Mô hình lưu kho tự động phân loại hàng hóa kết hợp plc và quét mã vạch qr code

Nội dung công việc của đề tài bao gồm - Nghiên cứu, tìm hiểu các thiết bị, hệ thống lưu kho trong nhà xưởng - Lựa chọn các thiết bị và xây dựng hệ thống - Thiết kế phần cứng của mơ hình

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Hình 1.1: Kho hàng thực tế

Nền công nghiệp Việt Nam và trên toàn thế giới đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu quản lý và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng Tuy nhiên, phương pháp quản lý truyền thống chủ yếu dựa vào sức người không thể tối ưu hóa không gian và diện tích nhà xưởng Sự gia tăng sản lượng hàng hóa đòi hỏi sự xuất hiện của các kho hàng hiện đại, giúp khắc phục những hạn chế của các hệ thống cũ và nâng cao hiệu quả lưu trữ và quản lý hàng hóa.

Các khu vực trên thế giới sở hữu đa dạng các hệ thống lưu trữ hàng hóa, với mẫu mã phong phú và đáp ứng nhu cầu riêng biệt Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống này đều tồn tại một hạn chế chung, đó là đòi hỏi phải thuê nhân công để khiêng hàng hóa hoặc đầu tư vào các thiết bị chuyên dụng như xe cẩu, xe nâng để vận chuyển hàng hóa vào kho, gây tốn kém và mất thời gian.

Nhìn chung các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

+ Không gian chứa hàng hóa rất lớn nhưng không tối ưu việc sắp xếp hàng hóa

+ Không phân biệt được các loại mặt hàng khác nhau

+ Bảo quản kém khi số lượng lớn

+ Khó kiểm soát mặt hàng nhập, xuất kho

+ Tốn thời gian cho việc vận chuyển hàng ra vào kho

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc áp dụng hệ thống quản lý hàng hóa giúp doanh nghiệp kiểm soát và bảo quản sản phẩm một cách hiệu quả, giảm thiểu lao động chân tay và rủi ro trong môi trường làm việc Mặc dù cần đầu tư chi phí ban đầu, nhưng hệ thống này mang lại lợi ích lâu dài trong việc lưu trữ và quản lý hàng hóa trong kho, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất làm việc.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thiết kế hệ thống điều khiển việc nhập và xuất kho một cách tự động, nhanh gọn và phải chính xác

Giúp kiểm tra số lượng hàng hóa, tối ưu thời gian, ít can thiệp vào quá trình sản xuất, tăng hiệu suất của dây chuyền lưu kho.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu mã code để lập trình PLC Mitsubishi một cách hiệu quả và tối ưu nhất cho mô hình

+ Nghiên cứu các cơ cấu để vận hành cánh tay gắp pallet

Giới hạn của đề tài

+ Đề tài chỉ là mô hình thu nhỏ của kho chứa hàng tại vị trí nhà xưởng

+ Giao diện hiển thị tổng cộng là 12 ô tương ứng với 12 pallet

Chương trình điều khiển và giám sát được xây dựng và thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cụ thể, bao gồm phân loại và điều khiển đến vị trí kho hàng, nhằm tối ưu hóa quá trình vận hành và quản lý.

+ Kích thước của mô hình: dài, rộng, cao: 1200x800x950 mm

Mô hình này chỉ sử dụng một cánh tay nâng để gắp hàng hóa, điều này hạn chế về mặt thời gian và số lượng hàng hóa có thể xử lý Do đó, phạm vi nghiên cứu của đề tài này chỉ tập trung vào một số lượng hàng hóa nhất định, không thể mở rộng quy mô lớn.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài này được thực hiện theo những phương pháp nghiên cứu sau:

Phương pháp khảo sát đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu và nghiên cứu các loại hệ thống lưu kho hiện đại trong nước và trên thế giới Quá trình này bao gồm việc khảo sát thực địa tại một số nhà xưởng ở vị trí kho lưu trữ hàng hóa, nhằm thu thập thông tin về diện tích chứa hàng và các yếu tố liên quan khác.

Quy trình nghiên cứu và phát triển mô hình lưu kho tự động bao gồm ba phương pháp chính Đầu tiên, nhóm thực hiện nghiên cứu thông qua tài liệu, sách vở và các nguồn thông tin trực tuyến để tìm ra phương án tối ưu nhất Tiếp theo, phương pháp phân tích tổng hợp được áp dụng để phân tích các hệ thống lưu kho tự động hiện có, từ đó xác định số liệu cần thiết và hình dung mô hình hệ thống Cuối cùng, mô hình được thiết kế và mô hình hóa thông qua phần mềm Inventor và Autocad để tạo ra mô hình cụ thể và chi tiết.

Sau khi mô hình được thiết kế, bước tiếp theo là kiểm nghiệm tính toán chọn thiết bị để đánh giá độ bền và tránh những hỏng hóc không đáng có Quá trình này giúp tối ưu hóa việc sửa chữa và bảo trì hệ thống, đảm bảo rằng mọi thứ hoạt động trơn tru trước khi vận hành chính thức.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án đề xuất ý tưởng xây dựng hệ thống lưu kho tự động và phân loại hàng hóa thông minh, tận dụng công nghệ quét mã Code để đảm bảo độ chính xác từng vị trí khi xuất nhập kho Hệ thống này hướng đến mục tiêu giảm thiểu thời gian xuất nhập kho và quản lý kho một cách hiệu quả Để hiện thực hóa ý tưởng này, bài viết sẽ nêu ra các yêu cầu thiết kế của hệ thống lưu kho tự động và lựa chọn phương pháp phù hợp làm cơ sở để thiết kế, thi công mô hình.

Các nội dung được thực hiện trong đồ án bao gồm

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu của đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương hướng và giải pháp

Chương 5: Tính toán, lựa chọn thiết bị, thiết kế sơ đồ cho mô hình lưu kho

Chương 6: Gia công, lắp ráp, thực nghiệm

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Giới thiệu về mô hình lưu kho tự động

Mô hình lưu kho tự động là giải pháp nhà kho thông minh hiện đại, cho phép lưu trữ hàng hóa một cách tự động và hiệu quả Đây cũng có thể được xem là một hệ thống quản lý xuất nhập hàng hóa tự động hóa, tích hợp các thiết bị cơ khí, tự động hóa và ứng dụng công nghệ thông tin để tối ưu hóa quá trình lưu trữ và quản lý hàng hóa.

Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi tại các xí nghiệp và cơ sở phân phối thuộc mọi quy mô, từ nhỏ đến lớn, giúp quản lý hiệu quả các mặt hàng với nhiều ràng buộc phức tạp.

Mô hình này tập trung vào việc triển khai với đối tượng chính là PLC Mitsubishi, một thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Để lập trình cho PLC Mitsubishi, chúng tôi sẽ sử dụng phần mềm chuyên dụng, cho phép tạo ra các chương trình điều khiển phức tạp Bên cạnh đó, hệ thống cũng sẽ tích hợp camera quét mã QR code để thực hiện các chức năng tự động hóa và giám sát.

Các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu

+ Tìm hiểu về các mô hình đã có trong và ngoài nước

+ Xây dựng thuật toán một cách tối ưu nhất để mô hình có thể hoạt động một cách trơn tru, tránh lỗi trong quá trình hoạt động

Mô hình này chỉ sử dụng một cánh tay nâng để mô phỏng quá trình nâng hàng, điều này dẫn đến một số hạn chế đáng kể, bao gồm cả thời gian và lưu lượng hàng hóa có thể được sắp xếp lên kho.

Đặc tính của đề tài

Mô hình này sử dụng PLC Mitsubishi kết hợp với máy quét mã vạch (camera quét mã) để tự động hóa quá trình kiểm tra sản phẩm trên băng tải Khi cảm biến phát hiện có hàng trên băng tải, camera sẽ quét mã vạch và truyền tín hiệu trực tiếp về PLC, giúp giảm thiểu sự cần thiết phải lập trình mã Code thông qua các phần mềm như JavaScript So với các mô hình trước đó sử dụng PLC của Siemens kết hợp với máy quét mã vạch, mô hình này mang lại sự linh hoạt và tiện lợi hơn trong quá trình vận hành.

Với mô hình ứng dụng phần mềm lập trình, mọi hoạt động được vận hành một cách trơn tru và hiệu quả Điều này cho phép người dùng dễ dàng kiểm soát và điều khiển quá trình xuất kho và nhập kho thông qua màn hình HMI, mang lại sự tiện lợi và chính xác cao trong quản lý kho hàng.

Kết cấu của hệ thống

2.3.1 Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng

Loại kho này thường được thiết kế để chứa đựng các mặt hàng có cùng trọng lượng hoặc kích thước đồng đều, giúp tối ưu hóa quá trình lưu trữ và vận chuyển Đi kèm với hệ thống băng tải hiện đại, loại kho này cho phép vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng và hiệu quả đến tận kho, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu thời gian chờ đợi.

2.3.2 Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ

Hệ thống Mini load là giải pháp lý tưởng cho các xưởng, xí nghiệp có diện tích hạn chế, chuyên sản xuất các chi tiết máy trong tiện, phay, đúc Với khả năng chứa đựng các kiện hàng tải nhỏ trong các thùng chứa, pallet, hệ thống này giúp tối ưu hóa không gian lưu trữ và nâng cao hiệu quả sản xuất.

❖ Kết cấu cơ bản của một hệ thống lưu kho

Hệ thống này rất đa dạng, tùy theo cách xuất nhập kho mà có cách vận chuyển thích hợp như là rô bốt, băng tải, xe tự hành

Có thể sử dụng nhiều cách khác nhau như là nhân công, camera, máy quét mã vạch

Sử dụng các phần mềm lưu trữ dữ liệu, giúp quản lí hàng hóa như Excel, Access,…

+ Hệ thống điện điều khiển

Bao gồm cảm biến, PLC, rơ le,…để nhận tín hiệu và điều khiển hệ thống

Bao gồm động cơ bước, động cơ Servo và các cơ cấu cơ khí giúp truyền lực từ động cơ sáng các cơ cấu cơ khí.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước

❖ Nhà kho tự động tại Daifuku (Nhật Bản) [1]

Công ty Daifuku đã phát triển mô hình hệ thống lưu kho truy xuất một cách tự động đầu tiên ở Nhật Bản có tên là AS/RS

Mô hình này hướng đến mục tiêu cắt giảm khối lượng công việc, tiết kiệm chi phí thuê nhân công và diện tích nhà xưởng, đồng thời cải tiến hệ thống kho lưu trữ hiệu quả và nâng cao các cấp độ quản lý.

Kiểm soát kho tự động bằng máy tính do đó việc quản lí kho hàng được đảm bảo về tính chính xác, được cải thiện rất nhiều

Việc quản lí kho hàng có thể thực hiện song song cùng lúc lấy và lưu trữ hàng hóa

Một số ví dụ điển hình về kho hàng tự động lớn trên thế giới bao gồm nhà máy Kasuga của tập đoàn Toyota Motor Corporation và Sagamihara Parts Center của Nissan Motor Co., Ltd Cả hai công ty này chuyên cung cấp dịch vụ phụ tùng ô tô, quản lý các chi tiết máy và linh kiện điện tử một cách hiệu quả.

Các hệ thống lưu kho con đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tồn kho và lưu trữ dữ liệu tại các công ty dược phẩm, mang lại độ chính xác cao trong việc theo dõi và truy xuất thông tin hàng hóa, từ đó giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quá trình quản lý và nâng cao hiệu quả.

Hình 2.1.: Nhà kho tự động đầu tiên (Hệ thống Rackbuil) tại Nhật Bản [1]

Hình 2.2 Kho tự động lớn nhất thế giới để quản lý phụ tùng ô tô[1]

❖ Hệ thống quản lý hàng tồn kho của Amazon [2]

Amazon hiện là tập đoàn thương mại điện tử hàng đầu thế giới, đạt doanh thu bán hàng 125.6 tỷ USD trong quý 4/2022 Thành công của Amazon có thể được quy cho phương thức quản lý tồn kho ưu việt, thúc đẩy hoạt động kinh doanh phát triển Phương thức quản lý này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên giá trị khác biệt của Amazon, bao gồm nhiều lựa chọn, giá thấp, giao hàng nhanh và tiện lợi.

Hình 2 3 Hệ thống quản lý hàng tồn kho của AMAZON[2]

Phương thức quản lý hàng tồn kho của Amazon

+ Áp dụng công nghệ vào quản lý và lưu trữ hàng hóa

+ Đơn giản hóa quy trình xuất nhập kho hàng

Hình 2 4 Đơn giản hóa quá trình xuất nhập kho hàng

+ Ứng dụng robot vào vận hành quản lý hàng tồn kho

Hình 2 5 Ứng dụng Rô bốt vào vận hành quản lí hàng tồn kho [2]

Ngày nay, Amazon đã áp dụng công nghệ tự động hóa vào quy trình quản lý kho hàng với hơn 200.000 rô bốt làm việc hiệu quả Nhờ đó, quá trình nhận đơn hàng chỉ mất khoảng 15 phút để hoàn thành, giúp tăng tốc độ xử lý và giảm thiểu nhân công Đồng thời, diện tích nhà kho cũng được tối ưu hóa về không gian, mang lại hiệu quả cao trong việc lưu trữ và quản lý hàng hóa.

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước

❖ Kệ tự động Vima Warehouse [3]

Nhà cung cấp kệ thông minh, kệ tự động số một Việt Nam

Kệ tự động Vima là giải pháp lưu trữ thông minh, tích hợp một hoặc nhiều lối đi và các khung ở hai bên, cho phép cánh tay nâng và rô bốt di chuyển linh hoạt để thực hiện các tác vụ nhập và xuất hàng hóa một cách hiệu quả.

Là một hệ thống lý tưởng cho các công ty, xí nghiệp nhập và xuất hàng với tốc độ cao

Hệ thống này sử dụng không gian rất tối ưu do đưa hàng hóa được lưu trữ dọc theo chiều dài lẫn chiều cao

Kệ tự động Vima là giải pháp tối ưu cho việc quản lý hàng hóa, giúp nâng cao năng suất làm việc và đảm bảo độ chính xác cao Ngoài ra, hệ thống này còn giúp tiết kiệm chi phí thuê nhân công và tối ưu hóa không gian lưu trữ, mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho doanh nghiệp.

Các hệ thống này đảm bảo thực hiện quy trình làm việc một cách an toàn, cung cấp sự bảo vệ toàn diện cho cả hệ thống điều khiển, bao gồm cánh tay nâng và rô bốt, cũng như đảm bảo an toàn cho nhân viên tham gia vận hành.

Hình 2.6 Kệ tự động Vima Warehouse [3]

Hệ thống lưu kho Vima đảm bảo phù hợp cho các nhà xưởng, làm tăng tính thẩm mĩ, hiện đại, trở nên phổ biến trên thế giới

❖ Kho Pallet tự động AS/RS

+ Kết cấu chính của kho này bao gồm: hệ thống giá đỡ, kệ hàng nhiều tầng

Mỗi ô trên kệ được dán mã ID riêng biệt, cho phép lưu trữ thông tin cần thiết trên máy tính và cập nhật tình trạng hàng hóa một cách thường xuyên Hệ thống sẽ tự động thông báo về tình trạng còn hàng hay hết hàng trên màn hình máy tính, giúp việc quản lý hàng hóa trở nên dễ dàng và chính xác hơn Kệ hàng đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và bảo quản hàng hóa, đặc biệt là những sản phẩm được chứa trong pallet.

Khi pallet được đưa vào hệ thống lưu kho, máy tính sẽ quản lí tất cả thông tin của pallet thông qua mã ID, cho phép theo dõi và quản lý dễ dàng Hệ thống cánh tay nâng tự động tính toán và di chuyển pallet đến ô chứa trên kệ hàng vào một vị trí đã định trước, tối ưu hóa không gian lưu trữ và tăng hiệu quả quản lý kho hàng.

Hệ thống vận hành thông qua một băng tải, hệ thống phân loại, cánh tay gắp hoặc xe trung chuyển shuttle, máy quét mã vạch QR code, đảm bảo quá trình tự động hóa hiệu quả và chính xác.

Hệ thống lưu kho tự động này áp dụng thiết kế giá đỡ thẳng đứng, cho phép mỗi rô bốt di chuyển linh hoạt trên sàn và trượt theo chiều dọc để lấy hàng hóa một cách hiệu quả.

Sau đó, rô bốt sẽ di chuyển xuống tầng dưới và đưa pallet đến một máy trạm được chỉ định Tại đây, rô bốt sẽ xếp hàng và chờ đợi cho đến khi được chọn, sau đó nó sẽ nhận được một công việc mới và tiếp tục thực hiện các nhiệm vụ được giao.

Hình 2.7: Kệ tự động Vima Warehouse [3]

❖ Hệ thống quản lý kho hàng WMS [4]

Hệ thống quản lý kho hàng WMS là một giải pháp thông minh giúp doanh nghiệp quản lý kho hàng hiệu quả Với WMS, bạn có thể theo dõi chính xác số lượng hàng còn trong kho, đồng thời quản lý các đơn đặt hàng, bán hàng và giao hàng một cách linh hoạt.

Hình 2 8 Hệ thống quản lý kho hàng WMS

Tính năng của hệ thống quản lý kho hàng WMS

Hình 2 9 Quá trình cất hàng của hệ thống + Bổ sung tồn kho

Hình 2 10 Bổ sung hàng tồn kho + Smart Slotting

Hình 2 12 Sản xuất, lắp ráp tại hệ thống + Chọn hàng (Picking)

Hình 2 13 Chọn hàng trong kệ chứa + Quản lý tồn kho

Hình 2 14 Quản lý tồn kho + Theo dõi lao động

Mức báo cáo theo dõi lao động giúp nắm bắt, báo cáo và phân tích năng suất hàng giờ của bộ phận và cá nhân, cũng như hiệu suất theo tiêu chuẩn Điều này cho phép doanh nghiệp đánh giá hiệu quả làm việc của từng bộ phận và cá nhân, từ đó đưa ra quyết định cải thiện phù hợp Ngoài ra, hệ thống này cũng có thể được sử dụng để lập kế hoạch lao động và ngân sách, cũng như phân tích nâng cao hơn ngoài báo cáo thông thường.

Lợi ích của hệ thống quản lý kho hàng WMS [4]

+ Giảm chi phí vận hành

Hình 2 16 Tính năng Warehouse visualization trong hệ thống quản lý kho hàng WMS + Tăng cường khả năng hiển thị hàng tồn kho

Hình 2 17 Tăng cường khả năng hiển thị hàng tồn kho + Quản lý Just-in-Time hàng tồn kho

Hình 2 18 Quản lý Just-in-Time hàng tồn kho + Tăng cường bảo mật

+ Tối ưu hóa quy trình xuất nhập trong kho hàng (inbound & outbound)

Hình 2 19 Tối ưu hóa quy trình xuất nhập trong kho hàng + Quản lý lao động hiệu quả

Hình 2 20 Quản lý thanh toán + Cải thiện mối quan hệ với khách hàng và nhà cung cấp

Hình 2 21 Cải thiện mối quan hệ với khách hàng và nhà cung cấp

Các tồn đọng trong hệ thống lưu kho tự động

- Do đây là một hệ thống kết hợp giữa cơ khí và các thiết bị điều khiển nên chi phí khá cao nếu đầu tư vào mô hình này

Việc lập trình phần mã code thông qua các phần mềm như Ngôn ngữ lập trình Javascript và Microsoft Visual Studio Code đòi hỏi sự đầu tư thời gian và công sức đáng kể Quá trình này không chỉ yêu cầu kiến thức chuyên sâu về lập trình mà còn đòi hỏi sự kiên nhẫn và tập trung cao độ để có thể tạo ra mã code chất lượng và hiệu quả.

- Sử dụng động cơ bước nên hành trình các trục chưa được chính xác nên thường xuyên bị lỗi do pallet đưa vào ô không đúng vị trí

Hệ thống ròng rọc nâng hàng thường gặp hạn chế khi không có khả năng tự hãm, dẫn đến việc đưa pallet vào vị trí chính xác trong tủ chứa gặp khó khăn Khi sử dụng hệ thống này, pallet có thể không được đưa về vị trí đúng như mong muốn, gây ra sự bất tiện và ảnh hưởng đến hiệu quả công việc.

- Phương hướng giải quyết về các vấn đề

Việc kết hợp sử dụng PLC Mitsubishi với camera quét mã QR giúp tối ưu hóa quy trình làm việc bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào lập trình bằng ngôn ngữ Java Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà còn giảm thiểu chi phí, từ đó mang lại hiệu quả cao trong công việc và tăng cường năng suất lao động.

Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sẽ tích hợp PLC Mitsubishi FX3G-24M với máy quét mã vạch QR Cognex Dataman 260X để điều khiển hệ thống lưu kho thông minh Dữ liệu sẽ được hiển thị trực quan trên màn hình HMI, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi và thao tác Ngoài ra, nhóm sẽ ứng dụng cơ cấu trục vít me đai ốc để điều khiển cánh tay nâng pallet di chuyển chính xác và đưa chúng vào vị trí đã định trước, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao cho hệ thống.

+ Nhóm sẽ sử dụng động cơ bước để truyền động cho trục vít me, đảm bảo khả năng chính xác về vị trí và hoạt động ổn định.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

PLC Mitsubishi [5]

PLC Mitsubishi là một trong những dòng PLC phổ biến nhất trên thế giới và tại Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi Electric (Nhật Bản) - một nhà sản xuất tự động hóa công nghiệp toàn diện Với cam kết cung cấp các giải pháp FA đáng tin cậy, Mitsubishi Electric không ngừng phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng và ứng dụng kỹ thuật tiên tiến để hướng tới những thế hệ mới trong sản xuất.

PLC Mitsubishi sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật về giá thành, chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng đa dạng các cấu hình yêu cầu, bao gồm các tính năng như giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, cũng như các module đọc nhiệt độ và loadcell Tại thị trường Việt Nam, PLC Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như Dệt sợi, Bao bì giấy, Carton, Nilon, Nhựa, Thực phẩm, Cơ khí chính xác và Chế tạo máy.

3.1.1 Các dòng PLC Mitsubishi thông dụng [5] a PLC Mitsubishi FX1N [5]

– Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thông qua board mở rộng

– Bộ đếm tốc độ cao: 1 phase: 6 đầu vào max 60KHZ, 2 phases: 2 đầu vào max 30KHZ – Loại ngõ ra: relay, transistor

– Phát xung tốc độ cao: 2 chân phát xung max.100khz

– Có thể mở rộng lên tới 132 I/O thông qua module

– Có thể mở rộng tối đa lên tới 2 module chức năng b PLC Mitsubishi FX2N [5]

– Điện áp nguồn cung cấp: 24VDC hoặc 100/230VAC

– Bộ nhớ chương trình: 16000 bước

– Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thông qua board mở rộng

– Bộ đếm tốc độ cao: max 60KHZ, 2 phases: 2 đầu vào max 30KHZ

– Loại ngõ ra: relay, transistor

– Có thể mở rộng lên tới 256 I/O thông qua module

– Có thể mở rộng tối đa lên tới 8 module chức năng c PLC Mitsubishi FX1S [5]

– Kết nối truyền thông: chuẩn RS422

– Bộ đếm tốc độ cao: 1 phase: 6 đầu vào max 60KHZ, 2 phases: 2 đầu vào max 30KHZ – Loại ngõ ra: relay, transistor

– Không có khả năng mở rộng thêm module chức năng d PLC Mitsubishi FX3U [5]

– Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, profibus, CAN, CClink – Bộ đếm tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz với module chức năng

– Phát xung tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz hoặc 1Mhz với module chức năng – Tổng I/O: 16/32/48/64/80/128

– Có thể mở rộng lên tới 256 I/Os thông qua module hoặc 384 I/O thông qua mạng CC-Link e PLC Mitsubishi FX5U [5]

– Điện áp nguồn cung cấp: 100-240VAC hoặc 24VDC

– Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS485, Ethernet

– Tích hợp 2 ngõ vào Analog và 1 ngõ ra Analog

– Bộ đếm tốc độ cao: lên tới 6 chân max 200kHz

– Phát xung tốc độ cao: 4 kênh max 200kHz

Hình 3.6: Hình ảnh PLC FX 3G của Mitsubishi

– Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, CAN, CClink

– Bộ đếm tốc độ cao: max: 60 kHz

– Phát xung tốc độ cao: lên tới 3 chân 100kHZ

– Có thể mở rộng lên tới 128 I/O thông qua module hoặc 256 I/O thông qua mạng CC-Link

3.1.2 Cấu tạo của PLC Mitsubishi [6]

Hình 3 7 Cấu tạo của PLC Mitsubishi

+ Khối đầu vào: đưa các tín hiệu đầu vào, sau đó đưa về PLC

+ Khối đầu ra: kết nối với các cơ cấu chấp hành,

+ Khối trung tâm: gồm vi xử lý và các vùng để lưu trữ

Trong hệ thống tự động hóa, đầu vào (Input) đóng vai trò quan trọng khi kết nối các thiết bị như nút nhấn, cảm biến để truyền tín hiệu về bộ xử lý trung tâm, từ đó xử lý và đưa ra quyết định điều khiển Đầu ra (Output) cũng đóng vai trò không kém khi kết nối với các cơ cấu chấp hành, giúp thực hiện các hành động tương ứng với tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý trung tâm.

+ Bộ xử lý trung tâm/ CPU: giúp xử lý các chương trình

+ Tốc độ xử lý: Là thời gian để CPU thực hiện 1 lệnh thường tính là Micro second

+ Timer: là bộ phận định thời gian trong PLC

+ Counter: là bộ đếm trong PLC

+ Dung lượng chương trình: kích thước tối đa mà PLC có thể lưu trữ dữ liệu

3.1.3 Nguyên lí hoạt động của PLC Mitsubishi [7]

Hình 3 8 Nguyên lí hoạt động của PLC Mitsubishi

Các tín hiệu từ các thiết bị như cảm biến và công tắc được thu thập thông qua mô đun đầu vào và truyền đến PLC Khi PLC nhận được tín hiệu, bộ xử lý trung tâm sẽ xử lý thông tin và đưa ra quyết định dựa trên chương trình đã được lập trình sẵn Sau đó, các tín hiệu đầu ra sẽ được truyền qua mô đun đầu ra để thực hiện các hành động tương ứng.

Một chu kỳ hoàn thành thường diễn ra trong thời gian rất ngắn, phụ thuộc vào tốc độ xử lý của PLC, tốc độ kết nối giữa PLC với các thiết bị ngoại vi và độ phức tạp của chương trình.

Camera Cognex Dataman 260X

+ Đối với mã vạch 1D và 2D mang lại hiệu suất cao trong mã hóa dữ liệu, dễ dàng sử dụng và linh hoạt

+ Hotbars II có công nghệ "khâu mã vạch" và giải mã ở tốc độ 0,8 ppm (pixel / mô-đun) có thể hoàn thành các ứng dụng ít phức tạp hơn

+ Công cụ thiết lập dễ nhìn và trực quan, đơn giản nhất trong thời gian thực

+ Các nút kích hoạt và điều khiển giúp có thể dễ dàng thao tác, cài đặt mà không cần máy tính hoặc HMI

+ Các chế độ kích hoạt khác nhau (self, single, burst, etc.) để có thể dễ dàng đáp ứng từng nhu cầu khách hàng

+ Hệ thống ánh sáng và quang học mô-đun giúp dễ dàng thay đổi ống kính đầu đọc dòng

Động cơ bước [8]

Động cơ bước, hay còn gọi là Step, có phạm vi ứng dụng khác so với các động cơ thông thường

Động cơ bước (motor bước) là loại động cơ cho phép người dùng định trước tần số góc quay, mang lại độ chính xác cao trong hoạt động Đặc biệt, động cơ bước có góc bước càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay càng lớn, giúp tăng cường độ chính xác của động cơ.

3.3.1 Phân loại [8] a) Phân loại dựa vào số pha của động cơ

- Động cơ bước 2 pha có góc bước khoảng 1.8 độ

- Động cơ Step 3 có góc bước là 1.2 độ

- Động cơ Step 5 pha sẽ có góc bước là 0.72 độ b) Phân loại động cơ bước dựa vào rotor

- Động cơ bước thay đổi từ trở c) Phân loại tùy thuộc vào cực của động cơ

- Động cơ bước đơn cực

- Động cơ bước lưỡng cực

3.3.2 Cấu tạo của động cơ bước [8]

Một động cơ bước thường bao gồm hai bộ phận chính: roto (nam châm vĩnh cửu) và stato Động cơ này hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển từ bên ngoài, thông qua bộ điều khiển chuyên dụng, giúp kiểm soát và điều chỉnh chuyển động của động cơ một cách chính xác.

Hình 3 11 Cấu tạo của động cơ bước

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước [8]

Khi xung được gửi đến động cơ, nó sẽ thực hiện bước theo xung Góc bước và vị trí của trục động cơ được quyết định bởi xung đầu vào, và việc điều khiển số lượng xung sẽ giúp điều khiển chính xác vị trí của trục động cơ.

Khi mà góc bước càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn, do đó kéo theo độ chính xác thu được càng lớn

Hướng quay của trục động cơ phụ thuộc vào xung cấp cho stato, quyết định trực tiếp đến chế độ hoạt động của động cơ Khi tần số xung cấp thấp, động cơ sẽ hoạt động theo từng bước, ngược lại khi tần số xung cấp cao, động cơ sẽ quay liên tục và ổn định như động cơ điện xoay chiều, nhờ vào mô men quán tính giúp động cơ vận hành trơn tru và hiệu quả.

Hình 3 12 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

3.3.4 Ứng dụng của động cơ bước [8]

• Được sử dụng trong các máy móc đóng gói tự động, dán nhãn,…

• Được sử dụng trong các thiết bị như camera xoay, thiết bị giám sát

• Có ứng dụng rộng trong mảng y tế: máy phân tích máu và quét các mã y tế

• Sử dụng rộng trong các thiết bị in ấn như máy phô tô, máy in, máy scan,…

Hình 3 13 Ứng dụng của động cơ bước

Driver DM542 [9]

Driver DM542 chuyên dùng để điều khiển các loại động cơ bước 2 pha 42 57 86 (Step motor

Bộ điều khiển động cơ bước 2 pha này có thể tương thích với động cơ bước 86, nhưng cần đảm bảo dòng điện không vượt quá 4,2 ampe để tránh gây cháy nổ hoặc hư hỏng Sản phẩm này thường được ứng dụng trong các loại máy móc hiện đại như máy khắc laser, máy CNC mini, máy in 3D, máy phun tự động và nhiều thiết bị khác.

Thông số kỹ thuật Driver DM542

Hình 3 14 Thông số kỹ thuật Driver DM542

Cảm biến

Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị giúp phát hiện các tia hồng ngoại trong môi trường b) Cảm biến tiệm cận kim loại [11]

Cảm biến tiệm cận cảm ứng là thiết bị hiện đại có khả năng phát hiện các đồ vật thông qua việc tạo ra điện từ trong môi trường xung quanh Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cảm biến này chỉ có thể phát hiện được những vật làm từ kim loại, giúp mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Cảm biến tiệm cận điện dung hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra môi trường điện dung tĩnh điện để phát hiện các vật thể Với khả năng phát hiện đa dạng, cảm biến này có thể nhận biết mọi loại vật, mang lại hiệu quả cao trong ứng dụng thực tế.

Hình 3 16 Cảm biến tiệm cận kim loại

Nguyên lý hoạt động a Cảm biến tiệm cận hồng ngoại [12]

Cảm biến hoạt động dựa trên cảm biến ánh sáng để phát hiện bước sóng trong dãy quang phổ Đèn LED có cùng bước sóng được sử dụng để đo cường độ ánh sáng Khi vật thể đến gần, ánh sáng từ đèn LED bị phản xạ khỏi vật thể và di chuyển vào cảm biến ánh sáng, cho phép cảm biến đo đạc chính xác.

Hình 3 17 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại b Cảm biến tiệm cận kim loại [13]

Gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ ở đầu cảm ứng Khi đó, sóng cao tần đi qua lõi dây đó

Khi vật làm bằng kim loại đi về phía trường điện từ này thì sẽ tạo ra một dòng điện bên trong vật

Khi dòng điện tác động lên máy biến đổi hiệu điện thế, năng lượng trong cuộn phát điện sẽ giảm dần, dẫn đến dao động giảm xuống và từ trường giảm độ mạnh một cách từ từ.

Rơ le trung gian [14]

Vai trò quan trọng của role kiếng là thiết bị bảo vệ cho các thiết bị báo mức on off, giúp cách ly hoàn toàn cảm biến khỏi các thiết bị ngoại vi như van hay đèn Thông qua relay trung gian, role kiếng cho phép cảm biến hoạt động an toàn và ổn định, đồng thời giảm thiểu rủi ro hư hỏng do quá tải, chỉ ảnh hưởng đến các tiếp điểm relay trung gian.

Rơ le kiếng là một thiết bị bảo vệ cho các thiết bị báo mức on hoặc off

Trên rơ le có các tiếp điểm thường đóng và thường mở nên ra có thể nghịch đảo lại trạng thái của chúng

Có phần đế được gia công chắc chắn, ôm chặt thân của rơ le, tránh rung động cơ khí, máy móc trong quá trình hoạt động

Hình 3 19 Relay kiếng, relay trung gian với đế 14 chân, 8 chân

3.6.2 Thông số rơ le trung gian [14] Điện áp: Relay trung gian loại 220VAC, 110VAC, 48VDC, 48VAC, 24VDC, 12VDC Tiếp điểm: Silver alloy

Kiểu chân: chân dẹp lớn 10A chân tròn, chân dẹp nhỏ

Số lần đóng cắt: 100.000 lần

Số chân: 14 chân dẹp nhỏ 5A, 14 chân dẹp lớn 10A, 8 chân dẹp nhỏ.

Phần mềm điều khiển

Hình 3.20 Hình ảnh của phần mềm sử dụng chính trong mô hình [15]

• Giao diện được thiết kế lại một cách trực quan hơn để thuận tiện cho người sử dụng

• Modul trong thư viện đầy đủ hơn

• Hỗ trợ thêm những ngôn ngữ lập trình như FBD và SFC

• Các thông số dễ dàng tùy chỉnh

• Phần mềm hỗ trợ được thêm vào thư mục cài đặt phần mềm

Các dòng PLC Mitsubishi sử dụng được trên phần mềm GX Works2:

• FX CPU : từ dòng FX3U trở xuống

Giới thiệu khái quát về hoạt động của hệ thống lưu kho tự động [16]

Hệ thống gồm hai phương thức hoạt động là nhập kho và xuất kho

Khi băng tải phát hiện có hàng được nhập vào, nó sẽ tự động hoạt động và đưa hàng đến vị trí nhập kho Tại đây, camera sẽ đọc mã code được in trên thùng hàng và xác định loại hàng cụ thể, giúp phân loại và lưu trữ hàng hóa ở các tầng khác nhau Sau đó, tay nâng sẽ di chuyển để sắp xếp và lưu trữ hàng hóa một cách chính xác và hiệu quả.

Người điều khiển sẽ chọn mặt hàng muốn xuất kho và xác định số lượng cần xuất Trong trường hợp xuất nhiều loại hàng cùng lúc, hệ thống sẽ ưu tiên xuất hàng từ tầng lưu trữ thấp nhất đến cao nhất Khi nhận tín hiệu xuất kho, tay nâng sẽ di chuyển đến vị trí hàng xa nhất của tầng lưu trữ để lấy hàng và đưa về vị trí xuất kho Tại đây, camera sẽ đọc mã vạch để lưu trữ dữ liệu và băng tải sẽ vận chuyển hàng đi.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Yêu cầu đề tài và thông số thiết kế

4.1.1 Yêu cầu của đề tài

- Tính toán, thiết kế mô hình lưu kho tự động trong nhà xưởng bằng các thiết bị như là PLC và máy quét mã vạch

- Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuất kho một cách tự động và chính xác

Thiết kế mô hình hệ thống lưu kho dành cho các kiện hàng trong xưởng sản xuất, xưởng cơ khí có diện tích vừa và nhỏ là một giải pháp quan trọng để tối ưu hóa không gian và nâng cao hiệu quả sản xuất Đối với các kiện hàng có kích thước pallet tiêu chuẩn 65x60x55 mm và khối lượng pallet 0,2 kg, việc thiết kế hệ thống lưu kho phù hợp sẽ giúp doanh nghiệp tiết kiệm không gian, giảm thiểu thời gian tìm kiếm và di chuyển hàng hóa, đồng thời tăng cường hiệu quả quản lý và kiểm soát hàng tồn kho.

- Tối ưu diện tích, có thể lưu được nhiều hàng hóa

- Năng suất vận chuyển khoảng 50s/1 pallet

- Vận chuyển khoảng 80 - 150 pallet/ngày

Hình 4 1 Mô hình hệ thống lưu kho trong nhà máy [17]

Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống

Hình 4.2 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống

Phương hướng và giải pháp thực hiện

4.2.1 Lựa chọn phương án dẫn động cho cánh tay nâng

Hệ thống truyền động thực hiện việc điều khiển quá trình hoạt động của cánh Robot Ở đây Robot sẽ có 3 chuyển động tịnh tiến đó là:

+ Chuyển động tịnh tiến của cơ cấu cánh tay chạy dọc theo khung chứa hàng

+ Chuyển động lên xuống của cơ cấu nâng hạ

+ Chuyển động vào, ra của cơ cấu đỡ hàng để đưa hàng vào vị trí ô chứa

Vì vậy chuyển động ở đây là chuyển động tịnh tiến a Phương án truyền động 1

Hình 4.3 Cơ cấu vít me, đai ốc [18]

Nếu sử dụng cơ cấu vitme đai ốc để di chuyển cánh tay nâng (cơ cấu truyền chuyển động để di chuyển các pallet)

• Hiệu suất cao do ma sát ít, có thể từ 90 – 95%

• Có khả năng chuyển động ở những vận tốc nhỏ

• Có thể tạo ra lực căng ban đầu, độ cứng vững hướng trục cao

Nhược điểm : khả năng chịu tải không cao Gía thành cao do khó chế tạo và độ chính xác rất cao b Phương án truyền động 2

Hình 4.4 Hệ thống palang điện [19]

Nếu sử dụng cơ cấu Palang để nâng hàng thì Ưu điểm

+ Công suất máy mạnh và vận chuyển được hàng hóa có khối lượng lớn

+ Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

Tốn diện tích khi lắp đặt, chi phí đầu tư cao

Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hệ thống truyền động cơ cấu vít me đai ốc do những ưu điểm vượt trội của nó, bao gồm độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn, khả năng truyền động êm ái, tự hãm và lực truyền lớn, giúp đáp ứng yêu cầu của dự án.

4.2.2 Lựa chọn băng tải a Băng tải con lăn [20]

Hình 4.5 Băng tải con lăn Ưu điểm

- Hệ thống có thể hoạt động bằng xích, đai

- Kết cấu đơn giản, dễ vận chuyển và lắp đặt

- Thường xuyên phải bảo trì

- Vị trí lắp đặt phải ở vị trí cân bằng

- Thường xuyên phải bảo trì

- Vị trí lắp đặt phải ở vị trí cân bằng

- Giá thành cao b Băng tải PVC [21]

Hình 4.6 Băng tải PVC Ưu điểm

- Đặc tính co giãn thấp không bị giãn trong quá trình hoạt động

- Khả năng hạn chế chống thấm dầu mỡ

- Trọng lượng nhẹ, dễ di chuyển

- Không gây tiếng ồn trong quá trình sử dụng

- Tải nhẹ tiết kiệm năng lượng trong quá trình sử dụng

Chỉ phù hợp trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp nhẹ

Kết luận: Lựa chọn băng tải PVC với các ưu điểm như giá thành rẻ, phù hợp cho sản xuất nhỏ lẻ, lắp đặt dễ dàng, trọng lượng

4.2.3 Lựa chọn mã code dán lên pallet a Mã vạch 1D [22]

Hình 4.7 Mã vạch 1D Ưu điểm

- Dễ tạo, dễ in ấn lên các nhãn hàng

- Chi phí cho loại mã vạch 1D thấp

- Nếu mã bị tróc thì vẫn có thể nhập thủ công được do có hàng chữ số phía dưới

Nếu bị bong tróc mực trên mã vạch thì thiết bị quét sẽ không nhận dạng được chiếm diện tích khá lớn khi in b Mã vạch 2D [22]

Hình 4.8 Mã vạch 2D Ưu điểm

- Nếu mà mã có bị xước hay bong tróc thì vẫn có thể nhận dạng được

- Có thể mã hóa các dạng dữ liệu đa dạng và phức tạp

- Chi phí đầu tư thiết bị quét mã vạch khá cao

- Không đọc được bằng mắt thường

Dựa trên phân tích trên, mã 2D là lựa chọn phù hợp nhất do môi trường làm việc dễ gây bong tróc mã code và có khả năng mã hóa nhiều dạng dữ liệu phức tạp.

Yêu cầu chung của hệ thống

- Hoàn thiện đầy đủ mô hình phần cứng của hệ thống lưu kho tự động

- Xây dựng giải thuật điều khiển hệ thống bằng PLC Misubishi

- Áp dụng công nghệ mã code và viết chương trình quét mã code

- Xây dựng giám sát hệ thống trên màn hình HMI.

Trình tự công việc tiến hành

- Tham khảo các mô hình đã có

- Nghiên cứu, tính toán thiết kế mô hình trên phần mềm Inventor

- Lựa chọn các thiết bị hỗ trợ đồ án như là ty trượt, nhôm định hình, tay gắp

- Tính toán, chọn ổ lăn, trục vít, động cơ băng tải và động cơ dẫn động 3 trục x, y, z

- Gia công, lắp ráp mô hình, sau đó đi dây điện và lắp đặt các cảm biến, và đi dây cho động cơ xuống PLC

- Kiểm tra đấu nối đường dây và tiến hành chạy thử

- Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của mô hình.

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ, THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CHO MÔ HÌNH LƯU

Tính toán băng tải [23]

Do mô hình nghiên cứu chỉ là mô hình lưu kho thu nhỏ của nhà xưởng, yêu cầu kỹ thuật của băng tải sẽ tập trung vào một số thông số quan trọng Một trong số đó là đường kính tang băng tải, được ký hiệu là Dtg, và yêu cầu kỹ thuật của nó là Dtg = 40 (mm).

Tốc độ quay của tang băng tải là 30 (vòng/phút)

Vận tốc chuyển động thực của băng

𝑠) v – tốc độ trung bình của bộ phận kéo, (m/giây)

Dtg – Đường kính của tang băng tải (m) k = 0,98 hệ số trượt k=0,98÷0,99

Lựa chọn các thông số cơ bản

Chiều rộng của băng là B = 200(mm)

Số lớp đệm của băng là 3

Năng suất tính toán của băng tải z = zyc 1,1 = 20.1,1 = 22 (cái/giờ)

- Với yêu cầu thực tế là 20 sản phẩm/giờ

- 1,1 hệ số nạp liệu không đều

Lựa chọn sơ bộ lớp băng tải i=3

Chiều dày của lớp cao su theo bảng được lấy như sau: phía bề mặt làm việc 𝛿 1 = 1 𝑚𝑚 ; phía bề mặt không làm việc 𝛿 2 = 1 𝑚𝑚

Trọng lượng 1 mét dài băng

Trọng lượng vật liệu có ích trên 1 mét dài của băng

𝑞 𝑣𝑙 : Trọng lượng vật liệu có ích trên 1 mét dài của băng

G – Khối lượng 1 sản phẩm (kg) a – Khoảng cách giữa đường tâm của các sản phẩm (m)

Xác định lực cản chuyển động và kéo căng băng

Chia chu tuyến băng thành 4 đoạn riêng biệt từ điểm 1 tới điểm 4

Mỗi đoạn của hệ thống có các dạng lực cản khác nhau Bắt đầu tính toán từ điểm 1, tại đó lực căng S1 đạt giá trị nhỏ nhất, đồng thời tại điểm này cũng có lực căng tại nhánh ra của tang dẫn động.

Hình 5.1: Chuyển động của băng tải [23]

Trên đoạn 1÷2 ở nhánh không tải, lực cản chuyển động

Khi tính toán lực cản chuyển động trên đoạn 1÷2, cần xem xét các yếu tố quan trọng bao gồm trọng lượng phân bố của băng (qb) và trọng lượng các bộ phận quay của các gối tựa lăn ở nhánh không tải.

𝜔 = 0,018 Hệ số cản chuyển động chung của băng tải lên con lăn

Lực kéo căng tại điểm 2

𝑆 2 = 𝑆 1 + 𝑊 1−2 = 𝑆 1 + 0,011(𝑘𝐺) Lực cản ở đoạn 2-3 xác định

𝑊 2−3 = 0,07𝑆 2 = 0,07𝑆 1 + 0,0077(𝑘𝐺) Lực kéo căng tại điểm 3

Lực cản trên đoạn 3÷4 đến điểm ép bánh ở nhánh có tải sẽ bao gồm lực cản do các tấm thép đỡ băng, với hệ số ma sát của băng lên tấm thép là f=0,4.

Bảng 5 1 Lực cản của thanh ép theo thực nghiệm

Tổng lực cản chuyển động trên nhánh tải

𝑊 𝑡ả𝑖 = 𝑊 3−4 + 𝑊 é𝑝 = 0,353 + 0,48 = 0,833(𝑘𝐺) Tổng lực căng tại điểm 4 (2.51)

Kiểm tra độ bền của băng tải

𝑆 𝑚𝑎𝑥 : lực căng lớn nhất (kg) B: bề rộng băng tải (cm) k=9 – hệ số dự trữ bền kéo của băng

Theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ, chiều rộng băng B0mm yêu cầu số lớp vải tối thiểu là 3, do đó lựa chọn băng có 3 lớp vải là phù hợp.

𝑙 𝑘𝑡 : khoảng cách giữa các gối tựa (m)

𝑞 𝑏 : Trọng lượng phân bố của băng tải (kg/m)

𝑆 𝑚𝑖𝑛 : lực căng nhỏ nhất (kg) Độ võng cho phép f = (0,025÷0,03)𝑙 𝑘𝑡

Lực cản ở tang dẫn động không tính đến cản trong ổ trục

𝑆 𝑣 , 𝑆 𝑟 : lực căng ở nhánh vào và ra của bộ phận kéo ở tang, đĩa, xích, puly (nếu cả 2 nhánh song song nhau) (𝑘𝐺)

𝑊 𝑑𝑑 : Lực cản ở tang dẫn động không tính đến cản trong ổ trục (𝑘𝐺).

Tính toán trục vít me [24]

Lựa chọn bộ truyền động vít me đai ốc

- Hệ thống lưu kho yêu cầu độ cứng vững cao, tiết kiệm chi phí nên chọn kiểu chuyển bi ngoài

- Để chọn vít me cần xác định

+ Không gian nhà máy kho

+ Bước ren có thể dựa vào kinh nghiệm

+ Máy cần độ chính xác => Vitme bước ren nhỏ

- Sau đó ta có thể tra cattalog để chọn đường kính vít me sao cho phù hợp với bước ren

- Vít me bi có 3 kiểu lắp

+ Fixed – fixed: kết cấu phức tạp, yêu cầu lắp đặt chính xác nếu không sẽ gãy vít me + Fixed – support: kết cấu đơn giản, được sử dụng rộng rãi

+ Fixed – free: kết cấu đơn giản, không cần độ chính xác cao Để so sánh:

+ Về độ chịu tải trọng dọc trục, cứng vững và tốc độ cho phép

Fixed – fixed > Fixed – support > Fixed free

+ Về độ chính xác vị trí

Fixed – fixed > Fixed support > Fixed – free

Dựa vào tính chất của lưu kho tự động, ta chọn kiểu lắp của Fixed – support vừa đơn giản mà vẫn đáp ứng được độ cứng vững

❖ Tính toán trục vitme của trục X:

✓ Tốc độ quay trục chính 250 vòng/phút

✓ Tải trọng dọc trục: Fa = 60 N

▪ Tính toán Đường kính trung bình của ren:

Với Fa: Lực dọc trục

Do vít me và đai ốc là thép – đồng thanh nên chọn [𝑞] = 8 𝑀𝑃𝑎; 𝛾 𝐻 = 1,2

Kiểm nghiệm độ bền theo thuyết bền 4, ta có;

T: momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm

3 với 𝜎 𝑐ℎ là giới hạn chảy của vật liệu vít me

𝑑 1 : là đường kính trong của ren vít me (9 mm)

Tiết diện nguy hiểm là tiết diện chịu toàn bộ lực dọc trục Fa và momen, và thường có giá trị lớn hơn trong hai giá trị momen ren (𝑇 𝑟) và momen gối tì (𝑇 𝑔).

𝑑 2 : đường kính trung bình của ren vít

Chiều cao profin ren: h = 1 mm

Ta có cơ cấu vít me đai ốc là thép – đồng => Hệ số ma sát f = 0,1

2 = 373,26 Nmm Chọn mặt tì 𝐷 𝑜 = 22 mm, ta tính được trị số momen gối tì:

Ta có 𝜎 𝑡𝑑 < [𝜎] nên điều kiện bền được đảm bảo

Tính kiểm nghiệm về tính ổn định

Momen quán tính của tiết diện vít

9 = 67,86 Bán kính quán tính của tiết diện vít me:

= 1,03 Độ mềm của vít me là:

𝑢: hệ số chiều dài tương đương

Chọn u = 0,7 vì đai ốc tựa được coi như ngàm, khi một đầu vít được cố định bằng bản lề, đầu kia bị ngàm

Vì 𝜌 > 100 nên ta dùng công thức Ơ le đi tính tải trọng giới hạn

Kiểm nghiệm độ bền cho vít me:

𝑆 𝑜 : hệ số an toàn ổn định

𝑆 𝑜 = [2.5 … 4]: hệ số an toàn ổn định cho phép

 Điều kiện ổn định được đảm bảo.

Tính toán, chọn động cơ

Dựa vào thông số thiết kế

+ Mô men xoắn cho động cơ bước

𝑇 𝑀 = (𝑇 𝑎 + 𝑇 𝐿 ) 𝑆 𝑓 Với: 𝑇 𝐿 : mô men chịu tải

F: lực làm bàn máy dịch chuyển

𝜇 0 : hệ số ma sát khớp nối ren chọn 𝜇 0 = 0,3

𝑛: hiệu suất của động cơ (0,85 – 0,95), chọn n = 0,9

𝜇: hệ số ma sát trên bề mặt, lấy 𝜇 = 0,1

Ta có công thức chung tính mô men gia tốc

𝑡 1 Với: 𝐽 0 : mô men quán tính rô to

𝐽 𝐿 : mô men quán tính tải

𝑡 1 : thời gian tăng tốc (2 giây)

𝑁 𝑀 : tốc độ quay trục vít me

Mô men quán tính tải:

Ta tính mô men quán tính trục vít me: (𝐽 𝐵 )

𝜌: khối lượng riêng của thép

Mô men quán tính của bàn máy

Chọn tốc độ quay trục vít me: 𝑁 𝑀 = 250 𝑣ò𝑛𝑔

Thay số vào ta được

Để tính toán quán tính rô to 𝐽 0 dựa trên quán tính tải, chúng ta có thể tạm thời chọn một động cơ làm cơ sở Động cơ TK57NS112 - 4204 là lựa chọn dự kiến để thực hiện việc tính toán này.

2 = 2,75 10 −3 𝑁 𝑚 Chọn 𝑆 𝑓 = 2, thay vào ta được

= (2,75 10 −3 + 18,5 10 −3 ) 2 = 0,0425 𝑁𝑚 ≤ 2,8 𝑁 𝑚 Chọn động cơ TK57HS112 - 4204

Hình 5.2: Hình ảnh động cơ TK57HS112 – 4204

Dựa vào thông số thiết kế

Ta có công thức chung tính mô men gia tốc

𝐽 𝐿 = 5,43 10 −6 + 8,15 10 −5 = 8,693 10 −5 𝑘𝑔 𝑚 2 Chọn tốc độ quay trục vít me:

Để tính toán quán tính rô to, chúng ta cần chọn một động cơ dựa trên quán tính tải Một lựa chọn phù hợp là động cơ KH56QM2U038, giúp chúng ta xác định được quán tính rô to 𝐽 0 cần thiết cho quá trình tính toán.

2 = 1,49 10 −3 𝑁 𝑚 Chọn 𝑆 𝑓 = 2, thay vào ta được

= (1,49 10 −3 + 11,74 10 −3 ) 2 = 0,027 𝑁𝑚 ≤ 1,373 𝑁 𝑚Chọn động cơ KH56QM2U038

𝜇 0 : hệ số ma sát khớp nối ren chọn 𝜇 0 = 0,3

𝑛: hiệu suất của động cơ (0,85 – 0,95), chọn n = 0,9

Chọn tốc độ quay trục vít me: 𝑁 𝑀 = 250 𝑣ò𝑛𝑔

2 Để tính toán, ta tạm thời chọn một động cơ dựa trên quán tính tải để tìm được quán tính rô to

= (6,7 10 −4 + 0,029) 2 = 0,05934 𝑁𝑚 ≤ 1,373 𝑁 𝑚 Chọn động cơ KH56QM2U038

Hình 5.4: Hình ảnh động cơ KH56QM2U038

Lựa chọn thanh trượt – ty trượt [26]

Đối với mô hình hệ thống lưu kho tự động, việc lựa chọn thanh trượt phù hợp đóng vai trò quan trọng Dựa trên môi trường hoạt động, mục đích hoạt động và chi phí chế tạo, nhóm quyết định chọn thanh trượt tròn đường kính 16 mm, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cho hệ thống.

+ Vỏ ngoài mạ Crôm, giúp có độ bền và độ cứng vững cao

+ Được xử lí oxi hóa bề mặt, đẹp và chống gỉ

+ Độ chính xác cao, hoạt động ổn định

+ Đường trượt: đi theo hướng một đường thẳng

+ Độ cứng: HRC58±2 (GCR15: HRC 60±2)

+ Độ chính xác: 96; độ cong: dưới 5um/10mm

+ Độ dày mạ crom: 30um

+ Bề mặt gồ ghề: dưới 1,5um

+ Bề mặt cứng dày: 0,8 um – 3mm

+ Đường kính ngoài: 6mm – 60mm

=> SCS16UU: gối đỡ bạc đạn tuyến tính 16 mm

Hình 5 5: Hình ảnh gối đỡ bạc đạn tuyến tính [27]

L: chiều dài băng vít me (1 m)

𝑇 𝑣 : momen xoắn trục vít (0,05934 Nm)

𝑘: hệ số tính từ bán kính chịu lực (Nm)

Ta chọn sơ bộ gối đỡ vòng bi KP000

Hình 5 7: Hình ảnh ổ lăn KP000

Hình 5.8: Bảng chọn ổ lăn dòng KP

Ta có: khả năng tải động

𝑉 = 1: hệ số kể đến vòng quay

𝑘 𝑡 = 1: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ

𝑘 đ = 1: hệ số kể đến đặc tính tải trọng

𝑐 0 = 0,222 ≤ [𝑐 0 ] = 1,38 𝑘𝑁 Vậy ổ bi thỏa mãn bền

Khi tính toán và lựa chọn khớp nối cho mô hình lưu kho tự động, nhóm chọn khớp nối mềm D19L25 là lựa chọn phù hợp Với trục có kích thước từ 6,35 đến 10 mm, khớp nối được chọn đáp ứng được độ rơ và sự sai số nhỏ của các chi tiết máy liên quan đến chuyển động của động cơ và vít me, đảm bảo hoạt động trơn tru và chính xác.

5.7 Hành trình tối đa các trục di chuyển

Bảng 5 2 Hành trình tối đa các trục di chuyển

Hành trình theo trục Khoảng cách tối đa đi chuyển được x 500 mm y 700 mm z 750 mm

5.8 Trang thiết bị vật tư sử dụng

Bảng 5 3 Trang thiết bị vật tư sử dụng

Thiết bị Thông tin thiết bị

Trục vít me, đai ốc

Làm bàn máy có thể di chuyển, giúp cánh tay trên đó di chuyển theo hướng mà mình mong muốn

Vận chuyển hàng hóa từ khi đến nơi tập kết để vận chuyển đi hoặc từ nơi sản xuất về kho Động cơ trục x, y

Truyền chuyển động cho trục vit me, làm di chuyển cánh tay gắp theo phương tương ứng Động cơ trục z

Truyền chuyển động cho trục vit me, giúp cánh tay gắp có thể nâng lên hoặc hạ xuống để gắp pallet và đưa chúng vào ô ở độ cao tương ứng

Dùng làm khung chân cho mô hình

Chân đỡ có tác dụng đỡ 4 khung nhôm và cả các hệ thống trục x, y, z Ổ đỡ

Có tác dụng đỡ trục vít me

Có công dụng liên kết giữa khung với chấn đỡ

Giúp liên kết giữa trục động cơ với trục vít me

Đai ốc đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết giữa thanh nhôm và ổ đỡ của trục vít me (trục z), giúp tạo nên một hệ thống vững chắc và ổn định Khi được bắt vào trục vít me, đai ốc sẽ có 4 lỗ được thiết kế để liên kết với tấm khung, đảm bảo sự chắc chắn và an toàn cho toàn bộ cấu trúc.

Nối giữa phần khung nhôm với động cơ

Nơi đặt pallet (vị trí chứa hàng của mô hình)

5.9 Thiết kế mô hình lưu kho tự động trên phền mềm Inventor

Nguyên lý hoạt động của mô hình này bắt đầu khi cánh tay gắp ở vị trí ban đầu Khi có hàng trên băng tải, hệ thống sẽ kích hoạt băng tải di chuyển pallet đến cuối băng tải, nơi cảm biến sẽ phát hiện và dừng băng tải lại Lúc này, camera sẽ quét mã đã dán trên pallet và gửi thông tin về bộ điều khiển PLC Sau đó, cánh tay gắp sẽ di chuyển theo 3 trục X, Y, Z để nâng và gắp pallet, sau đó di chuyển pallet đến ô chứa hàng trên kệ chứa tương ứng với mã ID đã định trước Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại cho đến khi không còn hàng trên băng tải, cánh tay nâng sẽ trở về vị trí chờ.

Để lấy hàng ra khỏi kho, cánh tay gắp sẽ di chuyển từ vị trí chờ theo 3 trục X, Y, Z đến vị trí pallet cần lấy Sau đó, cánh tay sẽ gắp pallet và đưa nó trở lại vị trí băng tải, nơi có camera được lắp đặt Cuối cùng, băng tải sẽ quay ngược chiều và đưa pallet trở lại vị trí ban đầu, hoàn tất quy trình lấy hàng.

Lựa chọn khớp nối

Khi tính toán và lựa chọn khớp nối cho mô hình lưu kho tự động, nhóm chọn khớp nối mềm D19L25 là lựa chọn phù hợp Trục có kích thước từ 6.35 – 10 mm đáp ứng được độ rơ và sự sai số nhỏ của các chi tiết máy liên quan đến chuyển động của động cơ và vít me, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả.

Hành trình tối đa các trục di chuyển

Bảng 5 2 Hành trình tối đa các trục di chuyển

Hành trình theo trục Khoảng cách tối đa đi chuyển được x 500 mm y 700 mm z 750 mm

Trang thiết bị vật tư sử dụng

Bảng 5 3 Trang thiết bị vật tư sử dụng

Trục vít me, đai ốc

Làm bàn máy có thể di chuyển, giúp cánh tay trên đó di chuyển theo hướng mà mình mong muốn

Vận chuyển hàng hóa từ khi đến nơi tập kết để vận chuyển đi hoặc từ nơi sản xuất về kho Động cơ trục x, y

Truyền chuyển động cho trục vit me, làm di chuyển cánh tay gắp theo phương tương ứng Động cơ trục z

Truyền chuyển động cho trục vit me, giúp cánh tay gắp có thể nâng lên hoặc hạ xuống để gắp pallet và đưa chúng vào ô ở độ cao tương ứng

Dùng làm khung chân cho mô hình

Chân đỡ có tác dụng đỡ 4 khung nhôm và cả các hệ thống trục x, y, z Ổ đỡ

Có tác dụng đỡ trục vít me

Có công dụng liên kết giữa khung với chấn đỡ

Giúp liên kết giữa trục động cơ với trục vít me

Đai ốc đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết giữa thanh nhôm và ổ đỡ của trục vít me (trục z), giúp tạo nên một hệ thống vững chắc Được bắt vào trục vít me, đai ốc còn có 4 lỗ để liên kết với tấm khung, tạo nên một cấu trúc tổng thể hoàn chỉnh và ổn định.

Nối giữa phần khung nhôm với động cơ

Nơi đặt pallet (vị trí chứa hàng của mô hình)

Thiết kế mô hình lưu kho tự động trên phền mềm Inventor

Mô hình hoạt động dựa trên nguyên lý tự động hóa thông minh, bắt đầu khi cánh tay gắp ở vị trí ban đầu Khi có hàng trên băng tải, hệ thống sẽ kích hoạt băng tải chạy, đưa pallet đến cuối băng tải và dừng lại khi gặp cảm biến Lúc này, camera sẽ quét mã trên pallet và gửi tín hiệu về PLC, từ đó cánh tay gắp sẽ di chuyển theo 3 trục X, Y, Z để gắp pallet và di chuyển nó lên ô chứa hàng trên kệ chứa tương ứng với mã ID đã định trước Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại cho đến khi không còn hàng trên băng tải, sau đó cánh tay nâng sẽ trở về vị trí chờ.

Để lấy hàng ra khỏi kho, cánh tay gắp sẽ di chuyển từ vị trí chờ theo 3 trục X, Y, Z đến vị trí pallet cần lấy Sau đó, cánh tay sẽ gắp pallet và đưa trở lại vị trí băng tải, nơi đặt camera Cuối cùng, băng tải sẽ quay ngược chiều và đưa pallet trở về vị trí ban đầu.

GIA CÔNG, LẮP RÁP, THỰC NGHIỆM

Gia công, lắp ráp

Kết quả sau khi gia công, lắp ráp phần khung cho thấy sự thành công đáng kể, nhờ vào việc nhóm đã phác thảo mô hình trên phần mềm trước đó Điều này đã giúp các cơ cấu trục vít, đai ốc và cánh tay nâng hoạt động trơn tru, đáp ứng được mục tiêu đề ra ban đầu.

Mô tơ, cảm biến được đặt vị trí hợp lí, chắn chắc nên khả năng hoạt động, chạy thử nhiều lần khá tốt, ít lỗi vặt

Hai bàn nâng được gia công bằng phương pháp sử dụng xung điện, sau đó thực hiện khoan lỗ và taro để tạo ra bề mặt chính xác và chắc chắn Cụ thể, hình số 1 minh họa đến cụm di chuyển theo trục X, được gia công bằng phương pháp xung điện để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao.

Các lỗ được khoan sau đó taro để lắp đặt các gối đỡ ty trượt và bạc đạn trục vít me

Hình số 2 được gia công bằng phương pháp xung điện, sau đó thực hiện các bước khoan và taro để phục vụ việc lắp đặt các bộ phận quan trọng như động cơ trục Z, hệ thống cánh tay gắp, con trượt và thanh trượt dọc theo trục Y.

Các bộ phận và chi tiết máy được thiết kế để di chuyển linh hoạt theo 3 trục, đồng thời được bố trí trên khung nhôm định hình chắc chắn Khung nhôm này cũng được trang bị các gối đỡ ty trượt và gối đỡ trục vít me, giúp đảm bảo độ ổn định và chính xác trong quá trình vận hành.

Bộ phận trục vít me, đai ốc, con trượt, ty trượt và gói đỡ được lắp ráp hoàn chỉnh để tạo thành một hệ thống thống nhất Trục Z, nơi lắp đặt cánh tay nâng, sẽ sử dụng hai thanh trượt hai bên để chịu lực, đảm bảo độ ổn định và chính xác Khi trục vít me và hai thanh trượt này di chuyển tịnh tiến cùng nhau, cánh tay gắp sẽ được lắp đặt chung với các thanh này, tạo thành một cơ cấu hoàn chỉnh để thực hiện các nhiệm vụ nâng và di chuyển.

Kệ chứa (Hình 5) được đóng bằng gỗ, gồm 12 ô, tương ứng chứa được 12 pallet Mỗi ô có kích thước là 100x100 mm

Pallet (Hình 6) được thiết kế từ bìa carton cứng với kích thước 65x60x55 mm, đảm bảo độ bền và chắc chắn Đặc biệt, mỗi pallet sẽ được dán một mã ID duy nhất dưới dạng QR code, giúp dễ dàng quản lý và phân biệt 12 pallet khác nhau thông qua 12 mã QR riêng biệt.

Thi công phần điện

Nhìn chung, tủ điện đáp ứng các yêu cầu đặt ra, bố trí khá ngăn nắp, dễ phân biệt đường dây giữa các bộ phận

Trang thiết bị sử dụng

Giúp phát hiện hàng hóa có trên pallet, sau đó báo về PLC hoặc dùng để quy định hành trình của bàn máy trên mô hình

- Dòng cấp tối đa là 4A

- Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

- Có tích hợp đo quá dòng quá áp

Meanwell24vdc/4.5A Cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp Đầu đọc mã vạch Cognex Dataman260X

Bộ phận đọc mã Code trên pallet, truyền về hệ thống để PLC nhận biết và điều khiển tay gắp, gắp pallet đó đúng vào ô đã lập trình trước

Có tác dụng bảo vệ mạch, bảo vệ áp, từ đó kéo dài tuổi thọ của thiết bị, giúp giảm chi phí

Nhận tín hiệu đầu vào, xử lí thông qua chương trình lập trình và điều khiển các thiết bị đầu ra

Bố trí dây điện hợp lí, tránh vướng víu trong quá trình chạy, đảm bảo độ thẩm mĩ cho mô hình (Hình 4).

Sơ đồ hệ thống

6.3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 6.1 Sơ đồ khối hệ thống Trong đó:

• Khối nguồn: Gồm có các nguồn 24VDC, 220VAC để cung cấp cho toàn bộ hệ thống

• Khối cảm biến: Gồm có các cảm biến hồng ngoại, các công tắc hành trình có tác dụng phát hiện vị trí của tay nâng trong hệ thống

• PLC: Nhận tín hiệu từ máy tính và các cảm biến ở ngõ vào để điều khiển các cơ cấu chấp hành

• Khối cơ cấu chấp hành: Gồm có động cơ bước và các relay trung gian Khối này có tác dụng vận hành hệ thống hoạt động

• Máy tính (PC): Dùng để giao tiếp với PLC

6.3.2 Sơ đồ động lực của hệ thống

KH ỐI NG UỒ N KHỐI CƠ CẤU

KHỐI PLC MÁY TÍNH KHỐI QUÉT MÃ

6.3.3 Sơ đồ đi dây PLC của hệ thống

Hình 6.3 Sơ đồ mạch điện hệ thống

6.4 Lưu đồ khởi động, nhập kho và xuất kho

- Lưu đồ khởi động của hệ thống

Hình 6.4 Lưu đồ khởi động của hệ thống

Nguyên lý hoạt động của quá trình khởi động hệ thống bắt đầu khi nhấn nút START trên tủ điện, kích hoạt 3 trục x, y, z di chuyển từ từ về vị trí đặt trước Khi các trục này di chuyển đến cảm biến, chúng sẽ tự động trở về gốc tọa độ Nếu hệ thống xác định đã hết hàng, 3 trục sẽ dừng hoạt động Ngược lại, nếu còn hàng, quá trình sẽ tiếp tục với việc thực hiện nhập kho và xuất kho một cách tự động và liên tục.

- Lưu đồ nhập kho và xuất kho của hệ thống:

Hình 6.5 Lưu đồ nhập kho và xuất kho

Nguyên lý hoạt động quá trình nhập kho

Khi bắt đầu quá trình nhập hàng, việc mở CB trên tủ điện sẽ kích hoạt băng tải chạy cùng chiều, đưa hàng vào và dừng lại khi cảm biến quét phát hiện có hàng Trong chế độ Auto, hệ thống sẽ tự động chọn vị trí kệ trống dựa trên mã QR và điều khiển động cơ 3 trục x, y, z để đưa cánh tay gắp đến vị trí pallet, sau đó đưa pallet vào vị trí trên khung chứa hàng Ngược lại, chế độ nhập kho Manual yêu cầu người dùng chọn vị trí trống trên màn hình HMI, sau đó 3 trục x, y, z sẽ điều khiển cánh tay gắp đến vị trí pallet và đưa vào kho chứa, cuối cùng cánh tay gắp sẽ trở về vị trí chờ hàng.

Nguyên lý hoạt động quá trình xuất kho

Khi bắt đầu quá trình xuất kho, người dùng chỉ cần chọn vị trí mong muốn trên màn hình HMI, sau đó hệ thống sẽ tự động điều khiển 3 trục x, y, z di chuyển cánh tay gắp đến khung chứa và gắp pallet Tiếp theo, cánh tay gắp sẽ đưa pallet đến vị trí cuối trên băng tải, và cuối cùng, băng tải sẽ chạy ngược để đưa hàng hóa ra khỏi kho một cách tự động và hiệu quả.

6.5 Điều khiển qua màn hình HMI

Hình 6.6 Màn hình chính điều khiển hệ thống

Cách thức hoạt động: Đây là màn hình chính của quá trình nhập kho và xuất kho của hệ thống

Phía góc trái là 3 trục X, Y, Z có thể cài đặt khoảng cách ô chứa theo mỗi kích thước pallet và khung chứa

Dưới mỗi ô chứa chữ “CỬA” thì có mã QR code, mỗi mã được dán vào 1 pallet

Muốn đưa hàng vào thì chọn ô phía dưới có chữ: “CHO PHÉP ĐƯA HÀNG VÀO”

Còn nếu muốn xuất kho thì chọn ô có ghi chữ: “CHO PHÉP ĐƯA HÀNG RA”

Có thể lựa chon 1 trong 2 chế độ: TỰ ĐỘNG VÀ ANNUAL

Màn hình có 12 cửa được đánh số từ 1 – 12; mỗi ô tương ứng với mỗi vị trí đặt pallet

Khi chọn chế độ tự động thì các pallet được cánh tay gắp lần lượt đặt vào ô chứa theo thứ

Để bắt đầu quá trình nhập kho, bạn cần chọn ô có dòng chữ "CHO PHÉP ĐƯA HÀNG RA" và chọn vào ô chứa pallet muốn lấy ra Sau đó, chọn vào ô chứa chữ "1 CHU KỲ" để kích hoạt quá trình Lúc này, cánh tay gắp sẽ đưa pallet đến băng tải và băng tải sẽ quay ngược chiều, đưa pallet ra vị trí nhập kho một cách tự động.

Hình 7.1 Mô hình hoàn chỉnh

Quá trình nhập kho và xuất kho đã được thực nghiệm 3 lần với các tốc độ động cơ khác nhau, cụ thể là 200 vòng/phút, 250 vòng/phút và 320 vòng/phút, nhằm đánh giá hiệu suất và tối ưu hóa quá trình lưu trữ và xuất hàng.

6.7.1 Thực nghiệm quá trình nhập kho

+ Tốc độ động cơ trục X, Y, Z: 200 vòng/phút

+ Tiến hành chạy thử các ô pallet: từ 1 – 12

Thực nghiệm quá trình nhập kho liên tiếp 12 lần, tương ứng với 12 pallet

Bảng 6 1 Thực nghiệm quá trình nhập kho lần 1

Nhập kho Vị trí pallet Thời gian Hoàn thành Lỗi

- Trung bình thời gian để đưa 1 pallet trên ô chứa mất: 44,46 giây

Thời gian chênh lệch khi đưa pallet vào ô chứa phụ thuộc vào khoảng cách của các ô chứa khác nhau Cụ thể, các ô chứa 1, 2, 3 sẽ được đưa pallet vào nhanh nhất do vị trí gần nhất với cánh tay gắp Ngược lại, các ô chứa càng trên cao và càng xa sẽ mất nhiều thời gian hơn để cánh tay có thể gắp pallet vào đúng vị trí.

+ Quá trình nhập kho (tốc độ động cơ cả 3 trục là 250 vòng/phút)

Thời gian chênh lệch khi đưa pallet vào các ô chứa khác nhau là do khoảng cách từ vị trí xuất phát đến từng ô Cụ thể, các ô 1, 2, 3 thường được đưa pallet vào nhanh nhất do vị trí gần nhất, trong khi đó, các ô càng ở trên cao và càng xa sẽ mất nhiều thời gian hơn để cánh tay robot có thể gắp và đưa pallet vào đúng vị trí.

Với tốc độ vòng quay động cơ thấp chỉ 250 vòng/phút, hệ thống đã chứng minh sự ổn định của mình khi thực hiện 12 lần thử liên tiếp mà không gặp phải hiện tượng rung lắc, đồng thời đưa pallet chính xác vào vị trí ô chứa như mong muốn.

+ Tiến hành chạy thử các ô pallet: từ 1 - 12

+ Quá trình nhập kho (tốc độ động cơ cả 3 trục là 320 vòng/phút)

Thời gian chênh lệch khi đưa pallet vào các ô chứa khác nhau là do khoảng cách giữa chúng Các ô chứa gần nhất như ô 1, 2, 3 thường được đưa pallet vào nhanh nhất Ngược lại, các ô chứa càng cao và càng xa thì cánh tay sẽ mất nhiều thời gian hơn để gắp và đưa pallet vào ô, dẫn đến sự chênh lệch về thời gian.

Đặc điểm của động cơ với số vòng quay cao (320 vòng/phút) đã gây ra hiện tượng rung lắc đáng kể khi thử nghiệm 12 lần liên tiếp, dẫn đến tình trạng pallet trên cánh tay gắp bị rơi hai lần, cụ thể là ở lần thử thứ 5 và lần thứ 11.

6.7.2 Thực nghiệm quá trình xuất kho

+ Tiến hành chạy thử các ô pallet: từ 1 - 12

Thực nghiệm quá trình xuất kho liên tiếp 12 lần, tương ứng với 12 pallet

+ Quá trình xuất kho (tốc độ động cơ cả 3 trục là 200 vòng/phút)

Bảng 6 4 Thực nghiệm quá trình xuất kho lần 1

- Thời gian chênh lệch là do khoảng cách của các ô chứa khác nhau

Với tốc độ vòng quay động cơ thấp chỉ 200 vòng/phút, hệ thống đã chứng tỏ sự ổn định và độ tin cậy cao khi thử nghiệm 12 lần liên tiếp Trong suốt quá trình thử nghiệm, hệ thống không hề rung lắc và luôn đưa cánh tay gắp đến vị trí chính xác của pallet cần lấy, sau đó đưa pallet lên băng tải một cách mượt mà và chính xác.

Xuất kho Vị trí pallet Thời gian Hoàn thành Lỗi

- Thời gian chênh lệch là do khoảng cách của các ô chứa khác nhau

Với tốc độ vòng quay động cơ thấp chỉ 250 vòng/phút, hệ thống đã thể hiện sự ổn định và chính xác khi thực hiện 12 lần thử liên tiếp Trong suốt quá trình thử nghiệm, hệ thống không xảy ra hiện tượng rung lắc, đảm bảo cánh tay gắp di chuyển đến đúng vị trí pallet cần lấy và đưa pallet lên băng tải một cách chính xác và đáng tin cậy.

Xuất kho Vị trí pallet Thời gian Hoàn thành Lỗi

Thời gian chênh lệch khi đưa pallet vào các ô chứa khác nhau là do khoảng cách giữa chúng Cụ thể, các ô 1, 2, 3 thường cho phép đưa pallet vào nhanh nhất, trong khi đó, các ô càng cao và càng xa thì sẽ mất nhiều thời gian hơn để cánh tay robot có thể gắp và đưa pallet vào ô chứa.

Với tốc độ vòng quay động cơ cao lên đến 320 vòng/phút, hệ thống đã gặp phải tình trạng rung lắc đáng kể khi thử nghiệm 12 lần liên tiếp, dẫn đến việc pallet trên cánh tay gắp bị rơi không ít lần, cụ thể là hai lần vào lần thử thứ 3 và thứ 7.

- Sau khi thử nghiệm 3 lần quá trình nhập kho và 3 lần quá trình xuất kho (mỗi lần thử nghiệm

Khi tốc độ động cơ ở mức số vòng quay 𝑛 ≤ 250 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡, hệ thống hoạt động ổn định, không xảy ra hiện tượng rung lắc, đảm bảo đưa đúng pallet vào kệ chứa và lấy pallet ra khỏi kho chứa hàng một cách chính xác và ổn định.

Tiêu đề	Mô Hình Lưu Kho Tự Động Phân Loại Hàng Hóa Kết Hợp PLC Và Quét Mã Vạch QR Code
Tác giả	Phan Hoàng Long, Nguyễn Tấn Phát
Người hướng dẫn	TS. Đặng Quang Khoa, ThS. Dương Thị Vân Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	131
Dung lượng	9,27 MB