Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử: Điều kiểm và giám sát hệ thống rửa xe ô tô tự Động

1.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên với nhóm thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiế

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: PGS TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN SVTH: MAI TẤN THANH

NGUYỄN TẤN PHÁT

TP Hồ Chí Minh, tháng 6/2024

ĐIỀU KIỂM VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG

RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Khóa: 2020 - 2024

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2024

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Khóa: 2020 - 2024

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2024

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Tp Hồ Chí Minh, 26 tháng 01 năm 2024

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Đình Nhơn

Sinh viên thực hiện: 1 Mai Tấn Thanh MSSV: 20146421 ĐThoại: 0366379624

2 Nguyễn Tấn Phát MSSV: 20146390 ĐThoại: 0375202227

I Tên đề tài:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

II Nhiệm vụ:

1 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Sử dụng PLC Rockwell điều khiển các thiết bị

 Sử dụng biến tần điều khiển động cơ 3 phase

 Số lượng xe rửa 1 xe trong 1 chu trình

2 Nội dung chính của đồ án:

 Thiết kế mô hình

 Thiết kế phần mềm điều khiển

 Giám sát điều khiển qua Web Server

4 Các sản phẩm dự kiến

 01 Quyển báo cáo chi tiết đồ án

 01 Video mô phỏng về đồ án

 01 Mô hình hoàn chỉnh hệ thống rửa xe tự động

 01 Tập bản vẽ chi tiết về hệ thống điện

5 Ngày giao đồ án: 26 / 01 / 2024

6 Ngày nộp đồ án: 01 / 07 / 2024

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt

ii

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Điện Thoại: 0366379624 Email: 20146421@student.hcmute.edu.vn

Địa chỉ sinh viên: 64/2 đường 17, phường Linh Trung, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Phát

MSSV: 20146390 Lớp: 20146CL2B

Điện Thoại: 0375202227 Email: 20146390@student.hcmute.edu.vn

Địa chỉ sinh viên: 465, QL 13, Phường Hiệp Bình Phước, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chúng

tôi nghiên cứu và thực hiện Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công

bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, Chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp.HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2024

Sinh viên thực hiện đề tài

Mai Tấn Thanh Nguyễn Tấn Phát

Trong khoảng thời gian làm Đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và sự dẫn dắt chỉ bảo nhiệt tình của thầy

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn PGS.TS Trương Đình Nhơn - Trưởng Khoa Đào Tạo Quốc Tế - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm em trong suốt quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp

Chúng em cũng xin gửi cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giáo trong Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Cơ điện tử nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp chúng chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình chúng em tham gia học tập

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, những người luôn ở bên cạnh đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập

và hoàn thành Đồ án tốt nghiệp

Với điều kiện về thời gian cũng như lượng kiến thức về đề tài rất rộng mà kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ án này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

iv

Đồ án này tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình rửa xe ô tô tự được điều khiển

và giám sát thông qua Webserver nhằm giúp giảm thiểu thời gian rửa xe là quản lí hệ thống tiết kiệm thời gian Mô hình gồm có những phần chính là bộ băng tải di chuyển xe ô tô, hệ thống chổi cọ rửa và quạt sấy khi rửa xe xong, được điều khiển bằng PLC Rockwell Micro 850, biến tần PowerFlex 525 điều khiển tốc độ băng tải Sản phẩm cuối cùng là mô hình rửa xe ô tô tự động và một trang Web giám sát hệ thống được kết nối với mô hình

Tp.HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2024

Sinh viên thực hiện đề tài

Mai Tấn Thanh Nguyễn Tấn Phát

Sinh viên thực hiện: 1 Mai Tấn Thanh MSSV: 20146421 ĐThoại: 0366379624

2 Nguyễn Tấn Phát MSSV: 20146390 ĐThoại: 0375202227

Tên đề tài:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG

GVHD

Tuần 1 Xem lại đồ án Cơ Điện Tử khi hoàn thành cần nghiên cứu

sâu vào vấn đề nào

Tuần 2 Gặp GVDH tiến hành xét duyệt vấn đề thực hiện

Tuần 3 Viết ra các vấn đề cần nghiên cứu cho ĐATN, mục tiêu thực

hiện, giới hạn đề tài, nội dung đề tài

Tuần 4 Tìm hiểu về các thiết kế và phương pháp thực hiện cho đề

tài, đưa ra các giải pháp thực hiện hợp lí

Tuần 5 Nghiên cứu các phần mềm hỗ trợ và công cụ để thực hiện đề

tài

Nghiên cứu cách giao tiếp của các phần mềm công cụ lại

với nhau để tiến hành nghiên cứu

Tuần 6

Tuần 7 Tìm hiểu quy trình kết nối sử dụng phần cứng và phần mềm,

về cách hoạt động của một trang Web giám sát

Tuần 8

Tuần 9

Tiến hành lập trình tương tác điều khiển cho Web và các

thiết bị phần cứng thông qua Internet

Tuần 17 Làm PowerPoint chỉnh sửa và hoàn thiện báo cáo

vi

LỜI CAM KẾT ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 3

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 3

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống rửa xe ô tô tự động 5

2.2 Các hệ thống rửa xe ô tô tự động 6

2.2.1 Hệ thống rửa xe tự động bằng băng chuyền (Conveyor Car Wash) 6

2.2.2 Hệ thống rửa xe tự động bằng robot (Robotic Car Wash) 7

2.3 Các cơ sở lý thuyết liên quan 8

2.3.1 Phương pháp điều khiển khiển động cơ 8

2.3.2 Giới thiệu về PLC và Inverter 9

2.3.3 Phần mềm Connected Components Workbench & RSLinx Classic 12

2.3.4 Chuẩn giao tiếp Ethernet 15

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 19

3.1 Thiết kế bản vẽ 3D của mô hình 19

3.1.1 Thiết kế băng tải cho hệ thống 19

3.1.2 Thiết kế tính toán bộ truyền động cho băng tải 21

3.2 Lựa chọn vật liệu thi công 26

4.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị 28

4.3.1 Bản vẽ tủ điện 39

4.3.2 Bản vẽ sơ đồ đấu dây 40

CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN & HMI 42

5.1 Chương trình điều khiển PLC 42

5.1.1 Quy trình hoạt động 42

5.1.2 Yêu cầu thiết kế 43

5.1.3 Điều khiển động cơ 3 phase bằng biến tần 44

5.1.4 Chương trình PLC 44

5.2 Giao diện HMI 47

5.1.1 Yêu cầu thiết kế 47

5.2.2 Màn hình giám sát 48

CHƯƠNG 6: GIÁM SÁT HỆ THỐNG QUA WEBSERVER 50

6.1 Giới thiệu về WebServer 50

6.1.1 Giới thiệu 50

6.1.2 Định hướng và giải pháp 50

6.2 Cơ sở lý thuyết về WebServer 51

6.2.1 Thư viện Node.js 51

6.2.2 Phần mềm Visual Studio 51

6.2.3 Phần mềm Kepware OPC 51

6.2.4 Phần mềm MySQL 52

6.2.5 Ngôn ngữ lập trình JavaScript 53

6.3 Các module hỗ trợ lập trình WebServer 54

6.3.1 Module NPM 54

6.3.2 Module Socket IO 54

6.3.3 Module Express Framework 54

6.3.4 Module Lodash 55

6.3.5 Module ejs 55

6.3.6 Module jQuery 55

6.3.7 Module Kepserverex-js 55

6.4 Thiết kế giao diện 56

6.4.1 Yêu cầu thiết kế 56

6.4.2 Giao diện trang INTRODUCE 57

viii

6.4.5 Giao diện màn hình REPORT 59

6.4.6 Giao diện màn hình LOGIN 61

6.4.7 Sử dụng MySQL và WebServer để lưu trữ và tra cứu thông tin 61

CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ - THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 63

7.1 Mô hình hệ thống 63

7.1.1 Kết quả thi công cơ khí 63

7.1.2 Kết quả thi công tủ điện 65

7.2 Chương trình điều khiển 69

7.3 Hướng dẫn vận hành hệ thống 72

7.3.1 Hướng dẫn vận hành hệ thống rửa xe tự động thông qua HMI 72

7.3.2 Hướng dẫn vận hành hệ thống rửa xe tự động qua webserver 73

7.4 Thực nghiệm mô hình 75

7.5 Đánh giá mô hệ thống 77

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79

8.1 Kết luận 79

8.2 Hạn chế đề tài 79

8.3 Hướng phát triển 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC I PHỤ LỤC A: BẢNG ĐỊA CHỈ VÀ DANH SÁCH THIẾT BỊ I PHỤ LỤC B: BẢNG VẼ THIẾT KẾ MÔ HÌNH III

Bảng 4.2: Một số thông số kỹ thuật thuật chính của động cơ AC servo 30

Bảng 4.3: Bảng mô tả ký hiệu các chân của biến tần 31

Bảng 4.4: Thông số 2080-LC50-24QWB Micro850 24 I/O Ethernet/IP 33

Bảng 4.5: Thông số động cơ DC GB37-520 35

Bảng 4.6: Bảng thông số Rơ le máy bơm 37

Bảng 6.1: Giới thiệu về WebServer 50

Bảng 6.2: Chức năng và công dụng của KEPServerEX 52

Bảng 6.3: Các gói cài đặt trong dự án Webserver 56

Bảng 6.4: Bảng phân quyền truy cập cho hệ thống 61

Bảng 7.1: Bảng thông số kỹ thuật mô hình 69

Bảng 7.2: Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị chính 75

Bảng 7.3: Bảng đánh giá thực nghiệm mô hình hệ thống 76 Bảng phụ lục 1: Địa chỉ các thiết bị ngõ vào PLC I Bảng phụ lục 2: Địa chỉ các thiết bị ngõ ra PLC I Bảng phụ lục 3: Danh sách thiết bị dùng trong hệ thống II

x

Hình 1.2: Biểu đồ tổng doanh số bán ô tô toàn thị trường năm 2024 2

Hình 2.1: Hệ thống rửa xe ô tô tự động 6

Hình 2.2: Hệ thống rửa xe “Conveyor Car Wash” 6

Hình 2.3: Hệ thống rửa xe “Robotic Car Wash” 7

Hình 2.4: Cấu trúc chung PLC 10

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của biến tần 11

Hình 2.6: Khối chức năng RA_PFx_ENET_STS_CMD 12

Hình 2.7: Phần mềm hỗ trợ lập trình Rockwell 13

Hình 2.8: Phần mềm kết nối thiết bị thông qua Ethernet 14

Hình 2.9: Mạng Ethernet trong công nghiệp 15

Hình 2.10: Giao thức truyền thông công nghiệp 16

Hình 3.1: Con lăn băng tải 19

Hình 3.2: Con lăn được bố trí đều lên băng tải 19

Hình 3.3: Thiết kế cơ khí của băng tải mô hình 20

Hình 3.4: Thiết kế chân mô hình 20

Hình 3.5: Mô hình hoàn chỉnh sau ghi lắp ráp 21

Hình 3.6: Minh họa bộ truyền 21

Hình 3.7: Cơ cấu bộ truyền đai răng của hệ thống 22

Hình 3.8: Mô tả bộ truyền đai dẹt 24

Hình 3.9: Nhôm định hình 26

Hình 3.10: Ván ép 26

Hình 3.11: Béc phun rửa xe 27

Hình 3.12: Chổi cọ rửa xoay 27

Hình 4.1: Bộ nguồn PROeco chuyển đổi AC-DC 28

Hình 4.2: Động cơ 3 pha Ac servo 28

Hình 4.3: Biến tần PowerFlex 525 30

Hình 4.4: Sơ đồ nối dây cho biến tần 31

Hình 4.5: Màn hình HMI 2711R-T7T 32

Hình 4.6: PLC điều khiển 33

Hình 4.7: Modul Ethernet 34

Hình 4.8: Động cơ DC GB37-520 35

Hình 4.9: Động cơ bơm áp lực SINLEADER 35

Hình 4.12: Rơ le máy bơm 37

Hình 4.13: Sơ đồ chân của Rơ le FOTEK 37

Hình 4.14: Quạt sò DC Silent Blower 38

Hình 4.15: Sơ đồ kết nối thiết bị phần cứng 38

Hình 4.16: Bản vẽ tủ điện của hệ thống 39

Hình 4.17: Sơ đồ mạch động lực 40

Hình 4.18: Sơ đồ đấu dây PLC 40

Hình 4.19: Bản vẽ Input và nút nhấn 41

Hình 4.20: Sơ đồ điều khiển Relay 41

Hình 5.1: Lưu đồ quy trình hoạt động rửa xe 42

Hình 5.2: Thứ tự các khâu hoạt động trên băng tải 44

Hình 5.3: Lưu đồ quy trình hoạt động 45

Hình 5.4: Sơ đồ giải thuật chi tiết cho chế độ hoạt động Manual 46

Hình 5.5: Sơ đồ giải thuật chi tiết cho chế độ hoạt động Auto 47

Hình 5.6: Giao diện chọn chế độ điều khiển trên HMI 48

Hình 5.7: Giao diện của chế độ điều khiển manual trên HMI 49

Hình 6.1: Thư viện Node.js 51

Hình 6.2: Giải pháp kết nối Visual Studio Với Kepware 52

Hình 6.3: Sự liên kết giữa MySQL với Webserver 53

Hình 6.4: Thành phần để cấu tạo lên trang web 53

Hình 6.5: Giao diện màn hình INTRODUCE 57

Hình 6.6: Giao diện màn hình CONTROL & MONITOR 58

Hình 6.7: Giao diện màn hình ALARM 59

Hình 6.8: Màn hình giao diện REPORT 59

Hình 6.9: Báo cáo Excel được xuất từ trang “REPORT” 60

Hình 6.10: Giao diện “LOGIN” 61

Hình 6.11: Kiểu dữ liệu và các thành phần trong bảng ALARM 62

Hình 6.12: Cơ sở dữ liệu ALARM 62

Hình 6.13: Kiểu dữ liệu và các thành phần trong bảng REPORT 62

Hình 6.14: Cơ sở dữ liệu REPORT 62

Hình 7.1: Thi công kết cấu chân mô hình 63

Hình 7.2: Thi công băng tải 63

xii

Hình 7.5: Hệ thống truyền động kết nối với băng tải 65

Hình 7.6: Hệ thống bơm được lắp đặt 65

Hình 7.7: Mặt ngoài tủ điện 66

Hình 7.8: Tổng quát bên trong tủ điện 67

Hình 7.9: Phần trên mô hình hệ thống 68

Hình 7.10: Mô hình hoàn thiện 68

Hình 7.11: Màn hình HMI điều khiển chế độ Auto 69

Hình 7.12: Màn hình HMI điều khiển chế độ Manual 69

Hình 7.13: Màn hình điều khiển từng thiết bị bằng Manual 70

Hình 7.14: Giao diện điều khiển thông qua Internet ở 2 chế độ Auto và Manual 70

Hình 7.15: Màn hình giám sát lỗi trên máy chủ 71

Hình 7.16: Màn hình giám sát báo cáo trên máy chủ 71

PLC Programmable Logic Controller

HMI Human Machine Interface

LAN Local Area Network

CCW Connected Components Workbench

PID Proportional Integral Derivative

OPC Open Platform Communications

HSE High Speed Ethernet

URL Uniform Resource Locator

API Application Programming Interface

HTTP HyperText Transfer Protocol

USD United States Dollar

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Cuộc sống gắn liền với sự tiện lợi, được sử dụng các dịch vụ tốt nhất, nhanh nhất Đối với các nước phát triển công nghệ tự động hóa được áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó

có thể kể đến những ứng dụng thực tế trong cuộc sống hằng ngày là: “Rửa xe tự động” không thể thiếu ở các nước phát triển với mật độ ô tô lớn Mô hình Rửa Xe ra đời góp phần mang lại sự chuyên nghiệp hơn trong dịch vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống công nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng, nhưng cũng không kém phần hiệu quả so với các dịch vụ

cổ điển Đối với nước ta thì dịch vụ này còn khá mới Chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới

Trong năm 2023 cho thấy nước ta năm nay triển khai rất nhiều dự án đường cao tốc các

dự án đã và đang dần hoàn thiện và đưa vào sử dụng để thúc đẩy ngành vận tải tiết kiệm được thời gian Nước ta sẽ ngày càng phát triển Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vật chất nâng cao Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy, trả lại bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn Cuộc sống mọi người trở nên năng động thì nhu cầu rửa xe nhanh và sạch sẽ là tất yếu, bởi họ xem thời gian là “vàng” mà chỉ có nhà rửa xe tự động mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể đáp ứng được nhiều xe Tiết kiệm rất nhiều thời gian cho người dùng ở ô tô ở thời đại công nghệ phát triển

Hình 1.1: Mô hình rửa xe Ô tô tự động

số bán hàng của toàn thị trường đạt 27.289 xe, tăng 135% so với tháng 2/2024, giảm 9% so với tháng 3/2023

Doanh số bán hàng của toàn thị trường đạt 27.289 xe, bao gồm xe 19.014 du lịch, 8.047 xe thương mại và 228 xe chuyên dụng Doanh số xe du lịch tăng 135%, xe thương mại tăng 131%

và xe chuyên dụng tăng 307% so với tháng trước

Doanh số bán của xe lắp ráp trong nước đạt 14.474 xe, tăng 117% so với tháng trước và doanh

số xe nhập khẩu nguyên chiếc là 12.815 xe, tăng 158% so với tháng trước

Tổng doanh số bán hàng của toàn thị trường quý 1/2024 đạt 58.165 xe, giảm 17% so với cùng

kỳ năm 2023 Trong đó, xe ô tô du lịch giảm 21%, xe thương mại giảm 6% và xe chuyên dụng giảm 48% so với năm 2023

Tính đến hết tháng 3/2024, doanh số bán hàng của xe lắp ráp trong nước giảm 20% trong khi

xe nhập khẩu giảm 14% so với cùng kỳ năm ngoái Tuy nhiên, trong bối cảnh phục hồi của thị trường sau những tháng đầu năm khó khăn, sự tăng trưởng mạnh mẽ trong tháng 3/2024 là dấu hiệu tích cực cho thị trường ô tô Việt Nam [9]

Hình 1.2: Biểu đồ tổng doanh số bán ô tô toàn thị trường năm 2024

Trong năm 2024 thị trường ô tô điện lại đang đón những tín hiệu tích cực Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) cũng đưa ra dự báo thị trường ô tô điện Việt Nam sẽ đạt mức một triệu ô tô điện vào 2028 và đến 2040 số lượng xe sẽ rơi vào mức 3,5 triệu chiếc

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, nhưng để tạo ra được một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thì đây chính là một điều kiện tốt nhất để người thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt các học kỳ tích luỹ từ sự tự lực của bản thân và từ trường lớp Đòi hỏi người thực hiện đề tài phải nỗ lực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến

thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài Đề tài “Điều khiển

và giám sát hệ thống rửa xe ô tô tự động” hoàn thành sẽ góp phần vào việc các hệ thống rửa xe

mang tính công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm thời gian rửa xe thủ công… Đồng

3

khi mà mọi người muốn rửa xe ô tô trong thời gian ngắn nhất

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên với nhóm thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có

cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực

tế cuộc sống:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống rửa xe ô tô tự động

- Nghiên cứu điều khiển hệ thống bằng PLC Rockwell

- Nghiên cứu điều khiển và giám sát hệ thống bằng Webserver

Sau khi tạo ra được sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng trong các siêu thị, nơi công cộng, các trung tâm bảo dưỡng để phục vụ rửa xe cho người tiêu dùng

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Dùng PLC Rockwell (Micro 850) điều khiển hệ thống

- Dùng động 3 pha để di chuyển trục băng tải

- Dùng biến tần để điều khiển động cơ 3 pha

- Hệ thống có 6 khâu làm việc kích thước là 90x20(cm)

- Thời gian tối đa cho việc rửa xe theo mô hình mẫu khoảng 30s

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

 Áp dụng kiến thức được học tại trường

 Thiết kế, tính toán, thi công cơ khí và thiết kế mạch điện

 Xây dựng giải thuật điều khiển tối ưu

 Tham khảo ý kiến của thầy cô có kinh nghiêṃ trong lĩnh vực nghiên cứu

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

 Ứng dụng Solidworks 2020 để thiết kế cơ khí, phần mềm Connected Components Workbench dùng viết chương trình điều khiển

 Phần mềm AutoCAD Electrical vẽ sơ đồ nối điện

 Visual Studio Code thiết kế giao diện Webserver

 KEPServer kết nối dữ liệu với PLC

 MySQL để báo cáo hoạt động thông qua Webserver

 Giáo trình, tài liệu từ Internet

 Các trang thiết bị gia công cơ khí và thi công

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Nội dung đề tài “Giám sát và điều khiển hệ thống rửa xe ô tô tự động” được trình bày qua các nội dung sau:

Giới thiệu sơ lược về hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống rửa xe ô tô tự động Đặt ra mục tiêu phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài và giới hạn nội dung thực hiện

Chương 2: Cơ sở lý thuyết:

Trình bày các phương pháp điều khiển, lý thuyết phần cứng cho hệ thống bao gồm PLC, biến tần, và kết nối điều khiển cho hệ thống

Chương 3: Tính toán và thiết kế cơ khí:

Trình bày các yêu cầu thiết kế cơ khí của hệ thống Từ đó tính toán lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu hệ thống Thiết kế bản vẽ cơ khí

Chương 4: Lựa chọn thiết kế hệ thống điện:

Trình bày về cách lựa chọn các thiết bị điện, xây dựng sơ đồ khối và quy trình công nghệ Thiết kế mạch điện là tiến hành lắp ráp tủ điện theo nguyên lý hoạt động của mô hình

Chương 5: Thiết kế chương trình điều khiển và giao diện HMI:

Từ sơ đồ khối thiết kế chương trình điều khiển cho mô hình và HMI

Chương 6: Giám sát hệ thống thông qua Webserver

Trình bày quy trình thiết kế hệ thống giám sát thông qua Webserver, cách kết nối, cách lưu dữ liệu, thiết kế giao diện trang web, báo cáo trong quá trình hoạt động của hệ thống Trình bày cách kết nối và các công cụ hỗ trợ nghiên cứu, quy trình thiết kế và xử lý dữ liệu

Chương 7: Kết quả - thực nghiệm và đánh giá

Trình bày kết quả thi công, chương trình điều khiển, trình bày kết quả thực hiện được khi giám sát qua Webserver

Hướng dẫn vận hành, kết quả thực nghiệm và đánh giá hệ thống

Chương 8: Kết luận và phát triển:

Sau khi hoàn thành tiến hành cho chạy thực nghiệm để quan sát mô hình được điều khiển thông qua Webserver Kết luận về quá trình thực hiện đồ án và đề ra hướng phát triển cho dự án sắp tới

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống rửa xe ô tô tự động

2 Trạm phun nước sơ bộ:

Vòi phun nước: Phun nước lên toàn bộ xe để loại bỏ bụi bẩn và làm mềm chất bẩn bám trên bề mặt

6 Trạm phun chất tẩy rửa và bảo vệ:

Vòi phun chất tẩy rửa: Phun các chất tẩy rửa đặc biệt để làm sạch và bảo vệ bề mặt

8 Khu vực kiểm tra và hoàn tất:

Hệ thống kiểm tra tự động: Kiểm tra kỹ lưỡng xem xe đã được rửa sạch và khô hoàn toàn

Khu vực hoàn tất bằng tay: Nhân viên có thể thực hiện các bước hoàn thiện như lau khô các chi tiết nhỏ, vệ sinh nội thất, hoặc bôi sáp bảo vệ bổ sung

9 Hệ thống điều khiển và giám sát:

Bảng điều khiển trung tâm: Quản lý và điều khiển toàn bộ quá trình rửa xe

Hệ thống giám sát và cảm biến: Theo dõi tình trạng của xe và các thiết bị trong hệ thống, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả

Các thành phần này phối hợp hoạt động một cách nhịp nhàng để đảm bảo xe được rửa sạch hoàn toàn, nhanh chóng và hiệu quả

Hình 2.1: Hệ thống rửa xe ô tô tự động

2.2 Các hệ thống rửa xe ô tô tự động

2.2.1 Hệ thống rửa xe tự động bằng băng chuyền (Conveyor Car Wash)

Hệ thống rửa xe tự động bằng băng chuyền (Conveyor Car Wash) là một loại công nghệ rửa

xe tự động trong đó xe được di chuyển qua một loạt các trạm rửa khác nhau nhờ vào một băng chuyền Trong hệ thống này, xe không cần phải di chuyển; thay vào đó, nó được đặt cố định trên một băng chuyền, và băng chuyền sẽ di chuyển xe qua các giai đoạn rửa, cọ rửa, và sấy khô

Hình 2.2: Hệ thống rửa xe “Conveyor Car Wash”

2.2.2 Hệ thống rửa xe tự động bằng robot (Robotic Car Wash)

Hệ thống rửa xe tự động bằng robot (Robotic Car Wash) là một loại công nghệ rửa

xe trong đó các robot được lập trình để thực hiện các công đoạn rửa xe một cách tự động

và chính xác Các cánh tay robot được trang bị vòi phun nước, bàn chải và các thiết bị khác để rửa, làm sạch và sấy khô xe mà không cần sự can thiệp của con người

Hình 2.3: Hệ thống rửa xe “Robotic Car Wash”

 Ưu điểm của hệ thống rửa xe bằng robot:

 Độ chính xác cao: Robot có thể được lập trình để làm sạch từng chi tiết nhỏ của xe, đảm bảo xe được rửa sạch hoàn toàn

 Ít tiếp xúc vật lý: Giảm nguy cơ trầy xước bề mặt xe do robot sử dụng công nghệ phun nước áp lực cao và các thiết bị không chạm

 Tiết kiệm nước và chất tẩy rửa: Các hệ thống này thường được thiết kế để tối ưu hóa lượng nước và chất tẩy rửa sử dụng, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường

 Tự động hóa hoàn toàn: Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng hiệu quả vận hành

 Tùy chỉnh linh hoạt: Robot có thể dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các loại xe khác nhau và các yêu cầu rửa cụ thể

 Nhược điểm của hệ thống rửa xe bằng robot:

 Chi phí đầu tư cao: Công nghệ robot tiên tiến đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn cho việc lắp đặt và trang bị hệ thống

 Bảo trì phức tạp: Hệ thống robot đòi hỏi bảo trì thường xuyên và kỹ thuật viên có chuyên môn cao để đảm bảo hoạt động ổn định

 Yêu cầu kỹ thuật cao: Cần có kỹ thuật viên chuyên nghiệp để vận hành và bảo trì hệ thống, tăng chi phí lao động

 Phụ thuộc vào công nghệ: Hệ thống có thể gặp sự cố kỹ thuật và ngừng hoạt động nếu

có vấn đề về phần mềm hoặc phần cứng

 Khó khăn với hình dạng xe đặc biệt: Một số xe có hình dạng đặc biệt hoặc có các phụ kiện bên ngoài có thể khó được làm sạch hoàn toàn bằng hệ thống robot

2.3 Các cơ sở lý thuyết liên quan

2.3.1 Phương pháp điều khiển khiển động cơ

1 Phương pháp điều khiển vị trí và tốc độ qua PID

Đối với phương pháp này có độ chính xác cao: PID cho phép điều khiển chính xác tốc độ

và vị trí của băng tải

Phản hồi nhanh: Khả năng điều chỉnh nhanh, phù hợp cho các băng tải cần thay đổi tốc

độ liên tục

 Nhược điểm:

Phức tạp: Cần thời gian để thiết lập và tinh chỉnh các tham số PID

 Phù hợp khi:

Yêu cầu điều khiển chính xác và đáp ứng nhanh chóng

Băng tải cần thay đổi tốc độ và vị trí thường xuyên

2 Điều khiển Dòng điện (Current Control)

 Ưu điểm: Kiểm soát mô-men xoắn chính xác: Điều khiển dòng điện giúp duy trì mô-men xoắn ổn định

Phản hồi nhanh: Phù hợp với các băng tải có tải trọng thay đổi liên tục

 Nhược điểm: Phức tạp: Cần thiết bị điều khiển và cảm biến dòng điện chất lượng cao

 Chi phí cao: Tăng chi phí hệ thống

 Phù hợp khi: Băng tải có tải trọng thay đổi nhanh chóng và cần kiểm soát mô-men xoắn chặt chẽ

3 Điều khiển Tần số (Frequency Control - VFD)

 Ưu điểm: Đơn giản và kinh tế: Dễ thiết lập và ít tốn kém

Hiệu suất tốt: Đáp ứng đủ yêu cầu cho hầu hết các băng tải công nghiệp

 Nhược điểm: Độ chính xác thấp: Không phù hợp cho các ứng dụng cần điều khiển vị trí hoặc mô-men xoắn chính xác

Phản hồi chậm: Phản hồi chậm hơn so với các phương pháp khác

 Phù hợp khi: Yêu cầu điều khiển tốc độ đơn giản, không cần độ chính xác cao

Ứng dụng băng tải thông thường với tải trọng và tốc độ ổn định

2.3.2 Giới thiệu về PLC và Inverter

1 PLC “Programmable Logic Controller”

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển Logic Bộ lập trình PLC nhận các tín hiệu từ ngõ vào Input

và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra Output Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối hay Relay Những tính năng mở rộng phổ biến hiện nay của PLC như khả năng đọc xuất tín hiệu analog, tích hợp khả năng đọc xung tốc độ cao từ encoder, kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi bằng truyền thông như màn hình cảm ứng HMI, máy tính

Hình 2.4: Cấu trúc chung PLC

PLC thường được cấu tạo bởi 3 thành phần chính đó là phần nguồn thường là 220v hoặc 24v Tiếp theo là CPU, mỗi loại PLC tùy theo ứng dụng thì sẽ có tốc độ xử lý cũng như bộ nhớ lưu trữ chương trình, khả năng mở rộng khác nhau Phần còn lại là khối ngoại vi bao gồm: in/out, truyền thông, module phát xung, analog

Trên thị trường Việt Nam có nhiều hãng PLC khác nhau với nhiều đặc tính khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider, Rockwell… Trong đó, đặc biệt là Siemens và Mitsubishi là 2 hãng có mặt sớm nhất ở Việt Nam cũng là PLC phổ biến nhất trong công nghiệp và có nhiều ưu điểm nổi trội

 Ứng dụng của PLC trong thực tế

Hiện nay máy PLC đã được ứng dụng nhiều trong nền công nghiệp với rất nhiều lĩnh vực Trong các lĩnh vực, kỹ thuật máy tính được áp dụng, đưa thiết bị điện tử lên tầm cao mới

Công nghệ sản xuất: Sản xuất giấy, sản xuất thủy tinh, sản xuất xi măng, sản xuất ô

tô, vi mạch, may công nghiệp, lắp ráp Tivi, chế tạo linh kiện bán dẫn, đóng gói sản phẩm

 Xử lý hóa học

 Hệ thống nâng chuyển

 Điều khiển hệ thống đèn giao thông

 Hệ thống quản lý bãi đổ xe

 Chế biến thực phẩm…

2 Tổng quan về biến tần

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động

cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển động cơ một cách vô cấp, không cần dùng

đến các hộp số cơ khí Nói một cách đơn giản, biến tần chính là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor) Biến tần có thể thay đổi tần

số từ 1Hz đến 50Hz, thậm chí là 60Hz hoặc lên đến 400Hz đổi với loại động cơ chạy tốc

độ cao trong các máy CNC Chính vì vậy, nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz Hiện nay ngoài việc thay đổi tần

số điều khiển tốc độ động cơ biến tần còn có thể điều khiển momen kết hợp với các card

để thực hiện một mục đích nhất định

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của biến tần

Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông

 Tổng quan về biến tần PowerFlex 525

Để điều khiển chiều quay, cũng như tốc độ của động cơ AC servo thì biến tần là một công

cụ mạnh không thể nào bỏ qua Biến tần PowerFlex cho phép một số phương thức truyền thông như: Ethernet, RS485, RSNetWorx Trong dự án biến tần sẽ được điều khiển bằng PLC thông qua mạng Ethernet Ngoài ra ta có thể trực tiếp điều khiển biến tần thông qua kết hợp các thiết bị ngoại vi vào các chân của biến tần

 Điều khiển tốc độ bằng biến tần thông qua khối chức năng

RA_PFx_ENET_STS_CMD

Trong đó Khối chức năng MSG_CIPGENERIC đọc/thực thi và ghi dữ liệu từ và vào tệp Main_Drive_StsCmd Điều này đã được lưu dưới dạng RA_PFx_ENET_STS_CMD Nếu có nhiều PF525 VFD, tất cả những gì chúng ta cần làm là viết một Tệp Chương trình khác (tức là FanMotor) tải nó bằng địa chỉ IP và thông tin lệnh của FanMotor VFD, đồng thời sử dụng cùng UDFB như Main_Drive [4]

 Input

 IPAddress: địa chỉ IP biến tần

 UpdataRate_ms_: thời gian cập

 ClrFault: báo lỗi

 SetFwd: chạy thuận

 SetRev: chạy ngược

 SpeedRef: Tốc độ yêu cầu

 AccelTime1: thời gian tăng tốc

 DecelTim1: thời gian giảm tốc

 Output

 SpeedFeedback: Tốc độ ngõ ra hiện tại

Hình 2.6: Khối chức năng RA_PFx_ENET_STS_CMD

2.3.3 Phần mềm Connected Components Workbench & RSLinx Classic

1 Connected Components Workbench là gì?

Connected Components Workbench (CCW) là một phần mềm do Rockwell Automation phát triển, được sử dụng để cấu hình, lập trình và quản lý các thiết bị tự động hóa công nghiệp như bộ điều khiển logic khả trình (PLC), biến tần, và các thiết bị điều khiển khác CCW cung cấp một môi trường tích hợp để phát triển và quản lý các dự án tự động hóa, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả công việc

Hình 2.7: Phần mềm hỗ trợ lập trình Rockwell

Các tính năng chính của Connected Components Workbench:

 Lập trình và Cấu hình PLC: Hỗ trợ lập trình các bộ điều khiển của Allen-Bradley, bao

gồm các dòng Micro800 Người dùng có thể lập trình bằng ngôn ngữ ladder, cấu hình các module I/O và thiết lập các thông số điều khiển

 Cấu hình Biến tần: Cho phép cấu hình và điều chỉnh các biến tần PowerFlex Người

dùng có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số hoạt động và giám sát trạng thái của biến tần

 Thiết kế Giao diện Người-Máy (HMI): CCW cung cấp công cụ thiết kế giao diện HMI,

giúp tạo ra các màn hình điều khiển và giám sát tương tác cho các hệ thống tự động hóa

 Tích hợp Truyền thông: Hỗ trợ tích hợp các giao thức truyền thông công nghiệp như

Ethernet/IP, giúp kết nối và giao tiếp giữa các thiết bị trong hệ thống tự động hóa

 Giám sát và Chẩn đoán: Cung cấp các công cụ giám sát và chẩn đoán trực tiếp trên phần

mềm, giúp người dùng theo dõi hoạt động của hệ thống và phát hiện các sự cố nhanh chóng

 Thư viện và Mẫu có sẵn: CCW đi kèm với các thư viện và mẫu dự án, giúp người dùng

khởi đầu các dự án mới một cách nhanh chóng và dễ dàng

Connected Components Workbench là một công cụ mạnh mẽ và hữu ích cho các kỹ sư và chuyên gia tự động hóa, giúp họ tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu suất hệ thống

2 RSLinx Classic

RSLinx Classic là một phần mềm truyền thông công nghiệp do Rockwell Automation phát triển Nó đóng vai trò như một trình điều khiển giao tiếp giữa các thiết

bị phần cứng của Allen-Bradley (chẳng hạn như PLC, HMI, và các thiết bị điều khiển khác) và phần mềm trên máy tính RSLinx Classic cung cấp các công cụ để thiết lập, quản

lý, và giám sát các kết nối truyền thông công nghiệp

Hình 2.8: Phần mềm kết nối thiết bị thông qua Ethernet

 Giao tiếp với PLC: RSLinx Classic hỗ trợ giao tiếp với nhiều loại PLC của Allen-Bradley, cho phép lập trình, giám sát, và chẩn đoán các thiết bị này từ máy tính

 Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông: Phần mềm hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp phổ biến như Ethernet/IP, DH+, DH-485, và các giao thức riêng của Allen-Bradley

 Tích hợp với phần mềm khác: RSLinx Classic tích hợp chặt chẽ với các phần mềm tự động hóa khác của Rockwell Automation, như RSLogix 5000, FactoryTalk View, và Connected Components Workbench, cung cấp một môi trường làm việc liền mạch cho người dùng

 Giám sát và Chẩn đoán: RSLinx Classic cung cấp các công cụ để giám sát trạng thái và hiệu suất của các thiết bị trong hệ thống, cũng như chẩn đoán các vấn đề và sự cố trong mạng truyền thông

 Dịch vụ OPC: RSLinx Classic cung cấp dịch vụ OPC (OLE for Process Control), cho phép các ứng dụng OPC client (như phần mềm SCADA) truy cập dữ liệu từ các thiết bị PLC và các thiết bị khác

 Quản lý mạng: Phần mềm cung cấp các công cụ để quét và quản lý các thiết bị trong mạng, hiển thị cấu trúc mạng và trạng thái của từng thiết bị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý hệ thống [5]

2.3.4 Chuẩn giao tiếp Ethernet

1 Ethernet là gì?

Ethernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Thực chất, Ethernet chỉ là mạng cấp dưới (lớp vật lý và một phần lớp liên kết dữ liệu), vì vậy có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía trên, trong đó TCP/IP là tập giao thức được sử dụng phổ biến nhất Tuy vậy, mỗi nhà cung cấp sản phẩm có thể thực hiện giao thức riêng hoặc theo một chuẩn quốc tế cho giải pháp của mình trên cơ sở Ethernet High Speed Ethernet (HSE) của Fieldbus

Foundation chính là một trong tám hệ bus trường được chuẩn hóa quốc tế theo IEC 61158

Ethernet có xuất xứ là tên gọi một sản phẩm của công ty Xerox, được sử dụng đầu tiên vào năm 1975 để nối mạng 100 trạm máy tính với cáp đồng trục dài 1km, tốc độ truyền 2,94 Mbit/s và áp dụng phương pháp truy nhập bus CSMA/CD Từ sự thành công của sản phẩm này, Xerox đã cùng DEC và Intel đã xây dựng một chuẩn 10 Mbit/s-Ethernet Chuẩn này chính là cơ

sở cho IEEE 802.3 sau này Đặc biệt, với phiên bản 100 Mbit/s (Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống công nghiệp Bên cạnh việc

sử dụng cáp đồng trục, đôi dây xoắn và cáp quang, gần dây Ethernet không dây (Wireless LAN,

IEEE 802.11) cũng đang thu hút sự quan tâm lớn [2]

Hình 2.9: Mạng Ethernet trong công nghiệp

2 Ứng dụng của mạng truyền thông EtherNet

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển

mới như điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám

sát hoặc chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và

giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty

Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất.

Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều Một số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt

Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết

Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn,

mà các thiết bị nối mạng còn có thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số và số-tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin

Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều Khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) được nâng cao nhờ các giao diện chuẩn [2]

Hình 2.10: Giao thức truyền thông công nghiệp

3 Ưu điểm & nhược điểm của Ethernet

 Ưu điểm

 Tốc độ được cung cấp bởi kết nối ethernet lớn hơn nhiều so với kết nối không dây

Sử dụng ethernet, bạn có thể dễ dàng đạt được tốc độ 10Gbps, đặc biệt là với các

cặp xoắn mới nhất Một số có thể lên đến 100Gbps Lý do cho điều này là mối liên

hệ 1-1 hiện diện trong chúng Đối với phạm vi mở rộng hơn nữa, có cáp quang Những loại cáp này sử dụng ánh sáng thay vì cách truyền thông tin tiêu chuẩn

 Bảo mật không giống như Wifi dễ bị tấn công, kết nối ethernet có mức độ bảo mật

cao hơn Với kết nối ethernet, bạn luôn có quyền kiểm soát những ai đang sử dụng mạng Tin tặc sẽ không thể dễ dàng lấy được thông tin của bạn khi sử dụng ethernet

Do đó, điều này có thể được sử dụng để ngăn chặn các vi phạm bảo mật

 Độ tin cậy kết nối Ethernet có độ tin cậy cao Điều này là do không có sự gián

đoạn từ các tần số vô tuyến Do đó, cuối cùng thì ethernet sẽ ít bị ngắt kết nối và làm chậm hơn Và cũng vì băng thông không được chia sẻ giữa các thiết bị được kết nối nên không có hiện tượng thiếu băng thông

 Hiệu quả có một số cáp ethernet như Cat6 tiêu thụ nguồn điện thấp hơn đáng kể

Còn thấp hơn cả kết nối Wifi Do đó, những loại cáp này được coi là tiết kiệm điện nhất

 Nhược điểm

 Tính di động có nhiều hạn chế vật lý hơn trong ethernet Không giống như trong

kết nối Wifi, bạn không thể chuyển vùng tự do khi kết nối qua ethernet Thiết bị phải đặt ở một nơi cụ thể Do đó, các loại kết nối này chỉ có thể thuận tiện với các thiết bị như máy tính để bàn Đối với những người có thiết bị di động, kết nối ethernet sẽ không lý tưởng cho họ

 Khả năng mở rộng trong trường hợp nếu bạn muốn mở rộng mạng lưới của mình,

thì sẽ có thêm chi phí và sẽ rất tốn thời gian trong ethernet Điều này là do bạn cần nhiều bộ định tuyến, công tắc và quan trọng nhất là nhiều mét dây Ngoài ra, tất

cả các thiết bị cần được quấn lại

Cài đặt Kết nối Ethernet thường khó cài đặt hơn nếu không có sự hỗ trợ của chuyên gia Đặc biệt là những khu vực cần vượt tường và nhiều tầng Những khu vực này cần được khoan riêng Và các loại cáp khác nhau cũng cần được kết nối với nhiều máy tính

và thiết bị chuyển mạch khác nhau Kết nối không giống như mạng Wifi nơi bạn có thể kết nối với nhiều thiết bị tại một thời điểm nhất định, bạn không thể kết nối chúng bằng kết nối có dây Sử dụng một kết nối ethernet duy nhất, bạn chỉ có thể kết nối với một

máy tính cụ thể Nếu bạn cần nhiều kết nối hơn, phải sử dụng nhiều cáp hơn [7]

4 So sánh giữa EtherNet và Profinet

Mục đích sử dụng

Thường được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị & bộ điều khiển

Chủ yếu được dùng để kết nối các nút trong mạng

LAN

Vị trí

Nằm trên tầng ứng dụng của mô hình OSI/ISO vì Profinet là 1 ứng dụng

Nằm trên tầng vật lý & tầng liên kết dữ liệu

Tốc độ truyền Tốc độ truyền rất cao so với Ethernet Tốc độ truyền thấp hơn so với Profinet

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

3.1 Thiết kế bản vẽ 3D của mô hình

3.1.1 Thiết kế băng tải cho hệ thống

Yêu cầu thiết kế

Đối với hệ thống rửa xe ô tô tự động được thực hiện theo dạng mô hình thì nhóm thiết kế phần băng tải cho xe di chuyển và các cảm biến để nhận dạng tín hiệu theo một

chu trình nên đồ án được thực hiện theo ý tưởng như sau:

Phần băng tải có chiều dài 90cm bề rộng 20cm có thiết kế các khung cho bét phun

và cảm biến, chổi cọ, quạt sấy khô

Phần chân được thiết kế với độ dài là 100cm bề ngang 50cm độ cao 60cm

Mô được kết nối với băng tải thông qua bộ truyền đai có tỉ lệ truyền 3:1

Thiết kế trục lăn cho băng tải

Hình 3.1: Con lăn băng tải

 Phần khung băng tải được sử dụng 6 con lăn là lắp cách đều nhau nhằm phân bố độ chịu tải đều trên băng tải

Hình 3.2: Con lăn được bố trí đều lên băng tải

Hình 3.3: Thiết kế cơ khí của băng tải mô hình

Phần khung mô hình gồm 6 con lăn 7 cảm biến được chia đều theo từng quy trình, băng tải gồm

6 quy trình để hoàn thành công việc

Thông số bản vẽ:

 Băng tải có chiều dài 90 cm

 Độ cao 30cm cho các khâu giữa

 Độ cao khâu đầu và cuối 26 cm

 Khoảng cách giữa các con lăn 16.5cm

 Có 6 trục băng tải

 Nhôm định hình 30x30

 Phần chân mô hình

Hình 3.4: Thiết kế chân mô hình

Phần chân mô hình được thiết kế có kích thước 100x50x60 (cm) vật liệu là nhôm định hình

có tiết diện là 40x40

Hình 3.5: Mô hình hoàn chỉnh sau ghi lắp ráp

Các thiết bị có trên bảng vẽ:

 Tủ điện

 Băng tải truyền động

 Cảm biến phát hiện ô tô

 Motor 3 pha điều khiển mô hình

3.1.2 Thiết kế tính toán bộ truyền động cho băng tải

1 Bộ truyền đai răng

Hình 3.6: Minh họa bộ truyền

Bộ truyền động được thiết kế dùng bộ truyền đai có tỉ lệ từ mô tơ truyền cho băng tải là 3:1

Hình 3.7: Cơ cấu bộ truyền đai răng của hệ thống

 Cấu tạo:

- Dây truyền: Là thành phần chính của hệ thống, được làm từ vật liệu chịu mài mòn,

có độ bền và độ linh hoạt cao Dây truyền thường có răng cưa hoặc răng chìm để tăng độ ma sát và giữ đối tượng truyền tải

- Răng truyền : Là bánh răng có răng cưa, được đặt ở hai đầu của hệ thống để hướng

dẫn và giữ cho dây truyền di chuyển theo đúng hướng

- Đai răng là loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong Dây đai thường được chế tạo từ cao su trộn với nhựa Natrit hoặc đúc từ cao su Poly-urêtan

 Nguyên lý làm việc:

- Bộ truyền đai răng làm việc nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai

 Ưu điểm đai răng:

- Kích thước bộ truyền nhỏ

- Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

- Tỉ số truyền lớn

- Hiệu suất cao

- Tốc độ không đổi Không trượt, lệch hay xộc xệch

- Đai có hệ số đàn hồi lớn sẽ không bị kéo dãn

- Không cần căng đai Giảm tải và tăng tuổi thọ

- Hiệu suất cơ học cao cho tốc độ và sức mạnh ổn định

- Gọn nhẹ, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao

- Khả năng tải tốc độ cao Tốc độ dây đai lên đến tối đa 30 m/s

- Độ ồn thấp Không rung, không có hiện tượng va chạm rang

- Phạm vi tải trọng rộng

- Ít tạo nhiệt hơn vì hầu như không có ma sát

- Ống lót côn giữ puly trên trục bằng kẹp như tạo áp lực

- Nhanh chóng, dễ dàng lắp đặt hay tháo rời

- Không cần bôi trơn

- Một tỷ lệ được xác định trước luôn được duy trì

- Mối quan hệ góc liên tục giữa puly chủ động và puly bị động được duy trì vô thời hạn

 Nhược điểm đai răng:

- Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn

- Tuổi thọ của bộ truyền thấp

- Chi phí cần cân nhắc và puly phải có rãnh răng phù hợp

- Do lực đẩy nhẹ của dây đai trong chuyển động, một puly trong bộ truyền phải được gắn mặt bích

 Tính toán:

Công suất động cơ: 15 w

Số vòng quay: 90 vòng/phút

Xác định Môđun và chiều rộng đai

Môđun được xác định theo công thức :

 Chiều rộng b lấy theo tiêu chuẩn b = 15 mm ;

Xác định các thông số của bộ truyền

Bước đai p = m.𝜋 = 3.𝜋 = 9.42 mm Chiều cao răng = 1.17 mm

Chiều dày đai = 2.44 mm Khoảng cách trục a được chọn theo điều kiện:

amin ≤ a < amax

Với :

amin = 0,5*m*(Z1+Z2)+2m = 0.5*3*(18.34+56.54)+2*3= 118.32

amax = 2*m*(Z1+Z2) = 2*3*(18.34+56.54)= 449.28

Từ điều kiện trên: 118.32 ≤ a < 449.28 => ta chọn a = 140 mm

Chiều dài đai (l) : ta có 𝑑1 = 18.34 mm , 𝑑1 = 56.54 mm

 Khối lượng của xe lớn nhất được vận chuyển m=1 kg

 Tính lực ma sát của bộ truyền hệ số ma sát trượt UT (cao su trên bê tông khô)