Hệ thống điều khiển là bộ não của hệ thống giữ ô tô tự động, nó xác định vị trí cho thiết bị nâng chuyển xe đến vị trí chính xác. Vị trí của mỗi xe ôtô trong hệ thống đều được xác định để điều khiển thiết bị chuyển dời xe đến gian lưu giữ riêng biệt. Mỗi ô này được xác định theo tầng, gian, bên trái hay bên phải lối đi giữa hai dãy. Vị trí mỗi ô được gán cho một mã số và được quản lý nhờ máy tính. Máy tính theo dõi trạng thái của mỗi ô xe ( có xe hoặc không có xe ). Mỗi khi quá trình lưu xe hoặc lấy xe hoàn thành, máy tính sẽ cập nhật trạng thái hiện tại của từng gian để xác định vị trí có xe đang để vào vị trí trống.
Phương pháp định vị trí có thể thực hiện nhờ đếm số gian và tầng theo hướng di chuyển. Ngoài ra có một phương pháp khác, đó là cung cấp cho mỗi ô một mã nhị phân xác định vị trí và được gắn vào ô đó. Thiết bị quét quang học sẽ giúp ta xác định vị trí ô cần tìm.
Để thực hiện xác định vị trí và dẫn thiết bị trung chuyển xe đến nơi yêu cầu, điều khiển nhờ máy tính và bộ điều khiển PLC được sử dụng trong hệ thống. Máy tính đảm trách công việc quản lý các hoạt động của hệ thống, cụ thể là quản lý thông tin và hệ thống ghi nhớ dữ liệu. Trong khi đó PLC thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị trong hệ thống như thiết bị trung chuyển và cửa ra vào.
3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống 3.2.1. Bố trí xe
Hệ thống bãi đỗ xe 11 chỗ kiểu xếp hình gồm có 5 tầng, mỗi tầng có 3 vị trí đỗ xe, từ tầng 1 đến tầng 4 mỗi tầng đều có 1 vị trí trống để xếp xe.
3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống được đánh số vị trí đỗ như sau:
Tầng 1: 101, 102, 103 (vị trí trống) Tầng 2: 201, 202, 203 (vị trí trống)
Tầng 3: 301, 302, 303 (vị trí trống) Tầng 4: 401, 402, 403 (vị trí trống) Tầng 5: 501, 502, 503
Các tầng 1 đến 4 sẽ có 1 vị trí trống, riêng tầng trên cùng không có vị trí nào trống.
Nguyên lý hoạt động như sau: Muốn gửi xe hoặc lấy xe tại các vị trí nào thì vị trí tương ứng ở các sàn thấp hơn phải là vị trí trống.
Để gửi xe vào tầng 4, ngưới lái xe chọn vị trí còn trống từ panel điều khiển. Hệ thống sẽ tự động đưa pallet đó xuống tầng thấp nhất, người lái xe đánh xe vào vị trí và ấn nút gửi xe.
Tất cả các vị trí dừng trên cao đều có thiết bị an toàn trách trường hợp cáp đứt.
+ Với vị trí 501 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203 đồng thời P302 P303 , đồng thời P402 P403.
Sau khoảng 3~5s, P101 P102, đồng thời P201 P202, đồng thời P301 P302, đồng thời P401 P402
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 501 hoạt động đưa P501 vi trí 101
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 501 đảo chiều để đưa P501 vị trí 501, công tắc hành trình báo sáng B7: P101, từ vị trí 102 quay về 101, đồng thời P201, từ vị trí 202 quay về 201, đồng thời P301, từ vị trí 302 quay về 301, đồng thời P401, từ vị trí 402 quay về 401.
Sau khoảng 3~5s, P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202, đồng thời P302, từ vị trí 303 quay về 302, đồng thời P402, từ vị trí 403 quay về 402.
Như vậy để động cơ 501 hoạt động thì 8 switch 102, 103, 202, 203, 302, 303, 402, 403 báo có.
+ Với vị trí 502 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203 đồng thời P302 P303 , đồng thời P402 P403
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 502 hoạt động đưa P502 vi trí 102
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 502 đảo chiều để đưa P501 vị trí 501, công tắc hành trình báo sáng B7: P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202, đồng thời P302, từ vị trí 303 quay về 302, đồng thời P402, từ vị trí 403 quay về 402.
Như vậy để động cơ 502 hoạt động thì 8 switch 101, 103, 201, 203, 301, 303, 401, 403 báo có.
+ Với vị trí 503 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B2: Động cơ 503 hạ P503 vị trí 103
B3: Lái đưa xe vào pallet B4: Ấn nút “Gửi xe”
B5: Động cơ 503 đưa P503 về vị trí 503
Như vậy để động cơ 503 hoạt động thì 8 switch 101, 102, 201, 202, 301, 302, 401, 402 báo có.
+ Với vị trí 401 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203 đồng thời P302 P303 sau khoảng 3~5s, P101 P102, đồng thời P201 P202, đồng thời P301 P302
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 401 hoạt động đưa P401 vi trí 101
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 401 đảo chiều để đưa P401 vị trí 401, công tắc hành trình báo sáng B7: P101, từ vị trí 102 quay về 101, đồng thời P201, từ vị trí 202 quay về 201, đồng thời P301, từ vị trí 302 quay về 301.
Sau khoảng 3~5s, P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202, đồng thời P302, từ vị trí 303 quay về 302.
Như vậy để động cơ 401 hoạt động thì 6 switch 102, 103, 202, 203, 302, 303, báo có.
+ Với vị trí 402 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203 đồng thời P302 P303 B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s
B3: động cơ 402 hoạt động đưa P402 vi trí 102 B4: Lái xe đưa xe vào pallet
B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 402 đảo chiều để đưa P401 vị trí 401, công tắc hành trình báo sáng B7: P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202, đồng thời P302, từ vị trí 303 quay về 302.
Như vậy để động cơ 402 hoạt động thì 6 switch 101, 103, 201, 203, 301, 303, báo có.
+ Với vị trí 301 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203
sau khoảng 3~5s, P101 P102, đồng thời P201 P202 B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 301 hoạt động đưa P301 vi trí 101
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 301 đảo chiều để đưa P301 vị trí 301, công tắc hành trình báo sáng B7: P101, từ vị trí 102 quay về 101, đồng thời P201, từ vị trí 202 quay về 201, Sau khoảng 3~5s, P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202.
Như vậy để động cơ 301 hoạt động thì 4 switch 102, 103, 202, 203, báo có.
+ Với vị trí 302 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103 đồng thời P202 P203
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 302 hoạt động đưa P302 vi trí 102
B4: Lái xe đưa xe vào pallet
B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 302 đảo chiều để đưa P301 vị trí 301, công tắc hành trình báo sáng B7: P102, từ vị trí 103 quay về 102, đồng thời P202, từ vị trí 203 quay về 202 Như vậy để động cơ 302 hoạt động thì 4 switch 101, 103, 201, 203, báo có.
+ Với vị trí 201 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103
sau khoảng 3~5s, P101 P102
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 201 hoạt động đưa P201 vi trí 101
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 201 đảo chiều để đưa P201 vị trí 201, công tắc hành trình báo sáng B7: P101, từ vị trí 102 quay về 101,
Sau khoảng 3~5s, P102, từ vị trí 103 quay về 102,
Như vậy để động cơ 201 hoạt động thì 2 switch 102, 103, báo có.
+ Với vị trí 202 hệ thống sẽ hoạt động như sau:
B1: P102 P103
B2: cuộn hút khóa an toàn hút, mở chốt an toàn trong 15s B3: động cơ 302 hoạt động đưa P202 vi trí 102
B4: Lái xe đưa xe vào pallet B5: Ấn nút “Gửi xe”
B6: Động cơ 202 đảo chiều để đưa P201 vị trí 201, công tắc hành trình báo sáng B7: P102, từ vị trí 103 quay về 102.
Như vậy để động cơ 202 hoạt động thì 2 switch 101, 103 báo có.
Trình tự lấy xe, hệ thống hoạt động tương tự như khi gửi xe.
3.3. Thiết bị điều khiển cho hệ thống 3.3.1. Thiết bị điều khiển PLC 3.3.1.1. Giới thiệu chung
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay.
3.3.1.2. Chọn chủng loại PLC
Thiết bị PLC được dùng cho hệ thống:
- Hãng sản xuất: Siemen - Version: S7-200
Thiết bị PLC của hãng Simen đảm bảo tính phổ thông, chất lượng đảm bảo và dễ tìm hàng thay thế.
3.3.1.3. Các thành phần cơ bản của bộ PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống PLC - Bộ xử lý:
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ xử lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra.
- Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự. Đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan). Thời gian vòng quét phụ thuộc vào tầm vóc bộ nhớ, tốc độ của CPU.
Hình 3.2: Chu kỳ một vòng quét
Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó lại bắt đầu lại từ đầu.
- Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý (thường là 5VDC) và cho các mạch điện cho các module còn lại (thường là 24V).
- Thiết bị lập trình:
Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân.
- Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển. Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chuơng trình trong trườ hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm.
- Giao diện vào / ra:
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện, ... Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ, ... Tín hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện như sau:
Hình 3.3: Giao diện vào ra của PLC
Các kênh vào ra đã có chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác.
3.3.1.4. Các tính năng cơ bản của PLC S7-200
- Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp.
- Có nhiều loại CPU.
- Có nhiều Module mở rộng.
- Có thể mở rộng đến 7 Module.
- Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau.
- Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus.
- Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module.
- Không quy định rãnh cắm.
- Phần mềm điều khiển riêng.
- Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module.
- “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp.
3.4. Sơ đồ đấu nối điện cho hệ thống
3.4.1. Sơ đồ bố trí đấu nối chung cho hệ thống
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí đấu nối chung hệ thống
3.4.2. Sơ đồ đấu nối điển hình cho động cơ dịch chuyển ngang
Hình 3.5: Sơ đồ đấu nối cho động cơ dịch chuyển ngang
3.4.3. Sơ đồ đấu nối điển hình cho động cơ nâng
Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối cho động cơ nâng
3.5. Sơ đồ Logic điều khiển cho hệ thống 3.5.1. Sơ đồ logic chung cho toàn hệ thống
Hình 3.7: Sơ đồ logic chung cho toàn hệ thống
R S
3.5.2. Sơ đồ logic điều khiển vị trí điển hình
Hình 3.8: Sơ đồ logic điều khiển tác động vị trí 501
R S
1 sec
3-5 sec DI
15 sec
R S
Hình 3.9: Sơ đồ logic điều khiển lệnh xếp xe vị trí 501
SR
SR
DI3-5 sec
3.6. Kết luận chương 3
Chương trình điều khiển viết cho PLC thực chất là mô tả các mối lên kết giữa các phần tử đã được định nghĩa sẵn trong PLC, mà các mối liên kết đó quyết định chức năng của hệ thống. Do đó việc lập chương trình điều khiển cho PLC là việc sao chép lại sơ đồ logic điều khiển nối dây bằng ngôn ngữ lập trình. Khi viết chương trình cần phải xét đến trình tự xử lý 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 được định nghĩa trong bộ vi xử lý điều đó cho phép dễ dàng lập trình được logic điều khiển tuỳ theo từng ngôn ngữ lệnh chức năng.
Việc kiểm tra chương trình có thể thực hiện gián tiếp thông qua sơ đồ logic và việc chuyển sơ đồ logic thành chương trình rất thuận tiện ít có khả năng sai sót.
Với hệ thống điều khiển PLC thì việc gửi xe và lấy xe là hoàn toàn tự động, người điều khiển chỉ cần chọn vị trí gửi xe thông qua màn hình cảm ứng hoặc nút bấm thì hệ thống sẽ tự động đưa pallet xuống đón xe, và khi lái xe đã ra khỏi xe thì nhấn nút gửi xe thì hệ thống sẽ tự động xếp xe vào vị trí đã trọn, và thời gian gửi và lấy xe cho vị trí xa nhất chỉ mất khoảng 50 giây.
Việc điều khiển bằng hệ thống PLC cũng rất thuận tiện cho việc kết nối với hệ thống phòng cháy chữa cháy cho hệ thống, ta có thể lập trình khi hệ thống báo cháy hoạt động nếu việc gửi xe đang tiến hành thì nó sẽ thực hiện hết chu trình gửi xe rồi hệ thống mới ngừng hoạt động. Vì hệ thống chữa cháy là hệ thống riêng biệt, có thể kết nối với hệ thống chữa cháy, báo cháy của tòa nhà hoặc là hệ thống độc lập chỉ dành riêng cho bãi đỗ xe vì vậy trong thiết kế logic điều khiển này chỉ áp dụng cho phần điều khiển vào ra của xe.
KẾT LUẬN CHUNG
Luận án đã thực hiện đúng theo mục tiêu nghiên cứu đã đề ra.
Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã đạt được như:
1. Đưa ra thiết kế tổng thể phần kết cấu thép của hệ thống ga ra ô tô, tính toán tải trọng của tấm Pallet chiều cao của từng tầng để từ đó làm căn cứ tính toán phần truyền động của hệ thống ga ra ô tô.
Đây là hệ thống ga ra ô tô tự động loại chỉ dùng lắp đặt nổi trên mặt đất lên phần kết cấu thép chính là phần cốt lõi của hệ thống.
2. Đưa ra sơ đồ dẫn động cho phần truyền động của hệ thống, từ đó tính toán thiết kế chi tiết các chi tiết trong phần truyền động:
- Động cơ truyền động - Trục truyền động
- Cơ cấu tang cáp nâng và cáp - Bộ truyền xích
3. Đưa ra quy trình lắp đặt cho toàn bộ hệ thống, áp dụng cho đơn vị giám sát và thi công lắp đặt.
4. Đưa ra thiết kế đấu nối điện cho phần truyền động và điều khiển của hệ thống.
5. Đưa ra nguyên lý và thiết kế logic điều khiển cho hệ thống.
Các kết quả tính toán và thiết kế chi tiết có trong luận án có thể sử dụng để chế tạo trọn bộ sản phẩm ga ra ô tô tự động xếp chỗ kiểu Xếp Hình có 11 vị trí đỗ xe gồm 5 tầng, mỗi tầng có 3 vị trí, và cũng làm cơ sở để tính toán thiết kế các modul khác cùng loại.