Các thiết bị sử dụng gồm có:
Các đèn báo: hiển thị trạng thái của bãi đỗ xe.
Nút bấm: cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
Nguồn 24VDC: nguồn cấp cho cảm biến
Cảm biến quang
Động cơ giảm tốc 24VDC & 12VDC
Cảm biến quang
Cấu tạo chung của cảm biến quang gồm có: một bộ phát quang và một bộ thu quang. Bộ phát quang có thể sử dụng ánh tia hồng ngoại, ánh đỏ, lazer. Bộ thu quang có thể sử dụng tranzitor quang, diode quang.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang nhƣ sau: tín hiệu quang từ bộ phát quang không bị nó cản nó vẫn truyền tới bộ thu giữ nguyên trạng thái ban đầu. Khi có vật cản đƣờng truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu sẽ chuyển ra trạng thái đầu ra.
♦Đề tài dùng cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN
Sơ đồ mạch
Thông số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động :5 VDC
Dòng tiêu thụ 15 mA
Khoảng cách phát hiện 3 - 80 cm
Dòng điều khiển lên tới 100 mA Nhiệt độ làm việc (-25) – 55℃
Dây nối: có 3 dây
Dây nâu: VDD
Dây xanh: GND
Dây đen: tín hiệu
Hình 4.1: Cảm biến quang
Tính năng của cảm biến:
Ứng dụng để đo mực nƣớc (không trong suốt)
Phát hiện và đếm sản phẩm trong dây truyền
Nút nhấn
Hình 4.2: Nút nhấn thả
Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thƣờng mở và thƣờng đóng và vỏ bảo vệ khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyền trạng thái và khi không có tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút nhấn thƣờng đặt trên bẳng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Các loại nút ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp định mức là 400V, tuổi thọ điện đến 2000.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt. Nút nhấn màu đỏ thƣờng dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.
Chọn động cơ
Hình 4.3: Động cơ giảm tốc 24 VDC
Ƣu điểm: Giá thành rẽ, dễ điều khiển, moment xoắn lớn.
Nhƣợc điểm: Đáp ứng chậm, độ chính xác không cao.
Với đề tài không yêu cầu băng tải phải có độ chính xác cao, tải trọng nhỏ, giá thành rẽ, dễ điều khiển nên em chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải.
Động cơ đƣợc chọn yêu cầu phải có momen lớn do yêu cầu làm của băng tải có tải trọng và băng tải chuyển động với vận tóc nhỏ nên em chọn động cơ có tốc độ thấp nhƣng phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng nhƣ tải. Vì thế em chọn động cơ giãm tốc là thích hợp nhất.
Số vòng quay 245v/p
Relay trung gian
Hình 4.4: RELAY 5 chân
- Thông số kỹ thuật:
Điện áp điều khiển: 12V
Dòng điện cực đại: 10A
Thời gian tác động: 10ms
Thời gian nhả hãm: 5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC
-Cấu tạo của relay 5 chân: Bao gồm một cuộn dây cấp nguồn và 2 cặp tiếp điểm. Trong đó 1 cặp tiếp điểm thƣờng đóng và một cặp tiếp điểm thƣờng mở.
Mạch hạ áp
-Điện áp đầu vào: Từ 3V- 30V
-Điện áp ra: Điều chỉnh trong khoảng 1.5V đến 30V
-Dòng đáp ứng tối đa : 3A
-Công suất: 15W
-Hiệu suất 92%
Hình 4.5: Mạch hạ áp DCLM2596 3A
Đèn báo
Đèn báo dùng cho các tủ điện, có các màu đỏ, vàng, xanh lá cây, trắng, xanh dƣơng. Loại đèn này sử dụng công nghệ LED, đƣờng kính 22mm
Hình 4.5: Các đèn báo
Bộ nguồn
Cần lựa chọn nguồn điện phù hợp với thiết bị và đảm bảo thông số dòng điện cần thiết của dòng điện để đáp ứng đủ công suất làm việc cho toàn bộ hệ thống. Từ thông số kĩ thuật của CPU ta chọn nguồn tổ ông 24V 5A. Ƣu điểm của bộ nguồn này là giá thành rẻ và rất phổ biến trên thị trƣờng và đáp ứng đủ các yêu cầu về thiết kế và sử dụng.
Hình 4.6: Nguồn tổ ong 24VDC
- Thông số kỹ thuật:
Điện áp vào: AC 96 – 264 V
Phạm vi điều chỉnh: (+) (-) 10% thời gian khởi động: ≤ 1S
Thời gian lƣu điện: ≥ 20 ms
Chức năng bảo vệ:
Công suất quá tải 105% đến 150%
Bảo vệ quá áp: quá 10% điện áp định mức
Kích thƣớc nguồn:
Dài 200 × Rộng 110 × Cao 50 (MM).
Trong các mạch điện tử của các thiết bị nhƣ Radio – Cessette, âmly, tivi, đầu DVD…chúng ta sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác nhau, nhƣng ở ngoài zắc cắm trực tiếp các thiết bị này lại là vào nguồn điện AC 220V 50Hz, nhƣ vậy các thiết bị điện tử cần có một bộ phận để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành ra điện áp một chiều, cung cấp cho các mạch trên, bộ chuyển đổi bao gồm:
Biến áp nguồn: Hạ thế từ điện áp 220V xuống các mức điện áp thấp hơn nhƣ 6V, 9V, 12V…
Mạch ổn áp: Giữ một điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ
Hình 4.7: Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn
Domino
Hình 4.8: Domino khối 12P 25A
Công tắc hành trình
Hình 4.9: Công tắc hành trình KW11-3Z-2
Công tắc hành trìnhlà dạng công tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động. Nó có cấu tạo nhƣ công tắc điện bình thƣờng nhƣng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó. Công tắc hành trình là loại không duy trì trạng thái, khi không còn tác động sẽ trở về vị trí ban đầu.
Bộ điều khiển PLC
Hệ thống của em gồm 13 đầu vào 8 đầu ra. Để đáp ứng đủ số lƣợng đầu vào và ra nên em đã chọn loại PLC S7 – 200 (CPU224 AC/DC/RELAY).
PLC S7 – 200 có các ƣu điểm sau:
-Tính linh hoạt: có thể sử dụng một bộ điều khiển cho nhiều đối tƣợng khác nhau với các thuật toán điều khiển khác nhau.
Tốc độ xử lí nhanh, khả năng bảo mật hệ thống khi sử dụng mã hóa.
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ hiểu.
Khả năng mở rộng và nâng cấp hệ thống.
Hình 4.10: PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 224
Đầu vào ( Input ) : I0.0→ I0.7; I1.0 → I1.5.
Đầu ra ( Output ) : Q0.0 → Q0.7; Q1.0 → Q1.1.
Bộ đệm ảo đầu vào I0.0 → I15.7 ( 128 đầu vào ).
Bộ đệm ảo đầu ra : Q0.0 → Q15.7 ( 128 đầu ra ).
Đầu vào tƣơng tự : AIW0 → AIW62.
Đầu ra tƣơng tự : AQW0 → AQW62.
Vùng nhớ V : VB0 → VB5119. Vùng nhớ L ( địa phƣơng ) : LB0 → LB63. Vùng nhớ M : M0.0 → M31.7. Vùng nhớ SM: SM0.0→ 549.7. SM0.0 → SM29.7 ( read – only ). Vùng nhớ Timer : T0 → T225. Vùng nhớ Counter:C0 → C255. Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao: HC0 → HC5.
Vùng nhớ trạng thái ( Logic tuần tự ) : S0.0 → S31.7.
Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0 → AC3.
Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 AC / DC / RELAY
CHƢƠNG 5
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
5.1. CÁC BƢỚC LẬP TRÌNH
Để lập trình điều khiển cho hệ thống giám sát xe của nhà giữ xe tự động phải xuất phát từ yêu cầu công nghệ của đối tƣợng điều khiển. Từ các yêu cầu công nghệ xây dựng thật toán điều khiển, hoặc xây dựng logic điều khiển. Bƣớc cuối cùng là xây dựng thuật toán sơ đồ logic, dung ngôn ngữ lập trình để viết chƣơng trình điều khiển. Các bƣớc lập trình có thể mô tả nhƣ sau:
Từ thuật toán hay logic điều khiển vạch ra một hƣớng đi để viết chƣơng trình, hƣớng đi đó phải xuất phát từ các yêu cầu công nghệ.
Chƣơng trình điều khiển cho PLC thực chất là mô tả các mối liên kết giữa các phần tử đã đƣợc định sẵn trong PLC, mà các mối liên kết đó quyết định chức năng của hệ thống. Do đó việc lập chƣơng trình điều khiển cho PLC là việc sao chép lại sơ đồ logic điều khiển nối dây bằng ngôn ngữ lập trình. Khi viết chƣơng trình cần phải xét đến trình tự xử lí các tín hiệu trong vòng quét của hệ điều hành. Trình tự đó phải theo một trật tự logic, đối với PLC loại S7-200 ngoài phần tử cơ bản còn có các bộ chức năng khác...đã đƣợc định nghĩa trong bộ vi xử lý. Điều đó cho phép dễ dàng lập trình đƣợc logic điều khiển tùy theo từng ngôn ngữ lệnh chức năng.
Việc kiểm tra chƣơng trình có thể thực hiện gián tiếp thông qua sơ đồ logic và việc chuyển sơ đồ logic thành chƣơng trình rất thuận tiện ít có khả năng sai sót.
5.2. LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN 1 5 2 6 3 7 4 8 9 Giải thích lƣu đồ:
-1: Hệ thống sẽ bắt đầu yêu cầu việc cất xe nếu đúng sẽ thực hiện (2) nếu không sẽ thực hiện (5).
-2: Hệ thống nâng xe ra khỏi vị trí xe vào để chuẩn bị tiến hành cất xe.
-3: Hệ thống di chuyển đến vị trí còn trống gần nhất để tiến hành cất xe
-4: Hệ thống sẽ bắt đầu hạ xe vào vị trí cất hoàn thành việc cất xe sau đó thực hiện (9).
Bắt đầu Cất xe Lấy xe khỏi vị trí vào Di chuyển đến vị trí cất xe Cất xe vào vị trí cất Trở lại vị trí ban đầu Kết thúc Lấy xe Di chuyển đến vị trí cất xe Lấy xe khỏi vị trí cất Di chuyển đến vị trí trả xe
-5: Hệ thống yêu cầu việc lấy xe, nếu đúng thì thực hiện (6), nếu sai quay lại (1)
-6: Hệ thống di chuyển đến vị trí cần lấy xe để chuẩn bị lấy xe
-7: Hệ thống sẽ lấy xe ra khỏi vị trí cất để chuẩn bị trả xe cho khách
-8: Di chuyển xe đến vị trí trả xe và thực hiện trả xe cho khách
-9: Quay về vị trí ban đầu.
5.3. SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY
Hình 5.2: Sơ đồ đấu dây đảo chiều động cơ dùng relay
5.5. CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
CHƢƠNG 6
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Sau quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế, và chế tạo hệ thống nhà giữ xe tự động em đã rút ra đƣợc một số kết luận sau:
6.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế thi công mô hình bãi giữ xe ôtô tự động, tuy gặp không ít khó khăn, trở ngại khi thực hiện đề tài về kiến thức, kinh nghiệm thực tế, sự ảnh hƣởng của dịch Covid 19 nhƣng nhờ có sự hỗ trợ giúp đỡ của thầy cô bộ môn nên chúng em đã đạt đƣợc những yêu cầu sau:
Cơ khí đã đáp ứng đƣợc nhƣ yêu cầu đề tài.
Thiết bị điện tử hoạt động tƣơng đối ổn định.
Lập trình hoàn chỉnh.
Mô hình nhà giữ xe ô tô tự động đã làm việc khá ổn định phù hợp với yêu cầu nhiệm vụ đƣa ra
6.2. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
Tuy có những kết quả khả quan bƣớc đầu nhƣng không ít những thiếu sót dần đƣợc hiện ra qua thời gian nhóm thực hiện đề tài
Các cơ cấu hoạt động chƣa thật sự chính xác
Giải pháp đƣa ra chƣa thật sự là tối ƣu.
Những thiếu sót trên đƣợc nhóm tập trung xử lý để tìm ra nguyên nhân từ đó đƣa ra các biện pháp khắc phục .
Về cơ khí các cơ cấu hoạt động đã đƣợc nhóm không ngừng tìm hiểu sửa đổi các cơ cấu sau cho làm việc đƣợc ổn định nhất, phù hợp với yêu cầu của đề tài nhƣng vẫn đảm bảo về tính thẩm mỹ của mô hình.
Nhìn chung những mặt hạn chế trên đã khắc phục đƣợc trong thời gian thực hiện đề tài với sự hƣớng dẫn của Thầy và đồng thời có sự hỗ trợ của các bạn.Càng gặp nhiều khó khăn khi thực hiện đề tài, chúng em càng học hỏi đƣợc nhiều và đó cũng là những kinh nghiệm quý báu trƣớc khi chúng em ra trƣờng.
6.3. HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Nhƣ đã trình bài do sự hạn chế về mặt tài chính cũng nhƣ sự hạn chế về thời gian thực hiện đề tài nên nhóm vẫn chƣa nâng cấp thành công một số tính năng của đề tài, bao gồm:
Phần thanh toán tiền chƣa đƣợc tự động hóa, hƣớng giải quyết là thanh toán tiền qua mạng hay thẻ ATM , ngoài ra còn có thể thanh toán hàng tháng hoặc theo quý, điều này đòi hỏi sinh viên phải am hiểu về lĩnh vực an ninh tài chính.
Về kỹ thuật còn hạn chế tính năng bảo vệ xe. Ở đây nhóm đƣa ra hƣớng khắc phục là thiết kế thêm một số bộ phận trong hệ thống nâng xe.
6.4.KẾT LUẬN
Qua thời gian thực hiện đồ án với tên đề tài “ Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” em đã đạt đƣợc những nội dung sau:
Tìm hiểu đƣợc cấu trúc và hoạt động của các bãi đỗ xe tự động
Tìm hiểu và làm chủ đƣợc hoạt động của PLC S7 – 200 trong việc giám sát điều khiển nhà giữ xe tự động
Thiết kế và xây dựng mô hình giám sát điều khiển bãi đỗ xe tự động Đồ án này của em thực hiện dựa trên nghiên cứu tìm hiểu giám sát bãi đỗ xe trong thực tế. Thông qua đề tài
“Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” đã thực sự giúp em hiểu rõ ràng hơn về những gì em đã học đƣợc trong suốt thời gian qua. Qua đây em cũng đƣợc dịp mở rộng tầm hiểu biết của mình về mảng kiến thức PLC mà em đã học đƣợc, một ứng dụng tối ƣu của ngành tự động hóa.
Do trình độ cũng nhƣ khả năng nhận thức còn có hạn, cộng vói sự thiếu thốn về tài liệu tham khảo và thời gian nghiên cứu, tìm hiểu đề tài còn hạn chế nên dù đã rất cố gắng nhƣng không thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhậm đƣợc sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô để có thể hiểu hơn và tiếp cận gần hơn với công nghệ mới.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Tấn Hòa đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn các thầy cô đã dạy dỗ em trong những năm học vừa qua, nhờ các thầy cô mà em mới có đƣợc kiến thức nhƣ ngày hôm nay. Đó chính là những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ tốt nghiệp và là nền tảng cho công việc của em sau này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Thành Bắc , Giáo trình thiết bị điện , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
2. http// www.google.com
3. Phạm Quốc Khánh, Phạm Công Dƣơng, Bùi Thi Thu Hà (2009), Thiết bị điều khiển
khả trình – PLC, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
4. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (2005), Điều
chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội
5 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật