Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Bộ Bưu chính Viễn thông
Viện Khoa học và Kỹ thuật Bưu điện
122 Hoàng Quốc Việt Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng các Công nghệ Tự động hóa tiên
tiến để nâng cao chất lượng Dịch vụ Bưu chính Viễn
thông ở Việt nam

PGS.TS. Nguyễn Minh Dân

5701
01/03/2006

Hà Nội, 4-2005

Chương trình KC.03

i


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Danh sách những người thực hiện
TT

Họ và tên


Công nghệ Việt nam

4

Ths. Nguyễn Thái

Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện

5

KS. Trần Thế Truyền

Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện

6

Ths. Phạm Quốc Huy

Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện

7

TS. Nguyễn Xuân Huy

Viện Tên lửa-Trung tâm KHKT & CNQS

8

KS. Nguyễn Hồng Quyền


COSMOS hiện đang hoạt động tại Công ty Bưu chính liên tỉnh và quốc tế (VPS).Với
những gì mà nhóm thực hiện đã khảo sát được, chúng tôi đã tìm ra được hướng đi để
thực hiện đề tài. Trước khi bắt tay vào xây dựng và chế tạo hệ thống, chúng tôi đã xác
lập mô hình và những yêu cầu kỹ thuật cơ bản của hệ thống. Nội dung này làm tiền đề
cho việc xác định công nghệ và các công cụ thực hiện sau này. Trước khi bắt đầu thực
hiện các công việc thiết kế và chế tạo hệ thống, chúng tôi đã nghiên cứu và xây dựng
phần mềm mô phỏng hệ thống chia chọn tự động dựa trên hệ thống chia chọn của hãng
COSMOS của Công ty VPS. Qua phần mềm mô phỏng, một lần nữa chúng tôi lại
nghiên cứu kỹ hơn về hệ thống chia chọn COSMOS về các chức năng hoạt động và
tính năng kỹ thuật của hệ thống. Để có thể thiết kế và chế tạo hệ thống, chúng tôi cần
phải xác định nguyên lý điều khiển cho hệ thống điều khiển. Dựa vào nguyên lý trên
chúng tôi đã thiết kế cụ thể các module cơ khí đọc Barcode, module bẻ ghi và ngăn
xếp, thiết kế chi tiết các cơ cấu cơ khí. Chế tạo các cơ cấu, lắp ráp và hoàn chỉnh về
phần cơ khí của hệ thống. Về phần điều khiển, chúng tôi đã nghiên cứu và đưa ra các
thuật toán điều khiển, xây dựng và phát triển các phần mềm điều khiển hệ thống: Phần
mềm đọc Barcode, Phần mềm phân phối thư. Hệ thống tổng hợp số liệu và cảnh báo
hỏng hóc được xây dựng dựa trên nguyên lý điều khiển hệ thống và nguyên lý cơ khi
khi chế tạo. Công việc tích hợp các module và tích hợp hệ thống dựa trên các chuẩn
tích hợp. Hệ thống chia chọn thư tự động mà nhóm thực hiện đề tài đã xây dựng và
chế tạo đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra trong đề cương.

Chương trình KC.03

iii


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

MỤC LỤC
Lời nói đầu……………………………………………………………………………………..1

iv


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

4. Kết luận………………………………………………………………………………………………….42
Chương 5: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tổng hợp xử lý số liệu và cảnh
báo hỏng hóc.........................................................................................43
1. Sản phẩm……………………………………………………………………………………………….43
2. Tóm tắt nội dung báo cáo……………………………………………………………………..43
3. Tóm tắt kết quả xây dựng hệ thống tổng hợp số liệu, cảnh báo hỏng
hóc...........................................................................................43
4. Kết luận………………………………………………………………………………………………….50
Chương 6: Tích hợp các module của hệ thống chia chọn…………………….51
1. Sản phẩm…………………………………………………………………………………………….…51
2. Tóm tắt nội dung báo cáo…………………………………………………………….……….51
3. Tóm tắt kết quả đạt được………………………………………………………………….….51
4. Kết luận…………………………………………………………………………………………….……51
Kết quả của đề tài…………………………………………………………………………53
Kết luận và khuyến nghi………………………………………………………………..54
Tài liệu tham khảo………………………………………………………………………..56

Chương trình KC.03

v


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Lời mở đầu

1


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

2. Xây dựng chương trình mô phỏng hệ thống chia chọn tự động
3. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí cho modul đọc Barcode, bẻ ghi và
ngăn xếp
4. Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển cho modul đọc Barcode, bẻ ghi và
ngăn xếp
5. Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tổng hợp xử lý số liệu và cảnh báo hỏng hóc
6. Tích hợp các modul của hệ thống chia chọn
Kết quả nghiên cứu của các nội dung sẽ được trình bày phần sau.

Chương trình KC.03

2


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài
nước
• Ngoài nước
a) Tình hình phát triển tự động hoá chia chọn bưu phẩm ở các nước
Hiện nay, ở các nước phát triển việc ứng dụng tự động hoá trong Bưu chính đã
phát triển từ lâu và đã được ứng dụng hầu hết các nước. Một số nước như: Mỹ, Nhật
bản, Đức, Pháp ... đã chế tạo và thương mại hoá các thiết bị chia chọn tự động. Các
nước trong khu vực như Trung quốc, Thái lan, Indonesia cũng đang sử dụng các thiết
bị chia chọn tự động của các hãng châu Âu và Nhật bản.

thư cỡ lớn có tốc độ 21.600 thư/giờ. Máy này có thể chia được phong bì giao động từ
90x140 đến 260x360, độ dày từ 0.5 mm đến 20 mm cân nặng từ 10 đến 1000 gam.
Máy của ALCATEL hoạt động ở cả chế độ nhận dạng hoặc chế độ người đọc.
Nguyên lý hoạt đông của máy là thư sau khi được nhận dạng thì được chia đến các
thùng. Máy của ALCATEL được sử dụng tại Pháp và một số nước ở châu Âu. Máy
hoạt động trên nguyên lý chuyển địa chỉ sau khi đọc được thành mã vạch và chia.
Sản phẩm của hãng SIEMENS: Hãng SIEMENS đưa ra máy chia từ nhỏ đến
lớn, số lượng ngăn có thể từ 10 đến 20 ngăn, tốc độ của máy
o Đề tài cấp Nhà nước KHCN-04-DA02"Sản xuất các thiết bị và phần mềm của
hệ thống tự động hoá liên nghành: Thuỷ lợi, thuỷ điện, thuỷ văn và phòng chống bão
lụt”.

Chương trình KC.03

5


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

o Đề tài cấp Tổng Công ty 94-97-TCT-RD "Nghiên cứu xây dựng hệ thống mã
Bưu chính Việt nam theo địa chỉ chuyển phát và hệ cơ sở dữ liệu danh bạ mã Bưu
chính Việt nam phục vụ sản xuất kinh doanh các dịch vụ Bưu chính”.

Chương trình KC.03

6


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Đối tượng nghiên cứu
• Cách tiếp cận và phương pháp luận
Nghiên cứu, tìm hiểu nắm bắt công nghệ và kỹ thuật của các hệ thống chia chọn
bưu phẩm của các hãng nước ngoài.
Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động cho các dây truyền cơ khí.
Nghiên cứu các công nghệ cơ khí về hút tách, truyền tải và phân chia bưu
phẩm, từ đó lựa chọn công nghệ thích hợp đối với chia chọn bưu phẩm.
Từng bước áp dụng các kết quả nghiên cứu để chế tạo sản phẩm chia chọn tự

tốc độ cao, độ chính xác cao. Các card điều khiển cho hệ thống rất phức tạp, được chế
tạo công nghệ rất cao, giá thành khá cao.
Do tính đặc thù của nghiệp vụ chia chọn bưu phẩm, hệ thống dây truyền cơ khí
đòi hỏi rất phức tạp, độ chính xác và tính đồng bộ cao. Hệ thống cơ khí của hệ thống
chia chọn đòi hỏi thiết kế và chế tạo ở trình độ cao.

Chương trình KC.03

8


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Các công trình khoa học có liên quan
1. Bài báo Khoa học “Nghiên cứu thuật toán điều khiển luồng thư cho hệ thống chia
chọn thư tự động”, hội nghị toàn quốc lần thứ VI về tự động hóa.
Tác giả: PGS.TS Nguyễn Minh Dân, TS. Lê Anh Tuấn.
2. Bài báo Khoa học “Nghiên cứu và phát triển PLC cho hệ thống chia chọn thư tự
động”, hội nghị toàn quốc lần thứ VI về tự động hóa.
Tác giả: PGS.TS Nguyễn Minh Dân, TS. Lê Anh Tuấn, TS. Nguyễn Xuân Huy
3. Bài báo Khoa học “Thiết kế hệ thống phân loại thư cho các Công ty Bưu chính tại
các Bưu điện Tỉnh ”, Hội nghị Khoa học của Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông.
Tác giả: ThS. Nguyễn Thái
4. Bài báo Khoa học “Ứng dụng mạng Neural trong nhận dạng chữ số viết tay ”, Hội
nghị Khoa học của Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Tác giả: KS. Trần Minh Sơn, KS. Trần Duy Dũng

Chương trình KC.03



Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Chiều thư vào
Module nạp thư

Module căn bằng thư

Hệ thống OCR,
Video Coding
Module giữ chậm
Module in mã vạch

Module đọc barcode

Tầng 1

Module phân tầng

Tầng n

Tầng 2

Module phân phối thư 1

Các ngăn chứa thư

Module phân phối thư 4

Các ngăn chứa thư

trúc hệ thống cho thiết bị chia chọn thư tự động theo như đăng ký trong đề cương của
đề tài. Thiết bị chia chọn thư của đề tài bao gồm hai module chính: Module đọc
Barcode và Module bẻ ghi và ngăn xếp( module chia thư). Thư được đưa vào module
đọc Barcode bằng tay và đã được in mã vạch địa chỉ. Sơ đồ dưới đây mô tả cấu trúc hệ
thống chia chọn tự động. Hệ thống chia chọn thư tự động là một hệ thống mở, ta có thể
mở rộng ra nhiều hướng chia (từ 24 đến 32 ngăn chứa) tuy theo nhu cầu của thực tế

Chương trình KC.03

12


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

Modul đọc mã vạch

S
Modul điều khiển

C
Phần chế tạo
của đề tài

Modul bẻ ghi

A

D
Modul ngăn xếp
-------------------------------------------------------------------------------------Modul phân tầng 1


Nhận thông tin từ các cảm
biến và xử lý
Điều khiển các mô tơ của
băng truyền

PLC điều khiển băng truyền

Nạp thư vào băng truyền

Đọc barcode
Xử lý số liệu barcode

PLC điều khiển module đọc
barcode

Gửi số liệu đã xử lý tới
module phân phối thư tương
ứng

Nhận thông tin từ các cảm
biến và xử lý
Xác định thư theo số liệu nhận
được từ module đọc barcode

Điều khiển bẻ ghi các ngăn
chia tương ứng
Thông báo kết quả

Chương trình KC.03

đăng ký trong đề cương. Hệ thống chia chọn theo đăng ký có 4 hướng chia và một
hướng reject, tốc độ chia: 4000 thư/giờ do đó gải pháp cơ khí được lựa chọn dựa trên
nguyên lý thư đi thẳng kẹp giữ 2 băng tải có bộ phận rẽ nhánh dùng thiết bị bẻ ghi để
chia thư vào các ngăn. Giải pháp điều khiển sử dụng PLC S7-200 của Siemens để điều
khiển chia thư cũng như đưa ra các thống báo về hỏng hóc và lưu lượng thư. Giải pháp
ghép nối và tích hợp hệ thống điều khiển được lựa chọn là phương pháp PPI MultiMaster cables. Chuẩn tích hợp các hệ thống điều khiển với các thiết bị cơ khí dựa trên
các chuẩn áp dụng cho các PLC công nghiệp dòng S7-200 của Siemens. Điện áp vào
của các CPU là 24VDC, ra 24VDC hoặc rơ le (5-250VAC). Các đầu ghép nối phải đáp
ứng các tiêu chuẩn công nghiệp. Động cơ băng tải được điều khiển PID có phản hồi
ngược. Các nam châm dùng cho bẻ ghi được thiết kế sử dụng điện áp là 24VDC. Các
cảm biếm quang điện được thiết kế để có tín hiệu ra là 24VDC.
• Lựa chọn giải pháp ghép nối và tích hợp hệ thống: Giải pháp ghép nối và tích
hợp hệ thống được lựa chọn dựa trên giải pháp điều khiển. Từ gải pháp điều khiển đưa

Chương trình KC.03

15


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

ra giải pháp cơ khí. Chính vì thế giải pháp ghép nối và tích hợp hệ thống cũng được
đưa ra dựa trên các giải pháp đó. Trong nội dung này nhóm thực hiên đề ra các giải
pháp sau:
Giải pháp điều khiển: Thiết bị điều khiển hệ thống chia chọn thư tự động
được chọn là các PLC công nghiệp dòng S7-200 của Siemens, một sản phẩm được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp. Dòng S7-200 có cấu trúc gọn nhẹ, giá thành thấp, có
số lượng lệnh lớn, thích hợp cho các ứng dụng tự động hoá cỡ nhỏ. Ngoài ra với sự đa
dạng các mẫu, khả năng mở rộng và liên kết cao, cộng với công cụ lập trình trong
Windows cho phép giải quyết các vấn đề một cách linh hoạt. Việc kết nối mạng cũng


1. Phương pháp mô phỏng:
Nhóm thực hiện đề tài đã đưa ra phương pháp mô phỏng, giới hạn bài toán mô phỏng
hệ thống chia chọn thư tự động là kết hợp giữa mô phỏng và mô tả. Tìm hiểu các phần
mềm mô phỏng chia chọn thư trên thế giới từ đó đưa ra kiến trúc phần mềm mô phỏng
• Kiến trúc chung:
trung tâm phần mềm cấu thành bởi hai bộ phận chính là modul mô phỏng MASSIM
(Mail Sortation SIMulation) và modul mô tả MASAM (Mail Sortation AniMation).
Giao tiếp giữa hai modul này là thông qua Web Server nhằm tạo ra sự linh hoạt giữa
chúng.
Giao diện GUI
Giao diện CBT
Giao diện WBT

Modul giao tiếp CGI
Web Server

Thành phần
mô phỏng
MASSIM

Thành phần
mô tả
MASAM

SERVE

Kiến trúc phần mềm
Kiến trúc thành phần MASSIM:
Nhóm thực hiện lựa chọn kiến trúc cho thành phần MASSIM như sau


điều

Nền máy tính (CPU, RAM, Bus,

Đó là hình thức kiến trúc phân mức, hoặc phân bậc(hay lớp) được ứng dụng rộng rãi
trong các khung chương trình mô phỏng.

2. Mô hình hoá các thực thể mô phỏng: Thực chất của việc mô phỏng, là nằm
xung quanh việc mô hình hoá (modling) hệ thống thực bằng một hình thức toán học và
lập trình và thực hiện các vận hành (simulation) trên mô hình toán học trừu tượng đó.
Báo cáo trình bày các mô hình diễn giải trên máy tính tương ứng với các modul vật lý
và điều khiển.
Mô hình hoá hệ thống: Đặc trưng lớn nhất của hệ thống chia chọn thư tự động nếu xét
ở mức hệ thống là có đơn vị lưu lượng là rời rạc (là các bưu phẩm). Vì thế công nghệ
mô phỏng sự kiện rời rạc DES được lựa chọn cho bài toán này.
Mô hình lưu lượng thư: Để xây dựng mô hình lưu lượng thư, nhóm thực hiện đã đưa ra
giải thuật tiến trình lưu lượng thư, khảo sát lưu lượng thư và phát triển mô hình lưu
lượng thư bằng các phương pháp biến đổi toán học và xấy dựng các phân bố xác xuất.
Mô hình hoá thư: Thư được mô tả thành một tiến trình bởi vì thư cần nhận biết nó
đang được xử lý bởi modul nào. Tiến trình thư có các pha chính như sau:
Pha 1: Khởi tạo, thư được khởi tạo với các thông số cơ bản như địa chỉ, kích thước,
khối lượng, điều kiện bề mặt, điều kiện tem. Sau khi được khởi tạo, thư xếp hàng trước
bộ nạp và tự chuyển sang trạng thái nghỉ.
Pha 2: Thư được tiếp nhận và xử lý bởi Server(là modul bất kỳ, bao gồm bộ nạp)

Chương trình KC.03

18



init()

Mô hình lưu lượng thư
Mô hình hoá thiết bị và các modul chức năng: Các modul được mô hình hoá thành
Server trong mô hình Queue-Server, trong đó mỗi modul là một tiến trình.

3. Phát triển phần mềm mô phỏng: Phần này trình bày các nội dung trong quy
trình phát triển phần mềm mô phỏng hệ thống chia chọn thư tự động và nội dung của
phần mềm. Nhóm thực hiện đã đưa ra các yêu cầu chức năng, các công nghệ và công
cụ phát triển phần mềm và phát triển các thành phần của phần mềm: MASSIM,
MASSAM.
Thành phần MASSIM
o Thiết kế mô hình được thực hiện trên ngôn ngữ mô tả UML (Unified
Modeling Language), thông qua bộ Rational Rose và Visual Modeler của Visual
Studio. Rose và Visual C++ hoạt động rất tốt với nhau, hỗ trợ các thao tác dịch xuôi
(forward engineering) hoặc dịch ngược (reverse engineering).

Chương trình KC.03

19


Đề tài KHCN cấp nhà nước KC.03.16

o Môi trường phát triển được lựa chọn là Visual C++, một môi trường trên hệ
điều hành Windows đủ mạnh và rất thông dụng.
o Môi trường biên dịch C++ giả Unix là Cygwin B20. Đây là phần mềm giả
lập Unix trên Windows, hỗ trợ trình biên trình ngôn ngữ ANSI C/C++ là gcc và g++.
Môi trường này được sử dụng để kiểm tra tính tương thích của phiên bản MASSIM