Thiết kế, thi công mô hình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s71200 sử dụng kết hợp rfid đồ án tốt nghiệp

GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE 10 1.1 Đặt vấn đề 10 1.2 Hệ thống đỗ xe tự động di chuyển tầng .14 1.3 Bãi đỗ xe tự động dạng tháp .16 1.3.1 Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp hình trụ 16 1.3.2 Hệ thống đỗ xe cao tầng kiểu tháp cột đứng .17 1.4 Bãi giữ xe tự động xoay vòng đứng 19 1.5 Hệ thống bãi đỗ xe tự động xếp hình 21 1.6 Kết luận .23 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1 Động bước .24 2.1.1 Step motor 17 26 2.1.2 Động Step 57 27 2.1.3 Thông số động 28 2.2 Arduino UNO R3 30 2.2.1 Thông số Arduino UNO R3 31 2.2.2 Các chân nguồn kết nối .32 2.2.3 Bộ nhớ 33 2.2.4 Các cổng vào/ra 34 2.2.5 Lập trình cho Arduino 35 2.3 Mạch Giải Mã CD74HC4067 16 Kênh 36 2.4 Giới thiệu PLC (Programmable logic controller) .37 2.5 Các loại PLC điều khiển phù hợp với hệ thống 39 2.6 Bộ lập trình-PLC S7-1200-CPU-1212C-DC-DC-DC 44 2.6.1 Giới thiệu lập trình S7-1200-CPU Siemens 44 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 2.6.2 Thông số kỹ thuật Bộ lập trình-PLC S7-1200-CPU-1212C-DC-DC-DC- 44 2.6.3 Giới thiệu tổng quan lập trình PLC S7-1200 .44 2.6.4 Tính dung lượng dịng sản phẩm PLC S7-1200 .45 2.6.5 Ứng dụng lập trình PLC S7-1200 47 2.6.6 Cấu hình chi tiết 6ES7212-1AE40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC 48 2.7 Các module mở rộng 48 2.8 Phần mềm Tia Portal 50 2.9 Giới thiệu RFID 68 RFID giúp giảm thời gian chi phí quản lý, lợi nhuận cao 68 2.10 Các phương án giám sát quản lý liệu 68 2.10.1 Giám sát HMI .68 2.10.2 Giám sát máy tính 69 2.11 Phương án truyền thông 70 2.11.1 Truyền thông qua cổng I/O trực tiếp 70 2.11.2 Truyền thông ICP/IP 71 2.12 Trục Vitme 73 2.13 Giao diện HMI 75 2.13.1 Giới thiệu chung 75 2.13.2 Giao diện thiết kế .77 2.13.3 Kết nối HMI với PLC 79 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MƠ HÌNH 81 3.1 Yêu cầu hệ thống 81 3.2 Thiết kế khí thiết bị hệ thống 81 3.2.1 Cơ sở thiết kế 81 3.2.2 Thiết kế hệ thống 82 3.3 Phân tích yêu cầu mạch lực 88 3.4 Lựa chọn thiết bị cho mạch lực 88 3.4.1 Tính tốn lựa chọn cơng suất động 88 3.4.2 Tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ 93 3.1 Kết luận .95 3.4.3 Kết luận .96 3.5 Lựa chọn phương án giám sát quản lý liệu .96 3.6 Lựa chọn phương án truyền thông 96 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 97 4.1 Phân tích yêu cầu điều khiển .97 4.1.1 Mô tả yêu cầu hệ thống : 97 4.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 97 4.1.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 97 4.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển 100 4.2.1 Lựa chọn nút nhấn điều khiển 101 4.2.2 Lựa chọn cảm biến sàn tầng 102 4.2.3 Lựa chọn cảm biến hành trình 102 4.2.4 Lựa chọn đèn báo tín hiệu .102 4.3 Lựa chọn nguồn cho điều khiển 102 4.4 Thiết kế tủ điện điều khiển 103 4.4.1 Chức tủ điện công nghiệp .103 4.4.2 Thiết kế bố trí thiết bị tủ điện 104 4.4.3 Một số ý thiết kế tủ điện .106 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 108 Lập trình điều khiển cho mơ hình 108 5.1.1 Thuật toán điều khiển hệ thống 109 5.1.2 Bảng phân công đầu vào/ 111 CHƯƠNG THI CÔNG MƠ HÌNH 115 6.1 Thi công lắp đặt đấu nối tủ điện 115 6.2 Kết đánh giá 116 6.2.1 Hệ thống mơ hình 116 6.2.1 Hệ thống điện 118 6.2.2 Kết mô 118 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120 7.1 Kết luận 120 7.2 Hướng phát triển đề tài .120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 PHỤ LỤC 123 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH PLC 130 PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO 216 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Một số cổng vào bãi đỗ xe tự động 11 Hình 1.2: Mơ hình hoạt động 13 Hình 1.3: Cấu hình hệ thống 13 Hình 1.4: Hệ thống đỗ xe tự động robot 14 Hình 1.5: Hệ thống đỗ xe tự động robot nhiều tầng 15 Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe thơng minh dạng tháp hình trụ .17 Hình 1.7: Bãi đỗ xe tự động dạng tháp cột đứng 18 Hình 1.8: Hệ thống bãi giữ xe xoay vòng đứng 20 Hình 1.9: Bãi đỗ xe xếp hình .21 Hình 1.10 : Tháp đỗ xe cao tầng tích hợp bên tịa nhà 22 Hình 2.1: Động bước 24 Hình 2.2: Động bước 25 Hình 2.3 step 17 27 Hình 2.4 Động Step 57 28 Hình 2.5 sơ đồ đấu nối step 57 30 Hình 2.6: Arduino UNO 31 Hình 2.7 Arduino UNO R3 32 Hình 2.8: Các cổng ra/vào 34 Hình 2.9: Hướng dẫn arduino 36 Hình 2.10: Mạch Giải Mã CD74HC4067 16 Kênh 37 Hình 2.11: Cấu trúc PLC 38 hình 2.12: PLC siemens .40 Hình 2.13: PLC Mitsubishi 41 Hình 2.14: Omron 42 Hình 2.15 : PLC Delta 43 Hình 2.16: PLC S7 -1200 45 Hình 2.17: PLC S7-1200 49 Hình 2.18: Tạo project TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định .51 Hình 2.19: Tạo project TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định .51 Hình 2.20: Tạo project TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định .52 Hình 2.21: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng cách tự động 53 Hình 2.22: Chọn "Detect" để dị thiết bị phần cứng cách tự động 53 Hình 2.23: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng cách tự động 54 Hình 2.24: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng cách tự động 54 Hình 2.25: Thay đổi địa IP cho CPU SIMATIC S7-1200 55 Hình 2.26: Hướng dẫn khai báo địa cho I/O cho PLC S7-1200 theo ý muốn với TIA Portal 56 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung Hình 2.27 Hướng dẫn tạo xung clock tự động với PLC S7-1200 TIA Portal .56 Hình 2.28: Tạo biến nhớ xung clock 57 Hình 2.29: Ví dụ 57 Hình 2.30: Ví dụ 58 Hình 2.31: Cắm cáp mạng LAN để kết nối PLC PC 61 Hình 2.32: Chọn vào mục "Download" .62 Hình 2.33: Chọn vào mục "Download" .62 Hình 2.34: Chọn vào mục "Download" .63 Hình 2.35: Chọn "Load" cửa sổ Download 63 Hình 2.36: Download chương trình từ PC xuống PLC SIMATIC S7 1200 64 Hình 2.37: khai báo CPU trùng với mã thực tế 65 Hình 2.38: Bật chế độ Online với PLC 65 Hình 2.39: khai báo CPU trùng với mã thực tế 66 Hình 2.41: Chọn mục Upload to device .67 Hình 2.42: Vào mục Program blocks để kiểm tra lại chương trình vừa upload .67 Hình 2.43 : Màn hình HMI GOT 2000 69 Hình 2.44 : PLC kết nối với VISUAL STUDIO 70 Hình 2.45: Truyền thơng ICP/IP 71 Hình 2.46: Cách xem địa IP windows 72 Hình 2.47: Giao diện command line 73 Hình 2.48: Xác định IP 73 Hình 2.49: Trục vitme 74 Hình 2.50 : Trục vitme 75 Hình 2.51: Chọn loại (mã) HMI muốn sử dụng 76 Hình 2.52: Chọn loại PLC cần kết nối .77 Hình 2.53: Hồn thành chương trình 77 Hình 2.54: Giao diện giám sát 78 Hình 2.55: Giao diện điều khiển 79 Hình 2.56: Setup thơng số 80 Hình 1: Phần mềm Inventor 82 Hình 3: Thống số hệ thống 83 Hình 2: Tổng quan hệ thống phần mềm Inventor 83 Hình 2: Kích thước 84 Hình 3: Cơ cấu nâng hạ 85 Hình 4: Cơ cấu sang ngang .86 Hình 5: Kích thước cấu sang ngang 86 Hình 6: Mặt sau cấu sang ngang .86 Hình 7: Vị trí lắp đặt thiết bị hệ thống 87 Hình 8: Pallet 88 Hình 11: Relay trung gian 92 .98 Hình 4.1 sơ đồ nguyên lý .98 Hình 4.2 Đấu nối PLC 98 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung Hình 4.3: sơ đồ kết nối PLC với Arduino 99 Hình 4.4: Sơ đồ mạch đấu nối Driver TB6600 với động Step 99 Hình 5: Nguồn 24V – 10A .103 Hình 6: Bản vẽ mặt tủ điện 104 Hình 7: Bảng vẽ tủ điện 105 Hình 8: Hình ảnh 3D tủ điện 106 Hình 1: Hình ảnh mơ hình thực tế .108 Hình 2: Tủ điện hoàn chỉnh 108 Hình 5.3: Thuật tốn điều khiển gửi xe 109 Hình 5.4: Thuật tốn điều khiển lấy xe 110 Hình 5: Thuật tốn điều khiển vị trí Home 111 Hình 5.6 Sơ đồ mô 113 Hình 5.7: Sơ đồ khối 114 Hình 6.1: Kiểm tra thiết bị điện 115 Hình 6.2: Tiến hành đấu nối .115 Hình 6.3 Tủ điện hoàn chỉnh 116 Hình 6.4: Hệ thống hồn chỉnh sau lắp đặt 117 Hình 6.5: Cơ cấu hồn chỉnh sang ngang sau lắp đặt .118 Hình 6.6: Các thiết bị điện sau lắp 118 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tính dung lượng dịng sản phẩm PLC S7-1200 47 Bảng 2: Module 48 Bảng 3: Dữ liệu kiểu logic, Byte, Word .59 Bảng 4: Dữ liệu kiểu số nguyên 59 Bảng 5: Dữ liệu kiểu số thực .60 Bảng 6: Dữ liệu kiểu thời gian 61 Bảng 7: Dữ liệu kiểu ký tự, chuỗi .61 Bảng 8: Tổng hợp thiết bị thông số 95 Bảng 9: Đầu vào hệ thống 112 Bảng 10: Đầu hệ thống 112 Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, nhóm sinh viên thực xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy/Cô khoa Điện-Điện Tử , Trường Đại Học Bình Dương …… , người truyền đạt cho em kiến thức quý báu, dẫn định hướng cho nhóm q trình học tập Đây tiền đề để nhóm hoàn thành đề tài nghiệp sau Là sinh viên năm cuối Trường Đại Học Bình Dương, để tích lũy kiến thức kĩ nay, nhóm em xin chân thành cảm ơn …… tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm suốt thời gian thực Đồ Án Tốt Nghiệp Nhóm em xin phép gửi đến lời cảm ơn chân thành sâu sắc Kiến thức, kinh nghiệm, cách thức làm việc tâm nghề nghiệp khơng giúp đỡ nhóm hồn thành tốt đề tài mà cịn gương để nhóm học tập noi theo đường sau Cuối cùng, mặc dù cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt đảm bảo thời hạn kiến thức hạn hẹp nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn sinh viên thơng cảm Nhóm mong nhận ý kiến Thầy/Cô bạn sinh viên Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung LỜI NÓI ĐẦU Trước hội nhập kinh tế giới, cơng nghiệp nước ta nói riêng nước giới nói chung thời kỳ phát triển mạnh mẽ Nước ta xuất nhiều doanh nghiệp đầu tư nước ngồi nước, khơng mặt kinh tế, cơng nghiệp nước ta dần cải thiện quy mơ lẫn cơng nghệ, nhiều cơng ty xí nghiệp, nhà máy, khu cơng nghiệp hình thành Đi kèm với phát triển ấy, hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân, đặc biệt xe ô tô ngày tăng Điều kéo theo việc bãi giữ xe xây dựng ngày nhiều, đặc biệt thành phố lớn diện tích đất ngày hạn hẹp Từ đó, số chủ phương tiện đỗ xe vỉa hè lịng lề đường gây mỹ quan thị an tồn giao thơng Vì lý mà nhóm định tìm hiểu thực đồ án tốt nghiêp với đề tài “Thiết kế, thi công mơ hình nhà giữ xe tự động sử dụng PLC S71200 sủ dụng kết hợp RFID” nhằm góp phần để giải thực trạng áp dụng kiến thức học vào thực tiễn Trong đề tài này, nhóm dùng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm điều khiển toàn hệ thống, điều khiển giám sát liệu bằng HMI Ngồi ra, nhóm cịn ứng dụng cơng nghệ RFID, xử lý ảnh nhận diện biển số để tăng độ xác tính bảo mật hệ thống Với giải pháp hệ thống hồn tồn chạy cách tự động việc cất xe trả xe cho khách Bên cạnh đó, hệ thống chạy bằng tay để phịng có trường hợp phần mềm bị trục trặc hay thẻ Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 Chương Tổng Quan Chung Về Hê Thống Bãi Đỗ Xe GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE 1.1 Đặt vấn đề Kinh tế nhiều thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, … Việt Nam ngày phát triển với chất lượng sống ngày gia tăng dẫn tới việc sở hữu xe ô tô cá nhân khơng cịn vấn đề khó khăn số lượng xe ngày nhiều Ngồi ra, việc thị hóa mà nhiều nhà cao ốc xây dựng khu trung tâm thành phố, có nhiều cơng ty dịch vụ giải trí khiến cho lượng người tham gia giao thơng đơng kèm theo phương tiện lại cụ thể xe ô tô con, ô tô chở người, ô tô chở hàng,… đến khu vực trung tâm nhiều Trong đó, quỹ đất khu vực đô thị ngày hạn chế Phương tiện giao thông đè nặng áp lực lên sở hạ tầng đô thị đà phát triển không ngừng Một giải pháp giải toán khan mặt bằng cho bãi đỗ xe sử dụng bãi đỗ xe tự động Hiện nay, nhiều tòa nhà thiết kế xây dựng bãi đỗ xe tầng hầm sử dụng công nghệ quản lý bãi xe tự động Các bãi giữ xe thường kết hợp hệ thống điều khiển thông minh (PLC), Camera theo dõi dõi sử dụng đầu vào cho hệ thống tự động nhận dạng biển số xe, cảm biến phát có xe Từ giúp kiểm sốt quản lí phương tiện vào với chức như: - Quản lý phương tiện bằng thẻ từ - Giám sát bằng camera - Kiểm sốt hình thức gửi xe Hình vẽ 1.1 sau minh họa cửa vào bãi đỗ xe tòa nhà với hai cổng vào hai cổng phòng điều khiển: Đồ Án Tốt Nghiệp 10 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061 Phan Phụng Thức 17020064 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 204 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 205 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 206 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 207 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 208 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 209 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 210 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 211 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 212 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 213 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 214 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục Đồ án tốt nghiệp 17020064 GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung 215 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO #include #include int PinRST = 9; int PinSDA = 10; int UID[4], i; int ID1[4] = {195, 251, 241, 167}; int ID2[4] = {03, 111, 216, 167}; int ID3[4] = {145, 231, 243, 27}; int ID4[4] = {243, 141, 79, 147}; int ID5[4] = {03, 240, 86, 147}; int ID6[4] = {67, 21, 86, 147}; int ID7[4] = {115, 37, 70, 147}; int ID8[4] = {243, 234, 67, 147}; int ID9[4] = {147, 43, 88, 147}; int ID10[4] = {19, 06, 41, 168}; int ID11[4] = {83, 206, 166, 167}; int ID12[4] = {227, 139, 118, 168}; MFRC522 My_mfRC522(PinSDA , PinRST); const int SIG =2; const int EN = 7; const int controlPin[4] = {3, 4, 5, 6}; int loopDelay = 1000; const int muxTable[12][4] = { {0, 0, 0, 0}, {1, 0, 0, 0}, {0, 1, 0, 0}, {1, 1, 0, 0}, {0, 0, 1, 0}, {1, 0, 1, 0}, {0, 1, 1, 0}, {1, 1, 1, 0}, {0, 0, 0, 1}, {1, 0, 0, 1}, {0, 1, 0, 1}, {1, 1, 0, 1}, }; void setup() { Đồ án tốt nghiệp 17020064 216 SVTH: Phan Phụng Thức Lê Văn Đáp 17020061 Phụ Lục GVHD : TH.S Nguyễn Quang Chung for(int i=0; i