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

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hà Nội 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

Trang 2

TÓM TẮT ĐAKLTN

Đề tài trình bày từng bước trong việc thiết kế, xây dựng, thi công và lập trình cho hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động dựa trên việc điều khiển và vận hành ba động cơ Step, cho phép điều khiển vị trí một cách chính xác

Phần thiết kế mô hình hệ thống và bản vẽ 3D được thực hiện bằng phần mềm SolidWorks, mang lại góc nhìn tổng quan nhất về mô hình và cơ cấu chuyển động của hệ thống

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 hiệu thiết bị,…)

Phần lập trình hệ thống bằng phần mềm TIA Portal với bộ điều khiển PLC S71200 được phân loại và chia ra thành các bài toán nhỏ, phân loại cấp bậc điều khiển giúp nâng cao tính chặt chẽ, hiệu suất lập trình cũng như khiến việc bảo trì, bảo dưỡng hay giám sát hệ thống trở nên dễ dàng hơn

Đề tài đã đạt được những kết quả đáng mong đợi từ việc thiết kế mô hình và cơ cấu chuyển động của hệ thống, hệ thống tủ điện cho tới việc lập trình hệ thống, lượng kiến thức phù hợp với một đồ án khoá luận tốt nghiệp Không những vậy, đề tài còn là nền tảng vững chắc cho những phát triển tiếp theo của hệ thống trong tương lai

Trang 3

Mẫu QT.ĐT.18.M04

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Minh Thắng

Mã sinh viên: 19010222 Lớp: K13 Tự động hoá

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá

Tôi đã thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của:

ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được các tác giả khác công bố dưới bất kỳ hình thức nào Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

Với xu hướng phát triển nhanh và mạnh mẽ của các thiết bị điện tử gắn liền với cuộc sống hàng ngày, có thể nhận thấy sự thay đổi với tốc độ chóng mặt của khoa học kỹ thuật khiến cho cuộc sống của con người ngày càng hiện đại và tối ưu hơn

Xã hội thay đổi nhanh chóng, những công việc của con người dần bị thay thế bởi máy móc nhằm giảm thiểu công việc cho con người và tối ưu công việc

Là một sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa trường Đại học Phenikaa, sớm được tiếp xúc với những dây chuyền và hệ thống tự động, trước sự đòi hỏi của xã hội công nghệ, em phải có những bước phát triển, nắm rõ những kiến thức và kỹ năng để có thể thiết kế, thi công hay vận hành những hệ thống tân

tiến, theo kịp với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật Đồ án tốt nghiệp được

hoàn thành không chỉ dưới sự cố gắng của bản thân em mà còn có sự giúp đỡ của giảng viên Nguyễn Thị Thanh Vân cùng toàn bộ các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử Em xin cảm ơn toàn bộ thầy cô đã tạo điều kiện, chỉ bảo tận tình cho em, giúp em hoàn thiện đồ án này

Sau khi tìm hiểu, tham khảo những ý kiến đóng góp, em quyết định thực hiện

đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động” Mô

hình mô phỏng cách thức hoạt động của một hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động, giúp tối ưu việc sắp xếp, quản lý xe cho hệ thống trung tâm thương mại, các tòa nhà hay siêu thị,

Đến nay, em đã hoàn thành đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mô hình hệ thống bãi gửi xe ba tầng tự động” Do hạn chế về mặt thời gian và thiết bị nên

đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên em rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và chỉ bảo của các thầy cô nói chung và các thầy cô khoa Điện – Điện Tử nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 5

1.1.6 Cầu đấu điện 19

1.1.7 Đầu đọc RFID SIMATIC RF300 20

1.1.8 Nút nhấn và công tắc 22

1.1.9 Đèn báo 23

1.1.10 Màn hình HMI Siemens 24

1.2 Lý thuyết về đấu nối điện 25

1.2.1 Đấu nối cho PLC 25

1.2.2 Đấu nối giữa Stepper Motor, Driver và bộ điều khiển 27

1.2.3 Đấu nối Aptomat 28

1.2.4 Đấu nối nút nhấn, công tắc và đèn báo 29

1.3 Lý thuyết về điều khiển động cơ bước 29

1.3.1 Nguyên lý điều khiển động cơ bước 29

1.3.2 Điều khiển động cơ bước bằng Driver 29

1.3.3 Điều khiển động cơ bước bằng TIA Portal thông qua Driver 30

1.4 Tổng kết chương I 34Copies for internal use only in Phenikaa University

Trang 6

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35

2.1 Tổng quan về hệ thống 35

2.2 Thiết kế mô hình và cơ cấu hệ thống 37

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks 37

2.2.2 Bản vẽ 3D các chi tiết 39

2.2.3 Bản vẽ 3D mô hình hệ thống 45

2.2.4 Mô hình thực tế 46

2.3 Thiết kế tủ điện 47

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Eplan Electric 47

2.3.2 Bản vẽ sơ đồ một sợi của hệ thống 49

2.3.3 Bản vẽ sơ đồ nhiều sợi của hệ thống 50

2.3.4 Thi công tủ điện 52

3.1.3 Cấu hình cho động cơ 57

3.1.4 Cấu hình cho RFID 59

3.2 Chương trình PLC 62

3.2.1 Bảng tags 62

3.2.2 Quản lý dữ liệu và thông số 63

3.2.3 Phân loại cấp bậc điều khiển 65

Trang 7

Cài đặt địa chỉ cho máy tính 87

Kiểm tra kết nối Ethernet 87

Sử dụng mô phỏng HMI với PLC thật 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Trang 8

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Thắng

Thông tin liên lạc (Số điện thoại): 0986162001

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Kế hoạch thực hiện công việc:

(Báo cáo giảng viên hướng dẫn)

1

Từ 10/10/23 đến ngày 17/10/23

Hoàn thành đúng tiến độ

2

Tìm hiểu các phần mềm, thiết bị

và công nghệ sẽ sử dụng 2

Từ 18/10/23 đến ngày 01/11/23

3

Vẽ bản vẽ sơ bộ phần cơ cấu bằng

Từ 02/11/23 đến ngày 09/11/23

Hoàn thành sớm hơn so với dự kiến

4

- Dựa vào bản vẽ sơ bộ, lên danh sách linh kiện, thiết bị cần thiết cho phần cơ cấu và tải

- Đặt mua thiết bị và linh kiện - Trong thời gian chờ vận chuyển thì hoàn thành bản vẽ chi tiết Solid

1

Từ 05/11/23 đến ngày 12/11/23

Trang 9

5

Thi công phần cơ cấu và mô hình

(Báo cáo giảng viên hướng dẫn) 1

Từ 12/11/23 đến ngày 19/11/23

1

Từ 19/11/23 đến ngày 26/11/23

Hoàn thành sớm hơn so với dự kiến

7

- Thi công tủ điện

- Test lại phần đấu nối, thông mạch của tủ điện

2

Từ 26/11/23 đến ngày 10/12/23

Hoàn thành chậm hơn so với dự kiến

8

- Lập trình cho hệ thống - Mô phỏng để test lại code

(Báo cáo giảng viên hướng dẫn) 1

Từ 12/12/23 đến ngày 19/12/23

Hoàn thành đúng dự kiến

9

- Thiết kế, lập trình cho màn hình HMI

- Kiểm tra và test màn hình HMI (mô phỏng)

1

Từ 19/12/23 đến ngày 26/12/23

10

- Chỉnh sửa lại các bản vẽ (nếu có sự thay đổi giữa dự tính so với thực tế)

- Làm báo cáo

1

Từ 26/12/23 đến ngày 02/01/24

11 Thời gian dự phòng (còn lại) (còn lại)

Trang 10

DANH SÁCH KÝ HIỆU

DC (Direct Current): Dòng điện một chiều

AC (Alternating Current): Dòng điện xoay chiều ACB (Air Circuit Breaker): Máy cắt không khí

MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): Aptomat khối MCB (Miniature Circuit Breaker): Aptomat tép

CB (Circuit Breaker): Cầu dao tự động

RCCB (Residual Circuit Breaker): Aptomat chống rò dạng tép

RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection): Aptomat

chống dòng rò, chống giật và bảo vệ quá tải dạng tép

ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker): Aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải

dạng khối

HMI (Human - Machine Interface): màn hình giao tiếp giữa người và máy

SCL (Structured Control Language): là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, dựa trên

ngôn ngữ lập trình Pascal cho phép lập trình có cấu trúc

RFID (Radio Frequency Identification): công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng

Trang 11

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Lý thuyết về thiết bị

1.1.1 PLC Siemens S7-1200

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]

Hình 1.1.1 PLC S7 1200

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

Trang 12

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

- 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

1.1.2 Động cơ bước

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]

Trang 13

Hình 1.1.2 Động cơ bước

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

Trang 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

Trang 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

1.1.3 Driver TB6600

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]

Trang 16

• Cân nặng: 200G

• 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

Trang 17

1.1.4 Nguồn tổ ong

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 • Công suất tối đa: 120W

Trang 18

1.1.5 Aptomat

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]

Hình 1.1.5 Aptomat

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: 1 cực

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

Trang 19

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

• Aptomat dạng tép MCB 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)

1.1.6 Cầu đấu điện

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

Trang 20

Nhờ sự ra đời của cầu đấu nối dây điện, các kỹ sư đã có thể giải quyết bài

toán nan giải mà khiến họ đau đầu trong thời gian dài: Làm sao để vừa tiết kiệm diện tích mà vẫn có thể đấu nối một cách đơn giản? [7]

Hiện nay, trên thị trường thiết bị điện có rất nhiều loại cầu đấu dây điện được sử dụng đến, điển hình là: cầu đấu khối, cầu đấu mắt rời, cầu đấu giắc cắm, cầu đấu lắp ghép, cầu đấu nối đất, Mỗi loại cầu đấu điện sẽ có một công dụng riêng đáp ứng cho từng nhu cầu và môi trường Tuy nhiên, có thể phân loại cầu đấu điện dựa trên 2 yếu tố chính: [7]

Theo cấu tạo và chức năng:

• Cầu đấu dây điện khối (Domino khối) • Cầu đấu dây điện lắp ghép (Donmino tép) • Cầu đấu dây điện giắc cắm

• Cầu đấu dây điện nối đất

Theo số tầng

• Cầu đấu dây điện 1 tầng • Cầu đấu dây điện 2 tầng • Cầu đấu dây điện 3 tầng

Trong dự án này, ta sẽ sử dụng 2 cầu đấu điện Domino dạng khối, 12 cực và 3 cầu đấu điện Domino dạng khối, 4 cực

1.1.7 Đầu đọc RFID SIMATIC RF300

Hệ thống RFID SIMATIC RF300 đặc biệt thích hợp để sử dụng trong sản xuất công nghiệp trong các lĩnh vực kiểm soát sản xuất, dây chuyền lắp ráp và băng tải [9]

Trang 21

Hình 1.1.7 Đầu đọc RF300, thế hệ thứ 2

Hệ thống nhận dạng SIMATIC RF300 cung cấp các tính năng và hiệu suất:[9]

• Tần số hoạt động 13.56 MHz

• Vận hành với chế độ ISO 15693 hoặc chế độ RF300

• Hoạt động với bộ tiếp sóng MOBY E (không dành cho RF360R)

• Thụ động (không dùng pin), bộ giao tiếp không cần bảo trì với bộ nhớ

• Truyền dữ liệu cực nhanh

• Dễ dàng tích hợp vào SIMATIC, PROFIBUS, PROFINET, Ethernet/

IP và TCP/ IP Ứng dụng: [9]

• Hệ thống lắp ráp và xử lý, dây chuyền lắp ráp (nhận dạng vật mang

Trang 22

• Nhận dạng các bộ phận (ví dụ: bộ tiếp sóng được gắn vào sản phẩm

hoặc pallet)

• Công nghệ băng tải

• Hệ thống xe dẫn đường tự động (AGV), robot di động

1.1.8 Nút nhấn và công tắc

Nút nhấn và công tắc được sử dụng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, các loại máy móc hay một số quá trình trong điều khiển Nút nhấn, công tắc thường được thiết kế trên bảng điều khiển, tủ điện hay hộp nút nhấn Khi thao tác với nút nhấn phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện [11]

Đa số các nút nhấn, công tắc được làm bằng nhựa hoặc kim loại, hình dạng được thiết kế phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để dễ dàng sử dụng và thao tác Nút nhấn có một số đặc điểm chung như sau: [11]

• Có cấu tạo tương đồng nhau

• Nút nhấn có kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

• Có nhiều màu sắc khác nhau tượng trưng cho yêu cầu, mục đích sử dụng của từng người

• Khi tác động vào nút nhấn thì trạng thái của tiếp điểm sẽ có sự chuyển đổi, khi không tác động thì tiếp điểm của nút nhấn trở về trạng thái ban đầu

Trang 24

1.1.10 Màn hình HMI Siemens

Màn hình HMI, màn hình cảm ứng, màn hình điều khiển, màn hình HMI là viết tắt của Human – Machine – Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua một màn hình giao diện thì màn hình đó là một HMI [14]

Hình 1.1.10 Màn hình HMI

Các thành phần của màn hình cảm ứng HMI Siemens: [14]

- Phần cứng:

• Màn hình • Các phím bấm • Chip: CPU

• Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, EPROM/ Flash,

- Phần mềm

Trang 25

• Các đối tượng (Object) • Các hàm và lệnh

• Phần mềm phát triển

• Các công cụ xây dựng HMI

• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối • Các công cụ mô phỏng

- Truyền thông

• Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB

• Các giao thức truyền thông: Modbus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus,

1.2 Lý thuyết về đấu nối điện

1.2.1 Đấu nối cho PLC

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

Trang 26

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

Trang 27

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

Trang 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

1.2.3 Đấu nối Aptomat

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

Trang 29

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

1.3 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

Trang 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

Hình 1.3.3.1 Khối MC_Power

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 Copies for internal use only in Phenikaa University

Trang 31

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

Khối MC_MoveRelative

Hình 1.3.3.2 Khối MC_MoveRelative

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

Trang 32

Khối MC_Home

Hình 1.3.3.3 Khối MC_Home

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

Khối MC_MoveAbsolute

Trang 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

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

• 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

Trang 34

• JogForward: lệnh điều khiển động cơ quay thuận

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

Trang 35

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 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 RFID

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)

Trang 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

Emergency

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

Trang 37

2.2 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 Copies for internal use only in Phenikaa University

Trang 38

• 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 Copies for internal use only in Phenikaa University

Trang 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

Hình 2.2.2.2 Ke góc vuông

Trang 40

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

Hình 2.2.2.4 Đế bệ đỡ