Đồ án: Hệ điều khiển giám sát win cc cho hệ thống rửa xe tự động

Thường xuyên rửa xe là cách tốt nhất mà bạn có thể làm để bảo vệ và duy trì chiếc xe của bạn luôn giữ được trạng thái sạch và mới như ban đầu. Rửa xe thường xuyên chỉ đơn thuần mang lại ngoại hình đẹp cho chiếc xe, mà nó còn giúp bảo vệ xe, kéo dài tuổi thọ của một số bộ phận trên xe. Tuy nhiên, hiện nay tại nước ta những phương pháp rửa xe vẫn chưa mang lại hiệu quả cao

Đối với nước ta thì dịch vụ này còn khá mới Chưa được áp dụng rộng rãi, nhữngtrong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới Nước ta sẽ ngày càngphát triển Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vậtchất nâng cao Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy,trả lại bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trongdịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn Cuộc sống mọi người trở nên năng động thì nhu cầurửa xe nhanh là tất yếu, bởi họ xem thời gian là “vàng” mà chỉ có Nhà Rửa Xe TựĐộng mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể rửa được nhiều xe Tiết kiệmrất nhiều thời gian cho những người năng động…

Cũng chính vì lẽ đó nên chúng em quyết định chọn đề tài này Mô hình nhóm sửdụng dựa theo một trong những mô hình thực của các công ty Em xin cảm ơn sự giúp

đỡ của thầy Vũ Vân Hà đã giúp nhóm hoàn thành đề tài này!

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam số lượng xe ô tô ngày càng tăng rấtnhanh Ngoài việc nâng cao tính công nghệ và các tính năng của xe để đáp ứng nhu cầungày càng cao của người sử dụng thì việc bảo dưỡng, sữa chữa và chăm sóc xe cũnghết sức cần thiết Trong đó, việc giữ cho chiếc xe luôn được sạch sẽ là việc làm khôngthể bỏ qua Bụi bẩn bám lâu ngày sẽ gây ăn mòn, hoen gỉ các chi tiết kim loại của xe,hủy hoại lớp sơn trên bề mặt xe,…

-Thường xuyên rửa xe là cách tốt nhất mà bạn có thể làm để bảo vệ và duy trì chiếc xecủa bạn luôn giữ được trạng thái sạch và mới như ban đầu Rửa xe thường xuyên chỉđơn thuần mang lại ngoại hình đẹp cho chiếc xe, mà nó còn giúp bảo vệ xe, kéo dàituổi thọ của một số bộ phận trên xe Tuy nhiên, hiện nay tại nước ta những phươngpháp rửa xe vẫn chưa mang lại hiệu quả cao

II NỘI DUNG ĐỀ TÀI

- Thiết kế kết cấu và hoạt động của trạm rửa xe tự động

- Thiết kế mạch và các thiết bị điều khiển

- Thiết kế và mô phỏng điều khiển PLC hệ thống rửa xe tự động

III MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

-Giải quyết vấn đề rửa xe ô tô

-Tiết kiệm chi phí ,nhân công và thời gian

-Hướng tới sản phẩm hiện đại và thân thiện

-Vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề kỹ thuật

-Ôn tập,học tập những kiến thức mới,chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp và công việc khi

ra trường

B.NỘI DUNG THỰC HIỆN

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM RỬA XE TỰ ĐỘNG

1.1.Đặt vấn đề.

1.1.1 Thực trạng

Hình 1.1 Thực trạng và nhu cầu về rửa xe ở 1 số thành phố lớn

1.1.2 Các giải pháp và xác định phương án tối ưu

1.1.2.1 Các giải pháp

Phương án 1: Chổi lau sườn: 4 chiếc, chổi lau nóc: 1 chiếc (dạng tấm), chổi lau bánh: 2 chiếc, máy sấy: 3 chiếc , hệ thống phun nước : 2 dàn , cảm biến 1 chiếc

Hình 1.2: Mô hình rửa xe tự động phương án 1

Nguyên lý hoạt động của phương án 1: Xe ô tô được đưa vào sẽ gặp cảm ứng,cảm ứng sẽ truyền tín hiệu cả hệ thống hoạt động ô tô được đưa vào khu vực rửa xechổi lau được gắn vào những cánh tay rôbôt giúp có thể ra vào được

Phương án 2: Chổi lau sườn: 4 chiếc, chổi lau nóc dạng tấm: 2 chiếc, chổi lau

bánh: 2 chiếc, thanh dọc cọ mép dưới của xe: 4 chiếc, máy thổi khô: 6 chiếc, hệ thốngphun nước 2 dàn, thiết bị cảm ứng 1 chiếc

Hình 1.3: Mô hình rửa xe tự động phương án 2

Nguyên lý hoạt động của phương án 2: Xe ô tô được băng tải đưa vào sẽ gặp

cảm biến, cảm biến sẽ truyền tín hiệu mở toàn bộ hệ thống rửa xe hoạt động Xe đượcđưa qua 2 khu vực chổi lau rồi đến hệ thống phun nứớc làm ướt xe và băng tải tiếp tụcđưa ô tô qua khu vực chổi lau, sau khi ô tô đã được lau sạch băng tải xẽ đưa ô tô qua hệthống phun nước và hệ thống sây khô

Phương án 3: Vòi phun nước áp lực cao: 5 chiếc, vòi phun hóa chất tẩy: 5

chiếc, máy thổi khô: 4 chiếc

Hình 1.4: Mô hình rửa xe tự động phương án 3

Nguyên lý hoạt động phương án 3: Xe được đưa lên băng tải nhân viên ấn nútstart cả hệ thống rửa xe bắt đầu hoạt động Xe đựơc băng tải đưa qua lần lượt các vòi

phun nước, phun chất tẩy rửa và qua hệ thống sấy khô để kết thúc quá trình rửa xe.

Phương án 4: Chổi lau sườn: 2 chiếc, chổi lau nóc dạng con lăn tròn: 1 chiếc,

chổi lau bánh và mép dưới sườn xe: 2 chiếc, dàn phun nước cao áp: 2 dàn, dàn phundung dịch chất tẩy: 1 dàn, dàn sấy khô: 1 dàn, vòi phun nước cao áp để rửa bánh xe

Hình 1.5: Mô hình rửa xe tự động theo phương án 4

Nguyên lý hoạt động: Xe được đưa lên băng tải sau đó nhân viên sẽ ấn nútstart băng tải bắt đầu hoạt động Xe được đưa vào gặp cảm biến 1 hệ thống phunnước, hệ thống phun chất tẩy rửa và chổi lau nóc hoạt động Xe được lau nóc và phunlàm ướt, khi đi qua hệ thống phun nước sẽ gặp cảm biến 2, cảm biến 2 sẽ mở hệ thốngchổi lau bánh, lau sườn, hệ thống phun nước làm sạch và sấy khô hoạt động xe đượcđưa qua lần lượt và kết thúc quá trình rửa xe Hệ thống chổi lau được gắn vào cáccánh tay rôbốt có thể ra vào lên xuống để thực hiện quá trình lau

Phương án 5: Chổi lau sườn: 2 chiếc, chổi lau nóc: 1 chiếc, chổi lau bánh và

mép dưới sườn xe: 2 chiếc, dàn phun nước cao áp: 2 dàn, dàn phun dung dịch chất tẩy:

1 dàn, dàn sấy khô: 1 dàn, vòi phun nước cao áp để rửa bánh xe: 2 vòi, thiết bị cảmứng: 3 cái.

Nguyên lý hoạt động: Xe được đưa lên xe kéo gặp cảm biến 1 đèn báo sẽ báo hiệu màuxanh, nhân viên rửa xe sẽ ấn nút start để cấp điện cho hệ thống và xe kéo hoạt động

Xe được xe kéo đưa vào hệ thống rửa xe Khi xe đi vào và gặp cảm biến 2 sẽ mở hệthống phun nước và phun chất tẩy rửa, khi ô tô đi qua cảm biến 3 sẽ tắt hệ thống phunnước và chất tẩy rửa và gặp cảm biến 3 sẽ mở hệ thống chổi lau nóc và bánh Khi ô tôqua cảm biến 4, cảm biến 4 truyền tín hiệu tắt hệ thống chổi lau nóc và bánh và mởcặp chổi lau cạnh, khi ô tô gặp cảm biến 5, cảm biến 5 sẽ truyền tín hiệu tắt cặp chổilau cạnh và đừng động cở xe kéo đồng thời mở động cơ đảo chiều xe kéo, ô tô được xekéo đưa ngược lại và đi qua cảm biến 6, cảm biến 6 truyền tín hiệu mở hệ thống bơmnước và sấy khô và ô tô được đưa ra ngoài gặp cảm biến 1 sẽ tắt sấy khô và động cơ xekéo Nhân viên ấn nút stop để dừng cả hệ thống kết thúc quá trình rửa xe

Phương án 6: Chổi lau sườn: 2 chiếc, chổi lau nóc: 1 chiếc;dàn phun nước và

phun chất tẩy rửa chung đường ống,1 dàn sấy khô

Hình 1.6: Mô hình rửa xe tự động theo phương án 6

Nguyên lý hoạt động:nhân viên bấm nút start hệ thong tự động tiến về phía xephun nước,sau khi phun nước hệ thống chuyển sang phun xà phòng đồng thời đưa chổilau 2 bên sườn và lau nóc xe,tiếp theo hệ thống phun tráng 1 lượt nước để loại bỏ xàphòng.Cuối cùng hệ thống sấy khô cho xe và đi về vị trí ban đầu

1.1.2.2 Chọn phương án tối ưu

Do nước ta là nước đang phát triển nên thu nhập của người dân vẫn còn thấp và

hệ thống đường ở nước ta không được tốt nhiều nơi hệ thống đường rất bẩn và bụi nên

ô tô sẽ thường xuyên bị bẩn Ngoài ra hệ thống rửa xe tự động được xây dựng chủ yếu

rất đắt Vì vậy chúng tôi chọn phương án 5 là phương án tối ưu để đáp ưng nhu cầu củangười dân nước ta

Do mô hình ở phương án 6 không cần nhiều đến thiết bị đắt tiền ví dụ nhưkhông cần những cánh tay rôbốt để điều khiển chổi lau nên không cần hệ thống thuỷlực và phần điều khiển và lập trình đơn giản hơn và không cần mặt bằng rộng Vì vậychi phí lắp đặt sẽ ít hơn rất nhiều dẫn đến chi phí mỗi lần rửa xe thấp hơn

Vì vậy chúng em đã chọn tính toán và thiết kế theo phương án 6 tối ưu nhất phùhợp với nước ta

1.2.Thiết kế kết khung cơ cấu chuyển động.

Dống = 0,35 mm và áp suất máy bơm là 21 bar nên ta chọn loại ống A1 với các thông số sau: Cỡ ống : 34x4,00mm, áp suất 27 bar

1.2.5 Tính toán áp lực chất lỏng,vị trí đặt vòi phun.

Tính toán áp lực chất lỏng:

Chọn ống dẫn có tiết diện d1=35mm

Chọn vòi phun:10 vòi, mỗi vòi có tiết diện d2 =1mm

Vận tốc nước tại mỗi vòi phun 4,55m/s

Hiệu suất toàn phần của máy bơm µ =0,85

Đây là bài toán đường ống có bơm làm việc Ta có công thức đế tính công suất máybơm:

(1.1)

Trong đó: γ: trọng lượng riêng chất lỏng

Q: lưu lượng (hay còn thường gọi là năng suất máy bơm)

µ: hiệu suất toàn phần của nó

Δh: độ chên lệc giữa hai vị trí cuối ống đẩy và đầu ống hút

Trong trường hợp này vì tại đầu và cuối ống đẩy đều là ấp suất khí trời (p1-p2=pa) nên

Theo điều kiện bài toán phải tính toán chung cho cả ống do đó:

Muốn xác định λ phải xác định trạng thái dòng chảy trong ống, tức là tìm số Re:

Vì lưu lượng và vận tốc đầu ra cực lớn nên ta giả sử dòng chảy rồi với Re>>Rec nên:

Thay vào công thức ta được hd:

Trong đó:

ξc: hệ số tổn thất cục bộ

 như vậy từ a) và b) ta tính được tổn tổn thất cục bộ cho dọc đường ống là hw

Thay hw vào (1.2) ta được:

Thay vào (1.2) ta tính được áp lực toàn phần H

Cuối cùng ta thay H vào (1.1) ta được công suất may bơm:

1,5.10 1

0.05Re

Vị trí đặt vòi phun:

Để phù hợp với hệ thống rửa xe ta đặt 10 vòi phun như đã tính toán như sau:

- 6 vòi phun 2 bên sườn mỗi bên 3 vòi, vòi thứ nhất cách mặt đất 30cm, vòi thứhai cách vòi thứ nhất 40cm,vòi thứ ba cách vòi thứ hai 40cm

- 4 vòi phun trên nóc mỗi vòi cách nhau 40cm phân bố đều từ giữa ra

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

2.1.Tính chọn động cơ.

2.1.1 Động cơ bơm nước và chất tẩy rửa

Với công suất tính toán trên mục 1.3.2 ta có công suất máy bơm = 2.46 Kw

Vậy ta chọn đầu máy bơm rửa xe áp lực TT36 cho hệ thống rửa xe tự động

Hình 2.1: Đầu máy bơm rửa xe áp lực TT36.

Chế độ phun cao áp Chế độ phun thấp áp Đơn vị

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật máy bơm TT36

2.1.2 Động cơ kéo khung chuyển động

Theo bảng 2.9 ta chọn động cơ có công suất là 1.5kw

Vậy ta chọn động cơ có các thông số kỹ thuật sau

Kiểu Công suất Tốc Độ Điện áp Tỷ số truyền

Động cơ liền hộp giảm tốc

dạng trục thẳng và lắp chân đế

Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật động cơ kéo khung

2.1.3 Động cơ di chuyển chổi lau

Một số loại động cơ có hộp giảm tốc dạng trục thẳng và lắp chân đế

Bảng 2.9 cấu tạo và thông số động cơ có hộp giảm tốc dạng trục thẳng và lắp chân đế

Chọn công suất động cơ phù hợp:

+ Khối lượng của chổi,động cơ quay chổi ,… là không đáng kể

+ Tỷ số truyền qua hộp số và trục ren là rất lớn

 Chỉ cần động cơ công suất nhỏ là đủ dịch chuyển chổi lau

Vậy ta chọn động cơ có các thông số kỹ thuật sau

Kiểu Công suất Tốc Độ Điện áp Tỷ số truyền

Động cơ liền hộp giảm tốc

dạng trục thẳng và lắp chân đế

Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật động cơ kéo chổi

2.1.4 Động cơ quay chổi lau

Một số loại động cơ liền hộp giảm tốc dạng trục thẳng và lắp mặt bích

Bảng 2.11: Cấu tạo và thông số động cơ có hộp giảm tốc dạng trục thẳng và lắp mặt

bích

Chọn động cơ phù hợp:

Ta chọn động cơ cho chổi lau có công suất không cần lớn để giảm chi phí và có số vòng quay đủ lớn để có thể lau sạch được xe

Vậy động cơ phù hợp có thông số kỹ thuật như bảng sau:

Kiểu Công suất Tốc Độ Điện áp Tỷ số truyền

Động cơ liền hộp giảm tốc

dạng trục thẳng và lắp chân đế

Bảng 2.12: Thông số kỹ thuật động cơ quay chổi lau

2.2.Tính chọn van điều khiển

2.2.1 Van chia cổng

Xét các điều kiện:

- Áp suất máy bơm 21 bar

- Van làm việc trong điều kiện tiếp xúc lien tục với hóa chất tẩy rửa

- Hệ thống điều khiển của trạm rửa xe tự động không đòi hỏi tính phức tạp và vớitiêu chí giảm giá thành sản xuất và đảm bảo cho hệ thống hoạt động đơn giản và

có hiệu quả, nên chúng em đã chọn loại van dùng trong hệ thống bơm là vanđiều khiển bằng điện được sản xuất tại Đức

Van tuyến tính or On/Off của Đức - Motor Control Valve of Germany điều khiểnchuyên dùng trong công nghiệp: hơi nước, nước ,hóa chất

Hinh 2.2: Van điều khiển bằng điện.

Cấu tạo: Van điều khiển bằng điện (tuyến tính or On/Off) của Đức gồm

Thân (body):GP240GH+N ( GS-C25N) , van 2 ngõ

Dùng trong : nước & hơi nước

Nguồn cấp : 230/ 50 … 60hz

Nguồn khiển : 12VA

Lựa chọn : 115/50 …60hz , 24V/50 ….60hz , 24VDC

Motor đóng /mở van : tiêu chuẩn DIN EN 60034-1 : S1 – 100%

Chức năng đặc biệt : Điều khiển tuyến tính với nguồn vào 4-20mA or 0-10V

Tiêu chuẩn DN từ 35- 100

Lưu lượng max 100 m3/h

Đường kính mở van max : 30mm

Van điều khiển bằng khí nén

Nguyên lý điều khiển:

Van được điều khiển nhờ cơ cấu ON/OFF Khi có dòng điện 12V tác dụng van sẽ tựđộng đóng, khi ngừng cấp điện van sẽ ở trạng thái mở

Van điều khiển bằng khí nén Angle seat valve

Cấu tạo gồm 2 phần bonet và body

Hình 2.3: Van điều khiển bằng khí nén

Cấu tạo gồm:

Thân van ( body ): EN- GJS- 18- LT ( GGG- 40.3), van 2 ngõ

Dùng trong đường ống : Nước và hơi nước

Áp suất: PN 16, PN 25.

Mặt bích: Chuẩn DIN EN 1092-2

Chất liệu chống rò rỉ : PTFE-V chịu nhiệt tới 250 độ C

Thanh đỡ bầu khí nén: Thép không gỉ

Mức độ dò rỉ: < 0.01% Kvs

Bầu khí nén ( actuator ) : Đường kính 250 mm

Áp suất đóng/ mở: 1,6 bar

Chuẩn kết nối cơ khí: Theo DN từ 15 – 100, Pn 16 hoặc PN 25

Lưu lượng qua van: Từ 4- 160 m3

Áp suất đóng van : Max 25 bar

Input : 4…20mA , 4… 12mA, 12….20mA

Áp suất vào : 1.4…6bar

Nhiệt độ ( max) -20 đến -70 độ C

Tiếu chuẩn chống cháy EExia IIC T6

Nguyên lý điều khiển :

Van có 2 loại : Thường đóng và thường mở

Ở van thường đóng, cấp khí nén vào bonet lục khí nén sẽ đẩy stem đi lên van sẽ

mở, cắt khí nén lò xo sẽ tự động trả về vị trí an toàn Loại thường mở thì hoạt độngngược lại

Van Angle seat này thường sử dụng thay thế các van bi điều khiển bằng khí nén bởinhững ưu điểm sau

- Tuổi thọ của van lâu hơn ball valve with pneumatic actuator

- Giá thành thấp hơn so với ball valve

- Được sản xuất theo tiêu chuẩn ANSI VI, nên độ kín tuyệt đối bằng 0

- Dễ bảo trì và thay thế

- Các sản phẩm của Anle seat valve này đều là SUS Ứng dụng cho hóa chất thựcphẩm, hơi nóng.

Chọn loại van điều khiển:

2.2.2 Van điều tiết lưu lượng

Với yêu cầu làm việc với hóa chất tẩy rửa, áp lực cao (21bar)… ta thấy van bi giacomini là thích hợp nhất

Hình 2.5: modul cảm biến phát hiện vật cản

- Module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 - 80cm, góc phát hiện là 35o Khiphát hiện vật cản, tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanh sáng Có thểđiều chỉnh được khoảng cách bằng biến trở Chỉnh chiết áp để tăng khoảng cách theochiều kim đồng hồ, và ngược lại để giảm khoảng cách

- Cổng ra OUT có thể điều khiển trực tiếp 1 Rơ le 5V hoặc cổng IO của MCU

- Điện áp cung cấp: 3 - 5VDC

2.3.2 Cảm biến hành trình chổi lau

Do cảm biến sử dụng trong trạm rửa xe được đặt ở các vị trí khác nhau trên trạm rửa xe để xác định vị của ô tô Môi trường làm việc là môi trường ẩm ướt và có chất tẩy rửa làm oxi hóa nên chúng ta phải chọn cảm biến có thể xác định được vị trí của ô

tô đồng thời phải đảm bảo hoạt động ở môt trường ẩm ướt và chống được oxi hóa

Vì vây theo như những loại cảm biến mà em đã nêu trên, em thấy cảm biến “tiếp cận” có thể phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như Nhôm, đồng…) sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitve Proximity Sensor) Đồng thời có sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điều kiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất… là loại cảm biến có thể

đáp ứng được các yếu tố trên Nên ta chọn cảm biến sử dụng trong hệ thống là cảm biến “tiếp cận từ”

Cảm biến tiệm cận loại tròn Hanyoung:

Hình 2.6 : cảm biến tiệm cận từ loại tròn Hanyoung

- Sử dụng IC chế tạo theo công nghệ C-MOS (Hàng đầu thế giới)

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Bảo vệ IP67 (chống bụi, chống nước)

Đặc tính kỹ thuật:

- Có mạch bảo vệ nối ngược cực nguồn, quá áp

- Có thể kiểm tra trạng thái hoạt động bằng chỉ thị LED Đỏ

- Tuổi thọ dài và độ tin cậy cao

- Khoảng cách phát hiện: 1,5mm, 2mm, 4mm, 5mm, 8mm, 10mm, 15 mm

- Kích thước: M8, M12, M18, M30 mm

- Nguồn cấp: Loại 3 dây nguồn 12-24 VDC hoặc 2 dây nguồn 100~240VAC

- Tần số đáp ứng nên tới 800 Hz

- Kiểu đầu ra: DC 3dây (NPN, PNP), DC 2 dây, AC 2 dây

- Trạng thái đầu ra: NO / NC