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

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Cuộc sống hiện đại đòi hỏi sự tiện lợi và nhanh chóng, đặc biệt là trong các dịch vụ hàng ngày Tại các nước phát triển, công nghệ tự động hóa đã được áp dụng rộng rãi, với một ví dụ điển hình là dịch vụ "rửa xe tự động" phục vụ cho số lượng ô tô lớn Mô hình này không chỉ mang lại sự chuyên nghiệp mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu quả và tốc độ trong cuộc sống công nghiệp Tuy nhiên, dịch vụ rửa xe tự động vẫn còn mới mẻ tại Việt Nam và chưa được phổ biến rộng rãi Trong tương lai, với xu hướng phát triển toàn cầu, dịch vụ này hứa hẹn sẽ trở nên phổ biến hơn.

Năm 2023, Việt Nam đã triển khai nhiều dự án đường cao tốc, góp phần thúc đẩy ngành vận tải và tiết kiệm thời gian di chuyển Sự phát triển của đất nước gắn liền với sự nâng cao của giao thông vận tải và đời sống vật chất Điều này dẫn đến sự gia tăng số lượng ô tô, thay thế xe gắn máy, tạo nên bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp Cùng với đó, các dịch vụ rửa xe ngày càng chuyên nghiệp hơn, đáp ứng nhu cầu rửa xe nhanh và sạch trong cuộc sống năng động, khi mà thời gian trở thành yếu tố quý giá Nhà rửa xe tự động là giải pháp tối ưu, có khả năng phục vụ nhiều xe cùng lúc, giúp tiết kiệm thời gian cho người sử dụng ô tô trong thời đại công nghệ phát triển.

Hình 1.1: Mô hình rửa xe Ô tô tự động

Trong tháng 3/2024, Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) thông báo rằng doanh số bán hàng toàn thị trường đạt 27.289 xe, tăng 135% so với tháng 2/2024, nhưng lại giảm 9% so với cùng kỳ năm 2023.

Tháng trước, tổng doanh số bán hàng trên toàn thị trường đạt 27.289 xe, trong đó có 19.014 xe du lịch, 8.047 xe thương mại và 228 xe chuyên dụng Xe du lịch ghi nhận mức tăng 135%, xe thương mại tăng 131% và xe chuyên dụng tăng 307% so với tháng trước.

Doanh số bán xe lắp ráp trong nước đạt 14.474 xe, tăng 117% so với tháng trước, trong khi doanh số xe nhập khẩu nguyên chiếc cũng ghi nhận sự tăng trưởng ấn tượng với 12.815 xe, tăng 158% so với tháng trước.

Trong quý 1/2024, tổng doanh số bán hàng của thị trường ô tô đạt 58.165 xe, giảm 17% so với cùng kỳ năm 2023 Cụ thể, xe ô tô du lịch giảm 21%, xe thương mại giảm 6%, và xe chuyên dụng giảm mạnh 48% so với năm trước.

Đến cuối tháng 3/2024, doanh số bán xe lắp ráp trong nước giảm 20% và xe nhập khẩu giảm 14% so với cùng kỳ năm trước Tuy nhiên, sự phục hồi của thị trường ô tô Việt Nam sau những tháng đầu năm khó khăn, cùng với sự tăng trưởng mạnh mẽ trong tháng 3/2024, mang lại dấu hiệu tích cực cho ngành ô tô.

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

Trong năm 2024, thị trường ô tô điện tại Việt Nam đang nhận được những tín hiệu khả quan Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) dự đoán rằng đến năm 2028, số lượng ô tô điện ở Việt Nam sẽ đạt một triệu chiếc, và con số này có thể tăng lên 3,5 triệu chiếc vào năm 2040.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hình thành ý tưởng từ nhu cầu xã hội thực tế là cơ sở quan trọng để phát triển sản phẩm có giá trị ứng dụng cao Điều này giúp người thực hiện đề tài tự kiểm chứng năng lực qua các học kỳ, dựa vào sự tự lực và hỗ trợ từ trường lớp Để thành công, người thực hiện cần nỗ lực hệ thống hoá kiến thức liên quan và ứng dụng hiệu quả trong quá trình thực hiện Đề tài “Điều khiển và giám sát hệ thống rửa xe ô tô tự động” không chỉ góp phần vào sự phát triển của các hệ thống rửa xe công nghiệp mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thời gian rửa xe thủ công.

Giải pháp rửa xe ô tô nhanh chóng đang trở thành xu hướng phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại Ngày nay, nhu cầu rửa xe trong thời gian ngắn ngày càng tăng cao, đáp ứng mong muốn của người tiêu dùng.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của nhóm thực hiện đề tài là tự kiểm tra và củng cố kiến thức, đồng thời tìm hiểu và nghiên cứu những vấn đề chưa rõ ràng, từ đó trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích để 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 phát triển sản phẩm ứng dụng cho siêu thị, nơi công cộng và các trung tâm bảo dưỡng, chúng tôi hướng đến việc cung cấp dịch vụ rửa xe tiện lợi cho người tiêu dùng.

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.

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.

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:

Hệ thống điều khiển và giám sát trong rửa xe ô tô tự động đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quy trình rửa Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một phương pháp tối ưu hóa hệ thống, đồng thời xác định các giới hạn nội dung thực hiện để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong ứng dụng thực tế.

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 yêu cầu thiết kế cơ khí cho hệ thống là bước đầu tiên, từ đó tiến hành tính toán và lựa chọn thiết bị phù hợp với các yêu cầu đã đề ra Cuối cùng, thiết kế bản vẽ cơ khí sẽ được thực hiện để hoàn thiện hệ thống.

Chương 4: Lựa chọn thiết kế hệ thống điện:

Khi lựa chọn thiết bị điện, cần xác định rõ yêu cầu kỹ thuật và tính năng của từng thiết bị Việc xây dựng sơ đồ khối giúp hình dung cấu trúc hệ thống và quy trình công nghệ một cách rõ ràng Thiết kế mạch điện bao gồm lắp ráp tủ điện dựa trên nguyên lý hoạt động của mô hình, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành.

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

Quy trình thiết kế hệ thống giám sát thông qua Webserver bao gồm các bước kết nối, lưu trữ dữ liệu, thiết kế giao diện trang web và tạo báo cáo trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống Bài viết sẽ trình bày chi tiết cách kết nối và các công cụ hỗ trợ nghiên cứu, cùng với quy trình thiết kế và xử lý dữ liệu hiệu quả.

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, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm để quan sát mô hình điều khiển qua Webserver Kết luận từ quá trình thực hiện đồ án đã chỉ ra những điểm mạnh và hạn chế, đồng thời đề xuất hướng phát triển cho các dự án trong tương lai.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

Băng chuyền (trong hệ thống rửa xe bằng băng chuyền): Để xe di chuyển qua các trạm rửa

Cảm biến và hệ thống dẫn hướng: Để xác định vị trí và hướng của xe, đảm bảo xe được đặt đúng vị trí

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

Vòi phun xà phòng: Phun dung dịch xà phòng hoặc chất tẩy rửa lên xe để làm sạch bụi bẩn, dầu mỡ

Bàn chải quay: Các bàn chải mềm, thường làm từ chất liệu không gây trầy xước, quay để cọ rửa bề mặt xe

Hệ thống cánh tay robot trong rửa xe tự động giúp di chuyển linh hoạt quanh xe, đảm bảo cọ rửa hiệu quả các bề mặt khó tiếp cận, mang lại kết quả sạch sẽ và hoàn hảo.

Vòi phun áp lực cao: Phun nước với áp lực cao để rửa sạch xà phòng và bụi bẩn còn lại trên xe

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 xe

Vòi phun sáp bảo vệ: Phun lớp sáp để bảo vệ bề mặt sơn của xe, tạo độ bóng và chống nước

Quạt sấy: Sử dụng quạt công suất lớn để thổi khô nước trên bề mặt xe, đảm bảo xe khô hoàn toàn sau khi rửa

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 cho phép nhân viên thực hiện các bước hoàn thiện chi tiết, bao gồm lau khô các bộ phận nhỏ, vệ sinh nội thất và bôi sáp bảo vệ bổ sung để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao nhất.

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

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 công nghệ rửa xe hiện đại, trong đó xe được giữ cố định trên băng chuyền và di chuyển qua các trạm rửa khác nhau Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức, khi xe không cần phải di chuyển mà vẫn được rửa, cọ rửa và sấy khô một cách hiệu quả.

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

Với hiệu quả và tốc độ xử lý cao, thiết bị này có khả năng xử lý nhiều xe liên tiếp trong thời gian ngắn, rất phù hợp cho các trạm rửa xe có lưu lượng lớn.

 Tiết kiệm thời gian: Quá trình rửa xe được tự động hóa hoàn toàn, giúp tiết kiệm thời gian so với rửa xe thủ công

 Chất lượng rửa đồng đều: Đảm bảo chất lượng rửa xe đồng đều cho mỗi chiếc xe nhờ quy trình tự động chuẩn hóa

 Ít tốn công lao động: Giảm bớt sự cần thiết của lao động thủ công, giúp tiết kiệm chi phí nhân công

 Chi phí đầu tư ban đầu cao: Hệ thống phức tạp và công nghệ cao đòi hỏi chi phí lắp đặt và bảo trì đáng kể

 Khả năng làm trầy xước xe: Nếu không được bảo trì đúng cách, bàn chải hoặc các bộ phận khác có thể gây trầy xước bề mặt xe

 Hạn chế cho các xe không chuẩn kích thước: Khó khăn trong việc xử lý các loại xe có kích thước hoặc hình dáng không chuẩn

 Bảo trì phức tạp: Hệ thống yêu cầu bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ thiết bị

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 công nghệ tiên tiến cho phép các robot thực hiện quy trình rửa xe một cách tự động và chính xác Với các cánh tay robot được trang bị vòi phun nước, bàn chải và thiết bị sấy khô, hệ thống này giúp rửa và làm sạch 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

Giảm tiếp xúc vật lý giúp giảm thiểu nguy cơ trầy xước bề mặt xe, nhờ vào việc sử dụng robot với công nghệ phun nước áp lực cao và các thiết bị không chạm.

Hệ thống tiết kiệm nước và chất tẩy rửa được thiết kế nhằm tối ưu hóa lượng nước và hóa chất sử dụng, từ đó giúp giảm chi phí và bảo vệ môi trường hiệu quả.

 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

Một số xe có hình dạng đặc biệt hoặc trang bị phụ kiện bên ngoài có thể gặp khó khăn trong việc làm sạch hoàn toàn bằng hệ thống robot.

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

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

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

Hệ thống điều khiển tốc độ đơn giản là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng băng tải thông thường, nơi không yêu cầu độ chính xác cao Nó lý tưởng cho việc vận chuyển hàng hóa với tải trọng và tốc độ ổn định.

2.3.2 Giới thiệu về PLC và Inverter

PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị cho phép lập trình các thuật toán điều khiển Logic thông qua việc nhận tín hiệu từ ngõ vào (Input) và thực hiện hoạt động qua ngõ ra (Output) Chương trình điều khiển được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, cho phép dễ dàng thay đổi hoặc mở rộng chức năng mà không cần can thiệp vật lý, khác với việc sử dụng dây nối hay Relay Các tính năng mở rộng phổ biến của PLC bao gồm khả năng đọc tín hiệu analog, tích hợp đọc xung tốc độ cao từ encoder, và kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi qua truyền thông như màn hình cảm ứng HMI và máy tính.

Hình 2.4: Cấu trúc chung PLC

PLC bao gồm ba thành phần chính: nguồn điện (thường là 220V hoặc 24V), CPU với tốc độ xử lý và bộ nhớ lưu trữ chương trình tùy thuộc vào ứng dụng, và khối ngoại vi bao gồm các module in/out, truyền thông, phát xung và analog.

Trên thị trường Việt Nam, có nhiều hãng PLC nổi bật như Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider và Rockwell Trong đó, Siemens và Mitsubishi là hai thương hiệu có mặt sớm nhất và được ưa chuộng nhất trong ngành công nghiệp, nhờ vào nhiều ưu điểm nổi trội của chúng.

 Ứng dụng của PLC trong thực tế

Máy PLC hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền công nghiệp, đặc biệt là trong kỹ thuật máy tính Sự phát triển này đã nâng cao hiệu quả hoạt động của các thiết bị điện tử, mở ra những tiềm năng mới cho công nghệ.

Công nghệ sản xuất đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất giấy, thủy tinh, xi măng, ô tô, vi mạch, may công nghiệp, lắp ráp tivi, chế tạo linh kiện bán dẫn và đóng gói sản phẩm Những quy trình này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

 Điều khiển hệ thống đèn giao thông

 Hệ thống quản lý bãi đổ xe

2 Tổng quan về biến tần

Biến tần là thiết bị điều chỉnh tần số dòng điện cung cấp cho cuộn dây trong động cơ, cho phép điều khiển động cơ một cách linh hoạt và liên tục mà không cần sử dụng các phương pháp truyền thống.

Biến tần là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh, thường sử dụng linh kiện bán dẫn để điều khiển cuộn dây của động cơ, tạo ra từ trường xoay làm quay rô-to Biến tần có khả năng thay đổi tần số từ 1Hz đến 400Hz, cho phép động cơ hoạt động nhanh hơn so với tần số 50Hz thông thường Ngoài việc điều chỉnh tần số để kiểm soát tốc độ, biến tần còn có thể điều khiển mô-men kết hợp với các card để thực hiện các mục đích cụ thể.

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của biến tần

Biến tần là thiết bị chuyển đổi điện áp đầu vào có tần số cố định thành điện áp có tần số thay đổi, giúp điều khiển tốc độ động cơ Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT và mạch điều khiển Ngoài ra, biến tần còn được trang bị thêm các bộ phận như bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng một chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình hiển thị và module truyền thông, nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng điều khiển.

Biến tần PowerFlex 525 là công cụ thiết yếu để điều khiển chiều quay và tốc độ của động cơ AC servo Nó hỗ trợ nhiều phương thức truyền thông như Ethernet, RS485 và RSNetWorx, cho phép điều khiển linh hoạt Trong các dự án, biến tần thường được điều khiển bằng PLC thông qua mạng Ethernet Ngoài ra, người dùng có thể điều khiển trực tiếp biến tần bằng cách kết nối các thiết bị ngoại vi vào các chân của nó.

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

RA_PFx_ENET_STS_CMD

Khối chức năng MSG_CIPGENERIC thực hiện việc đọc, ghi dữ liệu từ và vào tệp Main_Drive_StsCmd, được lưu dưới dạng RA_PFx_ENET_STS_CMD Đối với nhiều PF525 VFD, chỉ cần tạo một tệp chương trình khác (ví dụ: FanMotor) và tải nó bằng địa chỉ IP cùng thông tin lệnh của FanMotor VFD, đồng thời sử dụng cùng UDFB như Main_Drive.

 IPAddress: địa chỉ IP biến tần

 UpdataRate_ms_: thời gian cập nhật tốc độ

 EnetCtrlTO_sec: thời gian điều khiển

 SpeedRef: Tốc độ yêu cầu

 AccelTime1: thời gian tăng tốc

 DecelTim1: thời gian giảm tốc

 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 phần mềm của Rockwell Automation, chuyên dùng để cấu hình, lập trình và quản lý thiết bị tự động hóa công nghiệp như PLC, biến tần và các thiết bị điều khiển khác CCW mang đến môi trường tích hợp cho việc phát triển và quản lý dự án tự động hóa, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và nâng cao 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 người dùng trong việc lập trình các bộ điều khiển Allen-Bradley, đặc biệt là dòng Micro800 Người dùng có thể sử dụng ngôn ngữ ladder để lập trình, cấu hình các module I/O và thiết lập các thông số điều khiển một cách hiệu quả.

Cấu hình Biến tần PowerFlex cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh và giám sát các thông số hoạt động cùng trạng thái của biến tần, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong việc quản lý hệ thống.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Thiết kế bản vẽ 3D của mô hình

3.1.1 Thiết kế băng tải cho hệ thống

Yêu cầu thiết kế hệ thống rửa xe ô tô tự động bao gồm việc xây dựng mô hình băng tải cho xe di chuyển và lắp đặt các cảm biến nhận dạng tín hiệu theo chu trình Nhóm thiết kế đã thực hiện đồ án dựa trên ý tưởng này.

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

 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

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

Sau khi lắp ghép lại với nhau ta được mô hình hoàn thiện như sau:

Hình 3.5: Mô hình hoàn chỉnh sau ghi lắp ráp

Các thiết bị có trên bảng vẽ:

 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

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

Dây truyền là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, được chế tạo từ vật liệu chịu mài mòn với độ bền và linh hoạt cao Thiết kế của dây thường bao gồm răng cưa hoặc răng chìm, giúp tăng cường độ ma sát và giữ chặt các đối tượng cần 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 thiết kế thành vòng kín với các răng ở mặt trong Chúng thường được sản xuất từ cao su kết hợp với nhựa Natrit hoặc được đúc từ cao su Poly-urêtan.

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

- Kích thước bộ truyền nhỏ

- Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

- 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

- Hệ thống nhẹ, sạch sẽ và nhỏ gọn

- 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

- 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

Số vòng quay: 90 vòng/phút

Xác định Môđun và chiều rộng đai Môđun được xác định theo công thức :

 P 1 - Công suất trên bánh đai chủ động, kw;

 Cr - 1.3…2.4: hệ số tải trọng động

 Chọn hệ số tải trọng động Cr = 2.4

 n 1 – Số vòng quay của bánh quay chủ động, vg/ph;

 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

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

Chiều dài đai (l) : ta có 𝑑 1 = 18.34 mm , 𝑑 1 = 56.54 mm l = 2a + 𝜋(𝑑 1 +𝑑 2 )

 Ta chọn chiều dài đai l = 402 mm đúng với mô hình thực tế [6]

Hình 3.8: Mô tả bộ truyền đai dẹt

Chọn các thông số ban đầu cho bộ truyền

 Chọn tốc độ của bộ truyền, vận tốc trên băng tải là V=0.02 m/s

 Chọn đường kính các bánh dẫn và bị dẫn D@mm

 Chọn khoảng cách trục a0mm

 Bề rộng của đai B 0mm

 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)

 Tính và kiểm tra các thông số của bộ truyền:

Vì tỉ số truyền i = 1 nên:

Số vòng quay trên các trục n1=n2=n Đường kính trên các trục D1=D2=D

Xác định số vòng quay trên các trục:

 v là vận tốc bộ truyền m/s

 D là đường kính các bánh dẫn mm

 n là số vòng quay trên các trục(vòng/phút)

 Xác định công suất bộ truyền:

 D là đường kính bánh dẫn và bị dẫn mm

 N là công suất của bộ truyền

 n là số vòng quay trên các trục

→ Công suất của bộ truyền:

 Xác định lực kéo của bộ truyền:

 N 1 là công suất trên bánh chủ động N 1 = N (KW)

 v vận tốc của bộ truyền m/s

 Kiểm tra điều kiện để bộ truyền hoạt động: Điều kiện để hoạt động 𝐹 𝑘 ≥ 𝐹 𝑚𝑠

Ta thấy 𝐹 𝑘 > 𝐹 𝑚𝑠 nên các thông số được chọn thỏa yêu cầu cho bộ truyền hoạt động

 Tính hiệu suất và momen xoắn trên các trục

 Hiệu suất của bộ truyền: h = 𝑁2

Vì tỉ số truyền i, đường kính các bánh đai và vận tốc đai không đổi nên công suất trên của bộ truyền cũng không đổi N2=N1=N → h=1

 Momen xoắn trên các trục

Lựa chọn vật liệu thi công

Khung chân đỡ được làm từ nhôm định hình, lựa chọn này mang lại độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và không gỉ sét như sắt thép Hơn nữa, chi phí sử dụng nhôm cũng rẻ hơn so với sắt thép, làm cho nó trở thành một giải pháp tối ưu cho thi công.

Nhóm dùng loại 30x30 để thiết kế băng tải loại 40x40 để thiết kế phần chân mô hình

Ván ép là lựa chọn hàng đầu cho đế mô hình nhờ vào sự ổn định, độ sáng, độ cứng và độ bền vượt trội, cũng như khả năng chịu tác động từ môi trường tốt Bên cạnh đó, giá thành của ván ép thấp hơn nhiều so với kim loại Kích thước ván ép được sử dụng trong đồ án là 1000x500x20mm.

 Béc phun nước rửa xe

Hình 3.11: Béc phun rửa xe

Béc phun sương 1 cửa bằng đồng – Chân T 8mm Chất liệu nhựa cao cấp – tuổi thọ cao

Dễ dàng lắp đặt, tháo lắp và vệ sinh

 Chất liệu nhựa cao cấp – đồng

 Áp suất hoạt động: 1.5bar – 4.0 bar

 Tầm phun (bán kính): 0.8 m

Khi thiết kế theo dạng mô hình, việc lựa chọn béc rửa trên là rất phù hợp, vì nó cho phép điều chỉnh độ mạnh hoặc yếu theo yêu cầu của người thiết kế.

Hình 3.12: Chổi cọ rửa xoay

Chổi cọ rửa có vật liệu là loại chổi có dạng sợi nilon 2 cây độ cao 15cm để cọ rửa toàn bộ phần thân xe

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

Tính toán và lựa chọn thiết bị

Bộ nguồn PRO ECO là thiết bị chuyển đổi nguồn từ AC sang DC, cung cấp năng lượng cho PLC và các thiết bị ngoại vi khác Được sản xuất tại Đức, bộ nguồn này đảm bảo độ tin cậy cao và chất lượng vượt trội.

Hình 4.1: Bộ nguồn PROeco chuyển đổi AC-DC Đi kèm với thiết bị là một số thông số kỹ thuật cần quan tâm sau:

 Phạm vi điện áp ngõ vào là AC: 85 - 264VAC

 Dòng điện tiêu thụ DC: 0.39A - 370 VDC / 1.16A-120VDC

 Công suất tiêu thụ định mức: 137.9 VA

 Quan hệ dòng điện, nhiệt độ tại mức điện áp cố định:5A - 55 o C /3.75A - 70 o C

 Phạm vi điện áp ngõ ra 22 - 28VDC (định mức: 24VDC)

Hình 4.2: Động cơ 3 pha Ac servo

Xác định công suất động cơ để truyền động băng tải:

 Chọn tốc độ của bộ truyền, vận tốc trên băng tải là V = 0.02 m/s

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

 Công thức tính công suất trên trục động cơ: Pct = Pt /η

Pt – Công suất trên trục

Pct: Công suất cần thiết trên trục động cơ η: Hiệu suất truyền động (tùy vào các phần tử trong hệ truyền động ta có một giá trị ηtương ứng) η = η1 η2 η3…

Lực kéo chính trong cơ cấu băng tải được xác định bởi lực ma sát Fms, với gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s² Hệ số ma sát giữa con lăn và đai dẹt là k = 0,7, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của băng tải.

→ Vậy ta có công suất là:

Hiệu suất của bộ truyền đai răng là η1 = 0.95

Hiệu suất của bộ truyền đai dệt là η2 = 0.95

Hiệu suất của hệ truyền động là η=η1 x η2= 0.95x0.95 = 0.902

Thay vào công thức ta được:

Động cơ 6w được chọn thiết kế phù hợp cho hoạt động ổn định, tránh quá tải để duy trì hiệu suất và độ bền Động cơ AC servo 3IK15GN-SWM có công suất thấp và tốc độ vừa phải, lý tưởng cho việc kết nối với băng tải qua khớp nối bằng puly trục 10-20 răng và puly trục 10-60 răng với tỷ số truyền 1:3, giúp điều khiển tốc độ băng tải hiệu quả bằng biến tần Một số thông số kỹ thuật chính của động cơ AC servo 3IK15GN-SW2 / 3GN15 cũng cần được lưu ý.

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

Công suất (W) Điện áp (V) Tần số (Hz) Dòng điện (A) Tốc độ (vòng/phút)

Biến tần PowerFlex 525 là công cụ quan trọng để điều khiển chiều quay và tốc độ của động cơ AC servo Nó hỗ trợ nhiều phương thức truyền thông như Ethernet, RS485 và RSNetWorx, cho phép điều khiển qua PLC thông qua mạng Ethernet Ngoài ra, biến tần cũng có thể được điều khiển trực tiếp bằng cách kết nối các thiết bị ngoại vi vào các chân của nó Để vận hành biến tần, sơ đồ đấu dây là thông tin thiết yếu; cần nối chân số 1 và 11 để biến tần hoạt động, nếu ngắt kết nối giữa hai chân này, biến tần sẽ dừng hoạt động.

Hình 4.4: Sơ đồ nối dây cho biến tần

Một số thông tin kỹ thuật của biến tần PowerFlex 525 mà ta cần quan tâm sau:

 Ngõ vào và ngõ ra: 2 ngõ vào tương tự, 7 ngõ vào số, một ngõ ra tự, 2 ngõ ra opto và

 Điện áp hoạt động ngõ vào: 200 - 240VAC

 Tần số ngõ vào: 47 - 63 Hz

 Dòng điện ngắn mạch: 100kA

 Tần số ngõ ra: 0-500Hz

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

R/L1, S/L2 Ngõ vào kết nối cấp điện áp 1 pha R/L1, S/L2, T/L3 Vị trí kết nối nguồn 3-pha U/T1, V/T2, W/T3 Vị trí kết nối đến động cơ

DC+, DC- Vị trí kết nối DC Bus

BR+, BR- Vị trí kết nối điện trở xả

Màn hình HMI là công cụ thiết yếu trong các hệ thống điều khiển chuyên nghiệp, giúp người vận hành dễ dàng giám sát hệ thống Màn hình HMI 2711R-T7T với kích thước 7 inch rất phù hợp để sử dụng trong bộ kit Sau khi thiết lập các cơ cấu hiển thị bằng phần mềm CCW, màn hình này sẽ cung cấp giao diện thân thiện, tạo điều kiện thuận lợi cho người vận hành trong việc quan sát và quản lý hệ thống.

Một số thông số kỹ thuật chính của màn hình 2711R-T7T:

 PLC hỗ trợ: Micro 800, MicroLogix;

 Tốc độ xử lý: 800 MHz CPU

 PLC Allen Bradley 2080-LC50-24QWB Micro850 24 I/O Ethernet/IP

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

Display Type No Display Enclosure IP20

Output Signal 24V DC Sink Output

Standard C-TICK, CCC, CE, CUL, KC,

Type Controller Voltage 24 VAC/VDC

PLC Micro 850, mã hiệu 2080-LC50-24QWB, có kích thước nhỏ gọn, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu không nhiều ngõ vào/ra và chiếm diện tích vừa đủ.

Một số thông tin quan trọng về Micro850 2080-LC50-24QWB cần quan tâm sau:

 Số ngõ vào/ra và loại ngõ ra: 14/10, ngõ ra relay;

 Mô-đun mở rộng: tối đa lên đến 4 mô-đun và 132 ngõ vào/ra;

 Hỗ trợ phát xung PTO/PWM: Không;

 Số ngõ vào đếm xung tốc độ cao (HSC): 4;

 Tần số đếm xung tốc độ cao: 100 kHz;

 Các cổng truyền thông: Ethernet, USB, RS232/485;

 Nhiệt độ hoạt động : -20 đến 65 o C;

 Bước chương trình: tối đa 10000 bước

Mạng Ethernet là công nghệ truyền thông phổ biến trong các nhà máy công nghiệp, cung cấp một loạt các phương tiện và thiết bị truyền tải thông tin với tốc độ từ 10bit/s đến 10Gbit/s Để tham gia vào quá trình truyền nhận dữ liệu, các trạm trong mạng Ethernet cần phải thuộc cùng một lớp mạng.

Stratix 2000 1783-US5T là thiết bị trung gian quan trọng trong dự án, giúp kết nối các thiết bị như PLC, máy tính, biến tần và màn hình HMI Với kích thước nhỏ gọn và 5 cổng Ethernet, Stratix 2000 1783-US5T rất phù hợp với mô hình dự án của bạn Thiết bị này có nhiều thông số kỹ thuật cần lưu ý để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình hoạt động.

 Dải điện áp ngõ vào: 18 - 60VDC (định mức 24VDC) hoặc 18 - 30 VAC

 Dòng điện và công suất định mức: 250mA và 2W

 GB37-520 động cơ giảm tốc 24VDC

Động cơ giảm tốc được sử dụng để truyền động cho chổi quay cọ rửa xe, với tốc độ phù hợp với mô hình Động cơ này kết hợp với puly trục 6 có 40 răng, truyền động cho 2 chổi trục 8 có 20 răng.

Hình 4.8: Động cơ DC GB37-520

Bảng 4.5: Thông số động cơ DC GB37-520

Tốc độ quay 960 rpm Điện áp 24 VDC

Loại Có chổi than Đường kính trục 6mm

Chiều dài động cơ 41mm Đường kính động cơ 37mm

Động cơ giảm tốc GB37-520 hoạt động với điện áp 24 VDC và đạt tốc độ quay tối đa 960 vòng/phút Được chế tạo từ kim loại, động cơ này đảm bảo độ bền và ổn định cao, phù hợp cho các ứng dụng trong mô hình robot, xe, thuyền và nhiều lĩnh vực khác Hộp giảm tốc của động cơ có tỷ số truyền linh hoạt, giúp điều chỉnh dễ dàng giữa lực kéo và tốc độ.

Hình 4.9: Động cơ bơm áp lực SINLEADER

 Lưu lượng bơm: 10-12 LÍT/PHÚT = 150ml

 Đầu vào bên trái đuôi chuột 8mm

 Đầu áp lực ra bên phải răng ngoài 18mm

 Cảm biến quang Dawei – E3F – DS30C4:

Hình 4.10: Cảm biến quang Dawei

 Đầu ra: NO Thường mở

 Khoảng cách điều chỉnh:10-30cm

 Điện áp làm việc: 6-36V DC

 Dạng tín hiệu ra: NPN (Open collector)

Hình 4.11: Ký hiệu dây của cảm biến NPN

 Rơ le bán dẫn DC-DC SSR 40DD 40A 5-60V:

Dùng rơ le FOTEK để điều khiển động cơ bơm do có thời gian đáp ứng nhanh TRÊN< 10 ms/OFF < 20 ms

Hình 4.12: Rơ le máy bơm

Rơ le máy bơm có thông số đầu vào từ 3-32VDC với dòng điện 12mA và 12V, đầu ra từ 5-60V DC, được điều khiển bằng loại bị cô lập bởi photocoupler Thời gian đáp ứng của rơ le là TRÊN < 10 ms và OFF < 20 ms, với điện áp chịu được lên đến 2.5 Kvac trong 1 phút Đặc biệt, độ cách điện của thiết bị đạt trên 50 m/500DC.

Sơ đồ chân Rơ-le:

Hình 4.13: Sơ đồ chân của Rơ le FOTEK

 Quạt sò DC Silent Blower:

Quạt sò Silent Blower là thiết bị lý tưởng cho hệ thống sấy khô xe sau khi rửa, hoạt động với nguồn điện 24V, mang lại luồng gió mạnh mẽ và độ ồn thấp.

Hình 4.14: Quạt sò DC Silent Blower

4.2 Sơ đồ hoạt động của hệ thống

Hình 4.15: Sơ đồ kết nối thiết bị phần cứng

Hệ thống sử dụng giao tiếp Ethernet để kết nối các thiết bị chính, mỗi thiết bị được gán một địa chỉ riêng biệt và cố định, nhằm đảm bảo kết nối dễ dàng và tránh tình trạng trùng lặp.

Thiết kế bản vẽ tủ điện

Hình 4.16: Bản vẽ tủ điện của hệ thống

4.3.2 Bản vẽ sơ đồ đấu dây

1 Bản vẽ sơ đồ điều khiển mạch động lực

Hình 4.17: Sơ đồ mạch động lực

2 Bản vẽ sơ đồ đấu dây PLC

Hình 4.18: Sơ đồ đấu dây PLC

3 Bản vẽ sơ đồ Input cảm biến và Nút nhấn

Hình 4.19: Bản vẽ Input và nút nhấn

4 Bản vẽ sơ đồ điều khiển Relay

Hình 4.20: Sơ đồ điều khiển Relay

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN & HMI

Chương trình điều khiển PLC

Mô tả hoạt động của một chu trình rửa xe:

Hình 5.1: Lưu đồ quy trình hoạt động rửa xe

Chế độ Auto khởi động:

Hệ thống rửa xe tự động đang ở chế độ chờ

Khi cảm biến đầu tiên phát hiện có xe tiến vào, chu trình rửa xe sẽ tự động bắt đầu

Băng tải di chuyển xe qua từng bước của quy trình rửa xe

Các cảm biến tại mỗi bước sẽ phát hiện xe và kích hoạt các thiết bị rửa xe tương ứng

Bước đầu tiên là phun nước lên toàn bộ xe để loại bỏ bụi bẩn và cát

Nước áp lực cao được sử dụng để làm mềm và loại bỏ các vết bẩn bề mặt

Xịt dung dịch rửa xe:

Sau khi làm ướt xe, hệ thống sẽ phun dung dịch rửa xe lên toàn bộ thân xe

Dung dịch rửa xe giúp làm lỏng các vết bẩn, dầu mỡ và các chất bẩn cứng đầu khác

Các bàn chải tự động sẽ cọ rửa thân xe để loại bỏ các vết bẩn cứng đầu

Hệ thống bàn chải có thể điều chỉnh để đảm bảo tiếp xúc đầy đủ với bề mặt xe mà không gây trầy xước

Rửa sạch lại bằng nước:

Sau khi cọ rửa, xe được phun nước lại lần nữa để làm sạch toàn bộ dung dịch rửa xe và các chất bẩn đã bị đánh bật

Nước sạch được sử dụng để đảm bảo xe không còn tồn dư hóa chất

Cuối cùng, hệ thống sấy khô sẽ thổi không khí mạnh lên bề mặt xe để loại bỏ nước và làm khô xe

Quạt gió và máy sấy được thiết kế để đảm bảo xe khô ráo, tránh các vết nước đọng lại

Khi cảm biến cuối cùng phát hiện xe đã qua khỏi vị trí sấy khô, quy trình rửa xe tự động kết thúc

Băng tải ngừng hoạt động và xe được trả lại cho khách hàng trong trạng thái sạch sẽ và khô ráo

Giám sát hoạt động của mô hình trong quá trình làm việc

Cài đặt, điều khiển được các thiết bị có trong mô hình

Vận hành được ở hai chế độ khác nhau (thủ công/tự động)

5.1.3 Điều khiển động cơ 3 phase bằng biến tần

Để nâng cao hiệu quả rửa xe, nhóm đã đề xuất sử dụng biến tần điều khiển động cơ 3 phase cho băng tải, cho phép điều chỉnh tốc độ hoạt động qua từng khâu Giải pháp này không chỉ giúp xe được rửa sạch hơn mà còn kiểm soát dòng khởi động của động cơ, đảm bảo quá trình khởi động diễn ra êm ái, từ đó gia tăng độ bền của kết cấu cơ khí Ngoài ra, việc sử dụng biến tần còn giúp giảm chi phí lắp đặt và bảo trì, tiết kiệm không gian lắp đặt và áp dụng các chế độ tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

 Khâu rửa sạch lần cuối

 Khâu sấy khô xe sau khi rửa

Các cấp tốc độ được điều khiển qua từng khâu như sau:

 Từ khâu số 1 - 3 (Hình 5.2) tốc độ biến tần là 12 HZ

 Từ khâu số 4 - 6 (Hình 5.2) tốc độ biến tần là 6 HZ

Các chế độ trong PLC được thiết kế như sau:

Hình 5.3: Lưu đồ quy trình hoạt động

Hệ thống ban đầu sẽ ở trạng thái STOP, không thực hiện bất kỳ hành động nào Để chuyển sang lưu đồ hoạt động, người dùng cần chọn chế độ cho hệ thống thông qua nút nhấn Auto/Manual.

Chế độ thủ công (Manual): Cho phép người dùng điều khiển các tác vụ riêng biệt của từng thiết bị thông qua các nút nhấn

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

Chế độ tự động (Auto) cho phép người dùng khởi động hệ thống bằng cách chọn chế độ này và nhấn nút StartAuto Để dừng quá trình, chỉ cần nhấn nút StopAuto Khi muốn khởi động lại chế độ Auto, người dùng cần nhấn lại nút StartAuto để hệ thống tiếp tục hoạt động.

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

Khi nút nhấn Emergency được kích hoạt, hệ thống sẽ ngay lập tức ngừng mọi hoạt động Để khôi phục lại chức năng, nút Emergency cần được reset, sau đó hệ thống sẽ trở về trạng thái khối STOP ban đầu.

Giao diện HMI

HMI được thiết kế thân thiện với người dùng, giúp dễ dàng theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị và tốc độ động cơ.

Cho phép người dùng điều khiển điều khiển các thiết bị một cách độc lập, cũng như điều chỉnh tần số chạy của biến tần

HMI cũng có 2 chế độ hoạt động là Manual và Auto giúp cho người giám sát có thể điều khiển ở trạng thái mà mình mong muốn

 Các chế độ điều khiển trên HMI

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

Màn hình chính của HMI được thiết kế phân chia bố cục làm 2 phần: bên trái, bên phải như sau:

Bên trái: Chế độ điều khiển Auto

 Nút AUTO: Để chọn chế Auto cho hệ thống

 Nút Start: Để bắt đầu chu trình

 Nút Stop: Để kết thúc chu trình

Quy trình hoạt động của chế độ AUTO:

Khi chế độ AUTO được chọn, đèn xanh báo hiệu rằng hệ thống đang hoạt động trong chế độ này Sau khi nhấn nút START và nhận tín hiệu phát hiện xe, hệ thống sẽ bắt đầu chu trình chạy, với đèn xanh dưới nút START sáng lên Khi chu trình kết thúc, hệ thống sẽ dừng lại và đèn Stop sẽ sáng Nếu tiếp tục nhận được tín hiệu từ cảm biến, hệ thống sẽ khởi động một chu trình mới.

Bên phải: Chế độ điều khiển Manual

 Nút MANUAL: Để chọn chế manual cho hệ thống

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

Chế độ manual được chia thành các khối để điều khiển các thiết bị một cách riêng biệt Mỗi khối thiết bị bao gồm:

 Nút START: Điều khiển cho thiết bị hoạt động

 Nút STOP: Điều khiển cho thiết bị dừng

 Đèn báo Run: Khi thiết bị chạy thì đèn báo Run sẽ sáng

Với động cơ 3 pha điều khiển bằng biến tần thì gồm các chức năng điều khiển sau:

 Nút START: Điều khiển cho thiết bị hoạt động

 Nút STOP: Điều khiển cho thiết bị dừng

 Nút FORWARD: Điều khiển động cơ chạy theo chiều thuận

 Nút REVERSE: Điều khiển động cơ chạy theo chiều nghịch

 Ô Enter the frequency: Nhập tần số người dùng mong muốn để điều động cơ

Tần số hiện tại hiển thị cho động cơ đang hoạt động, với đèn báo cho biết chế độ chạy thuận hoặc chạy nghịch sẽ sáng tương ứng với từng trạng thái.

GIÁM SÁT HỆ THỐNG QUA WEBSERVER

Giới thiệu về WebServer

WebServer cho phép người dùng điều khiển và giám sát dữ liệu từ xa qua các trình duyệt phổ biến như Google Chrome, Firefox, Cốc Cốc, và Opera Ứng dụng này có thể được truy cập thông qua máy tính, điện thoại, hoặc các thiết bị khác, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc quản lý thông tin trên Internet.

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, và sự ra đời của công nghệ 4.0 thì việc giám sát và điều khiển

PLC qua internet ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết, với các thuật toán hỗ trợ kết nối web giúp các hãng PLC phát triển chức năng công khai dữ liệu lên mạng viễn thông WebServer tích hợp ứng dụng nền Node.js chạy trên máy tính Server, cho phép người dùng truy cập dữ liệu PLC gửi lên WebServer theo thời gian thực thông qua địa chỉ IP công cộng và cổng định sẵn.

WebServer có khả năng chuyển đổi thành ứng dụng di động trên hệ điều hành Android và iOS, mang đến cho người dùng trải nghiệm truy cập từ xa linh hoạt và trực quan.

6.1.2 Định hướng và giải pháp

Sử dụng mã nguồn trung gian Nodejs thực hiện kết nối với PLC từ đó đưa ra dữ liệu theo thời gian thực lên Internet

Bảng 6.1: Giới thiệu về WebServer

Thuyết minh Sơ đồ nguyên lý

PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) cung cấp giao thức kết nối riêng biệt cho từng hãng, cho phép các ứng dụng bên ngoài truy cập để đọc và ghi dữ liệu một cách hiệu quả.

An API (Application Programming Interface) serves as a WebServer, functioning to retrieve data from a PLC (Programmable Logic Controller) It also receives control signals and configuration data from a web browser, which are then recorded accordingly.

-Web Borrow: Là các ứng dụng trình duyệt web hoặc các ứng dụng dạng đuôi apk hoặc

2 Tổng quan về lưu trình thực hiện:

 Bước 1 Chuẩn bị các phần mềm cần thiết cho Webserver

 Bước 2 Kết nối Server với PLC

 Bước 3 Hiển thị từ Server lên trình duyệt (chrome, coccoc, IE…)

 Bước 4 Ghi dữ liệu vào PLC từ trình duyệt

 Bước 5 Hoàn thiện quy trình.

Cơ sở lý thuyết về WebServer

6.2.1 Thư viện Node.js Được phát hành vào năm 2009, NodeJS, hay còn được biết với tên gọi chính thức là Node.js, là môi trường thời gian chạy (runtime environment) JavaScript đa nền tảng và mã nguồn mở NodeJS cho phép các lập trình viên tạo cả ứng dụng front-end và back-end bằng JavaScript

Node.js là nền tảng được xây dựng trên môi trường V8 JavaScript runtime, một trình thông dịch JavaScript nhanh chóng, hoạt động trên trình duyệt Chrome và nhiều trình duyệt khác.

Hình 6.1: Thư viện Node.js

Visual Studio Code (VS Code) là một trình biên tập mã nguồn miễn phí, hỗ trợ các hệ điều hành Windows, Linux và macOS, được phát triển bởi Microsoft Đây được coi là sự kết hợp hoàn hảo giữa môi trường phát triển tích hợp (IDE) và trình biên tập mã (Code Editor).

Visual Studio Code cung cấp các tính năng mạnh mẽ như debug, tích hợp Git, đánh dấu cú pháp, tự hoàn thành mã thông minh và Snippets Ngoài ra, nhờ vào khả năng tùy chỉnh, người dùng có thể thay đổi giao diện, phím tắt và các tùy chọn khác để nâng cao trải nghiệm lập trình.

Kepware là giải pháp kết nối công nghiệp giúp doanh nghiệp kết nối đa dạng thiết bị tự động và ứng dụng phần mềm Với kiến trúc thống nhất và khả năng mở rộng, Kepware mang lại linh hoạt trong việc kết hợp trình điều khiển và sử dụng nhiều giao thức trên một máy chủ duy nhất Hệ thống cũng cung cấp giao diện đơn giản hóa cho việc cài đặt, cấu hình, bảo trì và khắc phục sự cố.

Hình 6.2: Giải pháp kết nối Visual Studio Với Kepware

Bảng 6.2: Chức năng và công dụng của KEPServerEX Gói cài đặt Chức năng/ Công dụng

Là ứng dụng OPC hàng đầu kết nối với toàn bộ PLC trên thế giới hiện hành với các hệ điều hành máy tính

Cung cấp trao đổi dữ liệu giữa các máy khách OPC và các PLC theo giao thức

Cổng kết nối IoT cho KEPServerEX® sử dụng các giao thức Internet như HTTP và MQTT, giúp kết nối dữ liệu từ PLC và thiết bị khác tới các điểm cuối của bên thứ ba cũng như các ứng dụng khách như trình duyệt web.

Hỗ trợ giám sát bất kỳ hệ thống nào từ HMI, trình điều khiển Ping tự động tạo thẻ

OPC cho từng thiết bị

Trình điều khiển Toyopuc PC3 và PC2 Ethernet kết hợp với KEPServerEX để thực hiện việc trao đổi dữ liệu hiệu quả giữa các máy khách OPC và các PLC tương thích.

MySQL is an open-source relational database management system (RDBMS) that operates on a client-server model As an RDBMS, it provides a structured way to manage and organize data efficiently.

53 phần mềm hay dịch vụ dùng để tạo và quản lý các cơ sở dữ liệu (Database) theo hình thức quản lý các mối liên hệ giữa chúng

MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu phổ biến được sử dụng trong lập trình WebServer để lưu trữ dữ liệu cho các hệ thống sản xuất Nó cho phép lưu trữ thông tin sản xuất theo ca, ngày hoặc năm, đáp ứng nhu cầu quản lý dữ liệu hiệu quả Ngoài ra, MySQL cũng hỗ trợ xuất và in ấn báo cáo cũng như hóa đơn bán hàng theo yêu cầu của khách hàng, giúp nâng cao khả năng phục vụ và quản lý.

6.2.5 Ngôn ngữ lập trình JavaScript

JavaScript là ngôn ngữ dựa trên sự kiện, cho phép các sự kiện non-blocking xảy ra trên server, như kết nối mới, dữ liệu từ upload form, và truy vấn từ database Điều này giúp trang web Node.js không bị khóa và hỗ trợ hàng chục nghìn người dùng truy cập cùng lúc Node.js hoạt động như một server tương tự Apache, với khả năng chạy mã ứng dụng và hỗ trợ nhiều module để mở rộng chức năng, như lưu trữ dữ liệu và hỗ trợ file Zip.

Hình 6.4: Thành phần để cấu tạo lên trang web

Các module hỗ trợ lập trình WebServer

NPM (Node Package Manager) là trình quản lý gói mặc định cho Node.js, được phát triển hoàn toàn bằng JavaScript Được sáng lập bởi Isaac Z Schlueter, NPM lần đầu tiên được phát hành vào ngày

12 tháng 1 năm 2010 NPM quản lý tất cả các gói và mô-đun cho Node và bao gồm ứng dụng khách dòng lệnh npm

NPM, viết tắt của Node Package Manager, là công cụ quản lý và tạo ra các thư viện lập trình Javascript cho Node.js Trong cộng đồng Javascript, lập trình viên chia sẻ hàng trăm nghìn thư viện với mã nguồn đã được thực hiện sẵn, giúp các dự án mới tiết kiệm thời gian bằng cách không phải viết lại các thành phần cơ bản, thư viện lập trình hoặc thậm chí cả framework.

Socket IO là công cụ lý tưởng cho việc xây dựng ứng dụng realtime, cho phép kết nối và truyền dữ liệu ngay lập tức giữa các bên ở những địa điểm khác nhau thông qua server trung gian Nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như chat, game online, và cập nhật kết quả các sự kiện thể thao Trong môi trường WebServer, Socket IO giúp cập nhật giá trị từ PLC lên Website và ngược lại, lấy giá trị cài đặt từ Website để truyền xuống PLC.

Socket IO không phải là một ngôn ngữ lập trình mà là một công cụ hỗ trợ phát triển ứng dụng thời gian thực Do đó, Socket IO không thể thay thế hoàn toàn ngôn ngữ lập trình mà cần kết hợp với các ngôn ngữ khác như PHP, ASP.NET hoặc Node.js để phát huy tối đa hiệu quả.

Express là một framework mạnh mẽ cho Node.js, cung cấp nhiều tính năng cho phát triển web và ứng dụng di động Nó hỗ trợ các phương thức HTTP và middleware, giúp tạo ra API dễ sử dụng và hiệu quả Một số chức năng chính của Express bao gồm khả năng xử lý yêu cầu HTTP, quản lý middleware và tạo ra các route linh hoạt.

 Thiết lập các lớp trung gian để trả về các HTTP request

 Định nghĩa router cho phép sử dụng với các hành động khác nhau dựa trên phương thức HTTP và URL

 Cho phép trả về các trang HTML dựa vào các tham số

Express là một framework giúp xây dựng trang web server, cho phép các trình duyệt và ứng dụng truy cập dữ liệu từ WebServer một cách hiệu quả.

Lodash là một thư viện JavaScript mạnh mẽ, giúp xử lý đa dạng dữ liệu như Array, Collection, Date, Function, Lang, Math, Number, Object, Seq, String, Util và Properties Thư viện này cung cấp nhiều chức năng hữu ích với hiệu suất cao, cho phép người dùng dễ dàng áp dụng các hàm tiện ích trong nhiều tình huống khác nhau.

Thư viện Lodash đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi dữ liệu từ PLC sang dạng mảng (Array) Điều này cho phép dữ liệu được truyền tải qua Web, vì WebServer không thể trực tiếp chuyển đổi dữ liệu từ biến (Variable) sang định dạng Web mà cần thông qua mảng Nhờ có Lodash, quá trình này trở nên đơn giản và hiệu quả hơn.

6.3.5 Module ejs Định nghĩa một cách cơ bản nhất thì (ejs) view engine chính là công cụ giúp chúng ta viết code HTML một cách ngắn gọn và đơn giản hơn cách thông thường đồng thời nó có thể sử dụng lại Ngoài ra nó có thể đưa dữ liệu vào từ phía server và render ra đoạn HTML cuối cùng

6.3.6 Module jQuery jQuery là thư viện được viết từ JavaScript, jQuery giúp xây dựng các chức năng bằng Javascript dễ dàng, nhanh và giàu tính năng hơn jQuery không phải là một ngôn ngữ lập trình riêng biệt mà hoạt động liên kết với JavaScript Với jQuery, bạn có thể làm được nhiều việc hơn mà lại tốn ít công sức hơn jQuery cung cấp các API giúp việc duyệt tài liệu HTML, hoạt ảnh, xử lý sự kiện và thao tác AJAX đơn giản hơn jQuery hoạt động tốt trên nhiều loại trình duyệt khác nhau Một trong những đối thủ nặng ký của jQuery đó là JS Framework

Kepserverex-js là thư viện giúp kết nối KEPSERVER với WebServer qua IOT Gateway, cho phép dễ dàng đọc và ghi dữ liệu từ KEPSERVEREX tới WebServer (Node.js) Để dự án hoạt động hiệu quả, cần cài đặt đầy đủ các gói package cần thiết Dưới đây là danh sách các gói cần cài đặt cho một dự án.

Bảng 6.3: Các gói cài đặt trong dự án Webserver

TT Các gói package cần cài đặt Giải thích

1 npm init Node package manager

2 npm install socket.io Cài đặt Socket IO

3 npm install express save Cài đặt express

4 npm i -g npm Cài đặt lodash

5 npm i –save lodash Cài đặt lodash (Tiếp)

6 npm install ejs Cài đặt ejs

7 npm install jquery Cài đặt jquery

8 Install kepserverex-js Cài đặt thư viện truyền dữ liệu

Thiết kế giao diện

 Thể hiện rõ chế độ và trạng thái hoạt động khi giám sát hệ thống trong quá trình làm việc

 Giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống rửa xe ô tô tự động, các tính hiệu cảm biến

 Có chức năng cảnh báo, lưu lịch sử làm việc của hệ thống và báo cáo số liệu

Giao diện hệ thống được thiết kế với quyền truy cập phân quyền cho từng nhóm đối tượng, đảm bảo quyền hạn khác nhau cho người dùng Giao diện chính được chia thành ba phần: "CONTROL & MONITOR", "ALARM", và "REPORT", cùng với các trang "INTRODUCE" và "LOGIN" Sau khi đăng nhập, người dùng sẽ được truy cập vào hệ thống điều khiển dựa trên quyền hạn của tài khoản Phần hiển thị phía trên giao diện được thiết kế nằm ngang, mang lại sự thuận tiện tối đa cho người sử dụng.

Hình 6.5: Giao diện màn hình INTRODUCE

Màn hình "Introduce" là giao diện khởi đầu cho việc điều khiển và giám sát của nhóm thiết kế, cung cấp cái nhìn tổng quan về đề tài và thông tin của nhóm.

Giao diện chính hiển thị tên trường, logo, tên đề tài và các thông tin một cách trực quan trên trang Giới thiệu Để truy cập vào màn hình này, bạn cần đăng nhập vào tài khoản của mình để hệ thống có thể hiển thị giao diện đúng cách.

6.4.3 Giao diện màn hình CONTROL & MONITOR

Màn hình CONTROL & MONITOR là màn hình phụ trong hệ thống, giúp mô phỏng băng tải rửa xe, cảm biến và báo lỗi Giao diện trực quan cho phép người dùng dễ dàng nắm bắt cấu trúc mô hình, vị trí cảm biến và nhiệm vụ của từng khâu Khi xe được đưa vào rửa, màn hình sẽ hiển thị các tín hiệu tương ứng với quy trình hoạt động Ngoài ra, góc trên bên trái sẽ hiển thị thông báo lỗi khi có sự cố xảy ra trong hệ thống.

Hình 6.6: Giao diện màn hình CONTROL & MONITOR

Giao diện màn hình bên phải hiển thị trung tâm điều khiển "Control Station", cho phép người vận hành thao tác hệ thống Bảng điều khiển cung cấp các nút chức năng như "Start, Stop, Estop, Auto, Manual" để lựa chọn các chế độ điều khiển khác nhau.

6.4.4 Giao diện màn hình ALARM

Giao diện màn hình “ALARM” hiển thị lỗi trong quá trình hoạt động của hệ thống, đồng thời lưu trữ toàn bộ lịch sử lỗi và các thao tác đã thực hiện trên hệ thống.

Bảng Alarm view cung cấp thông tin chi tiết về lỗi phát hiện và các cảnh báo liên quan Người dùng có thể tra cứu lịch sử lỗi theo từng ngày, tháng, năm để kiểm tra tình trạng khắc phục của lỗi đó.

Về thông báo lỗi sẽ được thống kê thành một bảng Mọi thông tin sẽ được lưu lại gồm

Khi người dùng khắc phục lỗi, hệ thống sẽ hiển thị trạng thái "IO" Ngược lại, khi gặp lỗi, trạng thái sẽ hiển thị là "I" cùng với tên lỗi cụ thể đã xảy ra.

Hình 6.7: Giao diện màn hình ALARM

6.4.5 Giao diện màn hình REPORT

Hình 6.8: Màn hình giao diện REPORT

Giao diện màn hình “REPORT” hiển thị báo cáo hoạt động của hệ thống rửa xe, cho biết khi quá trình hoàn tất là “True” và khi có lỗi là “False” trên trang “ALARM” Người dùng có thể lưu trữ dữ liệu giống như trên trang “ALARM” và tìm kiếm theo ngày mong muốn Sau khi lưu, người dùng có thể nhấn “Export” để xuất báo cáo sang Excel, cung cấp thông tin về số xe đã rửa trong tháng hoặc tuần, cũng như số lỗi hệ thống trong khoảng thời gian làm việc, từ đó giúp kế toán tổng hợp doanh thu cho hệ thống.

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

6.4.6 Giao diện màn hình LOGIN

Chức năng LOGIN là phần cuối trong giao diện giám sát và điều khiển của hệ thống Khi người dùng truy cập vào đường dẫn hệ thống, giao diện đăng nhập (System login) sẽ xuất hiện yêu cầu đăng nhập Sau khi hoàn tất quá trình đăng nhập, trang INTRODUCE sẽ hiển thị, cho phép người dùng thực hiện các thao tác tiếp theo.

Hình 6.10 hiển thị giao diện đăng nhập, nơi người dùng có thể phân quyền cho các loại tài khoản khác nhau dựa trên nhiệm vụ và yêu cầu của nhóm Nếu tài khoản chưa được phân quyền, người dùng sẽ không thể đăng nhập hoặc truy cập bất kỳ trang nào trong hệ thống Mỗi tài khoản chỉ cho phép một người dùng duy nhất đăng nhập, và sau khi tải lại trang, hệ thống sẽ yêu cầu người dùng đăng nhập lại.

Bảng 6.4: Bảng phân quyền truy cập cho hệ thống STT Tài khoản Mật khẩu Phân quyền truy cập Người dùng

1 admin 123456 Tất cả các trang trên màn hình hệ thống

Nhân viên cấp cao, Nhân viên kỹ thuật

2 user1 123456 INTRODUCE & REPORT Nhân viên giám sát

& CONTROL MONITOR Nhân viên vận hành

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

Tất cả thông tin liên quan đến trạng thái của hệ thống rửa xe ô tô tự động, bao gồm xe đã hoàn thành chu trình, xe chưa hoàn thành và các báo lỗi trong quá trình hoạt động, đều được lưu trữ trong PLC.

Trong quá trình hoạt động của hệ thống rửa xe ô tô tự động, có 62 trường hợp gặp sự cố không thể khôi phục dữ liệu làm việc Số lượng xe rửa lớn hàng tháng dẫn đến việc thống kê dữ liệu một cách thủ công trở nên tốn thời gian và vượt quá khả năng lưu trữ của bộ nhớ PLC Để giải quyết vấn đề này, toàn bộ dữ liệu sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu SQL trên máy tính, giúp người dùng dễ dàng truy cập và sử dụng thông tin theo nhu cầu và mục đích của mình.

Bảng ALARM: Dùng để lưu trữ thông tin các lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống gồm: Thời gian, ID ALARM, Status, Alarm Name

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

Hình 6.12: Cơ sở dữ liệu ALARM

Bảng REPORT được sử dụng để lưu trữ thông tin về số lượng xe đã hoàn thành sau khi rửa và những xe chưa hoàn thành do hệ thống gặp lỗi Bảng này giúp thống kê số lượng xe trong một tháng hoặc trong khoảng thời gian theo yêu cầu, bao gồm thời gian và số xe đã hoàn thành.

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

Hình 6.14: Cơ sở dữ liệu REPORT

KẾT QUẢ - THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Mô hình hệ thống

7.1.1 Kết quả thi công cơ khí

Sau khi hoàn thành thiết kế 3D cho toàn bộ hệ thống trong đồ án, bước tiếp theo là chuẩn bị các chi tiết theo bản vẽ Các phần riêng biệt như băng tải, hệ thống chổi xoay, sấy khô và tủ điện sẽ được lắp ráp Cuối cùng, các phần này sẽ được kết nối lại để hoàn thiện mô hình.

Thi công lắp ráp băng tải bằng các chi tiết cơ khí: nhôm định hình, bạc đạn:

- Tiến hành lắp ráp băng tải lắp các khâu cho hệ thống rửa xe

- Lắp băng tải lên phần chân mô hình

- Lắp tủ điện điều khiển cho băng tải

Hình 7.1: Thi công kết cấu chân mô hình

Hình 7.2: Thi công băng tải

Hình 7.3: Hệ thống rửa sau khi lắp ráp

Hình 7.4: Lắp đặt cảm biến quang cho từng khâu hoạt động

Sau khi hoàn thiện, lắp ráp phần truyền động từ động cơ 3 phase kết nối với băng tải thông qua cơ cấu truyền động đai răng Thiết kế bao gồm một gối đỡ và trục 10mm, khớp nối đồng 10mm, cùng với một puly 20 răng lắp vào động cơ và một puly 60 răng trên trục 10mm, được liên kết với nhau bằng đai có chiều dài 402mm.

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

Hình 7.6: Hệ thống bơm được lắp đặt

7.1.2 Kết quả thi công tủ điện

Mặt ngoài tủ điện được trang bị các thành phần quan trọng bao gồm một bóng đèn báo nguồn (220v), nút Estop, nút tích hợp nhấn đèn xanh (Start), nút tích hợp nhấn đèn đỏ (Stop) và ổ khóa tủ điện.

Ổ cắm điện 15A 250V bên phải được trang bị cầu chì và công tắc, giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị Công tắc nguồn có thiết kế jack 3 chân, kết hợp với cầu chì bảo vệ, mang lại sự an tâm khi sử dụng máy.

Hình 7.7: Mặt ngoài tủ điện

Tủ điện phía trong được thiết kế thẩm mỹ và tuân thủ các quy tắc an toàn điện, với dây điện được sắp xếp gọn gàng trong nẹp điện Hệ thống kẹp cố định đảm bảo các thiết bị điện được giữ chắc chắn, trong khi đầu dây điện được bấm code tương tự như các tủ điện công nghiệp.

Hình 7.8: Tổng quát bên trong tủ điện

Hình 7.9: Phần trên mô hình hệ thống

Hình 7.10: Mô hình hoàn thiện

Bảng 7.1: Bảng thông số kỹ thuật mô hình

Kích thước hệ thống 100x50x110

Chiều dài băng tải 90cm

Công xuất mô tơ chính 15W Áp lực bơm 130 PSI (8,3 bar)

Tiêu hao chất làm sạch 4.000đ/xe

Tốc độ rửa xe 30s/xe

Chương trình điều khiển

 Giao diện điều khiển thông qua HMI

Hình 7.11: Màn hình HMI điều khiển chế độ Auto

Hình 7.12: Màn hình HMI điều khiển chế độ Manual

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

 Giao diện điều khiển trên Webserver

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

Hình 7.15: Màn hình giám sát lỗi trên máy chủ

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

Hướng dẫn vận hành hệ thống

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

1 Chuẩn bị trước khi vận hành

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong hệ thống, cần kiểm tra và duy trì tất cả các thiết bị như PLC, HMI, biến tần, động cơ, cảm biến, van điện từ, bơm áp lực và băng tải ở trạng thái hoạt động tốt.

 Kiểm tra nguồn điện và các kết nối điện

 Kiểm tra nguồn nước và dung dịch rửa xe đã đủ và đúng loại

 Bật công tắc nguồn tổng để khởi động hệ thống

2 Vận hành hệ thống ở chế độ auto

 Trên màn hình HMI, nhấn nút “AUTO” để chọn chế độ tự động

 Đèn báo xanh sẽ sáng lên báo hiệu hệ thống đang ở chế độ Auto

 Bắt đầu chu trình rửa xe:

 Nhấn nút “START” để bắt đầu chu trình

 Khi cảm biến đầu phát hiện có xe, hệ thống sẽ tự động bắt đầu chu trình rửa xe

 Băng tải sẽ di chuyển xe qua các bước rửa:

 Xịt nước toàn xe: Xịt nước để loại bỏ vết bẩn bám trên bề mặt xe

 Xịt dung dịch rửa xe: Xịt dung dịch rửa xe lên toàn bộ thân xe

 Cọ rửa: Cọ rửa để loại bỏ những vết bẩn cứng đầu

 Rửa sạch bằng nước: Rửa lại bằng nước để làm sạch toàn bộ xe

 Sấy khô: Sấy khô xe sau khi rửa

 Đèn xanh dưới nút “START” sẽ sáng trong suốt chu trình

 Khi xe đi qua cảm biến cuối cùng, chu trình rửa xe sẽ kết thúc

 Đèn báo đỏ dưới nút “STOP” sẽ sáng lên

 Nếu có xe mới, hệ thống sẽ tự động bắt đầu chu trình mới khi nhận tín hiệu từ cảm biến

3 Vận hành hệ thống ở chế độ manual

 Trên màn hình HMI, nhấn nút “MANUAL” để chọn chế độ thủ công

 Điều khiển thiết bị riêng lẻ:

Hệ thống cho phép điều khiển từng thiết bị riêng biệt thông qua các nút nhấn và đèn báo:

 Nút START: Khởi động thiết bị

 Nút STOP: Dừng thiết bị

 Đèn báo Run: Sáng khi thiết bị đang chạy

 Với động cơ 3 pha điều khiển bằng biến tần:

 Nút FORWARD: Điều khiển động cơ chạy theo chiều thuận

 Nút REVERSE: Điều khiển động cơ chạy theo chiều nghịch

 Ô Enter the frequency: Nhập tần số mong muốn

 Ô Current frequency: Hiển thị tần số hiện tại của động cơ

 Đèn báo chiều: Sáng tương ứng với động cơ chạy thuận hoặc nghịch

4 Kết thúc và bảo dưỡng

 Nhấn nút “STOP” để dừng hệ thống hoàn toàn

 Tắt công tắc nguồn tổng sau khi dừng hệ thống

 Kiểm tra và vệ sinh các cảm biến, van điện từ, bơm áp lực và băng tải

 Kiểm tra và bổ sung nước, dung dịch rửa xe nếu cần thiết

 Kiểm tra và bảo dưỡng động cơ và biến tần theo lịch trình bảo dưỡng định kỳ

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

 Mở trình duyệt web và truy cập vào địa chỉ webserver của hệ thống

 Giao diện đăng nhập (LOGIN) sẽ xuất hiện

 Nhập tài khoản và mật khẩu để đăng nhập vào hệ thống

 Nếu thông tin đăng nhập chính xác, bạn sẽ được chuyển đến màn hình

 Màn hình này giới thiệu về đề tài và thông tin của nhóm thiết kế

 Hiển thị tên trường, logo trường, tên đề tài và các thông tin tổng quan

 Sau khi tìm hiểu thông tin, bạn có thể chuyển đến các màn hình khác như

CONTROL & MONITOR, ALARM hoặc REPORT tùy theo quyền truy cập của bạn

 Màn hình này mô phỏng băng tải rửa xe, các cảm biến và hiển thị trạng thái của hệ thống

 Dễ dàng nắm bắt kết cấu của mô hình và vị trí của từng cảm biến

 Trung tâm điều khiển (Control station):

 Phía tay phải là khu vực điều khiển với các nút nhấn:

 Start: Khởi động hệ thống

 Estop: Dừng khẩn cấp hệ thống

 Auto: Chọn chế độ tự động

 Manual: Chọn chế độ thủ công

 Góc trái màn hình hiển thị các thông báo lỗi khi hệ thống gặp sự cố

 Màn hình này hiển thị thông tin chi tiết về các lỗi phát sinh trong quá trình hoạt động

 Bảng “Alarm view” cung cấp thông tin về lỗi: thời gian, ID lỗi, trạng thái, tên lỗi

 Bạn có thể xem lại lịch sử lỗi theo ngày, tháng, năm và kiểm tra trạng thái xử lý lỗi (IO hoặc I)

 Hiển thị báo cáo quá trình hoạt động của hệ thống: “True” khi hoàn thành chu trình rửa xe, “False” khi gặp lỗi

 Lưu trữ dữ liệu tương tự như trang ALARM

 Tìm kiếm báo cáo theo ngày, tháng, năm mong muốn

 Nhấn nút “Export” để xuất báo cáo ra file Excel

 Báo cáo gồm số lượng xe đã rửa, số lỗi của hệ thống trong khoảng thời gian nhất định

 Kế toán có thể dùng báo cáo này để tổng hợp doanh thu

 Mỗi lần truy cập vào hệ thống, người dùng phải đăng nhập lại

 Tài khoản chỉ cho phép một người dùng duy nhất đăng nhập tại một thời điểm

Hướng dẫn sử dụng webserver cho phép người dùng quản lý và theo dõi hệ thống rửa xe tự động từ xa một cách dễ dàng Các bước đăng nhập, chuyển đổi màn hình và thao tác trên giao diện webserver giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

Thực nghiệm mô hình

Bảng 7.2: Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị chính Tên thiết bị chính Giới hạn/phạm vi hoạt động Số lượng

Số lượng đầu vào/ra: 14/10

Mô-đun mở rộng: tối đa lên đến 4 mô-đun và

Tần số đếm xung tốc độ cao: 100 kHz

Các cổng truyền thông: Ethernet, USB,

Kích thước: 7 inch Độ phân giải: 800x480 pixel

Tốc độ xử lý: 800 MHz CPU

PLC hỗ trợ: Micro 800, MicroLogix

Dòng điện ngắn mạch: 100KA

Tích hợp sẵn cổng giao tiếp Ethernet/IP

Băng tải Kích thước băng tải 90x20 (cm) 1

Bảng 7.3: Bảng đánh giá thực nghiệm mô hình hệ thống

Tiêu chí Mô tả đánh giá

Hiệu quả hoạt động Độ tin cậy Hệ thống hoạt động ổn định, ít gặp lỗi Tốt Không rửa được 2 xe cùng lúc

Tốc độ Thời gian hoàn thành chu trình rửa xe nhanh Tốt Hoàn thành một chu trình khoảng 30 giây

Mức độ tự động hóa Hệ thống vận hành hoàn toàn tự động Tốt

Khả năng phát hiện và phản hồi

Phát hiện và xử lý tình huống bất thường kịp thời Tốt

Khoảng cách trục khâu 16.5 cm Động cơ 3 pha

Cảm biến phát hiện xe

Khoảng cách phát hiện: 10-30 cm Điện áp làm việc: 6-36 VDC 7

Dauer Nguồn cấp: 24 VDC 4 Động cơ bơm áp lực SINLEADER

Lưu lượng bơm: 10-12 LÍT/PHÚT = 150ml Áp lực nước: 130 PSI (8,3 BAR)

Tốc độ quay: 960 rpm Điện áp: 24 VDC 1

DC Silent Blower Điện áp: DC 24V

Khả năng điều chỉnh Dễ dàng thay đổi thiết lập và thông số hoạt động Khá

Tương thích Tích hợp tốt với các thiết bị khác Tốt

Biện pháp bảo vệ Có các biện pháp bảo vệ người dùng và thiết bị Tốt

Tuân thủ quy định Đáp ứng các quy định và tiêu chuẩn an toàn Tốt

Dễ bảo trì Dễ dàng kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa Tốt

Hỗ trợ kỹ thuật Có sẵn tài liệu và hỗ trợ kỹ thuật cần thiết Khá

Chi phí triển khai Chi phí ban đầu hợp lý Trung

Chi phí vận hành thực tế khá cao Chi phí vận hành

Chi phí vận hành và bảo trì hàng năm phù hợp với ngân sách

Đánh giá mô hệ thống

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm đã xác định mục tiêu và hướng phát triển cho hệ thống "Điều khiển và giám sát hệ thống rửa xe ô tô tự động", và đã đạt được các mục tiêu đề ra Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chỉ dừng lại ở mô hình thực nghiệm Qua quá trình vận hành và thực nghiệm, nhóm đã đưa ra những đánh giá và nhận xét về mô hình.

 Hoạt động có tính ổn định và đạt được nhu cầu của nhóm đã đặt ra trong mục tiêu nghiên cứu về đồ án môn học

 Mô hình thực hiện các bước rửa xe qua từng chu trình và có thể chỉnh được các cấp vận tốc khác nhau

 Đạt được nhu cầu của người dùng và thuận tiện cho người điều khiển và giám sát qua từng khâu

 Hệ thống có thể điều khiển và giám sát từ xa nhờ tích hợp hệ thống WebServer và MySQL để giám sát thông qua internet

 Không thể hiện được hết sự hoạt động của hệ thống trong thực tế

 Các cơ cấu còn chưa được tối ưu

 Mô hình chưa được thiết kế nhiều chế độ rửa như: “Cơ bản, rửa thật sạch”

Chất lượng đầu ra của xe không đáp ứng được nhu cầu do tồn tại nhiều vết cứng, vết bẩn lâu năm và nhiều khe kẹt sâu chưa được rửa sạch.