THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG

Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại đất nước lĩnh vực khoa học kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong đó lĩnh vực Điện –Tự Động Hóa đã góp phần rất đáng kể từ những thiết bị dân dụng đến các dây chuyền công nghệ tự động hóa nhằm nâng cao năng suất giảm bớt lao động chân tay, vốn đã lạc hậu khi đất nước ta đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới. Lĩnh vực tự động hóa đã đi vào hầu hết các nhà máy xí nghiệp thay thế dần những máy móc lạc hậu, thay thế con người làm việc trong những lĩnh vực nguy hiểm. Đặc biệt hơn nữa với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang đến nhiều lợi ích to lớn và thiết thực hơn. Kết hợp với tự động hóa giúp con người điều khiển và giám sát được các quá trình công nghệ tham gia trực tiếp điều khiển đối tượng, không những trong phạm vi thu nhỏ mà trên cả diện rộng. Góp phần làm giảm chi phí sản suất, quản lý sản xuất dễ dàng, theo dõi quá trình đơn giản nâng cao năng suất lao động, hiệu quả sản xuất . Với những ứng dụng thiết thực như vậy nên em đã chọn đề tài “Ứng dụng PLC S7300 điều khiển hệ thống rửa xe tự động”. Đề tài này là cơ hội áp dụng những kiến thức cơ sở từ trong nhà trường

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300

Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7-300

➢ PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:

- CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-

- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374

- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A

- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365

Các module được lắp đặt trên thanh ray, tối đa 8 module SM/FM/CP bên phải CPU, tạo thành một rack và kết nối qua bus connector ở mặt sau Mỗi module được đánh số slot từ trái sang phải, với module nguồn ở slot 1, module CPU ở slot 2, và module kế tiếp ở slot 4.

Hình 1.1.Các modul gá trên thanh rack

Khi có nhiều module, cần bố trí thành nhiều rack, ngoại trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ sử dụng một rack CPU được đặt ở rack 0, slot 2, tiếp theo là module phát IM360 ở slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3 Mỗi rack này sẽ có module kết nối thu IM361, và bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP Cáp nối giữa hai module IM có chiều dài tối đa 10m Các module được đánh số theo slot, từ đó làm cơ sở để đặt địa chỉ cho các module ngõ vào ra tín hiệu Đối với các CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2, có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module.

Hình 1.2.Cách bố trí nhiều modul mở rộng

Mỗi địa chỉ trong hệ thống tương ứng với một byte, trong đó các module số có địa chỉ ngõ vào hoặc ra được ký hiệu là x.y, với x là địa chỉ byte và y có giá trị từ 0 đến 7 Chẳng hạn, module SM321 DI 32 có 32 ngõ vào được kết nối với CPU tại slot 4, với các địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y, I3.y, trong đó I biểu thị cho ngõ vào số Đối với module analog, địa chỉ được xác định theo word; ví dụ, module SM332 AO4 có 4 ngõ ra analog được gắn ở slot tương ứng.

5 rack 1 có địa chỉ PQW400, PQW402, PQW404, PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q

- CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7,I125.0, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5

- CPU 313C: 24 DI I124.0 126.7, 16DO Q124.0 125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752 761, hai ngõ ra AO 752 755

- CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 …Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128

PS: Modul nguồn nuôi có 3 loại là 2A ,5A và 10A

Hình 1.3 Cách bố trí vị trí modul nguồn

Các module CPU khác nhau về hình dạng chức năng và tốc độ xử lý lệnh Các loại 312IFM và 314IFM không có thẻ nhớ, trong khi loại 312IFM và 313 không có pin nuôi Các module 315-2DP, 316-2DP và 318-2 được trang bị cổng truyền thông DP Các đèn báo trên các module này có ý nghĩa cụ thể.

STT Kí hiệu Màu Ý nghĩa

1 SF Đỏ Lỗi phần cứng hay mềm

2 BATF Đỏ Lỗi pin nuôi

3 DC5V Xanh Nguồn 5V bình thường

4 FRCE Vàng Force request tích cực

5 RUN Xanh CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w 1 Hz; mode

6 STOP Vàng CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED chớp khi memory reset request

7 BUSF Đỏ Lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS

Bảng 1.1.Bảng ý nghĩa đèn báo trên CPU

➢ Khóa mode có 4 vị trí:

- RUN-P chế độ lập trình và chạy

- RUN chế độ chạy chương trình

- STOP ngừng chạy chương trình

➢ Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình từ PLC chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU

Pin nuôi giúp duy trì chương trình và dữ liệu khi mất nguồn trong tối đa 1 năm, đồng thời cũng cung cấp năng lượng cho đồng hồ thời gian thực Đối với các loại CPU không có pin nuôi, vẫn có một phần vùng nhớ được duy trì.

Cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) cho phép kết nối giữa máy tính lập trình, màn hình OP và các PLC có cổng MPI như S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx, S7-200, với tốc độ truyền đạt lên đến 187.5 kbps (12 Mbps với CPU 318-2 và 10.2 kbps với S7-200) Ngoài ra, cổng Profibus-DP kết nối các thiết bị trong mạng Profibus với tốc độ truyền tối đa lên đến 12 Mbps.

1.1.4.Các vùng nhớ của PLC

Vùng nhớ chương trình (load memory) lưu trữ chương trình người dùng, không bao gồm địa chỉ ký hiệu và chú thích, và có thể là RAM, EEPROM trong CPU hoặc trên thẻ nhớ.

Vùng nhớ làm việc (working memory) giống như RAM, lưu trữ các chương trình được chuyển từ vùng nhớ chương trình Chỉ những phần cần thiết của chương trình mới được chuyển qua, trong khi các phần không cần thiết như block header và data block sẽ ở lại trong vùng nhớ chương trình.

- Vùng nhớ hệ thống (system memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập…

Trên các CPU 312IFM và 314 IFM, vùng nhớ chương trình sử dụng RAM và EEPROM, trong khi các CPU khác có pin nuôi và sử dụng RAM cùng thẻ nhớ Khi mất nguồn hoặc ở chế độ MRES (reset bộ nhớ), RAM sẽ bị xóa Tuy nhiên, một số vùng nhớ của RAM như timer, counter, vùng nhớ M và khối dữ liệu có thể được khai báo là lưu giữ (retentive) thông qua phần mềm S7, cho phép chuyển các vùng này sang bộ nhớ lưu giữ (NVRAM non-volatile) mà không cần pin nuôi, kích thước cụ thể phụ thuộc vào loại CPU.

Thông số CPU 312IFM CPU 313 CPU 314 CPU 314IFM

Vận tốc 0.7ms/1000 lệnh nhị phân

Bảng 1.2.Các thông số của CPU

Hình 1.5.Cấu tạo modul IM

Module IM360 được lắp ở rack 0 gần CPU để kết nối với module IM361 ở các rack 1, 2, 3, cho phép mở rộng số lượng module vượt quá tám Cáp kết nối giữa các rack sử dụng loại 368.

➢ Trong trường hợp chỉ có hai rack, ta dùng loại IM365

Module analog có nhiều ngõ vào, cho phép đo điện áp, dòng điện, điện trở ba dây, bốn dây và nhiệt độ với nhiều tầm đo, độ phân giải và thời gian chuyển đổi khác nhau Thông số hoạt động của module được cài đặt thông qua phần mềm S7- Simatic 300 Station – Hardware hoặc bằng chương trình người dùng sử dụng các hàm SFC 55, 56, 57 Kết quả chuyển đổi được thể hiện dưới dạng số nhị phân phụ hai, trong đó bit MSB là bit dấu.

SM331 AI 2*12 là module chuyển đổi hai kênh vi sai áp hoặc dòng, hoặc một kênh điện trở 2/3/4 dây Sản phẩm sử dụng phương pháp tích phân với thời gian chuyển đổi từ 5ms đến 100ms và độ phân giải 9, 12, 14 bit + dấu Các tầm đo của module bao gồm: ±80 mV và ±250 mV.

 500 mV; 1000 mV;  2.5 V;  5 V;1 5 V;  10 V;  3.2 mA;  10 mA;  20 được cài sẵn trên module, kết hợp với đặt vị trí của module tầm đo (bốn vị trí A, B,

C, D) nếu không cần thay đổi thì có thể sử dụng ngay

Hình 1.6.Các thông số của SM331 2*12 bit

- SM331, AI 8*12bit , 8 kênh vi sai chia làm hai nhóm, độ phân giải 9 (12,14 ) bit

- SM331, AI 8*16bit , 8 kênh vi sai chia làm 2 nhóm , độ phân giải 15 bit + dấu 1.1.5.5.Module Analog Out

➢ Cung cấp áp hay dòng phụ thuộc số nhị phân phụ hai

- SM332 AO 4*12 bit: 4 ngõ ra dòng hay áp độ phân giải 12 bit, thời gian chuyển đổi 0.8 ms

Hình 1.7.Các thông số của SM332 8*12 bit

- FM351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị

- FM352: bộ điều khiển cam điện tử

- FM355: bộ điều khiển hệ kín

- FM350-1 : đếm xung một kênh

- FM350-2 : đếm xung tám kênh

Kỹ thuật lập trình

Chương trình người dùng thường được chia thành các khối theo kiểu chương trình cấu trúc, điều này giúp việc lập trình và sửa lỗi trở nên thuận tiện hơn Có nhiều loại khối logic khác nhau.

- Khối tổ chức OB (Organization blocks)

- Khối hàm hệ thống SFB (System function blocks) và hàm hệ thống SFC (System function( tích hợp trong PLC)

- Khối hàm FB ( Function Blocks) trong thư viện hay người dùng tự viết

- Khối hàm FC ( Functions) trong thư viện hay người dùng tự viết

- Khối hàm dữ liệu Instance (Instance Data Blocks) liên kết với FB/SFB

- Khối dữ liệu chia sẻ (Shared Data Blocks)

1.2.1.Kỹ thuật lập trình tuyến tính

Kỹ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp mà toàn bộ ứng dụng được tổ chức trong một khối OB1, mang lại sự gọn gàng và hiệu quả Phương pháp này rất thích hợp cho các bài toán điều khiển đơn giản với ít nhiệm vụ.

Toàn bộ chương trình điều khiển trong khối OB1 hầu như luôn được lưu trữ trong vùng nhớ Work memory, trừ khi hệ thống xử lý các tín hiệu báo ngắt Ngoài khối OB1, vùng Work memory còn bao gồm miền nhớ địa phương cấp phát cho OB1 và các khối DB mà OB1 sử dụng.

Chuyển OB1 từ Load memory vào Work memory và cấp phát local block cho nó

Xóa OB1 và giải phóng local block trong Work memory

Thực hiện OB1 trong Work memory

1.2.2.Lập trình có cấu trúc

Lập trình có cấu trúc là kỹ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chương trình FC hoặc FB, mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong bài toán điều khiển Tất cả các khối chương trình này được quản lý thống nhất bởi khối OB1, nơi chứa các lệnh gọi các khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển.

Một nhiệm vụ điều khiển con có thể được chia thành nhiều nhiệm vụ nhỏ hơn, cho phép một khối chương trình con gọi từ một khối chương trình con khác Tuy nhiên, cần tránh việc một khối chương trình con gọi chính nó Hơn nữa, do hạn chế về ngăn xếp của các module CPU, việc tổ chức các chương trình con gọi lồng nhau không được vượt quá số lần mà module CPU cho phép.

Khối mẹ và khối con liên kết thông qua việc trao đổi giá trị, trong đó khối mẹ cung cấp các tham trị đầu vào cho khối con để thực hiện nhiệm vụ Sau khi hoàn thành, khối con trả lại kết quả cho khối mẹ bằng các tham trị đầu ra Hệ điều hành của CPU quản lý việc truyền tham trị qua local block của từng khối con.

Chuyển FC10 vào Work memory, cấp phát local block và gán tham trị từ OB1

Trả tham trị về OB1 Xóa FC10 và local block trong Work memory

➢ Như vậy, khi thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ:

- Chuyển khối con được gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory

- Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local block Cấu trúc local block được quy định khi soạn thảo các khối

- Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block

Sau khi khối con hoàn thành nhiệm vụ và ghi kết quả vào biến OUT, IN-OUT của local block, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block khỏi vùng bộ nhớ làm việc.

Nghiên cứu hệ thống rửa xe tự động

Đặt vấn đề

Ngày nay, kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, quản lý và công nghệ thông tin Việc nắm bắt và ứng dụng hiệu quả các công nghệ này là cần thiết để phát triển nền khoa học kỹ thuật Qua thực tập tại các nhà máy ô tô và trung tâm bảo dưỡng, chúng tôi nhận thấy dịch vụ rửa xe tại Việt Nam đang phát triển, nhưng chưa được tự động hóa hoàn toàn, dẫn đến việc tốn thời gian và nhân công Cơ sở hạ tầng giao thông chưa hoàn thiện, đặc biệt vào mùa mưa, khiến các trạm rửa xe quá tải và chất lượng dịch vụ không đảm bảo Tại Hà Nội, chỉ có khoảng 5-6 trạm rửa xe tự động, nhưng chúng chỉ tự động hóa một phần quy trình và không phù hợp với nhu cầu địa phương Từ thực tế và kiến thức đã học, chúng tôi đã phát triển ý tưởng xây dựng một hệ thống rửa xe tự động hoàn toàn, nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ Mô hình này đã giải quyết được các yêu cầu về giảm chi phí và thời gian, đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ rửa xe, với hy vọng sẽ được áp dụng thực tế để đáp ứng nhu cầu rửa xe tại Việt Nam và góp phần phát triển lĩnh vực điều khiển tự động hóa.

CÔNG NGHỆ RỬA XE HIỆN NAY

Trong bối cảnh hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ nhanh chóng và tiện lợi ngày càng gia tăng Tại Việt Nam, số lượng ô tô đã đạt 110.520 chiếc vào năm 2013, theo báo cáo của Hiệp hội ô tô Việt Nam (VAMA) Dự kiến, trong năm 2014, lượng xe tiêu thụ sẽ tăng 9%, đạt khoảng 120.000 chiếc.

Với hệ thống giao thông chưa hoàn thiện, xe ô tô tại Việt Nam thường xuyên bị bám bụi bẩn, dẫn đến nhu cầu rửa xe ngày càng tăng Đặc biệt, với khí hậu có mùa mưa và mùa khô kéo dài, việc rửa xe trở nên thực sự cần thiết trong những thời điểm này.

Dịch vụ "rửa xe ô tô" là một phần quan trọng trong các nước phát triển, nhưng ở các nước đang phát triển như Việt Nam, dịch vụ này vẫn chưa phổ biến Tuy nhiên, với xu hướng hội nhập và phát triển hiện nay, dịch vụ rửa xe ô tô dự kiến sẽ trở thành một nhu cầu thiết yếu trong tương lai gần.

Công nghệ rửa xe ô tô có thể được chia làm 4 giai đoạn như sau:

- Phun nước áp suất cao để loại bỏ bớt bụi và đất bám.( để tránh xe bị sước khi lau)

- Phun bọt và chất tẩy

- Lau xe bằng hệ thống chổi lau

2.2.2.Các phương pháp rửa xe hiện tại Ở Việt Nam hiện tại có 3 phương pháp rửa xe chủ yếu đó là thủ công, tự động và bán tự động

Phun nước Ở Việt Nam thì dịch vụ rửa xe bằng phương pháp thủ công chiếm tỷ lệ đa số Phương pháp này tồn tại rất nhiều nhược điểm:

- Giá cả khá cao: 50.000đ/1 xe

- Tốn sức lao động,mất nhiều thời gian chờ đợi

- Chất lượng phụ thuộc vào nhân viên rửa xe

- Các vấn đề khác như môi trường… chưa được giải quyết

Các phương pháp rửa xe tại

Vốn đầu tư thấp, máy móc đơn giản cần nhiều nhiều nhân công Nhưng năng suất thấp.Hệ thống này chiếm tỷ lệ lớn

Vốn đầu tư tương đối cao, tiết kiệm thời gian, con người nhưng chưa tuyệt đối Năng suất tương đối cao Hệ thống này chiếm tỷ lệ nhỏ

Vốn đầu tư lớn, thay thế hoàn toàn con người, tiết kiệm thời gian.Năng suất cao.Hệ thống này chiếm tỷ lệ rất ít

Hình 2.1 Người lao động bảo dưỡng xe bằng máy móc

Hệ thống rửa xe ô tô tự động

2.3.1.Ý tưởng xây dựng hệ thống

Trạm rửa xe tự động giải quyết vấn đề dịch vụ rửa xe tại Việt Nam Hệ thống ra đời sẽ giải quyết được các yêu cầu sau:

- Chất lượng dịch vụ rửa xe

- Các vấn đề về môi trường như xử lý nước thải,…

Tại Việt Nam, ô tô loại nhỏ từ 5-7 chỗ đang chiếm ưu thế lớn trong thị trường Đến năm 2013, doanh số xe hơi đã gấp khoảng 3 lần so với xe tải Các loại xe có kích thước rộng và cao dưới 2m cũng chiếm tỷ lệ đáng kể.

Công nghệ rửa xe tải cho công trường thường được thực hiện theo hai hình thức chính: thủ công hoặc bán tự động, tùy thuộc vào yêu cầu công việc Bài viết này sẽ tập trung vào các loại xe con 4 chỗ.

7 chỗ( loại xe chiếm thị phần lớn)

Hình 2.2 Kích thước xe 5 chỗ

2.3.2 Công nghệ rửa xe tự động

Dựa trên các giai đoạn rửa xe có thể chia hệ thống rửa xe thành 4 phần nhỏ:

- Hệ thống nước(phun nước, chất tẩy, có thể là xử lý nước)

- Hệ thống băng tải di chuyển xe

2.3.2.1 Thiết kế kích thước nhà xưởng

Dựa vào kích thước của xe5 chỗ ta có thể thiết kế nhà xưởng như hình vẽ:

Hình 2.3 Kích thước nhà xưởng

- Cảm biến quang được đặt cách mặt đất: 20 cm

- Bơm cao áp và bơm nước thường được đặt trong tủ điện 2 bên

Bài viết mô tả hệ thống phun nước với 8 béc phun được lắp đặt ở hai bên xe, cách mặt đất 0,8m, và béc phun dưới gầm xe được đặt sát mặt đất Thêm vào đó, còn có 4 béc phun phía trên nóc xe, được gắn chặt với trần của xưởng.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống rửa xe bắt đầu khi hai cảm biến nhận diện xe vào xưởng, kích hoạt bốn bơm nước để tiến hành rửa Ba bơm cao áp sẽ làm sạch phần dưới và hai bên xe, nơi bám nhiều bẩn nhất Sau một thời gian, van điện từ sẽ khóa bể nước và chuyển sang chế độ phun chất tẩy rửa, trước khi xe chuyển sang giai đoạn tiếp theo.

Hình 2.5.Sơ đồ bơm nước

➢ Tính chọn các thiết bị cho hệ thống bơm nước

Tính toán đường kính đường ống nhỏ từ điểm cút tới 3 đầu phun

• V: Vận tốc nước m/s Ở đây ta chọn theo tiêu chuẩn nước dùng cho mọi nhu cầu sinh hoạt với V=1,2 m/s

Theo khảo sát thực tế thì áp suất thực tế tại đầu phun Pa0 bar, lưu lượng nước là Q (l/p) = 0,25 l/s

Do đó ta có đường kính ống nước là:

➢ Tính toán đường kính đường ống chính từ bể chứa tới cút nối

Theo công thức ở phần 1 ta có đường kính của ống là

Do đó chọn ống DN28

➢ Tính chọn công suất động cơ bơm nước

Công suất điện của động cơ :

- Pbơm: Công suất điện của động cơ.(W)

- Pa: Áp suất đường ống.(Pa)

- Q: Lưu lượng nước đường ống.(l/s)

- η: Hiệu suất sử dụng của động cơ (η= 0,65÷0,9) Đổi Pa0 bar0.10 5 (Pa)

0 3611(W) = 3,6 (kW) Để chọn động cơ thực tế ta nhân với hệ số dự trữ 1,4

Do đó công suất của động cơ bơm nước là: Pbom tt =3,6.1,4≈ 5kW

Hệ thống chổi lau có nhiệm vụ làm sạch các vết bẩn trên xe, bao gồm bánh xe, cửa kính, mui xe và phần phía sau Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần bố trí các chổi lau theo sơ đồ đã được chỉ định.

- Hai chổi lau phía trước C1,C2 xe làm bằng loại mút không thấm nước

- Hai chổi lau lốp L1,L2 hai bên được làm bằng sợi nhựa cứng

- Một chổi lau phía trên T1 được làm bằng loại mút không thấm nước như 2 chổi lau C1 và C2

- Hai chổi lau phía trước C1,C2 xe làm bằng loại mút không thấm nước

Hình 2.6.Kích thước 2 chổi lau phía trên

➢ Hai chổi lau sẽ được điểu khiển vào ra bởi 2 động cơ di chuyển từ vị trí 1 vào vị trí

2 gặp biến thì sẽ quay trở về vị trí 1

Hình 2.7 Sơ đồ cảm biến điều khiển hành trình chổi lau C1,C2

➢ Cảm biến sẽ sử dụng để điểu khiển chổi lau là cảm biến tiệm cận điện cảm

Hình2.8 Cảm biến tiệm cận điện cảm

➢ Hai chổi lau lốp L1,L2 hai bên được làm bằng sợi nhựa cứng

Hình2.9 Kích thước chổi lau lốp

➢ Để điều khiển chổi lai lốp chúng ta sẽ sử dụng hệ thống cảm biến quang Q1,

Hình 2.10.Sơ đồ bố trí cảm biến quang Q1,Q2,Q3

Cảm biến Q1 được lắp đặt ở vị trí cao nhất để phát hiện phần lốp phía trên, trong khi hai cảm biến Q2 và Q3 được đặt thấp hơn gầm xe, chỉ có khả năng nhận diện lốp mà không bắt được phần thân xe Ba cảm biến này sẽ xác định chính xác vị trí của lốp Khi cảm biến nhận diện lốp, hai động cơ sẽ kích hoạt chổi lau lốp để thực hiện quá trình rửa lốp xe.

Hình 2.11 Kích thước chổi lau phía trên T1

Chổi lau T1 được thiết kế để hạ xuống khi xe đi vào, giúp lau sạch mui xe, nóc xe và mui sau xe Để đảm bảo chổi lau không va chạm với xe, một cảm biến quang được sử dụng để xác định vị trí của chổi lau so với thân xe Hệ thống sử dụng động cơ để điều khiển việc nâng hạ chổi lau một cách chính xác.

Xe di chuyển vào chổi lau xe, và khi cảm biến quang phát hiện phần thân xe, động cơ sẽ nâng chổi lau lên cho đến khi không còn gặp thân xe nữa Quá trình này tiếp tục cho đến khi cảm biến lốp nhận diện lốp sau của xe Nếu cảm biến không gặp thân xe, động cơ sẽ hạ chổi lau xuống cho đến khi gặp lại thân xe thì dừng lại.

Ngoài ra hệ thống còn sử dụng

- 2 động cơ điều khiển chổi lau lốp

- 1 động cơ điều khiển chổi lau T1

- 2 động cơ chổi lau lốp L1,L2

- 1 động cơ điều khiển chổi lau T1

- 1 động cơ điều khiển hành trình của 2 chổi lau C1, C2

- 3 động cơ bơm nước từ phía trên xuống và 2 bên trong quá trình lau

Thuyết minh hoạt động của hệ thống

Quá trình hoạt động của hệ thống lau xe sẽ chia làm 4 giai đoạn:

Trong giai đoạn 1, xe di chuyển đến vị trí của cảm biến quang Q1 Hai chổi lau C1 và C2 quay quanh trục và tiến gần đến cảm biến tiệm cận A1 để thực hiện quá trình lau phía trước xe Đồng thời, hai động cơ đẩy chổi lau L1 và L2 quay để lau hai lốp phía trước Lúc này, chổi lau T1 cũng quay và được động cơ hạ xuống để lau phần mui xe.

Trong giai đoạn 2, hai chổi lau C1 và C2 di chuyển vào giữa và gặp cảm biến A1, sau đó chúng di chuyển ngược trở lại Khi gặp cảm biến tiệm cận A2, chúng dừng lại và quay tại chỗ.

2 động cơ điều khiển chổi lau lốp L1, L2 thu lại, động cơ điều khiển chổi lau phía trên T1 cũng thu lại nâng chổi lau T1 lên

Trong giai đoạn 3, khi chổi lau T1 nâng lên và gặp cảm biến tiệm cận A3, xe sẽ tiếp tục di chuyển Trong quá trình di chuyển, hai chổi lau bên quay để làm sạch hai bên hông xe, trong khi chổi lau T1 quay để làm sạch phần nóc xe Khi xe gặp cảm biến quang Q2, xe sẽ dừng lại Lúc này, chổi lau lốp L1 và L2 được đưa ra để lau hai lốp phía sau, và chổi lau T1 được hạ xuống để làm sạch phần đuôi sau xe.

- Giai đoạn 4: Sau một khoảng thời gian thì chổi lau lốp L1, L2 trở về vị trí, chổi lau

Khi T1 chạm vào cảm biến tiệm cận A3, xe sẽ tiếp tục di chuyển và các chổi lau L1, L2 sẽ ngừng hoạt động Khi xe gặp cảm biến quang Q3, xe dừng lại và hai chổi lau C1, C2 sẽ di chuyển vào giữa để lau phần phía sau xe Quá trình lau sẽ tiếp tục cho đến khi gặp cảm biến tiệm cận A1, tại đó xe sẽ di chuyển ngược lại và dừng lại khi gặp A1 Trong suốt quá trình lau, tất cả các thiết bị sẽ được ngắt Sau đó, xe sẽ tiếp tục di chuyển.

Trong quá trình lau luôn có hai bơm cung cấp nước cho quá trình lau

Thiết bị Số lượng Động cơ chổi C1, C2, L1, L2, T1 5 Động cơ điều khiển chổi C1, C2 1

Xi lanh 3 Động cơ bơm nước 3

Bảng2.1 Bảng thống kê thiết bị hệ thống lau xe

➢ Tính toán công suất các động cơ

- Động cơ quay chổi lau 2 bên

Khối lượng của chổi lau 2 bên: m kg;

Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M

P: Công suất của động cơ ω: tốc độ quay định mức của động cơ

Bán kính chổi lau là 0,3m; tốc độ của động cơ v5 vòng/phút

M=F.d=P.d=mg.d.10.0.30(N.m) Vậy công suất của động cơ là:

- Động cơ quay chổi lau trên

Thông số của chổi lau trên: bán kính R=0.4m; chiều dài l=1,6m; khối lượng m kg

Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M

P: Công suất của động cơ ω: tốc độ quay định mức của động cơ

Tốc độ của động cơ v5 vòng/phút Để chổi quay được thì M > Mc (do trọng lực)

Do đó ta có mômen xoắn trục động cơ

Vậy công suất của động cơ là: P=M ω0

Thông số của chổi lau trên: bán kính R=0,225m; chiều dài l=0,3m; khối lượng m=5 kg

Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M

P: Công suất của động cơ ω: tốc độ quay định mức của động cơ

Tốc độ của động cơ v5 vòng/phút Để chổi quay được thì M > Mc (do trọng lực)

Do đó ta có mômen xoắn trục động cơ

M=F.d=P.d=mg.d=5.10.0.225,25(N.m) Vậy công suất của động cơ là

Động cơ điều khiển chổi lau di chuyển lên xuống, với chiều cao xe khoảng 1,7m và chổi lau được đặt ở vị trí ban đầu cao 0,7m Do đó, động cơ cần kéo tải một đoạn dài nhất khoảng 1m.

Khi đó công toàn phần của động cơ được tính theo công thức:

P =mgh.10.10(J) Xác định thời gian kéo theo yêu cầu 10s

Công suất của động cơ điện như sau:

- Động cơ di chuyển chổi lau hai bên Động cơ lau 2 bên sẽ di chuyển chổi 1 đoạn 0,2m

Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:

F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L ’ σ.k1.g Với β = 0(băng tải nằm ngang)

Thành phần pháp tuyến Fn gây ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và giữa băng tải với con lăn Ký hiệu σ đại diện cho khối lượng vật liệu trên 1m chiều dài.

K1 là hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05

Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:

P1 = F1.v = L ’ σ.k1.g.v=5.1 = 5(W) Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải:

F2 = 2.L.σb.k2.g.cosβ = 2.0,2.50.10.0,005 = 1 (W) Trong đó: k2 là hệ số tính đến lực cản khi không tải, k2 = 0,005 σb là khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng

Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát:

P2 = F2.v = 2.L ’ σb.k2.g = 1 (W) Lực cần thiết để nâng vật:F3 = ± L.σ.g.sinβ

Trong đó dấu(+) là khi băng tải đi lên, (-) là khi băng tải đi xuống

Công suất tĩnh của băng tải

P = P1 + P2 + P3 = 5+1 + 0 = 5(W) = 0.005 (kW) Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:

Trong đó k3 là hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25)

N là hiệu suất truyền động

Các phương pháp sấy khô

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết bị sấy làm ba loại:

Tuy nhiên trong công nghiệp phương thức sấy đối lưu được sử dụng phổ biến nhất

Các thiết bị sấy đối lưu:

Thiết bị sấy buồng hoạt động theo chu kỳ với độ ẩm và nhiệt độ thay đổi trong suốt quá trình sấy Chế độ nhiệt không ổn định, và trong thiết bị này, chất sấy có thể di chuyển tự nhiên hoặc cưỡng bức nhờ vào quạt gió Vật liệu được sắp xếp trên khay, treo trên giá hoặc đặt trên băng tải.

- Đơn giản,dễ vận hành

- Phù hợp với sấy vật liệu dạng đơn chiếc

- Do lớp vật liệu nằm bất động nên tốc độ tách ẩm chậm

Thiết kế hệ thống điện

2.4.1.Lập bảng tính toán thiết bị

Bảng 2.3.Bảng tính chọn các thiết bị điện

2.4.3.Thiết kế mạch điều khiển

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

3.1.Kết cấu các chi tiết chính của mô hình

Mô hình thực nghiệm được xây dựng dựa trên khảo sát thực tế, bao gồm 4 hệ thống chính:

Băng tải nhỏ gọn được thiết kế phù hợp với kích thước mô hình, với dây curoa chắc chắn giúp vận hành nhịp nhàng trong quá trình di chuyển ô tô cần rửa Hệ thống sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha, được điều khiển bằng biến tần MM440.

Hình3.1 Băng tải Hình3.2 Dây curoa

Hình 3.3 Biến tần MM440 Hình 3.4 Động cơ KĐB ba pha

Quy trình rửa xe tự động bắt đầu bằng việc phun nước sơ bộ nhằm giảm bụi bẩn trên xe Nhóm đã thiết kế một mô hình dựa trên các thiết bị hiện có để mô phỏng hệ thống thực tế.

Hình 3.5 Động cơ bơm nước Hình3.6 Đầu chia sủi

Hệ thống lau hoạt động sau hệ thống phun nước với mục đích lau rửa sạch xe ô tô

Hình 3.8 Xi lanh Hình 3.9 Van điện từ

Trong các hệ thống thực tế, quá trình sấy khô thường sử dụng bơm thổi khí hoặc tạo buồng sấy Tuy nhiên, do điều kiện thực tế, nhóm đã quyết định sử dụng quạt thay cho các thiết bị này.

3.1.5 Thiết bị lập trình và tín hiệu điều khiển

3.1.5.1 Thiết bị lập trình PLC 318 -2 và các module vào ra số

Hình 3.11 CPU 318-2 Hình 3.12 Module vào ra số

Nhóm đã thay thế các cảm biến như cảm biến quang và cảm biến tiệm cận bằng công tắc hành trình, giúp tối ưu hóa diện tích mô hình và tiết kiệm chi phí.

Hình 3.13 Công tắc hành trình

3.2 Sơ đồ ghép nối phần cứng

3.2.2.Ghép nối tín hiệu vào

Hình 3.14 Digital input module SM 321 DI32xDC24V

3.2.3 Ghép nối tín hiệu ra

Hình 3.15 Digital output module SM 322; DO 32 x DC 24 V/ 0,5 A

3.3.Xây dựng chương trình điều khiển

3.3.1.Bảng phân chia địa chỉ đầu vào ra

STT Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa

1 Start I0.0 Tín hiệu khởi động hệ thống

2 Stop I0.1 Tín hiệu dừng hệ thống

3 CTHT_1 I0.2 Công tắc hành trình cho phép phun nước

4 CTHT_2 I0.3 Công tắc hành trình cho phép lau bánh

5 CTHT_3 I0.4 Công tắc hành trình cho phép lau hai bên xe

6 CTHT_4 I0.5 Công tắc hành trình cho phép quạt chạy

7 CTHT_5 I0.6 Công tắc hành trình cho phép dừng hành trình

STT Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa

1 Start_BT Q0.0 Biến tần chạy

2 Stop_BT Q0.1 Dừng biến tần

3 DC_tren Q0.2 Động cơ lau nóc chạy

4 DC_ben Q0.3 Động cơ lau 2 bên thành xe chạy

5 DC_banh Q0.4 Động cơ lau bánh chạy

9 Bơm Q1.0 Bơm nước rửa sơ bộ

Bảng 3.1 Bảng địa chỉ đầu vào ra

3.3.2 Giản đồ thời gian và hàm tác động

F(Start_BT) = (Start + T0 + T1 + T2 +T3 + Start_BT) CTHT_1 CTHT_2

CTHT_3 CTHT_4 CTHT_5 Stop F(Stop_BT) = (UD(Start_BT) + Stop_BT) T0 T1 T2 T3.Stop

F(DC_tren) = (CTHT_3 + DC_tren) T2 Stop

F(DC_ben) = (CTHT_3 + DC_ben) Stop CTHT_4

F(DC_banh) = (CTHT_2 + CTHT_3 + DC_banh) T1 XL2 Stop

F(XL2) = (ED(DC_tren) + XL2) CTHT_4 Stop

F(T0) = (CTHT_1 +Stop_BT).CTHT_2 Stop

F(T1) = (CTHT_2 +Stop_BT).CTHT_3 Stop

F(T2) = (CTHT_3 +Stop_BT).CTHT_4 Stop

F(T3) = (CTHT_4 +Stop_BT).CTHT_5 Stop

*Tín hiệu cho phép biến tần chạy

*Tín hiệu tắt biến tần

*Động cơ lau nóc xe

*Động cơ lau hai bên xe

*Động cơ lau bánh xe

*Tín hiệu cho phép xi lanh 1 chạy

*Tín hiệu cho phép xi lanh 2 chạy

*Tín hiệu cho phép quạt chạy

*Tín hiệu cho phép bơm chạy

3.4.Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bằng WinCC

3.4.1.Giới thiệu về phần mềm WinCC

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm HMI (Giao diện Người-Máy) đầu tiên tích hợp điều khiển với tự động hóa Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng kết hợp các ứng dụng mới hoặc hiện có mà không gặp trở ngại Đặc biệt, WinCC giúp người sử dụng tạo giao diện điều khiển để quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.

Phần mềm này hỗ trợ giao tiếp trực tiếp với nhiều loại PLC từ các hãng như SIEMENS, MITSUBISHI, và ALLEN BRADLEY, đặc biệt hoạt động hiệu quả với PLC của SIEMENS Nó được cài đặt trên máy tính và kết nối với PLC qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) Để kết nối với PLC, cần sử dụng bộ chuyển đổi từ RS-232 sang RS-485.

WinCC có đặc điểm mở, cho phép dễ dàng tích hợp với phần mềm chuẩn và phần mềm tùy chỉnh, tạo ra giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế Các nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ dựa trên giao diện mở của WinCC, sử dụng nó như một nền tảng để mở rộng hệ thống.

WinCC không chỉ linh hoạt trong việc xây dựng các hệ thống quy mô lớn và nhỏ, mà còn dễ dàng tích hợp với các hệ thống cấp cao như MES (Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Kế hoạch nguồn lực doanh nghiệp) Hệ thống này có khả năng hoạt động trên quy mô toàn cầu nhờ vào sự hỗ trợ của SIEMENS, có mặt trên khắp thế giới.

3.4.2.Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển

Chọn Start/Programs/SIMATIC/WinCC/Window Control center

Bước2: Tạo dự án mới (New Project)

Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, có 3 sự lựa chọn:

Bước3: Kết nối với PLC

Hộp thoại "Add New Driver" cho phép người dùng chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC Driver mới sẽ hiển thị bên dưới biểu tượng "Tags Manager" Để tạo kết nối mới, nhấp chuột phải vào mạng con của Driver mới và chọn "New Driver Connection".

Tạo Tags nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag

Nhập tên bất kỳ vào ô điền tên, chọn “Datatype”.sau đó kéo xuống nhấp vào kiểu dữ liệu cần chọn

Xác địng địa chỉ trong PLC:

Nhấn nút “Select” mở hộp thoại “AddressProperties”

Tạo Tags quá trình Để tạo Tags quá trình , nhấn nút chuột phải vào kết nối với PLC đã được thiết lập Chọn

Hộp thoại “Tag properties” xuất hiện

Vùng dữ liệu Tag, chọn vùng dữ liệu “BitMemory”

Xem dạng địa chỉ “Word” và MW “0” đã được thiết lập Chọn “OK” Đánh dấu vào ô “Linear Scaling” để tạo ra vùng giá trị, nhập “Process Value Range” và

Để kết thúc, chọn OK Để mở một Graphics Designer với ảnh mới, nhấn đúp vào “NewPdl0.pdl” trong cửa sổ con bên phải của WinCC Explorer Ngoài ra, bạn có thể nhấn chuột phải vào biểu tượng vừa thiết lập và chọn “Open Picture” từ menu pop-up.

Bước 6: Thiết lập điều kiện Runtime

Nhấp phải chọn Computer trong của sổ soạn thảo hoặc biểu tượng máy tính bên phải cửa sổ, từ menu xổ xuống chọn Properties

Tại khung thuộc tính WindowAttributes kéo thanh trượt nhấp chọn: “Title”,

“Maxximize” và “Adaptpicture” Sau đó nhấp Ok để kết thúc việc lựa chọn

Các hình ảnh sau khi thiết kế

3.5.Lập trình sử dụng phần mềm Simatic Manager

Chọn File – New, một cửa sổ hiện ra cho phép đặt tên project, chọn nơi lưu và ấn OK để xác nhận

Bước 2: Cấu hình phần cứng

Chọn Insert – Station – SIMATIC 300 Station

Kích đúp vào Hardware rồi tiến hành cấu hình phần cứng

Sau khi cấu hình xong phần cứng tiến hành lưu và dịch bằng cách ấn biểu tượng Save and Compile trên thanh công cụ

Cuối cùng là dowload cấu hình xuống PLC

Phần bên phải cửa sổ chứa các thư viện hỗ trợ có sẵn Nếu thiết bị không có trong danh mục này, cần cài đặt file GSD để phần mềm có thể nhận diện thiết bị.

Saukhi chọn Rack(0) ta tiến hành chọn CPU 318 -2 V1.2, module vào số DI 32x24VDC, module ra số DO 32X24VDC.0.5A

3.6.Hướng dẫn sử dụng biến tần MM440

3.6.1 Ý nghĩa các chân của biến tần Đầu dây Ký hiệu Chức năng

3 ADC+ Đầu vào tương tự số 1 (+)

4 ADC- Đầu vào tương tự số 1(-)

5 DIN1 Đầu vào số số 1

6 DIN2 Đầu vào số số 2

7 DIN3 Đầu vào số số 3

8 DIN4 Đầu vào số số 4

9 - Đầu ra cách ly +24V/max 100 mA

10 ADC2+ Đầu vào tương tự số 2 (+)

11 ADC2- Đầu vào tương tự số 2 (-)

12 DAC1+ Đầu ra tương tự số 1 (+)

13 DAC1- Đầu ra tương tự số 1 (-)

14 PTCA Đâu dây nối cho PTC / KTY 84

15 PTCB Đâu dây nối cho PTC / KTY 84

16 DIN5 Đầu vào số số 5

17 DIN6 Đầu vào số số 6

18 DOUT1/NC Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NC

19 DOUT1/NO Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NO

21 DOUT2/NO Đầu ra số số 2/ tiếp điểm NO

22 DOUT2/COM Đầu ra số số 2/ chân chung

23 DOUT3/NC Đầu ra số số 3/ tiếp điểm NC

24 DOUT3/NO Đầu ra số số 3/ tiếp điểm NO

25 DOUT3/COM Đầu ra số số 3/ chân chung

26 DAC2+ Đầu ra tương tự số 2 (+)

27 DAC2- Đầu ra tương tự số 2 (-)

28 - Đầu ra cách ly 0 V/max 100 mA

3.6.2 Hướng dẫn cài đặt biến tần

Đánh giá kết quả

4.1 Đánh giá và nhận xét rút ra từ đồ án

Trong quá trình xây dựng và hoàn thành đề tài, chúng em đã phát triển mô hình thực tế và thực hiện mô phỏng, giám sát, điều khiển bằng phần mềm WinCC Qua đó, chúng em nhận thấy đây là một đề tài thú vị với tính ứng dụng cao trong thực tế, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đồ án.

- Nghiên cứu công nghệ rửa xe từ đó tìm hiểu nguyên lý vận hành và thiết kế được hệ thống rửa xe tự động

- Xây dựng mô hình một trạm rửa xe tự động với đầy đủ công đoạn rửa xe

- Sử dụng chương trình mô phỏng và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm WinCC

Trong quá trình thực hiện đề tài “Ứng dụng PLC S7-300 xây dựng hệ thống rửa xe tự động”, nhóm chúng em đã gặp phải một số vấn đề hạn chế cần khắc phục.

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài mới chỉ dừng ở mô hình thực nghiệm

- Hệ thống vẫn chưa đạt đến trình độ tự động hóa cao nên vẫn chưa phát huy được hết chức năng của PLC S7-300

4.1.2 Ưu điểm của mô hình

Mô hình “Ứng dụng PLC S7-300 xây dựng hệ thống rửa xe tự động” có những ưu điểm sau:

- Tính ứng dụng thực tế cao, vì nó rất cần thiết trong cuộc sống đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô

- Mô hình tương đối đơn giản, thiết bị chủ yếu là PLC S7-300 , công tắc hành trình, động cơ một chiều

- Mô phỏng chi tiết được hệ thống rửa xe trong thực tế với đầy đủ công đoạn

- Sử dụng ít thiết bị từ đó giảm nhiều chi phí, giá thành xây dựng mô hình

4.1.3 Nhược điểm của mô hình

Bên cạnh những ưu điểm thì mô hình vẫn còn tồn tại những hạn chế sau:

- Do chỉ là mô hình mô phỏng nên khả năng trực quan sinh động trong quá trình vận hành của mô hình còn kém

- Không thể hiện được hết sự hoạt động của hệ thống trong thực tế

4.1.4 Ứng dụng thực tế của mô hình

Mô hình sẽ được ứng dụng cao trong các trạm rửa xe, các trung tâm bảo dưỡng xe ô tô

4.1.5 Hướng phát triển của đề tài

Nhu cầu sử dụng dịch vụ rửa xe đang gia tăng mạnh mẽ do sự phát triển của kinh tế Đề tài nghiên cứu có thể được mở rộng theo nhiều hướng khác nhau để đáp ứng xu hướng này.

Tại các trạm rửa xe ô tô hiện nay, việc xử lý nước thải là một vấn đề quan trọng cần được chú ý Nước thải từ quá trình rửa xe thường không được xử lý và thải trực tiếp ra môi trường, dẫn đến ô nhiễm Do đó, việc thiết kế một hệ thống xử lý nước thải trước khi xả ra ngoài là cần thiết để bảo vệ môi trường.

Công nghệ rửa xe tự động có tiềm năng tối ưu hóa đáng kể, đặc biệt khi tích hợp cánh tay Robot vào quy trình lau xe, giúp nâng cao chất lượng dịch vụ Hiện tại, hệ thống chỉ phục vụ một chiếc xe tại một thời điểm, nhưng có thể phát triển thành một hệ thống rửa xe liên tục, cho phép nhiều xe vào cùng lúc, trong đó một xe đang được bơm nước rửa trong khi xe khác đang được lau hoặc sấy khô.

Với tiềm năng phát triển của đề tài này, chúng ta có thể tạo ra một hệ thống rửa xe tự động hiện đại, đáp ứng công nghệ và chất lượng rửa xe, thay vì phụ thuộc vào việc nhập khẩu từ nước ngoài.