Nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH 1 DANH MỤC BẢNG 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Đặc điểm cánh đồng mặt trời tại Bình Phước 1 1.2. Kích thước một cụm (Table) 3 1.3. Kích thước một tấm pin (panel) 5 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về phương pháp và thiết bị làm sạch pin năng lượng mặt trời 6 1.4.2. Tổng quan các vật chở xử lí dụng cụ và chất làm sạch 9 1.4.3. Sơ lược về các nguyên lý di chuyển 16 1.1.1. Robot di chuyển theo 1 chiều Y (1 DOF) 20 1.1.2. Robot di chuyển di động trên mặt phẳng XY (mobile robot) 38 1.5. Xác định đầu bài 40 PHẦN 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 41 2.1. Phương án cơ khí 41 2.1.1. Phương án làm sạch 41 2.1.2. Phương án vật chở 48 2.1.3. Phương án sơ đồ di chuyển 50 2.1.4. Chọn phương án vượt gap 59 2.1.5. Sơ đồ nguyên lý 63 2.1.6. Mạch thủy lực cấp nước 63 2.2. Phương án điều khiển 64 2.2.1. Điều khiển vòng hở 64 2.2.2. Điểu khiển vòng kín 64 2.2.3. Kết luận 66 PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 67 3.1. Tính toán cơ khí 67 3.1.1. Tính toán chọn động cơ 67 3.1.2. Tính toán đai truyền động từ động cơ xuống bánh xe 72 3.1.3. Tính toán đai truyền động giữa 2 trục bánh xe: 74 3.1.4. Tính toán khớp nối trục di động 77 3.1.5. Tính toán trục dẫn động chính 77 3.1.6. Kiểm nghiệm then tại các vị trí 82 3.2. Phần mạch điện 84 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống 84 3.2.2. Các thiết bị chính dùng trong hệ thống 85 3.3. Phần điều khiển và lập trình 91 3.3.1. Điều khiển vận tốc động cơ di chuyển 91 c. Giải thuật PID 92 3.3.2. Điều khiển vận tốc động cơ xoay chổi quét 94 3.3.3. Điều khiển chế độ phun nước 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 KẾT LUẬN 98 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình chiếu bằng của cánh đồng 2 Hình 1.2 Công nhân trực tiếp vận hành 2 Hình 1.3 Tình trạng bụi trên panel 3 Hình 1.4 Đường đất lối đi tại cánh đồng 3 Hình 1.5 Hình chiếu bằng 4 cụm pin 4 Hình 1.6 Hình chiếu cạnh Table 4 Hình 1.7 Khoảng cách, góc nghiêng giữa 2 table 5 Hình 1.8 Khoảng hở nối tiếp giữa 2 panel liền kề 6 Hình 1.9 Độ mấp mô của hệ đỡ tấm pin 6 Hình 1.10 Sử dụng hệ vòi phun gắn ở các góc cạnh của tấm panel. 7 Hình 1.11 Sử dụng tia nước phun trực tiếp từ robot. 7 Hình 1.12 Robot có gắn chổi lau để vệ sinh (dạng chổi có trục quay). 7 Hình 1.13 Chổi lau không có trục xoay 8 Hình 1.14 Một số loại hóa chất sử dụng trong việc làm sạch solar panel. 8 Hình 1.15 Minh họa các đầu máy hút bụi sử dụng. 9 Hình 1.16 Các cấu phần chính của xe vệ sinh 9 Hình 1.17 Chổi lau lớn gắn với xe 10 Hình 1.18 Kích thước lối đi dành cho xe 11 Hình 1.19 Hệ thống ống nước và vòi phun làm sạch panel 12 Hình 1.20 Robot mang chổi khô chạy dọc theo chiều dài panel 13 Hình 1.21 Robot mang theo ống hệ thống phun nước chạy dọc theo table 13 Hình 1.22 Robot đẩy chổi di chuyển trên bề mặt panel 14 Hình 1.23 Robot sử dụng nguyên tắc hút bụi để làm sạch panel 14 Hình 1.24 Ống nước được lắp để Drone mang theo trên hành trình di chuyển 15 Hình 1.25 Drone mang theo chổi và ống nước làm sạch bề mặt 16 Hình 1.26 Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý của Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.28 Cấu tạo 2 phần của Ecoppia E4 Robot 18 Hình 1.29 Hệ thống ròng rọc của E4 18 Hình 1.30 Khung lớn gá trên panel và robot gá trên khung lớn 19 Hình 1.31 Cụm chổi quay của E4 19 Hình 1.32 Dock cố định, có mái che của E4 20 Hình 1.33 Boson Robot, Trung Quốc 21 Hình 1.34 Sơ đồ nguyên lý của Boson Robot 21 Hình 1.35 Sai số lắp ghép do hệ tấm pin 22 Hình 1.36 Khả năng vượt gap của Boson Robot 22 Hình 1.37 Vị trí lắp đặt pin cung cấp năng lượng cho robot 23 Hình 1.38 Robot PV khi đang hoạt động vệ sinh panel. 24 Hình 1.39 Sơ đồ nguyên lý Uprun 25 Hình 1.40 Động cơ và cơ cấu truyền động từ động cơ sang các trục 26 Hình 1.41 Hệ thống truyền động cho chổi 26 Hình 1.42 Hệ thống truyền động cho bánh xe 27 Hình 1.43 Hệ thống bánh xe truyền động và tiếp xúc với thành panel. 27 Hình 1.44 Hệ thống bánh xe lắp ở giữa robot. 28 Hình 1.45 Hệ thống chổi xoay và đường ống cấp nước. 28 Hình 1.46 Tấm bạt được trang bị phía sau robot. 29 Hình 1.47 Sunbot v1 Robot 30 Hình 1.48 Sơ đồ nguyên lý Sunbot 30 Hình 1.49 Thân chổi dưới thân robot 31 Hình 1.50 Di chuyển trên mép 32 Hình 1.51 Di chuyển trên thanh ray (màu nâu) 32 Hình 1.52 Các bánh xe phụ (khoanh đỏ) 32 Hình 1.53 Dock phụ trợ 33 Hình 1.54 Washpanel Evo400 34 Hình 1.55 Sơ đồ nguyên lý của Washpanel Evo400 34 Hình 1.56 Hệ thống đai truyền động cho bánh xe 35 Hình 1.57 Bộ truyền đai truyền động từ động cơ 35 Hình 1.58 Cấu tạo của Washpanel evo400 36 Hình 1.59 Động cơ của robot 36 Hình 1.60 Cơ cấu bánh đai giúp robot di chuyển 37 Hình 1.61 Hệ thống bánh chống trượt 37 Hình 1.62 Dock di chuyển robot 38 Hình 1.63 Mobile Robot HyCleaner, Đức 39 Hình 1.64 Sơ đồ nguyên lý của mobile robot 39 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các table 51 Hình 2.2 Các kích thước table được dùng ở cánh đồng 52 Hình 2.3 Trình tự di chuyển của table 52 Hình 2.4 Sơ đồ đặt các trạm dừng trên cánh đồng pin 53 Hình 2.5 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 54 Hình 2.6 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 55 Hình 2.7 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 56 Hình 2.8 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 57 Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của dock ở hai bên của cánh đồng 58 Hình 2.10 Sử dụng xe nâng (trái) và cần cẩu (phải) 60 Hình 2.11 Thép thanh ray sử dụng 60 Hình 2.12 Mô tả một số bánh ray sử dụng 61 Hình 2.13 Mô tả phần vượt gap bằng thanh ray giữa 2 tấm pin (với hình chiếu bằng và hình chiếu đứng 61 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý di chuyển của Cleaner 63 Hình 2.15 Mạch thủy lực cấp nước vệ sinh cho Cleaner 64 Hình 2.16 Điều khiển vòng hở 64 Hình 2.17 Điều khiển vòng kín 64 Hình 2.18 Điều khiển tập trung 65 Hình 2.19 Điều khiển phân cấp 65 Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn bộ mạch điện 85 Hình 3.2 Sơ đồ chân ra của PIC 16877A 86 Hình 3.3 Sơ đồ chân của 87 Hình 3.4 Kích thước Encoder sử dụng trong hệ thống 88 Hình 3.5 Sơ đồ chân của driver XY160D 89 Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi lên dãy table 91 Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi xuống dãy table 92 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển vòng kín bằng PID 93 Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật PID 94 Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ xoay chổi 95 Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ tắt mở valve xả nước 96 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc điểm của cánh đồng 1 Bảng 1.2 Kích thước một table 3 Bảng 1.3 Thông số của một panel 5 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của Ecoppia E4 20 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của Boson Robot 23 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 29 Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 33 Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của Washpanel Evo 400 38 Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của robot HyCleaner 40 Bảng 1.10 Thông số yêu cầu cho cleaner 40 Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án làm sạch 47 Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của các vật chở 48 Bảng 2.3 Uu nhược điểm của các phương án di chuyển 59 Bảng 2.4 Ưu nhược điểm các phương án vượt gap 61 Bảng 2.5 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án cấu trúc điều khiển 66 Bảng 3.1 Các thông số của vi điều khiển liên quan đến hệ thống 86 Bảng 3.2 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 87 Bảng 3.3 Chức năng các chân của QS909 có liên quan đến hệ thống 88 Bảng 3.4 Các thông số của Encoder được liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.5 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.6 Các thông số của XY160D liên quan đến hệ thống 90 TỔNG QUAN Đặc điểm cánh đồng mặt trời tại Bình Phước Bảng 1.1 Các đặc điểm của cánh đồng Thông số Giá trị Tổng diện tích 7776〖 m〗2 Tổng diện tích pin cần vệ sinh 6048〖 m〗2 Số lượng dãy 11 Số lượng table dãy 24 Số lượng panel table 84 Địa hình Đường đất dốc, không bằng phẳng Đường giao thông nội bộ Đường rộng 3 m, có rải đá dăm Mạng lưới nước 1 đường ống nước dãy Mạng lưới điện 1 ổ điện cánh đồng Nhiệt độ 35℃ Tình trạng bụi Cát, bụi đường, bụi mịn, không có bụi xây dựng Nhân công 2 người Thời gian làm việc 1 ngày Thời gian làm việc trong năm Chỉ vệ sinh vào mùa khô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Giảng viên hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Tấn Tiến TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm cánh đồng mặt trời Bình Phước 1.2 Kích thước cụm (Table) 1.3 Kích thước pin (panel) 1.4 Tổng quan nghiên cứu phương pháp thiết bị làm pin lượng mặt trời 1.4.2 Tổng quan vật chở xử lí dụng cụ chất làm 1.4.3 Sơ lược nguyên lý di chuyển 16 1.1.1 Robot di chuyển theo chiều Y (1 DOF) 20 1.1.2 Robot di chuyển di động mặt phẳng XY (mobile robot) .38 1.5 Xác định đầu .40 PHẦN 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 41 2.1 Phương án khí .41 2.1.1 Phương án làm 41 2.1.2 Phương án vật chở 48 2.1.3 Phương án sơ đồ di chuyển 50 2.1.4 Chọn phương án vượt gap 59 2.1.5 Sơ đồ nguyên lý 63 2.1.6 Mạch thủy lực cấp nước .63 2.2 Phương án điều khiển 64 2.2.1 Điều khiển vòng hở 64 2.2.2 Điểu khiển vịng kín 64 2.2.3 Kết luận .66 PHẦN 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 67 3.1 Tính tốn khí 67 3.1.1 Tính tốn chọn động 67 3.1.2 Tính tốn đai truyền động từ động xuống bánh xe 72 3.1.3 Tính tốn đai truyền động trục bánh xe: 74 3.1.4 Tính tốn khớp nối trục di động 77 3.1.5 Tính tốn trục dẫn động 77 3.1.6 Kiểm nghiệm then vị trí 82 3.2 Phần mạch điện 84 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 84 3.2.2 Các thiết bị dùng hệ thống .85 3.3 Phần điều khiển lập trình .91 3.3.1 Điều khiển vận tốc động di chuyển .91 c Giải thuật PID 92 3.3.2 Điều khiển vận tốc động xoay chổi quét 94 3.3.3 Điều khiển chế độ phun nước .95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 KẾT LUẬN 98 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình chiếu cánh đồng Hình 1.2 Cơng nhân trực tiếp vận hành Hình 1.3 Tình trạng bụi panel .3 Hình 1.4 Đường đất lối cánh đồng Hình 1.5 Hình chiếu cụm pin Hình 1.6 Hình chiếu cạnh Table Hình 1.7 Khoảng cách, góc nghiêng table Hình 1.8 Khoảng hở nối tiếp panel liền kề Hình 1.9 Độ mấp mơ hệ đỡ pin Hình 1.10 Sử dụng hệ vịi phun gắn góc cạnh panel Hình 1.11 Sử dụng tia nước phun trực tiếp từ robot .7 Hình 1.12 Robot có gắn chổi lau để vệ sinh (dạng chổi có trục quay) Hình 1.13 Chổi lau khơng có trục xoay Hình 1.14 Một số loại hóa chất sử dụng việc làm solar panel .8 Hình 1.15 Minh họa đầu máy hút bụi sử dụng Hình 1.16 Các cấu phần xe vệ sinh Hình 1.17 Chổi lau lớn gắn với xe 10 Hình 1.18 Kích thước lối dành cho xe 11 Hình 1.19 Hệ thống ống nước vòi phun làm panel .12 Hình 1.20 Robot mang chổi khơ chạy dọc theo chiều dài panel 13 Hình 1.21 Robot mang theo ống hệ thống phun nước chạy dọc theo table .13 Hình 1.22 Robot đẩy chổi di chuyển bề mặt panel 14 Hình 1.23 Robot sử dụng nguyên tắc hút bụi để làm panel .14 Hình 1.24 Ống nước lắp để Drone mang theo hành trình di chuyển .15 Hình 1.25 Drone mang theo chổi ống nước làm bề mặt 16 Hình 1.26 Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.28 Cấu tạo phần Ecoppia E4 Robot 18 Hình 1.29 Hệ thống ròng rọc E4 18 Hình 1.30 Khung lớn gá panel robot gá khung lớn .19 Hình 1.31 Cụm chổi quay E4 .19 Hình 1.32 Dock cố định, có mái che E4 20 Hình 1.33 Boson Robot, Trung Quốc .21 Hình 1.34 Sơ đồ nguyên lý Boson Robot 21 Hình 1.35 Sai số lắp ghép hệ pin 22 Hình 1.36 Khả vượt gap Boson Robot 22 Hình 1.37 Vị trí lắp đặt pin cung cấp lượng cho robot 23 Hình 1.38 Robot PV hoạt động vệ sinh panel 24 Hình 1.39 Sơ đồ nguyên lý Uprun 25 Hình 1.40 Động cấu truyền động từ động sang trục .26 Hình 1.41 Hệ thống truyền động cho chổi .26 Hình 1.42 Hệ thống truyền động cho bánh xe 27 Hình 1.43 Hệ thống bánh xe truyền động tiếp xúc với thành panel .27 Hình 1.44 Hệ thống bánh xe lắp robot .28 Hình 1.45 Hệ thống chổi xoay đường ống cấp nước 28 Hình 1.46 Tấm bạt trang bị phía sau robot 29 Hình 1.47 Sunbot v1 Robot 30 Hình 1.48 Sơ đồ nguyên lý Sunbot 30 Hình 1.49 Thân chổi thân robot .31 Hình 1.50 Di chuyển mép 32 Hình 1.51 Di chuyển ray (màu nâu) 32 Hình 1.52 Các bánh xe phụ (khoanh đỏ) 32 Hình 1.53 Dock phụ trợ 33 Hình 1.54 Washpanel Evo-400 .34 Hình 1.55 Sơ đồ nguyên lý Washpanel Evo-400 .34 Hình 1.56 Hệ thống đai truyền động cho bánh xe 35 Hình 1.57 Bộ truyền đai truyền động từ động .35 Hình 1.58 Cấu tạo Washpanel evo-400 .36 Hình 1.59 Động robot 36 Hình 1.60 Cơ cấu bánh đai giúp robot di chuyển .37 Hình 1.61 Hệ thống bánh chống trượt 37 Hình 1.62 Dock di chuyển robot 38 Hình 1.63 Mobile Robot HyCleaner, Đức 39 Hình 1.64 Sơ đồ nguyên lý mobile robot 39 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí table 51 Hình 2.2 Các kích thước table dùng cánh đồng 52 Hình 2.3 Trình tự di chuyển table 52 Hình 2.4 Sơ đồ đặt trạm dừng cánh đồng pin .53 Hình 2.5 Sơ đồ làm table lần phía Bắc từ trạm dừng bên trái .54 Hình 2.6 Sơ đồ làm table lần phía Bắc từ trạm dừng bên phải .55 Hình 2.7 Sơ đồ làm table hai lần phía Bắc từ trạm dừng bên trái .56 Hình 2.8 Sơ đồ làm table hai lần phía Bắc từ trạm dừng bên phải 57 Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển dock hai bên cánh đồng 58 Hình 2.10 Sử dụng xe nâng (trái) cần cẩu (phải) .60 Hình 2.11 Thép ray sử dụng 60 Hình 2.12 Mơ tả số bánh ray sử dụng .61 Hình 2.13 Mơ tả phần vượt gap ray pin (với hình chiếu hình chiếu đứng 61 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý di chuyển Cleaner 63 Hình 2.15 Mạch thủy lực cấp nước vệ sinh cho Cleaner 64 Hình 2.16 Điều khiển vịng hở 64 Hình 2.17 Điều khiển vịng kín 64 Hình 2.18 Điều khiển tập trung 65 Hình 2.19 Điều khiển phân cấp 65 Hình 3.1 Sơ đồ khối tồn mạch điện 85 Hình 3.2 Sơ đồ chân PIC 16877A 86 Hình 3.3 Sơ đồ chân 87 Hình 3.4 Kích thước Encoder sử dụng hệ thống 88 Hình 3.5 Sơ đồ chân driver XY-160D .89 Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển động di chuyển đưa Cleaner lên dãy table 91 Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển động di chuyển đưa Cleaner xuống dãy table 92 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển vịng kín PID .93 Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật PID 94 Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật điều khiển động xoay chổi .95 Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ tắt mở valve xả nước .96 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc điểm cánh đồng .1 Bảng 1.2 Kích thước table Bảng 1.3 Thông số panel Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật Ecoppia E4 20 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật Boson Robot 23 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật Uprun robot 29 Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật Uprun robot 33 Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật Washpanel Evo 400 38 Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật robot HyCleaner 40 Bảng 1.10 Thông số yêu cầu cho cleaner 40 Bảng 2.1 Ưu điểm nhược điểm phương án làm 47 Bảng 2.2 Ưu điểm nhược điểm vật chở 48 Bảng 2.3 Uu nhược điểm phương án di chuyển 59 Bảng 2.4 Ưu nhược điểm phương án vượt gap 61 Bảng 2.5 Ưu điểm nhược điểm phương án cấu trúc điều khiển .66 Bảng 3.1 Các thông số vi điều khiển liên quan đến hệ thống 86 Bảng 3.2 Các thông số động liên quan đến hệ thống 87 Bảng 3.3 Chức chân QS909 có liên quan đến hệ thống .88 Bảng 3.4 Các thông số Encoder liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.5 Các thông số động liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.6 Các thông số XY-160D liên quan đến hệ thống 90 PHẦN 1: Tổng quan PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm cánh đồng mặt trời Bình Phước Bảng 1.1 Các đặc điểm cánh đồng Thơng số Giá trị Tổng diện tích 7776 m2 Tổng diện tích pin cần vệ sinh 6048 m2 Số lượng dãy 11 Số lượng table/ dãy 2−4 Số lượng panel/ table 84 Địa hình Đường đất dốc, không phẳng Đường giao thông nội Đường rộng m, có rải đá dăm Mạng lưới nước đường ống nước/ dãy Mạng lưới điện ổ điện/ cánh đồng Nhiệt độ 35℃ Tình trạng bụi Cát, bụi đường, bụi mịn, khơng có bụi xây dựng Nhân cơng người Thời gian làm việc ngày Thời gian làm việc năm Chỉ vệ sinh vào mùa khô PHẦN 1: Tổng quan Hình 1.1 Hình chiếu cánh đồng Hình 1.2 Cơng nhân trực tiếp vận hành Phần 3: Tính tốn thiết kế 3.2 Phần mạch điện 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Các thành phần mạch điện thể sơ đồ Hình 3.1 Hệ thống điều khiển PIC 16F877A với thành phần: a Ngõ vào START BUTTON: nút nhấn khởi động cho Cleaner bắt đầu làm UPPER LS: cơng tắc hành trình đặt điểm kết thúc Cleaner hành trình làm dãy table LOWER LS: cơng tắc hành trình đặt điểm bắt đầu Cleaner hành trình làm dãy table ENCODER: tín hiệu vận tốc động di chuyển HALL SENSOR: tín hiệu trả vị trí rotor động BLDC để điều khiển cuộn dây b Ngõ MOVING DRIVER: driver điều khiển động di chuyển xung PWM SWEEPING DRIVER: driver điều khiển động xoay chổi VAVLE: điều khiển đóng mở valve phun nước theo chu kỳ c Cơ cấu chấp hành MOVING MOTOR: động di chuyển Cleaner, có vận tốc đo Encoder SWEEPING MOTOR: động xoay chổi qt 84 Phần 3: Tính tốn thiết kế START BUTTON UPPER LS LOWER LS PIC 16F877A PWM PWM HALL SENSOR MOVING DRIVER SWEEPING DRIVER MOVING MOTOR SWEEPING MOTOR VAVLE SOLENOID ENCODER Hình 3.1 Sơ đồ khối tồn mạch điện 3.2.2 Các thiết bị dùng hệ thống a Vi điều khiển PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16f877A vi điều khiển sử dụng phổ biến thiết bị điều khiển với tác vụ đơn giản Sơ đồ chân vi điều khiển thể Hình 3.2 85 Phần 3: Tính tốn thiết kế Hình 3.2 Sơ đồ chân PIC 16877A Các thông số vi điều khiển có sử dụng hệ thống liệt kê Bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thông số vi điều khiển liên quan đến hệ thống Thông số Giá trị Chức Số chân IN/OUT 40 chân Xuất nhận giá trị digital/analog Số chân PWM chân Xuất tín hiệu xung PWM Điện áp hoạt động – 5.5V Điện áp để PIC hoạt động Timers x 8-bit (Timer0,1), x 16-bit (Timers 2) Các định thời đếm xung b Động di chuyển không chổi than 86 Phần 3: Tính tốn thiết kế Động khơng chổi than sử dụng hệ thống có thơng số trình Bảng 3.2 Động gắn với hall sensor có chức xác định vị trí rotor quay Bảng 3.2 Các thông số động liên quan đến hệ thống Thông số Giá trị Công suất tối đa 350W Điệp áp đầu vào 24V Điện áp hall sensor 5V c Driver cho động di chuyển không chổi than Driver điều khiển cho động di chuyển QS909 có chân thể Hình 3.3 Hình 3.3 Sơ đồ chân Chức chân QS909 giải thích Bảng 3.3 87 Phần 3: Tính toán thiết kế Bảng 3.3 Chức chân QS909 có liên quan đến hệ thống Cụm chân OUT SET HALL Chân Chức MA/MB/MC Điều khiển pha động BLDC GND Nối đất VCC Điện áp hoạt động động BLDC 5V Điệp áp cấp cho driver hoạt động EL Chân nhận tín hiệu xung PWM ZF Chân đổi chiều quay động (ZF = quay thuận chiều, ZF = quay ngược chiều) 5V Điện áp cấp cho hall sensor HA/HB/HC Nhận tín hiệu từ hall sensor vị trí quay rotor GND Nối đất d Encoder đọc giá trị vận tốc động di chuyển Encoder sử dụng hệ thống Encoder E6B2-CWZ3E 1000P/R 0.5M với kích thước thể Hình 3.4 Hình 3.4 Kích thước Encoder sử dụng hệ thống Các thông số Encoder liên quan đến hệ thống liệt kê Bảng 3.4 88 Phần 3: Tính tốn thiết kế Bảng 3.4 Các thông số Encoder liên quan đến hệ thống Thông số Giá trị Điện áp hoạt động 5-12V Số kênh kênh A B Độ phân giải 1000 xung vòng quay f Động xoay chổi quét Động sử dụng để xoay chổi động chổi than, thông số động liên quan đến hệ thống trình bày Bảng 3.5 Bảng 3.5 Các thơng số động liên quan đến hệ thống Thông số Giá trị Công suất tối đa 150W Điệp áp đầu vào 24V g Driver cho động chổi than Driver cho động chổi than sử dụng hệ thống XY160D với sơ đồ chân thể Hình 3.5 Hình 3.5 Sơ đồ chân driver XY-160D 89 Phần 3: Tính tốn thiết kế Bảng 3.6 Các thông số XY-160D liên quan đến hệ thống Chân Chức 5V Điện áp hoạt động mạch điều khiển drvier GND Nối đất 7-24VDC Điện áp cấp cho động driver OUT 1/2/3/4 Chân cấp điện áp cho động 90 3.3 Phần điều khiển lập trình 3.3.1 Chương trình tổng quát 3.3.2 Điều khiển vận tốc động di chuyển a Điều khiển di chuyển Cleaner lên dãy table Driver động di chuyển cấp xung PWM từ vi điều khiển với cycle time kết xử lí giải thuật PID để đảm bảo vận tốc xoay trục động Bắt đầu Đặt cycle PWM1 = 0% Nút start nhấn S Đ Đặt chiều quay lên PID Chạm UPPER LS S Đ Đặt cycle PWM1 = 0% Kết thúc Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển động di chuyển đưa Cleaner lên dãy table b Điều khiển di chuyển Cleaner xuống dãy table 91 Driver động di chuyển cấp xung PWM từ vi điều khiển với cycle time kết xử lí giải thuật PID để đảm bảo vận tốc xoay trục động Bắt đầu Cleane lên vận tốc = S Đ Đặt chiều quay xuống PID Chạm LOWER LS S Đ Đặt cycle PWM1 = 0% Kết thúc Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển động di chuyển đưa Cleaner xuống dãy table c Giải thuật PID Hàm truyền động Phương trình vi phân thể quan hệ điện áp cuộn dây vận tốc xoay động là: RJ dΩ lJ d2 Ω udc = + + pK e Ω K T dt K T dt 92 Trong đó: - R: tổng trở mạch điện động (Ω) - l: điện cảm mạch điện động (H) - J: momen quán tính động (kgm2 ) - p: số cuộn dây lần hoạt động - K T : hệ số torque động - K e : hệ số line back EMF Áp dụng phép biến đổi Laplace, ta phương trình sau: lJ RJ Udc (s) = s Ω(s) + sΩ(s) + pK e Ω(s) KT KT Từ ta phương trình hàm truyền: Ω(s) KT G(s) = = Udc (s) lJs + RJs + pK T K e Lưu đồ giải thuật PID SV + - PID Duty cycle Motor Encoder PV Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển vịng kín PID Tốc độ quay u cầu động 3000rpm, vòng quay với Encoder 1000pulse, số xung khoảng thời gian lấy mẫu t = 0.01s phải là: 3000 × 0.01 × 1000 = 500pulse 60 Như tốc độ xung cần đạt 500pusle lần đo Giá trị đầu PID độ rộng xung duty cycle PWM cấp cho động di chuyển Giá trị nhập vào hàm bên dưới: set_pwm1_duty(a) Trong a có giá trị từ đến 1000 tương ứng với khoảng duty cylce từ 0% đến 100% 93 Bắt đầu Erorr = SV - PV sumError += Error* 0.01 rateError = (Error – lastError) / t LastError = Error percent = kp* Error + ki* sumError + kd* rateError percent > 1000 Đ percent = 1000 Đ percent = S percent < S Kết thúc Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật PID 3.3.3 Điều khiển vận tốc động xoay chổi quét 94 Driver động xoay chổi cấp xung PWM từ vi điều khiển với cycle time 0% (không hoạt động) Cleaner di chuyển lên dãy table Lúc Cleaner bắt đầu di chuyển xuống, vi điều khiển đổi cycle time thành 70%, khởi động cho chổi xoay trình Cleaner xuống vệ sinh Bắt đầu Đặt cycle PWM2 = 0% Cleaner xuống S Đ Đặt cycle PWM2 = 70% Cleaner dừng lại S Đ Đặt cycle PWM2 = 0% Kết thúc Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật điều khiển động xoay chổi 3.3.4 Điều khiển chế độ phun nước Vavle phun nước điều khiển với chế độ giây xả nước giây ngừng, chu trình bắt đầu Cleaner bắt đầu xuống dãy table, kết thúc Cleaner xuống đến vị trí dock Bộ đếm thời gian tăng lên sau 0.01 giây 95 Bắt đầu Reset đếm thời gian t Cleaner xuống S Đ Phun nước S t = 200 (2 giây) Đ Ngừng phun t = 300 (3 giây) S Đ Reset đếm thời gian t Chạm LOWER LS S Đ Kết thúc Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ tắt mở valve xả nước 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IRENA – International Renewable Energy Agency (2018) Global Renewable Generation Continues its Strong Growth, New IRENA Capacity Data Shows [2] Jinko Solar (2017) Eagle 72 320-340 Watt Polly crystalline Module User manual [3] Ecoppia (2019) Ecoppia E4 Robotic Cleaning Solution [4] Boson Robotics (2019) BOSON ROBOTICS PSE [5] SunPower – Operations and Maintenance (2019) [6] Solar Buddy (2019) Automatic Solar PV Panel Cleaning System [7] Serbot (2019) Gekko Solar Robot [8] FlipRobotics – Solar PV Cleaner (2019) 97 KẾT LUẬN 98 ... 1.9 Độ mấp mơ hệ đỡ pin 1.4 Tổng quan nghiên cứu phương pháp thiết bị làm pin lượng mặt trời 1.4.1.1 Sơ lược chế thiết bị làm Phần trình bày số chế thiết bị làm pin lượng mặt trời 1.4.1.2 Làm tia... điểm cánh đồng mặt trời Bình Phước 1.2 Kích thước cụm (Table) 1.3 Kích thước pin (panel) 1.4 Tổng quan nghiên cứu phương pháp thiết bị làm pin lượng mặt trời ... – Pin lượng Cấu tạo - Robot gồm phần: phần khung lớn – di chuyển theo trục Ox phần robot – di chuyển lên xuống theo trục Oy - Trên hành trình xuống, chổi xoay giúp robot thực chức vệ sinh Robot