nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động

Về hệ thống điện, sử dụng phần mềm Eplan cùng với đầy đủ các tiêu chuẩn chung công nghiệp trong việc thiết kế bản vẽ hệ thống sơ đồ một sợi, sơ đồ nhiều sợi, tiêu chuẩn đặt tên và ký hiệ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết về thiết bị

Dòng PLC Siemens S7-1200 là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ chính xác cao và tốc độ xử lý nhanh Nó được thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng [1]

PLC S7-1200 của hãng Siemens có một giao diện truyền thông mạnh mẽ đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện [1]

Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm [1]:

- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng

- 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và

SB) - 2 module giao tiếp RS232/ RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

Copies for internal use only in Phenikaa University

12 - Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng diện áp 115/230 VAC và điện áp

PLC S7 1200 của Siemens hiện được ứng dụng rộng rãi trong: [1]

- Hệ thống băng tải - Dây chuyền sản xuất thực phẩm - Dây chuyền xử lý nước thải - Máy móc ngành dược phẩm - Dây chuyền nhà máy bia, rượu, nước giải khát - Máy móc ngành in ấn, bao bì, ngành nhựa -

Vì theo dự tính, dự án cần sử dụng 3 động có Step, vậy cần 3 chân xuất xung tốc độ cao của PLC Do đó, lựa chọn CPU PLC s7-1200 module 1214C

DC/DC/DC 6ES7 214-1AG40-0XB0

Stepper Motor (step motor) hay còn được gọi là động cơ bước là loại động cơ điện một chiều chuyển động theo các bước rời rạc, bao gồm nhiều cuộn dây được tổ chức theo nhóm (được gọi là pha) Bằng cách cung cấp năng lượng cho từng pha theo thứ tự, động cơ sẽ quay từng bước một Stepper Motor thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Roto và có khả năng cố định Roto vào những vị trí cần thiết [2]

Với một bước điều khiển bằng máy tính, động cơ có thể đạt được vị trí rất chính xác Chính vì điều này nên động cơ bước được lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng ụng điều khiển chuyển động chính xác [2]

Cấu tạo: Về cơ bản, Stepper motor bao gồm hai thành phần chính: Roto và

Stato Trong đó, Stato được cấu tạo bằng sắt từ, trên thân có nhiều rãnh nhỏ được thiết kế để đặt cuộn dây dễ dàng Roto (hay còn gọi là nam châm vĩnh cửu) được sắp xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận, kỹ lưỡng Những lá nam châm này được bố trí sắp xếp đối xứng với nhau và chia thành từng cặp [2]

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước rất khác biệt so với các động cơ thông thường khác, vì nó không quay theo các cơ chế mà thực hiện quay từng bước một rời rạc khi nhận được tín hiệu điều khiển, do đó có độ chính xác cao hơn, dễ điều khiển hơn [3] Động cơ bước cần có có bộ chuyển mạch điện tử, để đưa các tín hiệu lệnh điều khiển của bộ điều khiển, từ đó stato chạy từng bước quay theo đúng số thứ tự và tần số nhất định [3]

Tổng số góc quay của rotor sẽ phải tương ứng với số lần chuyển mạch của động cơ, đồng thời chiều quay và tốc độ quay của roto cũng tương ứng với số thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi của nó [3]

Với cơ chế hoạt động và điều khiển đặc biệt này, Động cơ bước có thể hoạt động hiệu quả và chính xác, vì có thể dừng lại ở góc bước nhỏ, đồng thời giúp máy

14 móc vận hành êm ái, hiệu quả hơn, hạn chế được ảnh hưởng tiêu cực do các vấn đề cộng hưởng lực so với các loại động cơ khác [3]

Ngày nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước, đó là: [3]

- Điều khiển dạng sóng - Điều khiển đủ bước - Điều khiển nửa bước - Điều khiển động cơ vi bước Động cơ Step có thể được phân loại theo Roto hoặc phân loại theo cực hoặc phân loại theo số pha [2] Ưu điểm của động cơ bước: [3]

- Có giá thành phải chăng, dễ tìm dễ mua

- Có thể linh hoạt điều chỉnh các góc quay để giúp công việc đạt hiệu quả cao nhất

- Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, dễ bảo dưỡng và thay thế linh phụ kiện khi cần

- Hoạt động bền bỉ, tuổi thọ cao, ít xảy ra sự cố do không dùng chổi than - Động cơ có mô-men xoắn tốt cho việc giữ vị trí

- Không bị ảnh hưởng do cộng hưởng lực gây ra như các loại động cơ khác

- Có nhiều sự lựa chọn để khách hàng chọn được sản phẩm phù hợp đáp ứng tốt nhất với nhu cầu sử dụng

Nhược điểm của động cơ bước: [3]

- Dễ hỏng, bị lỡ bước quay khi mô-men xoắn quá tải, hoặc bị trượt bước do nam châm vĩnh cửu yếu, nguồn điện tải vào yếu

- Động cơ có tiếng ồn lớn và sinh nhiệt lượng cao hơn khi hoạt động - Có tiêu hao dòng điện ngay cả khi không sử dụng

15 - Có công suất tỉ lệ mô-men xoắn quán tính thấp, nên không đáp ứng được các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao Ở dự án này ta sử dụng hai động cơ Step Nema17 và một động cơ Step Nema23

Driver điều khiển động cơ bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác [4]

Hình 1.1.3.1 Động cơ bước TB6600

Thông số Kỹ thuật Driver điều khiển động cơ bước TB6600: [4]

• Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

• Có tích hợp đo quá dòng quá áp

• Kích thước: 96*71*37 mm Cài đặt và ghép nối: [4]

• VCC: Nối với nguồn điện từ 9-40VDC

• GND: Nối vào dây điện áp âm (-) của nguồn

• A+ và A-: Nối vào một cặp cuộn dây của động cơ bước

• B+ và B-: Nối vào cặp cuộn dây còn lại của động cơ

• PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển (+) từ CPU tới Driver

• PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển (-) từ CPU tới Driver

• DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+) từ CPU tới Driver

• DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ CPU tới Driver

• ENA+ và ENA-: khi cấp tín hiệu cho cặp này, động cơ sẽ không có lực mô-men giữ và quay nữa

• Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc âm (-) chung

Có thể cài đặt cường độ dòng điện cũng như vi bước cho Driver thông qua 6 Switches nằm trên Driver

Hình 1.1.3.2 Bảng cài đặt cường độ dòng điện và vi bước cho TB6600

Nguồn Tổ Ong hay Nguồn Xung là thiết bị chuyên cung cấp điện cho các thiết bị sử dụng điện một chiều, sử dụng rộng rãi trong hệ thống Camera, hệ thống led quảng cáo, motor, máy bơm,

Nguồn tổ ong được chia ra nhiều loại với các mức điện áp đầu ra và công suất khác nhau Ở đây ta sử dụng nguồn tổ ong 24VDC

Hình 1.1.4 Nguồn tổ ong 24VDC

• Điện áp đầu vào: 110VAC/ 220VAC (có switch để chuyển qua lại giữa 110VAC và 220VAC)

• Điện áp đầu ra: 24VDC

• Cường độ dòng điện đầu ra tối đa: 5A

Trong tiếng Anh, Aptomat được gọi là CB (viết tắt của cụm từ Circuit

Breaker) Tuy nhiên, Aptomat có nguồn gốc từ tiếng Nga, dùng để gọi thiết bị đóng cắt tự động hay còn gọi là cầu dao tự động [6]

Aptomat có chức năng bảo vệ hệ thống tránh hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch Một số loại aptomat còn có thêm nhiều chức năng tiên tiến khác như chống rò rỉ điện hoặc Aptomat chống giật.[6]

Về phân loại [6], Aptomat có thể được phân loại dựa theo cấu tạo:

• Aptomat tép MCB (Miniature Circuit Breaker): Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

• Aptomat khối MCCB (Moduled Case Circuit Breaker): Có chức năng bảo vệ quá tải dòng điện và ngắn mạch

Dựa theo số pha/ số cực:

• Aptomat 1 pha + trung tính (1P + N): 2 cực

• Aptomat 3 pha + trung tính (3P + N): 4 cực

Dựa theo đặc điểm chức năng:

• Aptomat thường (MCB và MCCB): giúp bảo vệ quá tải, ngắn mạch

• Aptomat chống dòng rò, chống giật: RCCB, RCBO và ELCB

Dựa theo dòng cắt ngắn mạch:

• Dòng cắt thấp: Thường được dùng trong điện dân dụng

• Dòng cắt tiêu chuẩn: Thường áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp

• Dòng cắt cao: Thường áp dụng trong công nghiệp và các ứng dụng đặc biệt

Trong dự án này ta sẽ sử dụng 3 Aptomat 2 cực (1 Aptomat 10A làm Aptomat tổng và 2 Aptomat 6A làm Aptomat thành phần)

Cầu đấu dây điện là thiết bị có chức năng kết nối dây điện với các thiết bị điều khiển hoặc thiết bị động lực Chúng sẽ giúp nối liền mạch điện trong tủ điện và hệ thống điện Giữa các cầu đấu điện được cách điện hoàn toàn với nhau [7]

Hình 1.1.6 Các loại cầu đấu điện

Lý thuyết về đấu nối điện

Về đấu nối nguồn cho PLC , ở đây ta sử dụng PLC với nguồn 24VDC, vậy ta sẽ cấp nguồn 24VDC cho PLC với cực dương của nguồn sẽ cấp vào chân L+, cực âm của nguồn sẽ được cấp vào chân M của PLC (có thể đấu tiếp địa hoặc không) như hình dưới đây

Hình 1.2.1.1 Đấu nối nguồn cho PLC

Về phần đấu nối cho đầu vào của PLC, ta sẽ đấu nguồn 0VDC vào chân

1M của PLC, nguồn 24VDC sẽ được đấu qua các thiết bị vận hành như công tắc, nút nhấn, cảm biến, rồi đấu vào các chân input tương ứng của PLC Đối với đầu ra, một bộ nguồn 24VDC sẽ được đấu vào hai chân 3L+ và 3M của đầu ra, các chân tín hiệu đầu ra của PLC sẽ được nối qua tải hoặc các thiết bị điều khiển khác rồi nối về 0VDC (chung với nguồn 0VDC của chân 3M) Chi tiết như hình dưới đây:

Hình 1.2.1.2 Đấu nối đầu vào, đầu ra Digital cho PLC

Ngoài ra, một dây Ethernet cũng cần phải được đấu nối giữa cổng Ethernet của PLC với cổng Ethernet của màn hình HMI

1.2.2 Đấu nối giữa Stepper Motor, Driver và bộ điều khiển

Hình 1.2.2.1 Đấu nối giữa Driver TB600 và bộ điều khiển

Giữa Driver TB6600 và bộ điều khiển, sử dụng cách đấu nối chung Cathode, các chân giữa bộ điều khiển và TB6600 sẽ được đấu như Hình 1.13

Các chân A+, A-, B+, B- của Driver sẽ được nối tương ứng với các chân này của động cơ Step, nguồn cấp cho Driver sẽ là từ 9VDC đến 42VDC (ở đây ta sử dụng 24VDC)

Hình 1.2.2.2 Đấu nối giữa Driver TB6600 và động cơ Step

Còn lại hai chân EN+ và EN- của Driver TB6600 sẽ không cần đấu, để cho Driver hoạt động ở trạng thái mặc định

Lưu ý: dòng điều khiển cho các chân EN, PUL và DIR đi vào Driver TB6600 phải trong ngưỡng 8 – 15mA Điều này đồng nghĩa với việc nếu tín hiệu đi vào có mức điện áp là 5VDC thì có thể kết nối trực tiếp Nếu tín hiệu đi vào có

28 mức điện áp lớn hơn 5VDC thì phải đấu nối qua một điện trở ngoài để có thể đảm bảo cường độ dòng điện định mức Cụ thể như Hình 1.15 : [13]

Hình 1.2.2.3 Các giá trị nguồn cấp và điện trở cần thiết tương ứng Ở đây ta sử dụng đầu ra DC của PLC (24VDC) nên sẽ phải đấu nối thêm một điện trở 2kΩ cho mỗi tín hiệu điều khiển

Dây nóng và dây trung tính của nguồn sẽ được đấu vào đầu vào của Aptomat, đầu ra của Aptomat sẽ được đấu vào hai đầu của tải [15]

Hình 1.2.3 Cách đấu Aptomat 1 pha 2 cực với nguồn 1 pha

1.2.4 Đấu nối nút nhấn, công tắc và đèn báo

Vì nút nhấn và công tắc đóng vai trò như một tiếp điểm, vì vậy đối với hai loại thiết bị này, chỉ việc đấu nối hai dây đầu dây của mạch cần đấu vào hai chân cần sử dụng của nút nhấn/ công tắc (tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở)

Trong dự án này, các nút nhấn và công tắc bình thường sẽ được đấu ở trạng thái tiếp điểm thường mở, riêng nút Emergency thì sẽ được đấu ở trạng thái tiếp điểm thường đóng Đối với đèn báo thì cũng sẽ được đấu nối tương tự như nút bấm, không phân biệt chân âm (-) và dương (+) vì hiện nay đèn báo điện một chiều công nghiệp đã được thiết kế sao cho nguồn đi vào luôn đi đúng chiều với Diode bên trong đèn báo.

Lý thuyết về điều khiển động cơ bước

1.3.1 Nguyên lý điều khiển động cơ bước Động cơ bước có thể được điều khiển bằng cách cấp điện áp lần lượt hoặc theo tỉ lệ vào 4 dây của động cơ Mỗi cách điều khiển sẽ có ưu nhược điểm khác nhau

1.3.2 Điều khiển động cơ bước bằng Driver Đối với trường hợp điều khiển động cơ bước bằng Driver TB6600 và bộ điều khiển, ta có thể điều khiển động cơ bước bằng cách cấp các xung vào các chân điều khiển của Driver, cụ thể:

• PUL: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ [16] Xung điều khiển của bộ điều khiển sẽ được cấp vào chân này của động cơ Driver sẽ so sánh sự chênh lệch điện áp giữa hai chân PUL+ và PUL- để nhận ra được khi nào có xung điều khiển

• DIR: Tín hiệu điều khiển chiều quay động cơ [16] Khi mức điện áp giữa hai chân DIR+ và DIR- có sự chênh lệch, Driver sẽ thay đổi thứ

30 tự cấp điện áp vào bốn chân điều khiển (A+, A-, B+, B-), từ đó làm đảo chiều quay của động cơ

• ENA: Tín hiệu cho phép/ không cho phép module hoạt động [16] Khi có sự chênh lệch điện áp giữa hai chân ENA+ và ENA-, module sẽ không hoạt động (lực hút giúp động cơ đứng im và quay cũng sẽ không còn nữa)

1.3.3 Điều khiển động cơ bước bằng TIA Portal thông qua Driver

Hiện nay, TIA Portal đã hỗ trợ hầu hết các block giúp điều khiển động cơ trở nên đơn giản hơn, cụ thể:

Khối MC_Power là lệnh khởi tạo cho Stepper Motor trên PLC S7-1200 với các tham số:

• Axis: trục chuyển động, ở đây ta sẽ sử dụng một trong số các trục chuyển động đã được cài đặt ở phần Technology object

• Enable: kích hoạt lệnh khởi tạo

• StartMode: khi bit tương ứng với Enable bằng với bit của StartMode, lệnh khởi tạo được kích hoạt

• StopMode: khi bit tương ứng với Enable bằng với bit của StopMode, lệnh khởi tạo được hủy, lúc này không thể điều khiển động cơ

• Status: trạng thái của trục tương ứng với Axis

• Error: xảy ra lỗi khi khởi tạo trục chuyển động

Khối này được sử dụng để điều khiển vị trí tương đối cho động cơ, với:

• Axis: trục chuyển động, sử dụng một trong số các trục chuyển động đã được cài đặt ở phần Technology object

• Execute: lệnh thực thi, khi bit này được kích lên true, động cơ sẽ bắt đầu hoạt động với các tham số đã được cài đặt trong khối với vị trí ban đầu là vị trí hiện tại của động cơ

• Distance: khoảng cách di chuyển, động cơ sẽ chuyển động một khoảng bằng với giá trị này, bắt đầu với 0 ở vị trí hiện tại của động cơ

• Velocity: giá trị vận tốc cài đặt cho động cơ chuyển động

• Done: báo trạng thái động cơ đã thực thi lệnh di chuyển tương đối thành công Khi bit Execute chuyển về false thì bit này cũng sẽ được reset về false

• Error: báo trạng thái lỗi khi thực hiện lệnh di chuyển hoặc trong quá trình di chuyển

Vì đồ án này sử dụng phương pháp điều khiển vị trí tuyệt đối nên lệnh này sẽ không được sử dụng

Khối MC_Home được sử dụng để thiết lập vị trí gốc cho động cơ (điều này là cần thiết cho việc điều khiển vị trí tuyệt đối) với các tham số:

• Execute: lệnh thực thi, khi bit này được ON lên thì bộ điều khiển sẽ tiến hành thiết lập vị trí ban đầu của động cơ tại vị trí Position

• Position: vị trí thiết lập gốc tọa độ (vị trí ban đầu)

• Mode: kiểu hoạt động của khối MC_Home, mặc định là 0

• Done: báo trạng thái đã thiết lập vị trí ban đầu thành công

• Error: báo trạng thái lỗi khi thiết lập vị trí ban đầu

33 Là khối có chức năng điều khiển động cơ bằng phương pháp điều khiển vị trí truyệt đối (yêu cầu phải có gốc tọa độ/ trạng thái ban đầu đã được thiết lập bằng lệnh MC_Home):

• Execute: lệnh thực thi, khi bit này được ON lên true, PLC sẽ điều khiển cho Motor chuyển động tới vị trí Position với vị trí ban đầu là vị trí đã được cài đặt bằng lệnh MC_Home

• Position: vị trí mong muốn động cơ di chuyển tới

• Done: báo trạng thái động cơ đã thực thi lệnh di chuyển tuyệt đối thành công Khi bit Execute chuyển về false thì bit này cũng sẽ được reset về false

• Error: báo trạng thái lỗi khi thực hiện lệnh di chuyển hoặc trong quá trình di chuyển

Khối MC_MoveJog cho phép người sử dụng điều khiển động cơ một cách thủ công, cụ thể:

• JogForward: lệnh điều khiển động cơ quay thuận

• JogBackward: lệnh điều khiển động cơ quay nghịch (ngược chiều với JogForward)

• Error: trạng thái lỗi khi điều khiển động cơ.

Tổng kết chương I

Chương I đã trình bày về cơ sở lý thuyết để xây dựng hệ thống, cụ thể là:

• Kiến thức chung về thiết bị điện, thiết bị điều khiển bao gồm: PLC, đầu đọc RFID, động cơ bước, Aptomat và một số thiết bị tủ điện khác

• Lý thuyết về đấu nối các thiết bị trong tủ điện

• Lý thuyết về điều khiển động cơ bước trực tiếp, điều khiển gián tiếp bằng Driver và thông qua các block dựng sẵn của TIA Portal

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Tổng quan về hệ thống

Mô hình hệ thống sẽ có hình dạng như một tòa nhà hình tròn với 3 tầng, mỗi tầng sẽ có những vị trí gửi xe đặt trước (tạm thời là 4 vị trí/tầng) Sau khi quét thẻ từ (RFID) rồi bấm nút xác nhận (trên hệ thống thực tế, nút này sẽ được đặt xa khỏi vị trí đưa xe vào, người trên xe phải xuống xe mới có thể bấm nút nhằm tăng tính an toàn cho hệ thống), hệ thống và cơ cấu chuyển động sẽ đưa xe lên vị trí gửi xe còn trống và gần nhất (nhằm tiết kiệm năng lượng và thời gian)

Sau khi thẻ từ (RFID) được quét lại lần nữa và nút xác nhận được bấm, hệ thống sẽ tự động lấy xe tại vị trí tương ứng (đã được lưu lại khi cho xe vào) rồi đưa xuống vị trí đặt xe

Hình 2.1 Hình chiếu bằng thể hiện vị trí đưa xe vào, nút bấm xác nhận và đầu đọc

Phía bên ngoài cánh tủ điện sẽ có 3 đèn báo cùng với 6 nút nhấn, 1 chuyển mạch 2 vị trí và 1 nút dừng khẩn cấp

3 đèn báo sẽ giúp báo trạng thái của hệ thống: hệ thống sẵn sàng hoạt động (Availble) khi đèn xanh sáng lên, hệ thống đang bận (Busy) khi đèn vàng sáng lên và cuối cùng là tín hiệu đèn đỏ báo trạng thái lỗi hệ thống (Error)

36 6 nút nhấn sẽ hoạt động theo hai trạng thái của hệ thống (Auto và Manual) Ở trạng thái Manual, hai nút nhấn cùng màu sẽ tượng trưng cho chế độ quay thuận và quay ngược của động cơ (chế độ này chủ yếu được sử dụng để test động cơ hoặc điều khiển tay đưa cơ cấu chuyển động về vị trí ban đầu) Ở trạng thái Auto, sẽ chỉ có 3 nút nhấn phía trên hoạt động, tượng trưng cho 3 lệnh Start, Reset và Stop cho hệ thống

Nút Stop sẽ chỉ có hiệu lực khi hệ thống hoàn thành một chu trình và trở về trạng thái ban đầu (vì trong hệ thống thực tế sẽ là vận chuyển xe ô tô, tải nặng nên không thể dừng ngay lập tức được), mọi trường hợp khẩn cấp sẽ sử dụng nút

Chuyển mạch 2 vị trí sẽ được sử dụng để chuyển trạng thái cho hệ thống (Auto và Manual), khi chuyển từ trạng thái Auto sang Manual thì hệ thống sẽ hoàn thành nốt chu trình đang dở của trạng thái Auto rồi mới xác nhận chuyển sang chế độ Manual Ngược lại, khi chuyển từ Manual sang Auto thì hệ thống sẽ tự động di chuyển về vị trí ban đầu rồi mới xác nhận chuyển trạng thái

Nút dừng khẩn cấp Emergency sẽ được đấu nối tiếp với Aptomat tổng và hai thiết bị này sẽ hoạt động giống nhau, cho phép dừng toàn bộ hệ thống điện của hệ thống

Thiết kế mô hình và cơ cấu hệ thống

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số chạy trên hệ điều hành Windows và có mặt từ năm 1995, được tạo bởi công ty SOLIDWORKS Dassault Systèmes, là một công ty thành viên của tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới Dassault Systèmes, S A (Vélizy, Pháp) Cộng đồng người dùng SOLIDWORKS bản quyền trên thế giới hiện là gần 6 triệu người với khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn [19]

Phần mềm SOLIDWORKS được biết đến từ phiên bản SOLIDWORKS 1995 Cho đến nay SOLIDWORKS đã có nhiều bước phát triển vượt bậc về tính năng, hiệu suất và khả năng đáp ứng các nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật, công nghiệp SOLIDWORKS còn được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, nội thất, xây dựng… nhờ tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục các giải pháp hỗ trợ đa dạng [19]

SolidWorks có thể được kể đến với một số tính năng nổi bật như: [19]

• Thiết kế mô hình 3D chi tiết: SOLIDWORKS nổi bật trong số các giải pháp phần mềm thiết kế 3D CAD bởi tính trực quan, phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số, nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người sử dụng Khả năng tái sử dụng dữ liệu 2D cho phép dễ dàng chuyển đổi từ các bản vẽ, phác thảo 2D thành mô hình hình học 3D

SOLIDWORKS có khả năng dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, điều này vô cùng tiện lợi cho các hoạt động sáng tạo, đổi mới, phát triển sản phẩm

• Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép: Các chi tiết 3D sau khi được thiết kế xong bởi tính năng thiết kế có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh Tính năng này giúp bạn dễ dàng chỉnh sửa, thỏa sức sáng tạo và nghiên cứu dễ dàng cho những sản phẩm mới Từ phiên bản 2019 trở lên, SOLIDWORKS được bổ sung thêm nhiều tính năng hỗ trợ cho các lắp ghép lớn, tốc độ load nhanh và các tác vụ cho phép xem bản vẽ nhanh

• Xuất bản vẽ dễ dàng: Phần mềm SOLIDWORKS cho phép ta tạo các hình chiếu vuông góc các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người sử dụng Sau đó nhanh chóng tạo ra các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng

• Tab và Slot: Phần mềm SOLIDWORKS 2018 cho phép người dùng tự động tạo ra các tính năng tab và slot được sử dụng để tự lắp ghép các bộ phận hàn Các tính năng cải tiến kim loại khác bao gồm tính năng Normal Cut mới đảm bảo duy trì khoảng cách thích hợp cho sản xuất, và khả năng uốn mới cho phép người dùng tạo mới và trải phẳng góc uốn

• Cải tiến Quản lý dự án và quy trình: SOLIDWORKS Manage cung cấp công cụ quản lý dữ liệu, dự án, và quản lý quy trình trong một gói phần mềm quen thuộc Các khả năng quản lý các dự án, và quản lý quy trình được thêm vào SOLIDWORKS PDM Professional

• Các tiện ích cải tiến: Online Licensing giúp cho việc sử dụng các license trên nhiều máy tính tiện lợi hơn trước rất nhiều

SOLIDWORKS Login sẽ chuyển các nội dung và cài đặt các tùy chịn đến bất kỳ máy tính nào được cài SOLIDWORKS, trong khi Admin Portal cho phép quản lý các sản phẩm và dịch vụ của SOLIDWORKS dễ dàng hơn

• Tính năng gia công: SOLIDWORKS là phần mềm CAD nền tảng, đối tác của nhiều giải pháp phần mềm CAM: SolidCAM, MasterCAM, PopCADCAM… Từ năm 2017, SOLIDWORKSCAM được bổ sung, phát triển từ phần mềm CAMWorks

• Phân tích động lực học: SOLIDWORKS Simulation cung cấp các công cụ mô phỏng để kiểm tra và cải thiện chất lượng bản thiết kế của

39 bạn Các thuộc tính vật liệu, mối ghép, quan hệ hình học được định nghĩa trong suốt quá trình thiết kế được cập nhật đầy đủ trong mô phỏng

2.2.2 Bản vẽ 3D các chi tiết

Sau khi tìm hiểu các thao tác và cách sử dụng phần mềm, tiến hành vẽ các chi tiết cho mô hình hệ thống: (một số chi tiết quá phức tạp sẽ được tham khảo và sử dụng những thư viện có sẵn được chia sẻ trên Internet)

Nhôm định hình 2020: được sử dụng để làm khung mô hình và một số chi tiết khác

Hình 2.2.2.1 Mẫu nhôm định hình 2020

Sau khi đã có mẫu nhôm định hình, tiến hành tạo các chi tiết hoặc khung mô hình có sử dụng nhôm định hình theo các kích thước cần thiết

Ke góc vuông: được sử dụng để ghép nối và cố định hai thanh nhôm vuông góc với nhau, kích thước 2020 hoặc 2828

Block trượt Openbuilds: làm khung cho bệ đỡ và giúp di chuyển lên xuống

Hình 2.2.2.3a,b,c Block trượt Openbuilds Đế bệ đỡ: (cắt mica) dùng để cố định motor và một số chi tiết khác của bệ đỡ

Khớp nối mềm: (minh họa) dùng để ghép nối hai trục xoay với nhau

Bộ nối: (in 3D) dùng để kết nối giữa một trục xoay và nhôm định hình 2020

Thanh lấy phôi: (cắt mica) được đẩy ra hoặc thu về để lấy phôi

Mặt phẳng làm tầng cho mô hình: (cắt mica) giúp phân tầng cho mô hình hệ thống

Gá đỡ trục Y: (in 3D) được kết nối với đai ốc vít me, giúp bệ đỡ di chuyển lên xuống

Gá đỡ Motor dưới: (in 3D) sử dụng để cố định Motor điều khiển lên xuống

Hình 2.2.2.10 Gá đỡ Motor dưới

Gá đỡ vít me trên: (in 3D) được sử dụng để hạn chế trục vít me bị lung lay quá nhiều trong quá trình vận hành hệ thống

Hình 2.2.2.11 Gá đỡ vít me

Pulley: được cố định vào trục động cơ, kết nối với dây đai để chuyển từ chuyển động xoay tròn sang chuyển động tịnh tiến

Gối đỡ vít me: Được cố định ở đáy, giúp đỡ trục xoay của mô hình

Hình 2.2.2.13 Gối đỡ vít me

Thanh đỡ Pulley: (cắt mica) giúp đỡ pulley, góp phần tạo cơ cấu chuyển động của hệ thống

Tấm đỡ motor: (cắt mica) giúp đỡ motor xoay phía trên

Stepper Motor: động cơ bước, thực hiện chuyển động cho hệ thống

Trục vít me: (minh họa)

2.2.3 Bản vẽ 3D mô hình hệ thống

Sau khi hoàn thành vẽ các chi tiết cho mô hình, tiến hành tạo Assembly và

Mate (ghép) các mặt phẳng của từng chi tiết lại với nhau, thu được bản vẽ 3D mô hình hệ thống

Hình 2.2.3.1 Mô hình 3D hệ thống

Các hình chiếu và góc nhìn khác của mô hình hệ thống

Hình 2.2.3.2 Mô hình hệ thống với góc nhìn chính diện

Hình 2.2.3.3 Mô hình hệ thống với góc nhìn từ trên xuống

Sau khi đã có bản vẽ 3D của hệ thống, tiến hành lên danh sách linh kiện, vật liệu cần thiết cho việc xây dựng mô hình hệ thống

Hình 2.2.4.1 Bảng bóc tách thiết bị cho mô hình hệ thống

47 Tiếp theo tiến hành đặt hàng, chuẩn bị các linh kiện, vật liệu theo bảng thống kê đã tạo sẵn Sau khi đã đầy đủ thiết bị, tiến hành gia công mô hình hệ thống

• Cắt nhôm định hình theo các kích thước đã tính toán sẵn (máy cắt bàn với lưỡi cắt nhôm có thể mượn hoặc thuê từ những xưởng nhôm kính)

• Sử dụng những công cụ như lục giác, tô vít để cố định các thành phần lại với nhau theo bản vẽ 3D đã được dựng sẵn

• Một số phần ghép nối giữa những bề mặt không thể sử dụng ốc và bulong thì có thể được cố định bằng keo

Sau khi đã dựng xong mô hình, tiến hành kiểm tra và thử lại các cơ cấu chuyển động (từ vị trí đầu tới vị trí cuối) bằng tay nhằm đảm bảo các vấn đề cơ khí sẽ không bị ảnh hưởng tới việc lập trình điều khiển hệ thống

Hình 2.2.4.2a,b Mô hình hệ thống thực tế sau khi dựng xong

Thiết kế tủ điện

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Eplan Electric

EPLAN với nền tảng CAE (Computer-Aid Engineering) đã phát triển các giải pháp thiết kế đã được chứng minh là hiệu quả; góp phần cải thiện, nâng cao hiệu suất mang lại lợi ích cho khách hàng trong nhiều năm trở lại đây EPLAN

48 cung cấp không giới hạn cho việc lập kế hoạch dự án, quản lý các tài liệu trong dự án tự động hóa Sự kết hợp của các chức năng tiêu chuẩn và phần mở rộng tùy chọn trong một nền tảng CAE của EPLAN cho phép bạn tối ưu hóa toàn bộ quá trình lập kế hoạch và nâng cao chất lượng tài liệu tự động hóa về lâu dài, một số chức năng cơ bản mà EPLAN cung cấp: [18]

• Đồ họa và hướng đối tượng

• Chức năng kiểm tra tính logic

• Lập báo cáo tự động

• Hỗ trợ cho các tiêu chuẩn quốc tế

• Hỗ trợ dịch đa ngôn ngữ

Với những phần mềm hiện tại của EPLAN, chúng có thể liên kết với nhau giúp người dùng có thể hoàn thiện một hệ thống cơ điện Là một công cụ rất quan trọng đối với các kỹ sư cũng như các công ty chuyên về thiết kế, thi công tủ Điện

EPLAN giúp tăng tối đa hiệu quả thiết kế, kiểm soát tài liệu và lưu trữ dự án [18]

Add thư viện PLC Siemens S7 -1200 vào Eplan Electric

Truy cập vào trang https://mall.industry.siemens.com/ và tìm kiếm theo mã PLC của mình, tải file edz tương ứng về máy tính

Vào Ultilities -> Parts -> Management Tại nút Extras, bấm vào và chọn

Import, sau đó load đường dẫn tới file edz đã tải về vào trường File name, chọn Add new records only rồi bấm OK

Sau khi hoàn tất, để lấy mô hình PLC ra bản vẽ, bấm chọn Insert -> Device và tìm trong mục PLC -> General tên của PLC tương ứng

Add các thiết bị vào bản vẽ Insert -> Symbol sau đó chọn thiết bị cần thiết rồi đặt vào bản vẽ

2.3.2 Bản vẽ sơ đồ một sợi của hệ thống

Hình 2.3.2.1 Sơ đồ một sợi của hệ thống (1/2)

Hình 2.3.2.2 Sơ đồ một sợi của hệ thống (2/2)

2.3.3 Bản vẽ sơ đồ nhiều sợi của hệ thống

Hình 2.3.3.1 Sơ đồ cấp nguồn hệ thống

Hình 2.3.3.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ bước

Tương tự với động cơ bước số 2 và số 3

Hình 2.3.3.3 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho PLC

Hình 2.3.3.4 Sơ đồ mạch đầu vào PLC

Hình 2.3.3.5 Sơ đồ mạch đầu ra PLC

Sau khi đã hoàn thành bản vẽ thiết kế tủ điện, tiến hành bóc tách thiết bị và lên danh sách linh kiện cần thiết sau đó đặt mua

Hình 2.3.4.1 Bảng bóc tách thiết bị của hệ thống tủ điện

Sau khi thiết bị đã về đầy đủ, tiến hành thi công tủ điện, áp dụng những tiêu chuẩn về tủ điện công nghiệp (bao gồm tiêu chuẩn về an toàn, bảo hành và bảo vệ

53 hệ thống điện) nhằm đảm bảo việc vận hành, bảo trì và bảo dưỡng hệ thống sau này được an toàn và dễ dàng hơn

Hình 2.3.4.2 Tủ điện thực tế

Vì không có nhiều kinh phí cho vỏ tủ điện nên những nút bấm, công tắc hay đèn báo phục vụ việc vận hành hệ thống (được lắp ở cánh tủ) sẽ được lắp vào hộp nút nhấn như Hình 2.32 dưới đây

Hình 2.3.4.3 Tủ điện và hộp nút nhấn thực tế

54 Các dây điện nối giữa các phần như từ hộp công tắc tới tủ điện, từ tủ điện tới mô hình hệ thống sẽ được bọc trong ống ruột gà làm bằng nhựa cách điện, giúp tăng độ bền, bảo vệ dây điện khỏi môi trường xung quanh cũng như bảo vệ người vận hành trong trường hợp xảy ra sự cố rò rỉ điện

Hình 2.3.4.4 Dây điện được bọc bởi ống ruột gà

Tổng kết chương II

Chương II đã trình bày các bản vẽ thiết kế:

• Bản vẽ 3D các chi tiết sẽ được sử dụng để dựng lên mô hình hệ thống

• Bản vẽ 3D lắp ghép cung cấp góc nhìn tổng quan nhất về mô hình hệ thống

• Bản vẽ thiết kế tủ điện thiết kế theo các quy tắc, quy chuẩn chung được sử dụng trong môi trường doanh nghiệp

• Một số hình ảnh của mô hình hệ thống cũng như tủ điện thực tế sau khi được thi công

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

Cấu hình thiết bị

Cài đặt địa chỉ cho PLC (192.168.0.1) bằng cách thiết lập trong General\

Hình 3.1.1.1 Cài đặt địa chỉ cho PLC

Enable 3 chân PTO/PWM lên để có thể sử dụng điều khiển 3 động cơ bước

Hình 3.1.1.2 Kích hoạt 3 chân PTO/PWM

56 Trong Technology Objects, thêm 3 Motion Control để điều khiển 3 động cơ bước và 1 SIMATIC Ident để sử dụng RFID

Kết nối HMI với PLC qua cổng Ethernet

Hình 3.1.2.1 Kết nối ethernet giữa PLC và HMI

Cài đặt địa chỉ cho HMI (phải cùng lớp mạng nhưng khác địa chỉ với PLC) 192.168.0.2

Hình 3.1.2.2 Cài đặt địa chỉ cho màn hình HMI

3.1.3 Cấu hình cho động cơ

Sau khi đã thêm 3 Motion Control vào Technology objects, tiến hành cấu hình cho động cơ cũng như Driver

Trong phần General, ta có thể đặt tên cho trục di chuyển, chọn loại xung cho Drive và chọn được đơn vị tính toán (xung, mm, )

Phần Drive giúp ta thiết lập chân xuất xung, liên kết giữa chân PTO của

PLC với Motion Control của Technology objects

58 Trong phần Mechanics, quan tâm đến phần Pulses per motor revolution (số xung cần thiết để động cơ hoàn thành một vòng) Tham số này đã được cài đặt bằng các switch trên Driver, ta chỉ cần xem lại thông số đã cài đặt cho Driver và nhập vào

Phần Positon limits cho phép người sử dụng cài đặt vị trí tối thiểu và vị trí tối đa của động cơ

Dynamics được sử dụng để thiết lập vận tốc tối thiểu và vận tốc tối đa cho động cơ (tính theo số xung trên giây) và tự động được chuyển đổi thành đơn vị tính đã được cài đặt ở phần General Ngoài ra còn có thể thiết lập gia tốc (thời gian tăng tốc, giảm tốc) cho động cơ

Trong phần Device view của RFID, thêm một module Reader trong Catalog vào Slot X21 của thiết bị

Hình 3.1.4.1 Thêm module Reader cho RFID

60 Sau khi đã thêm module, cài đặt địa chỉ IP cho RFID

Hình 3.1.4.2 Cài đặt địa chỉ IP cho RFID Địa chỉ IP của RFID cần được cài đặt khác với địa chỉ của PLC và HMI nhưng vẫn phải cùng lớp mạng

Tiến hành kết nối RFID với PLC thông qua cổng Ethernet trong Network view (nếu có phần cứng)

Hình 3.1.4.3 Kết nối Ethernet giữa 3 thiết bị

Sau khi đã kết nối xong, vào phần SIMATIC Ident trong Technology objects, chọn Configuration để tiến hành cấu hình thiết bị

Trong phần Basic parameters, chọn Reader_1 cho phần Ident device, trong phần Reader-parameter assignment chọn loại phần cứng RFID mà ta sử dụng

Sau khi đã hoàn thành cài đặt, hệ thống sẽ hết cảnh báo, lúc này ta có thể sử dụng bình thường

Hình 3.1.4.5 SIMATIC Ident đã sãn sàng

Chương trình PLC

STT Tag Name Data type Address Note

1 Ra_vao_Pulse Bool %Q0.0 Chân xuất xung điều khiển motor 1 2 Ra_vao_Direction Bool %Q0.1 Chuân điều khiển chiều động cơ 1 3 Len_xuong_Pulse Bool %Q0.2 Chân xuất xung điều khiển motor 2 4 Len_xuong_Direction Bool %Q0.3 Chuân điều khiển chiều động cơ 2 5 Xoay_Pulse Bool %Q0.4 Chân xuất xung điều khiển motor 3 6 Xoay_Direction Bool %Q0.5 Chuân điều khiển chiều động cơ 3 7 Den_xanh Bool %Q0.6 Chân xuất tín hiệu đèn xanh 8 Den_vang Bool %Q0.7 Chân xuất tín hiệu đèn vàng 9 Den_do Bool %Q1.0 Chân xuất tín hiệu đèn đỏ

10 Start_Ra Bool %I0.0 Nút bấm xanh 1

11 Reset_Len Bool %I0.1 Nút bấm vàng 1

12 Stop_Trai Bool %I0.2 Nút bấm đỏ 1

13 Vao Bool %I0.3 Nút bấm xanh 2

14 Xuong Bool %I0.4 Nút bấm vàng 2

15 Phai Bool %I0.5 Nút bấm đỏ 2

16 Auto Bool %I0.6 2 chân đấu nối cho chuyển mạch 2 trạng thái

18 Confirm Bool %M16.1 Nút bấm xác nhận

19 Confirm_HMI Bool %M16.2 Nút bấm xác nhận HMI 20 Start_HMI Bool %M16.3 Nút start HMI

21 Stop_HMI Bool %M16.4 Nút stop HMI

22 Reset_HMI Bool %M16.5 Nút reset HMI 23 Error_1_power Bool %M6.0 Trạng thái lỗi nguồn motor 1

Trạng thái lỗi thiết lập vị trí ban đầu motor 1

25 Error_1_Moving Bool %M6.2 Trạng thái lỗi di chuyển motor 1 26 Error_2_power Bool %M6.3 Trạng thái lỗi nguồn motor 1

63 28 Error_2_Moving Bool %M6.5 Trạng thái lỗi di chuyển motor 1 29 Error_3_power Bool %M6.6 Trạng thái lỗi nguồn motor 1

31 Error_3_Moving Bool %M7.0 Trạng thái lỗi di chuyển motor 1

32 Error_log Word %MW6 Địa chỉ Word báo lỗi cho event_log HMI

3.2.2 Quản lý dữ liệu và thông số

Vì bảng Tags sẽ chứa những biến tạm thời và được sử dụng cho toàn bộ

Project nên để hạn chế sai sót cũng như quản lý biến số, dữ liệu tốt hơn, ta sẽ sử dụng các Data_block để chứa các biến hoặc bit và phân chia theo từng mục đích

Khối Data_motor chứa những bit điều khiển, bit trạng thái và các giá trị cài đặt của cả ba động cơ bước được sử dụng trong đồ án Mỗi động cơ sẽ tương ứng với một Struct, trong mỗi Struct sẽ bao gồm đầy đủ các bit lệnh thực thi, các bit báo lỗi, các bit báo lệnh thực thi thành công,

64 Riêng phần vị trí ban đầu cho động cơ sẽ được đặt vào một Struct riêng (Home_Position) và được đặt Retain (giữ lại) vì TIA Portal không cho phép Retain từng biến riêng lẻ trong Struct mà chỉ có thể Retain toàn bộ Struct

Ngoài những biến dành cho Motor ra thì hệ thống cũng cần những biến riêng phục vụ quá trình vận hành cũng như giúp bảo trì, bảo dưỡng và kiểm tra hệ thống một cách dễ dàng hơn

Khối Data_system sẽ chứa những giá trị, bit nhằm phục vụ vận hành, kiểm tra và giám sát hệ thống Ví dụ như giá trị Vi_tri sẽ vị trí tương ứng trong bãi đỗ xe mà cơ cấu chuẩn bị đặt xe vào hoặc lấy xe ra hay bit Busy sẽ báo trạng thái đang bận của hệ thống

Về phần quản lý bãi đỗ xe, sử dụng hai mảng (Array) gồm 12 phần tử, tương ứng với 12 vị trí đỗ xe Mảng Trang_thai sẽ gồm 12 bit báo trạng thái của vị trí tương ứng (0 là vị trí trống, 1 là đã có xe tại vị trí này), mảng Bien_so sẽ gồm 12 giá trị int lưu giữ những giá trị biển số xe (hoặc giá trị đọc được từ RFID), đối với những vị trí trống, biển số xe (hoặc RFID) sẽ mặc định là 0

Trong quá trình vận hành thì không thể tránh khỏi những trường hợp bảo trì, bảo dưỡng một vị trí nào đó, tuy nhiên không thể cho dừng toàn bộ hệ thống, vậy nên ta sử dụng thêm một mảng Maintenace gồm 12 bit tương ứng với 12 vị trí gửi xe giúp quản lý trạng thái bảo trì, bảo dưỡng cho những vị trí này

Cuối cùng là khối Data_programming, khối này chứa những giá trị mang tính tạm thời, phục vụ việc lập trình và vận hành mô hình hệ thống cũng như màn hình HMI

3.2.3 Phân loại cấp bậc điều khiển

Hình 3.2.3 Phân loại cấp bậc điều khiển

66 Các block mẹ có thể điều khiển các block con thông qua các bit được cài đặt sẵn

Hình 3.2.4.1 Khối Control bên trong hàm Main

Block Control (FC) sẽ bao gồm tất cả những block giúp khai báo, thiết lập vị trí ban đầu, điều khiển bằng tay hay điều khiển vị trí tuyệt đối cho cả 3 động cơ bước Những giá trị đầu vào, đầu ra của các block đó sẽ được gán với các giá trị tương ứng với động cơ bên trong Data_motor Ví dụ như khối điều khiển tuyệt đối cho trục xoay dưới đây:

Hình 3.2.4.2 Khối MC_MoveAbsolute trong Control

Hình 3.2.5.1 Khối Error trong hàm Main

Hình 3.2.5.2 Lưu đồ giải thuật cho khối Error

Khối Error (FC) có chức năng tổng hợp tất cả các lỗi của động cơ (khai báo, thiết lập vị trí ban đầu, di chuyển, ) hay lỗi xử lý Chỉ cần xuất hiện một trong những lỗi trên thì sẽ trả về trạng thái lỗi của hệ thống

Lỗi khai báo được phát hiện khi quá trình khai báo các trục chuyển động gặp lỗi

Lỗi thiết lập được phát hiện khi quá trình cài đặt các thông số cho các trục chuyển động gặp lỗi

68 Lỗi vận hành được phát hiện khi quá trình vận hành, di chuyển của động cơ gặp lỗi

Lỗi điều khiển xuất hiện khi việc xử lý những thông số của chương trình gặp vấn đề, không nhất quán các thông số giữa thực tế với chương trình

Khi xảy ra lỗi, hệ thống sẽ tự lưu lại trạng thái lỗi và không cho phép cơ cấu chuyển động hoạt động, chỉ đến khi người dùng xác nhận đã sửa chữa lỗi bằng cách bấm nút Reset thì hệ thống mới quét lại các trường hợp lỗi và cập nhật lại trạng thái lỗi hệ thống

Hình 3.3.5.3 Code SCL cho khối Error

Hình 3.3.6.1 Khối Check_in trong hàm Main

69 Khối Check_in (FB) bao gồm 2 đầu vào và 1 đầu ra, được lập trình để khi có tín hiệu Enable, hệ thống sẽ kiểm tra trạng thái của lỗi hệ thống, nếu không phát hiện lỗi thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu chuyển động toàn bộ chu trình đưa xe vào vị trí tại Vi_tri (từ khâu lấy xe từ vị trí ban đầu, di chuyển lên vị trí cài đặt, đặt xe xuống rồi quay trở về vị trí ban đầu) Sau khi quá trình này hoàn thành, khối sẽ kích hoạt bit Done ở đầu ra lên true Khi Enable được reset về false, Done cũng sẽ được reset về 0 Trong quá trình đưa xe vào vị trí, trạng thái Bận (Busy) của hệ thống cũng được ON lên

Hình 3.2.6.2 Lưu đồ giải thuật của khối Check_in

Hình 3.2.6.3 Khối Check_in được viết bằng SCL

Hình 3.2.7.1 Khối Check_out trong hàm Main

71 Tương tự với khối Check_in, khối Check_out (FB) cũng có hai đầu vào là

Enable và Vi_tri và một đầu ra là Done Khi đầu vào Enable được kích lên true, sau khi kiểm tra trạng thái lỗi, hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu chuyển động của mô hình di chuyển lên vị trí tại Vi_tri, lấy xe ra khỏi vị trí đó, đưa xuống vị trí ban đầu rồi trả xe Sau khi hoàn thành chu trình, Done sẽ được kích lên true

Màn hình HMI

Hình 3.3.1 Màn hình Main_Screen

Màn hình được thiết kế với mô hình cơ cấu chuyển động của hệ thống được vẽ ở chính giữa Những hình ảnh động cơ sẽ sáng lên khi động cơ thực tế đang hoạt động

Phía bên trên tay trái của màn hình Main_Screen là bảng trạng thái của hệ thống, bao gồm Availble (màu xanh), Busy (Bận) và Error (Lỗi) Ngay phía dưới là ba nút bấm Start, Reset và Stop có chức năng tương tự như ba nút bấm này ở mô hình thực tế Dưới cùng phía bên trái là một ô để nhập biển số xe (hoặc mã RFID đọc được) và một nút bấm xác nhận để bắt đầu chu trình đưa xe vào hoặc lấy xe ra

Phía trên cùng bên phải của màn hình Main_Screen là một bảng hiển thị trạng thái điều khiển, bao gồm Auto và Manual

Nút bấm Log in được sử dụng để đăng nhập người sử dụng (bao gồm Admin và Operator)

81 Nút bấm Hand – Controlling được sử dụng trong chế độ Auto, cho phép người vận hành tự chọn vị trí xe tương ứng hoặc cài đặt chế độ bào hành, bảo dưỡng cho một vị trí nhất định nào đó

Nút Velocity setting có chức năng giúp Admin cài đặt vận tốc cho từng động cơ

Error cho phép Operator có thể kiểm tra lỗi hệ thống nằm ở phần nào, nhằm mục đích khiến cho việc sửa chữa, sửa lỗi trở nên dễ dàng hơn

Project information là nút bấm giúp người sử dụng có thể tham khảo thêm thông tin về dự án và tác giả

Màn hình này bao gồm 12 nút bấm tương ứng với 12 vị trí gửi xe và một nút bấm cho phép người sử dụng quay lại màn hình chính Main Screen

Mỗi nút bấm Site khi được bấm sẽ khiến màn hình hiển thị lên một màn hình nhỏ hơn hiển thị Biển số xe (hoặc mã RFID) hiện tại ở vị trí đó, một công tắc bảo trì và hai nút bấm cho phép đưa xe vào hoặc lấy xe ra khỏi vị trí đó Những màn hình nhỏ này sẽ được cấu hình ở Layer 1 để tiện hơn trong quá trình thiết kế màn hình

Hình 3.3.2.1 Màn hình Hand_Controlling

Hình 3.3.2.2 Màn hình nhỏ dành cho nút bấm Site 4

Màn hình này được sử dụng để cài đặt vận tốc động cơ cho hệ thống Màn hình Velocity_setting bao gồm hình ảnh mô hình thực tế được bố trí phía bên phải

(không có hoạt ảnh) với ba thanh kéo và ba ô hiển thị bên phải Ba thanh kéo và ba ô hiển thị này được sử dụng để thiết lập giá trị cho vận tốc (Velocity) của ba động cơ

Nút Main Screen cho phép người sử dụng quay trở về màn hình chính

Hình 3.3.3 Màn hình Velocity_setting

Màn hình Error được thiết kế bao gồm một bảng HMI Alarms hiển thị các trạng thái lỗi (Error) của động cơ và một nút bấm quay về màn hình chính

Các lỗi của động cơ được gán vào các biến M (bộ nhớ tạm thời) của PLC và thiết lập trong phần HMI Alarms

Hình 3.3.4.2 Các trạng thái lỗi trong HMI Alarms

Màn hình Information được sử dụng để lưu lại thông tin của dự án, thông tin liên lạc của tác giả và người hướng dẫn

3.3.6 Cài đặt quyền quản trị

Cài đặt các quyền truy cập cho Admin và Operator Trong đó Admin sẽ có quyền sử dụng tất cả các tính năng trên màn hình HMI, Operator sẽ không thể sử dụng tính năng Velocity setting (cài đặt vận tốc động cơ)

Hình 3.3.6.1 Cài đặt quyền cho Admin

Hình 3.3.6.2 Cài đặt quyền cho Operator

Tổng kết chương III

Chương III đã trình bày phần lập trình hoạt động cho hệ thống, cụ thể:

• Cấu hình cho các thiết bị cần thiết trong phần mềm như PLC, màn hình HMI, động cơ bước hay đầu đọc RFID

• Quản lý dữ liệu, phân loại cấp bậc điều khiển phục vụ cho việc quản lý và kiểm soát thông số hệ thống

• Các khối điều khiển giúp điều khiển hệ thống, việc chia hệ thống ra làm các khối nhỏ giúp quản lý cách thức và quy trình hoạt động của hệ thống

• Màn hình HMI được lập trình phục vụ cho việc điều khiển, giám sát hệ thống

• Cài đặt thông báo cho các sự kiện và quyền quản trị giúp quản lý lỗi hệ thống, quản lý người sử dụng

TỔNG KẾT

Kết quả

Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài, em đã hoàn thành đồ án theo mục tiêu ban đầu đề ra Các sản phẩm đã được hoàn thành đầy đủ bao gồm:

• Bản vẽ thiết kế SolidWork và mô hình hệ thống

• Bản vẽ đấu nối Eplan Electric và hệ thống tủ điện

• Chương trình cho hệ thống bằng phần mềm TIA Portal

• Màn hình HMI Ngoài những sản phẩm kể trên, việc thực hiện đồ án còn giúp em:

• Nâng cao các kỹ năng liên quan đến chuyên ngành như thiết kế, gia công, đấu nối điện, lập trình,

• Rút được nhiều kinh nghiệm trong kỹ năng quản lý dự án, quản lý quỹ thời gian

Định hướng mở rộng

Nghiên cứu, khảo sát thực trạng các bãi đỗ xe tại Việt Nam, sau đó dựa trên nhu cầu, đồ án có thể được nghiên cứu để phát triển tiến tới xây dựng hệ thống thực tế

Xây dựng ứng dụng cho phép truy xuất thông tin bãi gửi xe (số vị trí trống, định vị bãi gửi xe, )

Xây dựng hệ thống nhận diện biển số xe, sau đó truy xuất thông tin và tự động tính tiền, hỗ trợ thanh toán tự động

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế, Xây Dựng Hệ Thống Bãi Gửi Xe Ba Tầng Tự Động
Tác giả	Nguyễn Minh Thắng
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Thị Thanh Vân
Trường học	Trường Đại Học Phenikaa
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	4,02 MB