bãi giữ xe ô tô tự động dùng plc s7 1200

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp iii Nhận xét giáo viên hướng dẫn v Nhận xét giáo viên phản biện vi Lời cam đoan vii Lời cảm ơn viii Mục lục ix Danh mục hình vẽ xiii Danh mục bảng vẽ .xvi Tóm tắt xvii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước .4 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .5 1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .8 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 TỔNG QUAN PLC .11 2.2 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG TRONG PLC SIEMENS 12 2.2.1 Một số loại mạng truyền thông PLC Siemens 12 2.2.2 Mạng truyền thông Modbus PLC 13 2.3 KHÁI QUÁI VỀ SQL SEVER .15 2.4 BIẾN TẦN 16 2.5 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ BA PHA 17 2.6 RFID .18 2.7 CẢM BIẾN 19 2.7.1 Phân loại cảm biến 19 2.7.2 Cảm biến tiệm cận 20 2.7.3 Cảm biến quang 20 2.8 XỬ LÝ ẢNH NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE 20 2.8.1 Lựa chọn phần mềm, ngơn ngữ lập trình 21 2.8.2 Tổng quan nhận dạng ảnh 21 2.8.2.1 Khái niệm 21 2.8.2.2 Lý thuyết ảnh số 23 2.8.2.3 Các phương pháp nhận dạng truyền thống 25 2.8.3 Các bước nhận dạng biển số xe .27 2.8.3.1 Chụp ảnh camera 27 2.8.3.2 Tiền xử lý ảnh 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.8.3.3 Tách biển số xe 31 2.8.3.4 Phân đoạn ký tự 33 2.9 TỔNG QUAN VỀ SCADA 34 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 35 3.1 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG 36 3.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 36 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 37 3.4 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI .39 3.4.1 Chọn khối nguồn .39 3.4.2 Khối xử lý trung tâm .40 3.4.3 Thiết kế khối thu thập liệu 41 3.4.4 Khối giao tiếp mạng 44 3.4.5 Khối cấu chấp hành 45 3.4.6 Khối điều khiển giám sát 48 3.5 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY .49 3.6 THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH .50 CHƯƠNG : THI CÔNG HỆ THỐNG .54 4.1 GIỚI THIỆU 55 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 55 4.3 CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG .60 4.3.1 Tia Portal 60 4.3.2 Matlab .63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.3.3 SQL Server .63 4.3.4 Microsoft Visual Studio 64 CHƯƠNG : KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 66 5.1 HỆ THỐNG MƠ HÌNH .67 5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .68 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .71 6.1 KẾT LUẬN 71 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHU LỤC 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Mơ hình bãi giữ xe tơ tự động Hình 1.2 : Hệ thống tự động quản lý ô tô vào thủ cơng .3 Hình 1.3 : Hệ thống quản lý ô tô vào bán thủ cơng Hình 1.4 : Mơ hình bãi giữ xe tơ dạng Puzzle Parking .5 Hình 2.1 : PLC hãng Siemens .11 Hình 2.2 : Cấu trúc PLC .12 Hình 2.3 : Cấu trúc tin Modbus 14 Hình 2.4 : Lưu đồ hoạt động Modbus RTU 15 Hình 2.5 : Nguyên lý hoạt động biến tần 17 Hình 2.6 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơng nghệ RFID .19 Hình 2.7 : Phần mềm Matlab .21 Hình 2.8 : Sơ đồ nhận dạng ảnh tổng quát 22 Hình 2.9 : Ảnh xám .24 Hình 2.10 : Ảnh nhị phân 24 Hình 2.11 : Mơ hình màu RGB 25 Hình 2.12 : Minh họa ảnh màu sau mã hóa 25 Hình 2.13 : Giải thuật nhận dạng biển số xe 26 Hình 2.14 : Các bước nhận dạng biển số xe 27 Hình 2.15 : Ảnh chụp từ webcam 29 Hình 2.16 : Ảnh xám sau chuyển đổi 30 Hình 2.17 : Ảnh xám sau tăng tương phản 30 Hình 2.18 : Ảnh sau nhị phân 31 Hình 2.19 : Nguyên lý tách biển số .32 Hình 2.20 : Ảnh sau dùng hàm edge 32 Hình 2.21 : Vùng chứa biển số 33 Hình 2.22 : Bảng alpha nhị phân 34 Hình 3.1 : Nguyên lý hoạt động hệ thống .38 Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống .39 Hình 3.3 : Nguồn tổ ong 24V10A .39 Hình 3.5 : PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY .40 Hình 3.6 : Cảm biến quang Panasonic Panadac 914 42 Hình 3.7 : Cảm biến tiệm cận 42 Hình 3.8 : Cơng tắc hành trình Omrom V- 5F932DN 43 Hình 3.9 : Đầu đọc thẻ RFID 125kHz USB 43 Hình 3.10 : Camera Logitech C270 .44 Hình 3.11 : Module CM1241 .44 Hình 3.13 : Biến tần Sinamic V20 6SL3210-5BB17-5UV1 46 Hình 3.14 : Động oriental motor 4ik25gn .47 Hình 3.15 : Rơ le trung gian Omron MY2NJ .48 Hình 3.16 : Laptop inspiron 5548 hãng Dell .49 Hình 3.17 : Sơ đồ kết nối PLC vs biến tần thơng qua module CM1241 49 Hình 3.18 : Sơ đồ kết nối PLC 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.19 : Giao diện phần mềm Tia Portial V14 51 Hình 3.20 : Logo phần mềm Matlab 51 Hình 3.21 : Giao diện WinCC Professional 52 Hình 3.22 : Logo phần mềm Visual Studio 52 Hình 4.1 : Bảng điều khiển mơ hình .55 Hình 4.2 : Mơ hình tơ kèm biển số 56 Hình 4.3 : Động AC kết hợp trục Vitme để lên xuống tầng 56 Hình 4.4 : Cảm biến tiệm cận xác định vị trí tầng .57 Hình 4.5 : Động xoay để đưa xe vơ vị trí chẵn/lẻ 57 Hình 4.6 : Camera gắn vào khung nâng để nhận dạng biển số 58 Hình 4.7 : Cơng tắc hành trình xác định quay tới vị trí chẵn khung nâng .58 Hình 4.8 : Khung nâng động vào/ra 59 Hình 4.9 : Giao diện vùng viết chương trình PLC .59 Hình 4.10 : Giao diện vùng cấu hình phần cứng cho mơ hình .60 Hình 4.11 : Giao diện giám sát bãi xe WinCC 60 Hình 4.12 : Thông báo lỗi quét thẻ từ mà khung nâng chưa vị trí sẵn sàng .61 Hình 4.13 : Báo lỗi biến tần tín hiệu Modbus từ PLC 61 Hình 4.14 : Giao diện làm việc Matlab 2017 62 Hình 4.15 : Màn hình đăng nhập SQL Server 2008 62 Hình 4.16 : Giao diện truy cập lấy liệu SQL Server 2008 63 Hình 4.17 : Giao diện làm việc viết code Microsoft Visual Studio 2017 63 Hình 4.18 : Trang theo dõi liệu Web 64 Hình 5.1 : Camera gắn vào khung nâng hồn thiện 66 Hình 5.2 : Cơng tắc hành trình động đưa trượt vào/ra 67 Hình 5.3 : Giao diện giám sát WinCc mơ hình hoạt động .68 Hình 5.4 : Lỗi tín hiệu Modbus 68 Hình 5.5 : Trang chủ web 69 Hình 5.6 : Theo dõi toàn xe web .69 Hình 5.7 : Theo dõi xe theo biển số web 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Ba giải truyền thông dựa tần số sóng radio RFID 19 Bảng 3.1 : Thông số kỹ thuật S7 1214 AC/DC/Rly .40 Bảng 3.2 : Sơ đồ chân module CM1241 45 Bảng 3.3 : Control word điều khiển Modbus biến tần V20 47 Bảng 6.1 : Kết thử nghiệm chạy hệ thống .72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Với hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân, đặc biệt xe ô tô ngày tăng Điều kéo theo việc bãi giữ xe xây dựng ngày nhiều, đặc biệt thành phố lớn diện tích đất ngày hạn hẹp Từ đó, số chủ phương tiện đỗ xe vỉa hè lòng lề đường gây mỹ quan thị an tồn giao thơng Chính lý mà nhóm định nghiên cứu đề tài “Bãi giữ xe ô tô tự động dùng PLC S7-1200” nhằm góp phần để giải thực trạng áp dụng kiến thức học vào thực tiễn Trong đề tài này, nhóm dùng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm, điều khiển toàn hệ thống, giám sát WinCC Ngồi ra, nhóm còn ứng dụng cơng nghệ RFID, xử lý ảnh nhận diện biển số Matlab để tăng độ xác tính bảo mật hệ thống Với phương pháp hệ thống hoàn toàn chạy cách tự động việc cất xe trả xe cho khách Bên cạnh đó, hệ thống chạy tay để phòng thẻ Mơ hình thi cơng thơng qua q trình tìm hiểu, chọn lựa linh kiện cách phù hợp nhất, kết hợp giao tiếp với khối cảm biến, cơng tắc hành trình, động cơ, rơ le, xử lý tín hiệu hình ảnh, RFID, Modbus, áp dụng giải thuật điều khiển, cân chỉnh thông số với kết mong muốn cuối đạt mơ hình bãi đỗ xe hồn thiện tối ưu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việc đảm bảo an ninh nhiều lĩnh vực khu đô thị cao cấp, trung tâm mua sắm, khu nghỉ dưỡng, biệt thự ngày quan tâm Trong việc kiểm sốt phương tiện tơ cổng vào đòi hỏi phải đảm bảo an toàn, linh hoạt nhằm tránh tượng trộm cắp, tiết kiệm thời gian tăng mức độ tiện lợi trình làm thủ tục vào cổng kiểm soát Các hệ thống kiểm sốt tơ cổng vào nước ta đa phần còn thực theo phương pháp thủ công hoạt động hệ thống nhân viên trực thực tay thông tin lưu cách viết giấy hình 1.2 Hoặc bán thủ cơng hình 1.3 sử dụng camera, barie chỉ so sánh dạng hình ảnh, đòi hỏi nhân viên phải quan sát mắt so sánh ảnh hình để đưa định gây tốn nhiều thời gian, dễ nhầm lẫn độ an toàn khơng cao Nhằm giải vấn đề nhóm định chọn đề tài “ Bãi giữ xe ô tô tự động dùng PLC S7-1200” Cấu tạo hệ thống hình 1.1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Qua cố gắng nổ lực thân, giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn thầy cô bạn bè thời gian qua, nhóm hồn thành đề tài “Thiết kế thi cơng mơ hình điều khiển, giám sát bãi đỗ xe ô tô tự động”  Cụ thể đề tài đạt nội dung sau :  Xây dựng mơ hình khí mơ tả hoạt động hệ thống bãi giữ xe tự động  Thực kết nối liệu giữ PLC Matlab  Ứng dụng công nghệ RFID, công nghệ xử lý ảnh để nhận dạng biển số xe  Điều khiển động biến tần V20 qua mạng Modbus RTU  Thiết kế giao diện giám sát thân thiện, dễ sử dụng  Xây dựng thuật tốn lập trình cho hệ thống chạy ổn định  Xây dựng giao diện Web để khách hàng theo dõi thông tin cung cấp cho an ninh cần thiết  Bên cạnh kết đạt hệ thống khơng thể tránh sai sót :  Hệ thống chạy chưa ổn đinh  Nhận dạng biển số chỉ đạt 80%  Lý xảy lỗi :  Phần khí thiết kế khơng xác  Code xử lý ảnh chưa tối ưu 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 6.1 : Kết thử nghiệm chạy hệ thống STT Số lần thử nghiệm Số lần thực Xác xuất(%) 80% 10 80% 20 16 80% 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Ngoài hệ thống nhận diện thẻ từ kếp hợp nhận dạng biển số, còn phát triển hệ thống quản lý dấu vân tay, quét mã QR thông qua điện thoại di động  Thêm hệ thống chuyển nguồn tự động ATS để phòng trường hợp điện lưới gây cố cho hệ thống  Xây dựng web server đầy đủ thông tin : báo thẻ xe, doanh thu ngày, tháng bãi ; bảo mật : phân quyền truy cập cho đối tượng (khách hàng, nhân viên, quản lý,…) 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Website tham khảo: [1] Amin Ramazanifar ( 2016 ) , “Communication between Matlab and Siemens PLC Using TCP” https://www.youtube.com/watch?v=mYXUWUf7LxU&t=124s [2] Nguyễn Văn Nguyên ( 2018 ), “Comunication Modbus RTU Plc S7-1200 (Hướng Dẫn Lập Trình Truyền Thơng Modbus RTU Dùng PLC S7-1200 )” https://www.youtube.com/watch?v=C99PUQsp7Sw [3] Lập trình Web, SQL Server https://www.w3schools.com [4] Ngọc Automation ( 2018 ), “TIA portal nâng cao 04 - Picture window cửa số điều khiển dạng puppop #pop up window tia portal” https://www.youtube.com/watch?v=HIc0LditAtk&t=222s [5] Biến tần gì? Nguyên lý hoạt động biến tần? http://www.dattech.com.vn/hoi-dap/bien-tan-la-gi-nguyen-ly-hoat-dong-bientan.html [6] Động điện pha – motor điện http://www.namtrung.com.vn/dong-co-dien-3-pha [7] Cảm biến tiệm cận gì? Khái niệm, đặc điểm, phân loại nguyên lí hoạt động https://bkaii.com.vn/tin-tuc/483-cam-bien-tiem-can-la-gi-khai-niem-dac-diemphan-loai-va-nguyen-li-hoat-dong [8] Cảm biến quang ? 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP https://dailythietbidiencongnghiep.com/cam-bien-quang-la-gi/ [9] Cận cảnh hệ thống bãi đỗ xe tự động Việt Nam https://xedoisong.vn/cong-nghe/can-canh-he-thong-bai-do-xe-tu-dong-dau-tientai-viet-nam-25586.html [10] Tín hiệu Modbus RTU ? Modbus RS485 Modbus RS232 https://cambienbaomuc.com/tin-hieu-modbus-rtu-la-gi-modbus-rs485-modbusrs232/ [11] Tổng quan nhận dạng ảnh Khái niệm, lý thuyết ảnh số https://toc.123doc.org/document/704807-chuong-1-tong-quan-ve-nhan-dang-xuly-anh.htm [12] Phương pháp nhận dạng OCR https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%E1%BA%ADn_d%E1%BA%A1ng_k %C3%BD_t%E1%BB%B1_quang_h%E1%BB%8Dc [13] Thông số kỹ thuật linh kiện https://icdayroi.com/ [14]Thống kê Hải quan (21/09/2018 4:00 PM), Thống kê nhập ô tô nguyên loại linh kiện & phụ tùng ô tô tuần (từ ngày 14/9/2018 đến ngày 20/9/2018) https://www.customs.gov.vn/ File tham khảo : [15]How you establish a MODBUS-RTU communication with STEP (TIA Portal) for the SIMATIC S7-1200 [16] SINAMICS V20 Inverter Operating Instructions [17]Nguyễn Đình Lâm – Lê Văn Quân (2015), Luận văn tốt nghiệp Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Thiết kế thi cơng mơ hình bãi giữ xe tơ tự động PHỤ LỤC 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC A : CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG  Chương trình PLC : 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chương trình xử lý ảnh Matlab : clear all; close all; clc; t=tcpip('192.168.0.15', 2000, 'NetworkRole', 'server'); fopen(t); vid=videoinput('winvideo',1,'RGB24_640x480'); % preview(vid); B=0; A=0; while(1) A=fread(t,1); if A~=B if A==2 frame=getsnapshot(vid); imshow(frame); im = frame; imgray = rgb2gray(im); imgray=histeq(imgray); imbin = imbinarize(imgray); im = edge(imgray, 'prewitt'); figure; 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP imshow(imgray); %Below steps are to find location of number plate Iprops=regionprops(im,'BoundingBox','Area', 'Image'); area = Iprops.Area; count = numel(Iprops); maxa= area; boundingBox = Iprops.BoundingBox; for i=1:count if maxa