Trong đề tài nghiên cứu này, nhóm mong muốn thiết kế một hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động áp dụng cho các hệ thống siêu thị và trung tâm thương mại.. Hệ thống được điều khiển bởi chương
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Xe đẩy hàng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong các hệ thống siêu thị và trung tâm thương mại Tuy nhiên, vấn đề vệ sinh của xe đẩy hàng, đặc biệt là phần tay cầm, khiến mọi người lo lắng vì đây là nơi tiếp xúc trực tiếp với hàng hóa và tay người sử dụng, tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển Các phương pháp làm sạch xe đẩy hàng hiện nay còn nhiều hạn chế về kinh tế và linh hoạt Vì vậy, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp vệ sinh xe đẩy hàng hiệu quả và tiết kiệm là cần thiết, đặc biệt là ở Việt Nam, nơi mà vấn đề này vẫn chưa được quan tâm đúng mức.
Trong đề tài nghiên cứu này, nhóm đặt mục tiêu thiết kế một hệ thống rửa xe và đẩy hàng tự động tiên tiến, áp dụng cho các hệ thống siêu thị và trung tâm thương mại hiện đại Hệ thống này được kỳ vọng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn, tiết kiệm chi phí vận hành, dễ dàng sử dụng, đảm bảo an toàn và giảm thiểu lượng nước tiêu thụ.
Hệ thống rửa xe đẩy tích hợp mang đến hai chức năng cơ bản là rửa và sấy khô, giúp tối ưu hóa quá trình làm sạch xe Với việc được điều khiển bởi chương trình PLC hiện đại, hệ thống này cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình làm sạch bên trong khoang rửa, mang đến hiệu quả cao và tiết kiệm thời gian.
[1] Jiacheng Cai, Cenan Chen, Chunhong Yang (2016) Design and Control of
Trailer Based Shopping Cart Washing System, Department of Mechanical
Engineering, Blekinge Insitute of Technology, Karlskrona, Sweden.
Mục tiêu
Thiết kế hệ thống rửa xe đẩy hàng trong siêu thị thỏa mãn và đáp ứng các yêu cầu sau:
- Đảm bảo rửa được sạch sẽ toàn bộ xe đẩy hàng Loại bỏ các vết bẩn và các vi khuẩn tồn tại trên xe
Việc rửa xe có thể được thực hiện đồng thời với tối đa 4 xe cùng một lúc, giúp đẩy nhanh quá trình và tiết kiệm thời gian chờ đợi đáng kể, đặc biệt là trong môi trường siêu thị hay trung tâm thương mại có lưu lượng xe lớn.
- Xe sau khi được rửa xong thì có thể sử dụng ngay Không cần phải mất thời gian chờ đợi xe khô ráo sau khi rửa
- Hệ thống có thể cài đặt được các thông số kỹ thuật để phù hợp với nhiều loại xe khác nhau.
Giải pháp
Để đáp ứng các mục tiêu được đặt ra thì cần những giải pháp sau:
Thiết kế thông minh với các vòi xịt và chổi quay từ nhiều hướng giúp đảm bảo xe được rửa sạch toàn bộ, loại bỏ bụi bẩn và vi khuẩn một cách hiệu quả Đồng thời, dung dịch sát khuẩn chuyên dụng được sử dụng để khử trùng và tiêu diệt các loại vi khuẩn gây hại có trên xe, mang lại sự an tâm cho người sử dụng.
- Thiết kế khoang rửa đủ dài để chứa được 4 xe cùng lúc
- Có hệ thống sấy nhiệt độ cao để sấy khô xe sau khi rửa
Người vận hành có thể dễ dàng tùy chỉnh các thông số của hệ thống phù hợp với từng loại xe khác nhau thông qua màn hình điều khiển và giám sát HMI, giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho xe.
Giới hạn
- Trong đề tài nhóm thiết kế hệ thống theo thực tế, phần thi công thì theo mô hình
- Đề tài chỉ thiết kế hệ thống rửa tối đa cho 4 xe
- Có thể điều chỉnh được các thông số như tốc độ động cơ bơm nước và tốc độ động cơ chổi quay
- Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ buồng gia nhiệt.
Nội dung nghiên cứu
Đề tài có những nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan: Giới thiệu đề tài, nêu ra mục tiêu, giải pháp và giới hạn của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trình bày thực trạng vệ sinh xe đẩy hàng ở siêu thị hiện nay, đưa ra các phương pháp để vệ sinh xe đẩy hàng
Chương 3: Tính toán và thiết kế: Từ các quy trình vận hành của hệ thống, nhóm đưa ra các thiết kế về cơ khí và điện, thiết kế bản vẽ cơ khí và sơ đồ khối của hệ thống, đồng thời đề xuất lựa chọn các thiết bị sử dụng trong hệ thống
Chương 4: Thi công hệ thống: Trình bày quá trình thi công hệ thống về phần cứng và phần mềm
Chương 5: Kết quả thực hiện: Trình bày các kết quả đạt được về phần xây dựng hệ thống và đưa ra các nhận xét đánh giá
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Đưa ra các kết luận về các công việc đã làm được trong đề tài và đề xuất các hướng phát triển cho đề tài trong tương lai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thực trạng vệ sinh xe đẩy hàng siêu thị
EMLab P&K, phòng thí nghiệm chất lượng không khí hàng đầu ở Bắc Mỹ, đã thực hiện một nghiên cứu về vấn đề vệ sinh của các xe đẩy loại xe đẩy dùng trong siêu thị Nghiên cứu này được tiến hành trên các mẫu xe đẩy thu thập từ nhiều loại cửa hàng khác nhau ở Mỹ, bao gồm cửa hàng tạp hóa truyền thống, cửa hàng giảm giá, siêu thị và cửa hàng cao cấp Kết quả cho thấy trung bình 5 chiếc xe đẩy từ mỗi loại cửa hàng đã được thu thập để xét nghiệm.
Kết quả thử nghiệm kiểm tra cho thấy, một chiếc xe đẩy trong siêu thị chứa lượng vi khuẩn gấp 361 lần so với các tay cầm cửa nhà vệ sinh Hơn 3/4 số xe đẩy tại các cửa hàng đã được phát hiện có chứa các loại vi khuẩn có hại, bao gồm Escherichia coli (E.Coli) và salmonella Những phát hiện này đã được đưa ra sau khi kiểm tra vệ sinh tại 4 loại cửa hàng, bao gồm cửa hàng tạp hóa truyền thống, siêu thị và các cửa hàng cao cấp.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hơn 90% vi khuẩn gram âm được tìm thấy trên khoảng 3/4 chiếc xe đẩy trong các cửa hàng và siêu thị, bao gồm cả E Coli và salmonella - những vi khuẩn có thể gây ra bệnh viêm phổi và các bệnh lây truyền qua đường tình dục như bệnh lậu Ngoài ra, các nhà khoa học cũng phát hiện ra sự hiện diện của Bacillus, một loại vi khuẩn liên quan đến ngộ độc thực phẩm Đặc biệt, 24% mầm bệnh trên tay cầm của xe đẩy được xác định là vi khuẩn gram dương, mặc dù chúng thường không gây hại như gram âm, nhưng vẫn có thể gây ra nhiều ca bệnh.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT nhiễm trùng da nguy hiểm "Giống như các vi khuẩn gram âm, các gram dương có thể mang ký sinh trùng và mầm bệnh gây hại cho con người" – theo báo cáo ghi nhận Chỉ dưới 1% lượng xe đẩy đã được kiểm tra dương tính với các bệnh giun, bệnh ngoài da, viêm phổi và ngộ độc máu Và mặc dù chỉ có số lượng ít, Bacillus cũng gây ra không ít vấn đề lo ngại liên quan đến ngộ độc, trong khi đó nấm men Cannadi – gây ra nhiễm trùng da cũng có mặt không ít Ngoài ra, Staphylococci cũng chiếm 1/3 trong số tất cả các ca nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra ở người
Việc chọn lựa thực phẩm sạch và được đóng gói tại siêu thị là điều cần thiết, nhưng ít người để ý đến việc vệ sinh tay cầm trên xe đẩy hàng sau khi chạm vào thực phẩm tươi sống Điều này vô tình tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh sản và tồn tại trên tay cầm, gây nguy cơ mắc bệnh cho người tiếp theo Mặc dù không phải tất cả vi khuẩn trên xe đẩy hàng đều gây bệnh nguy hiểm, nhưng vẫn có một tỉ lệ nhỏ vi rút nguy hiểm có thể gây bệnh trong thời gian có dịch bệnh Thực tế, các xe đẩy hàng trong siêu thị chứa nhiều mầm bệnh hơn cả những nơi được cho là bẩn nhất, nhưng lại thường xuyên bị bỏ qua trong việc vệ sinh.
Các phương pháp rửa xe đẩy hàng thường dùng
2.2.1 Vệ sinh theo cách thủ công
Phương pháp vệ sinh xe đẩy hàng truyền thống thường bao gồm phun chất tẩy rửa và rửa bằng nước áp suất cao, nhưng điều này đòi hỏi nhiều nhân lực, chi phí quản lý và đào tạo, đồng thời gây lãng phí nước lớn Ngoài ra, phương pháp thủ công này cũng để lại những mảng nước bẩn và bọt khí, làm giảm hiệu quả vệ sinh xe đẩy hàng Đặc biệt, với số lượng xe đẩy hàng lớn trong các siêu thị và trung tâm thương mại, việc vệ sinh thủ công mất nhiều thời gian và công sức mà hiệu quả không cao, và chỉ với một vòi xịt không thể đảm bảo xe được rửa sạch toàn bộ ngóc ngách.
Hình 2 2 Phương pháp vệ sinh theo cách thủ công
2.2.2 Dùng máy vệ sinh công nghiệp cố định
Dây chuyền rửa xe đẩy hàng cố định là hệ thống tự động hóa toàn bộ quá trình vệ sinh, từ phun thuốc, rửa đến sấy khô Tuy nhiên, việc di chuyển xe đẩy hàng từ siêu thị đến địa điểm vệ sinh gây tốn kém và hạn chế tính linh hoạt trong kinh doanh Trong thời gian vệ sinh, siêu thị sẽ không có đủ xe đẩy để phục vụ khách hàng, ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh hàng ngày.
Hình 2 3 Vệ sinh bằng máy công nghiệp
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.3 Máy vệ sinh xe đẩy hàng di động
Máy giặt di động dành cho xe đẩy hàng là giải pháp tích hợp tất cả các thiết bị trong một khoang rửa, cho phép người dùng dễ dàng di chuyển đến vị trí cần thiết Tuy nhiên, hạn chế của máy giặt này là chỉ có một cửa, dẫn đến việc người vận hành phải thực hiện nhiều thao tác lặp đi lặp lại như mở cửa, lấy xe đẩy đã rửa sạch ra, đẩy xe hàng tiếp theo vào và đóng cửa lại Điều này gây ra khối lượng công việc cao và không hiệu quả, mặc dù có sự trợ giúp của máy móc Việc cải thiện thiết kế máy giặt di động để giảm thiểu các thao tác thủ công là cần thiết để tăng hiệu quả làm việc.
Hình 2 4 Vệ sinh bằng máy rửa di động
Dựa vào các phương pháp rửa xe đẩy hàng đã nêu ta thấy:
Phương pháp vệ sinh theo cách thủ công có ưu điểm là dễ thực hiện nhưng nhược điểm lại rất tốn nhân lực và năng suất lại rất thấp
Phương pháp vệ sinh dùng máy công nghiệp cố định mang lại nhiều ưu điểm đáng kể, bao gồm khả năng rửa xe sạch sẽ và hiệu quả cao, đồng thời tăng năng suất đáng kể Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là máy chỉ được đặt cố định tại một địa điểm, do đó xe cần được vận chuyển đến địa điểm của máy, gây phát sinh chi phí vận chuyển đáng kể.
Phương pháp dùng xe vệ sinh di động sở hữu ưu điểm nổi bật là khả năng di chuyển linh hoạt, cho phép dễ dàng tiếp cận và rửa xe tại nơi cần thiết Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại hạn chế đáng kể, đó là mỗi lần rửa xe chỉ có thể phục vụ một số lượng xe nhất định, gây ra những bất tiện và hạn chế trong quá trình sử dụng.
1 xe và phải có người đưa xe vào và ra liên tục nên tính hiệu quả và năng suất cũng không cao
Nhóm đã đề xuất các phương pháp cải thiện nhược điểm của hệ thống tự động, giúp giảm nhân lực và khối lượng công việc đáng kể đồng thời tăng hiệu quả và năng suất vệ sinh Hệ thống tự động cho phép người vận hành hoặc khách hàng đưa xe đẩy lên băng tải chờ, sau đó xe đẩy sẽ được đưa vào khoang rửa, rửa và sấy khô hoàn toàn trước khi được đưa đến lối ra Điều này giúp tiết kiệm thời gian và không gây gián đoạn hoạt động trong siêu thị, đồng thời cho phép sử dụng xe đẩy ngay sau khi được rửa xong.
Phương pháp phun hóa chất rửa xe
Phun hóa chất tẩy rửa là bước quan trọng trong quy trình rửa xe đẩy hàng tự động, giúp đảm bảo chiếc xe sạch sẽ, khử vi khuẩn và tạo lòng tin cho khách hàng Để hóa chất bám dính lên bề mặt cần làm sạch, có thể áp dụng các phương pháp như dùng bình xịt bằng tay, trộn hóa chất vào nước và dùng dụng cụ lau chùi, hoặc đổ hóa chất trực tiếp Tuy nhiên, trong hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động, phương pháp sử dụng bơm phun hóa chất kết hợp với nước từ nhiều hướng khác nhau là lựa chọn tối ưu, giúp hóa chất bám lên nhiều nơi trên xe đẩy hàng, đảm bảo hiệu quả làm sạch cao nhất.
Các loại hóa chất dùng để rửa xe:
Dung dịch cồn có nồng độ từ 60-95% là một trong những loại dung dịch kháng khuẩn hiệu quả nhất hiện nay, giúp tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn, vi rút và nấm mốc gây hại.
Dung dịch chứa Chlorhexidine là một lựa chọn phổ biến trong các sản phẩm y tế nhờ vào khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ của nó Với khả năng tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn, Chlorhexidine mang lại hiệu quả cao trong việc ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh Ngoài ra, dung dịch chứa Chlorhexidine còn có tác dụng kéo dài, giúp duy trì hiệu quả kháng khuẩn trong thời gian dài hơn.
Dung dịch chứa Iodine là một giải pháp hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn và nấm mốc, thường được ứng dụng trong các sản phẩm chăm sóc da và vệ sinh Iodine có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, giúp loại bỏ nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc gây hại, mang lại lợi ích cho sức khỏe và làn da.
Dung dịch chứa Benzalkonium chloride là một giải pháp hiệu quả trong việc tiêu diệt các loại vi khuẩn và vi rút, giúp bảo vệ sức khỏe con người Benzalkonium chloride là một chất kháng khuẩn tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm chăm sóc và vệ sinh cá nhân, mang lại lợi ích tuyệt vời trong việc giữ gìn sự sạch sẽ và an toàn cho người dùng.
Dung dịch xà phòng khử khuẩn cho hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động là sản
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT được thiết kế đặc biệt để kháng khuẩn và có khả năng tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt xe đẩy hàng Nó chứa các thành phần chống vi khuẩn như triclosan hoặc các chất kháng vi khuẩn tự nhiên như tea tree oil Để sử dụng dung dịch này cần pha loãng theo tỷ lệ được hướng dẫn trên bao bì hoặc hướng dẫn sử dụng Ví dụ, có thể yêu cầu pha loãng 1 phần dung dịch xà phòng với 3 phần nước.
Phương pháp cọ rửa
Để đảm bảo hóa chất phân bố đều trên bề mặt xe đẩy và đạt hiệu quả làm sạch cao, quy trình rửa xe không thể thiếu khâu cọ rửa Đây là giai đoạn mà chổi quay được gắn vào đầu trục của động cơ sẽ xoay quanh trục khi động cơ hoạt động, tạo ra lực ma sát cần thiết để loại bỏ các vết bẩn Khi xe đẩy đi qua và tiếp xúc với chổi quay, lực xoay từ động cơ sẽ giúp chà sạch bề mặt xe, mang lại hiệu quả làm sạch tối ưu.
Phương pháp sấy khô
Các phương pháp làm đồ vật khô phổ biến hiện nay:
Phương pháp sấy khô bằng hơi gió là một kỹ thuật phổ biến, trong đó vật liệu được làm khô bằng gió tự nhiên hoặc với sự hỗ trợ của quạt Tốc độ làm khô phụ thuộc vào sức gió, do đó, muốn đạt được kết quả nhanh chóng, cần phải tận dụng tối đa sức gió tự nhiên hoặc điều chỉnh tốc độ quạt cho phù hợp.
Sấy khô bằng nhiệt độ cao là một phương pháp phổ biến, có thể tận dụng ánh nắng mặt trời hoặc sử dụng các dụng cụ gia nhiệt trong công nghiệp Tuy nhiên, trong hệ thống rửa xe, phương pháp này có nhược điểm là nhiệt độ phân bố không đều, dẫn đến khó khăn trong việc làm khô toàn bộ mọi nơi trên xe.
- Sự dụng khăn khô để lau: Cách này không sử dụng trong công nghiệp vì làm khô không triệt để
Nhóm chúng tôi đã kết hợp sấy nhiệt độ và thổi hơi vào làm khâu sấy khô trong hệ thống rửa xe này Khi không khí trong buồng được làm nóng, quạt sẽ thổi hơi nóng lên xe, giúp đẩy nhanh quá trình làm khô và mang lại hiệu quả cao hơn Điều này cho phép xe được làm khô triệt để hơn, giảm thiểu thời gian chờ đợi và tăng cường hiệu suất làm việc của hệ thống rửa xe.
Các phương pháp pháp điều khiển nhiệt độ sấy
2.6.1 Phương pháp điều khiển ON/OFF Đây là dạng điều khiển cổ điển nhưng vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay Phương pháp điều khiển ON-OFF còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay dùng khâu relay có trễ: cơ cấu chấp hành sẽ đóng nguồn để cung cấp năng lượng ở mức tối đa cho thiết bị tiêu thụ nhiệt nếu nhiệt độ đặt w(k) lớn hơn nhiệt độ đo y(k), ngược lại mạch điều khiển sẽ ngắt mạch cung cấp năng lượng khi nhiệt độ đặt nhỏ hơn nhiệt độ đo Khi đó công suất cấp cho sợi đốt cũng chỉ có 2 giá trị (nghĩa là 100% hoặc 0%) Cho nên bộ điều khiển tác động ON-OFF còn gọi là bộ điều khiển tác động
Một vùng trễ được tích hợp để hạn chế tần số đóng ngắt, giúp nguồn chỉ hoạt động khi sai số vượt quá giá trị ∆ Cụ thể, nguồn chỉ đóng khi sai số e(k) lớn hơn ∆ và ngắt khi e(k) nhỏ hơn -∆ Điều này dẫn đến nhiệt độ đo y(k) dao động quanh giá trị đặt w(k), với 2∆ được gọi là vùng trễ của relay, mang lại ưu điểm trong việc kiểm soát và ổn định hệ thống.
- Thiết bị tin cậy, chắc chắn, vận hành đơn giản, hệ thống luôn hoạt động được với mọi tải
- Tính toán thiết kế ít phức tạp và cân chỉnh dễ dàng
Sai số xác lập thường lớn hơn do hệ chỉ cân bằng động quanh nhiệt độ đặt và có thể thay đổi theo tải Tuy nhiên, nhược điểm này có thể được hạn chế bằng cách giảm vùng trễ trong mạch công suất Việc sử dụng phần tử đóng ngắt điện tử cho phép tăng tần số đóng cắt, từ đó cải thiện độ chính xác của hệ thống.
2.6.2 Phương pháp điều khiển liên tục (PWM)
Khi yêu cầu về mặt công nghệ ngày càng nghiêm ngặt, hệ thống kiểm soát nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ổn định và đáp ứng nhanh cho hệ thống gia nhiệt, đảm bảo hiệu suất và chất lượng cao cho các quá trình sản xuất.
Phương pháp điều khiển cổ điển ON/OFF đã bộc lộ nhiều hạn chế cố hữu, đòi hỏi sự thay thế bằng phương thức điều khiển tối ưu hơn, phù hợp với công nghệ hiện đại Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) đã được áp dụng hiệu quả, dựa trên nguyên lý điều khiển điện áp trung bình một cách tuyến tính và liên tục Ưu điểm nổi bật của phương pháp PWM là khả năng đáp ứng nhanh, giảm sai số xác lập, điều chỉnh công suất liên tục và tiết kiệm năng lượng, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều đối tượng điều khiển như tốc độ, nhiệt, chất lưu, mômen, vị trí,
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.6.3 Phương pháp điều khiển Fuzzy
Hoạt động của một bộ điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm và phương pháp rút ra kết luận theo tư duy của con người Sau khi được cài đặt vào máy tính trên cơ sở logic mờ, bộ điều khiển này có thể đưa ra quyết định chính xác dựa trên các quy tắc và logic được lập trình sẵn.
Một bộ điều khiển mờ bao gồm 3 khối cơ bản:
Ngoài ra còn có khối giao diện vào và ra như:
Bộ điều khiển mờ bao gồm 5 cấu trúc cơ bản, trong đó khối mờ hoá đóng vai trò quan trọng Chức năng chính của khối mờ hoá là chuyển đổi mỗi giá trị rõ của biến ngôn ngữ đầu vào thành một vectơ có số phần tử bằng số tập mờ đầu vào, giúp tạo nền tảng cho quá trình điều khiển mờ.
Thiết bị hợp thành mà bản chất của nó là sự triển khai luật hợp thành R được xây dựng trên cơ sở luật điều khiển
Khối giải mờ có nhiệm vụ chuyển tập mờ ngõ ra thành giá trị y0 (ứng với mỗi giá trị rõ x0 để điều khiển đối tượng)
Giao diện đầu vào đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp và chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang số, đồng thời cũng có thể tích hợp các khâu phụ trợ để thực hiện các bài toán động như tích phân, vi phân, giúp xử lý và phân tích dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả.
Giao diện đầu ra thực hiện chuyển đổi tín hiệu ra (từ số sang tương tự) để điều khiển đối tượng Ưu điểm:
Trong những trường hợp không xác định được mô hình toán của đối tượng hệ thống, phương pháp này tỏ ra đặc biệt hữu ích Nó cho phép đưa ra quyết định dựa trên giá trị ước lượng, ngay cả trong điều kiện thông tin không đầy đủ hoặc không chắc chắn, giúp tối ưu hóa quá trình ra quyết định.
Bộ điều khiển mờ sở hữu tính ước lượng trong điều kiện không chắc chắn, cho phép nó thích nghi với các tình huống không rõ ràng Tuy nhiên, vẫn chưa có phương pháp cụ thể nào đảm bảo việc lựa chọn tập mờ và luật mờ tối ưu cho bộ điều khiển, đòi hỏi sự nghiên cứu và phát triển tiếp tục để cải thiện hiệu suất của hệ thống.
- Chất lượng điều khiển hệ thống phụ thuộc vào số luật mờ, chất lượng luật mờ
PID là bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ với ba khâu lần lượt là: Khâu tỉ lệ Kp, khâu tích phân Ki, khâu vi phân Kd
Hình 2 6 Hàm truyền bộ điều khiển PID
Hình 2 7 Cấu trúc bộ điều khiển PID cơ bản
- Điều khiển tỉ lệ (Kp) có ảnh hưởng làm giảm thời gian lên và sẽ làm giảm nhưng không loại bỏ sai số xác lập
- Điều khiển tích phân (Ki) sẽ loại bỏ sai số xác lập nhưng có thể làm đáp ứng quá độ xấu đi
Điều khiển vi phân (Kd) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường sự ổn định của hệ thống, đồng thời giảm thiểu hiện tượng vọt lố và cải thiện đáng kể đáp ứng quá độ Khi tăng giá trị của Kp, Ki và Kd trong hệ thống vòng kín, mỗi bộ điều khiển sẽ có ảnh hưởng riêng biệt, tạo ra sự điều chỉnh tinh tế trong toàn bộ hệ thống.
Bảng 2 1 Bảng luật điều khiển thông số PID Đáp ứng vòng kín Thời gian lên Vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập
Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ki Giảm Tăng Tăng Loại bỏ
Kd Giảm nhỏ Giảm Giảm Không ảnh hưởng Ưu điểm: độ ổn định và độ tin cậy cao, đơn giản và dễ sử dụng
Nhược điểm: chỉ có thể điều khiển tuyến tính và độ chính xác không cao
Bộ điều khiển PID được lựa chọn để điều khiển nhiệt độ buồng sấy do đáp ứng yêu cầu và đặc tính của hệ thống Ưu điểm của bộ điều khiển PID là dễ dàng sử dụng và phổ biến, đồng thời nhiều bộ điều khiển trung tâm cũng hỗ trợ thư viện PID Điều này cho thấy PID là lựa chọn phù hợp nhất cho hệ thống, đặc biệt khi yêu cầu độ chính xác không quá cao.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Yêu cầu thiết kế
3.1.1 Yêu cầu thiết kế phần cơ
Khoang rửa cần được thiết kế chắc chắn, ổn định, chống nước và chịu được nhiệt độ cao để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình rửa xe Đồng thời, khoang rửa cũng cần có chiều dài phù hợp để có thể rửa được nhiều xe cùng một lúc, giúp tăng năng suất và tiết kiệm thời gian.
- Tất cả các thiết bị trong hệ thống đều được bố trí bên trong khoang rửa để đảm bảo an toàn cho hệ thống và người vận hành
Máy rửa xe đẩy hàng được thiết kế với phần băng tải chờ tiện dụng, cho phép người dùng dễ dàng đưa các xe đẩy hàng cần vệ sinh lên và chuẩn bị cho quá trình rửa Các xe đẩy hàng trên băng tải chờ sẽ được chuyển vào bên trong khoang rửa một cách tuần tự, đảm bảo quá trình vệ sinh diễn ra hiệu quả và an toàn.
- Bố trí các vòi xịt từ nhiều hướng để đảm bảo rửa sạch toàn bộ bề mặt xe đẩy hàng
- Cơ cấu chổi quay được đặt hai bên có nhiệm vụ cọ rửa các bề mặt bên hông của xe
Máy rửa xe được trang bị buồng gia nhiệt hiện đại, giúp tăng nhiệt độ của hệ thống Đồng thời, một quạt gió công suất lớn được đặt dưới buồng gia nhiệt, có nhiệm vụ thổi luồng nhiệt độ xuống khoang rửa, từ đó hỗ trợ quá trình sấy khô xe một cách hiệu quả.
3.1.2 Yêu cầu thiết kế phần điện
- Chương trình điều khiển cho hệ thống được xây dựng trên bộ điều khiển PLC và có hai chế độ chạy Auto và Manual
Bộ điều khiển PID được ứng dụng để điều khiển nhiệt độ sấy trong hệ thống, cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh giá trị đặt của nhiệt độ sấy theo yêu cầu cụ thể.
- Có giao diện điều khiển và giám sát hệ thống để người vận hành có thể điều khiển và giám sát quá trình vận hành một cách trực quan
Khi hệ thống gặp phải cảnh báo hoặc lỗi, một thông báo sẽ tự động xuất hiện trên màn hình giám sát, giúp người vận hành nhanh chóng nhận biết và xử lý kịp thời, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả của hệ thống.
Quy trình vận hành của hệ thống
- Đưa các xe đẩy hàng cần vệ sinh đến trước lối vào của khoang rửa đúng vị trí cho trước
- Kiểm tra lượng nước và dung dịch sát khuẩn đủ đáp ứng cho hệ thống vận
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Sau khi xác nhận đủ lượng nước trong bể chứa đạt yêu cầu, nhấn nút Start để hệ thống bắt đầu vận hành Để chuyển sang chế độ tự động, người dùng chỉ cần nhấn nút Auto trên màn hình giám sát, giúp hệ thống hoạt động một cách tự động và hiệu quả.
Quá trình rửa xe tự động được thực hiện thông qua sự kết hợp của băng tải và cơ cấu tay giữ, giúp kéo từng chiếc xe vào khoang rửa một cách tuần tự Đồng thời, cảm biến đặt tại lối vào khoang sẽ nhận biết sự có mặt của xe, kích hoạt các bơm rửa và động cơ chổi quay hoạt động theo quy trình đã định Các vòi xịt áp lực cao sẽ phun dung dịch sát khuẩn và nước từ nhiều hướng khác nhau, đảm bảo xe được vệ sinh toàn diện và sạch sẽ.
Sau khi hoàn thành giai đoạn vệ sinh bằng dung dịch sát khuẩn, xe sẽ được chuyển sang giai đoạn sấy khô quan trọng Tại đây, hệ thống gia nhiệt sẽ tự động kích hoạt khi có xe và nhiệt độ sẽ được điều chỉnh thông qua màn hình giám sát HMI bởi người vận hành Quạt gió công suất lớn sẽ thổi luồng khí nóng từ buồng gia nhiệt xuống, giúp sấy khô toàn bộ xe đẩy một cách hiệu quả.
Sau khi hoàn thành quá trình sấy khô, xe sẽ tự động di chuyển ra lối ra của khoang rửa và được đưa trở lại mặt đất, sẵn sàng để người vận hành nhận và sử dụng ngay mà không cần chờ khô ráo.
Khi hệ thống vận hành, nhấn nút Stop sẽ cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động cho đến khi hoàn thành quá trình vệ sinh tất cả các xe trong khoang rửa, sau đó mới dừng toàn bộ hoạt động Tuy nhiên, nếu muốn dừng hệ thống ngay lập tức, người dùng cần nhấn nút Emergency và để kích hoạt lại hệ thống, chỉ cần xoay nút Emergency về trạng thái ban đầu.
Thiết kế hệ thống
3.3.1 Thiết kế phần cơ khí
Hệ thống thực có kích thước ấn tượng, bao gồm chiều cao 2.5m, chiều rộng 1.6m và chiều dài 6.5m, cho phép khoang rửa có thể chứa tối đa 4 xe đẩy hàng cùng một lúc, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Dưới đây là các bản vẽ phần cứng của hệ thống
Hình 3 1 Bản vẽ phần cứng hệ thống
Hình 3 2 Bản vẽ phần cứng hệ thống
Hình 3 3 Bản vẽ phần cứng hệ thống
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Các vòi phun dung dịch sát khuẩn và nước được bố trí từ nhiều hướng để đảm bảo rửa sạch toàn bộ bề mặt xe
Hình 3 4 Bản vẽ bố trí các vòi phun
Hình 3 5 Bản vẽ bố trí các vòi phun
Hình 3 6 Sơ đồ khối của hệ thống
Khâu đầu tiên trong quy trình rửa xe đẩy hàng là đưa chúng vào khoang rửa Các xe đẩy hàng cần vệ sinh sẽ được sắp xếp hàng chờ ở lối vào của khoang rửa Tại đây, cơ cấu tay kéo sẽ thực hiện việc kéo từng chiếc xe vào bên trong khoang rửa một cách lần lượt và hiệu quả.
- Khâu vận chuyển: Có một băng tải bên trong khoang rửa sẽ đưa các xe đẩy hàng chạy tự động từ lối vào cho đến lối ra của khoang
Quy trình rửa xe được thực hiện bằng các vòi xịt áp lực cao, phun nước sát khuẩn và chất lỏng nóng vào xe, giúp loại bỏ các chất dơ lâu ngày và vi khuẩn gây bệnh Các vòi xịt được thiết kế đặt từ mọi hướng, đảm bảo xe được rửa sạch toàn bộ từ mọi góc độ Ngoài ra, hệ thống còn trang bị các chổi quay đặt hai bên, giúp làm sạch hiệu quả hai phần phía bên hông xe đẩy hàng.
Khâu sấy nhiệt độ cao là một giai đoạn quan trọng trong quá trình làm khô xe đẩy hàng Tại đây, một buồng kín được thiết kế để gia nhiệt cho hệ thống, với các thanh gia nhiệt công suất lớn và cảm biến đo nhiệt độ được lắp đặt để đảm bảo nhiệt độ ổn định Bên cạnh đó, một động cơ quạt gió lớn được đặt dưới buồng gia nhiệt, có nhiệm vụ thổi luồng nhiệt độ xuống khoang rửa, giúp sấy khô xe đẩy hàng một cách hiệu quả.
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Khâu điều khiển đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, nơi sử dụng bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) để tự động hóa quá trình điều khiển các thiết bị Bộ điều khiển PLC có khả năng thích ứng với nhiều nhiệm vụ điều khiển khác nhau, đồng thời giúp tiết kiệm không gian lắp đặt và cho phép thay đổi chương trình một cách linh hoạt, dễ dàng kiểm tra và chỉnh sửa.
Màn hình giám sát đóng vai trò quan trọng trong hệ thống rửa xe, cho phép người vận hành theo dõi và kiểm soát hoạt động của hệ thống một cách dễ dàng Thông qua màn hình, người dùng có thể giám sát trạng thái của các thiết bị, nhiệt độ sấy, số lượng xe đang rửa và đã rửa xong, cũng như nhận cảnh báo về các lỗi của thiết bị Ngoài ra, màn hình cũng cho phép người dùng điều khiển và vận hành hệ thống linh hoạt, bao gồm chuyển đổi giữa chế độ chạy tự động và bằng tay, cũng như thay đổi và cài đặt giá trị nhiệt độ sấy theo nhu cầu.
Các thiết bị sử dụng trong hệ thống
3.4.1 Bộ điều khiển trung tâm
Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị được sử dụng làm bộ điều khiển trung tâm, bao gồm Arduino, Raspberry, vi điều khiển và PLC Tuy nhiên, bộ điều khiển PLC là lựa chọn phổ biến trong công nghiệp nhờ vào nhiều ưu điểm và khả năng đáp ứng hầu hết các yêu cầu điều khiển Các dòng PLC đến từ nhiều hãng khác nhau như Siemens, Mitsubishi, Delta, Rockwell, Schneider và Omron đang được sử dụng rộng rãi, mỗi dòng đều có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng mục đích sử dụng cụ thể.
Trong đề tài này, với quy mô của hệ thống thì nhóm sẽ chọn PLC Siemens S7-
1200 làm bộ điều khiển trung tâm
Hệ thống sử dụng CPU S7-1200 1214C DC/DC/DC 6ES7 214-1AG40-0XB0
Hình 3 7 CPU 1214C DC/DC/DC và sơ đồ kết nối
- I/O tích hợp: 14DI – 24VDV, 10DO – 24VDC
- Ngõ vào tương tự: 2AI 0-10V, 4-20mA
- Bộ nhớ làm việc: 100 kbyte
3.4.2 Module mở rộng Analog Input Để đáp ứng về yêu cầu điều khiển thì ngoài bộ điều khiển PLC thì cần phải có thêm các module mở rộng như module Analog Input, Analog Output
Hình 3 8 Module SM1231 4xAI RTD và sơ đồ kết nối
- Tên sản phẩm: SM 1231 AI 4 x RTD x 16 bit
- Số ngõ vào analog: 4; Resistance thermometer
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.4.3 Module mở rộng Analog Output
Hình 3 9 Module SM 1232 Analog output và sơ đồ kết nối
- Tên sản phẩm: SM 1232, AQ 2x14 bit
- Số ngõ ra analog: 2; Current or voltage
3.4.4 Màn hình HMI Để người vận hành có thể điều khiển và giám sát thì hệ thống cần có một màn hình HMI Màn hình HMI là một giao diện cho phép con người giao tiếp với máy móc thiết bị Màn hình HMI cũng có rất nhiều hãng và kích thước, do bộ điều khiển trung tâm hệ thống đã sử dụng PLC Siemens nên nhóm cũng sẽ chọn HMI Siemens để đồng bộ với nhau
Màn hình HMI KTP700 BASIC DP 6AV2123-2GA03-0AX0
Hình 3 10 Màn hình HMI KTP700
- Dòng sản phẩm: KTP700 Basic color DP
- Thiết kế: Thiết kế màn hình hiển thị màn ảnh rộng TFT, đèn nền LED
- Kích thước màn hình: 7 inch (154.1 x 85.9 mm)
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 11 Biến tần G120 và sơ đồ kết nối
- Điện áp nguồn cung cấp: 200 - 480VAC, 3 pha
- Tần số nguồn cung cấp: 50/60 Hz
- Dòng định mức: từ 0.75 đến 132 kW
- Dòng tối đa: từ 2.5 đến 305 A
- Tần số định mức: 0 - 650 Hz
- Điều khiển động cơ: Vector control, V/f control
- Các chức năng bảo vệ: Quá dòng, quá tải, quá áp, quá nhiệt, ngắn mạch
- Giao tiếp: Modbus RTU, Profinet, Profibus, Ethernet
- Điều khiển: Keypad, điều khiển từ xa
- Các tính năng khác: Tự động điều chỉnh tốc độ, chức năng đồng bộ hóa, chức năng bù lệch tần số, chức năng tự động tìm kiếm tần số
Khi lựa chọn động cơ cho băng tải trong một hệ thống, cần xem xét đến các yếu tố quan trọng như khối lượng hàng hóa, tốc độ quay một vòng, chiều dài băng tải, hiệu suất hoạt động và hệ số ma sát để đảm bảo băng tải hoạt động hiệu quả và ổn định.
Công suất = Tải trọng x Vận tốc x Hệ số tỉ trọng vật liệu x Hệ số ma sát giữa băng tải và vật liệu / Hiệu suất hệ thống
Hệ thống rửa xe đẩy hàng trong siêu thị thường yêu cầu cân nặng trung bình của xe đẩy hàng từ 30-40kg, với khả năng chứa tối đa 4-5 xe Để đáp ứng nhu cầu này, chiều dài băng tải cần thiết thường nằm trong khoảng 6,5-7m, với thời gian hoàn thành một chu trình rửa là 1-2 phút Dựa trên các thông số này, công suất cần thiết cho động cơ kéo băng tải thường nằm trong khoảng 0,5-1,5HP Một số hãng sản xuất động cơ kéo băng tải uy tín có thể kể đến như Mitsubishi với dòng FR-E700 Series, Rockwell với dòng PowerFlex 4M Series.
Trong môi trường làm việc với độ ẩm cao và băng tải kéo tải trọng lớn thì đề xuất cho hệ thống dùng động cơ SIMOTICS SD100
Hình 3 12 Động cơ SIMOTICS SD100
Xe đẩy hàng trong siêu thị thường được làm từ thép không gỉ hoặc nhôm, hai loại chất liệu này nổi bật với độ bền cao, khả năng chịu tải trọng lớn và dễ dàng vệ sinh, bảo trì Khi vệ sinh xe đẩy hàng, áp lực nước cần thiết phụ thuộc vào mức độ bẩn và loại bẩn trên xe, nhưng thông thường, áp lực nước khoảng 800 đến 1000 PSI (tương đương 55 bar đến 70 bar) là đủ để rửa sạch xe đẩy hàng.
Với hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động, xe sẽ được rửa thường xuyên, giúp tránh tình trạng lâu ngày không rửa Do đó, áp lực nước để rửa không cần quá cao, vì vậy nên chọn bơm rửa tạo áp lực nước khoảng 20 bar đến 30 bar là phù hợp cho hệ thống này.
Từ đó, chúng tôi đề xuất lựa chọn bơm rửa xe cao áp TT36, một thiết bị đa năng với 2 chế độ hoạt động: thấp áp và cao áp Ở chế độ thấp áp, bơm TT36 có thể được sử dụng để bơm và phun dung dịch khử khuẩn, chất tẩy rửa chuyên dụng cho xe, trong khi chế độ cao áp sẽ giúp bơm và phun nước rửa xe một cách hiệu quả.
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 13 Bơm rửa xe cao áp TT36
3.4.8 Van đóng mở cho dung dịch hóa học
Khi lựa chọn van để đóng mở các dung dịch hóa học, yêu cầu đặt ra là phải có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và chịu được môi trường khắc nghiệt Chính vì vậy, nhóm chúng tôi đề xuất sử dụng van điện từ 2W-200-20 PHI21, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí trên và đảm bảo an toàn, hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Với van điện từ 2W-200-20 PHI21
- Vỏ van được làm bằng đồng thau, giúp tăng độ bền và chịu được tác động của các chất ăn mòn
- Có thể được kết nối với các loại đầu nối khác nhau để dễ dàng lắp đặt và tháo rời
- Điện áp đóng mở van: Tùy chọn 12vDC, 24VDC, 220vAC
- Áp suất: 0.1 đến 2.0 MPA tương đương 1 đến 20 bar
- Nhiệt độ làm việc: 5C đến 80*C
3.4.9 Van đóng mở nước Đề xuất van điện từ Festo VZWP có khả năng chịu áp suất lên đến 40 bar và được thiết kế để chịu được các tác động từ nước và các chất lỏng có tính ăn mòn
Hình 3 15 Van điện từ Festo VZWP
- Điện áp hoạt động: từ 24VDC đến 230VAC
- Vật liệu vỏ bằng thép không gỉ, đồng thau hoặc nhựa
- Điều khiển bằng tín hiệu điện hoặc khí nén
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.4.10 Đầu vòi phun tăng áp Để đảm bảo xe được rửa sạch toàn bộ bề mặt thì hệ thống cần bố trí nhiều vòi phun từ nhiều hướng Các vòi phun phải có áp suất hoạt động phù hợp với áp suất của động cơ bơm vào khoảng 10-40 bar, đồng thời vòi phun còn có thể được điều chỉnh góc phun Hệ thống sử dụng đầu vòi phun áp lực cao S118
- Phạm vi phun: xấp xỉ 10m
Các xe đẩy hàng trong siêu thị hiện nay thường có trọng lượng khoảng 30kg-40kg và thiết kế đơn giản, dễ dàng vệ sinh Do đó, khi lựa chọn động cơ cho hệ thống chổi quay, công suất không cần quá lớn, khoảng 0.5-1.5HP và tốc độ quay từ 50 đến 200 vòng/phút là đủ để đáp ứng nhu cầu.
Việc lựa chọn động cơ quay chổi phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm tốc độ quay cần thiết của chổi và động cơ, độ bền và độ ổn định của động cơ, cũng như các yêu cầu cụ thể của hệ thống rửa xe.
Từ các yếu tố trên nhóm đề xuất Mô tơ giảm tốc 3 pha 2.2KW 3HP SH6
Hình 3 17 Động cơ giảm tốc 3 pha 2.2KW 3HP SH6
- Loại Mô tơ giảm tốc trục thẳng
- Kiểu lắp đặt : Mặt bích
- Điện áp sử dụng : 3 pha 220/380V 50Hz
3.4.12 Cảm biến quang điện Để nhận biết có xe vào hệ thống có rất nhiều cách như dùng cảm biến tiệm cận, cảm biến hồng ngoại, camera, …
Cảm biến để sử dụng cho hệ thống rửa xe đẩy hàng cần các tiêu chí như:
1 Độ chính xác và độ nhạy cao: Cảm biến cần phải có độ chính xác và độ nhạy cao để phát hiện chính xác các tình huống bất thường trong quá trình rửa xe, như vật cản, vật thể lạ, v.v
Các thiết bị được sử dụng trong mô hình thực nghiệm
Để đáp ứng nhu cầu thực tế của hệ thống, nhóm đã đề xuất các phương pháp và lựa chọn thiết bị phù hợp Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và kinh phí, cùng với việc các thiết bị đã chọn có giá cao và mất nhiều thời gian để nhập khẩu, nhóm đã quyết định thay thế bằng các thiết bị khác để mô phỏng hệ thống trong môi trường thực nghiệm Mặc dù các thiết bị thay thế này không đáp ứng đầy đủ yêu cầu của hệ thống thực tế, nhưng chúng vẫn đảm bảo phần nào nguyên lý hoạt động của hệ thống.
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Bảng 3 1 Bảng các thiết bị thay thế của hệ thống
Thiết bị theo thiết kế Thiết bị được sử dụng trong mô hình
PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC PLC S7-1500 1512C
Màn hình HMI KTP700 WinCC RT Professional Động cơ băng tải SIMOTICS
Bơm bịt rửa xe cao áp TT36 Bơm áp mini 365 12V/ 385 12V
Mô tơ giảm tốc 3 pha 3.7KW 5HP
RS385 Động Cơ DC 12VDC, 3800 rpm, Trục 2.3mm
Cảm biến quang điện BM3M-TDT2 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-
Thanh gia nhiệt, que điện trở nhiệt sấy khuôn 380V
Thanh gia nhiệt, que điện trở nhiệt sấy khuôn, 220V phi 10
Bộ điều khiển công suất SCR 3 Pha
25A Aoyi Relay bán dẫn Fotek SSR 40-LA Động cơ quạt gió 3 pha 380V TTC-
TF3 Motor quạt gió 12V 8x8cm
Sơ đồ kết nối
Bảng 3 2 Bảng địa chỉ các ngõ vào và ra PLC
Module Địa chỉ Kí hiệu Thiết bị Relay điều khiển
I0.3 2KF1 Relay nhiệt chổi quay 1 I0.4 2KF2 Relay nhiệt chổi quay
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Bản vẽ sơ đồ kết nối của hệ thống
Hình 3 23 Bản vẽ điều khiển thiết bị khu vực sấy
Hình 3 24 Bản vẽ điều khiển thiết bị khu vực rửa
Hình 3 25 Bản vẽ thiết bị truyền thông Profinet
Hình 3 26 Bản vẽ kết nối cảm biến số
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 27 Bản vẽ kết nối DI PLC
Hình 3 28 Bản vẽ kết nối DO PLC
Hình 3 29 Bản vẽ kết nối Module Analog Input
Hình 3 30 Bản vẽ kết nối Module Analog Output
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ giải thuật vận hành cho hệ thống
Hình 3 31 Lưu đồ tổng quát của hệ thống
Hình 3 32 Lưu đồ chế độ chạy Manual của hệ thống
Hình 3 33 Lưu đồ chế độ chạy Auto của hệ thống
THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công phần cứng
4.1.1 Băng tải chờ đưa xe vào hệ thống
Khi cần vệ sinh, xe đẩy hàng sẽ được đưa vào băng tải chờ Lúc này, cảm biến sẽ phát hiện xe chờ và kích hoạt xy lanh khí nén đẩy lần lượt các xe vào trong khoang rửa, đảm bảo quá trình làm sạch diễn ra hiệu quả và tự động hóa.
Hình 4 1 Băng tải chờ và xy lanh khí nén
Toàn bộ khoang rửa xe đẩy hàng của hệ thống
Bộ phận rửa thì có các vòi xịt dung dịch sát khuẩn và nước, chổi quay để vệ sinh hai bên hông của xe đẩy hàng
Hình 4 3 Các vòi xịt và chổi quay
Hệ thống sấy khô xe đẩy hàng được thiết kế với buồng sấy nhiệt độ cao, sử dụng thanh điện trở gia nhiệt công suất lớn để tạo ra luồng nhiệt mạnh mẽ Đồng thời, hệ thống còn được trang bị một quạt gió để thổi luồng nhiệt từ buồng gia nhiệt xuống khoang rửa, giúp sấy khô xe đẩy hàng một cách hiệu quả.
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Giao diện điều khiển và giám sát
Để đảm bảo người vận hành có thể dễ dàng điều khiển và giám sát hệ thống, việc thiết kế giao diện giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống là vô cùng quan trọng Giao diện HMI (Human Machine Interface) được nhóm thiết kế để đáp ứng yêu cầu này, cung cấp một nền tảng tương tác trực quan và hiệu quả Giao diện đăng nhập và hiển thị tổng quát các thông tin của đề tài là hai thành phần quan trọng đầu tiên trong thiết kế HMI, giúp người vận hành nhanh chóng tiếp cận và kiểm soát hệ thống.
Hình 4 5 Thiết kế giao diện đăng nhập Giao diện hiển thị tổng quát hoạt động của hệ thống
Hình 4 6 Thiết kế giao diện chính của hệ thống
Giao diện hiển thị dữ liệu số xe đang rửa và xe đã rửa
Hình 4 7 Thiết kế giao diện báo cáo dữ liệu số lượng xe đẩy hàng
Giao diện cài đặt của hệ thống
Hình 4 8 Thiết kế giao diện cài đặt
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Giao diện khu vực rửa của hệ thống
Hình 4 9 Thiết kế giao diện khu vực rửa Giao diện khu vực sấy của hệ thống
Hình 4 10 Thiết kế giao diện khu vực sấy
Giao diện hiển thị các cảnh báo và lỗi của hệ thống
Hình 4 11 Thiết kế giao diện cảnh báo
Đưa dữ liệu của hệ thống lên cơ sở dữ liệu SQL
Cơ sở dữ liệu SQL gồm các bảng dữ liệu:
- Bảng dữ liệu tài khoản: lưu trữ các tài khoản để đăng nhập vào website
- Bảng dữ liệu giá trị nhiệt độ cảm biến: lưu trữ các giá trị nhiệt độ cảm biến và thời gian tương ứng
Bảng dữ liệu các trạng thái của các thiết bị đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, giúp lưu trữ và quản lý thông tin về trạng thái hoạt động của từng thiết bị, bao gồm cả thời gian chạy và dừng tương ứng Điều này cho phép người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích hoạt động của các thiết bị, từ đó đưa ra quyết định chính xác và hiệu quả.
- Bảng dữ liệu cảnh báo: lưu trữ các cảnh báo và thời gian xảy ra cảnh báo của hệ thống
Hình 4 12 Các Database lưu trữ các dữ liệu của hệ thống
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4 13 Bảng lưu trữ dữ liệu tài khoản
Hình 4 14 Bảng lưu trữ dữ liệu giá trị cảm biến nhiệt độ
Hình 4 15 Bảng lưu trữ dữ liệu trạng thái từng thiết bị
Hình 4 16 Bảng lưu trữ dữ liệu các cảnh báo của hệ thống
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Kết quả về phần cứng
Các xe đẩy hàng cần vệ sinh sẽ được đưa vào băng tải chờ, sau đó xy lanh khí nén sẽ tự động đưa từng chiếc xe đẩy hàng vào bên trong khoang rửa, đảm bảo quá trình vệ sinh diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.
Khi xe vào khoang rửa, hệ thống sẽ tự động khởi động và bắt đầu quy trình làm sạch Bước đầu tiên là phun dung dịch khử khuẩn lên bề mặt xe, giúp loại bỏ các vi khuẩn có hại và tạo nền tảng cho quá trình rửa xe sạch sẽ và an toàn.
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Sau đó chổi quay đặt bên hông có nhiệm vụ cọ rửa mặt bên của xe đẩy hàng
Hệ thống sử dụng cọ rửa bằng chổi quay (Hình 5.3) để làm sạch xe đẩy Tiếp theo, hệ thống sẽ dùng bơm áp suất cao để phun nước vào xe, giúp loại bỏ các vết bẩn và làm sạch xe đẩy một cách hiệu quả.
Khi hệ thống được kích hoạt, buồng gia nhiệt sẽ khởi động để tạo ra luồng nhiệt sấy cho xe Nhiệt độ gia nhiệt sẽ được điều khiển một cách chính xác bằng bộ điều khiển PID, đảm bảo quá trình sấy diễn ra ổn định và hiệu quả.
Khi xe đẩy hàng đến khâu sấy thì quạt gió sẽ thổi luồng nhiệt độ cao để sấy khô cho xe
Hình 5 6 Sấy xe bằng nhiệt độ cao
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Xe đẩy hàng sau khi được sấy khô sẽ được đưa ra ngoài lối ra của khoang rửa
Hệ thống được trang bị các cảm biến thông minh để nhận biết số lượng xe đang rửa, giúp tối ưu hóa quá trình hoạt động Khi không còn xe nào trong khoang rửa, hệ thống sẽ tự động ngắt hoạt động của các thiết bị sau một thời gian nhất định, góp phần tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
Hình 5 7 Đưa xe ra khoang rửa
Giao diện điều khiển SCADA
Trang hiển thị thông tin tổng quan của đề tài, bao gồm tên đề tài, thông tin giảng viên hướng dẫn và người thực hiện Đồng thời, trang này cũng cung cấp các nút nhấn để người dùng có thể đăng nhập vào hệ thống và chuyển sang trang giao diện chính một cách dễ dàng.
Giao diện màn hình chính là trung tâm điều khiển của hệ thống, nơi hiển thị toàn bộ trạng thái vận hành để người vận hành có thể dễ dàng theo dõi và kiểm soát tổng thể hoạt động của hệ thống Giao diện này bao gồm các phần quan trọng, cung cấp cái nhìn tổng quan về hoạt động của hệ thống, giúp người vận hành nhanh chóng nắm bắt thông tin cần thiết.
Giao diện khu vực rửa là một tính năng quan trọng giúp người vận hành theo dõi và kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng Trên giao diện này, người dùng có thể hiển thị trạng thái hoạt động của các bơm và van, từ đó nhanh chóng phát hiện và xử lý các vấn đề phát sinh Ngoài ra, người vận hành cũng có thể điều chỉnh áp lực nước một cách linh hoạt thông qua các thanh trượt đặt trên giao diện, giúp tối ưu hóa quá trình rửa và đảm bảo hiệu quả làm sạch cao nhất.
Giao diện khu vực sấy đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát hoạt động của hệ thống sấy Thông qua giao diện này, người dùng có thể dễ dàng theo dõi trạng thái hoạt động của thanh gia nhiệt và quạt gió, đồng thời cập nhật nhiệt độ sấy hiện tại của hệ thống Điều này giúp người dùng kiểm soát và điều chỉnh quá trình sấy một cách hiệu quả và chính xác.
- Bảng điều khiển: gồm các nút nhấn để vận hành hệ thống
- Bảng trạng thái thiết bị: hiển thị chi tiết trạng thái hoạt động của từng thiết bị
Bảng nhiệt độ sấy là một tính năng quan trọng cho phép người dùng theo dõi giá trị nhiệt độ hiện tại và điều chỉnh giá trị đặt của nhiệt độ sấy một cách dễ dàng và chính xác.
- Bảng số lượng xe: hiển thị số lượng xe đang rửa và đã rửa
Hình 5 9 Giao diện màn hình chính của hệ thống
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Hình 5 10 Giao diện khi hệ thống có lỗi xảy ra
➢ Giao diện màn hình pop – up báo cáo theo dõi số lượng xe đẩy hàng
Giao diện này cung cấp thông tin chi tiết về dữ liệu nhiệt độ sấy, số lượng xe đang được rửa và xe đã rửa theo thời gian thực Điều này cho phép người dùng theo dõi và quản lý quy trình rửa xe một cách hiệu quả Ngoài ra, giao diện còn tích hợp nút nhấn làm mới dữ liệu, giúp người dùng cập nhật thông tin nhanh chóng và chính xác khi cần thiết.
Hình 5 11 Giao diện màn hình pop-up dữ liệu rửa xe đẩy hàng
➢ Giao diện màn hình cài đặt Ở giao diện này cho phép người vận hành điều khiển từng thiết bị trong hệ thống khi ở chế độ Manual
Hình 5 12 Giao diện màn hình cài đặt
➢ Giao diện màn hình khu rửa
Giao diện này chỉ hiển thị trạng thái khu vực rửa của hệ thống
Hình 5 13 Giao diện màn hình khu rửa của hệ thống
➢ Giao diện màn hình khu sấy
Giao diện này cung cấp thông tin về trạng thái khu vực sấy của hệ thống, đồng thời hiển thị các thông số điều khiển của bộ PID Thông qua nút nhấn OPEN TREND, người vận hành có thể dễ dàng theo dõi biểu đồ nhiệt độ, giúp họ giám sát và điều chỉnh hệ thống một cách hiệu quả.
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Hình 5 14 Giao diện màn hình khu sấy của hệ thống
➢ Giao diện màn hình cảnh báo
Hiển thị chi tiết các cảnh báo và lỗi của hệ thống để người vận hành nhận biết và có hướng xử lý kịp thời
Hình 5 15 Giao diện màn hình cảnh báo
Giao diện website hiển thị dữ liệu online
Khi người dùng muốn vào giao diện chính để giám sát dữ liệu thì phải cần đăng nhập đúng tài khoản ở trang đăng nhập
Hình 5 16 Giao diện đăng nhập
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Trang tổng quan sẽ có các thông tin tổng quan của hệ thống như tên đề tài, giảng viên hướng dẫn và thông tin người thực hiện đề tài
Trang dữ liệu cảm biến hiển thị các dữ liệu giá trị nhiệt độ sấy theo thời gian thực được tự động cập nhật liên tục mỗi 1 giây
Hình 5 18 Dữ liệu cảm biến nhiệt độ
Trang tìm kiếm cho phép người vận hành dễ dàng truy xuất giá trị nhiệt độ sấy theo thời gian yêu cầu Để thực hiện điều này, người dùng chỉ cần nhập khoảng thời gian mong muốn vào hai ô "StartTime" và "EndTime", sau đó hệ thống sẽ trả về kết quả theo yêu cầu.
Hình 5 19 Trang tìm kiếm giá trị cảm biến nhiệt độ theo thời gian
Trang lịch sử hoạt động cung cấp khả năng truy xuất trạng thái của từng thiết bị trong hệ thống theo thời gian yêu cầu, giúp người vận hành theo dõi và phân tích hoạt động của thiết bị một cách hiệu quả Để sử dụng tính năng này, người dùng cần nhập tên thiết bị vào ô Device, cùng với khoảng thời gian muốn truy xuất thông qua các ô StartTime và EndTime.
Hình 5 20 Trang hiển thị lịch sử hoạt động của từng thiết bị
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Trang Cảnh báo sẽ hiển thị các cảnh báo của hệ thống theo thời gian thực được cập nhật tự động sau mỗi 10 giây
Trang hiển thị cảnh báo của hệ thống cung cấp thông tin quan trọng cho người dùng, đồng thời trang thông tin liên hệ cũng được tích hợp để người dùng có thể liên hệ trực tiếp với người thực hiện đề tài khi cần thiết.
Hình 5 22 Trang thông tin liên hệ
Đánh giá kết quả đạt được
Đề tài thiết kế hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động nhìn chung đã đạt được các kết quả:
- Thiết kế được mô hình đạt được các yêu cầu và nguyên lý hoạt động của hệ thống thực
- Hệ thống có thể rửa được một lần tối đa 4 xe đẩy hàng
- Có thể điều chỉnh được tốc độ của bơm rửa và chổi quay đáp ứng được các yêu cầu của nhiều loại xe khác nhau
Bộ PID điều khiển nhiệt độ sấy đã được thiết kế thành công, mặc dù vẫn tồn tại sai số về nhiệt độ, nhưng điều này không đáng kể do hệ thống không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối về nhiệt độ sấy.
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát đóng vai trò quan trọng giúp người vận hành hệ thống dễ dàng hơn trong việc vận hành và quản lý Giao diện này cũng được tích hợp các dữ liệu và cảnh báo của hệ thống, cho phép người dùng giám sát và truy xuất dữ liệu một cách tiện lợi và hiệu quả.
- Giao diện website hiển thị dữ liệu online giúp người dùng có thể giám sát và truy xuất dữ liệu online từ xa.
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT
Hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động nhìn chung đã đạt được các kết quả sau:
- Thiết kế được hệ thống rửa xe đẩy hàng tự động dựa trên các yêu cầu và chức năng cần thiết được đặt ra
- Đảm bảo rửa sạch toàn bộ xe
- Nhờ có hệ thống sấy nhiệt độ cao nên xe sau khi rửa xong có thể sử dụng ngay mà không cần mất thời gian chờ đợi xe khô
- Các thiết bị và chức năng của hệ thống hoạt động ổn định
Giao diện điều khiển được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp, đảm bảo bố cục hợp lý và trực quan, giúp người vận hành dễ dàng tiếp cận, điều khiển và giám sát hệ thống một cách hiệu quả.
6.2 Hướng phát triển Đề tài sẽ có những hướng phát triển sau:
Việc tái sử dụng nước đã dùng là một giải pháp hiệu quả khi rửa số lượng lớn xe đẩy hàng, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể và giảm thiểu lãng phí tài nguyên Khi không có hệ thống tái sử dụng nước, việc cung cấp nước cho hệ thống sẽ trở nên tốn kém và cần một nguồn cấp nước liên tục Tuy nhiên, với hệ thống tái sử dụng nước, bạn có thể giảm thiểu chi phí và tránh lãng phí nước, đồng thời bảo vệ môi trường.
Thiết kế khoang rửa dài hơn là giải pháp hiệu quả giúp tăng cường năng suất làm việc, cho phép rửa và sấy nhiều xe cùng một lúc Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí đáng kể mà còn rút ngắn thời gian chờ đợi, mang lại sự tiện lợi và hài lòng cho khách hàng.
[1] Jiacheng Cai, Cenan Chen, Chunhong Yang (2016) Design and Control of Trailer Based Shopping Cart Washing System, Department of Mechanical
Engineering, Blekinge Institute of Technology
[2] ThS Nguyễn Tấn Đời, ThS Tạ Văn Phương (2008) Giáo trình Điều Khiển Lập
Trình, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh
[3] TS Ngô Văn Thuyên, KS Phạm Quang Huy (2017) Lập trình với PLC S7 1200 và S7 1500, Nhà xuất bản Thanh Niên
[4] Trần Văn Hiếu (2020) Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với Tia Portal, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
Một nghiên cứu cho thấy số lượng vi khuẩn trên xe đẩy trong siêu thị cao hơn đáng kể so với các bề mặt khác, cụ thể là nhiều gấp 361 lần so với nắm cửa nhà vệ sinh Điều này cho thấy việc sử dụng xe đẩy trong siêu thị có thể tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm vi khuẩn cao.