a modern applications in process the industrial sector modernization In limit of graduation thesis, to finish in a short time, we only learn about overview of AS / RS, thereby calculating and designing system model warehouse row and carriage structure , are controlled by the microcontroller and monitoring on interface winform Carriage structure uses step motors to move with three degrees of freedom: Ox, Oy, Oz, moving on rails guide is set up in warehouse by straps and is controlled by the computer Each type of goods in warehouse will be denoted in a separate code When users want to use it,just enter the code on the computer, carriage structure will automatically move into the warehouse and bring that product to the user v an MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CAM KẾT ii LỜI C M ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC SƠ ĐỒ, H NH V DANH MỤC T xi VIẾT TẮT xiv CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 AS/RS gì? 1.2 Lợi ích hệ thống kho hàng tự động AS/RS 1.3 Phạm vi sử dụng 1.4 Cấu tạo AS/RS ản bao gồm: 1.4.1 Kho lƣu trữ 1.4.2 Khây chứa hàng 1.4.3 Máy bốc xếp hàng 1.4.4 Máy t nh điều khiển, giám sát 1.4.5 Trạm vận chuyển 1.5 Phân loại AS/RS [1] 1.5.1 AS/RS tải đồng 1.5.2 AS/RS tải nhẹ 1.5.3 AS/RS tải hàng dài 1.5.4 AS/RS có ngƣời điều khiển vi an 1.6 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống 1.6.1 Trên giới 1.6.2 Trong nƣớc CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH AS/RS 10 2.1 Tính tốn thiết kế kho chứa hàng khây chứa hàng 10 2.1.1 Tính tốn kho chứa hàng 10 2.1.2 Thiết kế kho chứa hàng 10 2.1.3 Mơ hình kho chứa hàng 12 2.1.4 Khây chứa hàng 12 2.2 Tính tốn, thiết kế bàn nâng lấy hàng 13 2.2.1 Cấu tạo hoạt động bàn nâng 14 2.2.2 Tính tốn thơng số cho bàn nâng 15 2.3 Cơ cấu nâng/hạ 18 2.3.1 Tính tốn lựa chọn động 18 2.3.2 Bộ truyền vít me 19 2.3.3 Bộ truyền đai 20 2.3.4 M hình cấu nâng 21 2.4 Cơ cấu di chuyển dọc 21 2.4.1 Yêu cầu 21 2.4.2 Thiết kế đế đỡ cho cấu 22 2.4.3 Lựa chọn ray trƣợt 22 2.4.4 Tính tốn lựa chọn động 22 2.4.5 Tính tốn truyền đai 23 2.4.6 M hình cấu di chuyển dọc 24 2.5 Mô hình AS/RS hồn chỉnh 25 CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 26 3.1 Bài tốn hoạt động m hình hệ thống 26 vii an 3.2 Input, output m hình hệ thống 27 3.2.1 Input m hình hệ thống 27 3.2.2 Output m hình hệ thống 27 3.3 Toạ độ hàng ho chứa 28 3.4 Các thiết ị sử ụng m hình hệ thống điều hiển 29 3.4.1 Máy t nh (PC) 29 3.4.2 Board arduino mega 2560 30 3.4.3 Mo ule TB6560 mo ule ULN2003 31 3.4.4 Động ƣớc 32 3.5 Sơ đồ hối hệ thống điều hiển 33 3.6 Sơ đồ ết nối hệ thống 34 3.6.1 Sơ đồ ết nối PC-KXLTH 34 3.6.3 Sơ đồ ết nối KCS-KCCCH 36 3.6.4 Sơ đồ ết nối KN-KXLTH-KCS-KCCCH 37 3.6.5 Sơ đồ ết nối KPN-KXLTH 37 3.6.6 Sơ đồ ết nối tổng thể hệ thống điều hiển 38 3.7 Bảng địa ết nối, anh sách iến hệ thống điện điều hiển 38 3.8 Giao iện giám sát m hình hệ thống 39 3.8.1 Giới thiệu 39 3.8.2 Các thành phần giao iện chƣơng trình 41 3.8.3 Cách sử ụng giao iện m hình hệ thống 42 3.8.4 Các iến tác động chƣơng trình giao iện giám sát 43 3.8.5 Thuộc t nh hiển thị hoạt động m giao iện giám sát điều hiển…… 45 3.9 Lƣu đồ giải thuật điều hiển 47 3.9.1 Giải thuật chọn chế độ i chuyển giao iện 47 3.9.2 Giải thuật nhập xuất hàng hoá 48 viii an 3.9.11 Giải thuật b n n ng uất h ng thuan=1 Cấp ung Đếm ung S dem=xung_z Đ ng thuan=1 S Đ Quay RC servo độ ng thuan=0 Đảo chiều động ình i i thuật àn n ng xuất hàng 62 an Nguyên lý àn nâng xuất hàng: Sau hi t nh toán xong số xung cần cấp cho động z tiến hành cấp xung cho động z quay theo chiều thuận Trong trình cấp xung ta tiến hành đếm xung cấp lƣu vào iến “ em” so sánh số xung cấp với số xung z t nh trƣớc đó, em chƣa ằng xung z tiếp tục cấp xung Nếu em=xung z ừng cấp xung trục z, lúc iểm tra iến đại iện cho trình quay thuận động z ( iến “thuan”) ằng (động quay thuận) tiến hành điều hiển động RC servo quay góc độ gán iến “thuan” ằng Tiếp tục ật chân ir quay trở lại cấp xung để cánh tay trƣợc quay trở vị tr an đầu 63 an 3.9.12 Giải thuật ph t h ng hết hạng ho start G n thời hạn sử dụng v o H[] e=e+1 Datetime=H[e] S e=e+1 Đ H ng hết hạn om utm Đ e < 17 S End ình 44 i i thuật phát hàng hết hạn kho 64 an Nguyên lý phát th ng áo hàng hết hạn ho: Sau hi hởi động hệ thống tiến hành gán thời hạn sử ụng mặt hàng có ho vào mảng H Tiếp theo tiến hành iểm tra thời hạn sử ụng loại hàng (tƣơng ứng giá trị phần tử mảng H ) với thời gian ( atetime) h ng trùng tăng lên phần tử mảng H để tiếp tục iểm tra Nếu atetime trùng với giá trị phần tử H e phần tử ch nh hàng hết hạn sử ụng Lúc tiến hành th ng áo màu t m hàng đó, tiếp tục iểm tra hết kho hàng 3.9.13 Giải thuật uất tất h ng hết hạng ho uton uất h ng hết hạn G n thời hạn sử dụng v o H[] e=e+1 Datetime=H[e] S e=e+1 Đ uất h ng Đ e < 17 S End ình i i thuật xuất tất c hàng hết hạng kho 65 an Nguyên lý xuất tất hàng hết hạn ho: Sau hi phát thấy ho xuất loại hàng hết thời hạn lúc hi nhấn utton xuất hàng hết hạn hệ thống tiến hành gán thời hạn sử ụng mặt hàng có ho vào mảng H Sau tiến hành iểm tra thời hạn sử ụng loại hàng (tƣơng ứng giá trị phần tử mảng H ) với thời gian ( atetime) h ng trùng tăng lên phần tử mảng H để tiếp tục iểm tra Nếu atetime trùng với giá trị phần tử H e phần tử ch nh hàng hết hạn sử ụng tiến hành xuất loại hàng hỏi ho hàng Và lặp lại hi hết hàng ho ết thúc 66 an CHƢƠNG : THỰC NGHIỆM Chƣơng giới thiệu giới thiệu trình thực nghiệm chế tạo m hình 4.1 Kế hoạch y dựng mơ hình thực nghiệm ảng ảng hoạch đ nh thời gian cho qu trình chế tạo mơ hình thực nghiệm STT C ng việc thực Thời gian Tham hảo, chuẩn ị tài liệu có liên quan đến đề tài tuần T nh toán thiết ế h tuần Gia c ng lắp ráp phần h m hình tuần T nh toán thiết ế hệ thống điện điều hiển tuần Kết nối hệ thống điện viết chƣơng trình điều hiển Kiểm tra chỉnh sửa hồn thiện hệ thống tuần tuần Tổng thời gian thực : 15 tuần 4.2 Thực nghiệm mơ hình 4.2.1 Hình ảnh gia cơng v rắp r p mơ hình h Hình 4.1 Cơ cấu i chuyển ọc vào ho 67 an Hình 4.2 Cơ cấu nâng hạ hàng ho hàng Hình 4.3 Bàn nâng hàng 68 an Hình 4.4 M hình h hồn thiện 69 an 4.2.2 Hình ảnh qu trình mơ ph ng thử nghiệm mơ hình Hình 4.5 Hoạt động m hình Hình 4.6 Đồ thị giám sát chuyển động m hình Với: - Đƣờng toạ ộ trục x - Đƣờng toạ ộ trục y 70 an Hình 4.7 Giao iện hoạt động m hình Các hàng có màu đỏ Các hàng trống có màu xanh hàng chứa hàng, hiển thị mã hàng Trong lúc m hình i chuyển đồ thị m lại toạ độ mà i chuyển tới theo thời gian Đồ thị ghi lại toạ độ mà hệ thống i chuyển tới vị tr toạ độ y 126 hàng có toạ x 147, 71 an CHƢƠNG : TỔNG KẾT 5.1 Những ết đã đạt đƣợc Tìm hiểu đƣợc nguyên lý hoạt động cấu trúc ản hệ thống quản lý kho hàng tự động Thiết ế đƣợc m hình tìm lƣu trữ tự động(AS/RS): + T nh toán thiết ế ộ truyền đai cho cấu i chuyển ọc vào ho, hoạt động àn nâng + T nh toán ộ truyền v t me- đai ốccho cấu nâng hạ hàng m hình + + Xây ựng đƣợc thuật tốn i chuyển cho m hình Xây ựng đƣợc giao iện giám sát hệ thống + + + Giám sát đƣợc thời gian nhập hàng xuất hàng Nhận iết đƣợc chứa hàng hết hạn để xử lý M đƣợc toạ độ i chuyển m hình ằng đồ thị theo thời gian + - Xây ựng hoàn thành m hình thực nghiệm Có thêm iến thức lập trình vi điều hiển, lập trình giao iện với visual studio Nâng cao ỹ thiết ế h với phần mềm Soli wor s Xây ựng đƣợc sơ đồ ết nối m hình hệ thống Chạy m đƣợc m hình thực nghiệm Những hạn chế đề t i Do thời gian hoàn thành đề tài có hạn, nên hó tránh hỏi thiếu xót q trình t nh tốn thiết ế, c ng nhƣ làm thực nghiệm m hình Hiện nhóm nhận thấy đề tài số hạn chế sau: Thiết ế h cịn mức độ m hình để sớm đƣa vào thực tiễn cần phải thiện nhiều Tốc độ động chậm Xuất sai số hi động i chuyển tới vị tr hàng, mặt ù sai số h ng lớn Giải thuật áp ụng đƣợc với hệ ho hàng đơn giản, quy m vừa nhỏ 5.2 - Độ cứng vững m hình chƣa cao Chƣa áp ụng đƣợc mã vạch để nhận iện hàng 72 an - Chống nhiễu m hình chƣa đƣợc tốt 5.3 - Hƣớng ph t triển tƣơng lai Thiết ế cải tiến cấu truyền động a trục x,y,z để phù hợp với loại ho hàng hác Xây ựng giải thuật điều hiển tối ƣu có áp ụng cho ho hàng lớn - Đẩy nhanh tốc độ i chuyển động - Cải thiện độ cứng vững p ụng nhận iện hàng ằng c ng nghệ mã vạch thay cho việc nhập mã hàng nhƣ Trong tƣơng lai với hoảng thời gian nghiên cứu ài sâu hơn, nhóm tiếp tục cãi thiện phát triển m hình để sớm đƣa m hình vào hoạt động thực tiễn 73 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Luận V n ốt Nghiệp AS/RS, Đinh Việt Khánh, ĐH Bách Khoa Tp.HCM [2] Nguyễn Trọng Hiệp, GIÁO TRÌNH CHI TIẾT MÁY, NXB Giáo dục - 2009 [3] PGS.TS.Nguyễn Trƣờng Thịnh, KỸ THUẬT ROBOT, NXB Đại học quốc gia TP.HCM [4] Kiểu Xuân Thực-V Thị Thu Hƣơng-V Trung Kiên,VI ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG , NXB Giáo dục Tiếng Anh [5] HSTS-3000 Level 2, Maintenance Training Instructor Manual Nguồn Kh c [6] Nghiệm thu Dự án kho hàng tự động, link: http://www.pcworld.com.vn/articles/tin-tuc/tin-trong-nuoc/2009/08/1209144/nghiemthu-du-an-kho-hang-tu-dong/ [7] Arduino Mega 2560 , link : // www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560 [8] Datasheet TB6560 , link : //www.toshiba.com/taec/components2/Datasheet_Sync/201103/DST_TB6560TDE_EN_27885.pdf [9] link: www.designworldonline.com/low-loss-stepping-motors-invite-newapplications/ [10] 28BYJ-48 Stepper Motor with ULN2003 driver and Arduino Uno, link: http://42bots.com/tutorials/28byj-48-stepper-motor-with-uln2003-driver-and-arduinouno/ [11] Visual studio, link: //msdn.microsoft.com 74 an 75 an S an K L 0