Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho bãi gửi xe tự động bằng PLC S71200 có link file mô phỏng cuối bài hoặc liên hệ vào sdt : 0799008541

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BÃI GỬI XE SỬ DỤNG PLC S7 1500 VÀ MÀN HÌNH HMI Sinh viên thực hiện Trần Danh Chính Lớp DHTDHCK13A Mã số sinh viên 1305180456 Giảng viên hướng dẫn TS Thái Hữu Nguyên Nghệ An, 11 2021 1 TRƯỜNG ĐH SPKT VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên Trần Danh Chính Lớp DH TDH CK13A Mã số sinh viên 1305180456 Ngành Công.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

Giảng viên hướng dẫn: TS.Thái Hữu Nguyên

Nghệ An, 11-2021

TRƯỜNG ĐH SPKT VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Trần Danh Chính

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ĐK & TĐH Hệ đào tạo: Chính quy

1 Tên đề tài

Điều khiển và giám sát bãi gửi xe sử dụng PLC S7 – 1500 và màn hình HMI

2 Các dữ liệu ban đầu

- Công nghệ điều khiển: Bãi gửi xe

- PLC S7-1500 (chi tiết: sinh viên tra catalogue);

- HMI: KTP 7 basic (chi tiết: sinh viên tra catalogue);

- Phần mềm TIA

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

3.1 Các phần chính của bản thuyết minh đề tài đồ án/ tiểu luận tốt nghiệp

- Lời nói đầu;

- Các chương nội dung chính: 1,2,3;

- Kết luận và hướng phát triển của đề tài;

- Phụ lục;

- Tài liệu tham khảo

3.2 Đề cương của các chương

- Chương 1: Giới thiệu chung về bãi gửi xe

- Chương 2: Thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển giám sát bãi gửi xe

- Chương 3: Mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm TIA

- Kết luận và hướng phát triển của đề tài

- Phụ lục: PLC S7-1500 và HMI

- Tài liệu tham khảo

4 Giáo viên hướng dẫn

1) TS Thái Hữu Nguyên

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp (giao đề tài trước ngày 0/9/2021)

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP/TIỂU LUẬN TỐT

NGHIỆP

(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Tên giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

Tên đồ án:

Nhận xét về nội dung và trình bày của Đồ án:

Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Nghệ An, ngày: … / … / 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP/TIỂU LUẬN TỐT

NGHIỆP

(Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Tên đồ án:

Nhận xét về nội dung và trình bày của Đồ án (Về nội dung: nhận xét về phương pháp nghiên cứu, mục tiêu, các kết quả đạt được, chưa đạt được…; Về hình thức trình bày của đồ án: các chương mục đã hợp lý chưa? Lỗi chính tả,…)

Nhận xét khác

Nghệ An, ngày: … / … / 20 …

Người nhận xét

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiệnđại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội Tự động hóa cao songsong với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động,nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sốngcủa con người Cùng với tiến trình đo thị hóa là sự tăng lên mạnh mẽ dân cư tại cácthành phố lớn Theo đó áp lực về giao thông đè nặng lên cơ sở hạ tầng hiện có Mộtyêu cầu bức thiết đặt ra chính là việc đi tìm câu trả lời cho bài toán ùn tắc và bài toán

về đỗ xe Hiện tại ở Việt Nam ta đã thấy sự xuất hiện của các bãi đỗ xe tự động tuyvậy khác hạn chế và mới mẻ Là một sinh viên nghành Tự Động Hóa mỗi sinh viênchúng ta đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động

hóa điện năng và truyền động điện tự động.Em đã được thiết kế đề tài “ Điều khiển và giám sát bãi gửi xe sử dụng PLC S7 – 1500 và màn hình HMI ”

Trong suốt thời gian làm đồ án với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trongkhoa Điện- Trường SPKT Vinh và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô Ngô Thị

Lê đã giúp đỡ em rất nhiều để có thể hoàn thành bản đồ án này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Danh Chính , mã số sinh viên: 1305180456, sinh viên lớpDHTDHCK13A , khóa 13 Người hướng dẫn là Ts Thái Hữu Nguyên Tôi xin cam

đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong đồ án “Điều khiển và giám sát bãi gửi xe

sử dụng PLC S7 – 1500 và màn hình HMI” là kết quả quá trình tìm hiểu và nghiên

cứu của tôi Các dữ liệu được nêu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúngkết quả đo đạc thực tế Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữu trítuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm vớinhững nội dung được viết trong đồ án này

Nghệ An, ngày … tháng … năm 2021

Người cam đoan

Trần Danh Chính

MỤC LỤC

1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu chung về bãi gửi xe

+ Giới thiệu tổng quan về công nghiệp bãi giữ xe tự động

+ Ưu nhược điểm của bãi giữ xe ô tô tự động

+ Lựa chọn phương án thiết kế mô hình

Chương 2: Thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển giám sát bãi gửi xe

+ Giới thiệu chung về phần mềm TIA PORTAL

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÃI GỬI XE

1.1 Giới thiệu tổng quan về công nghệ bãi giữ xe tự động.

1.1.1 Lịch sự phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi giữ xe tự động

Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo đó là nhu cầu

nâng cao chất lượng đời sống được tăng cao Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất

là xe ô tô ở các nước phát triển, nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít Trướctình hình đó, hệ thống bãi đỗ xe dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe

ra bãi đỗ là phương án kết hợp đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuấthiện từ Mỹ năm 1918 sau đó lan truyền nhanh chóng sang châu Âu Mãi đến năm

1982, hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự động hoàn toàn không người lái xe được phát minhđầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật Bản phát triển công nghệ này và ứng dụng rộng rãi

từ năm 1985 Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này,trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có số lượngbãi đỗ xe ô tô tự động nhiều nhất trên thế giới

Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ô tô tự động mang lại như giải quyết được vấn

đề tiếng ồn và ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm không gian, khắc phục được tìnhtrạng mất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi xe… nhờ hệ thốnghoàn toàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương ángiải quyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên thế giới hiện nay

Ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh vềkinh tế, sự đô thị hóa, đời sống nhân dân được nâng cao nên các công trình, tòa nhàvăn phòng, trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị… ngày càng nhiều Nhucầu gửi xe ô tô là không nhỏ Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất của các thành phố ở ViệtNam dành cho việc xây dựng các bãi đỗ xe là có hạn Nhiều chủ phương tiện không cónơi đỗ xe đành đỗ xe trên các con đường gây tình trạng tắc nghẽn giao thông Vì vậy,cần có những công trình vừa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người vừa giải quyếtđược nơi đỗ xe cho họ Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiềuphương án giải quyết Và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyếtvấn đề đó

3

Hình 1.1: Công nghệ bãi đỗ xe truyền thống 1.1.2 Ưu, nhược điểm của bãi giữ xe oto tự động

* Ưu điểm :

- Giải quyết được bài toán nan giải hiện nay là có nơi đỗ xe cho ô tô nên phần nào tránh được hiện tượng ùn tắc giao thông tại các thành phố lớn ở nước

ta cũng như các nước trên thế giới.

- Tiết kiệm diện tích: cùng một diện tích đất, thay vì chỉ để được 1 chiếc xe nay có thể để được nhiều chiếc bằng cách ta xây những tầng hầm hay xây cao tầng Tạo ra kết cấu thành những ô tiêu chuẩn do đó để được nhiều xe hơn Quá trình để xe vào hệ thống hoàn toàn tự động.

* Nhược điểm :

- Việc sử hệ thống đỗ xe nói chung đôi khi có thể gây ra tiếng ồn và rung vậy nên đối với các hệ thống tự động đặt trong các công trình nhà ở, bệnh viện, việc tính toán các thiết bị cách âm và chống rung là rất cần thiết.

- Đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị thì việc mọi người

ồ ạt đến gửi xe trong khoảng thời gian ngắn trước giờ làm việc, giờ khai mạc, ồ

người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lấy được xe Do đó với các công trình

có đặc điểm này, nếu muốn lắp đặt hệ thống bán tự động thì phải có nhiều cửa

ra, vào khác nhau với nhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe.

1.2 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình

1.2.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy

Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thangmáy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí

đỗ xe

Đặc điểm đỗ xe tự động dùng thang máy:

– Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bêntrong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng

– Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thời gian lấy

5

Hình 1.3 : Hệ thống đỗ xe tại động dạng xếp hình

Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột

để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)

- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất

•- Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích

đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tếcho phép

•- Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự,gia đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm

Hình 1.4 : Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng

1.2.4 Đỗ xe tự động hệ thống cycle parking

Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp,tốc độ thang nâng 20-40m/p, tốc độ di chuyển ngang 20-30m/p Số lượng xe tối ưu của

hệ thống: 6-38 xe Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

Hệ thống đỗ xe tự động này rất phù hợp cho các công trình tòa nhà có qui mô đỗ xenhỏ Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài

Hình 1.5 : Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống cycle parking

7

1.2.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang

Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng ngang rất phù hợp cho các công trình tòa nhà

có qui mô đỗ xe nhỏ Hình dạng khu đất thường là hình gần vuông với hai cạnh gầnbằng nhau

Hình 1.6 : Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang

1.2.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe

Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng Có thể là tháp độc lập hoặcnằm bên trong tòa nhà, 70 xe có thể đổ trên diện tích 7.3 m x 6.4 m = 46.7 m2, chiềucao tháp tương ứng 75m, 35 tầng (hoặc xếp dọc 3,6 m x 17 m = 61.2 m2) Tốc độ tiêuchuẩn 90 m/ph, tối đa có thể đạt 140m/p, vận hành êm và an toàn Điều khiển đơn giảnvới màn hình cảm ứng (Touch screen)

Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng, nhưngtùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe.Nhưng thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe Số lượng xe tối ưu là

70 xe

Hình 1.7 : Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống tháp xe

1.2.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển

Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển:

- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi

- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyểnnên rất nhanh hỏng, phải đầu tư chi phí bảo dưỡng & thay thế thường xuyên, thời gianlấy xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào

- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe

Hệ thống sàn bê tông dùng robot:

- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng

9

- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợpvới loại xe số tự động.

- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nênrất khó thi công

- Loại robot nâng 4 bánh xe vừa được nghiên cứu tại Koreanhưng hiện nay mớitrong giai đoạn thử nghiệm nên chưa được sử dụng phổ biến ở Korea

Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:

- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đưa robot vào vị trí nêngiảm thời gian nhận và trả xe

- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông

- Phải bảo dưỡng kết cấu thép định kỳ

Hình 1.8 : Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển

1.3 Thuật toán hệ thống

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN GIÁM SÁT BÃI GỬI XE

2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế chương trình điều khiển TIA PORTAL2.1.1 Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL

TIA Portal – cái tên rất quen thuộc trong lĩnh vực tự động hóa Đúng như tên gọi TIA Portal: Total Intergrated Automation Portal, là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả cácphần mềm cấu hình, lập trình cho các hệ tự động hóa và truyền động điện: PLC, HMI, Inverter của Siemens

Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở

dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất

cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi

sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal

Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đềuđược lập trình, cấu hình trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Ví dụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả’ một biến của trong chương trình điều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kết nốigiữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm.Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-

1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step 7 V15 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic Step 7 V11 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal

Phần mềm mới Simatic WinCC V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng đểcấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA)

2.1.2 Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows,phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC.

Hình 2.1 : Giao diện chính của phần mềm

Để tạo một project mới ta thực hiện theo các bước sau: Từ giao diện chính củaphần mềm (hình 1.9), chọn Start / Create new project / Create / Create a PLCprogram / Main Lúc này vùng soạn thảo chương trình dưới dạng Ladder hiện ra (hình1.10)

Hình 2.2: Giao diện soạn thảo chính

Các thanh công cụ thường dùng:

13

* Các phần tử lập trình thường dùng:

Các lệnh logic:

Các lệnh timers:

Các lệnh Counter:

Các lệnh so sánh:

Các lệnh toán học:

15

Các lệnh chuyển đổi:

Các lệnh di chuyển:

* Nạp chương trình xuống PLC

Để nạp chương trình xuống PLC chúng ta thực hiện các bước sau: Thiết lập PLC:

Từ giao diện soạn thảo chính chọn Add new device / chọn loại PLC Sau đó chọnonline access để lấy địa chỉ IP để kết nối PLC với máy tính

Chọn PLC ở chế độ STOP bằng cách từ menu chính chọn Online / STOP (hinh1.11) hoặc click trái chuột lên biểu tượng trên thanh công cụ Lúc này trên giaodiện xuất hiện hộp thoại thông báo xác nhận việc chọn PLC ở chế STOP, chọn yes

Từ menu chính chọn Online / download to device hoặc click trái chuột lên biểutượng từ thanh công cụ để nạp chương trình xuống PLC

Hình 2.3 : Tạm dừng hoạt động của PLC

* Giao tiếp giữa máy tính và PLC

Do PLC có hỗ trợ sẳn dây cáp nối với máy tính nên ta chỉ cần nối PLC với máytính PC qua dây cáp:

17

Hình 2.4 : Sơ đồ kết nối PLC với máy tính

2.2 Thuật toán và chương trình điều khiển

2.2.1 Thuật toán của hệ thống

Hình 2.5 : Thuật toán hệ thống

2.2.2 PLC Tags

19

2.2.3 Chương trình điều khiển

Network 1 : Khởi động hệ thống

Network 2 : Cảm biến tác động xe vào sẽ tăng lên 1 đơn vị

Cảm biến tác động xe ra giảm đi 1 đơn vi

Network 3 : Khi có xe vao, ra thi thanh chán sẽ hoạt động sau 5s sẽ tự đóng

21

Network 4 : Nếu số lượng xe bằng 20 thì đèn báo đủ số lượng xe

Network 5 : Reset hệ thống

23

Network 6 : Gọi chương trình con

Network 7 : Mô phỏng xe vào và xe ra

FC1 : Simulation

Network 1 : Tạo xung Clock cho đầu vào counter

25

Network 2 : Lấy đầu vào xung để tác giá trị counter mô phỏng chuyển động

Network 3 : So sánh giá trinh di chuyển để tác động cảm biến

Network 4 : Tạo giá trị chuyển động cho xe đi ra

27