đồ án tốt nghiệp kho hàng tự động

MỤC LỤC


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tựđộng

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thay vì cách lưu trữ hàng hóa thủ công tốn nhiều diện tích và nhân công
lao động, nhiều công ty trên thế giới đã trang bị hệ thống kho hàng tự động cho văn
phòng, nhà xưởng của mình…Với việc ứng dụng công nghệ cao trong việc cất giữ hàng
hóa, giờ đây chúng ta có thể quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có hệ thống
và có tính linh hoạt cao, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm giá thành hoạt động.
Sự ra đời của mã vạch đã giúp đỡ rất nhiều những người trực tiếp làm việc với
mặt hàng có dán mã vạch, năng suất lao động và hiệu quả công việc tăng lên. Nó thực sự
đem lại lợi ích rất lớn cho các doanh nghiệp trong nền kinh tế thị trường ngày nay. Hiện
nay các loại hàng hóa muốn đem bán tại các siêu thị trong nước cũng như xuất khẩu ra
nước ngoài đều phải có mã số mã vạch. Hơn nữa, mã số mã vạch trên hàng hóa cần được
thể hiện chính xác và đúng đắn theo những tiêu chuẩn quốc tế đã quy định.
Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô
giáo trong bộ môn Tự động hóa, em đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định. Được sự
đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong Viện em được giao đề tài tốt nghiệp:
“Nghiên cứu và hoàn thiện mô hình Kho hàng tự động”.
Đồ án tốt nghiệp của em gồm bốn chương:
Chương 1: Tổng quan về Kho hàng tự động.
Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa.
Chương 3: Tìm hiểu và hoàn thiện mô hình.
Chương 4: Ứng dụng PLC S7-200 và lập trình điều khiển kho hàng tự động.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo
của thầy Hà Tất Thắng, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm đồ án có
hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Hà Tất Thắng, và các thầy cô giáo trong bộ môn

“Tự Động hóa xí nghiệp công nghiệp” đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua.
Hà Nội, ngày 19 tháng 9 năm 2014
Sinh viên thực hiện:

Trần Xuân Bách

2


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG
1.1. Giới thiệu chung về kho hàng tự động
1.1.1. Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa
Nền công nghiệp nước ta n ó i r i ê n g v à c á c n ư ớ c t r ê n t h ế g i ớ i n ó i
c h u n g đang phát triển mạnh mẽ. Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ
công nên việc mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức
người, do đó không tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho
hàng, việc quản lý hàng hoá kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm
nhà kho chứa hàng.
Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng
phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ
đó đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và
khắc phục được những hạn chế của các kho hàng cũ.
Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này
rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện. Nhưng trong đó
chủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các
máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.
Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

- Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa.
- Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để
chung với nhau trong 1 kho).
- Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau).
- Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho.
Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý
tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi
kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa,
điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn
khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được
bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm được nhân công
…

3


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Dưới đây là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay :

Hình 1.1. Các thiết bị bốc dỡ cơ bản hiện nay
1.1.2. Tìm hiểu về hệ thống lấy cất hàng hóa tự động ASRS (Automated
Storage & Retrieval System)
Đây là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với công nghệ hiện đại, được sử
dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động. Hệ thống gồm có 2 phần chính: phần mềm
và phần cứng.
- Phần mềm gồm có phần mềm quản lý các robot lấy cất hàng (Crane Control
Software) và phần mềm quản lý hàng hóa (Warehouse Management Software).
- Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định (Static Racking), các robot
lấy cất hàng (Crane Control Software), hệ thống các băng tải vận chuyển hàng

(Conveyors) và hệ thống các cửa tự động xuất nhập hàng (Automated Doors).
Giải pháp này được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng đông lạnh do những
ưu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như:

4


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

- Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao và đường chạy
của robot nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giải pháp khác, so sánh trên cùng
khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho diện tích sử dụng, xây dựng và hệ
thống lạnh.
- Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/ phút/ robot.
- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một robot cho một nhà kho
giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư.
- Không cần hệ thống chiếu sáng, do đó tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống chiếu
sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành.
- Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào, bù
nhiệt cho hệ thống chiếu sáng là những nguồn thất thoát nhiệt chính trong các kho
lạnh. Sử dụng diện tích nhỏ hơn các giải pháp khác nên thất thoát nhiệt xuống đất sẽ
thấp hơn. Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động và có phòng cách ly nên thất thoát
nhiệt sẽ là rất thấp, giảm thời gian xả đá của hệ thống lạnh.
- Không sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo
hiểm và thiết bị hỗ trợ.
- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp
với công nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder) giúp giảm chi phí quản lý
và nhân công, đồng thời cũng dễ dàng đạt được các tiêu chuẩn ISO để tạo lợi thế
cạnh
tranh.

Các sản phẩm từ khâu đóng gói (được một hệ thống sắp xếp thành các linh
kiện hàng lớn đối với các sản phẩm có kích thước nhỏ, nếu sản phẩm có kích thước
lớn thì nhập kho trực tiếp) được băng chuyền mang đến vị trí chờ để nhập kho. Tại vị
trí nhập kho hệ thống cơ khí sẽ mang lần lượt các kiện hàng hoặc sản phẩm này sắp
xếp vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu dữ liệu của hàng vừa nhập kho vào máy
tính. Đối với việc xuất kho hoàn toàn tương tự nhưng ngược lại.
Hệ thống cơ khí cơ bản của một nhà kho tự động là một robot hoạt động theo
ba trục và di chuyển theo đường ray để mang hàng sắp xếp vào kho, và hệ thống băng
chuyển để phân phối sản phẩm xuất nhập.
Số lượng robot sử dụng trong một nhà kho ít hay nhiều hoàn toàn phụ thuộc
vào đặctính của nhà kho đó. Nếu một nhà kho tự động cần khả năng lưu trữ cao nhưng
tốc độ thấp thì số lượng robot không nhiều và hệ thống băng chuyền không quá phức

5


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

tạp. Nhưng nếu một nhà kho cần khả năng lưu trữ cao với tốc độc cao thì số lượng
robot
rất lớn di chuyển trên các ray độc lập, theo đường cong hoặc chuyển ray dẫn đến hệ
thống băng chuyền để phân phối cho các robot này rất phức tạp.

Hình 1.2. Các ngăn chứa hàng của hệ thống ASRS
Mô hình nhà kho có khả năng lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp thích hợp cho các
nhà máy mà sản phẩm của họ được sản xuất với năng suất cao, số lượng lớn như: thực
phẩm, điện tử…

6

Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Hình 1.3. Các cơ cấu lấy hàng của hệ thống ASRS
Đối với các nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng chuyền chỉ
đơn thuần phân phối sản phẩm cho các robot một cách tối ưu. Nhưng với những
nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc thì hệ thống băng chuyền còn thực
hiện phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp.

1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống kho tự động
Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc theo
mỗi hành lang có một hay nhiều máy xếp, dỡ tự động. Hai bên hành lang là các
khoang chứa hàng. Đầu mỗi hàng lang là trạm xếp dỡ. Các trạm xếp dỡ liên hệ với
nhau theo hệ thống băng chuyền.
Nhìn chung kho tự động được cấu thành từ 3 phần:
-

Hệ thống vận chuyển.

-

Hệ thống xuất nhập.

-

Hệ thống lưu giữ.

7

Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Hình 1.4. Hệ thống kho hàng tự động

1.2.1. Hệ thống vận chuyển
Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng, tùy theo yêu cầu công nghệ, về
hàng hóa, hình thức xuất nhập… mà có những phương thức vận chuyển hàng
trong kho tương ứng. Hiện nay hệ thống vận chuyển trong kho tự động ở các nước đã
có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ…
Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tự động của
các siêu thị, các công ty dược…băng tải ở những môi trường này có nhiệm vụ
vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách. Băng tải có rất nhiều
loại mỗi loại được dung để tải một loại vật liệu khác nhau. Cũng có loại băng tải
phổ thông được dùng để tải các loại vật liệu khác nhau nhưng không phải là các loại
vật liệu đặc biệt như chịu nhiệt độ cao, chịu dầu, chịu axit, chịu ăn mòn, chịu nước,
chống cháy chịu cường độ cao…
Đối với nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng chuyền chỉ đơn
thuần phân phối sản phẩm cho các robot một cách tối ưu. Nhưng với những nhà
máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc thì hệ thống băng chuyền còn thực hiện
phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp.
Các robot, xe tự hành là những thiết bị tất yếu của một hệ thống kho tự động.
Chúng di chuyển trong diện tích của nhà kho theo 3 trục, làm nhiệm vụ đưa hàng từ
cổng nhập đến những ô trống và lấy hàng từ những ô chứa hàng ra cổng xuất.

8


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Robot lấy cất hàng tải trọng thấp được thiết kế chuyên cho các hộp, thùng,

khay hoặc là những hàng hóa có tải trọng thấp. Robot này có tốc lấy hàng rất cao.
Robot lấy cất hàng tải trọng trung bình có tốc độ lấy cất khá nhanh, hiệu quả và chính
xác đối với lưu trữ dùng pallet.
Robot lấy cất hàng tải trọng cao được thiết kế riêng theo yêu cầu lưu trữ cũng
như môi trường làm việc đặc trưng của khách hàng.

Hình 1.5. Cơ cấu robot vận chuyển sản phẩm vào kho

9


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Hình 1.6. Pallet
1.2.2. Hệ thống xuất nhập
Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác
nhau có thể kể đến như dung nhân công, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy tính,
camera. Trong phạm vi đồ án này, chúng em xin giới thiệu sơ qua về phương pháp
xuất nhập bằng mã vạch.
Mã vạch (Barcode) là hình gồm nhiều sọc đứng,rộng và hẹp được in để đại diện
cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được.
Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code(UPC) được in trên hầu
hết các sản phẩm hàng hóa bày bán trong các siêu thị hiện nay. Khi hình mã sọc
được kéo lướt qua một dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính
sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách giá và in ra giá tiền
đúng với mã đó.
Các nghiên cứu cho thấy con người thường gây ra ít nhất một lỗi trong khoảng
200 lần nhập số liệu vào máy. Khi sử dụng mã vạch và máy đọc mã vạch, khả năng
sai sót chỉ còn 1 phần 6 triệu. Độ chính xác của việc dùng mã vạch còn cao hơn nữa khi
số liệu của mã vạch được tạo ra và kiểm soát tự động bởi chương trình không có sự can

10


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

thiệp của con người..
Ví dụ mã vạch của 1 hàng hóa:

Mã vạch là một phát minh của thế kỷ 20 và nó càng ngày trở nên quan trọng trong
cuộc sống bởi tính hiệu quả mà nó mang lại,mà quản lý xuất nhập trong kho tự động là
1 trong những tính năng của nó.
Nguyên tắc đọc mã vạch máy quét: máy quét sẽ phảt ra 1 chùm laser công suất
thấp, chùm sáng gặp mã vạch sẽ phản xạ lại một giàn cảm biến quang.
Vi điều khiển sẽ phân tích vùng phản xạ của ánh sáng và tính toán khoảng cách
của các vạch sáng và tối rồi giải mã ra một loại ký tự tương ứng với tập hợp vạch
nào đó và theo tiêu chuẩn mã vạch nào đó.Sau khi giải mã thành các ký tự sẽ đưa
lên host hoặc lưu vào bộ nhớ đệm của thiết bị đọc và đợi lệnh truyền.Khi có lệnh
truyền tương ứng với chuẩn truyền thong nào đó RS232,IR, wireless,… sẽ gửi dữ liệu
vừa giải mã được yêu cầu tới nơi nhận.
Công nghệ mã vạch ứng dụng trong nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng khi nhập
vào kho sẽ được dán nhãn mã vạch,tương ứng với 1 ô trong kho.Mã vạch đó sẽ lưu và
được máy tính xử lí,truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng vị trí của nó. Quá trình
xuất hoàn toàn ngược lại.
Ưu điểm hệ thống quản lý kho hàng bằng mã vạch:
- Phiếu nhập, xuất mã sinh tự động.
- Giá bán, giá nhập sinh tự động theo quy định và có thể sửa đổi.
- Ghi nhận nhân viên xuất hàng và khách hàng.
- Theo dõi tồn kho, kiểm kê hàng hóa, dự báo hàng hết hạn.
- Quản lý hàng hóa bảo hành, bảo trì.

1.2.3. Hệ thống lưu trữ

11


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

*) Phần mềm quản lý kho lạnh –DMS_COLD STRORAGE:
Chương trình được thiết kế theo quy trình kinh doanh dịch vụ kho lạnh cho
doanh nghiệp, các chức năng cơ bản: lưu giữ thông tin,khóa sổ, phân quyền người sử
dụng, ghi nhận tất cả các sự kiện phát sinh trong quá trình hoạt động, in báo cáo,
trích xuất số liệu ra bảng tính Excel, Backup dữ liệu…
* Hệ thống danh mục dùng chung khai báo ban đầu:
Danh mục kho hàng,loại vật tư hàng hóa,mã chi tiết vật tư hàng hóa, danh mục
khách hàng, danh mục người sử dụng…
* Báo cáo nhanh, chi tiết:
- Các báo cáo nội bộ đa dạng và chi tiết nhất, theo đặc thù của doanh nghiệp.
- Khả năng cung cấp thông tin tức thời.
* Thông tin chi tiết về tình hình xuất-nhập-tồn hàng hóa:
- Quản lý danh sách hàng hóa, loại hàng hóa, quy cách hàng,quy cách đóng gói.
- Quản lý danh mục, danh mục pallet.
- Quản lý nhập kho theo phiếu nhập kho và theo dõi nhập từng vị trí, chọn nhập
hàng hóa trên sơ đồ kho theo đúng thực tế. Hỗ trợ in phiếu, in danh sách vị trí nhập
kho…
* Quản lý xuất kho và xuất kho theo điều kiện:
- Xuất kho theo khách hàng.
- Xuất kho theo phiếu nhập.
- Xuất kho theo ngày.
- Xuất kho theo từng pallet….

* Thiết lập sơ đồ kho theo đúng thực tế.
* Hỗ trợ chọn nhập,xuất trên sơ đồ.
* Hỗ trợ theo dõi hàng hóa trực quan trên sơ đồ kho.
* Hỗ trợ theo dõi dồn hàng,dời hàng trực tiếp trên sơ đồ kho:
-Hiển thị màu báo hiệu các vị trí còn trống hàng trên bản đồ vị trí.
-Theo dõi và đánh giá tình hình tồn kho trong ngày.
-Theo dõi hàng tồn kho theo từng mặt hàng.
-Tính các loại phí: lưu kho, sang công, cắm công, thay bao bì.

12


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Vì thế sử dụng phần mềm quản lý kho có những ưu điểm như sau:
* Quản lý hàng hóa toàn diện:
Phần mềm quản lý được thiết kế để hỗ trợ người quản lý kiểm soát mọi hoạt
động liên quan đến kho. Nhờ nắm vững hàng trong kho và số lượng, khả năng hàng
hóa bị loại bỏ do quá hạn hoặc lưu trữ quá số lượng cần thiết sẽ được giảm tối đa.
* Tối ưu hóa việc lưu kho:
Các quá trình nhập và xuất hàng được kiểm soát liên tục nhờ phần mềm quản lý kho
dựa trên các điều kiện tối ưu do người sử dụng đặt ra. Vì vậy, hàng hóa sẽ luôn
được lưu trữ ở số lượng vừa đủ làm giảm việc tồn đọng vốn.
* Tự động hóa quá trình nhập / xuất hàng:
Thời gian công sức (kể cả giấy tờ quản lý) được giảm thiểu khi giao nhận hàng, vì
thế người sử dụng sẽ không bao giờ cần phải tự đi tìm trong kho vị trí cất hàng thích
hợp hay món hàng đúng theo yêu cầu.
* Tận dụng tối đa không gian lưu trữ hàng trong kho:
Các vị trí cất hàng trong kho được phân loại để cất giữ mặt hàng thích hợp (ví dụ
theo trọng lượng hay chủng loại) và khi cần việc phân loại này có thể được linh

động thay đổi thông qua phần mềm quản lý kho. Mọi lãng phí về không gian lưu trữ
trong kho nhờ vậy sẽ bị hoàn toàn loại trừ.
*) An toàn phòng chống cháy nổ cho nhà kho:
Trong không gian kho chứa phải đặt hệ thống báo động với những detector
khói, và nhiệt. Nếu có hỏa hoạn, thì hệ thống này sẽ kích hoạt cái còi (90 dB) trong
hành lang chung.Nên làm giếng trời, với coupole tự mở khi có lửa hay khói vì phần
lớn nạn nhân tử vong vì khói độc hơn là vì nhiệt.
Nên lắp các vòi nước sẵn, với ổng dẫn phi 70mm tối thiểu .
Lắp đặt hệ thống dập lửa tự động : cái này tùy hàng hóa ta chất, thí dụ có hệ
thống phun nước (sprinklage), hệ thống phun bọt xà phồng (dùng cho lư"a điện), hệ
thống phun gaz inergen (hỗn hợp giữa Azote tức khí đam, Argon và CO²) .
*) Sử dụng thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương sử dụng công nghệ Psoc:
Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ các sản phẩm công-nông nghiệp
trong các kho chứa hàng là rất quan trọng. Thông thường với các loại hàng hoá được
lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở 1 mức nhất định.

13


Chương 1: Tổng quan về kho hàng tự động

Dựa trên cơ sở tìm hiểu các hệ thống lưu trữ tự động trên, đề tài Thiết Kế Hệ
Thống Kho Tự Động dùng Mã vạch được thực hiện dựa trên ý tưởng cá nhân cùng sự
mô phỏng hệ thống nhà kho trên thế giới.

14


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Chương 2
THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
2.1. Thiết kế hệ thống tự động hóa
Hệ thống tự động hóa kho tự động được thiết kế gồm có: Một xe nâng có tay máy
chạy dọc theo đường ray ở giữa hai kho để hàng có nhiều ngăn. Tay máy là cơ cấu hai
tầng bánh răng có thể lấy cất hàng theo hai chiều, cơ cấu tay máy có thể di chuyển lên
xuống dọc theo cột của xe nâng để đưa hàng vào các ngăn chứa hàng. Trang bị điện cho
hệ thống kho tự động gồm rất nhiều nhiệm vụ và khâu, có thể chia làm 3 phần sau:

- Xuất – Nhập
- Vận chuyển
- Lưu giữ
2.1.1. Xuất nhập
• Nhiệm vụ
• Yêu cầu
• Giải pháp

:
:
:

Nhận hàng, trả hàng
Nhanh, chính xác, an toàn…
- Người

- Nhân công

- Vé
- Chụp hình
- Máy tính tiền tự động

- Thẻ khóa
- Thẻ từ
- Nhập mã vạch

- Cảm biến: Quang, hồng ngoại, áp lưu…
Phương án được chọn làm mô hình là người gửi hàng sẽ nhận một vé gửi hàng do
nhân viên điều khiển cấp khi nhận hàng.
Nhận hàng: Khi có người gửi hàng, người điều khiển sẽ ra lệnh cho tay máy
mang hàng đến một ngăn còn trống, quá trình tay máy di chuyển hàng diễn ra tự động.
Sau khi hàng được cất vào ngăn, sẽ có một thẻ mã vạch của ngăn hàng được chao cho
người gửi hàng.
Trả hàng: Khi người gửi hàng đưa ra thẻ mã vạch, người điều khiển sẽ đưa ra vị trí
ngăn hàng trên mã vạch, sau đó lệnh cho tay máy đến ngăn hàng đó và lấy hàng trả về
cho khách. Quá trình lấy hàng của tay máy diễn ra tự động.

15


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

2.1.2. Vận chuyển

•
•
•
-

Nhiệm vụ:
Vận chuyển hàng tử khay nhận hàng vào các ngăn trống khi có lệnh nhận hàng.

Lấy hàng từ các ngăn có hàng được chọn khi có lệnh trả hàng
Yêu cầu:
Nhanh – chính xác – ổn định – an toàn – chắc chắn – dễ lắp đặt, bảo dưỡng…
Giải pháp:
Robot vận chuyển – băng tải –máy nâng hạ…
Vận chuyển hàng từ khay nhập hàng vào các ngăn trống khi có lệnh nhận hàng:

Tay máy đưa xuống dưới khay nhận hàng → tay máy nâng hàng lên khỏi khay và
đưa về vị trí tay ban đầu → xe di chuyển dọc theo trục X và đến vị trí X trong lệnh
→ xe dừng lại và tay máy nâng dọc theo trục Y để chọn tầng → đúng vị trí Y
trong lệnh → tay máy dừng lại và động cơ trên tay máy chạy thuận để đưa hàng
vào ngăn hàng → tay máy hạ xuống, để hàng lại ngăn và về vị trí ban đầu.

- Lấy hàng từ các khoang có hàng được chọn khi có lệnh trả hàng: Có tín hiệu
lấy → xe chạy xác định tọa độ OX → đúng vị trí OX → xe dừng lại và tay
máy nâng theo trục Y → đúng vị trí Y → tay máy dừng lại và đưa vào trong
ngăn hàng → tay máy nâng lên và đưa hàng ra khỏi ngăn → xe trở về vị trí ban
đầu để trả hàng.
Mô hình hệ thống tự động hóa của em được thiết kế dựa trên tham khảo các kho
hàng tự động trên internet, gồm cả xe tự hành chở một tay máy chạy dọc theo đường ray
ở bên cạnh một giá hàng nhiều tầng, tay máy có tác dụng đưa hàng vào các ngăn, tay
máy có thể di chuyển lên xuống.

2.1.3. Lưu giữ

• Nhiệm vụ:
- Lưu giữ hàng khi hàng được gửi vào.
- Báo tín hiệu điều khiển là còn trống hay đã có hàng.

• Yêu cầu:

- Chắc chắn

- Tác động nhanh.

- Dễ dàng bảo trì bảo dưỡng để sử dụng lâu dài…

16


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

• Giải pháp:
- Cảm biến

- Công tắc đóng mở bằng tay

- Camera

- Công tắc trọng lực …

Sử dụng công tắc hai tiếp điểm trên hộp điều khiển cầm tay. Khi muốn đưa hàng
vào ngăn người điều khiển sẽ bật công tắc ra lệnh cho xe đưa hàng vào ngăn tương ứng,
đồng thời đèn LED trên hộp ứng với vị trí ngăn đó sẽ sáng, báo có hàng gửi vào ngăn.
Khi muốn lấy hàng ra khỏi ngăn, người điều khiển tắt công tắc 2 tiếp điểm đèn
LED tối và xe sẽ di chuyển lấy hàng ra khỏi ngăn đó. Vấn đề được đặt ra là làm thế nào
để xe xác định được vị trí theo OX và làm thế nào để xác định hàng đã vào đúng vị trí
trên tay máy. Khi trả hàng thì chủ hàng đã đưa vé cho nhân viên điều khiển tính số tiền
phải trả, khi thực hiện xong thì nhân viên sẽ đóng công tắc để hệ thống thực hiện quá
trình trả hàng.

2.2. Các hệ thống chuyển động chính của kho hàng tự động
2.2.1. Hệ thống di chuyển xe nâng
Hệ thống di chuyển xe nâng gồm thân xe và cột chính của thang nâng được di
chuyển trên hai thanh dẫn hướng cố định. Hệ thống truyền động của xe nâng được lắp
động cơ một chiều đầu trục có gắn đĩa xích, hệ thống xích tải được lắp cố định song song
với các thanh ray.
Khi có tín hiệu điều khiển, động cơ được cấp điện sẽ quay đĩa xích kéo theo toàn
bộ xe nâng di chuyển dọc theo phương nằm ngang đến các vị trí yêu cầu tương ứng với
các khoang đặt hàng. Chiều chuyển động của xe nâng phụ thuộc vào chiều của điện áp
đặt vào cuộn ứng của động cơ. Việc dừng và khống chế hành trình của xe nhờ vào các
cảm biến đặt dọc trục ray dẫn theo phương nằm ngang
2.2.2. Hệ thống tay máy
Tay máy là một trong nhưng cơ cấu cơ khí phức tạp nhất của hệ thống, là thiết bị
để lấy cất hàng. Tay máy có khả năng di chuyển lên xuống (trục Y) và di chuyển sang

17


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

phải sang trái (trục Z). Các cảm biến từ được gắn dọc theo trục Y và Z giúp cho việc
dừng chính xác ứng với các khoang chứa.

2.3. Trang thiết bị cho hệ thống
2.3.1. Động cơ điện
Trong hệ thống kho hàng tự động để vận chuyển các robot tự hành thông thường
người ta sử dụng động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ đồng bộ và động cơ điện
một chiều.
Ở đây em sử dụng động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu công suất nhỏ.
2.3.2. Động cơ điện một chiều

Cấu tạo của động cơ một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần quay:

Hình 2.1. Cấu tạo động cơ 1 chiều
1. Sato
2. Rôto
4. Nắp
5. Quạt

3.Vỏ máy
6. Trục

7. Ổ bi

9. Cổ góp.

8. Chổi than

Phần tĩnh ( stato ):

18


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Hình 2.2. Cấu tạo của stato
Bao gồm có các bộ phận chính sau:
- Vỏ máy
- Cực từ chính
- Cực từ phụ
- Dây quấn

- Nắp
- Chổi than
-Quạt
Ngoài ra, trên phần tĩnh còn có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ rôto. Hai đầu trục có
hai vòng bi, trên thân máy có trụ đấu dây, đế máy, giá chổi than, chổi than, biển máy,
móc vận chuyển.
Phần quay ( Rôto ):

Hình 2.3. Cấu tạo của Rôto
Bao gồm có các bộ phận chính sau:
- Lõi thép

- Dây quấn

- Dây quấn

- Trục rôto

- Cổ góp
*) Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều:

19


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Khi đặt điện áp một chiều vào phần cảm (Stato) thì trong phần cảm xuất hiện từ
trường kt. Đồng thời đặt điện áp một chiều vào phần ứng thì trong dây quấn phần ứng
(Roto) xuất hiện dòng điện iư. Do đó thanh dẫn phần ứng chịu một lực tác động F, có
chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

F=BLI lực F sẽ tạo ra mômen quay làm quay rô to.
Để chứng minh nguyên lý làm việc trên, đơn giản ta xét cho máy điện có rôto là
khung dây, Stato là một nam châm điện hai cực Bắc – Nam (N-S) sau đây:

Hình 2.4. Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều
Trên hình 2.4a khi mặt phẳng khung dây trùng với các đường sức của từ trường
kt, nếu điện áp U mạch ngoài có dương ở chổi C1 âm ở chổi C2 thì chiều dòng điện chạy
trong rôto có chiều là: (+) C1V1 ABCDV1C2(-). Dùng quy tắc bàn tay trái, ta xác định
được chiều của lực F và từ đó suy ra chiều momen M và.
Trên hình 2.4b tương tự khi mặt phẳng ABCD quay 180° so với hình 1 ta thấy
chiều dòng điện chạy trong phần ứng là: (+)C1.V2DCBAV1.C2(-) và tương tự ta cũng
xác định được chiều của F và chiều của momen M cũng như có chiều tương tự ở hình
2.4a.
Kết luận: Điện áp mạch ngoài là một chiều nhưng dòng phần ứng là xoay chiều,
do đó mọi thời điểm chiều của lực mômen là không đổi.

20


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

• Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều
a: Kích từ song song; b: Kích từ độc lập; c: Kích từ nối tiếp; d: Kích từ hỗn hợp.
2.3.3. Phương trình cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập

Trong đó

U = E + Rư.Iư

(1)

E = K..

(2)

M = K..Iư

(3)

: Từ thông trên mỗi cực.

Iư dòng điện phần ứng.

U : Điện áp phần ứng.

Rư: điện trở phần ứng.

: Tốc độ góc.

M: Mômen động cơ.

K : Hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ.

21


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

• Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:
- Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:
Uư = (Rư + Rf ).Iư + Eư
Trong đó:

(4)

Uư: Điện áp phần ứng
Eư: Sức điện động phần ứng
Rư: Điện trở của mạch phần ứng
Rf: Điện trở phụ thuộc trong mạch phần ứng
Iư: Dòng điện mạch phần ứng

Với:
Rư = rư + rcf + ri + rct
rư– điện trở cuộn dây phần ứng
rcf –điện trở cuộc cực từ phụ
rb– điện trở cuộn bù
rct- điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động của Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
Eư = .. =K..
Trong đó:

(5)

K = : Hệ số cấu tạo của động cơ
N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
: Tốc độc góc
: Từ thông kích từ dưới một cực từ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay (vòng/phút) thì:
Eư = Ke..
Và:
Vì vậy

= =
Eư = ..

(6)

Ke = – hệ số sức điện động của động cơ

22


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Ke= 0,105K

Từ (4) và (5) ta có:
= – . Iư

(7)

Biểu thức (7) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ điện được xác định bởi:
Mđt = K..Iư

(8)

Suy ra
Iư =
Thay giá trị Iư vào biểu thức (7) ta được:
= - Mđt
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn hao lõi thép thi mô men cơ trên trục động cơ
bằng mô men điện từ, ta kí hiệu là M.Nghĩa là Mđt= Mcơ = M:
= - M

`(9)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông = const thì các phương trình đặc tính cơ
(7) và (9) là tuyến tính. Dạng đặc tính cơ động cơ được biểu diễn trên Hình 2.6 và Hình
2.7 là những đường thẳng:

23


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Hình 2.7. Đặc tính cơ điện của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 2.6. Đặc tính cơ điện của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.3.4. Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ :
*) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Khi Uư = Uđm và = đm

Muốn thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch
phần ứng.
Tốc độ không tải lí tưởng :

= = const

Độ cứng của đặc tính cơ:
==Khi tăng điện trở phụ độ cứng đặc tính cơ suy giảm.
Khi Rf càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf =0 ta có
đường đặc tính cơ tự nhiên:
TN

=-

Như vậy khi ta thay đổi điện trở Rf , ta được một họ đặc tính biến trở.

24


Chương 2: Thiết kế trang bị điện và tự động hóa

Hình 2.8. Các đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ
*) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết từ thông = đm , điện trở phụ Rf = 0. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm
so với Uđm , ta có :
Tốc độ không tải :

=

Khi Uư giảm, giảm theo.

Độ cứng đặc tính cơ : = - = const
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính
cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình 2.9.

25