Hệ thống điều khiển thang máy không tiếp xúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY KHÔNG TIẾP XÚC MÃ SỐ: SV2022-32 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN TỪ GIA THỊNH SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY KHƠNG TIẾP XÚC SV2022-32 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Từ Gia Thịnh Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 191511A, khoa Điện – Điện từ Năm thứ:4/Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ kỹ thuật điều khiển Tự động hóa (Ghi rõ họ tên SV chịu trách nhiệm thực đề tài) Người hướng dẫn: TS Vũ Văn Phong TP Hồ Chí Minh, 11/2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI vi MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Covid 19 gì? Nguy lây nhiễm từ thiết bị công cộng 2.2 Hệ thống thang máy dân dụng 2.2.1 Giới thiệu thang máy 2.2.2 Công nghệ điều khiển vận hành hệ thống thang máy 2.3 Bộ điều khiển lập trình PLC 10 2.4 Động bước 12 2.5 Hệ thống SCADA xây dựng giao diện Winform 15 2.5.1 Hệ thống SCADA gì? 15 2.5.2 Winform gì? Tại nên xây dựng hệ thống SCADA Winform 16 2.6 Đặc điểm ứng dụng NodeMCU 17 2.7 Firebase dịch vụ tiện ích 19 2.7.1 Firebase gì? 19 2.7.2 Firebase Realtime Database 20 2.7.3 Firebase Hosting 20 2.8 Điều khiển giám sát thông qua webserver 21 i 2.9 Điều khiển giám sát thông qua ứng dụng thiết bị di động sử dụng hệ điều hành Android 23 2.9.1 Hệ điều hành Android gì? 23 2.9.2 Phần mềm Unity3D 24 2.9.3 Phát triển ứng dụng cho điện thoại di động sử dụng hệ điều hành Android Unity3D 25 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 26 3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị 26 3.1.1 Chọn điều khiển 26 3.1.2 Chọn động bước 27 3.1.3 Chọn mạch điều khiển động bước 28 3.1.4 Lựa chọn hình hiển thị 29 3.1.5 Lựa chọn vi điều khiển cho hình 30 3.2 Thiết kế khí 30 3.2.1 Yêu cầu thiết kế 30 3.2.2 Bảng vẽ thiết kế hệ thống 30 3.3 Thiết kế hệ thống điện 35 3.4 Thiết kế giao diện hệ thống SCADA Winform 37 3.5 Thiết kế webserver 39 3.6 Thiết kế ứng dụng cho thiết bị di động sử dụng hệ điều hành Android 42 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.1 Thi công phần cứng 45 4.2 Thi công phần mềm 47 Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 51 5.1 Mơ hình thang máy tầng 51 5.2 Giao diện SCADA Winform 53 5.3 Giao diện web giám sát điều khiển hệ thống 54 5.4 Giao diện app giám sát điều khiển điện thoại di động 57 ii Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 Kết luận 60 6.2 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Biểu đồ số ca mắc COVID-19 Việt Nam đến chiều 1/3 Hình 2.2 Cấu tạo thang máy Hình 2.3 PLC dịng S7-1200 Siemens 11 Hình 2.4 Cấu tạo động bước 12 Hình 2.5 Driver TB6600 điều khiển động bước 13 Hình 2.6 Sơ đồ bước phương pháp điều khiển dạng sóng (Wave) 14 Hình 2.7 Sơ đồ bước phương pháp điều khiển dạng bước đủ (Full step) 14 Hình 2.8 Sơ đồ bước phương pháp điều khiển dạng nửa bước (Half step) 14 Hình 2.9 Sơ đồ bước phương pháp điều khiển dạng vi bước (Microstep) 15 Hình 2.10 Hệ thống SCADA nhà máy 16 Hình 2.11 Giao diện thiết kế Winform phần mềm Visual Studio 17 Hình 2.12 Module NodeMCU 17 Hình 2.13 Sơ đồ chân NodeMCU 18 Hình 2.14 Logo Firebase 19 Hình 2.15 Cơ sở liệu thời gian thực Firebase 20 Hình 2.16 Firebase Hosting 21 Hình 2.17 Phương thức trao đổi liệu Web Server Client 22 Hình 2.18 Điện thoại sử dụng hệ điều hành Android 23 Hình 2.19 Giao diện thiết kế trò chơi Unity3D 24 Hình 2.20 Trị chơi phát triển Unity3D 25 Hình 3.1 PLC FX5U - 32MT/ES Mitsubishi Electric 26 Hình 3.2 Động bước Nema 17 - Size 42 28 Hình 3.3 Driver TB6600 28 Hình 3.4 Màn hình HMI 2.8inch Nextion 29 Hình 3.5 Góc nhìn tổng qt mơ hình thang máy tầng thiết kế 31 Hình 3.6 Góc nhìn tổng quát cấu gá động 32 Hình 3.7 Dây đai tính tốn khâu động 33 i Hình 3.8 Cơ cấu giữ cabin điện 33 Hình 3.9 Bố trí cấu truyền động cho động 34 Hình 3.10 Bảng điều khiển mơ hình thang máy tầng 35 Hình 3.11 Mạch động lực hệ thống 35 Hình 3.12 Sơ đồ ngõ vào PLC 36 Hình 3.13 Sơ đồ chia nguồn hạ áp cho thiết bị IoT 36 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối ngõ PLC với driver TB6600 động bước 37 Hình 3.15 Ngõ đèn nút nhấn kết nối với PLC 37 Hình 3.16 Hệ thống SCADA Winform 38 Hình 3.17 Cấu trúc liệu JSON Firebase Realtime Database 39 Hình 3.18 Quá trình trao đổi liệu web Firebase 40 Hình 3.19 Lưu đồ yêu cầu gọi tầng hệ thống web 41 Hình 3.20 Quá trình trao đổi liệu ứng dụng điện thoại với Firebase realtime database 42 Hình 3.21 Lưu đồ yêu cầu gọi tầng hệ thống ứng dụng 43 Hình 4.1 Mơ hình q trình thi cơng phần cứng 45 Hình 4.2 Chi tiết gá động pully truyền động 46 Hình 4.3 Cabin thang máy trình lắp ráp 46 Hình 4.4 Hệ thống điện trình thi công 47 Hình 4.5 Lập trình ngơn ngữ LAD cho PLC điều khiển chức thang máy tầng phần mềm GX Works3 47 Hình 4.6 Thiết kế giao diện SCADA Winform phần mềm Visual Studio 48 Hình 4.7 Lập trình chức SCADA phần mềm Visual Studio 48 Hình 4.8 Lập trình website phần mềm Visual Studio Code 49 Hình 4.9 Phát triển ứng dụng điện thoại di động hệ điều hành Android sử dụng Unity Editor 50 Hình 5.1 Bảng điều khiển mơ hình 51 Hình 5.2 Tổng quan mơ hình thang máy không tiếp xúc 51 ii Hình 5.3 Tổng quan phần cứng mơ hình thang máy tầng 52 Hình 5.4 Giao diện SCADA giám sát điều khiển hệ thống Winform 53 Hình 5.5 Giao diện SCADA giao diện ứng dụng thực tế 53 Hình 5.6 Giao diện web laptop với thiết bị thực tế 54 Hình 5.7 Giao diện điều khiển gọi tầng lên xuống web 54 Hình 5.8 Giao diện gọi tầng cabin web 55 Hình 5.9 Giao diện quan sát phòng web 55 Hình 5.10 Giao diện thơng tin liên hệ giảng viên web 56 Hình 5.11 Giao diện thơng tin liên hệ sinh viên thực web 56 Hình 5.12 Giao diện xác nhận gọi tầng thực tế 57 Hình 5.13 Giao diện ứng dụng thực tế 57 Hình 5.14 Giao diện ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android 58 Hình 5.15 Giao diện xác nhận gọi tầng ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android 58 Hình 5.16 Giao diện quét mã QR ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android 59 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Chức phận thang máy Bảng 2-2 Thông số kỹ thuật NodeMCU 18 Bảng 3-1 Thông số động bước Nena 17 - Size 42 27 Bảng 3-2 Thông số Driver TB6600 29 Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật NodeMCU 30 iv DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển Logic lập trình LAD Ladder Logic - Dạng hình thang FBD Function Block Diagram - Khối chức STL Statement List - Liệt kê lệnh SCADA Supervisory Control And Data Acquisition - Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu HMI Human-Machine-Interface - Thiết bị giao tiếp người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị CSDL Cơ sở liệu GUI Graphical User Interface - Giao diện đồ họa người dùng v Hình 5.8 Giao diện gọi tầng cabin web Hình 5.9 Giao diện quan sát phịng web 55 Hình 5.10 Giao diện thơng tin liên hệ giảng viên web Hình 5.11 Giao diện thơng tin liên hệ sinh viên thực web 56 5.4 Giao diện app giám sát điều khiển điện thoại di động Hình 5.12 Giao diện xác nhận gọi tầng thực tế Hình 5.13 Giao diện ứng dụng thực tế 57 Hình 5.14 Giao diện ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android Hình 5.15 Giao diện xác nhận gọi tầng ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android 58 Hình 5.16 Giao diện quét mã QR ứng dụng điện thoại hệ điều hành Android 59 Chương 6.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Đề tài phát triển thành cơng mơ hình thang máy tầng, phát triển ứng dụng SCADA giám sát điều khiển hệ thống, phát triển thành công website giám sát điều khiển hệ thống phần mềm giám sát điều khiển hệ thống hệ điều hành Android Về đánh giá góp mặt thi “Thiết kế, chế tạo, ứng dụng” lần thứ 10 – năm 2022 Đoàn niên cộng sản Hồ Chí Minh tổ chức, nhận phản hồi người dùng với thao tác dễ dàng ổn định trình sử dụng Với đóng góp lần này, đề tài “Hệ thống điều khiển thang máy khơng tiếp xúc” góp phần chung tay hạn chế dịch bệnh COVID-19 Những ứng dụng website nhằm hướng tới nâng cao trải nghiệm người dùng Với người dùng có yêu cầu cao mặt kỹ thuật dần chinh phục 6.2 Hướng phát triển Đề tài sử dụng quy mơ mơ hình thang máy, nhiên chưa đề cập đến yếu tố an toàn cửa Do hệ thống phát triển tiếp tục đề cao vấn đề an toàn, cho phép người dùng quan sát dự đoán thời gian đưa định trở nên dễ dàng sử dụng Với tảng ứng dụng phát triển Unity3D thực 2D, cịn lãng phí tài ngun để phát triển tiếp đề tài Với vẽ có sẵn tính cảm biến có, mơ hình trang bị thêm cảm biến tích hợp nhiều công nghệ khác Digital Twin vào hệ thống thang máy để giúp người dễ dàng việc vận hành bảo trì dự đốn lỗi thang máy 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Schmülling, P Laumen, and K Hameyer, “Improvement of a non-contact elevator guiding system by implementation of an additional torsion controller,” 2010 IEEE Energy Convers Congr Expo ECCE 2010 - Proc., pp 2971–2976, 2010, doi: 10.1109/ECCE.2010.5618232 [2] H ITO and M MORISHITA, “109 Development of Elevator Car Non-Contact Guide System,” Proc Elev Escalat Amus Rides Conf., vol 2005, no 0, pp 33–36, 2006, doi: 10.1299/jsmeearc.2005.33 [3] F Shuangchang, S Wenhao, L Yanchun, and W Chen, “Inspection of elevator brake wheel friction based on temperature analysis software,” 2021 IEEE 6th Int Conf Intell Comput Signal Process ICSP 2021, no Icsp, pp 1273–1276, 2021, doi: 10.1109/ICSP51882.2021.9408792 [4] M Ciotti, M Ciccozzi, A Terrinoni, W C Jiang, C Bin Wang, and S Bernardini, “The COVID-19 pandemic,” Crit Rev Clin Lab Sci., vol 0, no 0, pp 365–388, 2020, doi: 10.1080/10408363.2020.1783198 [5] Suckhoedoisong.vn, “Ngày 1/3: Số mắc COVID-19 nước lần đầu lên đến 98.762 ca; Hà Giang bổ sung 15.000 F0,” moh.gov.vn, 2022 https://moh.gov.vn/tin-lien-quan/-/asset_publisher/vjYyM7O9aWnX/content/ngay1-3-so-mac-moi-covid-19-ca-nuoc-lan-au-len-en-98-762-ca-ha-giang-bo-sung-hon15-000-f0 [6] H M Elbadawy et al., “The detection of SARS-CoV-2 in outpatient clinics and public facilities during the COVID-19 pandemic,” J Med Virol., vol 93, no 5, pp 2955–2961, 2021, doi: 10.1002/jmv.26819 PHỤ LỤC // -Test Set and Get Data from Firebase Realtime Database #include #include #include #include #define ON_Board_LED // > Defining an On Board LED, used for indicators when the process of connecting to a wifi router // -String cabinCode = ""; String cabinCodeTemp = ""; int connectionStatus = 0; int connectionStatusTemp = 0; int wasPrinted = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); delay(500); WiFi.begin(ssid, password); // > Connect to your WiFi router Serial.println(""); pinMode(ON_Board_LED, OUTPUT); // > On Board LED port Direction output digitalWrite(ON_Board_LED, HIGH); // > Turn off Led On Board // Wait for connection Serial.print("Connecting"); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); // Make the On Board Flashing LED on the process of connecting to the wifi router digitalWrite(ON_Board_LED, LOW); Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print("."); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); delay(250); digitalWrite(ON_Board_LED, HIGH); Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print(" "); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); delay(250); Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print(" "); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); delay(250); // -} // -digitalWrite(ON_Board_LED, HIGH); // > Turn off the On Board LED when it is connected to the wifi router // If successfully connected to the wifi router, the IP Address that will be visited is displayed in the serial monitor Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print("Good"); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.print("t4.pco="); Serial.print("1024"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.println(""); Serial.print("Successfully connected to : "); Serial.println(ssid); Serial.print("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); Serial.println(); // // Firebase Realtime Database Configuration Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH); // -} void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: // Command or code to get data from Firebase Realtime Database if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { connectionStatus = 0; } else { connectionStatus = 1; } if (connectionStatusTemp != connectionStatus) { wasPrinted = 0; connectionStatusTemp = connectionStatus; } if ((connectionStatus == 0) && (wasPrinted == 0)) { Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print("Bad"); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.print("t4.pco="); Serial.print("63488"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); wasPrinted = 1; } else if ((connectionStatus == 1) && (wasPrinted == 0)) { Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print("Good"); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.print("t4.pco="); Serial.print("1024"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); wasPrinted = 1; } cabinCode = Firebase.getString("Verify/NodeCodeCabin"); if (cabinCode != "" && cabinCode != cabinCodeTemp) { cabinCodeTemp = cabinCode; Serial.print("qr0.txt="); Serial.print('"'); Serial.print(cabinCode); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.print("t1.txt="); Serial.print('"'); Serial.print(cabinCode); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); } else if (Firebase.failed()) { // Conditions for handling errors Serial.print("Getting /Value failed :"); Serial.println(Firebase.error()); Serial.print("t4.txt="); Serial.print('"'); Serial.print("Error"); Serial.print('"'); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.print("t4.pco="); Serial.print("63488"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); delay(500); return; } // -delay(1000); //delay(5000); // For other examples of FirebaseArduino, look in File -> Examples -> FirebaseArduino }