Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử Nghiên cứu và thiết kế nguyên lý điều khiển hệ thống đỗ xe tự động loại xoay vòng trục đứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY  &  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG LOẠI XOAY VÒNG TRỤC ĐỨNG Sinh viên thực hiện : Phạm Thế Vinh Lớp : Cơ điện tử K51 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Sơn HÀ NỘI 25-04/2014 1 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với nội dung nghiên cứu và thiết kế hệ thống đỗ xe tự động loại xoay vòng trục đứng, tác giả đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường, trong thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của thầy TS.Nguyễn Hồng Sơn cho tới nay đã hoàn thành những yêu cầu của đồ án. Đó là nghiên cứu và thiết kế nguyên lý hoạt động của nhà xe làm việc hiệu quả, có sơ đồ nguyên lý hoạt động sát với thực tế. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, nội dung của đề tài chỉ dừng lại việc đưa ra sơ đồ mô phỏng, đơn giản về điều khiển hoạt động của nhà xe, quá trình đưa xe vào và ra. Để có thể nâng cao khả năng ứng dụng những kiến thức đã học ở giảng đường vào việc giải quyết các công việc yêu cầu thực tế, tác giả nghiên cứu có định hướng mở rộng đề tài này là thiết kế mô hình thật để kiểm tra tính khả thi nguyên lý hoạt động của nhà xe đã xây dựng. Để đạt được điều đó các tác giả cần nỗ lực nhiều hơn và cần có sự giúp đỡ của các thầy, cô trong bộ môn. Tác giả rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn! 2 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 3 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG 1.1. Tình hình giao thông ở thành phố Hà Nội Việt Nam đang trên đà hội nhập và phát triển, tiến lên thành một nước có nền công nghiệp phát triển cao, công nghệ hiện đại, đời sống vật chất của con người ngày càng nâng cao. Và sự tất yếu kéo theo là sự phát triển ngày càng tăng số lượng phương tiện cá nhân. Trong đó có cả xe máy và ôtô trong tương lai không xa ở Việt Nam ôtô không còn là hàng hóa xa xỉ. Trong khi cơ sở hạ tầng lại không đáp ứng kịp với sự phát triển của phương tiện. Sự mất cân bằng này tất yếu dẫn đến sự mất mỹ quan đô thị là do thiếu các bãi đỗ xe, nên buộc họ phải đậu xe lấn chiếm lòng lề đường, tình trạng kẹt xe và tai nạn giao thông xảy ra liên tục. Có thể nói quỹ đất cho giao thông tĩnh đã quá chật. Hiện nay, vấn đề thiếu chỗ đỗ xe ô tô tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh đã trở nên trầm trọng. Tình hình giao thông ở Hà Nội trong tình trạng hết sức phức tạp với số lượng xe máy, ô tô cá nhân gia tăng một cách nhanh chóng, gây tắc đường triền miên. Không những thế, việc thiếu nghiêm trọng các điểm đỗ xe đã khiến cho tình trạng sử dụng lòng đường, vỉa hè làm chỗ để xe diễn ra ở khắp nơi trong thành phố, gây ra cảnh lộn xộn, mất mỹ quan đô thị và góp phần không nhỏ gây ra ùn tắc giao thông. Trước tình trạng đó, thành phố Hà Nội đã đưa ra hàng loạt giải pháp tình thế như: đổi giờ làm, cấm để phương tiện trên vỉa hè, lòng đường ở hàng loạt tuyến phố Bên cạnh đó, nhiều cá nhân, tổ chức cũng đề xuất các giải pháp hạn chế phương tiện cá nhân, chống ùn tắc giao thông. Với tốc độ tăng số lượng ô tô đăng ký tại 2 thành phố này là 15% mỗi năm, và tình trạng hết quỹ đất đô thị để phát triển bãi đỗ xe thì đến những năm sau, nguy cơ không còn chỗ đỗ xe là chắc chắn. Việc các nhà quản lý đô thị giải quyết cho xe đỗ trên lòng đường chỉ là biện pháp tạm thời, vì ngay cả quỹ đường cho giao thông động cũng đang bị thu hẹp dần do tốc độ phát triển số lượng xe ô tô, do đó 5 nếu tiếp tục sử dụng lòng đường để đỗ ô tô sẽ gây ra nguy cơ ùn tắc giao thông, dẫn đến các hậu quả tiêu cực về kinh tế và xã hội. 1.2. Thực trạng khả năng đáp ứng của các bãi đỗ xe ở Hà Nội Theo thống kê, trên địa bàn Hà Nội hiện có 1.245 điểm, bãi đỗ xe có phép, với tổng diện tích 43,84 ha, chiếm khoảng 57,34% diện tích đất dành cho giao thông tĩnh. Tuy nhiên, các điểm, bãi đỗ xe công cộng được cấp phép chỉ mới đáp ứng được khoảng 8 - 10% nhu cầu đỗ xe, còn lại khoảng 90 - 92% số phương tiện đang đỗ tại các điểm đỗ xe của chung cư, khu đô thị, vỉa hè Vì vậy, nếu không có lời giải kịp thời thì bài toán giao thông tĩnh của Hà Nội sẽ ngày càng trở nên nan giải hơn. Hiện nay, để giải quyết vấn đề giống như các đô thị Việt Nam đang phải đối mặt này, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nước châu Á đất chật người đông như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, … mà còn ở những nước châu Âu và Mỹ. Tại các nước này đều có các công ty chuyên kinh doanh bãi đỗ ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống đỗ nhiều tầng tự động được sử dụng rất phổ biến. Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tự động là các nhà chế tạo, không trực tiếp kinh doanh bãi đỗ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các nhà đầu tư. Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tại các nước này đều là các công ty cơ khí có kinh nghiệm về thiết bị nâng. Ngoài ra, còn các hệ thống các công ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như: hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, cửa trả tiền tự động, hệ thống máy tính điều khiển tự động, 1.3. Các giải pháp Hệ thống đỗ xe tự động: Câu trả lời cho những nan giải trên. Cho đến nay tại Việt nam đã bắt đầu xây dựng một số bãi đỗ ô tô dùng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động. Xu hướng Việt Nam sẽ sử dụng loại này là tất yếu do mật độ xe gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển mặt bằng giao thông, dẫn 6 đến nhu cầu cấp thiết phải có kế hoạch xây dựng các bãi đỗ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thông do sử dụng mặt đường làm bãi đỗ xe. Theo UBND TP Hà Nội, năm 2013, trên địa bàn thành phố có 4 dự án bãi đỗ xe đã hoàn thành và đưa vào sử dụng, gồm: bãi đỗ xe Đầm Trấu, quận Hai Bà Trưng (diện tích hơn 4.480m2); bãi đỗ xe và khu dịch vụ tại ô đất 11.5HH đường Lê Văn Lương, quận Thanh Xuân (diện tích 4.350m2); bãi đỗ xe ngầm tại khu đô thị Yên Hòa, quận Cầu Giấy; nhà để xe cao tầng tại đường Trường Chinh, quận Thanh Xuân (diện tích gần 5.350m2). Trước đó, đến hết năm 2012, trên địa bàn Hà Nội đã có 8 dự án bãi đỗ xe hoàn thành và đưa vào khai thác, gồm: Gia Thụy (quận Long Biên); Lạc Trung (quận Hai Bà Trưng); Láng Thượng (quận Đống Đa); Nghĩa Đô (quận Cầu Giấy); đường Nguyễn Khánh Toàn (quận Cầu Giấy); Lĩnh Nam (quận Hoàng Mai); Ngũ Hiệp (huyện Thanh Trì) và bãi đỗ xe lắp ghép cao tầng tại 32 phố Nguyễn Công Trứ (quận Hai Bà Trưng) do Tổng Công ty Vận tải Hà Nội thực hiện thí điểm. Hình 1- 1. Bãi đỗ xe lắp ghép cao tầng tại 32 Nguyễn Công Trứ 7 Để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về chỗ đỗ xe, TP Hà Nội đã phê duyệt 1 dự án thí điểm về lắp dựng giàn thép đỗ xe cao tầng tại 2 khu vực: phố Trần Nhật Duật (diện tích hơn 2.320m2) và Nguyễn Công Hoan (diện tích 1.800m2), với tổng mức đầu tư khoảng hơn 120 tỷ đồng từ nguồn ngân sách. Dự kiến, dự án thí điểm này sẽ hoàn thành và đưa vào sử dụng trong quý I/2014. Bên cạnh đó, năm 2014, TP Hà Nội dự kiến sẽ đầu tư bãi đỗ xe tại các khu vực: Nhân Chính; các phường thuộc quận Long Biên; phường Yên Sở (Hoàng Mai) Tuy nhiên, dự án xây dựng hai bãi đỗ xe tại phố Nguyễn Công Hoan (quận Ba Đình) và phố Trần Nhật Duật (quận Hoàn Kiếm), thời gian thực hiện dự án sẽ kéo dài đến năm 2015, với tổng số vốn cho cả hai dự án là 120 tỷ đồng bằng tiền ngân sách. Để tiết kiệm diện tích mặt bằng thì chúng ta nên: • Xây dựng các bãi đỗ xe cao tầng nhằm tăng khả năng lưu giữ xe trên cùng một diện tích. • Xây dựng các bãi đỗ xe trong lòng đất nhằm tiết kiệm tối đa diện tích mặt bằng phía trên. Thông thường bên cạnh các tòa cao ốc luôn tồn tại những khoảng đất trống có thể chứa 3 - 4 xe. Cũng với diện tích đó chúng ta xây dựng bãi đỗ xe tự động sẽ có sức chứa lên tới 60 xe. Đây là điều mơ ước nhưng với công nghệ hiện nay hoàn toàn thực hiện được với giải pháp bãi đỗ xe tự động. Nhưng xây dựng các bãi đỗ xe trong nội thành là vấn đề nan giải vì quỹ đất không có nhiều, chỉ còn cách tận dụng khoảng không gian dưới mặt đất và trên cao. Nhưng mục tiêu đặt ra là khi xây dựng các bãi xe này thì hệ số sử dụng diện tích phải là cao nhất. Điều này chỉ có thể có ở các bãi đỗ xe tự động (Automatic 8 Car Parking), vì toàn bộ không gian của bãi xe là sử dụng để chứa xe, và hoàn toàn không có diện tích dành cho đường xe chạy. Hiện nay, hệ thống đỗ xe tự động đã và đang được sử dụng rất nhiều nước trên thế giới. Và đặc biệt phát triển mạnh ở Hàn Quốc và Nhật Bản. 1.4. Tổng quan về hệ thống đỗ xe tự động 1.4.1. Khái niệm về hệ thống đỗ xe tự động Hệ thống đỗ xe ôtô tự động là hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu kho tự động mà hàng hóa là ôtô và có độ chính xác nhất định. Trong hệ thống này xe được lưu giữ ở các ô (Block parkings ) dưới mặt đất hoặc trên cao. Để thực hiện việc lưu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển. Đây là thiết bị có thể có chuyển động theo các phương sau: phương ngang, phương đứng, phương chuyển động xoay với độ chính xác và an toàn cao. Hoạt động của các máy nâng chuyển được điều khiển bởi máy tính. Máy tính quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống như: số lượng xe hiện đang gửi, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lưu trữ, … 2.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống đỗ xe tự động Sự ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất giúp các hãng xe ngày càng giảm chi phí sản xuất, cùng với sự phát triển về ngành công nghiệp ôtô ở các nước đang phát triển như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan,… đã làm cho ngành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển về số lượng cũng như chất lượng. Vì thế, dự đoán ôtô sẽ là phương tiện di chuyển cá nhân trong những thập kỷ tới. Vấn đề nan giải là cơ sở hạ tầng : Đường xá, chỗ giữ xe không tăng lên mà có chiều hướng giảm xuống do sử dụng vào mục đích khác, điều này làm cho nạn kẹt xe ngày càng nghiêm trọng. Vì thế các nhà quy hoạch, thiết kế hạ tầng mới nghĩ đến việc tận dụng chiều cao, chiều sâu của không gian nhằm làm tăng lên diện tích sử dụng. 9 Ban đầu người ta xây dựng các nhà cao tầng hoặc các bãi xe ngầm dưới mặt đất, hệ thống này thì người lái xe phải tự mình lái xe vào vị trí gửi bằng các đường xoắn ốc vì thế khó quản lý với số lựợng xe lớn. Hoặc tốn rất nhiều nhân lực và tốn diện tích dùng làm các làn đường cho xe chạy. Vào đầu thập niên 90, hệ thống giữ xe ôtô tự động ra đời. Các thiết bị cơ khí, điện tử được sử dụng để thay thế người lái xe vào bãi nhờ việc áp dụng nguyên lý thiết bị nâng chuyển cùng với ngành điều khiển tự động, tự động hóa sản xuất và điện tử. Đến giữa thập kỷ 90 rất nhiều công ty được thành lập và đã xây đựng nhiều bãi giữ xe có quy mô lớn. Bãi đỗ xe ôtô nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đưa lên tầng cao, sau đó lái xe ra tầng đỗ là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ, sau đó lan truyền sang châu Âu. Ngay tại thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn còn dấu tích của thang nâng xe này lại bãi đỗ xe bên hông khách sạn Kim Đô. Sau đó, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại Châu Âu (Đức và Ý), với hệ thống này thang nâng kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhưng vẫn cần người lái xe đưa xe vào hệ thống . Loại hình này được ứng dụng tại Nhật Bản từ khoảng năm 1975. Kể từ năm 1982, hệ thống tự động hoàn toàn không cần người lái tiếp tục được triển khai tại châu Âu (đầu tiên tại Đức). Do tính chất đất chật người đông, các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 nước số lượng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới, khách du lịch có thể dễ dàng tìm thấy bãi đỗ xe tự động tại bất kì khu phố nào tại Tokyo và Seoul. Bãi đỗ xe tự lái thông thường có nhiều bất tiện như: để bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đưa xe vào vị trí xe chật hẹp (đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ ), và hầu như rất khó kiểm soát khí thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu 10 [...]... tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời theo trục đứng và ngang của hệ thống thang nâng - Tăng diện tích sử dụng nhờ thiết kế lắp đặt dạng nhiều hàng và nhiều tầng - Việc điều hành hệ thống rất thuận lợi nhờ hệ thống tương thích vi tính điều khiển trung tâm 19 1.5.5 Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng Hình 1- 7 .Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng tầng Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng là loại thiết bị rất hiệu quả cho... có thể thiết kế phù hợp nhất với thiết kế của toà nhà: xe có thể vào từ trên, từ dưới, từ trái, từ phải hoặc từ giữa - Tùy thuộc vào chiều sâu của tầng ngầm cho phép, có thể lắp đặt 20 1.5.6 Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng Hình 1- 8 .Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng trục đứng Là hệ thống mang lại hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng trục đứng là loại. .. một vài doanh nghiệp bắt tay vào việc sản xuất các hệ thống đỗ xe tự động (như công ty TNHH sản xuất cơ khí và cầu trục NMC thành phố Hồ Chí Minh, công ty Cổ phần cơ khí Yên Viên, Gia Lâm, Hà Nội) 25 Là một sinh viên ngành cơ điện tử, được trang bị đầy đủ các kiến thức về cơ khí, điện tử và lập trình, tác giả nhận đề tài nghiên cứu và thiết kế lại Nguyên lý điều khiển của hệ thống đỗ xe loại xoay vòng. .. trí hệ thống theo diện tích đất có sẵn Và tùy vào nhu cầu mà quy mô hệ thống có thể thay đổi cho phù hợp 15 + Tính an toàn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hoàn toàn khó có thể xảy ra Nhờ các thiết bị cảm biến và giám sát bằng camera 1.5 Các hệ thống đỗ xe tự động 1.5.1 Hệ thống đỗ xe loại thang nâng Hình 1- 2 Hệ thống đỗ xe loại thang nâng Loại hệ thống đỗ ô tô dạng thang nâng là loại hệ thống. .. hiệu điện Hệ thống phụ trợ (hiển thị, cảnh báo, ) Bộ điều khiển Điện (tần số, điện áp, ) Cảm biến Động cơ điện Số vòng trong quay Bộ truyền động cơ khí Vị trí pallet Hình 2- 4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống để xe tự động Trong đó: - Bảng điều khiển: là bảng bao gồm các nút bấm, điều khiển mọi hoạt động của nhà xe Có nút dừng khẩn cấp khi người quản lý nhận thấy sự cố bất - thường Bộ điều khiển: ... đỗ xe loại xoay vòng tầng Không đi sâu vào kết cấu cơ khí của hệ thống, hệ thống truyền động, các cơ cấu hãm, cơ cấu an toàn và hệ thống dự phòng khi xảy ra sự cố Đề tài giải quyết các vấn đề về nguyên lý điều khiển của hệ thống bằng việc xây dựng các sơ đồ thuật toán Điều khiển di chuyển pallet theo các thao tác của con người hoặc theo các tín hiệu đưa về từ cảm biến để việc gửi xe vào và lấy xe ra... toàn và tiết kiệm thời gian Do thời gian có hạn, việc xây dựng mô hình thật gặp nhiều khó khăn, kết quả của đề tài sẽ được mô phỏng bằng phần mềm Proteus 2.2 Giới thiệu sơ bộ về hệ thống đỗ xe tự động loại xoay vòng trục đứng 2.2.1.Cấu tạo nhà xe Gồm có các hệ thống cơ bản sau: - Hệ thống truyền động và các bộ phận cơ khí: động cơ – hộp giảm tốc, bộ truyền xích, pallet… Hệ thống điều khiển: bộ điều khiển. .. PLC, hộp điều khiển Hệ thống an toàn: chuông báo động, rơle, các cảm biến… Các hệ thống phụ trợ khác: hệ thống chiếu sáng … 26 2.2.2 Các thông số thiết kế nhà xe Hình 2- 1 Tổng thể hệ thống đỗ xe tự động 32 Nguyễn Công Trứ - Loại xe chứa: dưới 5 chỗ ngồi Tổng số xe tối đa của hệ thống chứa được: 32 xe Số tầng nhà để xe: 5 tầng Số block của hệ thống: 4 block Số xe tối đa của 1 block chứa được: 8 xe Vận... trục đứng có mô hình cơ khí giống với gara để xe tự động tại 32 Nguyễn Công Trứ Hà Nội Với mục tiêu tìm hiểu quá trình điều khiển của hệ thống và đặt nền móng cho việc phát triển biến công nghệ ngoại thành công nghệ nội để có thể đưa hệ thống vào sản xuất thực tiễn, nâng cao hiệu quả kinh tế 2.1.2.Giới hạn đề tài Đề tài tập trung đi vào nghiên cứu và thiết kế nguyên lý điều khiển của hệ thống đỗ xe. .. và dẫn thiết bị trung chuyển xe đến nơi yêu cầu, điều khiển nhờ máy tính và bộ điều khiển PLC được sử dụng trong hệ thống Máy tính đảm trách công việc quản lý các hoạt động của hệ thống, cụ thể là quản lý thông tin và hệ thống ghi nhớ dữ liệu Trong khi đó PLC thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị trong hệ thống như thiết bị trung chuyển và cửa ra vào 1.4.3.5 Hệ thống giao tiếp với người dùng Hệ . tính chất đất chật người đông, các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 nước số lượng hệ thống. tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nước châu Á đất chật người đông như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, … mà còn ở những nước châu Âu và Mỹ. Tại. đang được sử dụng rất nhiều nước trên thế giới. Và đặc biệt phát triển mạnh ở Hàn Quốc và Nhật Bản. 1.4. Tổng quan về hệ thống đỗ xe tự động 1.4.1. Khái niệm về hệ thống đỗ xe tự động Hệ