Giới thiệu đề tài
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề
Theo báo cáo của VAMA, doanh số bán ô tô tháng 5/2019 đạt 27.373 xe, tăng 30% so với tháng 4 và 18% so với cùng kỳ năm trước, cho thấy nhu cầu ô tô tại Việt Nam vẫn rất lớn Trong đó, xe du lịch tăng 36%, với sản lượng xe lắp ráp trong nước đạt 15.162 xe và xe nhập khẩu là 12.211 xe, lần lượt tăng 8% và 75% Sự phát triển của VinFast với các dòng xe như LUX và Fadil hứa hẹn thúc đẩy tiêu thụ ô tô Tuy nhiên, sự gia tăng này cũng gây ra vấn đề quá tải trong việc gửi xe, khiến nhiều phương tiện phải đỗ trên vỉa hè và lòng đường, gây cản trở giao thông và mất mỹ quan đô thị Để giải quyết, việc xây dựng bãi giữ xe thông minh và hệ thống đỗ xe tự động là cần thiết, nhằm đáp ứng nhu cầu và làm đẹp cảnh quan đô thị.
Chúng em quyết định nghiên cứu và thi công đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng công nghệ xử lý ảnh" nhằm áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế và giải quyết các vấn đề liên quan.
Hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động cao được thiết kế và thi công với sự điều khiển của PLC cùng các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc hành trình và động cơ bước Các phần mềm quản lý giám sát được xây dựng nhằm nâng cao tính thông minh cho hệ thống Mô hình này có khả năng tự động cất và trả xe, phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực bãi giữ xe thông minh.
Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:
NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu về nhu cầu sử dụng xe ô tô cá nhân và các bãi giữ xe hiện nay
NỘI DUNG 2: Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số bãi giữ xe ô tô đang được áp dụng hiện nay
NỘI DUNG 3: Nghiên cứu, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động
NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mô hình
NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện
NỘI DUNG 6: Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng phát triển đề tài
Nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào việc khảo sát nhu cầu bãi giữ xe hiện nay, phân tích để chọn ra giải pháp thiết kế tối ưu, và phát triển thuật toán điều khiển hệ thống cùng với giao tiếp giữa các thiết bị liên quan.
Vì một số điều kiện khách quan cũng như chủ quan nên đề tài này sẽ có một số giới hạn như sau:
- Nhóm chỉ xây dựng ý tưởng và cách thức hoạt động, sau đó nhờ một xưởng cơ khí để gia công mô hình
- Kích thước mô hình nhỏ gọn: chiều cao 70cm, chiều rộng 60cm và chiều dài
- Chỉ giới hạn số lượng vị trí để cất xe
- Sử dụng loại động cơ DC giảm tốc 24V có hộp số đi kèm để vận hành hệ thống
- Nhóm không thi công tủ điện vì có một số linh kiện, thiết bị mượn ở phòng thực hành của khoa, không thể tháo rời khỏi bộ thí nghiệm
- Hệ thống có thể tính chi phí giữ xe, còn việc thu phí phải cần nhân viên thực hiện Nội dung đề tài
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Tổng quan giải pháp
Chương 3: Phương pháp giải quyết
Chương 4: Quy trình thiết kế
Chương 5: Thi công mô phỏng
Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Trình bày vấn đề và lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài
Chương 2: Tổng quan giải pháp
Phân tích ưu nhược điểm của các bãi giữ xe hiện có trên thị trường là cần thiết để hiểu rõ hơn về hiệu quả và hạn chế của từng loại hình Các bãi giữ xe truyền thống thường có ưu điểm về chi phí thấp nhưng lại gặp khó khăn trong việc tối ưu hóa không gian Ngược lại, các bãi giữ xe thông minh mặc dù đầu tư ban đầu cao nhưng mang lại sự tiện lợi và an toàn cho người sử dụng Để thực hiện đề tài này, cần xem xét các lý thuyết liên quan đến quản lý không gian, nhu cầu sử dụng và xu hướng phát triển công nghệ trong lĩnh vực giữ xe.
Chương 3: Phương pháp giải quyết
Phân tích lý do lựa chọn thiết kế bãi giữ xe dạng hình tháp trụ cho thấy sự tối ưu trong việc tiết kiệm không gian và tăng cường khả năng chứa xe Thiết kế này không chỉ giúp giảm thiểu diện tích sử dụng mà còn tạo ra sự thuận tiện cho việc ra vào xe Các linh kiện phù hợp cho hệ thống này bao gồm các thiết bị nâng hạ, cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Việc lựa chọn các linh kiện chất lượng cao cũng góp phần nâng cao độ bền và hiệu suất của bãi giữ xe hình tháp trụ.
Chương 4: Quy trình thiết kế
Trình bày quá trình thực hiện mô hình và các bước để có thể hoàn thành hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động
Chương 5: Thi công mô phỏng
Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm Phân tích, đánh giá và so sánh với mục tiêu ban đầu đặt ra
Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Trình bày những điểm mạnh và những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa ra các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai
Tổng quan giải pháp
Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ôtô tự động phổ biến trên thị trường
Với sự phát triển của nhu cầu xã hội, các phương án bãi đỗ ô tô ngày càng phong phú Bài viết này sẽ trình bày những đặc điểm, ưu và nhược điểm của một số phương án phổ biến, nhằm giúp lựa chọn phương án phù hợp cho đề tài.
Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay:
Bãi đỗ dạng xếp hình
Bãi đỗ xe chỉ cần một khu đất trống cùng với đội ngũ nhân viên quản lý để bán vé và ghi lại biển số xe của khách hàng.
Chi phí đầu tư thấp
Chi phí vận hành thấp
Hệ thống vận hành đơn giản
Không có tính tự động cao
Số lượng chỗ giữ xe ít hơn so với các bãi giữ xe nhiều tầng cùng diện tích
Cần phải có một diện tích đất khá lớn
Hình 1.1 Bãi đỗ xe dạng xếp hình
Bãi đỗ xe dạng khách hàng sẽ tự lái quanh tòa nhà
Giải pháp giữ xe này tương tự như bãi đỗ xe truyền thống, nhưng được thiết kế dưới dạng tòa nhà nhiều tầng Khách hàng tự lái xe vào chỗ gửi qua các đường vòng được thiết kế riêng cho xe di chuyển Bãi đỗ xe này có hình ảnh minh họa như trong hình 1.2.
Có nhiều chỗ giữ xe hơn so với bãi giữ xe truyền thống Tuy nhiên vẫn chưa tối ưu lắm về mặt sử dụng không gian gửi xe
Việc khách hàng tự lái xe vào khu vực gửi xe có thể ảnh hưởng đến mức độ an toàn, đồng thời lượng khí thải từ ô tô vẫn chưa được giảm thiểu đáng kể.
Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ tròn
Hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động này lưu trữ xe xung quanh một hình trụ tròn, giúp tối ưu hóa số lượng chỗ đỗ xe Mô hình bãi đỗ xe này được minh họa trong hình 1.3.
Hình 1.2 Bãi đỗ xe dạng soắn ốc
Có sức chứa số lượng xe lớn hơn so với những bãi đỗ xe ô tô tự động khác
Thời gian lấy xe nhanh, tính tự động cao
Tính thẩm mỹ của hệ thống cao, làm tăng mỹ quan đô thị của thành phố hiện đại
Cắt giảm được một lượng khí thải của xe vì hệ thống hoạt động khi xe đã tắt máy góp phần bảo vệ môi trường
Vấn đề về chi phí đầu tư và yêu cầu về kỹ thuật công nghệ cao
Bãi đỗ xe ô tô dạng xoay vòng
Hệ thống bãi đỗ xe thông minh được thiết kế để xoay vòng các xe, cho phép lấy xe luân phiên nhanh chóng Với khả năng quay hai chiều, hệ thống này giúp tiết kiệm thời gian khi lấy xe Bãi đỗ xe này có hình ảnh minh họa như trong hình 1.4.
Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp
Thời gian cất và lấy xe nhanh chóng
Hệ thống gọn nhẹ, lắp đặt nhanh
Hình 1.3 Bãi đỗ xe dạng hình trụ tròn
Chỉ phù hợp với những không gian nhỏ
Số lượng chỗ đỗ xe nhỏ
Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình vuông
Trong hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động này, xe sẽ được cất giữ ở các vị trí 2 bên của bãi
Thời gian cất và lấy xe nhanh chóng
Tính thẩm mỹ khá cao, có thể lắp đặt ngầm dưới lòng đất
Sử dụng tốt ở những nơi có diện tích đất hẹp
Hình 1.4 Bãi đỗ xe dạng xoay vòng
Hình 1.5 Bãi đỗ dạng toà nhà hình vuông Ưu điểm của các hệ thống bãi xe tự động
Hệ thống giữ xe tự động giúp tiết kiệm diện tích hiệu quả, khi cất giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất, cho phép chứa gấp nhiều lần số lượng xe so với bãi đỗ thông thường.
Bãi giữ xe tự động giúp tiết kiệm thời gian cho khách hàng, khi họ không còn phải lo lắng tìm chỗ đỗ xe vào giờ cao điểm Chỉ cần đưa ô tô vào trạm đầu và nhập liệu, khách hàng có thể yên tâm rời khỏi xe để thực hiện các công việc khác.
- Tối ưu việc sử dụng năng lượng: không phải tốn nhiên liệu cho việc di chuyển tìm chỗ trong bãi
Giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một trong những lợi ích nổi bật của hệ thống vận hành bằng điện năng, giúp giảm đáng kể mức độ ô nhiễm trong quá trình hoạt động Đồng thời, hệ thống cũng hạn chế tối đa tình trạng ô nhiễm tiếng ồn, góp phần tạo ra môi trường sống trong lành hơn.
Hệ thống bãi đỗ tự động giúp hạn chế tối đa hư hại và mất cắp phương tiện, nhờ vào việc ngăn chặn va chạm giữa các xe Với thiết kế hoàn toàn tự động và cách ly với bên ngoài, hệ thống này đảm bảo an toàn cho xe gửi, giảm thiểu rủi ro mất cắp.
- Dễ dàng bảo trì và sửa chữa: Do hệ thống được cấu tạo, lắp đặt từ từng phần độc
10 lập với nhau về mặt cơ khí
- Tính an toàn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hoàn toàn khó xảy ra Nhờ có thiết bị cảm biến, camera giảm sát
Nhược điểm của các hệ thống bãi xe tự động
Hệ thống giữ xe tự động mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, như đã nêu trong các giải pháp nhà giữ xe trước đó Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích này, cần chú ý đến những nhược điểm mà hệ thống có thể gặp phải để tìm ra các giải pháp khắc phục hiệu quả nhất.
Một số nhược điểm cần chú ý như sau:
Thời gian cất và lấy xe phụ thuộc vào loại hệ thống, với hệ thống dưới 100 xe, thời gian trung bình khoảng 1.5 phút mỗi xe Tại các công trình như siêu thị, nhà ở hay bãi đỗ công cộng, lượng người sử dụng tăng cao vào giờ cao điểm dễ dẫn đến ùn tắc, khiến khách hàng phải chờ đợi lâu Do đó, để lắp đặt hệ thống bãi đỗ tự động cho những công trình này, cần thiết phải có nhiều cửa ra vào và thang nâng để rút ngắn thời gian cất và lấy xe.
Để đối phó với sự cố mất điện, việc trang bị nguồn điện dự phòng là cần thiết, tuy nhiên điều này cũng làm tăng chi phí đầu tư cho hệ thống.
Để đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy, ngoài việc tuân thủ các tiêu chuẩn trong thi công lắp đặt, cần thiết phải thiết lập một hệ thống điều khiển báo và chữa cháy tự động riêng biệt cho khu vực bãi đỗ.
- Khi xảy bất kì sự cố nào về hỏng hóc các thiết bị khi vận hành thì việc nhận/ trả xe cũng bị tạm hoãn
Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mô hình
Để tối ưu hóa số lượng chỗ gửi xe trong một diện tích nhất định, bãi gửi xe cần có hình ảnh đẹp, hiện đại, góp phần tăng tính mỹ quan cho thành phố Thời gian lấy và cất xe phải nhanh chóng, hệ thống tự động hóa cao và chất lượng dịch vụ phải được đảm bảo Vì vậy, nhóm đã quyết định chọn thiết kế mô hình bãi giữ xe tự động dạng xếp hình cho đề tài này.
Phướng pháp giải quyết
Thiết kế khung mô phỏng
Thiết kế khung mô phỏng chính xác và logic, mang lại cảm giác gần gũi với mô hình thực tế cho người xem Điều này giúp hạn chế tối đa lỗi khi chạy chương trình tại các vị trí băng tải, cơ cấu nâng hạ và di chuyển ngang, đảm bảo độ chính xác và không có cản trở trong quá trình hoạt động.
Khi xe vào bãi, nhân viên kiểm tra giao diện điều khiển để xác định ô trống và quẹt mã thẻ tương ứng để đưa xe vào hệ thống Sau khi nhấn Start, hệ thống sẽ điều khiển băng tải di chuyển xe đến vị trí nâng hạ và chuyển xe ngang để đưa vào ô đỗ Quy trình này hoàn tất khi xe được đẩy vào ô đỗ an toàn.
Quá trình trả xe cho khách bắt đầu khi khách quẹt thẻ và xác nhận vị trí ô đỗ xe tương ứng Sau đó, hệ thống nâng hạ và di chuyển ngang sẽ nâng xe ra khỏi ô đỗ và di chuyển đến vị trí băng tải để trả xe cho khách.
Do khách hàng mất mã thẻ, quá trình quét thẻ để lấy xe không thể thực hiện Vì vậy, để lấy xe, khách hàng cần chứng minh quyền sở hữu xe bằng các giấy tờ tùy thân.
Nhân viên kiểm tra giấy tờ và biển số xe của khách hàng trong cơ sở dữ liệu Nếu biển số tồn tại, vị trí đỗ xe sẽ được truy xuất để trả xe bằng chế độ điều khiển tay, đồng thời lưu lại thông tin khách hàng mất thẻ Cuối cùng, thông tin xe đã gửi sẽ được xóa khỏi cơ sở dữ liệu Hệ thống bãi giữ xe tự động dạng xếp hình cho thấy độ hiệu quả cao trong việc quản lý và vận hành.
Bãi đỗ xe tự động “Xếp hình” sử dụng cơ cấu nâng hạ và di chuyển ngang, được lắp đặt tại các tầng hầm của tòa nhà cao tầng, chung cư cao cấp và cơ quan nhà nước Hệ thống này cho phép cất và trả xe gần như tự động hoàn toàn, giúp tiết kiệm thời gian và diện tích đất sử dụng Ngoài ra, bãi đỗ xe tự động còn mang lại tính thẩm mỹ, giảm chi phí hoạt động so với bãi giữ xe truyền thống, tiết kiệm nhiên liệu và góp phần bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế ô nhiễm tiếng ồn, bụi và không khí.
Cấu hình, tính năng, thông số kỹ thuật của mô hình
Sử dụng cấu hình PLC, HMI và Phần mềm đóng vai trò Giám sát và điều khiển từ xa (SCADA) để vận hành hệ thống
- Độ ổn định, chính xác, an toàn với các quy trình hoạt động của hệ thống
- Thân thiện với môi trường, nhanh chóng và thuận tiện cho người dùng
- Điều khiển bằng máy tính, các thao tác đơn giản, dễ dàng quản lý, hỗ trợ và sử dụng
- Có thể mở rộng quy mô theo nhu cầu một cách dễ dàng
- Diện tích xây dựng, lắp đặt nhỏ, độ thẫm mỹ cao
- Chi phí đầu tư tương đối thấp
- Nguồn mạch động lực và PLC: 3P 220VAC 60Hz
- Động cơ băng tải: Động cơ giảm tốc 24VDC, 60rpm
- Động cơ cơ cấu kéo/ đẩy xe: Động cơ 3 pha 220VAC, 60Hz, 1600rpm, hộp giảm tốc 1:19 có thắng từ
- Động cơ dịch chuyển : Động cơ giảm tốc 24VDC, 60 rpm
- Băng tải, cơ cấu kéo – đẩy: truyền động đai Tỷ sổ truyền 10:1
- Khung mô hình: Nhôm định hình 20x20 mm
Nhóm đã quyết định chọn phương án thiết kế và thi công này do nó phù hợp với kiến thức và kỹ năng kỹ thuật của sinh viên, đồng thời đáp ứng được yêu cầu về tính kinh tế của nhóm.
Lựa chọn cơ cấu truyền động
Sau khi cân nhắc, hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động sẽ được thiết kế theo dạng "Xếp hình" Cơ cấu truyền động của hệ thống sẽ bao gồm ba loại chuyển động: chuyển động tịnh tiến nâng hạ bàn nâng để xác định tầng gửi xe, chuyển động tịnh tiến để đưa xe vào hoặc lấy xe ra, và chuyển động ngang để di chuyển đến đúng vị trí giữ xe trong tầng Có nhiều cơ cấu truyền động khác nhau có thể được lựa chọn để tạo ra các chuyển động tịnh tiến cần thiết.
Ròng rọc GT2 có đường kính 3mm và bao gồm 20 răng, được lắp đặt ở phía dưới hệ thống để tạo thành bánh bị dẫn Việc chọn ròng rọc với đường kính khác không quá quan trọng, miễn là nó tương thích với dây đai GT2 được giới thiệu dưới đây.
Dây đai GT2 là loại dây curoa được làm từ nhựa cao su, có chức năng truyền chuyển động từ bánh dẫn đến bánh bị dẫn, tạo ra chuyển động tuyến tính cho hệ thống Việc lựa chọn pulley và ròng rọc GT2 yêu cầu sử dụng dây đai GT2 để đảm bảo tính tương thích Nếu chọn loại dây đai khác, người dùng sẽ phải đối mặt với hai lựa chọn: thay đổi dây đai hoặc thay đổi cả pulley và ròng rọc để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Ta sẽ sử dụng pulley với cùng kích thước để gắn vào đầu trục động cơ tạo thành bánh dẫn trong hệ thống truyền động bằng dây đai
Ray trượt vuông (Linear Guideways):
Sự luân chuyển tuần hoàn của các viên bi thép giữa thanh ray hình chữ nhật và hộp trượt tạo ra chuyển động tuyến tính Thanh trượt thường được cố định trên bề mặt máy, trong khi con trượt gắn liền với chi tiết cần di chuyển.
Hình 2.3 Pulley GT2 20 răng 2mm
Chuyển động thẳng mượt, ma sát thấp
Nhược điểm: Chi phí mua sản phẩm đắt
Chọn phương án truyền động tuyến tính
Do hạn chế về kiến thức thiết kế cơ khí, nhóm em đã chọn phương án truyền động đai với động cơ 24VDC, pulley, ròng rọc và dây đai curoa để tạo chuyển động tuyến tính cho hệ thống Giải pháp này không chỉ đơn giản và dễ lắp đặt mà còn có chi phí thấp, phù hợp với khả năng của nhóm và yêu cầu của hệ thống.
Tính toán, thiết kế sức chứa và ô chứa
Tính toán thiết kế ô chứa sức chịu của khung
Thông qua tìm hiểu kích thước và tải trọng thực tế của xe 4 và 7 chỗ hiện nay:
Tỉ lệ kích thước xe thu nhỏ để phù hợp với mô hình là 1:36
Hình 2.5 Xe mô hình mô phỏng tỉ lệ thực
Có tổng trọng lượng: 300gram
Với 50 xe dự tính: 50*300000(gram)
Vậy khung mô hình phải chịu tải ≥ 25000gram để đảm bảo sức bền và tính an toàn của hệ thống
Tính chọn công suất động cơ
Chọn động cơ cho cơ cấu nâng:
Tổng khối lượng xe trên bàn nâng: 0.3kg
Khối lượng của dây belt = 2kg => Tải trọng của bàn nâng: W=2.3kg
Hệ số ma sát pully: π1=0.95
Hệ số ma sát hộp giảm tốc: π2=0.9 Đường kính pully : 2mm
Thời gian làm việc: 24 giờ/ngày
Tính mômen xoắn động cơ:
Momen đầu hộp số: T2=(T1 x tỉ số truyền) x η2
Tính công suất động cơ:
Vì công suất động cơ vừa là 34W nên ta chọn động cơ 40W Động cơ giảm tốc 3 pha có thắng mã VHI540S2M – GVH của hãng Oriental Motor (OM)
Chọn động cơ cho Băng tải
Tính mômen xoắn động cơ
Băng tải 1kg , xe : 0,3 kg
Momen đầu hộp số: T2=(T1 x tỉ số truyền) x η2
Tính công suất động cơ:
Vì công suất tính ra là 10W nên nhóm chọn động cơ DC giảm tốc 24VDC 20W Lựa chọn phương án giải quyết
Do tình hình dịch COVID-19 diễn biến phức tạp, việc mua vật tư gặp nhiều khó khăn Mặc dù nhóm đã nỗ lực rất nhiều, nhưng chỉ hoàn thành được 60% lắp đặt khung cơ khí cho mô hình bãi giữ xe tự động hình trụ tròn theo bản vẽ thiết kế ban đầu Mô hình dự kiến của nhóm vẫn đang được triển khai.
Hình 2.6 Mô hình dự kiến của nhóm
Nhà trường đã đưa ra giải pháp thiết thực cho việc chuẩn bị thiết bị và dụng cụ làm mô hình, đặc biệt hữu ích cho sinh viên ngành Tự Động Hoá, do họ sẽ thường xuyên sử dụng trong hệ mô phỏng.
Phần mềm mô phỏng Factory IO nổi bật với tính thẩm mỹ cao, cung cấp hình ảnh mô phỏng thực tế sống động và hiệu ứng 3D ấn tượng, trở thành lựa chọn phổ biến nhất hiện nay trong lĩnh vực mô phỏng.
Quy trình thiết kế
Bản vẽ kỹ thuật mô hình
Hình 3.1 Mặt trước bản vẽ mô hình kỹ thuật
Hình 3.2 Mặt cạnh bản vẽ mô hình kỹ thuật
Hình 3.3 Mặt trên bản vẽ mô hình kỹ thuật
26 Bản vẽ 2D chi tiết của mô hình
Hình 3.4 Bản vẽ chi tiết mô hình
27 Bản vẽ 3D mô phỏng mô hình
Hình 3.5 Bản vẽ 3D mô hình kỹ thuật
Bản vẽ 3D khung mô hình
Hình 3.6 Bản vẽ 3D khung cơ khí mô phỏng không gian lưu trữ xe của mô hình bãi giữ xe tự động dạng xếp hình
29 Bản vẽ 2D thiết kế khung mô hình
Hình 3.7 Bản vẽ thiết kế 2D khung lưu trữ xe tự động dạng xếp hình
Toàn bộ khung mô hình được lắp ráp bằng nhôm định hình 20x20mm
Các thanh nhôm được liên kết với nhau bởi các pát nhôm chìm được cố định bằng ốc vít giúp tăng độ thẩm mỹ cho mô hình
Hình 3.8 Nhôm định hình 20x20mm
Hình 3.9 khe kìm chữ L nhôm định hình 20x30mm
31 Danh sách các thao tác chấp hành của mô hình
Bảng 3.1 Bảng danh sách các thao tác chấp hành của mô hình
Thông số kỹ thuật của phần cứng
Chức năng: cấp nguồn cho các module Điện áp đầu vào 100 – 240 VAC
Tần số đầu vào 50/60 Hz ± 5 %
Công suất biểu kiến 120 VA
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Module R62P
CPU Mitsubishi MELSEC iQ-R: R04ENCPU
Chức năng: Bộ xử lý trung tâm
Ngôn ngữ lập trình LD, SFC, ST, FBD
Số lượng chương trình thực thi 124
Internal relay (M) 12288 points (user-changeable)
Thanh ghi dữ liệu (D) 18432 points (user-changeable)
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật CPU R04EN
Mô-đun đầu vào MITSUBISHI: RX42C4
Chức năng: Nơi một tín hiệu bên ngoài được cung cấp từ một chuyển mạch đầu vào nhận được và được chỉ ra bởi phần tử kí hiệu X
Số điểm đầu vào 64 Điện áp định mức 24VDC
Dòng điện định mức 4.0 mA
ON voltage/ON current 19V or higher/3mA or higher
OFF voltage/OFF current 6V or lower/1.0mA or lower Điện trở đầu vào 5.3kΩ
Số chân bên ngoài 40 Pin
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Module RX42C4
Mô-đun Đầu Ra Transitor Mitsubishi PLC: RY42NT2P
Chức năng: là một cổng ra trên PLC để điều khiển tải bên ngoài và được chỉ ra bởi phần tử kí hiệu Y
Hình 3.13 Sơ đồ mạch Module RX42C4
Số điểm ngỏ ra 64 points Điện áp tải định mức 12/24VDC
Dòng tải tối đa 0.2A/point, 2A/common
Dòng quá tải tối đa cho phép 0.4A 10ms hoặc thấp hơn Thời gian đáp ứng OFF -> ON: 0.5ms hoặc thấp hơn
ON -> OFF: 1ms hoặc thấp hơn Hiển thị hoạt động LED sáng ở trạng thái ON
Nguồn cấp ngoài Áp: 12/24VDC
Dòng: 16mA Dòng tải tiêu thụ (internal curent consumption, 5VDC)
250mA, tất cả các ngõ ra đều ON
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật Module RY42NTP
Hình 3.15 Sơ đồ mạch Module RY42NTP
Mô-đun mạng Mitsubishi MELSEC iQ-R: RJ71EN71
Thông số kỹ thuật truyền động
Tốc độ truyền dữ liệu 1Gbps / 100 Mbps / 10 Mbps
Giao diện Đầu nối RJ45 (MDI tự động / MDI-X)
Tối đa kích thước khung (byte) 1518/9022 (khi khung jumbo được sử dụng)
Phiên bản IP Tương thích với IPv4
Gửi / nhận bộ nhớ lưu trữ dữ liệu
Số lượng kết nối mở đồng thời 128
Bộ đếm cố định 5k từ x 16 (chỉ P1 có thể được sử dụng)
Socket liên lạc 5k từ x 48 (khi chỉ sử dụng P1)
5k từ x 12 (khi chỉ sử dụng P1 / P2)
Bộ đệm truy cập ngẫu nhiên 6k từ x 1
Chức năng giai tiếp CPU đơn giản 1k từ x 512 (khi chỉ sử dụng P1)
1k từ x 1024 (khi chỉ sử dụng P1 / P2) Thông số kỹ thuật của CC-Link IE Field / cáp điều khiển
Cáp thông số tin liên lạc Cáp Ethernet
Bảng 3.6 Thống số kỹ thuật Module RJ71EN71 Hình 3.16 Module RJ71EN71
- Số lượng module có thể lắp 8
- Mô hình bộ chuyển đổi ray DIN R6DIN1
- Dòng điện tiêu thụ (5VDC) 0.71A
- Kích thước lỗ lắp Lỗ vít M4
Chức năng: Cấp nguồn cho các thiết bị sử dụng nguồn 24VDC
Hình 3.18 Nguồn tổ ông 24VDC
Output Điện áp đầu ra 24 VDC
Dòng điện đầu ra 1.5 A Điều chỉnh điện áp -10% đến 10%
Thời gian khởi động 300 ms
Bảo vệ quá tải 105 % dòng tải định mức, sụt áp, ngắt quảng, tự động cài lại
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 24VDC
Chức năng: bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch, đóng ngắt Tính chọn thiết bị
Chọn MCB hãng LS, model: LS BKN 6A
Thông số kỹ thuật: Uđm = 230VAC, Iđm = 6A, ICU = 6kA, 3P
Chức năng : điều khiển động cơ
Thông sô kỹ thuật yêu cầu:
Idm ≥ Iflc , số tiếp điểm, tải AC 3
Tính chọn thiết bị: Điện áp cuộn hút 220VAC
Chọn thiết bị: của hãng LS MC-6a 220VAC coil
Cảm biến tiệm cận NPN E3F -
OS30C4 Chức năng: nhận biết vật cản Điện áp cấp 10 – 30VDC
Khoảng cách phát hiện 10 – 30 cm
Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở
Dòng kích ngõ ra 200mA
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận
Hình 3.21 Cảm biến tiệm cận
Chức năng: giúp động cơ hoạt động êm ái, điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số
Hình 3.22 Biến tần Mitsubishi FR - E720 - 0.4Kw Điện áp đầu vào 3P 200 – 240VAC ± 10%
Tần số đầu vào 48 – 63Hz
Tích hợp bộ lọc EMC
Khả năng chịu quá tải 150% trong 60s ,200% trong 3s
Chế độ điều khiển Forward/Reveres, Multi speed, PID control, truyền thông, … Chức năng bảo vệ động cơ Bảo vệ quá áp, ngắn mạch
Có chân kêt nối điện trở thắng cho ứng dụng dừng nhanh
Có thể gắn thêm card mở rộng I/O, card truyền thông
Tích hợp Cổng kết nối màn hình rời, cổng USB kết nối với PC
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật biến tần Mitsubishi E700
44 Động cơ giảm tốc 3 pha có thắng từ Động cơ giảm tốc 3 pha có thắng mã VHI540S2M – GVH của hãng Oriental Motor (OM) Điện áp đầu vào 3 pha 220VAC
Số vòng quay dịnh mức 1600rpm
Momen xoắn định mức 240mN.m Điện áp thắng 220VAC
Kích thước 210mm x 90mm Đường kính trục đầu ra 18mm
Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc 3 pha có thắng từ
Hình 3.23 Động cơ giảm tốc 3 pha có thắng từ
45 Động cơ giảm tốc DC Động cơ giảm tốc 24VDC
Hình 3.24 Động cơ giảm tốc DC 24VDC Điện áp đầu vào 24VDC
Số vòng đầu ra 60rpm Đường kính truc đầu ra 6mm
Bảng 3.11 Thông số động cơ giảm tốc DC
Relay trung gian Relay trung gian 12VAC/28VDC 8 chân hãng Omron Điện áp cuộn hút 12VAC/28VDC
Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật Relay trung gian
Relay nhiệt Chức năng : bảo vệ quá tải
Tính chọn :Idm ≥ 110% Iflc = 110% x 0.28=0.308 A Chọn Relay của hãng LS MT-12
Nút nhấn nhả Start, Stop, Reset Chức Năng: Khởi động hệ thống, dừng hệ thống, reset chương trình
Màu sắc Đỏ, Vàng, Xanh lá
Kích thước lỗ lắp đặt 22mm
Kích thước bề mặt nút nhấn 29mm
Bảng 3.13 Thông số kỹ thuật nút nhấn
Thiết kế hệ thống điện
Bản vẽ thiết kế bảng điều khiển
Hình 3.28 Thiết kế bảng điều khiển
Thiết kế mạch động lực động cơ băng tải 24VDC
Hình 3.29 Mạch động lực động cơ băng tải
Thiết kế mạch động lực động cơ 3 pha
Hình 3.30 Mạch động lực động cơ 3 pha
51 Thiết kế sơ đồ kết nối mạch điện ngoại vi
Hình 3.31 Sơ đồ kết nối mạch điện ngoại vi
Thiết kế hệ thống điều khiển
Trang chính của Labiew bao gồm các thành phần cơ bản như logo trường, tên đề tài, giảng viên hướng dẫn và sinh viên thực hiện Nó cũng có chức năng đăng nhập, yêu cầu người dùng nhập đúng tên đăng nhập và mật khẩu để sử dụng Điều này nhằm đảm bảo an ninh và ngăn chặn các sự cố không mong muốn, giúp duy trì hiệu suất làm việc của máy.
Hình 3.32 Giao diện bảo mật bản thiết kế Labview
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát sát chính trên Labview
Giao diện điều khiển và giám sát bao gồm màn hình hiển thị hình ảnh từ camera, các nút nhấn và đèn báo, giúp người vận hành theo dõi tình hình hoạt động của hệ thống Nó cho phép khởi động hệ thống khi các nút nhấn vật lý bị hư hỏng, đảm bảo năng suất làm việc không bị ảnh hưởng.
Hình 3.33 Giao diện điều khiển bản thiết kế Labview
Xây dựng lưu đồ giải thuật
Lưu đồ giải thuật tổng quan mô hình
Hình 3.34 Lưu đồ giải thuật tổng quan mô hình
55 Lưu giải thuật khi có xe vào
Hình 3.35 Lưu đồ giải thuật khi xe vào
56 Lưu đồ giải thuật khi xe ra
Hình 3.36 Lưu đồ giải thuật khi xe ra
Thi công
Thi công mô phỏng mô hình
Bệ nâng xếp hàng gắn trên ray là thiết bị lý tưởng để xếp hàng hóa nặng, bao gồm một xe đẩy, một bệ đứng và hai nĩa có khả năng trượt sang hai bên, giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và sắp xếp hàng hóa.
Hành trình di chuyển ngang: 10,5 m
Hành trình di chuyển dọc: 6,625 m
Tốc độ di chuyển ngang: 1,4 m / s
Tốc độ di chuyển dọc: 1,7 m / s
Hình 4.1 Cơ cấu nâng hạ - di chuyển ngang
Giá đỡ là khung thép thẳng đứng liên kết với nhau qua các dầm thép ngang, nhằm mục đích chịu tải trọng Loại giá có sẵn là giá một chiều sâu, hay còn gọi là giá chọn lọc, cho phép lưu trữ tải trọng sâu một pallet.
Hình 4.2 Khung chịu tải giữ xe
Băng tải con lăn hạng nặng, có thể được điều khiển bằng các giá trị kỹ thuật số và tương tự theo cấu hình đã chọn
Chiều dài có sẵn: 2, 4 và 6 m
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m/s (digital); 0,8 m/s (analog)
Hình 4.3 Băng tải di chuyển xe vào vị trí cẩu
Hình 4.4 Băng tải nhận xe từ cẩu chuyển ra ngoài
Thiết kế tủ điện, cột trụ, các nút nhấn, màn hình hiển thị từ thư viện và kéo ra lắp đặt
Hình 4.6 Mô hình mô phỏng toàn bộ hệ thống
Viết chương trình điều khiển cho hệ thống
Quy trình tạo IO SERVER
Hình 4.7 Quy trình tạo IO Server
Khởi động MX OPC nhấp chuột phải chọn
New Mx Device chọn Configure rồi ở mục PC side I/F chọn
GX Simulator3 xong ấn Next ở mục CPU type chọn
Nháy đúp vào thư mục đã tạo Dev14
* Chú thích: sau khi thực hiện xong các bước ta sẽ có được danh sách địa chỉ trên MX OPC server như trong phần phụ lục
Quy trình tạo mô phỏng labview
Labview kết nối với PLC thông qua OPC cần thực hiện những bước sau :
Hình 4 8 Quy trình khởi động Labview
Viết chương trình xử lý ảnh trên Labview
Trong Labview có nhiều hàm hỗ trợ xử lý ảnh như :
NI-IMAQ : hàm này thu nhập các hình ảnh đầu vào từ thư viện ảnh có sẵn trong máy tính, video có sẵn trong bộ nhớ, hay từ camera
Image Processing: ở hàm này thì nó sẽ xử lý màu của ảnh thu thập được, lọc ảnh, phân tích ảnh…
Machine Vision là một công nghệ quan trọng, bao gồm các chức năng như đếm số lượng vật, đo khoảng cách, xác định tọa độ và nhận diện đối tượng mẫu Để bắt đầu sử dụng LabVIEW, bạn nên chọn “Blank Project” và nhấn “Finish” Sau đó, bạn có thể nhấn chuột phải vào giao diện để tiếp tục với các thao tác cần thiết.
My Computer chọn New rồi chọn I/O Server chọn OPC Client rồi nhấn Continue sau đó chọn
To create bound variables in Untitled Library1, right-click on OPC1 and select "Create Bound Variables." Then, choose all the items created in OPC, click "Add >>," and finally, press "OK."
LabVIEW tích hợp sẵn các hàm cho camera quét mã trong thư viện, giúp đơn giản hóa quá trình lập trình Nhóm em đã sử dụng hàm IMAQ Read QR Code để xử lý ảnh cho hệ thống một cách hiệu quả.
Sau đây là các bước để lập trình:
- Sử dụng hàm trong Instrument Readers
Hàm IMAQ Read QR Code: có nhiệm vụ là đọc hình ảnh từ thư viện ảnh, video sẵn có hay là từ camera vào.
Hình 4.9 Hàm trong Instrument Reads
Hình 4.10 Hàm IMAQ Read QR code
Hình 4.12 Giao diện quét mã gửi xe
Bước 1 : Vào Project chọn New – series: RCPU – type: R04EN – OK
Bước 2 : nháy đúp chuột vào Module Configuration
Hình 4.14 Chọn các module cần thiết
Bước 3 : chọn Main Base – chọn R38B giữ chuột kéo main ra bên ngoài
Bước 4 : Chọn Power Supply – chọn R62P giữ chuột kéo ra và đưa vào POW trên main
Bước 5 : kéo R04ENCPU đã hiện thị sẵn vào CPU trên main
Bước 6 : chọn CPU Extension – chọn RJ71EN71(CCIEF) giữ chuột kéo ra và đưa vào main 0
Hình 4.18 Chọn Module RJ71EN71(CCIEF)
Bước 7 : chọn Input – chọn RX42C4 giữ chuột kéo ra và đưa vào main 1
Bước 8 : chọn Output – chọn RY42NT2P giữ chuột kéo ra và đưa vào main 2
Hình 4.20 Chọn Module RY42NT2P
Bước 9 : khi hoàn thành xong các bước trên thì sẽ tiến hành viết chương trình cho hệ thống
Hình 4.21 Màn hình làm việc sau khi hoàn thành các bước trên
Liên kết PLC với Factory IO để chạy mô phỏng
Bước 1 : Mở file mô phỏng đã thiết kế – chọn File – chọn Drivers
Bước 2 : chọn OPC Client DA/UA
Hình 4.22 Thao tác trên Factory IO
Hình 4.23 Thao tác trên Factory IO
Hình 4.25 Thao tác trên Factory IO
Bước 4 : chọn Mitsubishi.MXOPC.6 rồi nhấn Browse
Bước 5: Kết nối các mục từ SENSORS và ACTUATORS với các Tag đã tạo như hình minh họa Quá trình liên kết PLC với Factory IO đã hoàn tất.
Hình 4.24 Thao tác trên Factory IO
Tạo mã QR ứng với từng ô gửi xe
Để truy cập bảng điều khiển, người dùng cần đăng nhập bằng tên đăng nhập "Hutech" và mật khẩu "1234" Nếu thông tin đăng nhập không chính xác, màn hình máy tính trung tâm sẽ hiển thị thông báo "Error".
Hình 4.27 Thao tác trong HMI
- Nhấn START: Để khởi động hệ thống
- Nhấn STOP: Hệ thống dừng làm việc
- Chuyển trạng thái hoạt động: xe ra – xe vào
Hình 4.28 Thao tác trong bảng điều khiển và giám sát
Hình 4.29 Quét mã để đưa xe vào điểm đỗ
- Xe đang được chuyển vào vị trí
Hình 4.30 Băng tải chuyển xe vào vị trí cơ cấu nâng, hạ - dịch chuyển ngang
- Cơ cấu nâng,hạ - dịch chuyển ngang đưa xe vào vị trí tương ứng
Hình 4.31 Cẩu hoạt động đưa xe vào ô đỗ xe
Gạt nút xe ra chuyển trạng thái hoạt động sang trả xe
Hình 4.32 Gạt nút chuyển trạng thái hoạt động sang “xe ra”
Quét mã thẻ để xác định vị trí
Hình 4.33 Quét mã lấy xe
- Hệ thống sẽ cho xe tự động ra bên ngoài
- Xe được chuyển ra ngoài vị trí chờ nhận xe
Hình 4 35 Băng tải chuyển xe ra ngoàiHình 4.34 Xuất xe theo vị trí mã đã xác nhận
Phân tích và so sánh
Hệ thống bãi giữ xe thông minh của nhóm em có thời gian gửi và lấy xe khá hiệu quả, với thời gian trung bình khoảng 20 giây để gửi xe và 22 giây để lấy xe Cụ thể, ở vị trí gần nhất, thời gian gửi xe là 15 giây và lấy xe là 20 giây, trong khi ở vị trí xa nhất, thời gian gửi xe là 23 giây và lấy xe là 21 giây So với đồ án bãi giữ xe dạng hình tròn của nhóm khác, nhóm em ghi nhận thành tích tốt hơn trong việc tối ưu hóa thời gian.
Thời gian trung bình để lấy hoặc gửi xe là khoảng 18 giây, nhanh hơn một chút so với hệ thống của nhóm Đối với vị trí gần nhất, thời gian là 13 giây, trong khi với vị trí xa nhất, thời gian lên tới khoảng 23 giây Nhiều mô hình khác có thời gian vận hành lâu hơn, thường từ 20 giây trở lên cho vị trí gần nhất.
Hệ thống của nhóm em đạt thời gian 40 đến 60 giây cho vị trí xa nhất, cho thấy hiệu suất khá tốt Tuy nhiên, nếu điều chỉnh cơ cấu nâng hạ, tăng tốc độ quay của động cơ bước và giảm thời gian chờ giữa các vị trí, thời gian lấy xe sẽ được cải thiện đáng kể.
Chế độ gửi xe Thời gian (giây) 15 18 18 20 18 22 22 23
Chế độ lấy xe Thời gian (giây) 20 22 22 20 23 25 25 21
Bảng 4.1 Thống kê thời gian vận hành hệ thống
- Hệ thống có thể gửi xe vào và lấy xe ra đúng vị trí yêu cầu
- Khi quẹt thẻ thì hệ thống tự động lưu mã thẻ và gửi tín hiệu cho PLC điều khiển chính xác
- Xây dựng được thuật toán ưu tiên vị trí gửi xe giúp rút ngắn thời gian gửi xe cho khách hàng
- Điều khiển và giám sát hệ thống trên Labview
- Điều khiển và giám sát hệ thống trên Factory IO thành công
- Hệ thống đôi khi còn xảy ra lỗi khi hoạt động
- Đôi khi việc xử lý ảnh của mã QR vẫn có sai sót nhưng tỷ lệ thấp
Thiết kế cơ cấu di chuyển trong hệ thống hiện tại chưa được tối ưu, dẫn đến thời gian gửi và lấy xe cho khách chưa được rút ngắn tối đa Điều này cũng làm gia tăng diện tích không cần thiết của bãi giữ xe.
Sau khi hoàn thành sản phẩm, nhóm chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm và lập bảng thống kê số lần thực hiện chính xác nhằm kiểm tra tính ổn định của hệ thống.
Kết quả được thể hiện trong bảng 4.2
SỐ LẦN THỰC HIỆN ĐÚNG
Bảng 4.2 Kết quả thống kê
Đánh giá kết quả, kết luận
Đánh giá kết quả, kết luận
Nhờ vào sự nỗ lực không ngừng của nhóm và sự hỗ trợ tận tình từ giáo viên hướng dẫn, đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng công nghệ xử lý ảnh” đã được hoàn thành với kết quả tốt đẹp Đề tài đã đạt được một số mục tiêu đã được đề ra từ ban đầu.
- Thiết kế và thi công được mô hình bãi giữ xe ô tô tự động tối ưu được số lượng chỗ gửi xe trong một diện tích nhất định
- Xây dựng được giải pháp ưu tiên vị trí gửi xe cho hệ thống giúp rút ngắn thời gian gửi xe cho khách hàng
Chương trình điều khiển bằng PLC đảm bảo hoạt động ổn định, sản phẩm được tạo ra với độ chính xác cao và sai số tối thiểu Hệ thống còn có khả năng xử lý các lỗi phát sinh một cách hiệu quả.
- Hiểu được đặc điểm phần cứng, phần mềm và nắm rõ được cách thực hiện chương trình điều khiển PLC
- Có thể tìm và lấy xe ra cho khách hàng nếu họ bị mất thẻ xe
- Có giao diện điều khiển và giám sát trên labview và factory IO
- Do tình hình dịch bệnh covid – 19, thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tính toán
77 thiết kế, mô phỏng, cũng như chi phí có hạn nên máy làm ra mang tính chất mô hình tham khảo
Mô hình vật lý vẫn chưa hoàn thiện do ảnh hưởng của dịch bệnh và thời gian hạn chế, dẫn đến việc chất lượng sản phẩm và hiệu suất của sản phẩm thực nghiệm chưa được kiểm tra đầy đủ.
Cơ cấu nâng, hạ và di chuyển ngang trong hệ thống hiện tại chưa được thiết kế tối ưu, dẫn đến việc không rút ngắn được thời gian gửi và lấy xe cho khách hàng Điều này cũng góp phần làm tăng diện tích không cần thiết của bãi giữ xe.
- Thiết kế lại cơ cấu cánh tay trong hệ thống để có thể hoạt động tối ưu hơn dựa trên cánh tay cũ đã có
Để tối ưu hóa lợi ích từ việc sử dụng diện tích của hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động, cần tăng cường số lượng chỗ gửi xe trong bãi.
- Thiết kế website để có thể đặt chỗ đồng thời thanh toán online
- Có thể áp dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt để tăng tính bảo mật cho khách hàng
Áp dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống cho phép thu thập lịch sử gửi và trả xe của khách hàng, từ đó tính toán vị trí đỗ xe gần nhất dựa trên thói quen của họ.
- Áp dụng công nghệ blockchain để lưu trữ thông tin khách hàng và các lịch sử giao dịch của khách hàng
