- Thông số kỹ thuật:
+ Động cơ chạy ổn định ở 3V + Tốc độ: 20 vòng/phút
+ Dòng tiêu thụ: 0.3 - 0.4A
2.3.4. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 3: Thi công mô hình hệ thống bãi đỗ xe đỗ xe
a. Phƣơng pháp thi công phần cơ khí mô hình
Hệ thống cơ khí thi công dựa theo bản vẽ thiết kế bằng cách sử dụng các công cụ chuyên dụng. Vật liệu đƣợc sử dụng chủ yếu làm mô hình là gỗ.
- Các loại vật liệu, máy móc và thiết bị sử dụng làm mô hình: + Gỗ: Dùng để làm mô hình
+ Sơn: Dùng để sơn màu lên mô hình + Silicon chịu nhiệt: Dùng để dán gỗ + Máy cƣa gỗ cầm tay: Dùng để cắt gỗ
+ Thƣớc cuộn: Dùng để đo kích thƣớc đúng với trong bản vẽ thiết kế + Bút đánh dấu: Dùng để đánh dấu vị trí
+ Búa: Dùng để đóng đinh gắn các thành, vách của mô hình
Hình 2.25. Máy cưa gỗ cầm tay, thước cuộn, bút và búa
b. Phƣơng pháp thi công phần điện * Thi công phần cứng hệ thống
- Phần cứng đƣợc thi công dựa theo sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Sử dụng PLC S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm. Đầu vào PLC là các cảm biến và công tắc hành trình. Đầu ra PLC điều khiển đảo chiều hai động cơ DC bằng hai cách: dùng module L298 và dùng 2 rơ le trung gian.
Thi công, thiết kế phần cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ, máy móc chuyên dụng. Các thiết bị điều điều khiển, cơ cấu chấp hành, thiết bị trung
gian và thiết bị phản hồi đƣợc đấu nối, lắp ghép với nhau bằng vật dẫn điện, cách điện theo đúng sơ đồ nguyên lý.
- Các vật liệu, vật tƣ, máy móc đƣợc sử dụng bao gồm: + Dây điện: Dùng để dẫn điện, dẫn tín hiệu + Mica trong suốt: Dùng làm varie
+ Thanh gá Din rail: Dùng để gá PLC
+ Cầu đấu điện: Dùng để kết nối các đầu dây điện với nhau + Đầu cắm điện đực cái: Dùng để dẫn điện giữa các thiết bị điện + Băng dính đen: Dùng để quấn các mối nối dây điện
+ Giấy màu: để kí hiệu đƣờng, khu, phân chỗ để xe
+ Dây thít, ốc, vít, súng bắn keo nến: Dùng để cố định các dây điện, các thiết bị điện
+ Máy hàn thiếc: Dùng để hàn các mối nối, tiếp điểm + Máy khoan: Dùng để khoan lỗ trên mô hình
+ Thiếc, nhựa thông: Dùng để hàn các mối nối
Hình 2.27. Máy hàn thiếc, máy khoan
+ Các dụng cụ khác nhƣ: Dao, kéo, kìm, tuốc nơ vít... đƣợc dùng để cắt, vặn các chi tiết, ốc, vít...
* Thi công phần mềm hệ thống
Phần mềm hệ thống điều khiển đƣợc lập trình dựa theo lƣu đồ thuật toán đƣợc xây dựng với mục đích đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ đặt ra.
Yêu cầu công nghệ
Hệ thống bắt đầu làm việc khi ấn nút Start, có đủ nguồn sáng chiếu liên tục vào 8 cảm biến ở lối vào, lối ra và tại 4 vị trí để xe. Tại cửa vào, khi có ô tô đến gần cửa, 2 cảm biến ở ngoài cổng vào phát hiện đƣợc, nếu gara còn chỗ thì varie sẽ tự động mở ra cho xe đi vào và tự động đóng lại khi xe đi vào trong gara, cùng lúc đó sẽ có counter đếm số xe đi vào. Ở cửa ra cũng tƣơng tự nhƣ cửa vào. Khi xe vào chỗ sẽ có cảm biến ở tại vị trí đó phản hồi báo vị trí đó đã có xe. Trong gara hết chỗ để xe, varie sẽ không mở cho xe vào nữa và có cảnh báo. Số xe trong gara, vị trí còn trống, cảnh báo hết chỗ đƣợc hiển thị trên màn hình giám sát.
Lưu đồ thuật toán
- Các ngõ vào/ra của hệ thống *Ngõ vào
Start: I0.0
Stop: I0.1
Cảm biến 1 khu A: I1.2
Cảm biến 2 khu B: I1.1
Cảm biến 3 khu C: I1.0
Cảm biến 4 khu D: I0.7
Cảm biến 5 cửa vào: I0.2
Cảm biến 6 cửa vào: I0.3
Cảm biến 7 cửa ra: I1.3
Cảm biến 8 cửa ra: I1.4
Công tắc hành trình mở cửa vào: I0.5 Công tắc hành trình đóng cửa vào: I1.5 Công tắc hành trình mở cửa ra: I0.4 Công tắc hành trình đóng cửa ra: I0.6
*Ngõ ra
Động cơ 1 mở cửa vào: Q1.0
Động cơ 1 đóng cửa vào: Q1.1
Động cơ 2 mở cửa ra: Q0.6
Động cơ 2 đóng cửa ra: Q0.7
- Lƣu đồ
+ Chƣơng trình chính:
+ Chƣơng trình con cửa vào:
+ Chƣơng trình con cửa ra:
+ Chƣơng trình con khởi động, dừng:
Hình 2.31. Lưu đồ thuật toán khởi động, dừng
Công cụ, phương tiện dùng cho việc lập trình phần mềm:
Sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal V13 để lập trình phần mềm điều khiển
Sử dụng phần mềm WinCC Explorer V7.4 để lập trình giao diện giám sát HMI
Sử dụng máy tính có cài đặt phần mềm TIA Portal V13 và WinCC Explorer V7.4
2.3.5. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 4: Hoàn thiện, chạy thử và đánh giá sự ổn định của hệ thống sự ổn định của hệ thống
Kiểm tra lại phần cứng các chỗ đấu nối, hệ thống cấp nguồn cho chính xác, an toàn.
Kiểm tra lại phần mềm điều khiểu các chƣơng trình lập trình, chƣơng trình giám sát.
Lập bảng đánh giá kết quả, rồi chạy thử mô hình với nhiều trƣờng hợp. Cho xe mô hình đi vào ra cửa nhiều lần, để kiểm tra sự ổn định của các
cảm biến, động cơ và hoạt động của mô hình với màn hình giám sát có sự nhất quán làm việc đúng với yêu cầu công nghệ.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƢỢC
3.1. Kết quả thiết kế, thi công và chế tạo phần cứng mô hình bãi đỗ xe
* Thiết kế mô hình bãi đỗ xe:
Đây là bản vẽ 3D em đã thiết kế trên phần mềm SolidWords theo ý tƣởng của mình:
Hình 3.1. Thiết kế 3D mô hình bãi đỗ xe trên SolidWords
Mô hình theo ý tƣởng của em khá đơn giản, là một hình chữ nhật có kích thƣớc chiều dài là 80cm, chiều rộng là 40cm, chiều cao là 13cm, độ rộng cửa ra vào là 10cm. Mô hình gồm có một cổng vào và một cổng ra, khoảng rộng ở giữa là chỗ để xe.
Ngoài ra, em thiết kế thêm hộp hình chữ nhật có kích thƣớc chiều dài là 40cm, chiều rộng là 35cm, chiều cao là 15cm. Hình hộp này để làm đế đỡ mô hình, để linh kiện và thuận lợi cho việc thi công phần cứng.
* Các tiến trình thi công phần cứng:
Bước 1: Khoan các lỗ trên mô hình hợp lý để đi dây và gắn các thiết bị khối cảm biến, khối trung gian, động cơ bằng súng bắn keo vào mô hình, sau đó gắn các cầu đấu dây ở sau mô hình và dán layout các đầu vào/ra của PLC.
Hình 3.3. Lắp các thiết bị khối cảm biến và khối trung gian, động cơ trên mô hình
Bước 2: Gắn bộ điều khiển trung tâm PLC ở sau mô hình bằng thanh gá. Dùng dây dẫn điện và các thiết bị chuyên dụng đi dây các đầu vào/ra của PLC và các thiết bị khối cảm biến, khối trung gian và động cơ vào đúng vị trí đã đƣợc layout trên cầu đấu dây.
Bước 3: Dùng súng bắn keo gắn các bộ nguồn vào hộp đế và đi dây khối nguồn đúng với vị trí loại điện áp đã đƣợc layout trên cầu đấu dây.
Hình 3.5. Lắp và đi dây khối nguồn
Bước 4: Lắp hộp đế với mô hình. Dùng gỗ, mica và dụng cụ máy cắt, keo dán để tạo những hình hộp che các thiết bị trên mô hình. Dùng giấy dán màu và dụng cụ kéo để cắt dán mũi tên chỉ đƣờng, phân khu để xe, các hình hộp che thiết bị trên mô hình.
Hình 3.6. Hoàn thiện phần cứng mô hình
3.2. Kết quả thi công và lập trình phần mềm bãi đỗ xe.
* Tiến trình và kết quả lập trình bằng phần mềm TIA Potal V13
Bước 1: Tạo Project
Mở phần mềm TIA Portal, sau đó chọn Create new project: Đánh tên dự án vào dòng Project name, chọn thƣ mục lƣu dự án ở dòng Path Create để tạo dự án
Hình 3.7. Giao diện tạo Project trên phần mềm TIA Portal
Bước 2: Chọn CPU S7-1200
Tiếp theo, chọn Devices networks Add new device Simatic S7- 1200 CPU CPU 1214C AC/DC/Rly 6ES7 214-1BG40-0XB0
Add.
Bước 3: Giao diện lập trình
Trong khung Project tree (bên trái màn hình), chọn Program blocks
Main [OB1] phần lập trình ở phần giữa.
Trong khung Instructions có rất nhiều tập lệnh đƣợc phân theo từng thƣ mục: General, Bit logic, Timer, Counter,…
Hình 3.9. Giao diện lập trình của TIA Portal
Kết quả lập trình với ngôn ngữ LAD bằng phần mềm TIA Portal (Phần phụ lục – Trang 63).
* Tiến trình và kết quả lập trình bằng phần mềm WinCC Explorer V7.4
Bước 1: Tạo Project
Mở phần mềm WinCC Explorer. Trên hộp thoại WinCC Explorer, chọn Single - User project OK.
Hình 3.10.a. Tạo project trên phần mềm WinCC Explorer
Trên hộp thoại Creat New Project, ghi tên dự án ở dòng Project name, chọn thƣ mục lƣu dự án ở dòng Project path Create.
Bước 2: Tag địa chỉ PLC vào WinCC
Trên giao diện WinCC Explorer, nháy chuột phải vào Tag Management
Open. Trên giao diện Tag Management, nháy chuột phải chọn Tag Management Add new driver SIMATIC S7-1200, S7-1500 Channel.
Hình 3.11.a. Mở giao diện liên kết PLC với WinCC
Tiếp theo, nháy chuột phải vào OMS+ chọn New connection thay đổi tên kết nối. Đặt tên các Tag ở dòng Name, thay đổi kiểu dữ liệu ở dòng Data type, chọn địa chỉ tƣơng ứng với địa chỉ của PLC ở dòng Address.
Bước 3: Tạo giao diện giám sát
Trên giao diện WinCC Explorer, nháy chuột phải vào Graphics Designer
chọn Open.
Hình 3.12.a. Mở giao diện thiết kế trên WinCC Explorer
Tạo giao diện theo ý tƣởng bằng các hình khối, các hình chức năng trong khung Standard hay thƣ viện có sẵn Library.
Bước 4: Lập trình hành động cho đối tƣợng
Quay lại màn hình WinCC Explorer, nháy chuột phải vào Global Script
có 2 cách lập trình hành động (Open C Editor hoặc Open VBS Editor)
trong đề tài em lập trình theo ngôn ngữ C ( Open C Editor).
Hình 3.13.a. Mở phần lập trình Global Script trên WinCC Explorer
Sau đó, chọn File New Action để mở trang lập trình mới giao diện lập trình C.
Hình 3.13.b. Giao diện lập trình C trên WinCC Explorer
- Giao diện giám sát sau khi thiết kế:
Hình 3.14. Kết quả thiết kế trên phần mềm WinCC Explorer
- Chƣơng trình lập trình hành động cho các đối tƣợng trên màn hình giám sát (Phần phụ lục – Trang 69).
3.3. Kết nối phần mềm TIA Portal, WinCC với PLC S7-1200
Bước 1: Cấp nguồn cho PLC và mở máy tính. Kết nối máy tính với PLC qua cổng Ethernet bằng dây cáp mạng lan.
Bước 2: Kết nối và download chƣơng trình lập trình từ máy tính vào PLC Mở phần mềm TIA Portal mở chƣơng trình đã lập trình.
Nháy chuột phải vào PLC_1 [PLC 1214C AC/DC/Rly] Open.
Hình 3.16.a. Kết nối máy tính với PLC
Nháy đúp vào hình PLC ở bảng PLC_1 [PLC 1214C AC/DC/Rly] phía dƣới chọn General PROFINET interface Ethernet addresses
thay đổi địa chỉ IP nhƣ hình (Hình 3.14.b).
Chọn Online Download to device. Trong hộp thoại Extended download to device, ở dòng Type of the PG/PI interface: chọn PN/IE, ở dòng PG/PI interface: chọn card của máy tính để kết nối Start search.
Hình 3.16.c. Kết nối máy tính với PLC
Sau khi kết nối đƣợc với PLC ta chọn Load để tải chƣơng trình vào PLC.
Bước 3: Kết nối phần mềm WinCC với PLC
Đầu tiên, vào Cotrol Panel của máy tính Set PG/PC interface (32bit)
ở mục Access path, chọn card mạng nhƣ hình (Hình 3.15.a.) OK.
Mở phần mềm WinCC. Nháy chọn Tag Management nháy chuột phải vào mục kết nối đã tạo nhƣ hình (Hình 3.15.b) Connection Parameters.
Hình 3.17.b. Kết nối phần mềm WinCC với PLC
Sau đó, ở phần Connection, đánh địa chỉ IP và chọn Access point nhƣ hình (Hình 3.15.c) OK.
Hình 3.17.c. Kết nối phần mềm WinCC với PLC
3.4. Đánh giá sự ổn định của hệ thống
a. Đánh giá hoạt động của các thiết bị cổng vào
Ta cho một xe ô tô đi vào cổng, sau đó đánh giá các thiết bị hoạt động so với yêu cầu công nghệ bằng các trƣờng hợp, cho ra kết quả nhƣ trên bảng:
Yêu cầu: Cho xe ô tô lần lƣợt đi vào cổng
Bảng 3.1. Hoạt động của các thiết bị cổng vào so với yêu cầu công nghệ
STT
Xe ở ngoài cổng Xe đi qua cổng
So với yêu cầu công nghệ CB 1 CB 2 Số xe Cửa Màn hình giám sát CB 1 CB 2 Số xe Cửa Màn hình giám sát 1 0 0 < 4 0 Đúng Đúng Chính xác 2 1 0 < 4 0 Đúng Đúng Chính xác 3 1 1 < 4 1 Đúng 0 1 1 Đúng Chính xác 4 Đúng 0 0 +1 0 Đúng Chính xác 5 1 1 = 4 0 Đúng Đúng Chính xác * Chú thích: 0 là không tác động, 1 là tác động Hình 3.18. Hệ thống hoạt động và màn hình giám sát
b. Đánh giá hoạt động của các thiết bị cổng ra
Tƣơng tự nhƣ cổng vào, cho ra kết quả nhƣ trên bảng:
Bảng 3.2. Hoạt động của các thiết bị cổng ra so với yêu cầu công nghệ
STT
Xe ở trong cổng Xe đi qua cổng
So với yêu cầu công nghệ CB 1 CB 2 Cửa Màn hình giám sát CB 1 CB 2 Số xe Cửa Màn hình giám sát 1 0 0 0 Đúng Chính xác 2 1 0 0 Đúng Chính xác 3 1 1 1 Đúng 0 1 1 Đúng Chính xác 4 0 0 - 1 0 Đúng Chính xác 5 1 1 0 Đúng Chính xác *Chú thích: 0 là không tác động, 1 là tác động c. Đánh giá ổn định của hệ thống
Tiến hành đánh giá ổn định, cho ô tô chạy vào ra 15 lần qua từng cổng theo 5 trƣờng hợp trên đồng thời đánh giá hoạt động của màn hình giám sát, kết quả nhƣ trên bảng sau:
Bảng 3.3. Đánh giá ổn định của hệ thống Lần Cổng vào Cổng ra Màn hình Lần Cổng vào Cổng ra Màn hình giám sát Chú thích 1 Tốt Tốt Tốt 2 Tốt Tốt Tốt 3 Tốt Tốt Tốt 4 Tốt Tốt Tốt 5 Tốt Tốt Tốt 6 Tốt Tốt Tốt 7 Tốt Tốt Tốt 8 Tốt Tốt Tốt
9 Tốt Tốt Tốt 10 Tốt Tốt Tốt 11 Tốt Tốt Tốt 12 Tốt Tốt Tốt 13 Khá tốt Khá tốt Khá tốt Cảm biến tác động chậm hơn 14 Khá tốt Khá tốt Khá tốt Cảm biến tác động chậm hơn 15 Khá tốt Khá tốt Khá tốt Cảm biến tác động chậm d. Một số đánh giá, nhận xét hệ thống bãi đỗ xe
Khi chạy thử nhiều lần, do cảm biến chƣa đƣợc thiết kế để chống nhiễu nên khi hoạt động ở môi trƣờng nhiều tín hiệu sẽ không đƣợc ổn định. Nhƣng từ bảng đánh giá ổn định, vẫn cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chạy đúng yêu cầu công nghệ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Sau thời gian 3 tháng, từ lúc bắt đầu nghiên cứu, thiết kế, thi công, đến quá trình chạy thử, kiểm nghiệm đánh giá và hoàn thiện hệ thống bãi đỗ xe tự động, khóa luận đã hoàn thành đƣợc mục tiêu nghiên cứu và rút ra đƣợc những kết quả nhƣ sau:
- Thiết kế thành công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động