Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống rửa xe máy tự động

LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

Lựa chọn thiết bị cơ khí 60 1 Khung

 Có độ vững chắc cao.

 Chịu được áp lực tốt.

SVTH: Hoàng Thanh Phụng GVHD: TS Nguyễn Thị Ái Lành

- Hiện nay thì vật liệu làm khung có rất nhiều loại với mẫu mã đa dạng và giá thành khác khác nhau với yêu cầu lựa chọn ra một vật liệu làm khung đạt chất lượng tốt đáp ứng được các yêu cầu đề ra thì sau đây nhóm em sẽ đưa ra một số vật liệu làm khung điển hình để tham khảo như sau :

Nguyễn Văn Hiệu a Thép hộp

 Với vô vàn những ưu điểm đã được nêu ở trên thì thép hộp cũng còn một số những khuyết điểm nhỏ đấy chính là thép độ nhám thấp, tính thẩm mỹ không cao

 Chịu ảnh hưởng trực tiếp từ những nguyên tố như cacbon, mangan, silic, photpho, lưu huỳnh Nếu thiếu đi một trong những nguyên tố cấu thành này thì độ bền của thép sẽ không được đảm bảo.

Nguyễn Văn Hiệu b Nhôm định hình

 Nhôm định hình được đánh giá là có độ bền rất cao, có lớp màng oxy hóa nên nhôm không bị oxy hóa tiếp, đặc biệt độ dày của nhôm thường từ 1.4mm – 3.5mm.

 Khả năng chịu được áp lực cao, cứng cáp hơn trong những môi trường có điều kiện làm việc khắc nghiệt.

 Làm việc ngay trong cả những thời tiết khắc nghiệt nhất.

 Có khả năng chống hơi nước cao

 Chưa có nhiều mẫu mã cho khách hàng lựa chọn.

 Chưa được phổ biến rộng rãi

Từ những yêu cầu đã đề ra thì chúng em đã phân tích và đã chọn được vật liệu để làm khung cho hệ thống đó là Nhôm Định Hình để lắp đặt.

4.1.2 Tấm định hình xe vào

Hình 4.4 Tấm định hình dẫn xe vào

 Chịu được áp lực tốt.

- Dối với vật liệu làm tấm định hình dẫn xe vào hiện nay nay trên thị trường đang có rất nhiều vật liệu với nhiều chủng loại và mẫu mã khác nhau sau đây nhóm em trình bày một số vật liệu tiêu biểu nhằm mục đích để lựa chọn ra một vật liệu tốt nhất phù hợp nhất để làm vật liệu thi công phần tấm định hình dẫn xe vào như sau :

 Gỗ tự nhiên thường có độ bền rất cao như gỗ Trắc, gỗ Đinh Hương, gỗ

 Giá trị thẩm mỹ rất đẹp – nên thường được sử dụng để gia công, thiết kế bàn ghế, tủ đồ, xây nhà…

 Gỗ có thể hoạt động sản xuất trong không khí có nhiệt độ thấp bởi việc hấp thụ độ ẩm, cùng khả năng chống độ ẩm cao

 Không có khả năng chống lão hóa từ môi trường Một số biểu hiện thường gặp khi gỗ bị lão hóa như thối gỗ, gỗ bị phân rã và phá vỡ.

 Khó làm sạch do bề mặt gồ ghề.

 thiết kế ra nhiều hình dạng khác nhau là còn thấp và hạn chế.

Nguyễn Văn Hiệu b Nhựa mica

 Nhựa thường cứng, rắn, và không giòn.

 Có khả năng chống ẩm cùng thiết kế đặc biệt từ nhựa nên có thể chống hơi hoàn toàn.

 Không quá mất nhiều thời gian và công sức trong việc chế tạo ra nhựa.

 nhựa dễ dàng để làm sạch với các chất tẩy rửa.

 Tùy thuộc vào loại nhựa có cứng, đàn hồi, chống vỡ, chịu nhiệt và kháng hóa chất hay không để định dạng.

 Khi làm việc dưới nhiệt độ môi trường quá cao và đặc biệt là tia UV làm cho nhựa trở nên giòn, phai màu và tuổi thọ sẽ bị giảm đi rất nhiều.

 Bề mặt sản phẩm sẽ sáng, bóng, mịn do được mạ lớp kẽm 20-30 micro bằng phương pháp lạnh

 Những sản phẩm sắt thép mỏng khi mạ lạnh sẽ không bị ảnh hưởng của nhiệt làm cho cong.

 Lớp mạ có độ bền thấp khoảng 2 – 5 năm khi để ngoài trời

 Kẽm có lớp mạ chỉ bám ở bề mặt ngoài đối với các sản phẩm nhưng rỗng bên trong.

Từ những yêu cầu đã đề ra thì chúng em đã phân tích và đã chọn được vật liệu để làm tấm định hình, dẫn hướng xe cho hệ thống đó là chất liệu nhựa để lắp đặt cho mô hình hệ

Lựa chọn thiết bị điện 68 1 Drive điều khiển động cơ bước

- Ngày nay thiết bị điện tử ngày càng phổ biến và phát triển từ đó đồng nghĩa với việc các thiết bị drive điều khiển động cơ bước ngày càng nhiều mẫu mã với nhiều chức năng đa dạng sau đay nhóm em xin đưa ra một số drive động cơ bước để tham khảo nhằm lựa chọn một con drive tốt nhất để lắp đặt hệ thống như sau: a Drive điều khiển động cơ bước TB6600

- Thông số: Điện áp đầu vào 24 - 40V Điện áp đầu ra 5 – 24V

Tính hiệu đầu vào cách ly quang học tốc độ cao

Tích hợp bảo vệ quá dòng Động cơ bước tương thích là 2 pha

Bảng 4 1 Bảng thông số Drive TB6600

Nguyễn Văn Hiệu b Drive điều khiển động cơ bước DRV 8225

Driver động cơ bước DRV8825 với đầy đủ các tính năng của môt driver chuyên nghiệp: điều chỉnh dòng giới hạn, vi bước (1/32 bước), bảo vệ quá dòng, quá nhiệt v.v

Hoạt động ở dải điện áp cao từ 8.2V đến 45V và có thể đạt được xấp xỉ 1,8A trên mỗi pha mà không cần tản nhiệt Driver có có các chân ra và bề mặt gần như đồng nhất với module A4988 vì vậy nó có thể dùng thay thế cho nhau trong nhiều ứng dụng khác nhau. c Driver điều khiển động cơ bước A4998

A4988 cho dòng Max là 2A, đủ để hoạt động các motor mena 17, đây là dòng thông dụng để làm máy in 3D Một máy in 3D cần ít nhất 4 step drive.

 Khi chạy thử 2 loại này cùng một loại máy thì chúng tôi thấy điều khiển động cơ bước A4988 cho động cơ chạy êm hơn, không rung và giá thành lại rẻ hơn DRV8825.

Từ các phân tích trên nhóm em chọn Driver TB6600 để điều khiển động cơ bước.

ĐỘNG CƠ BƠM NƯỚC 12V-EE1 71 4.4 CẢM BIẾN KHÔNG TIẾP XÚC 71 4.4.1 Cảm biến tiệm cận E3F-DS30P1

Hình 4 11 Động cơ bơm nước 12V-EE1

Công suất 3W Điện áp 12V DC

Dòng điện tiêu thụ 200 mA

Lưu lượng bơm 1.8 L/phút Áp suất nước 0.3 MPa

Bảng 4 2 Bảng thông số động cơ bơm nước

4.4 CẢM BIẾN KHÔNG TIẾP XÚC

 Thời gian đáp ứng nhanh

 Lập trình điều khiển đơn giản.

- Cảm biến là một linh kiện điện tử ngày nay hầu như tất cả các xí nghiệp từ lớn đến nhỏ từ đó cho ta thấy nhu cầu của con người ngày càng tăng đồng nghĩa với việc nhiều công ty sản xuất với nhiều mẫu mã đa dạng tùy theo nhu cầu của mỗi con người Hôm nay nhóm em sẽ đưa ra một số cảm biến để tham khảo nhằm mục đích chọn một cảm biến để đáp ứng đúng yêu cầu để lắp đặt hệ thống như sau:

4.4.1 Cảm biến tiệm cận E3F-DS30P1

Hình 4 12 Cảm biến tiệm cận PNP E3F-DS30P1

 Nguồn điện cung cấp: DC6~36V

 Khoảng cách phát hiện: 10~30cm.

 Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

 Dòng kích ngõ ra: 300mA.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa.

 Sơ đồ chân: o Nâu: +6V o Xanh: 0V o Đen: Tín hiệu ngõ ra

4.4.2 Cảm biện tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX NPN

Hình 4 13 Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX NPN

 Chất liệu vỏ : Kim loại

 Ngõ ra : NPN thường hở

 Khoảng cách phát hiện : 4mm

 Dòng điện ngõ ra : 300mA

 Phát hiện đối tượng : Kim loại, sắt

 Thường được sử dụng : Arduino, vi điều khiển, Máy công nghiệp

4.4.3 Cảm biến tiệm cận NPN - NC SN04-P2

Hình 4 14 Cảm biến tiệm cận NC SN04-P2

 Khoảng cách phát hiện : 5mm ± 10%

 Điện áp làm việc : 10~30 VDC

 Tần số tối đa : 500Hz

Từ những thông số đã đọc được từ các thiết bị trên nhóm em đã chọn cảm biến tiệm cận E3F-DS30P1 làm thiết bị nhận biết khi có xe vào trong hệ thống.

 Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.

 Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V.

 Dòng đáp ứng tối đa là 3A.

 Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm

- Nguyên lý hoạt động: Mạch giảm áp DC-DC Buck LM2596 3A có kích thước nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30VDC xuống 1.5VDC mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%), thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, robot,

-Nguồn tổ ong có chức năng:

Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử. Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch

Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao.

 Điện Áp Đầu Vào: AC 220V (Chân L và N)

 Điện Áp Đầu Ra: DC 24V 5A (Chân dương V+, Chân Mass-GND: V-)

 Điện áp ra điều chỉnh: +/-10%

 Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC

 Bảo vệ nhiệt độ cao

 Khả năng chống sốc: 10 ~ 500Hz, 2G 10min / 1 chu kỳ, thời kỳ cho 60 phút mỗi trục

 Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ~ + 60 , 20% ~ 90% RH℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH

 Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ~ + 85 , 10% ~ 95RH.℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH

Hình 4 17 Rơ le trung gian

Rơ le trung gian (Tiếng Anh là intermediate relays) có vai trò quan trọng trong các bảng mạch điện tử Nó là trung gian trong việc truyền tải tín hiệu từ khối điều khiển sang khối động lực Khối điều khiển ở đây là PLC, các bộ vi xử lý Còn khối động lực là các bộ khởi động từ (contactor), thiết bị đóng ngắt…

Công dụng quan trọng nhất của relay chính là bảo vệ mạch điện khỏi sự cố quá tải.

-Cấu tạo của Rơ le trung gian

Rơ le được cấu tạo từ hai phần chính là cuộn hút và mạch tiếp điểm.

Cuộn hút (nam châm điện) Gồm có lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây được dùng để cuộn cường độ, điện áp hay có thể cuộn cả điện áp lẫn cường độ Lõi thép động sẽ được định vị bằng một vít điều chỉnh găng bởi lò xo.

Mạch tiếp điểm (mạch lực) Gồm có tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch Tiếp điểm nghịch sẽ đảm nhận vai trò đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dòng nhỏ được cách ly với cuộn hút.

Với sự phát triển công nghiệp ngày nay, rơ le trung gian hay bất kì loại rơ le nào đều rất phổ biến Có rất nhiều nhà sản xuất rơ le nổi tiếng và phổ biến như: Omron, Fuji Electric, Panasonic, DEA IL, Mitsubishi, Schneider, Kacon, HONEYWELL….

Hình 4 18 Nút nhấn nhả không đèn LA38

- Nút nhấn nhả có đèn CML LA38 :

 Nút nhấn kiểu nhả (Tự nhả)

 Đèn báo điện áp 220VAC

 Công suất tiếp điểm: AC 660V; Ith: 10A

- Nguyên lý hoạt động: Nút gồm ba phần: cơ cấu truyền động, tiếp điểm cố định và rãnh Cơ cấu chấp hành sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào hình trụ mỏng ở phía dưới Bên trong là các tiếp điểm chuyển động và lò xo Khi nhấn nút, nó chạm vào một tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm Trong một số trường hợp, người dùng cần nhấn giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động Đối với các nút khác, chốt sẽ giữ nút mở cho đến khi người dùng nhấn lại nút.

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU

Thiết bị điều khiển Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC [1] 80 1 Giới thiệu về PLC Siemens S7-1200

5.1.1 Giới thiệu về PLC Siemens S7-1200

Hình 5 1 PLC S7-1200 1212C DC/DC/DC

PLC S7-1200 là thiết bị hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

- Tính năng và dung lượng của các dòng S7-1200:

Bảng 5 1 Thông số các loại PLC S7-1200

 Các bộ điều khiển SIMATIC khác.

- Hỗ trợ các giao thức kết nối:

- Một số tính năng nổi bật:

 Cổng truyền thông FROFILE NET được tích hợp sẵn.

 Các tính năng về điều khiển vị trí, điều khiển quá trình.

 Điều khiển hệ thống chiếu sáng.

 Điều khiển bơm cao áp.

Hình 5 3 Sơ đồ nguyên lý

5.3 CẤU HÌNH PHẦN CỨNG TRONG PHẦN MỀM TIA PORTAL [3]

Hình 5 5 Thiết lập cấu hình PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC

Hình 5 6 Kiểm tra IP PLC (mô phỏng có thể để mặc định)

Hình 5 7 Add thêm Win CC Runtime

Hình 5 8 Add thêm card IE general (PROFINET)

Hình 5 9 Đổi IP WinCC khác với IP PLC (nếu dùng PLC thật thì cần đổi IP tĩnh của máy tính trùng với IP WinCC)

Hình 5 10 Kết nối PN/IE và HMI_Connection

5.4 Màn hình sau khi thiết kế WINCC [3]

Hình 5 11 Giao diện WIN CC

5.5 Sơ đồ đấu nối thiết bị.

Hình 5 12 Sơ đồ đấu dây

CHƯƠNG 6 THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG

6.1 MÔ HÌNH CƠ KHÍ 6.1.1 Mô hình hoàn chỉnh

Hình 6 1 Mô hình hoàn chỉnh

6.1.2 Cơ cấu kẹp chặt xe và kéo

Hình 6 2 Cơ cấu kẹp chặt và kéo

Hình 6 3 Cơ cấu kéo và kẹp chặt xe

6.1.3 Cơ cấu đặt cảm biến

Hình 6 4 Cơ cấu cảm biến

6.1.4 Hệ thống quạt sấy khô

Hình 6 5 Hệ thống quạt sấy khô

Hình 6 6 Hệ thống vòi xịt

Hình 6 7 Hệ thống chổi lau

Sau một thời gian khảo sát nghiên cứu, tính toán và thiết kế Được sự hướng dẫn tận tình của cô TS Nguyễn Thị Ái Lành cùng với các thầy cô trong khoa cơ khí và với sự cố gắng, lòng nhiệt tình của các thành viên trong nhóm thực hiện đề tài, đến nay đồ án của nhóm chúng em với đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA XE MÁY TỰ ĐỘNG” đã hoàn thành. Ưu điểm:

 Sau khi hoàn thiện đề tài, sản phẩm hoạt động được như đã đề ra.

 Hoạt động ổn định trong thời gian dài.

 Kích thước gọn gàng, dễ lắp đặt, giao diện tùy chỉnh đơn giản, dễ sử dụng.

 Tính an toàn cao, thân thiện với người dùng.

 Dễ dàng nguyên cứu và mở rộng thêm.

 Rửa xe nhanh hơn so với rửa thủ công.

 Giảm chi phí đáng kể.

 Mức độ sạch: ước chừng khoảng 90%

 Tốc độ xử lý còn hơi chậm

 Hệ thống còn sơ sài

Rửa xe thủ công Rửa xe bằng máy

Số lượng công nhân 02 nhân công 1 công nhân vận hành máy

Thời gian rửa 25 phút 7 phút Độ sạch 95% 80%

Giá thành rửa 1 chiếc xe Từ 20.000 đến 30.000

Chi phí hàng tháng trả lương nhân công 12 triệu 6 triệu

Chi phí bảo trì mỗi năm 0 2 triệu

Chi phí ban đầu 0 50 triệu

So sánh lợi nhuận giữa sử dụng máy và công nhân Máy rửa xe Công nhân

50+(6*12) = 122 triệu/ năm đầu tiên 2*6*124 triệu/ năm

2+(6*12) t triệu/ năm thứ 2 2*6*124 triệu/ năm

Chi phí lợi nhuận hàng năm tính từ năm thứ 1:

144.000.000 – 122.000.000 = 22.000.000 vnd Chi phí lợi nhuận hàng năm tính từ năm thứ 2 trở về sau:

Bảng 5 2 Bảng so sánh rửa xe thủ công và rửa xe bằng máy

7.2 Kết luận Đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ rất quan trọng để đánh giá kết quả học tập và rèn luyện trong cả quá trình học Trong suốt quá trình thực hiện đề tài nhóm thực hiện đã được làm quen với các thiết bị trong lĩnh vực tự động hóa như cảm biến, PLC, động cơ, và đặc biệt được làm quen với những ứng dụng vô cùng hữu ích mà phần mềm TIA Portal.

Nhưng với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Như mô hình chưa giao tiếp được với thời gian thực mà qua các công tắc điều khiển tín hiệu đầu vào.

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và cô

TS Nguyễn Thị Ái Lành đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này Rất mong thầy cô và các bạn chỉ rõ nhưng sai sót hay cũng như những hạn chế trong đề tài để nhóm chúng em hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

1 https://mtee.vn/gioi-thieu-bo-lap-trinh-plc-s7-1200-siemens-mtee-vn/

2 https://batiea.com/bai-viet/tong-quan-ve-phan-mem-tia-portal-cua-siemens

3 Giáo trình lập trình PLC với S7- 1200 và S7 1500 tác giả TS Ngô Văn Thuyên, KS Phạm Quang Huy.

4 https://www.ebookbkmt.com/2018/10/o-thiet-ke-he-thong-rua-xe-tu-dong.html

5 Giáo trình truyền động cơ khi của tác giả Trịnh Chất- Lê Uyển

MÔ HÌNH CƠ KHÍ 94 1 Mô hình hoàn chỉnh