Thiết kế, thi công mô hình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s71200 sử dụng kết hợp rfid đồ án tốt nghiệp

Các bãi giữ xe thường kết hợp giữa hệ thống điều khiển thông minh PLC, Camera theo dõi dõi và sử dụng như đầu vào cho hệ thống tự động nhận dạng biển số xe, cảm biến phát hiện có xe.. Hì

Đồ Án Tốt Nghiệp 1 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

LỜI CẢM ƠN 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE 10

1.1 Đặt vấn đề 10

1.2 Hệ thống đỗ xe tự động di chuyển từng tầng 14

1.3 Bãi đỗ xe tự động dạng tháp 16

1.3.1 Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp hình trụ 16

1.3.2 Hệ thống đỗ xe cao tầng kiểu tháp cột đứng 17

1.4 Bãi giữ xe tự động xoay vòng đứng 19

1.5 Hệ thống bãi đỗ xe tự động xếp hình 21

1.6 Kết luận 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24

2.1 Động cơ bước 24

2.1.1 Step motor 17 26

2.1.2 Động cơ Step 57 27

2.1.3 Thông số của động cơ 28

2.2 Arduino UNO R3 30

2.2.1 Thông số của Arduino UNO R3 31

2.2.2 Các chân nguồn kết nối 32

2.2.3 Bộ nhớ 33

2.2.4 Các cổng vào/ra 34

2.2.5 Lập trình cho Arduino 35

2.3 Mạch Giải Mã CD74HC4067 16 Kênh 36

2.4 Giới thiệu PLC (Programmable logic controller) 37

2.5 Các loại PLC điều khiển phù hợp với hệ thống 39

2.6 Bộ lập trình-PLC S7-1200-CPU-1212C-DC-DC-DC 44

2.6.1 Giới thiệu bộ lập trình S7-1200-CPU Siemens 44

2.6.2 Thông số kỹ thuật Bộ lập trình-PLC S7-1200-CPU-1212C-DC-DC-DC- 44

2.6.3 Giới thiệu tổng quan về bộ lập trình PLC S7-1200 44

2.6.4 Tính năng và dung lượng của từng dòng sản phẩm PLC S7-1200 45

2.6.5 Ứng dụng của bộ lập trình PLC S7-1200 47

2.6.6 Cấu hình chi tiết 6ES7212-1AE40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC 48

2.7 Các module mở rộng 48

2.8 Phần mềm Tia Portal 50

2.9 Giới thiệu về RFID 68

RFID giúp giảm thời gian chi phí quản lý, lợi nhuận sẽ cao hơn 68

2.10 Các phương án giám sát và quản lý dữ liệu 68

2.10.1 Giám sát trên HMI 68

2.10.2 Giám sát trên máy tính 69

2.11 Phương án truyền thông 70

2.11.1 Truyền thông qua cổng I/O trực tiếp 70

2.11.2 Truyền thông ICP/IP 71

2.12 Trục Vitme 73

2.13 Giao diện trên HMI 75

2.13.1 Giới thiệu chung 75

2.13.2 Giao diện thiết kế 77

2.13.3 Kết nối HMI với PLC 79

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH 81

3.1 Yêu cầu hệ thống 81

3.2 Thiết kế cơ khí và các thiết bị trong hệ thống 81

3.2.1 Cơ sở thiết kế 81

3.2.2 Thiết kế hệ thống 82

3.3 Phân tích yêu cầu mạch lực 88

3.4 Lựa chọn thiết bị cho mạch lực 88

3.4.1 Tính toán lựa chọn công suất của động cơ 88

3.4.2 Tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ 93

3.1 Kết luận 95

3.4.3 Kết luận 96

3.5 Lựa chọn phương án giám sát và quản lý dữ liệu 96

3.6 Lựa chọn phương án truyền thông 96

Đồ Án Tốt Nghiệp 3 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 97

4.1 Phân tích yêu cầu điều khiển 97

4.1.1 Mô tả yêu cầu hệ thống : 97

4.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 97

4.1.1 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống 97

4.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển 100

4.2.1 Lựa chọn nút nhấn điều khiển 101

4.2.2 Lựa chọn cảm biến trên dưới sàn tầng 102

4.2.3 Lựa chọn cảm biến hành trình 102

4.2.4 Lựa chọn đèn báo tín hiệu 102

4.3 Lựa chọn nguồn cho các bộ điều khiển 102

4.4 Thiết kế tủ điện điều khiển 103

4.4.1 Chức năng tủ điện công nghiệp 103

4.4.2 Thiết kế bố trí thiết bị trên tủ điện 104

4.4.3 Một số chú ý khi thiết kế tủ điện 106

CHƯƠNG 5 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 108

5 1 Lập trình điều khiển cho mô hình 108

5.1.1 Thuật toán điều khiển hệ thống 109

5.1.2 Bảng phân công đầu vào/ ra 111

CHƯƠNG 6 THI CÔNG MÔ HÌNH 115

6.1 Thi công lắp đặt và đấu nối tủ điện 115

6.2 Kết quả và đánh giá 116

6.2.1 Hệ thống mô hình 116

6.2.1 Hệ thống điện 118

6.2.2 Kết quả mô phỏng 118

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120

7.1 Kết luận 120

7.2 Hướng phát triển của đề tài 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

PHỤ LỤC 1 123

PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH PLC 130

PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO 216

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Một số cổng vào ra của bãi đỗ xe tự động 11

Hình 1.2: Mô hình hoạt động 13

Hình 1.3: Cấu hình hệ thống 13

Hình 1.4: Hệ thống đỗ xe tự động robot 14

Hình 1.5: Hệ thống đỗ xe tự động robot nhiều tầng 15

Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp hình trụ 17

Hình 1.7: Bãi đỗ xe tự động dạng tháp cột đứng 18

Hình 1.8: Hệ thống bãi giữ xe xoay vòng đứng 20

Hình 1.9: Bãi đỗ xe xếp hình 21

Hình 1.10 : Tháp đỗ xe cao tầng tích hợp bên trong tòa nhà 22

Hình 2.1: Động cơ bước 24

Hình 2.2: Động cơ bước 25

Hình 2.3 step 17 27

Hình 2.4 Động cơ Step 57 28

Hình 2.5 sơ đồ đấu nối step 57 30

Hình 2.6: Arduino UNO 31

Hình 2.7 Arduino UNO R3 32

Hình 2.8: Các cổng ra/vào 34

Hình 2.9: Hướng dẫn arduino 36

Hình 2.10: Mạch Giải Mã CD74HC4067 16 Kênh 37

Hình 2.11: Cấu trúc PLC 38

hình 2.12: PLC siemens 40

Hình 2.13: PLC Mitsubishi 41

Hình 2.14: Omron 42

Hình 2.15 : PLC Delta 43

Hình 2.16: PLC S7 -1200 45

Hình 2.17: PLC S7-1200 49

Hình 2.18: Tạo 1 project mới trong TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định 51

Hình 2.19: Tạo 1 project mới trong TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định 51

Hình 2.20: Tạo 1 project mới trong TIA Portal với cấu hình phần cứng chưa xác định 52

Hình 2.21: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng một cách tự động 53

Hình 2.22: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng một cách tự động 53

Hình 2.23: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng một cách tự động 54

Hình 2.24: Chọn "Detect" để dò thiết bị phần cứng một cách tự động 54

Hình 2.25: Thay đổi địa chỉ IP cho CPU SIMATIC S7-1200 55

Hình 2.26: Hướng dẫn khai báo địa cho I/O cho PLC S7-1200 theo ý muốn với TIA Portal 56

Đồ Án Tốt Nghiệp 5 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061

Hình 2.27 Hướng dẫn tạo xung clock tự động với PLC S7-1200 trong TIA Portal

56

Hình 2.28: Tạo biến nhớ xung clock 57

Hình 2.29: Ví dụ 57

Hình 2.30: Ví dụ 58

Hình 2.31: Cắm cáp mạng LAN để kết nối PLC và PC 61

Hình 2.32: Chọn vào mục "Download" 62

Hình 2.33: Chọn vào mục "Download" 62

Hình 2.34: Chọn vào mục "Download" 63

Hình 2.35: Chọn "Load" khi cửa sổ Download hiện ra 63

Hình 2.36: Download chương trình từ PC xuống PLC SIMATIC S7 1200 64

Hình 2.37: khai báo CPU trùng với mã thực tế 65

Hình 2.38: Bật chế độ Online với PLC 65

Hình 2.39: khai báo CPU trùng với mã thực tế 66

Hình 2.41: Chọn mục Upload to device 67

Hình 2.42: Vào mục Program blocks để kiểm tra lại chương trình vừa upload ra 67

Hình 2.43 : Màn hình HMI GOT 2000 69

Hình 2.44 : PLC kết nối với VISUAL STUDIO 70

Hình 2.45: Truyền thông ICP/IP 71

Hình 2.46: Cách xem địa chỉ IP trên windows 72

Hình 2.47: Giao diện command line 73

Hình 2.48: Xác định IP 73

Hình 2.49: Trục vitme 74

Hình 2.50 : Trục vitme 75

Hình 2.51: Chọn loại (mã) HMI muốn sử dụng 76

Hình 2.52: Chọn loại PLC cần kết nối 77

Hình 2.53: Hoàn thành chương trình 77

Hình 2.54: Giao diện giám sát 78

Hình 2.55: Giao diện điều khiển 79

Hình 2.56: Setup các thông số 80

Hình 3 1: Phần mềm Inventor 82

Hình 3 3: Thống số cơ bản của hệ thống 83

Hình 3 2: Tổng quan hệ thống trên phần mềm Inventor 83

Hình 3 2: Kích thước từng ô 84

Hình 3 3: Cơ cấu nâng hạ 85

Hình 3 4: Cơ cấu sang ngang 86

Hình 3 5: Kích thước cơ cấu sang ngang 86

Hình 3 6: Mặt sau cơ cấu sang ngang 86

Hình 3 7: Vị trí lắp đặt thiết bị hệ thống 87

Hình 3 8: Pallet 88

Hình 3 11: Relay trung gian 92

98

Hình 4.1 sơ đồ nguyên lý 98

Hình 4.2 Đấu nối PLC 98

Hình 4.3: sơ đồ kết nối PLC với Arduino 99

Hình 4.4: Sơ đồ mạch đấu nối Driver TB6600 với động cơ Step 99

Hình 4 5: Nguồn 24V – 10A 103

Hình 4 6: Bản vẽ mặt tủ điện 104

Hình 4 7: Bảng vẽ trong tủ điện 105

Hình 4 8: Hình ảnh 3D tủ điện 106

Hình 5 1: Hình ảnh mô hình thực tế 108

Hình 5 2: Tủ điện hoàn chỉnh 108

Hình 5.3: Thuật toán điều khiển gửi xe 109

Hình 5.4: Thuật toán điều khiển lấy xe 110

Hình 5 5: Thuật toán điều khiển về vị trí Home 111

Hình 5.6 Sơ đồ mô phỏng 113

Hình 5.7: Sơ đồ khối 114

Hình 6.1: Kiểm tra các thiết bị điện 115

Hình 6.2: Tiến hành đấu nối 115

Hình 6.3 Tủ điện hoàn chỉnh 116

Hình 6.4: Hệ thống hoàn chỉnh sau khi lắp đặt 117

Hình 6.5: Cơ cấu hoàn chỉnh sang ngang sau khi lắp đặt 118

Hình 6.6: Các thiết bị điện sau khi lắp 118

Đồ Án Tốt Nghiệp 7 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Tính năng và dung lượng của từng dòng sản phẩm PLC S7-1200 47

Bảng 2: Module 48

Bảng 3: Dữ liệu kiểu logic, Byte, Word 59

Bảng 4: Dữ liệu kiểu số nguyên 59

Bảng 5: Dữ liệu kiểu số thực 60

Bảng 6: Dữ liệu kiểu thời gian 61

Bảng 7: Dữ liệu kiểu ký tự, chuỗi 61

Bảng 8: Tổng hợp thiết bị và thông số 95

Bảng 9: Đầu vào hệ thống 112

Bảng 10: Đầu ra hệ thống 112

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy/Cô trong khoa Điện-Điện Tử , Trường Đại Học Bình Dương …… , những người đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu, chỉ dẫn và định hướng cho nhóm trong quá trình học tập Đây là những tiền đề để nhóm có thể hoàn thành được

đề tài cũng như trong sự nghiệp sau này

Là một sinh viên năm cuối của Trường Đại Học Bình Dương, để tích lũy được

những kiến thức và kĩ năng như hiện nay, nhóm em xin chân thành cảm ơn cô …… đã

tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện

Đồ Án Tốt Nghiệp Nhóm em xin được phép gửi đến cô lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất Kiến thức, kinh nghiệm, cách thức làm việc và cái tâm nghề nghiệp của cô không những đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đề tài mà còn là tấm gương để nhóm học tập và noi theo trên con đường sau này

Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm Nhóm mong nhận được những ý kiến của Thầy/Cô và các bạn sinh viên

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đồ Án Tốt Nghiệp 9 SVTH: Lê Văn Đáp 17020061

LỜI NÓI ĐẦU

Trước sự hội nhập của nền kinh tế thế giới, nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ Nước ta đã và

đang xuất hiện nhiều doanh nghiệp đầu tư trong nước và ngoài nước, không chỉ về mặt kinh tế, nền công nghiệp nước ta đang dần được cải thiện về quy mô lẫn công nghệ, nhiều công ty xí nghiệp, nhà máy, khu công nghiệp đã và đang hình thành Đi kèm với

sự phát triển ấy, hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển và nhu cầu sử dụng

phương tiện

cá nhân, đặc biệt là xe ô tô ngày càng tăng Điều này kéo theo việc các bãi giữ xe được xây dựng ngày càng nhiều, đặc biệt ở các thành phố lớn trong khi diện tích đất ngày càng hạn hẹp Từ đó, một số chủ phương tiện đỗ xe trên các vỉa hè cũng như lòng lề đường gây mất mỹ quan đô thị và mất an toàn giao thông Vì các lý do đó mà nhóm quyết định tìm hiểu và thực hiện đồ án tốt nghiêp với đề tài “Thiết kế, thi công mô

hình nhà giữ xe tự động sử dụng PLC S71200 sủ dụng kết hợp RFID” nhằm góp một phần nào đó để giải quyết thực trạng hiện tại cũng như áp dụng những kiến thức đã

học vào thực tiễn

Trong đề tài này, nhóm sẽ dùng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm điều khiển toàn bộ hệ thống, điều khiển giám sát dữ liệu bằng HMI Ngoài ra, nhóm còn ứng dụng công nghệ RFID, xử lý ảnh nhận diện biển số để tăng độ chính xác và tính bảo mật của hệ thống Với những giải pháp này thì hệ thống hoàn toàn được chạy một cách

tự động trong việc cất xe và trả xe cho khách Bên cạnh đó, hệ thống cũng được chạy bằng tay để phòng khi có các trường hợp phần mềm bị trục trặc hay mất thẻ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE

1.1 Đặt vấn đề

Kinh tế tại nhiều thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, … ở Việt Nam ngày càng phát triển và cùng với đó thì chất lượng cuộc sống ngày càng gia tăng dẫn tới việc sở hữu xe ô tô cá nhân không còn là vấn đề khó khăn và số lượng xe ngày càng nhiều Ngoài ra, việc đô thị hóa mà tại đó rất nhiều các nhà cao ốc được xây dựng trong khu trung tâm thành phố, có nhiều công ty và dịch vụ giải trí khiến cho lượng người tham gia giao thông đông và kèm theo đó là phương tiện đi lại và cụ thể là xe ô

tô con, ô tô chở người, ô tô chở hàng,… đến các khu vực trung tâm như vậy rất nhiều Trong khi đó, quỹ đất tại các khu vực đô thị ngày càng hạn chế

Phương tiện giao thông đang đè nặng áp lực lên cơ sở hạ tầng khi các đô thị đang trên đà phát triển không ngừng Một trong những giải pháp giải quyết bài toán khan hiếm mặt bằng cho các bãi đỗ xe hiện nay đó là sử dụng các bãi đỗ xe tự động

Hiện nay, nhiều tòa nhà khi thiết kế đã xây dựng các bãi đỗ xe dưới tầng hầm

sử dụng công nghệ quản lý bãi xe tự động Các bãi giữ xe thường kết hợp giữa hệ thống điều khiển thông minh (PLC), Camera theo dõi dõi và sử dụng như đầu vào cho

hệ thống tự động nhận dạng biển số xe, cảm biến phát hiện có xe Từ đó giúp kiểm soát quản lí phương tiện vào ra với chức năng cơ bản như:

- Quản lý phương tiện bằng thẻ từ

- Giám sát bằng camera

- Kiểm soát hình thức gửi xe

Hình vẽ 1.1 sau đây minh họa cửa ra vào bãi đỗ xe của tòa nhà với hai cổng vào

và hai cổng ra và một phòng điều khiển:

Hình 1.1: Một số cổng vào ra của bãi đỗ xe tự động

Tuy nhiên, với những hệ thống bãi đỗ xe hiện nay chỉ đáp ứng được các chức năng như: điều khiển giám sát thủ công, bán tự động,

Hệ thống đỗ xe bán tự động là kết hợp di chuyển giữa thang nâng và sự điều khiển xe của người lái Tùy theo diện tích đất, vị trí các lối ra vào và tùy theo mục đích

sử dụng, chủ đầu tư có thể chọn loại hệ thống thích hợp cho từng công trình Hệ thống

đỗ xe bán tự động hai tầng cho phép đỗ gấp đôi số lượng xe trên cùng một diện tích Ngoài ra, hệ thống này có thao tác dễ dàng, thân thiện với người sử dụng

• Điểm mạnh

Việc đầu tư hệ thống bãi đỗ xe bán tự động tại tầng hầm của tòa nhà có thể đáp ứng nhu cầu khá lớn của khách hàng về nơi đỗ xe Khách đến văn phòng cũng như hộ dân cư sẽ dễ dàng có chỗ đỗ xe mà không cần phải đi lòng vòng cũng như không mất thời gian để vào được chỗ đỗ

- Đối với loại hệ thống 100 xe thông thường thì thời gian lấy xe nhanh nhất khoảng gần 2 phút/xe, lâu nhất 5,5 phút/xe, bình quân 1,5 phút/xe

- Đối với các công trình nhà ở, siêu thị, các bãi xe công cộng… thì thông thường người sử dụng ít khi gửi xe hoặc lấy xe cùng một khoảng thời gian nên thời gian lấy trả xe 1,5 phút/xe không là vấn đề, thậm chí còn nhanh hơn so với Hệ thống đỗ xe tự động

Thông thường Hệ thống đỗ xe bán tự động luôn được thiết kế để có thể lấy xe thủ công bằng tay vậy nên dù tòa nhà mất điện thì lái xe vẫn có thể lái xe ra khỏi bãi

xe

Chi phí xây dựng để xây dựng một Hệ thống đỗ xe bán tự động thường không cao bằng đầu tư vào Hệ thống đỗ xe tự động

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

• Nhược điểm

Đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị… thì việc mọi người ồ ạt đến gửi xe trong khoảng vài phút trước giờ làm việc, giờ khai mạc, và ồ ạt lái xe trong khoảng vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắc cục bộ, và người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lấy được xe Do đó, với các công trình có đặc điểm này, nếu muốn lắp đặt Hệ thống bán tự động thì phải có nhiều cửa ra vào khác nhau với nhiều thang nâng

để giảm thiểu thời gian lấy xe.)

Đặc biệt, trong các tòa nhà thường thiết kế chỉ là bãi đỗ xe thông thường với mỗi sàn chỉ chứa xe một lớp nên số lượng xe vẫn bị hạn chế về số lượng xe trong khi khoảng không gian bên trên không được tối ưu

Hình 1.2: Mô hình hoạt động

Hình 1.3: Cấu hình hệ thống

Việc thiết kế bãi đỗ xe tự động là nhu cầu tất yếu đối với các hộ gia đình thiếu hoặc không có chỗ đỗ xe có thể triển khai lắp đặt hệ thống đỗ xe gia đình, tận dụng không gian nổi hoặc ngầm, trong nhà hoặc ngoài sân Tại các địa điểm kinh doanh như nhà hàng, cửa hàng, siêu thị, văn phòng thì tận dụng những khu đất, vị trí còn trống trong khuôn viên lắp đặt hệ thống đỗ xe tự động với quy mô nhỏ (dưới 50 xe) nhằm gia tăng số chỗ đỗ xe lên nhiều lần

Những địa điểm tập trung khác như các cơ quan, chung cư hiện đang thiếu chỗ

đỗ xe trầm trọng cần nâng cấp tầng hầm để tăng thêm vị trí đỗ xe (nếu chiều cao cho phép) hoặc tận dụng những khoảng không gian bên ngoài tòa nhà để lắp đặt hệ thống thiết bị tương ứng Đối với các địa điểm công cộng áp dụng các trạm đỗ xe tự động theo quy mô và vị trí của bãi đỗ Từ những nhu cầu cấp bách trên nhóm chúng em sẽ tìm hiểu và thiết kế hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự động làm đồ án tốt nghiệp Sau đây,

chúng em sẽ trình bày chi tiết một số tìm hiểu về cấu trúc của một số bãi đỗ xe tự động hiện nay đang có trên thị trường tại Việt Nam, để từ đó làm cơ sở cho thiết kế của mình trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này

1.2 Hệ thống đỗ xe tự động di chuyển từng tầng

Hệ thống đỗ xe tự động robot hay còn gọi là hệ thống đỗ xe tự động di chuyển từng tầng hay hệ thống Rollpark, là hệ thống đỗ xe thông minh hoàn toàn tự động thường được dùng trong các khu vực có diện tích lớn với sức chứa xe từ 50-500 xe Hệ thống đỗ xe thông minh này rất thích hợp với tầng hầm của những khu chung cư cao cấp, các bệnh viện lớn, các đơn vị kinh doanh điểm đỗ xe

Khi xe đi vào bãi, việc đưa xe vào và lấy ra đều được điều khiển bằng thiết bị nên có thể cho phép nâng, xoay, dịch chuyển ngang, dọc theo sự bố trí của bãi xe Ngoài ra, vốn đầu tư thấp hơn nhiều so với việc xây dựng các bãi đậu xe ngầm

- Tối ưu hóa diện tích đỗ xe, với mặt bằng của một chỗ đỗ xe thông thường thì nay có thể đỗ được 10-20 xe tùy quy mô bãi đỗ

- Công nghệ bãi đỗ xe thông minh hoạt động tự động gần như hoàn toàn, dễ dàng vận hành Khi gặp vật cản hoặc sự cố, cảm biến thang nâng tự động sẽ dừng hoạt động và báo hiệu cho người giám sát

Tuy nhiên bãi đỗ này có một số nhược điểm như sau:

- Kích thước pallet giống nhau cho nên chỉ có thể đỗ các loại xe kích thước phù hợp với pallet hệ thống, không đỗ được các loại xe vượt quá kích thước khả dụng của pallet Những xe quá khổ cần được thiết kế đỗ ở một số khu vực riêng

- Lấy và cất xe tại buồng thang, không sử dụng ram dốc nên chỉ có thể cùng một lúc lấy hoặc cất một xe tại mỗi cửa thang nâng ô tô Nếu bãi đỗ có nhiều vị trí

đỗ nhưng ít thang nâng thì sẽ rất dễ gây ùn tắc (đặc biệt vào thời điểm chuẩn bị vào giờ làm hoặc hết giờ làm)

- Đường di chuyển của xe vận chuyển ô tô đều là đường thẳng nên sẽ có không gian dành cho đỗ xe không đều hoặc chéo vát sẽ không khai thác được hết không gian đỗ xe Nên lắp đặt hệ thống đỗ xe với các địa hình vuông vắn, còn nếu địa hình không vuông vắn

• Ứng dụng:

- Phù hợp với bãi đỗ xe có chiều rộng lớn (≥ 17m);

- Lắp ngoài trời hoặc trong các tòa nhà; đặc biệt phù hợp lắp đặt tại tầng hầm các tòa nhà

 Như vậy ta có thể thấy bãi đỗ xe tự động có thể giải quyết tốt/tối ưu về các vấn

đề cấp bách của bãi đỗ xe… Tuy nhiên công nghệ của bãi đỗ xe tự động hiện

nay có rất nhiều loại Chi tiết về một số loại bãi đỗ xe sẽ được chúng em trình bày tại mục 1.3 sau đây

1.3 Bãi đỗ xe tự động dạng tháp

Bãi đỗ xe thông minh dạng tháp là mô hình đỗ xe được coi là hiện đại nhất ngày nay Tháp đỗ xe tự động có hai loại: Hệ thống dạng tháp cột đứng và hệ thống dạng tháp hình trụ

Trong thực tế hệ thống tháp hai cột để xe được sử dụng nhiều hơn so với hệ thống tháp hình trụ Điều này là do chi phí lắp đặt hệ thống hình trụ khá cao, chỉ phù hợp với các quốc gia cực kỳ phát triển, các doanh nghiệp có nguồn lực tài chính mạnh

Chi phí đầu tư tùy thuộc vào quy mô từng trạm bãi đỗ xe tự động cụ thể Các bãi đỗ xe tự động sẽ tập trung vào quy mô nhỏ và vừa, rải đều tại nhiều vị trí Bằng khả năng làm chủ công nghệ cùng với chủng loại thiết bị đa dạng với mức giá khoảng

từ 3.000-25.000 USD/vị trí đỗ

1.3.1 Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp hình trụ

Bãi đỗ xe tự động dạng tháp hình trụ là sự ra đời kết hợp giữa công nghệ cùng thiết kế kỹ thuật cao Tháp gửi xe hoạt động nhờ những cánh tay robot thông minh Chúng sẽ thay con người tự động lấy xe chỉ với tốc độ khá nhanh

Có thể nói đây là một trong những hệ thống đỗ xe hoàn toàn tự động chuyên nghiệp, hoàn hảo cả về thẩm mỹ và chức năng

Hệ thống đỗ xe tự động này sức chứa một số lượng xe lớn cũng như cần một diện tích xây dựng thích hợp Bên cạnh đó, chi phí đầu tư khá cao nên hệ thống bãi đỗ

xe này chỉ thích hợp ở những thành phố lớn của các nước phát triển trên thế giới

Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp hình trụ

• Ưu điểm

- Tháp gửi xe sử dụng những cánh tay Robot nên Có tốc độ lấy xe nhanh khoảng chừng một phút/xe;

- Có sức chứa xe lớn so với những loại bãi đỗ khác cùng diện tích xây dựng;

- Hình ảnh bãi xe rất chuyên nghiệp và bắt mắt, phù hợp với những thành phố hiện đại

Hệ thống đỗ xe cao tầng kiểu tháp cột đứng sử dụng kỹ thuật thang máy nhận

và đưa xe vào vị trí hoàn toàn tự động Tài xế sau khi chạy xe vào trong tháp, chỉ cần đóng cửa xe và có thể ra ngoài, mâm xoay tự động quay đầu xe vào một hướng nhất định

Tiếp theo hệ thống thang máy sẽ đưa xe lên vị trí tầng được cài đặt sẵn, sau đó cánh tay cơ giới thông minh sẽ đưa xe đến vị trí để xe, hoàn thành thao tác nhập xe

Hình 1.7: Bãi đỗ xe tự động dạng tháp cột đứng

• Ưu điểm:

- Tháp đỗ xe có tốc độ lấy xe khá nhanh những tháp có sức chứa 60 xe thời gian lấy trung bình cũng chỉ 1,5 phút;

- Độ êm của thang nâng di chuyển được đánh giá rất cao;

- Hệ thống đỗ xe thông minh dạng tháp đỗ xe được cấu tạo bằng thép nên việc lắp ráp và di chuyển là rất dễ và nhanh;

- Hệ thống tháp xe cột đứng được xây dựng trên một diện tích đất nhỏ chỉ khoảng

55 60m vuông là có thể triển khai được;

- Có thể lắp nổi toàn bộ hệ thống cũng như lắp chìm một phần dưới lòng đất;

- Có sức chứa xe lớn so với những loại bãi đỗ xe tự động khác cùng diện tích xây dựng;

- Hình ảnh bãi đậu xe chuyên nghiệp và bắt mắt, phù hợp với những thành phố hiện đại

• Nhược điểm

- Chi phí xây dựng cao hơn so với những hệ thống đỗ xe tự động khác

- Thường phải xây dựng đi liền với công trình cao tầng, nếu không phải xây dựng một bộ khung và nền móng chắc chắn

1.4 Bãi giữ xe tự động xoay vòng đứng

Xuất phát từ thiết kế và cơ chế vận hành của hệ thống này, cụ thể thiết kế bãi đỗ

xe tự động xoay vòng đứng được xây dựng theo kiểu dạng tháp để tận dụng tối đa không gian để xe trên một diện tích có sẵn Hệ thống này sử dụng nguyên lý xoay vòng để luân chuyển các vị trí đỗ xe, chỗ đỗ được di chuyển bởi cơ cấu nhông xích lớn

Nó được vận hành bởi động cơ điện giảm tốc lớn hoặc động cơ thủy lực, kết hợp cùng tủ điện điều khiển để vận hành Hệ thống có thể quay hai chiều để chọn vị trí còn trống cho xe gửi hoặc trả xe theo yêu cầu của khách hàng

Căn cứ theo nhu cầu sử dụng của các khách hàng, chủ đầu tư hiện nay có 5 loại hệ thống bãi đỗ xe tự động phổ biến đó là:

Hình 1.8: Hệ thống bãi giữ xe xoay vòng đứng

• Đặc điểm:

- Phù hợp với mọi loại xe

- Diện tích ít hơn các hệ thống đỗ xe tự động khác

- Tiết kiệm không gian gấp mười lần so với bãi đậu xe truyền thống

- Thời gian lấy xe nhanh chóng

- Dễ dàng hoạt động

- Cài đặt theo mô-đun và đơn giản hơn, trung bình năm ngày cho mỗi hệ thống

- Hoạt động êm ái, giảm thiểu tiếng ồn

- Bảo vệ xe khỏi các vết lõm, các yếu tố thời tiết, các tác nhân ăn mòn và phá hoại

- Giảm lượng khí thải khi lái xe lên và xuống lối đi và dốc để tìm kiếm không gian

- Có thể di dời và cài đặt lại

- Ứng dụng đa dạng bao gồm các khu vực công cộng, cao ốc văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trung tâm mua sắm và phòng trưng bày xe hơi, v.v

-

Mô hình đỗ xe này đang ngày càng được các chủ đầu tư ưu tiên lựa chọn cho

dự án nhờ những ưu điểm như chi phí lắp đặt tiết kiệm, thời gian thi công nhanh chóng, dễ dàng bảo hành, bảo trì

- Dễ dàng lắp đặt và tháo dỡ (khi cần chuyển sang vị trí khác);

- Nguyên lý vận hành đơn giản, dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng;

- Một số chi phí bảo trì có thể phát sinh thêm sau khi hết thời gian bảo hành

Kết Luận: Các hệ thống bãi giữ xe tự động đưa vào hoạt động không ảnh

hưởng đến mỹ quan cũng như cơ sở hạ tầng hiện hữu Tính linh động, thi công lắp ráp nhanh, hệ thống bãi đỗ xe tự động có thể được xây dựng trong thời gian rất ngắn để nhanh chóng đưa vào sử dụng, giúp giải quyết các vấn đề giao thông cấp bách hiện nay

Hình 1.10 : Tháp đỗ xe cao tầng tích hợp bên trong tòa nhà

Với các bãi đỗ xe nổi trên mặt đất, chọn giải pháp nâng cao tầng để tăng hiệu quả sử dụng mặt bằng, công trình dạng ngầm thì diện tích trên mặt đất bên trên hoàn toàn có thể sử dụng vào mục đích khác

Căn cứ vào tình hình thực tế, có thể xây dựng bãi đỗ xe thông minh dạng tháp riêng biệt, độc lập bên ngoài hoặc thiết kế ngay trong tòa nhà cao ốc Đối với các hệ

thống lắp đặt độc lập bên ngoài chi phí xây dựng thường cao hơn do tốn thêm chi phí

- Thiết kế hệ thống nâng hạ xe ô-tô

- Thiết kế hệ thống palang đưa xe ô-tô vào/ra

- Lựa chọn phương án và thiết kế phần điện, điều khiển cho toàn hệ thống

- Thiết kế mô hình hệ thống với yêu cầu công nghệ đưa ra

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Động cơ bước

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có

nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động

của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết (Theo wikipedia)

Nói chung động cơ bước là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quay của nó

Ví dụ: một động cơ bước 1,8 độ/bước quay hết 1 vòng 360 độ thì mất 200 bước (gọi là FULL STEP) Các chế độ quay nhiều xung thì động cơ quay sẽ êm hơn

Ở Việt Nam thì người ta hay dùng là động cơ 200 step

Hình 2.1: Động cơ bước

Việc phân loại động cơ Step cũng có thể chia thành nhiều cách

Cách 1: Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ

– Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ

– Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ

– Và cuối cùng là động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ

Cách 2: Phân loại động cơ bước theo rotor

– Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cữu

– Động cơ thay đổi từ trở Đây là loại động cơ có rotor không được tác động nhưng có phần tử cảm ứng

Cách 3: Phân loại theo cực của động cơ

– Động cơ đơn cực

– Động cơ lưỡng cực

Step Motor có cấu tạo như sau:

– 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau

– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay

và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

• Ưu điểm của động cơ bước – Step Motor

Step Motor có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình

Một động cơ bước trên thị trường khá bền, giá thành cũng tương đối thấp

Động cơ bước hiện nay thường được ứng dụng nhiều trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số là chủ yếu Nó được thực hiện bởi các lệnh được mã hoá dưới dạng

số

Ứng dụng trong ngành tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị cần có sự

chính xác Ví dụ như các loại máy móc công nghiệp phục vụ cho gia công cơ khí như: Máy cắt plasma cnc, máy cắt cnc laser…

Ngoài ra trong công nghệ máy tính, động cơ Step được sử dụng cho các loại ổ

đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in…

2.1.1 Step motor 17

Step motor NEMA 17 size 42 x 48mm (Động cơ bước) là loại động cơ bước

thường được dùng khi chế tạo máy in 3D, CNC mini và thường được lắp cùng với puli GT2

- Cường độ định mức 1.5A, mô men giữ 0.55 Nm, góc quay mỗi bước 1.8 °

- Dây nối dài 1m, đầu dây chuẩn XH2.54 Tương thích với đầu ra động cơ bước trên mạch RAMPS 1.5 hoặc CNC shield V3

- Công suất phù hợp cho máy in 3D và CNC mini

- Ít tỏa nhiệt, chuyển động êm

- Khối lượng: 400g

Hình 2.3 step 17

2.1.2 Động cơ Step 57

Động cơ bước (Step motor 57) sử sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau: Giáo dục, máy khắc laser, máy in 3D, máy cnc mini và nhiều loại máy móc công nghiệp khác Quá trình thiết kế máy sẽ tính toán để chọn ra loại động cơ phù hợp nhất, cùng là step

57 nhưng loại dài hơn sẽ có momen xoắn lớn hơn

Xét riêng loại step 57 đã có rất nhiều loại khác nhau, được phân nhóm dựa trên

chiều dài động cơ (động cơ càng dài sẽ càng mạnh) Dài 56mm, dài 76mm, dài

112mm Loại có chiều dài 76 là được sử dụng phổ biến nhất

Hình 2.4 Động cơ Step 57

Một số điểm mạnh của động cơ này: Momen xoắn lớn, chạy êm – không gây nhiều tiếng ồn, động cơ tùy chỉnh Sử dụng Driver để điều khiển (DM542), loại driver này còn tương thích với động cơ Step 42 và Step 86 (đủ dòng) Ngoài ra người kỹ sư thiết kế máy có thể lựa chọn các loại driver khác cao cấp hơn nhưng phải cân nhắc

giữa nhu cầu và kính phí bỏ ra

Động cơ step 57 này phù hợp với các loại gá động cơ có mặt trên thị trường, ngoài

ra có thể sử dụng động cơ với các hộp giảm tốc độ 57

2.1.3 Thông số của động cơ

Đường kính trục động

cơ

6.35mm Góc bước động cơ 1.8 độ

Điện áp động cơ 24-50VDC Momen xoắn lớn nhất 1.8Nm Khối lượng động cơ 0.95kg Nhiệt độ môi trường -20°C - 50°C

Nhiệt độ động cơ 80ºC MAX Driver cấp xung phù

hợp

TB6600, DM542,

Lưu ý: Thông số trên dành cho loại động cơ bước 57 với chiều dài 76m (Đây là loại được sử dụng phổ biến nhất), các loại động cơ khác vui lòng xem bảng thông số bên dưới

Động cơ DM542 được sử dụng rất nhiều để điều khiển step 57 Với giá thành vừa phải mà vẫn đảm bảo được độ chính xác, độ ổn định khi động cơ vận hành Bên dưới là sơ đồ hướng dẫn đấu nối động cơ, driver và nguồn điện

Hình 2.5 sơ đồ đấu nối step 57 2.2 Arduino UNO R3

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3) Bạn sẽ bắt đầu đến với Arduino qua thứ này

Hình 2.6: Arduino UNO 2.2.1 Thông số của Arduino UNO R3

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

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

Hình 2.7 Arduino UNO R3

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 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,…

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ

Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC điều khiển này cho các mạch tự chế Vì sao ? Vì bạn chỉ cần board Arduino UNO để lập trình cho vi điều khiển Trên thực tế, bạn không cần phải dụng Arduino UNO trên các sản phẩm của mình, thay vào đó là các mạch tự chế để giảm chi phí như hình dưới đây:

2.2.2 Các chân nguồn kết nối

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Lưu ý:

• Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể

• Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí

có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

• Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V

2.2.3 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều

bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):

đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

2.2.4 Các cổng vào/ra

Hình 2.8: Các cổng ra/vào

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 ATmega328 (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: 0 (RX) và 1 (TX): 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 nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn 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

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số

13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0

→ 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board,

bạn 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

2.2.5 Lập trình cho 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 Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

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

Hình 2.9: Hướng dẫn arduino 2.3 Mạch Giải Mã CD74HC4067 16 Kênh

Thời gian giao hàng dự kiến cho sản phẩm này là từ 7-9 ngày

Mạch giải mã CD74HC4067 16 kênh kỹ thuật số

Đây là một bảng mạch giải mã 16 kênh Analog/ Ghép kênh kỹ thuật số/ Mạch

giải ghép kênh CD74HC4067

Con chip này giống như một công tắc xoay - sản phẩm định tuyến bên trong

chân cắm chung (COM trong sơ đồ, SIG trên bo mạch) vào một trong 16 chân

kênh (CHANxx)

Sản phẩm hoạt động với cả tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự (điện áp

không thể cao hơn VCC) và các kết nối theo một trong hai hướng

Để điều khiển sản phẩm, hãy kết nối 4 đầu ra kỹ thuật số với số chân của chip

2.4 Giới thiệu PLC (Programmable logic controller)

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển

Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng

• Cấu trúc bên trong PLC

Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán

- Các modul vào /ra tín hiệu

• Nguyên lý hoạt động của PLC

Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU

sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle)

Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1ms-100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi

• Ưu điểm

Hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như sau:

Hình 2.11: Cấu trúc PLC

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị vào, ra

- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Module mở rộng

- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

Đặc trưng của PLC là khả năng có thể lập trình được Yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động

tự động

• Nhược điểm:

- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

- Nếu lần đầu tiếp cận PLC thì chắc chắn sẽ có nhiều bỡ ngỡ và mất khá nhiều thời gian để tự nghiên cứu

2.5 Các loại PLC điều khiển phù hợp với hệ thống

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) Tuy nhiên tùy vào đặc điểm tính năng của từng hãng mà ta ứng dụng vào từng hệ thống

Một số loại PLC phổ biến hiện nay như: PLC Siemens, PLC Mitsubishi……

a)PLC Siemens

Siemens PLC hiện nay có các dòng phổ biến nhất là: LOGO!, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 và S7-1500 Bộ lập trình PLC Siemens là bộ điều khiển chính cho giải pháp tích hợp hệ thống trong các nhà máy sản xuất và công nghiệp gia công

- Truyền thông đối với PLC Siemens cũng khá dễ dàng để thực hiện bởi Siemens đã có các khối hàm chức năng chuyên dụng hỗ trợ tối đa cho người dùng

- PLC Siemens có cấu trúc chương trình theo cả chiều ngang và chiều dọc,

có nghĩa là chương trình vẫn thực hiện tuần tự từ trên xuống dưới, tuy nhiên chương trình ở dạng khối và nhiều khối có thể được thực hiện ngang hàng

- Bên cạnh đó chương trình con của Siemens có hỗ trợ biến Local nên có thể sử dụng đa dụng hơn trong lập trình

Tổng hợp : PLC Siemens phù hợp với các ứng dụng điều khiển quá trình và

truyền thông, việc lập trình ban đầu sẽ khó tiếp cận hơn nhưng khi đã thành thạo sẽ hỗ trợ tốt hơn cho người sử dụng

b)PLC Mitsubishi