19
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Bản vẽ mô hình
Hình 2.1 bản vẽ 3d mô hình bãi đỗ xe. Chú thích:
1: động cơ 2 (động cơ trục Z) nâng hạ ô tô.
2: động cơ 3 (động cơ trục Y) lấy cất ô tô.
3: động cơ 1(động cơ trục X) di chuyển hệ thống thang.
4: thanh trượt ngang.
5: đường day.
6: ô để xe ô tô.
7: thanh pa-let giữ ô tô.
20
8: các công tắc hành trình.
21
2.2. Các thiết bị trong mô hình2.2.1. Motor giảm tốc 2.2.1. Motor giảm tốc
hình 2.2 động cơ giảm tốc 24v DC
Motor giảm tốc bao gồm động cơ điện và hộp giảm tốc. Động cơ điện lại có cấu tạo gồm 2 phần chính đó là Stato và Roto. Còn hộp giảm tốc bên trong chứa bộ truyền động sử dụng bánh răng, trục vít… để làm giảm tốc độ vòng quay. Hộp này được dùng để giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn và là bộ phận trung gian giữa động cơ điện với bộ phận làm việc của máy công tác. Đầu còn lại của hộp giảm tốc nối với tải.
Chức năng của motor giảm tốc đó là hãm, giảm tốc độ của vòng quay và thiết bị này là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi.Việc hãm và giảm tốc độ của vòng quay và các thiết bị là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được còn được sử dụng để kìm hãm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian ở giữa Motor giảm tốc và bộ phận làm việc cúa máy công tác. Động cơ quay với tốc độ không đổi 35 vòng/phút.
22
2.2.2. Nút nhấn
Hình 2.3 nút nhấn.
Đây là nút bấm không giữ dùng để điều khiển trạng thái và vị trí làm việc của hệ thống.
2.2.3. Công tắc hành trình
Hình 2.4 công tắc hành trình.
Công tắc hành trình được sử dụng để điều khiển xác định vị trí điểm dừng động cơ chính xác.
23
2.2.4. Relay
Hình 2.5 relay 24v DC
Relay là loại khí cụ điện tự động đóng ngắt mạch điện điều khiển, tự động đóng ngắt các tiếp điểm khi có nguồn tác động tức là khi có điện thì các tiếp điểm của Relayhoạt động, tiếp điểm thường mở thì đóng lại và tiếp điểm thường đóng thì mở ra dùng để đảo chiều động cơ.
2.2.5. Nguồn mạch động lực
Hình 2.6 nguồn tổ ong 24v 2A
– Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều 220v thành điện 1 chiều 24v cung cấp cho các thiết bị điện trong mô hình.
– Cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch
– Hiệu quả cao, giá thành thấp , độ tin cậy cao.
24
2.2.6. Nguồn mạch điều khiển
Hình 2.7 nguồn adapter 5V 2A
Nguồn adapter này dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 220v thành dòng điện 1 chiều 5v cung cấp năng lượng điện cho các relay cũng như các thiết bị đèn báo.
2.2.7. Puly
Hình 2.8 puly
Bánh xe có rãnh giúp cho hệ thống xe nâng di chuyển dễ dàng và chính xác trên đường day định sẵn.
25
2.2.8. Nhông
Hình 2.9 bánh nhông 12 răng
Bánh nhông 12 răng giúp hệ thống dễ dàng di chuyển nâng lên hạ xuống chính xác hạn chế trơn trượt do trọng lực của thang nâng.
2.2.9. Xích.
Hình 2.10 xích căm.
2.2.10. Thép hộp vuông
Hình 2.11 thép hộp.
26
Ở đây ta sử dụng 2 loại thép hộp vuông mạ kẽm là 20x20mm và 16x16mm. Thép hộp dùng để làm khung cũng như phần nâng hạ của hệ thống khoang chứa ô tô cũng như cơ cấu nâng hạ thang nâng.
2.2.11. Thanh day, thanh chữ V
Hình 2.12 thanh day và thanh V
2.2.12. Tủ điện.
Hình 2.13 tủ điện.
Tủ điện là nơi gắn các thiết bị điều khiển hệ thống như plc, role trung gian,…
2.2.13. Các thiết bị khác
Ngoài các thiết bị trên mô hình còn cần thêm: dây dẫn 1 lõi, phích cắm, ốc vít, keo nến, ….
27
2.3. Thiết bị khả lập trình Plc s7-1200 2.3.1. Tổng quan về PLC S7-1200
PLC S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7- 200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau
S7-1200 chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200. S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Hình 2.14 PLC S7-1200 và module mở rộng
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển module trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp kết nối PTP Bổ sung 4 cổng Ethernet
28
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và 24VDC
2.3.2. CPU S7- 1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau….S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và 1214C.
Hình 2.15 Các khối chức năng CPU S7- 1200
S7-1200 được trang bị thêm tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển.
Các đặc tính của CPU S7- 1200 được cho dưới bảng sau
29
Hình 2.16 Các đặc tính của CPU S7- 1200
Đề tài đã chọn và sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC để làm bộ điều khiển, dễ dàng cho việc lập trình hệ thống nâng hạ.
2.3.3. Ứng dụng
Plc được ứng dụng rộng dãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống từ công nghiệp cho đến dân dụng hàu như đều có sự xuất hiện và hỗ trợ hữu ích của plc đặc biệt là plc s7-1200
Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như: Hệ thống băng tải,điều khiển đèn chiếu sáng, điều khiển bơm cao áp, máy đóng gói, máy in, máy dệt, máy trộn v.v…
2.3.4. Giao tiếp
S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với:
– Các thiết bị lập trình
– Thiết bị HMI
– Các bộ điều khiển SIMATIC khác
Hỗ trợ các giao thức kết nối: TCP/IP, SIO-on-TCP, Giao tiếp với S7
30
Hình 2.17 Các kết nối của PLC S7-1200
2.4. Yêu cầu bài toán
Yêu cầu của hệ thống đỗ xe tự động:
- Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bên trong bãi đỗ xe.
- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất.
- Cơ động và lấy xe nhanh chóng, dễ dàng.
- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe.
- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng.
- Vận hành êm, ít gây tiếng ồn.
- Có thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong toà nhà cao tầng
- Tăng hiệu quả sử dụng không gian lên 60%, so với bãi đỗ xe dùng đường dẫn truyền thống.
- Giảm 40% diện tích mặt bằng xây dựng, giảm 50% khối tích xây dựng.
- Tận dụng tối đa Các cấu trúc có sẵn bên dưới hoặc ở trên mặt đất.
- Giảm chi phí quản lý thông qua kiểm soát chính xác và tiêu thụ điện năng và chi phí vệ sinh công trình.
Từ yêu cầu của bài toán em đi đến quyết định tính toán, thiết kế chế tạo mô hình bãi đỗxe tự động kiểu: Hệ thống đỗ xe tự động – dạng tòa nhà hình hộp.
2.5. Phương án thiết kế
2.5.1. Phương án chuyển động
Để có thể thực hiện được việc lấy và trả xe thì mô hình phải sử dụng ít nhất 3 chuyển động:
- Chuyển động lấy xe vào và đưa xe ra.
- Chuyển động nâng hạ xe.
- Chuyển động di chuyển cả bệ nâng hạ. Phân tích chuyển động:
- Chuyển động lấy xe vào và đưa xe ra là chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Mục đích là lấy xe vào tháp nâng, đưa xe vào cabin chứa xe. Ngoài ra chuyển động này cũng dung để lấy xe từ cabin và đưa xe ra cho chủ xe khi chủ xe yêu cầu lấy xe.
- Chuyển động nâng hạ xe là chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Chuyển động này dùng để đưa xe lên các tầng chứa xe khác nhau trong cùng 1 hệ thống.
- Chuyển động di chuyển cả bệ nâng hạ là chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Chuyển động này dung để đưa cả hệ thống nâng hạ di chuyển từ vị trí cabin lấy, trả xe đến vị trí cabin giữ xe và ngược lại.
2.5.2. Nguyên lý hoạt động
Tiến hành cho hệ thống chạy thử và căn chỉnh thời gian thì em nhận thấy do động cơ được dùng là động cơ có tốc độ không đổi nên thời gian động cơ quay cũng có thể được coi là quãng đường mà thang di chuyển.
Qua tiến hành chạy thử và bấm giờ thì em có được kết quả khi động cơ 2 quay.
- Quay 1s thì thanh nâng ở dưới gầm xe của tầng thứ nhất.
- Quay 2,1s thì thanh nâng ở trên thanh pa-let đặt xe của tầng thứ nhất.
- Quay 4,4s thì thang nâng ở dưới gầm xe của tầng thứ hai.
- Quay 5,5s thì thang nâng ở trên thanh pa-let đặt xe của tầng thứ hai. a. Chế độ bằng tay Manual
Quy ước, các nút bấm B1, B2…B6
(Chế độ Manu để phục vụ cho quá trình kiểm tra tình trạng làm việc đơn động của từng thiết bị, phục vụ hiệu chỉnh bảo dưỡng hệ thống)
- Chuyển công tắc lựa chọn về vị trí Manual
- Bấm Start khởi động hệ thống
- Trình tự gửi xe:
+ khi có xe vào cabin chờ nhận xe thì công tắc báo vị trí có xe gửi về PLC báo sẵn sàng, lúc này hệ thống Thang vận chuyển xe đang ở vị trí gốc tọa độ 0 ban đầu, chờ lệnh tiếp theo.
32
+Bấm chọn ô để xe cần gửi
+ Bấm Gửi Xe khi đó plc sẽ kiểm tra vị trí được chọn có trống hay không, khi vị trí được chọn đã có xe thì hệ thống sẽ không hoạt động, khi vị trí được chọn trống thì hệ thống thang vận chuyển xe sẽ làm việc. Thang nâng được đặt ngay dưới vị trí in/out. Động cơ số 2 quay thuận 4,4s đưa thang đến vị trí cabin vào/in, động cơ thứ 3 quay thuận đẩy thanh nâng ra ngoài đến vị trí dưới gầm xe và dừng lại khi gặp công tắc hành trình, động cơ số 2 tiếp tục quay thuận thêm 1,1s nhắc xe ra khỏi cabin vào/in. Động cơ 3 quay ngược thu ngắn thanh nâng đưa xe ra khỏi vị trí đỗ xe.động cơ 2 quay ngược đến khi gặp công tắc vị trí dưới đưa thang nâng hạ sát ngay đường day. Động cơ 1 quay thuận đưa thang nâng và xe dừng lại tại công tắc vị trí trước vị trí ô gửi xe đã được chọn trước. Vd ở đây ta chọn ô tầng dưới (ô số 1): công tắc đếm sẽ đếm số ô đã đi qua ở đây là 3, thang nâng sẽ đỗ trước của song song với khoang số 1 động cơ 2 quay thuận 2,1s nhấc xe cao hơn vị trí đặt xe thì dừng lại, động cơ 3 quay thuận đưa thanh và xe ra gặp công tắc vị trí bên ngoài thì dừng lại. Động cơ 2 quay ngược 1100ms thì dừng lại. Động cơ 3 quay ngược đến khi gặp công tắc hành trình trong để thu thanh nâng lại, động 2 tiếp tục quay ngược đến khi chạm công tắc vị trí bên dưới hạ thang nâng sát đường day, Lúc này động cơ 1 quay ngược cho đến khi công tắc giới hạn hành trình đóng lại tại khoang in/out thì dừng lại đây là vị trí gốc tọa O và là điểm chờ của thang nâng. Kết thúc quá trình gửi xe.
- Trình tự lấy xe:
+ Bấm chọn ô để xe cần lấy xe ra.
+ Bấm Lấy Xe. Lúc này PLC sẽ kiểm tra tại ô đó có xe đã được gửi hay không. Nếu công tắc vị trí báo đúng đang có xe tại ô đó thì hệ thống thang sẽ bắt đầu tiến hành quá trình lấy xe: động cơ 1 quay thuận đưa thang từ vị trí chờ (tọa độ 0) đến vị trí cabin giữ xe đã được chọn khi công tắc đếm đủ được tọa độ của
ô cần lấy xe đã chọn tại đó thì động cơ 1 dừng lại, động cơ 2 quay thuận nâng thang lên tùy thuộc vào vị trí của xe là ở tầng 1 hay tầng 2: vd ở đây là ô số 1 thì
33
động số 2 quay thuận 1s, tiếp sau đó động cơ 3 quay thuận đến khi gặp công tắc vị trí ngoài thì dừng lại đưa thanh nâng tới vị trí ngay dưới gầm xe, động cơ 2 tiếp tục quay thuận 1,1s nhấc xe lên khỏi vị trí cabin số 1, động cơ 3 quay ngược đến khi gặp công tắc hành trình trong thì dừng lại thu thanh nâng và xe ra khỏi vị trí cabin để xe. Động cơ 2 quay ngược dến khi gặp công tắc hành trình duoiwsthif dừng lại hạ thang nâng xuống gần đường day. Động cơ 1 quay ngược đến khi gặp công tắc vị trí tại vị trí ban đầu thì dừng lại, đến lúc này thì động cơ 2 quay thuận 2,1s đưa thang nâng lên cao hơn vị trí cabin out. Động cơ 3 quay thuận đưa xe ra ngoài ngay trên vị trí cabin out thì dừng lại khi gặp công tắc vị trí ngoài. Động cơ 2 quay ngược 1100ms đặt xe vào vị trí cabin out, động cơ 3 quay ngược đến khi gặp công tắc vị trí trong thì dừng lại lúc này thanh nâng đã được thu lại. động cơ 2 tiếp tục quay ngược cho đến khi gặp công tắc hành trình dưới hạ thang nâng vào đúng vị trí chờ ban đầu. Kết thúc quá trình lấy xe.
- Chế độ tự động (Auto)
- Ấn start khởi động hệ thống khi đã ngừng,
- Gạt công tắc gạt chuyển sang chế độ auto.
Chế độ tự động cũng tương tự như chế độ bằng tay, chỉ khác là vị trí xe vào sẽ do plc quyết định. Đầu tiên plc sẽ xác định các vị trí trống chưa có xe trong bãi. Khi có tín hiệu gửi xe thì plc sẽ ưu tiên cất xe vào các cabin lần lượt từ ô số 1 đến ô số 6. Khi các ô trong cabin đã đầy xe thì hệ thống sẽ không hoạt động khi được ấn gửi xe.Các quá trình còn lại tương tự như quá trình cất xe bằng tay.
34
b. Bảng điều khiển
B1, B2….B6 là các buồng gửi xe hay các ô gửi xe
35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thi công mô hình
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu thì em đưa ra được phương án thiết kế và thi công mô hình: “bãi đỗ xe thông minh”.
Hình 3.1 sơ đồ vị trí và độ cao nâng hạ thang
Do động cơ quay với tốc độ không đổi n=35 vòng/phút, mỗi vòng có 12 răng tương ứng với 12 mắt xích, 12 mắt xích dài l=75mm, nên từ đó ta có thể tính được thời gian động cơ 2 nâng thang lên các vị trí mà ta mong muốn trên sơ đồ vị trí.
Vận tốc nâng hạ thang:
v=n . l=35 x 75
36
Thời gian nâng thang lên độ cao 50mm
t = vs = 43,7550
1,1(s)
Thời gian nâng thang lên độ cao 92mm.
t = vs = 43,7592
2,1(s)
Thời gian nâng thang lên độ cao 192mm.