ĐÀI LOAN – Công nghệ cấp nguồn qua ethernet (PoE – power over ethernet) (*) đơn giản hóa việc lắp đặt các hệ thống thiết bị mạng bằng cách loại bỏ các đường dây điện riêng biệt, giúp cắt giảm chi phí và tăng tốc độ lắp đặt. Công nghệ này còn giúp tăng cường hiệu suất năng lượng, cải thiện độ an toàn nhờ vào việc hoạt động với điện áp thấp và giảm chi phí tuân thủ các quy định. Thị trường ứng dụng công nghệ PoE được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm 10,3%, với nhu cầu mạnh mẽ từ các thiết bị cấp nguồn (PSE – power sourcing equipment). (*) PoE: là một công nghệ cho phép cáp ethernet (cáp mạng) truyền cả dữ liệu và điện năng cho các thiết bị như camera an ninh, điện thoại voip, hoặc điểm truy cập wi-fi.
Được thúc đẩy bởi sự phát triển của internet vạn vật (IoT – internet of things) và công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI – artificial intelligence), công nghệ PoE đang được áp dụng rộng rãi trong các tòa nhà thông minh, cổng IoT và các ứng dụng cấp nguồn qua đường truyền dữ liệu (PoDL – power-over-data line) cho các hệ thống tự động hóa và trong ô tô. Đặc biệt, thiết bị cấp nguồn (PSE) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong robot di động tự hành (AMR – autonomous mobile robots) và robot hình người, đơn giản hóa việc triển khai cảm biến để tăng tốc độ triển khai trong các lĩnh vực bán lẻ, tự động hóa nhà máy, hậu cần và nông nghiệp.
Khó khăn Khi robot di động tự hành (AMR) phát triển với nhiều loại camera và cảm biến khác nhau để điều hướng trong các môi trường làm việc có công nhân đang hoạt động, hàng hóa và các robot khác, công nghệ PoE/ PSE trở nên có lợi cho việc đơn giản hóa việc lắp ráp thiết bị và tăng tốc tích hợp. Tuy nhiên, các doanh nghiệp phát triển thường dựa vào các bộ cấp nguồn PoE rời hoặc mô-đun ethernet có tích hợp PSE bán sẵn. Các giải pháp này thường có kích thước lớn và yêu cầu thêm các cổng Lan (local area network) (*) làm phức tạp việc triển khai và phá vỡ tính nhất quán trong thiết kế của các hệ thống robot AMR bị hạn chế về không gian. Hạn chế về không gian chỉ là một phần của khó khăn. Các thiết bị được cấp nguồn (PD – powered device) trong nhà máy như camera tích hợp công nghệ AI và cổng cảm biến, cũng yêu cầu tích hợp cơ sở hạ tầng nhanh chóng và đơn giản thông qua công nghệ PoE. Các thiết bị này rất cần thiết để thu thập và truyền tải dữ liệu thời gian thực, cho phép robot AMR và các thiết bị khác phản ứng nhanh chóng và duy trì hoạt động thông suốt. (*) Mạng Lan: là mạng cục bộ kết nối các thiết bị trong phạm vị nhỏ như gia đình, văn phòng, tòa nhà hoặc trường học bằng hệ thống cáp ethernet hoặc wifi. Trong mạng Lan, các thiết bị được kết nối với nhau bởi switch, router và modem để trao đổi dữ liệu với nhau và truy cập internet tốc độ cao.
Giải pháp Để cải thiện hiệu quả hoạt động mà không ảnh hưởng đến sự an toàn, một nhà cung cấp giải pháp robot AMR đã hợp tác với Tập đoàn Advantech để phát triển một hệ thống điện toán phân tán (distributed computing system) (*) cung cấp khả năng quan sát toàn bộ khu vực làm việc (kho hàng) thông qua phương pháp giám sát dạng lưới (grid-like monitoring approach) (*). (*) Hệ thống điện toán phân tán: là một hệ thống trong đó các nhiệm vụ xử lý và dữ liệu không chỉ nằm ở một máy tính trung tâm, mà được phân tán trên nhiều thiết bị (có thể là các cổng IoT, máy tính nhúng, hoặc chính các robot AMR). Điều này giúp tăng tốc độ xử lý dữ liệu và độ tin cậy. (*) Giám sát dạng lưới: khu vực có camera giám sát, được chia thành các khu vực nhỏ hơn, với nhiều thiết bị giám sát (camera, cảm biến) được đặt theo dạng lưới để không bỏ sót điểm mù nào, đảm bảo robot AMR luôn biết chính xác vị trí của mình và mọi vật thể khác trong thời gian thực.
Thiết kế và triển khai robot AMR đơn giản hơn Mỗi robot di động tự hành (AMR) được trang bị camera 2D/3D cho chức năng lập kế hoạch đường đi và phát hiện chướng ngại vật (SLAM – simultaneous localization and mapping). Các cảm biến này chủ yếu sử dụng ethernet nhờ vào tính linh hoạt, khả năng điều khiển bằng phần mềm và đồng bộ hóa thời gian chính xác đạt tiêu chuẩn IEEE 1588. Bằng cách tích hợp các mô-đun mở rộng MIOe-M2LAN và MIOe-PSE với máy tính bảng mạch đơn AFE-R360, được cung cấp năng lượng bởi nền tảng Intel Core Ultra, hệ thống robot AMR cung cấp thêm hai đầu ra Lan PoE/PSE, giúp đơn giản hóa việc tích hợp các thiết bị PoE/PD như LiDAR (light detection and ranging) (1) và camera stereo 3D (2), đồng thời tăng tốc độ triển khai robto AMR mà không làm tăng kích thước của hệ thống. (1) LiDAR: là một công nghệ khảo sát đo khoảng cách tới mục tiêu bằng cách sử dụng tia laser xung và đo thời gian các xung này phản xạ trở lại cảm biến, từ đó tạo ra mô hình ba chiều chi tiết của môi trường. (2) Camera stereo 3D: là một loại máy ảnh được thiết kế để mô phỏng tầm nhìn hai mắt của con người nhằm thu thập thông tin chiều sâu và tạo ra mô hình ba chiều của môi trường.
Cho phép vận hành an toàn với hiệu quả tối ưu Để hỗ trợ hợp tác liền mạch với các robot AMR, khách hàng đã triển khai một hệ thống camera thông minh gắn trần dựa trên bo mạch chủ MIO-2364 Pico-ITX của tập đoàn Advantech, sử dụng bộ xử lý Intel và một mô-đun PoE/PD tùy chỉnh. Với kích thước nhỏ gọn và khả năng truyền tải PoE, hệ thống hỗ trợ việc triển khai linh hoạt, quy mô lớn trên trần nhà và đóng vai trò giám sát trong nhà máy. Hệ thống liên tục giám sát môi trường xung quanh, xử lý dữ liệu từ robot AMR và lập kế hoạch các tuyến đường tối ưu. Việc hoạt động ở điện áp thấp giúp giảm thiểu rủi ro về điện và chi phí tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn.
Sự hợp tác từ trần đến mặt đất này còn giúp giảm thiểu tình trạng chậm trễ của robot AMR, cải thiện độ an toàn và giảm nhu cầu về số lượng camera và các bộ xử lý công nghệ AI dự phòng trên robot.
Kết quả Việc áp dụng hệ thống mới này giúp giảm đáng kể các trường hợp robot AMR cần tránh va chạm, dừng lại hoặc giảm tốc độ, từ đó tăng cường hiệu quả hoạt động trong nhà máy lên đến 30%.
Để xem các tin bài khác về “Công nghệ cấp nguồn”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
