logo xemtailieu Xemtailieu Thiết kế, lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s7200 pdf 80 trang BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ LẬP TRÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG2015 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ LẬP TRÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Vũ Bảo Long Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Trọng Thắng HẢI PHÕNG2015 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÖC o0oBỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Vũ Bảo Long – mã SV: 1112102011 Lớp : ĐC1401 Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp. Tên đề tài: Thiết kế, lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng PLC S7200 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp:.......................................................................... ............................................................................................................................. CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ 1. Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Nguyễn Trọng Thắng Tiến sĩ Trường Đại học dân lập Hải Phòng Toàn bộ đồ án Người hướng dẫn thứ 2. Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp được giao ngày......tháng.....năm 2015. Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày……tháng……năm 2015. Đã nhận nhiệm vụ ĐT.T.N. Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán bộ hướng dẫn ĐT.T.N Vũ Bảo Long T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày......tháng.......năm 2015 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ...) .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày…..tháng……năm 2015 Cán bộ hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày……tháng…….năm 2015 Người chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 11 CHƢƠNG 1: ...................................................................................................... 11 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG.......................... 12 1.1. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA 12 1.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM ..................................................................................... 12 1.3. CÁC GIẢI PHÁP ....................................................................................... 13 1.4. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ô TÔ TỰ ĐỘNG ....................... 15 1.4.1. Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động ........................................... 15 1.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động ........................ 15 1.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động ........................................ 17 1.4.3.1. Kết cấu của hệ thống giữ xe ................................................................ 17 1.4.3.2. Thiết bị nâng – chuyển xe .................................................................... 17 1.4.3.3. Block giữ xe – Ô lƣu giữ xe.................................................................. 18 1.4.3.4. Hệ thống điều khiển ............................................................................. 18 1.4.3.5. Hệ thống giao tiếp với ngƣời dùng...................................................... 19 1.4.4. Các thông số cơ bản của hệ thống ......................................................... 19 1.4.4.1. Sức chứa lớn nhất ................................................................................. 19 1.4.4.2. Hệ số sử dụng diện tích ........................................................................ 19 1.4.4.3. Thời gian nhập hoặc lấy xe.................................................................. 19 1.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động ..................................................... 20 1.5. CÁC HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG ......................................... 21 1.5.1. Hệ thống giữ xe loại thang nâng ............................................................ 21 1.5.2. Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển ..................................................... 22 1.5.3. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển ............................................ 22 1.5.4. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang .................................................. 24 1.5.5. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng ..................................................... 25 1.5.6. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng ........................................... 26 1.5.7. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình ................................................................ 26 8 1.6. VẬN HÀNH GARA Ô TÔ TỰ ĐỘNG .................................................... 27 1.6.1. Cơ chế vận hành ...................................................................................... 27 1.6.2. Ƣu điểm .................................................................................................... 28 1.6.3. Nhƣợc điểm .............................................................................................. 28 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 200 ................................................ 29 I. GIÔÙI THIEÄU ........................................................................................... 29 1. Khaùi Nieäm Veà Plc: .................................................................................. 29 2. Ñaëc Ñieåm Chung Plc S7200: ................................................................. 31 3. Cấu hình phần cứng ................................................................................ 34 4. Nguyên tắc làm việc của CPU .................................................................. 40 5. Phaân loaïi PLC ......................................................................................... 41 6. Caáu Truùc Cô Baûn Cuûa Moät Plc S7200 ................................................. 42 7. Giôùi Thieäu Caùc Phöông Phaùp Laäp Trình Cuûa S7_200: ....................... 43 2.7. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRONG PLC S7 – 200. ............................. 45 II. CAÁU TRUÙC BOÄ NHÔÙ CUÛA PLC S7200 .............................................. 47 1. Phaân chia boä nhôù: ................................................................................... 47 2. Vuøng döõ lieäu: ........................................................................................... 47 3. Vuøng ñoái töôïng:....................................................................................... 48 4. Qui öôùc ñòa chæ trong PLC S7200: ........................................................ 48 III. TAÄP LEÄNH CUÛA PLC S7200 ............................................................... 49 1. Nhoùm leänh xuaát nhaäp cô baûn:................................................................ 49 2. Nhoùm caùc leänh so saùnh ........................................................................... 51 3. Nhoùm caùc leänh di chuyeån döõ lieäu: ......................................................... 53 4. Nhoùm caùc leänh soá hoïc ............................................................................. 54 5. Nhoùm leänh ñieàu khieån Timer : .............................................................. 58 6. Nhoùm leänh ñieàu khieån Counter:............................................................ 59 9 7. Caùc haøm chuyeån ñoåi: .............................................................................. 61 8. Leänh laøm troøn: ROUND ......................................................................... 62 9. Leänh ñoïc thôøi gian thöïc Read_RTC: .................................................... 62 10. Caùc leänh veà ngaét: .................................................................................... 63 11. Leänh Xuaát xung toác ñoä cao: ................................................................... 63 12. Caùc leänh veà dòch Bit: .............................................................................. 66 13. Caùc leänh veà xöû lí chuoãi: .......................................................................... 66 14. Moät soá oâ nhôù ñaëc bieät söû duïng trong S7_200: ...................................... 67 CHƢƠNG 3: LẬP TRÌNH THIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN .................................................. 69 3.1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA NHÀ GIỮ XE ....................................... 69 3.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ......................................................................................................... 69 3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ............................................................................. 69 3.3.1. Cảm biến quang....................................................................................... 69 3.3.2. Đèn báo ..................................................................................................... 70 3.3.3. Bộ nguồn................................................................................................... 70 3.4. LẬP TRÌNH CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT XE CỦA NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG ................................................................................. 71 3.4.1. Các bƣớc lập trình................................................................................... 71 3.4.2. Sõ ðồ thuật toán ....................................................................................... 72 3.4.3. Mặt bằng thiết kế .................................................................................... 74 3.4.4. Sơ đồ nguyên lý đấu dây qua PLC ........................................................ 74 3.4.5. Gán các địa chỉ vào ra ............................................................................. 75 3.4.5.1. Các tín hiệu đầu vào ............................................................................. 75 3.4.5.2. Các tín hiệu đầu ra ............................................................................... 76 3.4.6. Chƣơng trình PLC .................................................................................. 76 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 80 10 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hoá hoàn toàn trong mọi lĩnh vực. Có thể nói tự động hoá đã trở thành xu hướng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ nào. Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn ở nước ta (như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ôtô), một nhu cầu về bãi đậu đỗ cho các phương tiện giao thông là yêu cầu cấp bách. Một mặt, giảm tắt nghẽn giao thông, nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện đại. Với lý do đó, em đã khảo sát thiết kế một mô hình bãi đậu xe tự động. Qua một thời gian hơn 3 tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài “Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” nhờ được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Trọng Thắng và các thầy cô trong Bộ môn em đã hoàn thành đề tài. Đề tài của em gồm các nội dung Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhà giữ xe tuuj động Chương 2: Giới thiệu về PLC S7200 Chương 3: Lập Trình thiết kế nhà giữ xe tự động sử dụng kỹ thuật PLC để điều Khiển 11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 1.1. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA Việt Nam đang trên đà hội nhập và phát triển, tiến lên thành một nước có nền công nghiệp phát triển cao, công nghệ hiện đại, đời sống vật chất của con người ngày càng được nâng cao. Và sự tất yếu kéo theo là sự phát triển ngày càng tăng của các phương tiện cá nhân trong đó có cả xe máy và ô tô. Trong tương lai không xa ở Việt Nam ô tô không còn là hàng hóa xa xỉ. Trong khi cơ sở hạ tầng lại không bắt kịp với sự phát triển của phương tiện. Sự mất cần bằng này dẫn đến sự mất mỹ quan đô thị là do thiếu các nhà giữ xe , nên bắt buộc họ phải lấn chiếm lòng lề đường, tình trạng kẹt xe và tai nạn giao thông xảy ra liên tục. Có thể nói quỹ đất cho giao thông tĩnh là quá ít.Hiện nay, vấn đề thiếu chỗ đỗ xe tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã trở nên trầm trọng.Với tốc độ tăng số lượng ô tô đăng ký tại 2 thành phố này là 15% mỗi năm, và tình trạng hết quỹ đất đô thị để phát triển nhà giữ xe thì đến những năm sau, nguy cơ không còn chỗ đỗ xe là điều chắc chắn. Việc các nhà quản lý đô thị giải quyết cho đễ xe trên lòng đường chỉ là biện pháp tình thế tạm thời, vì ngay cả quỹ đường cho giao thông động cũng đang bị thu hẹp dần do tốc độ phát triển số lượng xe ô tô, do đó nếu tiếp tục sử dụng lòng đường để đỗ xe ô tô sẽ gây ra nguy cơ ùn tắc giao thông, dẫn đến các hậu quả tiêu cực về kinh tế và xã hội. 1.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM Theo số liệu thống kê của Công ty khai thác điển đỗ xe Hà Nội, hiện trên địa bàn Hà Nội có 129 điểm đỗ xe công cộng do công ty quản lý, với tổng diện tích 22,94 ha, công suất đỗ 5863 xe ô tô trong đó có 123 điểm đỗ xe trên hè phố, diện tích khoảng 70.430 m2, 6 điểm đỗ xe trong khuôn viên với tổng diện tích 158,984 m2. Với tổng diện tích nói trên, các bến, điểm đỗ xe chỉ mới đạt 0,45% quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh và chỉ đáp ứng được 1520% nhu cầu đỗ xe của thủ đô. 12 Mà theo quy hoạch phát triển đô thị của Hà Nội đến năm 2010 đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt, quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh phải đạt từ 3% 5%, tức là phải có từ 500 750 ha đất để xây dựng nhà giữ xe công cộng. Tuy nhiên, việc đáp ứng yêu cầu đất này ngày càng tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh, và nhu cầu đất cho các mục đích cấp bách khác cũng đang thiếu trầm trọng. Tại TP. Hồ Chí Minh, hiện nay diện tích mặt đường cho mỗi đầu xe ở trạng thái tĩnh chỉ còn 1 m2 1 xe (so với 5 m2 xe vào năm 1976). Chỉ tính riêng khu vực Quận 1, theo khảo sát của Công an Tp. HCM, số ô tô 4 chỗ thường xuyên có nhu cầu dừng đỗ trong khu vực Quận 1 là 6.700 xe ngày đêm, trong khi đó hiện nay Quận 1 chỉ có 6 nhà giữ xe với 432 chỗ và các khách sạn, cao ốc có nhà giữ xe riêng phục vụ khách khoảng 2.460 chỗ. Như vậy hiện nay hàng ngày tại Quận 1 có 2.028 xe phải chạy lòng vòng hoặc đỗ sai chỗ gây ách tắc giao thông. Hiện nay, để giải quyết vấn đề giống như các đô thị Việt Nam đang phải đối mặt này, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nước châu Á đất chật người đông như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, … mà còn ở những nước châu Âu và Mỹ. Tại các nước này đều có các công ty chuyên kinh doanh nhà giữ xe ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động được sử dụng rất phổ biến. Các công ty sản xuất hệ thống nhà gủi xe tự động là các nhà chế tạo, không trực tiếp kinh doanh nhà giữ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các nhà đầu tư. Các công ty sản xuất hệ thống nhà giữ xe tại các nước này đều là các công ty cơ khí có kinh nghiệm về thiết bị nâng. Ngoài ra, còn các hệ thống các công ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như: hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, cửa trả tiền tự động, hệ thống máy tính điều khiển tự động. 1.3. CÁC GIẢI PHÁP Hệ thống nhà giữ xe tự động: Câu trả lời cho những nan giải trên. Cho đến nay tại Việt nam chưa có nhà giữ ô tô nào dùng hệ thống đỗ xe 13 nhiều tầng tự động. Tuy nhiên xu hướng Việt Nam sẽ sử dụng loại này là tất yếu do mật độ xe gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển mặt bằng giao thông, dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải có kế hoạch xây dựng các nhà giữ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thông do sử dụng mặt đường làm bãi đỗ xe. Để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông tại trung tâm thành phố và lập lại trật tự đô thị sở giao thông công chính Tp. Hồ Chí Minh đưa ra chương trình “ Chống ùn tắc xe đô thị và phát triển cơ sở hạ tầng giao thông thành phố”. Trước tình hình này, theo sơ giao thông công chính, thành phố đang kêu gọi đầu tư xây dựng các nhà giữ xe, sở Quy hoạch kiến trúc được giao nhiệm vụ tìm kiếm quỹ đất triển khai các dự án đầu tư Thành phố cũng có chủ trương dành quỹ đất của các công ty, xí nghiệp gây ô nhiễm ở nội thành để quy hoạch xây dựng nhà giữ xe. Mặt khác để tiết kiệm diện tích mặt bằng thì chúng ta nên: Xây dựng các nhà giữ xe cao tầng nhằm tăng khả năng lưu giữ xe trên cùng một diện tích. Xây dựng các nhà giữ xe trong lòng đất nhằm tiết ki tối đa diện tích mặt bằng phía trên. Thông thường bên cạnh các tòa cao ốc luôn tồn tại những khoảng đất trống có thể chứa 3 4 xe. Cũng với diện tích đó chúng ta xây dựng nhà giữ xe tự động sẽ có sức chứa lên tới 60 xe. Đây là điều mơ ước nhưng với công nghệ hiện nay hoàn toàn thực hiện được với giải pháp nhà giữ xe tự động. Nhưng xây dựng các nhà giữ xe trong nội thành là vấn đề nan giải vì quỹ đất không có nhiều, chỉ còn cách tận dụng khoảng không gian dưới mặt đất và trên cao. Nhưng mục tiêu đặt ra là khi xây dựng các nhà giữ xe này thì hệ số sử dụng diện tích phải là cao nhất. Điều này chỉ có thể có ở các nhà giữ xe tự động (Automatic Car Parking), vì toàn bộ không gian của nhà giữ xe là sử dụng để chứa xe, và hoàn toàn không có diện tích dành cho đường xe chạy. Hiện nay hệ thống nhà giữ xe tự động đã và đang được sử dụng rất nhiều nước trên thế giới. Và đặc biệt phát triển mạnh ở Hàn Quốc và Nhật Bản. 14 1.4. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ô TÔ TỰ ĐỘNG 1.4.1. Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động hê thống nhà giữ xe ôtô tự động là hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu kho tự động mà hàng hóa là ôtô và có độ chính xác nhất định. Trong hệ thông này xe được lưu giữ ở các ô ( Block parkings ) dưới mặt đất hoặc trên cao. Để thực hiện việc lưu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển. Đây là thiết bị có thể có chuyển động theo các phương sau: phương ngang, phương đứng, phương chuyển động xoay với độ chính xác và an toàn cao. Hoạt động của các máy nâng chuyển được điều khiển bởi máy tính. Máy tính quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống như: số lượng xe hiện đang giữ, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lưu trữ, … 1.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động Sự ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất giúp các hãng xe ngày càng giảm chi phí sản xuất, cùng với sự phát triển về nghành công nghiệp ôtô ở các nước đang phát triển như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, … đã làm cho ngành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển về số lượng cũng như chất lượng. Vì thế dự đoán ôtô sẽ là phương tiện di chuyển cá nhân trong những thập kỷ tới.Vấn đề nan giải là cơ sở hạ tầng: Đường , thiết kế hạ tầng mới nghĩ đến việc tận dụng chiều cao, chiều sâu của không gian nhằm làm tăng lên diện tích sử dụng. Ban đầu người ta xây dựng các nhà cao tầng hoặc các bãi xe ngầm dưới mặt đất, hệ thống này thì người lái xe phải tự mình lái xe vào vị trí giữ bằng các đường xoắn ốc vì thế khó quản lý với số lựợng xe lớn. Hoặc tốn rất nhiều nhân lực và tốn diện tích dùng làm các làn đường cho xe chạy. Vào đầu thập niên 90, hệ thống giữ xe ôtô tự động ra đời. Các thiết bị cơ khí, điện tử được sử dụng để thay thế người lái xe vào bãi nhờ việc áp dụng nguyên lý thiết bị nâng chuyển cùng với ngành điều khiển tự động, tự động hóa 15 sản xuất và điện tử. Đến giữa thập kỷ 90 rất nhiều công ty được thành lập và đã xây đựng nhiều nhà giữ xe có quy mô lớn. Nhà giữ xe ôtô nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đưa lên tầng cao, sau đó lái xe ra tầng đỗ là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ, sau đó lan truyền sang châu Âu. Ngay tại Thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn còn dấu tích của thang nâng xe này lại bãi đỗ xe bên hông khách sạn Kim Đô. Sau đó, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại Châu Âu (Đức và Ý), với hệ thống này thang nâng kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhưng vẫn cần người lái xe đưa xe vào hệ thống . Loại hình này được ứng dụng tại Nhật Bản từ khoảng năm 1975. Kể từ năm 1982, hệ thống tự động hoàn toàn không cần người lái tiếp tục được phát minh tại châu Âu (đầu tiên tại Đức). Do tính chất đất chật người đông, các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 nước có số lượng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới, khách du lịch có thể dễ dàng tìm thấy nhà giữ xe tự động tại bất kì khu phố nào tại Tokyo và Seoul. Bãi đỗ xe tự lái thông thường có nhiều bất tiện như: để bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đưa xe vào vị trí xe chật hẹp ( đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ ), và hầu như rất khó kiểm soát khí thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe. Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, người lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe. Và điều mà phần lớn nhà đầu tư quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện tích của công trình (bình quân 25m2 cho 1 vị trí đỗ xe bao gồm diện tích đường di chuyển). Hịện nay hệ thống giữ ôtô tự động đã có mặt nhiều nước trên thế giới đặc biệt là tại các nước phát triển như: Mỹ, Đức, Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan. Điều đó cho thấy nhu cầu về bãi giữ xe tự động là khá cao nhất là đối với những thành phố có mật độ dân số đông và số lượng ôtô nhiều. 16 1.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động 1.4.3.1. Kết cấu của hệ thống giữ xe Cấu trúc chung của hệ thống nhà giữ xe ôtô tự động thường thấy đó là có cấu tạo nhiều tầng. Mỗi tầng có nhiệm vụ chịu tải trọng toàn bộ xe được giữ trên tầng đó. Do đó, các tầng phải đủ độ cứng cũng như độ bền để chúng không bị biến dạng đáng kể. Chính vì vậy, các tầng thường được xây dựng theo hai cách sau: Cấu tạo bằng bê tông: được tạo ra bằng phương pháp đúc bê tông các cột đỡ và sàn tầng giống như xây dựng các tòa nhà để ở thường thấy. Các tầng tạo ra bằng phương pháp này có cấu tạo chắc chắn, chịu được tải trọng lớn đồng thời có tuổi thọ cao. Tuy nhiên phương pháp này mất rất nhiều chi phí. Cấu tạo bằng kết cấu thép: được tạo ra nhờ sự liên kết các dầm thép theo phương ngang và phương đứng. Các dầm thép được liên kết với nhau bằng liên kết bulông hoặc được hàn chặt với nhau. Các dầm thép thường là thép định hình C, I, V, có thể tìm thấy trên thị trường. Khối lượng cũng như chí phí đầu tư tạo ra các tầng thấp hơn phương pháp xây dựng bằng bê tông. Bên cạnh đó việc xây dựng theo phương pháp này đơn giản hơn cho nên chi phí xây dựng thấp. Tuy vậy các tầng dạng này có độ bền và tuổi thọ thấp hơn dạng có cấu tạo bằng bê tông. 1.4.3.2. Thiết bị nâng – chuyển xe Được dùng để thực hiện việc nâng chuyển ôtô từ trạm đầu đến vị trí lưu giữ, cũng như lấy xe ra khỏi vị trí lưu giữ và chuyển đến trạm đầu ra. Để thực hiện các nhiệm vụ này, thiết bị nâng chuyển có khả năng chuyển động theo phương ngang và phương đứng. Do đó một hệ thống giữ xe tự động thường phải có ba hệ thống truyền động sau: Thiết bị di chuyển theo phương ngang: có thể dùng cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, thanh răng – bánh răng, … Trong đó cầu di chuyển và xích được sử dụng nhiều nhất. Thiết bị nâng theo phương đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, … Trong đó thang nâng được sử dụng phổ biến nhất. 17 Thiết bị chuyển xe ô tô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại: dùng xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con, rôbôt tự hành, ... Thiết bị xoay: dùng để xoay ôtô theo hướng có lợi nhất trong khi xe ôtô di chuyển ra hoặc vào hệ thống, thường dùng trong trường hợp hệ thống chỉ có một lối đi chung cho việc gửi xe và lấy xe nên việc xoay đầu xe theo hướng di chuyển thuận tiện cho khách hàng. Tùy theo quy mô, diện tích đất mà ta có thể xây dựng hệ thống kết hợp lại các dạng truyền động trên tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. 1.4.3.3. Block giữ xe – Ô lƣu giữ xe Là nơi chứa xe cuối cùng trong hệ thống, kết cấu và kích thước được làm sao cho giữ được các loại xe có cùng kích thước, kết cấu sao cho thuận tiện cho thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại dễ dàng. 1.4.3.4. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển là bộ não của hệ thống giữ ôtô 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 18 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. 1.4.3.5. Hệ thống giao tiếp với ngƣời dùng Hệ thống này có chức năng giao tiếp giữa người dùng và hệ thống thông thường có các dạng sau: Dạng tổ hợp phím và đèn LED. Dạng màn hình cảm ứng. 1.4.4. Các thông số cơ bản của hệ thống 1.4.4.1. Sức chứa lớn nhất Sức chứa lớn nhất là số lượng xe tối đa mà hệ thống có thể chứa được. Thông số trên thể hiện quy mô của hệ thống giữ ôtô tự động. Theo số lượng xe, hệ thống giữ ôtô tự động chia thành các loại sau: Loại quy mô gia đình: Sức chứa từ 1 đến 6 xe. Loại quy mô công cộng: + Loại quy mô nhỏ: Chứa từ 20 đến 50 xe. + Loại quy mô vừa: Chứa từ 50 đến 100 xe. + Loại quy mô lớn: Lớn hơn 100 xe. 1.4.4.2. Hệ số sử dụng diện tích Hệ số sử dụng diện tích là tỷ số giữa diện tích mặt đất và số lượng xe giữ tối đa. Thông số này phụ thuộc vào hệ thống sử dụng cũng như chiều cao công trình. Nó cho ta biết mức độ sử dụng đất, từ đó chúng ta phải thiết kế mô hình và lựa chọn hệ thống sao cho hệ số này là tối ưu nhất. 1.4.4.3. Thời gian nhập hoặc lấy xe Đây là một thông số quan trọng thể hiện mức độ hiệu quả của hệ thống. Nó phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố sau: Tốc độ di chuyển của các thiết bị nâng chuyển: Bao gồm tốc độ nâng, tốc độ di chuyển ngang và tốc độ di chuyển xe từ khung nâng vào các ô lưu trữ. Các thông số tốc độ được chọn theo các tiêu chuẩn quy định đối với các máy nâng chuyển. Hành trình di chuyển của các thiết bị nâng chuyển: Là thông số rất 19 quan trọng. Nó phải là con đường ngắn nhất có thể. Do đó, thông số này được chọn theo phương án tối ưu nhất, hoặc phụ thuộc vào sự bố trí các hệ thống nâng – chuyển sao cho tối ưu nhất. 1.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động + Tiết kiệm diện tích: Hệ thống tận dụng toàn bộ thể tích không gian nhờ vào khai thác chiều cao của không gian. Bằng việc lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất, số lượng xe mà một trạm giữ xe tự động có thể chứa gấp hàng chục lần so với một bãi giữ ôtô thông thường. Ví dụ như với diện tích trên mặt đất có thể chứa tối đa là 8 xe. Nhưng khi xây dựng nhà giữ xe tự động trên diện tích này chúng ta có thể chứa khoản 100 chiếc xe ôtô. + Tiết kiệm thời gian: Thay vì khách hàng phải tự tìm chổ để xe trong các bãi xe thông thường và rất khó khăn nhất tại giờ cao điểm, với nhà giữ xe tự động thì khách hàng chỉ cần đưa ôtô vào trạm đầu và nhập liệu là có thể an tâm ra khỏi xe và đi làm việc khác. Mà không cần quan tâm vị trí để xe. Công việc này do hệ thống đảm nhận. Như vậy thời gian được tiết kiệm cho khách hàng. + Tối ưu việc sử dụng năng lượng: Đầu tiên chúng ta không phải tốn nhiên liệu cho việc di chuyển xe , tìm chỗ trong bãi. Và năng luợng hoạt động cho hệ thống được quản lý bằng máy tính, máy tính có thể tối ưu hóa năng lượng sử dụng. + Không ô nhiễm môi trường: Do hệ thống hoạt động hoàn toàn nhờ vào điện năng nên không có khí thải trong quá trình vận hành hệ thống. Và hạn chế tối đa ô nhiễm tiếng ồn. Vì tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện. + Không gây hư hai cho phương tiện: Không gây va quẹt giữa các xe với nhau và hệ thống cũng hoàn toàn không gây hư hại cho xe gửi vì hệ thống hoàn toàn tự động. + Chi phí hoạt động thấp: Do không có các nhân viên trông xe, bán vé,… Toàn hệ thống chỉ cần vài người giám sát hoạt động, điều khiển. Chì cần vài người điều khiển vì toàn bộ hệ thống được quản lý bằng màn hình máy tính theo dõi từ xa. + Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc 20 Từ khóa: luận văn giáo trình luận văn tiến sĩ Luận văn thạc sĩ kế toán kiểm toán quản trị kinh doanh kinh tế tài chính ngân hàng ngân hàng luận văn kế toán luận văn kinh tế công nghệ thông tin lập trình quản trị mạng hệ điều hành toán học hóa học vật lý công nghệ văn học kỹ năng mềm đề thi ebook ngoại ngữ tiếng pháp tiếng hàn tiếng nhật tiếng nga tiếng anh luận văn ngân hàng tiểu luận tiểu thuyết truyện đọc ngôn tình © Xemtailieu không chịu trách nhiệm liên quan đến các vấn đề bản quyền tài liệu được thành viên tự nguyện đăng tải lên.
Trang 1BÁO CÁO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS PHÙNG SƠN THANH SVTH : Nguyễn Tiến Đạt - 14142064
TP Hồ Chí Minh – 05/2018
Trang 2TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO
CHẤT LƯƠNG CAO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP HCM, ngày … tháng… năm 2018
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1 Tên đề tài :
2 Nhận xét :
3 Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): ………
Điểm: ….…./ 10
Giáo viên hướng dẫn
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 5
LỜI NÓI ĐẦU 6
Chương I: TỔNG QUAN 7
I MỞ ĐẦU 7
1 Lý do thiết kế hệ thống 7
2 Phạm vi ứng dụng 8
II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 8
1 Lý do sử dụng bộ điều khiển PLC 8
2 Đối tượng nghiên cứu 9
4 Tình hình nghiên cứu 10
5 Phương pháp tiếp cận 11
6 Giới hạn đề tài 12
7 Yêu cầu nội dung 12
Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13
I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ 13
1 Các thiết bị phần cứng 13
2 Phần mềm 13
3 Các thiết bị điều khiển 13
4 Các thiết bị hỗ trợ điều khiển 14
II CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 14
1 Bộ khung “NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” 14
2 Động cơ điện DC 16
III PHẦN MỀM 23
1 Phần mềm TIA Portal V13 23
2 Ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển PLC 24
3 Phần mềm Arduino.exe 26
IV CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 29
1 Bộ điều khiển PLC 29
2 Thiết bị đọc thể từ: Module RFID RC522 34
3 Module Arduino UNO 36
Trang 4V CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU KHIỂN 40
1 Relay trung gian 40
2 Cảm biến quang Panasonic 914A 44
3 Một số thiết bị khác 53
Chương III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 54
I Ý TƯỞNG VỀ MÔ HÌNH “NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” 54
II YÊU CẦU KỸ THUẬT 54
III SƠ ĐỒ KHỐI 55
IV SƠ ĐỒ NỐI DÂY 56
V NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 58
1 Chế độ Manual 58
2 Chế độ Auto 58
Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61
I KẾT LUẬN 61
1 Kết quả đạt được 61
2 Những mặt hạn chế 62
II HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62
PHỤ LỤC 63
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án này cá nhân em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Ban giám hiệu nhà trường, cũng như thầy trưởng khoa LÊ MỸ HÀ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể thực hiện và hoàn thành tốt đồ án trong khoảng thời gian ngắn nhất Luôn dành thời gian để hướng dẫn và nhận xét trong toàn bộ quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn thầy PHÙNG SƠN THANH, giảng viên hướng dẫn trực tiếp cho em
Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên môn và giúp chúng em định hướng theo sự hiểu biết và khả năng để chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “MÔ HÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG”
Sau cùng cá nhân em xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên, tất
cả những người thân, bạn bè đã quan tâm giúp đỡ và động viên trong quá trình thực hiện đồ án
Em xin chân thành cảm ơn tất cả!
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Đạt
14142064
Trang 6LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, đất nước chúng ta đang trong giai đoạn chuyển mình để bắt kịp với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong giai đoạn này thì những yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng được sử dụng rộng rãi cao trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ,…) đang dần thay thế cho sức lao động của con người nhằm nâng cao sự an toàn cho người lao động cũng như tăng độ chính xác, nâng cao hiệu suất làm việc Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ kỹ thuật điện tự động đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển lập trình PLC
Một trong những vấn đề lớn nhất mà Việt Nam đang phải đối mặt đó là dân
số Việt Nam đang tăng nhanh qua từng năm, làm cho số lượng người đổ về các
đô thị lớn để sinh sống và làm việc đang ngày một tăng Điều đó đồng nghĩa với việc các phương tiện cá nhân cũng tăng theo Trong khi, các phương tiện lưu thông công cộng lại không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng (vì nhiều lý do) Dẫn đến tình trạng thiếu hụt các bãi giữ xe Có thể thấy rõ điều đó tại các thành phố lớn của Việt Nam như: thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, … Cũng chính vì những lý
do đó, em quyết định cho đề tài thiết kế “MÔ HÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG”
Với sự cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu, đồng thời với sự hướng dẫn tận tình của giãng viên hướng dẫn, sự giúp đỡ Thầy/ Cô thuộc Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án tốt nghiệp này
Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhưng sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong cô và các bạn thông cảm Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Đạt
14142064
Trang 7Theo Sở giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, lượng phương tiện ngày càng tăng dẫn đến bãi đậu xe đang thiếu trầm trọng Việc xây dựng các bãi đậu xe cao tầng nhằm kéo giảm tình trạng ùn tắc giao thông, đáp ứng nhu cầu của người dân Mặt khác, theo quy hoạch
hệ thống giao thông tĩnh (bến bãi) được Chính phủ phê duyệt từ nay đến năm 2020 là hơn 1.145 ha nhưng thực tế bến bãi hiện có trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh chỉ mới đạt 76,8 ha (khoảng 6,7%) so với chỉ tiêu quy hoạch nên không đáp ứng đủ nhu cầu của người dân
Trong khi các bãi đậu xe hiện có hầu như đã quá tải thì các bãi đậu xe ngầm hoặc các bãi giữ xe cao tầng đã được nghiên cứu kỹ từ nhiều năm trước nhưng hiện vẫn nằm trên giấy dù Sở giao thông vận tải
đã nhiều lần làm văn bản nhắc nhở nhưng nhà đầu tư nhưng chưa có phản hồi (trích dẫn từ báo Người lao động ngày 30/12/2017)
Từ thực tế nhu cầu đó, các mô hình bãi xe tự đông đang dần được đưa vào ứng dụng trong thực tế Với một số hiệu quả và lợi ích mà mô hình nhà giữ xe tự động mang lại, thì việc ứng dụng rộng rãi mô hình này vào thực tế càng trở nên cần thiết Mặc dù việc sử dụng sức người
để điều khiển mô hình này là khả thi, nhưng với những yêu cầu đòi hỏi
sự chính xác cao hay khả năng làm việc liên tục và hiệu suất cao thì việc
sử dụng các thiết bị điều khiển tự động lại là một trong những lựa chọn hàng đầu cho người thiết kế và vận hành hệ thống Và cũng vì những hiệu quả mà mô hình này mang lại nên em quyết định chọn đề tài thiết
kế mô hình “BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG” Từ đó giúp em hình dung hiệu
Trang 8quả hơn lý thuyết đã được học và phần nào nắm đó biết ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế
2 Phạm vi ứng dụng
Mô hình bãi giữ xe tự động có thể được ứng dụng ở khắp mọi nơi, đặc biệt là tại các thành phố lớn, nơi “đất chật, người đông” Việc ứng dụng mô hình này vào thực tế có vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề về lượng phương tiện giao thông cá nhân đang ngày một tăng và vấn đề thiếu hụt các bãi giữ xe, cũng như việc tận dung tối đa không gian cho các bãi giữ xe
II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1 Lý do sử dụng bộ điều khiển PLC
Trước khi muốn hiểu được lý do sử dụng bộ điều khiển PLC thay cho các hệ thống điều khiển khác ta cần nằm được các kiến thức cơ bản
về bộ điều khiển này:
Bộ điều khiển PLC là gì? PLC là cụm từ viết tắt của từ Programmable Logic Controller hay còn gọi là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép người dùng thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình cụ thể Người
sử 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 bộ điều khiển PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Bộ điều khiển PLC có thể dùng
để thay thế các mạch điều khiển khác trong thực tế Bộ điều khiển PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên ngõ vào và ngõ ra Khi có sự thay đổi ở ngõ vào thì ngõ ra sẽ thay đổi theo các
dữ kiện được lập trình sẵn Ngôn ngữ lập trình của bộ điều khiển PLC có thể là: Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) hay Statement Logic (STL) Hiện nay có nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển PLC như Siemen, Allen-Bradley, Omron,…
Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PLC: Khi thiết bị được kích thích (trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài) Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình (vòng lặp) do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra
Trang 9 Ưu điểm của bộ điều khiển PLC: Bộ điều khiển PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển khác không thể nào sánh được và để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối người ta đã chế tạo ra bộ điều khiển PLC nhằm đạt được những nhu cầu sau:
o Lập trình dễ dàng
o Gọn nhẹ nên dễ dàng di chuyển, lắp đặt
o Dễ bảo quản, sửa chữa
o Bộ nhớ có dung lượng lớn, nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình phức tạp
o Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
o Độ chính xác cao - khả năng xử lý nhanh
o Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp
o Giao tiếp được với nhiều thiết bị khác, máy tính, mạng, các thiết
bị điều khiển khác, các môi Module mở rộng
o Giá cả có thể cạnh tranh được
Từ những lý do kể trên có thể thấy việc lưa chọn sử dụng bộ điều khiển PLC thay cho các thiết bị điều khiển khác là hoàn toàn hợp lý không chỉ vì các lý do kỹ thuật mà là còn những chỉ tiêu kinh tế khác
2 Đối tượng nghiên cứu
Trong bài báo cáo về “MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG”, các đối tượng nghiên cứu chính là: các thiết bị phần cứng, phần mềm,
bộ phận điều khiển và các thiết bị hỗ trợ điều khiển:
Các thiết bị phần cứng: 03 (ba) động cơ điện DC (24V), khung mô hình bãi xe tự động
cơ sở lý thuyết khoa học có sẵn Về thực tiễn, đề tài là một thành công,
cá nhân làm đồ án là người trực tiếp có được thành quả Quá trình thực hiện đề tài là trải nghiệm thực tế vô cùng bổ ích Đề tài này có thể áp dụng vào thực tế trong việc nâng cao hiệu quả làm việc của các bãi xe
Trang 10truyền thống, đồng thời tối đa hóa không gian sử dụng cho bãi xe Đặc biệt là tại các thành phố lớn của Việt Nam
4 Tình hình nghiên cứu
Hiện nay tại khu vực trung tâm thành phố việc thiếu hụt trầm trọng các bãi giữ xe do quỹ đất ngày càng khan hiếm Một số chuyên gia giao thông nhận định từ nay đến năm 2020, TP.HCM cần hơn 1.000
ha để làm bãi đậu và giữ xe
Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại thành phố chỉ có khoảng 87 ha, đáp ứng được 7% so với nhu cầu Do không có bãi giữ xe nên vỉa hè, lòng đường của một số tuyến đường đã được tận dụng làm nơi đỗ xe có thu phí Ước tính hiện có khoảng 117 tuyến đường ở khu vực trung tâm
có các bãi giữ xe có thu phí, con số này còn quá ít so với nhu cầu khi lượng phương tiện cơ giới đường bộ tại thành phố ngày càng tăng nhanh
Để khắc phục tình hình đó, thành phố Hồ Chi Minh đã cho nghiên cứu nhiều mô hình bãi giữ xe tự động Trong đó đáng kể nhất là mô hình bãi đỗ xe liên hợp hiện đại có diện tích gần 40.000 m2 đã được vào khai thác và sử dụng, đáp ứng 1.500 xe ô tô và 2.500 xe máy tại TP Hồ Chí Minh được xem là bãi đỗ xe hiện đại và lớn nhất nước
Hình 1: Bãi đỗ xe liên hợp có thêm nhiều dịch vụ để phục vụ nhu cầu của việc bảo vệ
và chăm sóc xe
Trang 11Theo chủ đầu tư là Công ty TNHH Xây dựng - Dịch vụ và Thương mại Tiên Tiến, bãi đỗ xe đã được đưa vào khai thác với diện tích 37.000 m2, gồm 5 tầng nhà kết cấu bằng thép, được áp dụng mô hình quản lý và điều hành tự động theo công nghệ Nhật Bản với số vốn đầu tư lên tới 20 triệu USD
Vị trí bãi đỗ xe này nằm trên đường Chế Lan Viên (phường Tây Thạnh, quận Tân Phú) sẽ góp phần phát huy hiệu quả hoạt động khi tuyến Metro số 2 (Bến Thành – Tham Lương) đưa vào hoạt động; đồng thời góp phần giảm áp lực giao thông trong nội đô, đặc biệt trong bối cảnh thiếu bãi đỗ xe ở TP Hồ Chí Minh trong nhiều năm qua
Theo các chuyên gia ngành giao thông, hiện thành phố Hồ Chí Minh đang quản lý 7,8 triệu phương tiện, tăng đến hơn 60% so với năm 2010 Theo đó, thành phố có hơn 615.000 xe ô tô và hơn 7,2 triệu xe máy Trong đó, số lượng xe ô tô tăng lên nhanh chóng khi tổng số ô tô trong năm 2016 tăng 9,5% so với năm trước đó khiến
áp lực bãi đỗ càng thêm nghiêm trọng Do vậy, việc doanh nghiệp đầu tư bãi đậu xe quy mô, hiện đại như trên là phù hợp với chủ trương chung của thành phố là xã hội hóa việc xây dựng các bãi đậu
xe ngầm, cao tầng
Các chuyên gia giao thông cũng cho rằng, để các tuyến Metro trong tương lai được phát huy hiệu quả sau khi đưa vào hoạt động, thành phố phải tiếp tục nâng cao chất lượng hoạt động của hệ thống giao thông công cộng và nhanh chóng đẩy nhanh tiến độ đầu tư 8 dự
án bãi xe ngầm trong khu vực trung tâm (trích dẫn từ Thời báo tài chính ngày 27/06/2017)
5 Phương pháp tiếp cận
Trong thời gian tham khảo và tìm hiểu các tài liệu lý thuyết liên quan, đồng thời dưới sự hướng dẫn của thầy Phùng Sơn Thanh em đã quyết định nghiên cứu để tài với những phương pháp chủ yếu sau :
Phương pháp tham khảo tài liệu :
o Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh và tiếng việt được tìm kiếm trên mạng internet
o Các video clip hướng dẫn
o Tham khảo tài liệu nghiên cứu của các anh chị năm trước làm
đồ án để lại
Trang 12 Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu lý thuyết,
em thực hiện đề tài đã thi công mô hình để dễ dàng nắm bắt được
Thiết lập lưu đồ điều khiển
Lập trình cho hệ thống điều khiển của mô hình bằng ngôn ngữ lập trình đã học
7 Yêu cầu nội dung
Thiết kế và lắp đặt mô hình:
Mô hình hoàn thiện, đảm bảo thẩm mỹ
Mô hình được thiết kế chạy đúng những yêu cầu đặt ra
Mô hình hợp lý, tiết kiệm phù hợp với đồ án nhưng phải đảm bảo hoàn thành đủ các yêu cầu đặt ra
Thiết lập lưu đồ điều khiển
Lưu đồ ngắn gọn, dễ hiểu Có thể nhìn vào lưu đồ để phát hiện ra lỗi sai khi cần
Lưu đồ thể hiện đúng yêu cầu của chương trình, có tính logic cao
Lưu đồ có bao gồm đầy đủ các thông tin thành phần cần thiết của
hệ thống
Lập trình cho bộ điều khiển PLC
Có khả năng lập trình và đổ chương trình xuống bộ điều khiển PLC thông qua phần mềm chuyên dụng (ở đây là phần mềm Tia Portal)
Biết cách kết nối các thiết bị phần cứng với các ngõ vào/ra của
bộ điều khiển PLC
Chương trình ngắn gọn dễ hiểu, không quá dài dòng, hạn chế các biến trung gian không cần thiết
Trang 13Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ
Trong một hệ thống hay một dây chuyền sản xuất để đảm bảo mọi thứ đều hoạt động theo yêu cầu của người vận hành thì hệ thống đó cần sự hoạt động đồng nhất của các thiết bị và người điều khiển Các thiết bị trong một hệ thống thường bao gồm: các thiết bị phần cứng, phần mềm, các thiết bị điều khiển, các thiết bị hỗ trợ điều khiển Mỗi bộ phận lại đảm nhận vai trò khác nhau để đảm bảo sự hoạt động của toàn bộ hệ thống
1 Các thiết bị phần cứng
Trong một hệ thống được điều khiển tự động thì phần cứng là nơi thực hiện tất cả các mệnh lệnh do hệ thống điều khiển đưa ra thông qua các chương trình được hổ trợ lập trình từ phần mềm Trong “MÔ HÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” thì phần cứng bao gồm: 03 (ba) động cơ điện DC (24V) và bộ khung
2 Phần mềm
Trong một hệ thống điều khiển tự động thì phần mềm có vai trò giúp người lập trình có thể điều khiển hệ thống theo nhu cầu vận hành của hệ thống thông qua các ngôn ngữ lập trình cụ thể Nói các khác phần mềm là nơi giao tiếp của người vận hành và phần cứng Trong mô hình này, các phần mềm được sử dụng là: phần mềm TIA Portal V13 dùng
để giao tiếp người điều khiển và PLC; và một số phần mềm hỗ trợ khác
là công cụ trung gian giúp người điều khiển giao tiếp với PLC (phần mềm Arduino)
3 Các thiết bị điều khiển
Các thiết bị điều khiển đóng vai trò thiết yếu trong một hệ thống điều khiển tự động Các thiết bị điều khiển là ‘não bộ’ của toàn bộ hệ thống, giúp hệ thống hoạt động một cách trơn tru, an toàn đồng thời đạt hiệu quả cao nhất Trong mô hình nay, các bộ điều khiển được sử dụng là: bộ điều khiển PLC là trung tâm chi phối toàn bộ hoạt động của hệ thống, thiết bị đọc thẻ từ: module RFID RC522, module Arduino là thiết
bị điều khiển trung gian giữa PLC và module RFID RC522
Trang 144 Các thiết bị hỗ trợ điều khiển
Các thiết bị hỗ trợ điều khiển là khâu hỗ trợ cho việc vận hành và điều khiển hệ thống điều khiển tự động Tuy mang ý nghĩa hỗ trợ nhưng các thiết bị này cũng có vai trò rất quan trọng trong hệ thống, nó giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng và vận hành, đồng thời chịu trách nhiệm giám sát hoặc hỗ trợ giám sát hệ thống Các thiết bị hỗ trợ điều khiển được sử dụng trong “MÔ HÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” bao gồm: Relay đóng cắt, cảm biến, bộ nguồn
II CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG
1 Bộ khung “NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG”
Hình 2: Mô hình mô phỏng “NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG”
Bộ khung “NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” là mô hình mô phỏng được sử dụng để vận chuyển và sắp xếp các phương tiện giao thông lần lượt vào các khung (ô để xe) theo một trật tự nhất định Trên thực
tế, mô hình này có thể được thay thế bằng các tòa nhà với hoạt động
và chức năng tương tự mô hình này Qua đó, ta có thể tận dụng được rất nhiều không gian so với các bãi xe truyền thống Việc ứng dụng
mô hình này vào thực tế giải quyết được rất nhiều vấn đề: thiếu không gian cho các bãi xe truyền thống, giảm sức lao động và tăng tính an toàn, chống trộm cắp xe
Trang 15Mô hình thực tế được thiết kế theo nguyên mẫu của hình 1 Với kích thước 800x500x700 (mm) và được thiết kế bằng inox Mô hình thực tế này có thể hoạt động hệt như mô hình mô phỏng
Hình 3: Mô hình thực tế
Trang 162 Động cơ điện DC
a Động cơ điện là gì?
Động cơ điện là một dạng máy điện có chức năng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ Máy điện dùng để chuyển đổi ngược lại (từ cơ sang điện) được gọi là máy phát điện Động cơ điện được sản xuất với nhiều công suất và chức năng khác nhau Nếu dựa trên sơ đồ nối điện có thể chia động cơ điện thành hai loại: động cơ điện 3 pha và động cơ điện 1 pha Còn nếu dựa trên tốc độ thì có thể chia động cơ điện thành hai loại: động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ
Hình 4: Một số dạng động cơ điện
Ngày nay, động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực,
từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động
cơ điện Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong các đầu máy xe lửa
Trang 17Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ)
b Nguyên lý hoạt động
Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên rotor và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay một momen
Hình 5: Cấu tạo động cơ điện
Phần lớn các động cơ điện hoạt động theo nguyên lý cảm biến điện từ, nhưng loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được sử dụng Nguyên lý cơ bản
mà các động cơ điện từ dựa vào là có một lực lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và vuông góc với cuộn dây và
cả với từ trường
Phần lớn động cơ từ đều xoay nhưng cũng có động cơ tuyến tính Trong động cơ xoay, phần chuyển động được gọi là rotor, và phần đứng yên gọi là stator
Trang 18c Nguyên lý hoạt động của động cơ điện DC
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục
và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor
Hình 6: Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển
động quay của rotor
Hình 7: Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Trang 19
Hình 8: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor
cùng dấu, sau đó trở về pha 1
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng một lực từ bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện
áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động
cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động
cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm hai thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng
Trang 20d Sử dụng động cơ điện DC trong mô hình
“MÔ HÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” sử dụng ba động cơ điện DC để thay thế cho cơ cấu truyền động của trục x, trục z và trục
y Cả ba động cơ này chịu trách nhiệm truyền động cho cơ cấu tay nâng để đưa xe vào/ ra các khung (ô chứa xe)
Hình 9: Động cơ chịu trách nhiệm cho cơ cấu truyền động trục x
Trang 21Hình 10: Động cơ chịu trách nhiệm cho cơ cấu truyền động trục z
Hình 11: Động cơ chịu trách nhiệm cho cơ cấu truyền động trục y
Trang 22Hình 12: Cơ cấu tay nâng
Trang 23III PHẦN MỀM
1 Phần mềm TIA Portal V13
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là phần mềm
cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm hổ trợ người dùng lập trình, mô phỏng, điều khiển và giám sát cho các hệ tự động hóa và truyền động điện: PLC, HMI, Inverter của Siemens
Hình 13: Phần mềm TIA Portal V13
Đây là phần mềm cho phép người dùng lập trình, điều khiển trực quan đồng thời cho phép người sử dụng giám sát và thu thập dữ liệu, hiệu quả và xác thực giúp khách hàng thiết kế toàn bộ chương trình
tự động hóa một cách tối ưu chỉ trong một giao diện phần mềm duy nhất, từ đó mang đến cho các nhà tích hợp hệ thống và các doanh nghiệp sản xuất cơ hội nâng cao năng suất và lợi thế cạnh tranh hữu hiệu Phần mềm TIA Portal cũng cung cấp một môi trường thân thiện cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản
lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề án, như các thiết bị PLC hay HMI Phần mềm TIA Portal cung cấp cho người dùng hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ
để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng
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,
Trang 24tất 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 để lập trình Tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên phần mềm 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 - 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 nối giữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm
2 Ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển PLC
Phần mềm TIA Portal cung cấp cho người dùng khả năng lập trình và mô phỏng cho hệ thống Đồng thời phần mềm cũng cung cấp cho ta khả năng lựa chọn ngôn ngữ lập trình cho hệ thống Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình là khâu rất quan trọng trong việc điều khiển hệ thống cũng như khả năng nâng cấp chương trình về sau Ta có tùy chọn trong việc lựa chọn cả ngôn ngữ lập trình Có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản cho bộ điều khiển PLC là: LAD (Ladder Logic), FBD (Function Block Diagram) và STL (Statement List)
a Ngôn ngữ lập trình LAD
LAD (Ladder Logic) là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa
Sự hiển thị được dựa trên các sơ đồ mạch điện Các phần tử của một
sơ đồ mạch điện, như các tiếp điểm thường đóng hay thường mở, và các cuộn dây được nối với nhau để tạo thành các mạng
Trang 25b Ngôn ngữ lập trình FBD
Giống như ngôn ngữ lập trình LAD, ngôn ngữ lập trình FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại
số Boolean Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một các trực tiếp trong sự kết hợp với các khối logic Để tạo
ra logic cho các vận hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các khối logic này
Hình 15: Giao diện của ngôn ngữ FBD
c Ngôn ngữ lập trình STL
Ngôn ngữ lập trình STL (Statement List) là ngôn ngữ lập trình
sử dụng phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh trong các chương trình, kể cả về hình thực đều được thực hiện một chức năng của PLC
Để tạo ra một chương trình dạng STL, đòi hỏi người lập trình phải nắm được cách thức sử dụng 9 bit của ngăn xếp logic Ngăn xếp logic là một khối bit chống lên nhau Các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp
Trang 263 Phần mềm Arduino.exe
Arduino là một vi điều khiển có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD… Đề có thể lập trình cho Arduino thì ta cần một phần mềm giao tiếp và hổ trợ lập trình, và nhà sản xuất cũng đã cung cấp cho một phần mềm để hổ trợ người dùng giao tiếp với mạch Arduino Phần mềm đó là Arduino.exe
Hình 16: Board mạch Arduino UNO
Phần mềm Arduino.exe là phần mềm cho phép người dùng lập trình trên nền tảng Arduino Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại
là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học,
dễ hiểu
Trang 27
Hình 17: Phần mềm Arduino.exe
Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây
Trang 28Hình 18: Giao diện lập trình trên nền tảng Arduino
Trang 29IV CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
1 Bộ điều khiển PLC
a Giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau từ đơn giãn đến phức tạp
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, bộ xử lý trung tâm (CPU) của S7-1200 đã tạo ra một bộ điều khiển PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng Bộ xử lý trung tâm sẽ chịu trách nhiệm giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình được người dùng lập trình sẵn, có thể bao gồm các hoạt động như xử lý tín hiệu logic, đếm, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:
Mỗi bộ xửa lý trung tâm cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
Người dùng có thể sử dụng chức năng "know-how protection" để ẩn mã nằm trong một khối xác định
Trang 30b Tổng quan về bộ xử lý trung tâm của PLC S7-1200
Hình 19: Bộ xử lý trung tâm của PLC S7-1200
: Bộ phận kết nối nguồn Các bộ phận kết nối dây của bộ điều khiển, người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
: Các bộ phận kết nối dây của bộ điều khiển, người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
: Các Led hiển thị trạng thái dành cho các ngõ vào/ ra tích hợp, trạng thái hoạt động của bộ điều khiển
: Cổng kết nối Profinet
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau
Bộ nhớ Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp 25KB 1MB 50KB 2MB
Số ngõ vào/ ra Kiểu số Ngõ vào: 6 Ngõ ra: 4 Ngõ vào: 8 Ngõ ra: 6 Ngõ vào: 14 Ngõ ra: 10
Kiểu tương tự Ngõ vào: 2 Ngõ vào: 2 Ngõ vào: 2
Trang 31Vùng nhớ tạm thời (M) 4096 Byte 8192 Byte Khả năng mở rộng các
Thời gian lưu trữ
Hình 20: Bộ xử lý trung tâm và các Module tín hiệu của PLC S7-1200
Trang 32Hình 21: Module tín hiệu SM
Họ S7-1200 còn cung cấp cho người dùng các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống điều khiển
tự động PLC Có 2 module truyền thông: RS 232 và RS 485
Mỗi CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
Mỗi Module truyền thông kết nối vào phía bên trái của bộ
xử lý trung tâm (hay về phía bên trái của một Module truyền thông khác)
Hình 22: 3 Module truyền thông, Bộ xử lý trung tâm và 2 Module tín hiệu
Trang 33Module Ngõ vào Ngõ ra Ngõ vào/ ra kết hợp
Module
tín hiệu SM
Kiểu số 8 DC IN 8 DC OUT 8 Relay OUT
8 DC IN/ 8 DC OUT
8 DC IN/ 8 Relay OUT
16 DC IN 16 DC OUT 16 Relay OUT 16 DC IN/ 16 DC OUT 16 DC IN/ 16 Relay OUT
Kiểu tượng tự
Bảng 2: Một số Module tín hiệu của PLC S7-1200
c Bộ điều khiển PLC S7-1200 CPU 1214C (DC/DC/DC)
Thông số của bộ điều khiển PLC S7- 1200 CPU 1214C (DC/DC/DC):
Hình 23: CPU 1214C (DC/DC/DC)
Số ngõ vào tín hiệu số (DI): 14 x 24 VDC
Số ngõ ra tín hiệu số (DO): 10 x 24 VDC 0.5A
Số ngõ vào tín hiệu tương tự (AI) : 2 x 10 bit 0 – 10V DC
Nguồn cung cấp : Điện một chiều 24 VDC
PROGRAM/DATA MEMORY: 50 KB
Hãng sản xuất: Siemen
Xuất xứ: Đức
Trang 34bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID
Trang 35b Cấu tạo:
Các thành phần của hệ thống RFID: Trong một hệ thống RFID, 2 thành phần quan trọng nhất là:
Tag (thẻ RFID)
Reader (đầu đọc RFID)
Tag và Reader giao tiếp với nhau ở cùng một Tần Số RFID
sử dụng sóng Radio nên tốc độ truyền dữ liệu, khoảng cách truyền giữa Tag (thẻ RFID) và Reader (đầu đọc RFID) phụ thuộc rất nhiều vào tần Số Do đó tùy thuộc vào ứng dụng trực tiếp mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều dải tần số khác nhau, ở đây mình nêu ra 3 dải tần số thông dụng:
Tần số thấp (Low Frequencies: khoảng 100 kHz – 150 kHz)
Tần số cao (High Frequencies: khoảng 10 MHz – 15 MHz)
Siêu cao tần (Ultra High Frequencies: khoảng 850 MHz –
950 MHz)
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC (Near Field Communication, tạm dịch là công nghệ giao tiếp tầm ngắn) ở tần số 13.56 MHz
Trang 36c Nguyên lý hoạt động của Module RFID
Khi đưa thẻ RFID vào vùng hoạt động của đầu đọc RFID, sóng vô tuyến phát ra từ đầu đọc sẽ cung cấp cho thẻ RFID một dòng điện đủ nhỏ để kích hoạt hệ thống mạch điện nằm trong thẻ giúp nó gửi lại tín hiệu hồi đáp và thực hiện trao đổi dữ liệu theo yêu cầu của
bộ điều khiển kết nối với đầu đọc RFID
Sau khi nhận được dữ liệu từ thẻ bộ điều khiển sẽ đưa ra các yêu cầu điều khiển tùy vào từng ứng dụng cụ thể
Hình 26: Nguyên lý hoạt động của Module RFID
3 Module Arduino UNO
a Giới thiệu
Arduino là một board mạch vi xử lý, được sử dụng nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với:
Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ,
độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khí độc,…), …
Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)
Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433 Mhz, 2.4 Ghz,…),
…
Trang 37 Định vị GPS, nhắn tin SMS,…
… Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau Trong tất cả những dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là Atmega8, Atmega168, Atmega328 “Bộ não” này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như như mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ, hoặc cao hơn nữa bạn có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái,
b Một vài thông số của Arduino UNO
Hình 27: Sơ đồ chân Arduino UNO
Các ngõ vào/ ra:
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
Trang 38ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
2 chân Serial: cổng vào RX (chân số 0) và cổng ra TX (chân số 1): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy chính là kết nối Serial không dây
Chân tín hiệu số PWM (~): 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 28-1 tương ứng với 0V 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ
cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit (0 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V 5V Với chân AREF trên board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL)
hỗ trợ giao tiếp I2C/ TWI với các thiết bị khác
Các chân năng lượng:
Chân GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau
Chân nguồn 5V: cấp điện áp 5V cho ngõ ra của Arduino Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
Chân nguồn 3.3V: cấp điện áp 3.3V cho ngõ ra của Arduino Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Trang 39 Chân nguồn vào (Vin_Voltage Input): để cấp nguồn ngoài vào Arduino UNO, cực dương của nguồn được nối với chân này và cực âm của nguồn được nối với chân GND
Chân RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua một điện trở 10KΩ
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Điện áp vào giới hạn 7-12V DC khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Bảng 3: Một số thông số của Arduino UNO