BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH XOAY VÒNG KIỂU ĐỨNG NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ThS NGHIÊM HOÀNG HẢI Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Văn Hoàng 1711020432 17DDCB1 Lê Trung Kiên 1711020026 17DDCB1 Lê Trần Kiên 1711020444 17DDCB1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 092021 ii LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự giúp đỡ và hỗ trợ, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực t.
GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG
Cấu Tạo Kết Cấu Mô Hình Bãi Đỗ Xe Tự Động Xoay Vòng Đứng
Hình 1.1 Kết cấu mô hình bãi đỗ xe tự động xoay vòng đứng Cấu tạo:
Cơ cấu khung thép được thiết kế chắc chắn và đặt thẳng đứng, có khả năng chịu đựng trọng lượng tối đa tương đương với 8 xe cùng các chi tiết như pallet, động cơ, trục vít, bánh vít và xích.
Các tấm đỡ pallet được gắn cố định vào hệ thống xích, sắp xếp theo hình tròn với khoảng cách cố định, cho phép di chuyển theo phương thẳng đứng.
Một cặp thanh ray dẫn hướng cố định vào khung tạo ra rãnh dọc, với thiết kế thêm các chân liên kết để gắn giá treo pallet chứa xe.
Động cơ truyền động được lắp đặt trên khung xe, kết nối với trục động cơ qua hệ thống trục vít bánh vít, giúp tăng khả năng hãm và đảm bảo hoạt động êm ái Hệ thống này có tỉ số truyền lớn, cho phép truyền động hiệu quả từ trục quay đến các bộ phận khác của xe.
Mô hình được thiết kế với hai bộ xích song song, mỗi bộ bao gồm 4 bánh răng, được bố trí cách nhau đủ để chứa một ô tô theo chiều dọc Hai bộ xích này được cố định bởi hai trục chính, được giữ vững bằng 4 ổ bi gắn với khung ngoài.
Hệ Thống Truyền Động Điện
Cơ cấu truyền động bằng bộ truyền động xích bao gồm các thành phần chính như đĩa dẫn, đĩa bị dẫn và xích Bên cạnh đó, hệ thống còn có thể trang bị thêm bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn và hộp che để nâng cao hiệu suất hoạt động.
Hình 1.2 Kết cấu bộ truyền động xích cho nhà xe (Nguồn Internet)
Nguyên lý làm việc của xích là chuỗi các mắt xích liên kết với nhau qua bản lề, truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn thông qua sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng trên đĩa xích Hệ thống này có khả năng truyền động hiệu quả giữa hai trục song song cách xa nhau, đạt hiệu suất cao khi được bảo trì đúng cách và sử dụng tối đa khả năng tải Xích không gặp hiện tượng trượt, mang lại tỷ số truyền ổn định, giúp hoạt động êm ái và không gây ồn.
Phụ tải của bãi đỗ xe tự động kiểu đứng có tính chất thế năng và thay đổi trong một phạm vi rộng Nó phụ thuộc vào số lượng xe được đỗ trong một ngày đêm và hướng di chuyển của pallet khi thực hiện việc nhập và xuất xe.
Phương trình đặc tính cơ của phụ tải được biểu diễn dưới dạng phương trình tổng quát:
MC moment ứng với tốc độ ω
MC0 moment ứng với tốc độ ω = 0
Mdm moment ứng với tốc độ định mức ωdm
Biểu thức đặc tính cơ của bãi đỗ xe tự động kiểu đứng là:
Khi tải được nâng lên, moment thế năng tăng lên và tạo ra lực cản trở chuyển động, hướng ngược chiều quay của động cơ Ngược lại, khi tải được hạ xuống, moment thế năng giảm và trở thành lực hỗ trợ chuyển động, hướng theo chiều quay của động cơ.
Moment cản thế năng là các trường hợp liên quan đến moment cản trong các cơ cấu nâng, hạ cần trục và cầu trục Hệ thống chuyển động có thể đảo chiều theo một hướng, trong khi chiều còn lại là đối xứng.
Hình1.3 Đồ thị biểu hiện Moment cản thế năng (Nguồn Internet) Đặc tính Mc(ω) nằm trên các góc phần tƣ đặc tính
Hình1.4 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ (Nguồn Internet)
A1: Nâng pallet đầy tải ở tốc độ cao
A2: Nâng pallet đầy tải ở tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến trần)
A1 ’: Hạ pallet đầy tải ở tốc độ cao
A2 ’: Hạ pallet đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến trần)
C1,C2: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ nâng
C1 ’, C2 ’: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ hạ
Dựa vào đồ thị biểu diễn nâng hạ tải và đồ thị đặc tính cơ của động cơ, hệ thống hoạt động ở chế độ ngắn hạn Động cơ ngắn hạn được chế tạo với thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60 và 90 phút Do đó, cần chọn Tlv = Ttc và công suất động cơ Pdc chọn > Plv hoặc Mdm chọn >= Mlv.
Mỗi lần hoạt động, động cơ thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động, kéo tải ổn định và hãm dừng, cho thấy sự chuyển đổi liên tục giữa trạng thái động cơ và trạng thái hãm (trạng thái máy phát) Trạm đỗ xe tự động kiểu đứng khởi động đạt tốc độ định mức và duy trì chuyển động ổn định với tốc độ đó trong mỗi lần hoạt động.
Hình1.5 Chế độ làm việc của động cơ trong các trường hợp (Nguồn Internet)
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
Thiết Kế Lắp Đặt Vị Trí Các Cảm Biến Trên Hệ Thống
Vấn đề bài toán: Có 8 cái pallet đƣợc đánh số 1-8 Có 8 vị trí A-H Cần phải xác định xem Pallet 1 đang ở vị trí nào?
Để lấy xe từ pallet 1, cần đưa pallet 1 về vị trí A (vị trí dừng đỗ) PLC cần xác định xem pallet 1 đã đến vị trí A hay chưa để dừng động cơ Có hai phương án để giải quyết vấn đề này.
Phương án thứ nhất: Sử dụng cảm biến quang
Phương án thứ hai: Sử dụng cảm biến tiệm cận
2.1.1 Phương Án Sử Dụng Cảm Biến Quang
Cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric Sensor, là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa, bao gồm các linh kiện quang điện có khả năng thay đổi trạng thái khi tiếp xúc với ánh sáng Thiết bị này sử dụng ánh sáng từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể; khi có sự thay đổi ở bộ phận thu, mạch điều khiển sẽ phát tín hiệu ra ngõ OUT Hiện nay, có khoảng 5 loại cảm biến quang khác nhau tùy vào ứng dụng, nhưng nguyên lý hoạt động chung của chúng vẫn tương tự nhau Việc không có cảm biến quang sẽ gây khó khăn cho quá trình tự động hóa, giống như làm việc mà không thể nhìn thấy.
Cảm biến quang Omron E3Z – T66A là thiết bị thu phát độc lập, hoạt động dựa trên nguyên lý không phản xạ ánh sáng Để sử dụng hiệu quả, cần lắp đặt một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng đối diện nhau.
Hình 2.1 Vị trí lắp đặt cảm biến quang (Nguồn Internet) Nguyên lý hoạt động của cảm biến:
Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến (Nguồn Internet)
Trạng thái không có vật cản: Cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng Phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
Khi có vật cản, cảm biến phát vẫn phát ra ánh sáng nhưng cảm biến thu không nhận được ánh sáng do bị che chắn Bộ truyền tín hiệu sẽ thông báo cho bộ xử lý PLC về vị trí đỗ xe có đúng hay không và chiều cao có phù hợp với thiết kế hay không Nếu vị trí không an toàn hoặc chiều cao vượt quá giới hạn, bộ xử lý sẽ phát tín hiệu đèn cảnh báo để nhắc nhở người gửi xe.
2.1.2 Phương Án Sử Dụng Cảm Biến Tiệm Cận
Cảm biến tiệm cận (còn đƣợc gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là
Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors) hoạt động bằng cách phản ứng với sự hiện diện của vật thể gần đó, chuyển đổi tín hiệu về chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện Có ba hệ thống phát hiện chính để thực hiện quá trình này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát sinh trong vật thể kim loại qua hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống dựa vào sự thay đổi điện dung khi vật thể tiếp cận, và hệ thống sử dụng nam châm cùng với công nghệ chuyển mạch cộng từ.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh chóng và ít nhiễu Thiết bị này hoạt động bằng cách sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong việc phát hiện vật cản.
Để phát hiện Pallet ở vị trí đi xuống lấy xe và phân biệt từng Pallet, chúng ta sử dụng hai cảm biến tiệm cận Cảm biến được lắp đặt để xác định vị trí Pallet tại bãi đỗ xe và thu thập thông tin cần thiết Cảm biến đầu tiên được đặt ở dưới để nhận diện khi một Pallet bất kỳ xuất hiện.
Khi lắp đặt 21 trí cửa ra vào, cảm biến Index sẽ bị che, và cần thêm một cảm biến Origin cạnh đó, sao cho chỉ có pallet số 1 che cảm biến này khi ở vị trí cửa ra vào Khi hệ thống khởi động, động cơ sẽ quay cho đến khi pallet số 1 đạt vị trí ra vào, tại đó dừng lại Hệ thống sẽ xác định vị trí của 8 pallet bằng cách đếm; mỗi khi pallet đi qua cảm biến Index, biến đếm sẽ tăng lên 1 Nếu biến đếm vượt quá 8, nó sẽ được đặt lại về 1, từ đó xác định được vị trí của pallet.
Mỗi thẻ từ trong hệ thống bãi gửi xe được gắn với một mã code duy nhất, giúp xác định vị trí các Pallet cố định Khi thẻ được quét, PLC sẽ nhận thông tin về Pallet cần hạ xuống và khởi động động cơ để đưa Pallet tới vị trí sẵn sàng Sau đó, PLC sẽ kiểm tra thông tin từ cảm biến để xác nhận vị trí, nếu trùng khớp, động cơ sẽ dừng lại, cho phép xe được gửi hoặc lấy.
Sau khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động và cách lắp đặt thiết bị cho mô hình, cùng với việc xem xét giá cả của các loại cảm biến quang và cảm biến tiệm cận, chúng tôi đã quyết định chọn phương án thiết kế thứ hai, sử dụng cảm biến tiệm cận để lắp đặt cho mô hình Mặc dù cảm biến quang được sử dụng phổ biến hơn trong công nghiệp, nhưng giá thành của nó rất cao, trong khi điều kiện tài chính của chúng tôi còn hạn chế.
PLC Dùng Cho Điều Khiển
PLC, hay Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được, là thiết bị điều khiển linh hoạt cho phép người sử dụng thay đổi thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình Khác với các bộ điều khiển thông thường, PLC có khả năng thực hiện nhiều bài toán điều khiển khác nhau Hiện nay, nhiều hãng sản xuất nổi tiếng như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản) và Delta (Đài Loan) cung cấp các sản phẩm PLC chất lượng.
PLC FX1N-40MR đƣợc chọn sử dụng cho đồ án, sản xuất bởi hãng Mitsubishi (nhật bản).
Hình 2.4 PLC FX1N-40MR (Nguồn Internet)
2.2.1 Cấu Trúc PLC FX1N-40MR
Cơ cấu máy của PLC nhỏ gọn và chi phí thấp, với khả năng nâng cấp dễ dàng thông qua các module màn hình và khối mở rộng Hiện nay, PLC bao gồm các thành phần như bộ nhớ chương trình RAM/ROM, bộ vi xử lý trung tâm CPU, và các module vào/ra tín hiệu, đảm nhiệm vai trò như một thuật toán.
Hình 2.5 Cấu trúc PLC (Nguồn Internet)
Cấu hình: 24DI / 16DO Relay
Nguồn cấp: 100-230VAC hoặc 12-24VDC
Bộ nhớ chương trình: 8000 bước
Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS422, có thể giao tiếp theo chuẩn RS485/RS232 thông qua board mở rộng
Bộ đếm tốc độ cao: 6 chân max 60Khz 1 phase, 2 chân max 30Khz 2 phases
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
Phần mềm cơ bản: chương trình sẽ được chạy nhanh chóng và dễ dàng với phần mềm Gx Developer hoặc FX-PCS/WIN-E Software
2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (nhƣ các sensor, contact, …) đƣợc đƣa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận đƣợc tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đƣa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn
Một chu kỳ quét, hay còn gọi là vòng quét, bao gồm các bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra.
Thời gian thực hiện một vòng quét trong PLC thường chỉ kéo dài từ 1ms đến 100ms Thời gian này chịu ảnh hưởng bởi tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài của chương trình và tốc độ giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động PLC (Nguồn Internet)
Bộ Đọc Thẻ RFID
Trong bộ đọc thẻ sử dụng hai module, module Arduino Uno R3 và module đọc thẻ RFID-RC522
Arduino là nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho các dự án điện tử, bao gồm mạch điều khiển và phần mềm IDE giúp viết và tải mã lên mạch Với sự phổ biến của nó, Arduino trở thành lựa chọn hàng đầu cho người mới bắt đầu, không cần mạch chủ riêng mà chỉ cần cáp USB để tải mã Nền tảng này hỗ trợ nhiều ứng dụng đa dạng như robot, chăn sưởi, máy tính độ trung thực và trò chơi.
25 nhƣ Dungeon và Dragons Arduino đều có thể sử dụng làm bộ não đứng phía sau hầu hết các dự án điện tử
Hình 2.7 Arduino Uno R3 (Nguồn Internet)
Chip điều khiển chính: ATmega328P
Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
Nguồn nuôi mạch cần thiết là 5VDC, có thể lấy từ cổng USB hoặc nguồn ngoài qua giắc tròn DC Nếu sử dụng nguồn ngoài, nên cấp từ 6 đến 9VDC để đảm bảo mạch hoạt động ổn định Việc cấp nguồn 12VDC có thể khiến IC ổn áp nóng, dễ gây hỏng và cháy mạch.
Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM)
Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA
Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA
Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader
2.3.2 Module Đọc Thẻ RFID-RC522
RFID (Nhận dạng qua tần số vô tuyến) là công nghệ sử dụng trường điện từ để tự động nhận diện và theo dõi các thẻ gắn vào đối tượng Công nghệ này phù hợp với nhiều ứng dụng, bao gồm kiểm soát xe cộ, quản lý hành khách qua vé thẻ, thay thế mã vạch để lưu trữ nhiều dữ liệu hơn, cũng như trong quản lý nhân viên và chấm công.
Hình 2.8 Module Đọc Thẻ RFID-RC522 (Nguồn Internet)
Tần số hoạt động: 13.56MHz
Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 mm
Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps
Có khả năng đọc và ghi
Màn Hình HMI Dùng Giám Sát
HMI, viết tắt của Human-Machine Interface, là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc Bất kỳ hình thức giao tiếp nào giữa con người và máy thông qua màn hình giao diện đều được coi là HMI Giao diện này hoạt động thông qua PLC, với kết nối bằng cáp tín hiệu Khi người vận hành nhấn nút hoặc cài đặt thông số trên màn hình, yêu cầu sẽ được gửi đến PLC để điều khiển hoạt động của máy móc trong dây chuyền.
Hệ thống máy móc dây chuyền có khả năng truyền tải trạng thái hoạt động và thông số hiện tại lên màn hình HMI thông qua PLC, từ đó hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển quá trình.
Màn HMI WEINVIEW xuất xứ Đài Loan giá thành rẻ, dễ dàng tích hợp với PLC dòng Mitsubishi
Hình 2.9 Màn hình HMI WEINVIEW MT6070IH (Nguồn Internet)
Kích thước hiển thị: 7 inch TFT
Độ phân giải (WxH dots): 800×480
Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive
Phương Pháp Rửa Xe Được Áp Dụng
Phương pháp rửa xe thủ công sử dụng nhân công trực tiếp tại điểm rửa, với súng phun nước cao áp để làm mềm và loại bỏ vết bẩn Phương pháp này hiện đang được áp dụng phổ biến tại nhiều quán rửa xe Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí nhân lực cao và yêu cầu diện tích quỹ đất lớn cho thiết kế.
Phương pháp rửa xe tự động sử dụng máy móc để làm sạch xe, bao gồm cả những khu vực khó tiếp cận, giúp tiết kiệm nhân lực và nâng cao hiệu quả công việc Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư ban đầu và chi phí sửa chữa, thay thế thiết bị tương đối cao.
Phương pháp rửa xe không chạm là một giải pháp mới tại Việt Nam, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm thời gian Chỉ cần pha dung dịch đặc biệt theo tỉ lệ phù hợp và phun lên bề mặt xe, sau đó sử dụng máy bơm rửa xe để xịt rửa mọi bụi bẩn mà không cần lau chùi Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm nhân lực mà còn hạn chế việc xước sơn xe do cát bụi bám vào khăn lau.
Sau khi nghiên cứu và xem xét các yêu cầu của đề tài đồ án, cùng với những hạn chế về thời gian và kiến thức thực tế, chúng tôi quyết định cải tiến mô hình bằng cách lắp đặt thêm phương pháp rửa xe không chạm.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
Sơ Đồ Khối Điều Khiển
Sơ đồ đƣợc xây dựng dựa trên 3 phần chính:
Trình bày hoạt động của bãi đỗ xe:
Mỗi thẻ từ trong hệ thống bãi gửi xe được gắn với một mã code duy nhất, giúp xác định các pallet cố định Trong quy trình gửi xe, thẻ từ sẽ được quét hai lần: lần đầu khi xe được gửi vào và lần thứ hai khi người quản lý lấy thẻ từ còn lại.
KHỐI ĐẦU RA Động Cơ Quay Thuận, Nghịch Động Cơ Bơm
KHỐI XỬ LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN
PLC FX1N-40MR Màn hình HMI WEINVIEW
Bộ Đọc Thẻ RFID, cảm biến nhận biết pallet Rửa xe tự động
Khi quét thẻ, hệ thống sẽ lưu lại thông tin về việc gửi xe, bao gồm ngày giờ và vị trí pallet Sau lần quét đầu tiên, tín hiệu sẽ được gửi đến khối điều khiển (PLC) để khởi động động cơ, đưa pallet đến vị trí sẵn sàng tương ứng với thẻ đã quét.
Khi quẹt thẻ, nếu xe ở vị trí từ 1-4, xe sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, còn nếu ở vị trí từ 5-8, xe sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ Mục đích của việc này là giúp xe xoay đúng chiều nhanh nhất so với mặt đất, từ đó giảm thời gian lấy xe.
Khách hàng có thể lựa chọn chế độ rửa xe tự động từ bảng điều khiển, cho phép xịt nước xung quanh xe khi đã đỗ ở vị trí mong muốn, giúp xe sạch hơn Điều này không chỉ mang lại sự thoải mái cho xe mà còn cho cả người sử dụng khi đỗ xe.
Khi chủ xe lấy xe, họ sẽ quét thẻ lần thứ hai để hệ thống xử lý và đối chiếu thông tin với lần quét thẻ trước đó khi gửi xe Thông tin này sẽ được hiển thị trên màn hình HMI Bên cạnh đó, sau mỗi lần quét thẻ, HMI cũng sẽ cung cấp trạng thái của các pallet, giúp người quản lý dễ dàng nhận biết pallet nào còn trống hoặc đã có xe được gửi.
Khối Đầu Vào
Bộ đọc thẻ có 9 đầu ra, bao gồm 1 chân COM là chân relay không tính vào bộ đọc thẻ Tám chân COM của relay được kết nối chung với nhau và nối với GND, cung cấp tín hiệu đầu vào INPUT cho PLC.
Bảng 3.2: Phân công tín hiệu bộ đọc thẻ RFID
Dạng Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
Các chân nhận tín hiệu từ module thẻ
D1 OUT1 đến D8 OUT8 là các ngõ ra tín hiệu cho các tầng chứa số 1 đến số 8 Thuật toán xử lý phần đọc thẻ RFID sẽ được xây dựng để quản lý và nhận diện thông tin từ các tầng chứa này.
Quẹt Thẻ, So Sánh Mã Thẻ
Báo Thẻ Không Tồn Tại
Xuất tín hiệu đầu vào cho PLC
Hiển thị trạng thái trên màn hình HMI
3.2.2 Các Bước Lập Trình (Arduino) Để lập trình chúng em sử dụng phần mền Arduino IDE, Arduino IDE là một phần mềm soạn thảo văn bản chính hãng, giúp viết code để nạp vào bo mạch Arduino một cách nhanh chóng, dễ dàng và hoàn toàn miễn phí Cả về phần tải về lẫn phần bản quyền: Người dùng có quyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo một số nguyên tắc chung đƣợc nhà phát hành cho phép mà không cần xin phép ai, điều mà họ không đƣợc phép làm đối với các phần mềm nguồn đóng
Bước1 Mở phần mềm Arduino IDE
Bước2 Vào File chọn New hoặc nhấn Ctrl+N
Bước 3 Tại vùng soạn thảo ta viết chương trình theo ý muốn bằng ngôn ngữ C
Bước 4 Nhấn Verify để biên dịch chương trình và soát lỗi
Bước 5 Vào Tool chọn Board Arduino Uno, vào Port chọn cổng com tương ứng
Bước 6 Nhấn Upload để nạp chương trình cho Arduino
Khối Xử Lý Trung Tâm
Bảng 3.3: Phân công tín hiệu PLC
Dạng Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
Trong hệ thống tín hiệu, các ngõ nhận tín hiệu được phân chia theo từng tầng, bao gồm: Ngõ nhận tín hiệu tầng chứa 01, tầng chứa 02, tầng chứa 03, tầng chứa 04, tầng chứa 05, tầng chứa 06, tầng chứa 07 và tầng chứa 08 Mỗi tầng đảm nhận vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và xử lý tín hiệu.
Y4 DC1 Ngõ ra số 1điều khiển chiều quay động cơ quay DC
Y5 DC2 Ngõ ra số 2 điều khiển chiều quay động cơ quay DC Y6 P Ngõ ra điều khiển on/off bơm rửa xe
Chúng em đã áp dụng kiến thức đã học để sử dụng phần mềm GX Works2, một công cụ lập trình phổ biến cho PLC Mitsubishi Phần mềm này cung cấp đầy đủ các công cụ cần thiết cho việc lập trình, với giao diện đơn giản và dễ sử dụng Bước đầu tiên là khởi động phần mềm GX Works2 trên máy tính.
Bước 2 Để tạo chương trình mới, vào Project-> chọn New project; hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl +N; hoặc nhấn vào biểu tƣợng New trên thanh công cụ
Bước 3 Lựa chọn thông số ban đầu
- Cửa sổ New project hiện lên:
+ PLC series: Chọn dòng PLC FXCPU
+ PLC type: Chọn loại PLC FX1N(C)
+ Program type: Chọn ngôn ngữ lập trình Ladder
Bước 4: Tại vùng soạn thảo, gõ các câu lệnh ladder để lập trình cho PLC theo như công nghệ mong muốn
Bước 5: Sau khi soạn thảo xong chương trình, vào Convert -> Chọn Convert hoặc ấn phím tắt F4 để biên dịch chương trình
Bước 6: Vào Online -> Chọn Write to PLC để download chương trình xuống PLC
Lưu đồ thuật toán điều khiển:
Khai báo vt_dat = 0, vt_ht = 0, tam =
Quét thẻ? vt_dat = số thẻ tam++
Tắt động cơ vt_ht = 1 vt_dat = 1
Tắt Bơm Tắt động cơ Đ
Dừng động cơ vt_dat == vt_ht Động cơ quay thuận vt_ht < vt_dat 1
(vt_dat - vt_ht) = 4 Động cơ quay thuận Động cơ quay ngƣợc Đ Đ
Nhấn bật bơm Bật bơm
Nhấn tắt bơm Tắt bơm
3.4 Phương Án Lắp Đặt Cải Tiến Mô Hình
Hệ thống điều khiển máy bơm cao áp mini được tích hợp xử lý PLC và các đầu phun cao áp, phục vụ cho việc phun rửa xe Màn hình HMI hiển thị nút nhấn rửa xe giống như nút nhấn cơ, cho phép người dùng lựa chọn rửa xe khi gửi xe Quá trình rửa được thực hiện theo yêu cầu của khách hàng Do đây là mô hình mô phỏng, chúng tôi chỉ sử dụng máy bơm và đầu phun nhỏ phù hợp với quy mô mô hình.
Để cải tiến lắp đặt hệ thống phun nước, cần xác định vị trí lắp đặt đầu phun tại cửa ra vào bãi đỗ xe Các vị trí 1, 2, 3 sẽ tương ứng với các đầu phun được gắn tại khu vực này, đảm bảo hiệu quả trong việc kiểm soát và bảo vệ không gian bãi đỗ xe.
Hình 3.2 Xác định vị trí lắp đặt (Nguồn Internet)
Điều Khiển Giám Sát Trên Màn HMI WEINVIEW
3.5.1 Giới Thiệu Phần Mềm Lập Trình HMI
Màn hình HMI WEINVIEW, sản xuất tại Đài Loan, có khả năng tích hợp linh hoạt với PLC Mitsubishi của Nhật Bản Phần mềm EasyBuilder EB8000 không chỉ cho phép tải chương trình xuống các màn hình HMI WEINVIEW mà còn hỗ trợ mô phỏng trên máy tính, kết nối với nhiều loại PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi và Delta.
3.5.2 Cấu Hình Trong Easybuilder EB8000 Để khởi tạo cấu hình thiết kế trong phần mềm EasyBuilder EB8000 vô cùng đơn giản và thuận tiện, nhấn mở chương trình giao diện chương trình quản lý hiện ra:
Hình 3.3 Cấu hình thiết kế EB8000 Tại đây em chọn EasyBuilder8000 để khởi tạo một dự án sau khi khởi tạo phần mềm sẽ có giao diện nhƣ sau:
Hình 3.4 Giao diện làm việc trên EasyBuilder EB8000
3.5.3 Giao Diện Giám Sát Hệ Thống
Sau khi khởi tạo dự án, thanh công cụ sẽ hiển thị các lựa chọn module chức năng soạn thảo, từ đó chúng tôi tiến hành tạo màn hình hệ thống điều khiển.
Hình 3.5 Giao diện màn hình điều khiển Trên màn hình hiển thị đƣợc chia làm hai khu vực:
Khu vực bên trái màn hình hiển thị nút nhấn khởi động hệ thống, vị trí tầng đƣợc chọn, bàn phím chọn tầng gửi xe
Khu vực bên phải màn hình hiển thị nút chọn dịch vụ rửa xe, cho phép người gửi xe quyết định có sử dụng dịch vụ này hay không Ngoài ra, màn hình cũng hiển thị tầng hiện tại và hướng di chuyển của động cơ.
3.5.4 Kết Nối Giao Diện Easybuilder EB8000 Với PLC
PLC FX1N hỗ trợ kết nối truyền thông RS422 trực tiếp trên CPU và có khả năng giao tiếp theo chuẩn RS485/RS232 thông qua board mở rộng.
Để kết nối PLC FX1N với HMI Weinview, cần sử dụng cáp kết nối MT-FX Sau khi thiết lập giao diện kết nối giữa PLC và HMI, tiến hành nạp chương trình xuống HMI và kiểm tra hoạt động.
Tính Chọn Động Cơ Cho Hệ Thống (mô hình thực tế)
Bảng 3.6 Thông số kích thước của xe hơi được dùng trong thực tế
Thông số kỹ thuật Xe 4 chỗ Xe 5 chỗ Xe 7 chỗ
Cân nặng 1100kg 1800kg 2000kg
Hệ thống được thiết kế để chịu tải trọng lớn nhất khi một bên đầy tải và một bên không có tải, với khối lượng mỗi xe ô tô là 2000kg Mô hình này có sức chứa tối đa 8 xe ô tô và chiều cao thiết kế thực tế là 12m.
Xem xét chiều rộng chiều cao của pallet, đường kính của bánh xích theo chiều ngang là D = 2400mm
Trong đó: D là đường kính bánh xích (m)
N là tốc độ của bánh răng dẫn động (vòng/phút)
Giả định vận tốc chuỗi là v = 4m/phút = 0,1 m/s (đây là tốc độ cần thiết của pallet Nhƣ vậy mỗi pallet thay đổi vị trí khoảng 15s)
Vì thế tốc độ của bánh răng dẫn động là N = 0,796 (vòng/phút)
Công sinh ra khi kéo ô tô với cân nặng 2000 kg lên cao 12,9 m:
Công suất sinh ra trong trong đơn vị thời gian:
Trong đó K1 = 1,252 hệ số tải
K 3 = 1,25 hệ số làm việc (khoảng 16h mỗi ngày)
Do đó K = 1,252.1,5.1,25 = 2,34 Công suất làm việc Plv = P.K = 2,8 *2,34 = 6,552 Kw [5]
Công suất trên trục động cơ: P đm = [5]
Trong đó là hiệu suất của các bộ truyền = [5]
Hiệu suất của một cặp ổ lăn: = 0,99 [5]
Hiệu suất của khớp nối: = 1 [5]
Hiệu suất của bộ đai: = 0,96 [5]
Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: = 0,97 [5]
Công suất yêu cầu cho động cơ là Pđm = 6,552/0,9 = 7,25 kW Dựa trên các thông số đã tính toán, chúng tôi lựa chọn động cơ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, thường được sử dụng cho các cần trục, với điện áp 380V/220V, tần số 50Hz và công suất 7,5 kW.
Giả sử chọn động cơ cơ của hãng ABB một tốc độ loại động cơ phanh IP 55P –
IC 411 với mã hiệu M3AR 132SB2 Tỷ số truyền động cơ thực tiễn đƣợc nhà sản xuất cung cấp với tỷ lệ: i=1/ 95
Thông số kỹ thuật nhƣ sau:
Hệ số công suất cos𝜑: 0.89
Đấu nối kiểu tam giác
3.6.2 Hệ Thống Nâng Tải Động cơ được sử dụng trong mô hình thực tế là động cơ bước, làm việc ngắn hạn đảo chiều quay Động cơ điện kéo tải tăng tốc, chạy đều, hãm và đảo chiều giảm tốc độ theo sơ đồ phụ tải:
Hình 3.6 Sơ đồ phụ tải quá trình làm việc của động cơ (Nguồn Internet)
Ta xét trong trường hợp từ giả sử có thông số sau:
= 1500 rpm, = 15 s, = 100s, = 110, moment tải = 25 (N.m), Moment quán tính: J= 0.0186 ( kg𝑚 )
Moment yêu cầu cho từng đoạn: [4] Đoạn : = J *
= 24,7 (N.m) Gía trị hiệu dụng moment: √ ∑
Kích ô tô hoạt động nhờ vào động cơ nâng, sử dụng cơ cấu mô phỏng để nâng và hạ vật Quá trình này liên quan đến moment quán tính quy về trục động cơ, với các thông số cụ thể như trọng lượng 𝑚 = 2000 kg, 𝑚 = 1800 kg và tốc độ 𝑣 = 4 m/s, cùng với góc 𝜃 = 157 độ.
Hình 3.7 Cơ cấu nâng hạ tải (Nguồn Internet) Nhƣ vậy Moment tổng = hiệu số tải trừ cho đối trọng
Moment tải quy về trục động cơ: = = = 27,24 (N.m) [4]
Tuy nhiên Moment quán tính, tính từ tổng khối lƣợng :
QUY TRÌNH THIẾT KẾ, THÍ NHIỆM MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
Thiết Kế Khung, Trục Mô Hình
Hình 4.1 Khung, trục mô hình (Bản vẽ mô hình)
Thiết Kế Cơ Cấu Truyền Động Xích
Hình 4.2 Cơ cấu truyền động xích (Bản vẽ mô hình)
Thiết Kế Vị Trí Đặt Động Cơ, Bánh Đà
Hình 4.3 Thiết kế vị trí đặt động cơ, bánh đà (Bản vẽ mô hình)
Thiết Kế Pallet Để Xe
Hình 4.4 Thiết kế pallet để xe (Bản vẽ mô hình)
THI CÔNG, CHẠY THỬ MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
Thi Công Cơ Khí Mô Hình Vật Lý
5.1.1 Thi Công Đựng Khung Mô Hình
Vật liệu dựng khung sử dụng loại nhôm định hình 30X30, trọng lƣợng 0,658 kg/m
Hình 5.1 Thi công dựng khung mô hình
5.1.2 Thi Công Lắp Bộ Truyền Động Xích
Hình 5.2 Thi công lắp bộ truyền động xích
5.1.3 Thi Công Lắp Đặt Pallet
Hình 5.3 Thi công lắp đặt Pallet
5.1.4 Thi Công Lắp Đặt Động Cơ
Hình 5.4 Thi công lắp đặt động cơ
5.1.5 Thi Công Lắp Đặt Cảm Biến
Hình 5.5 Thi công lắp đặt cảm biến
5.1.6 Thi Công Lắp Hệ Thống Rửa Xe
Hình 5.6 Thi công lắp hệ thống rửa xe
Mô Phỏng Hoạt Động Mô Hình
Để đảm bảo sự đồng bộ trong quá trình mô phỏng hoạt động của PLC Mitsubishi, chúng tôi sử dụng phần mềm GT Designer 3 Phần mềm này hỗ trợ mô phỏng trên máy tính thông qua công cụ simulator, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các bài toán thực tế.
Các module chức năng trong GT Designer 3:
Thiết kế đồ họa (Graphic Designer): Hiển thị và liên kết các hình ảnh quá trình
Ẩn các Action (Graphic Script): Tạo ra các thuộc tính động của project cho các yêu cầu riêng
Hệ thống cảnh báo (Alarm Logging): đƣa các thông báo, cảnh báo
Lưu trữ các giá trị đo của quá trình (Tag Logging): Lập báo cáo về tình trạng của hệ thống
User Adminstratin là soạn thảo đƣợc sử dụng để đăng ký quyền điều hành User Administrator
The Report System: là soạn thảo dùng để tạo ra các lớp báo cáo Report Designer
Hình 5.7 Giao diện làm việc trên GT Designer 3
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
Kết Quả Đạt Đƣợc
Sau khi nghiên cứu và thi công “Mô Hình Bãi Đỗ Xe Thông Minh Xoay Vòng Kiểu Đứng”, nhóm chúng tôi đã hoàn thành nhiệm vụ với mô hình hoạt động hiệu quả trong quá trình gửi và trả xe Trong quá trình phát triển, chúng tôi cũng đã cải tiến thêm hệ thống rửa xe, mang lại nhiều tiện ích hơn cho người dùng.
Khuyến Nghị Liên Quan Mô Hình Bãi Đỗ Xe
Thông qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu, thi công mô hình chúng em đã nhận thấy những tồn hạn chế nhƣ:
Mỗi một bãi đỗ xe thì chỉ thiết kế riêng biệt cho một loại xe
Cấu tạo của bãi đỗ xe dạng đứng khi để ngoài trời những yếu tố môi trường tác động trực tiếp lên ô tô cũng nhƣ các thiết bị khác
Quy mô một bãi hạn chế số lƣợng gửi
Chi phí lắp đặt phức tạp, giá thành khá cao so với nhu cầu sử dụng tại Việt Nam
Ít phổ biến tại thị trường Việt Nam
Hướng phát triển đề tài:
Thiết kế làm mọi ô tô (tải trọng 2 tấn trở xuống), cùng có thể gửi chung một chỗ
Lắp đặt thêm các thiết bị che chắn hữu ích (tấm bin năng lƣợng mặt trời…vv)
