TỔNG QUAN VỀ BÃI GIỮ XE ÔTÔ TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN
Ứng dụng của hệ thống gıữ ôtô tự động ở ngoài nước
Hình 1.1: Hệ thống bãi giữ xe ô tô
Hệ thống đỗ xe tự động tại các quốc gia phát triển được thiết kế hiệu quả với nguyên lý cần trục xếp dỡ, cho phép vận hành đồng thời chiều lên xuống và chiều ngang để đưa xe vào vị trí đỗ Thời gian lấy xe ra vào nhanh chóng và có khả năng tận dụng diện tích ngầm dưới lòng đất của tòa nhà, rất phù hợp cho các khu vực đỗ xe cỡ trung và lớn Những ưu điểm nổi bật của hệ thống này bao gồm tiết kiệm không gian và tăng cường hiệu suất sử dụng.
- Tận dụng tối đa diện tích để đỗ xe
- Giám sát, quản lý dƣợc số lƣợng xe
- Thời gian đƣa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành lên xuống/qua lại đồng thời của hệ thống thang xếp
- Vận hành điều khiển rất đơn giản cho mọi người
- Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới lòng đất
- Loại thiết bị rất kinh tế so với các thiết bị khác, do thiết kế đơn giản và dễ lắp đặt.
Kết luận
Hệ thống giữ xe tự động tại Việt Nam chưa được triển khai một cách hiệu quả như ở các nước phát triển, dẫn đến hiệu suất chưa cao Do đó, Việt Nam cần đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu và phát triển công nghệ tự động hóa và công nghệ cao để cải thiện tình hình này.
Hệ thống giữ xe tự động tối ưu hóa diện tích đỗ xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng do sự phát triển nhanh chóng của phương tiện giao thông Việc triển khai nhiều bãi giữ xe tự động là cần thiết để phục vụ hiệu quả nhu cầu gửi xe của người dân.
Để bắt kịp xu thế công nghệ và nhu cầu thị trường trong nước, tôi đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình bãi giữ xe ô tô đóng mở cửa tự động với PLC” cho khóa luận tốt nghiệp nhằm nâng cao kiến thức chuyên môn của bản thân.
- Thiết kế, điều khiển và giám sát hệ thống giữ xe tự động dùng PLC
- Thiết kế, mô phỏng, điều khiển, giám sát hệ thống bãi giữ xe cũng nhƣ đếm số xe một cách tự động, liên tục và chính xác
- Mô phỏng điều khiển hệ thống bằng wincc
- Hệ thống giữ xe dễ vận hành, dễ sử dụng, thân thiện với người dùng Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Cấu tạo của hệ thống bãi giữ xe tự động
- Lập trình PLC điều khiển
- Mô phỏng bãi giữ xe bằng phần mềm WINCC
- Nghiên cứu, phân tích và tổng hợp lí thuyết
- Mô phỏng thực nghiệm trên phần mềm
Giới thiệu nguyên lý của hệ thống đỗ xe
1.5. Đề tài thiết kế hệ thống giữ xe tự động ứng dụng PLC điều khiển là đề tài mang tính ứng dụng trong đời sống Hệ thống gồm 2 cửa vào và ra Tại trước và sau mỗi cửa sẽ đƣợc lắp 2 cảm biến quang 2 cảm biến quang này cách nhau bằng chiều dài 1 thân xe (khoảng 1,2 đến 1,5m) mục đích của việc này là để phân biệt giữa xe ô tô và các vật khác Khi có xe vào, cặp cảm biến quang này cùng ngắt tín hiệu thì cửa mở, xe đi qua cửa, cặp cảm biến quang thứ 2 mất tín hiệu thì cửa đóng, bộ đếm (counter) thêm 1 giá trị Khi có xe ra, hoạt động của hệ thống cũng tương tự
CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Khái niệm về hệ thống bãi giữ xe tự động
Hệ thống bãi giữ xe ôtô tự động hoạt động dựa trên nguyên lý của hệ thống lưu kho tự động, trong đó ôtô được xem như hàng hóa và được xử lý với độ chính xác cao.
Trong hệ thống đỗ xe này, xe được lưu giữ trong các ô (Block parkings) dưới mặt đất hoặc trên cao Để thực hiện việc này, hệ thống sử dụng thiết bị nâng chuyển với khả năng di chuyển theo phương ngang, phương đứng và phương xoay, đảm bảo độ chính xác và an toàn cao Hoạt động của các máy nâng chuyển được điều khiển bởi máy tính, quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống như số lượng xe gửi, số chỗ trống còn lại và trạng thái tại các ô lưu trữ.
2.2 Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống giữ ô tô tự động
Hệ thống đỗ xe tự động tiết kiệm diện tích bằng cách tận dụng chiều cao không gian, cho phép lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất Điều này giúp tăng khả năng chứa xe gấp hàng chục lần so với bãi đỗ xe thông thường Chẳng hạn, trong khi một bãi đỗ xe truyền thống chỉ có thể chứa tối đa 8 xe trên mặt đất, thì bãi đỗ xe tự động có thể chứa khoảng 100 chiếc xe ôtô trên cùng một diện tích.
Bãi giữ xe tự động giúp tiết kiệm thời gian cho khách hàng bằng cách loại bỏ nhu cầu tìm kiếm chỗ đỗ xe trong các bãi xe truyền thống, đặc biệt là vào giờ cao điểm Khách hàng chỉ cần đưa ôtô vào trạm đầu và nhập liệu, sau đó có thể yên tâm rời khỏi xe để thực hiện công việc khác mà không cần lo lắng về vị trí đỗ xe Hệ thống sẽ tự động đảm nhận công việc này, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả.
Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng giúp tiết kiệm nhiên liệu cho việc di chuyển và tìm chỗ đỗ xe Hệ thống quản lý năng lượng hoạt động bằng máy tính, cho phép tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.
Hệ thống hoạt động hoàn toàn bằng điện năng, giúp loại bỏ khí thải trong quá trình vận hành và giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn Tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện, góp phần bảo vệ môi trường.
Hệ thống hoàn toàn tự động đảm bảo không gây va chạm giữa các phương tiện, đồng thời không làm hư hại đến xe gửi, mang lại sự an toàn và tiện lợi tối đa cho người sử dụng.
Chi phí hoạt động thấp là một ưu điểm lớn của hệ thống, vì không cần nhân viên trông xe hay bán vé Toàn bộ hệ thống chỉ cần một vài người giám sát và điều khiển, nhờ vào việc quản lý từ xa qua màn hình máy tính.
Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc lập với nhau về mặt cơ khí
Hệ thống có khả năng linh hoạt cao, cho phép bố trí phù hợp với diện tích đất sẵn có Quy mô của hệ thống có thể điều chỉnh theo nhu cầu sử dụng, đảm bảo tính hiệu quả và tối ưu cho từng trường hợp cụ thể.
Xe có tính an toàn cao, với khả năng chống trộm và phá hoại gần như không xảy ra nhờ vào việc trang bị các thiết bị cảm biến và hệ thống giám sát bằng camera.
Ngoài ra, các hệ thống giữ xe tự động có thể đƣợc xây nổi hoặc ngầm, tuỳ vào không gian trống trong thành phố
Hình 2.1: Hệ thống bãi đỗ xe ngầm Hình 2.2: Hệ thống đỗ xe nhà cao tầng
Các hệ thống giữ xe tự động có nhược điểm chủ yếu liên quan đến những rủi ro khách quan, tương tự như những rủi ro mà bãi giữ xe truyền thống cũng phải đối mặt, chẳng hạn như động đất.
Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động
2.3.1 Kết cấu của hệ thống giữ xe
Hệ thống bãi giữ xe ôtô tự động thường được thiết kế với nhiều tầng, mỗi tầng chịu trách nhiệm về tải trọng của toàn bộ xe được lưu giữ trên đó.
Các tầng cần đạt độ cứng và độ bền tối ưu để tránh biến dạng đáng kể Do đó, việc xây dựng các tầng thường được thực hiện theo hai phương pháp chính.
Cấu trúc bê tông được hình thành qua quy trình đúc các cột đỡ và sàn tầng, tương tự như trong xây dựng nhà ở Phương pháp này mang lại các tầng có độ bền cao, khả năng chịu tải lớn và tuổi thọ lâu dài Tuy nhiên, chi phí thực hiện phương pháp này khá cao.
Cấu trúc thép được hình thành từ việc liên kết các dầm thép theo cả phương ngang và phương đứng, thường sử dụng các loại thép định hình như C, I, V, và º Các dầm này được kết nối bằng bulông hoặc hàn chặt, mang lại lợi ích về khối lượng và chi phí đầu tư thấp hơn so với xây dựng bằng bê tông Phương pháp xây dựng này không chỉ đơn giản hơn mà còn giúp giảm chi phí tổng thể Tuy nhiên, độ bền và tuổi thọ của các công trình thép thường thấp hơn so với các công trình bê tông.
2.3.2.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 bao gồm cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, và thanh răng - bánh răng Trong số đó, cầu di chuyển và xích là những thiết bị được sử dụng phổ biến nhất.
- Thiết bị nâng theo phương đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, … Trong đó thang nâng đƣợc sử dụng phổ biến nhất
Thiết bị chuyển xe ô tô từ trạm đầu vào đến thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ bao gồm các thành phần như xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con và rôbốt tự hành.
Thiết bị xoay ôtô giúp tối ưu hóa hướng di chuyển của xe khi ra vào hệ thống, đặc biệt trong những trường hợp có lối đi chung cho việc gửi và lấy xe Việc xoay đầu xe theo hướng thuận lợi sẽ mang lại sự tiện lợi cho khách hàng.
Tùy thuộc vào quy mô và diện tích đất, chúng ta có thể xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh bằng cách kết hợp các dạng truyền động khác nhau.
2.3.3 Block giữ xe – Ô lưu giữ xe
Khu vực lưu trữ xe là điểm cuối trong hệ thống, được thiết kế với cấu trúc và kích thước phù hợp để chứa các loại xe có cùng kích thước Điều này giúp thuận tiện cho việc di chuyển xe từ trạm đầu vào đến thiết bị nâng hoặc từ thiết bị nâng vào ô lưu trữ và ngược lại một cách dễ dàng.
Hệ thống điều khiển là bộ não của ôtô tự động, xác định vị trí cho thiết bị nâng chuyển xe đến đúng chỗ Mỗi xe trong hệ thống được xác định vị trí để điều khiển thiết bị chuyển dời đến gian lưu giữ riêng biệt, với các ô được phân loại theo tầng, gian, và bên trái hay bên phải lối đi Mỗi ô được gán mã số và quản lý bởi máy tính, theo dõi trạng thái có xe hay không Sau mỗi lần lưu hoặc lấy xe, máy tính cập nhật trạng thái của từng gian để xác định vị trí trống cho xe mới.
Phương pháp định vị trong hệ thống có thể thực hiện bằng cách đếm số gian và tầng theo hướng di chuyển, hoặc bằng cách gán mã nhị phân cho từng ô để xác định vị trí Thiết bị quét quang học hỗ trợ trong việc tìm kiếm vị trí ô cần thiết Để dẫn thiết bị trung chuyển xe đến địa điểm yêu cầu, máy tính và bộ điều khiển PLC được sử dụng để điều khiển hệ thống Máy tính quản lý hoạt động của hệ thống, bao gồm thông tin và dữ liệu, trong khi PLC điều khiển các thiết bị như thiết bị trung chuyển và cửa ra vào.
2.3.5.Hệ thống giao tiếp với người 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.
Nguyên lý hoạt động của gara ôtô tự động
Hệ thống giữ xe tự động sử dụng công nghệ tiên tiến như máy tính, cảm biến, camera và cơ khí để tự động lấy xe, di chuyển vào gara và đỗ xe vào vị trí trống Quá trình này diễn ra một cách đơn giản, giúp tài xế không cần phải can thiệp nhiều.
Có hai loại hệ thống đậu xe tự động, dựa trên cách thức chuyển xe theo phương dọc hoặc ngang Quy trình vận chuyển xe vào chỗ giữ tương tự ở cả hai loại hệ thống Tài xế chỉ cần lái xe vào gara, đậu đúng vị trí bàn nâng, tắt máy, kéo phanh tay và ra khỏi xe Các bộ cảm biến sẽ xác định kích cỡ và hình dáng xe để gợi ý chỗ đậu phù hợp Với những hệ thống nhanh nhất, toàn bộ quá trình chỉ mất khoảng 2 phút rưỡi từ khi xe đậu lên bàn nâng Hầu hết các hệ thống đều sử dụng bàn nâng có chức năng xoay, giúp tài xế không cần lái lùi khi nhận lại xe.
Sau khi nhận xe, bạn sẽ được cấp một thẻ hoặc chìa khóa chứa mã số giúp xác định vị trí đậu xe Để lấy xe, chỉ cần đưa thẻ hoặc chìa khóa vào máy tự động.
Sơ lƣợc về PLC và lý do chọn PLC S7-200 vào đề tài
PLC, hay còn gọi là Bộ điều khiển logic lập trình, là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình.
Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị lập trình được sử dụng phổ biến từ những năm 60 để điều khiển và tự động hóa các quá trình công nghệ và sản xuất trong công nghiệp PLC có đặc trưng nổi bật là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, mang lại tốc độ xử lý nhanh hơn và tính linh hoạt cao trong việc thay đổi công nghệ thông qua lập trình và phần mở rộng.
Các nối ghép logic là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển và xử lý thông qua phần mềm do người dùng thiết lập Điều này giúp chúng ta giải quyết các bài toán tự động hóa một cách dễ dàng, mặc dù mỗi bài toán có thể khác nhau, nhưng vẫn sử dụng chung một bộ điều khiển với các phương trình phần mềm khác nhau.
Các ƣu thế của PLC trong tự động hoá:
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn
- Cần ít thời gian làm quen
- Thiết bị chống nhiễu tốt
- Kết nối thêm các module để mở rộng ngõ vào/ra
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì dễ dàng
- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng
- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn
- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá đƣợc phần cứng điều khiển, thiết kế nhỏ gọn
- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, …
2.5.2 Lý do sử dụng PLC S7-200 vào trong đề tài
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình nhỏ gọn của Siemens, thiết kế theo cấu trúc module và hỗ trợ các module mở rộng Các module này cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực lập trình khác nhau.
- Có từ 6 đầu vào, 4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào, 16 đầu ra số (CPU226) Có thể mở rộng các đầu vào, ra bằng các module mở rộng
- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC Đầu vào sử dụng mức điện áp 24 VDC, thích hợp với các cảm biến
- Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng, cho phép tham gia vào mạng Profibus nhƣ một Slave thông minh
- Tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, bộ đếm, dịch/ quay thanh ghi, timer cho phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng
- CPU S7-200 kết hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, mạch đầu vào và mạch đầu ra trong một thiết kế nhỏ gọn
- PLC S7-200 dùng cho các ứng dụng điều khiển logic, điều khiển tuần tự, liên động, trong công nghiệp và các ứng dụng vừa và nhỏ
- Giá thành của S7-200 rẻ hơn so với các dòng PLC khác mà vẫn đáp ứng đƣợc những yêu cầu của hệ thống cân định lƣợng
=> Kết luận: từ những ứng dụng, ƣu điểm trên em quyết định sử dụng PLC S7-
2.5.3.1 Cấu trúc bên ngoài của PLC S7-200
PLC S7 200 có cấu trúc module với khả năng mở rộng linh hoạt, cho phép sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Thành phần chính của PLC S7 200 là khối vi xử lý CPU, và nó hỗ trợ đến 7 module mở rộng, giúp tăng cường số lượng ngõ vào/ra, ngõ vào/ra analog và kết nối mạng như AS-I và Profibus.
Hình 2.3: Hình dáng bên ngoài của PLC S7 200
CPU 224 có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng kết nối thêm 7 modul mở rộng
- Các đèn báo trên S7 200 CPU 224 (Hình 2.3)
+ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi
+ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN, chỉ PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã nạp vào máy
+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP, chỉ PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại
Cổng mở rộng các ngõ vào ra của PLC
Led ngõ ra của PLC S7 200
Led ngõ vào của PLC S7 200
Trạng thái hoạt động của PLC
Tùy chọn mở rộng bộ nhớ hoặc
Cổng truyền thông nối tiếp
Đèn xanh ở cổng vào (Ix.x) thể hiện trạng thái tức thời của cổng, cho biết tín hiệu theo giá trị logic của công tắc.
Đèn xanh Qx.x ở cổng ra thể hiện trạng thái tức thời của cổng Qx.x, cho biết tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
Việc phân loại S7 200 dựa vào loại CPU mà nó đƣợc trang bị Các loại PLC thông dụng nhƣ CPU 222, CPU 224, CPU 224XP (có 2 cổng giao tiếp), CPU 226 (có
2 cổng giao tiếp), CPU 226 XP
Thông thường S7 200 được phân ra làm hai loại chính dựa vào nguồn điện áp cấp cho CPU hoạt động
* Loại cấp điện áp 220 VAC:
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC)
- Ƣu điểm: ngõ ra là relay do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau
- Nhƣợc điểm: Do ngõ ra là relay nên thời gian đáp ứng không đƣợc nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung hoặc output tốc độ cao
* Loại cấp điện áp 24 VDC
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24 VDC (15 VDC – 30 VDC)
- Ƣu điểm: ngõ ra là transistor do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu độ rộng xung, output tốc độ cao
Nhược điểm của việc sử dụng transistor là nó chỉ hỗ trợ một cấp điện áp duy nhất là 24 VDC, điều này có thể gây khó khăn trong các ứng dụng yêu cầu nhiều cấp điện áp khác nhau Để khắc phục vấn đề này, cần phải sử dụng một relay đệm 24 VDC.
Sau đây là bảng thông số của các loại CPU của S7
Bảng 2.1: thông số các loại CPU của PLC S7 Đặc điểm CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226
Bộ nhớ ROM 2048 Words 2048 Words 4096 Words 4096 Words
Bộ nhớ RAM 1024 Word 1024 Word 2056 Word 2056 Word
AnalogI/O cực đại Không 16 In/16 Out 32 In/32 Out 32 In/32 Out
Tốc độ xử lý lệnh 0,37 s 0,37 s 0,37 s 0,37 s
Khả năng lưu trữ khi mất điện
Cổng giao tiếp 1 – RS 485 1- RS 485 1- RS 485 2 – RS 485
2.5.3.3 Cấu trúc bên trong của PLC S7-200
Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:
- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
Thiết bị điều khiển Thiết bị lập trình a Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
CPU là thành phần quan trọng trong PLC, chịu trách nhiệm xử lý và thực hiện các chức năng điều khiển phức tạp Mỗi PLC thường được trang bị từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
- CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:
Đơn vị xử lý "một bit" chỉ được áp dụng cho các ứng dụng nhỏ và đơn giản, chuyên xử lý trạng thái ON/OFF, với cấu trúc đơn giản và thời gian xử lý tương đối dài.
Đơn vị xử lý “từ ngữ” có khả năng xử lý nhanh chóng các thông tin số và văn bản, thực hiện phép toán, đo lường, đánh giá và kiểm tra Mặc dù cấu trúc phần cứng phức tạp hơn, nhưng thời gian xử lý đã được cải thiện, cho phép xử lý nhanh hơn.
- Module bộ nhớ bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC
Bộ nhớ được thiết kế dưới dạng module, cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau Để mở rộng bộ nhớ, chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm sẵn trên module CPU.
- Module bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện c Module nguồn
Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24 VDC) cần thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp đầu vào và đầu ra.
- Module khối vào, ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)
- Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đƣa vào bộ xử lý
- Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang
PLC S7 200 và PC hoạt động, trao đổi dữ liệu qua cáp PC/PPI
Phần mềm lập trình của PLC S7 200
STEP7 MicroWin là phần mềm chạy trên hệ điều hành Windows, đóng vai trò trung gian giữa lập trình viên và PLC Phần mềm này bao gồm ba khối lập trình chính: khối chương trình (Program Block), khối dữ liệu (Data Block) và khối hệ thống (System Block) Bên cạnh đó, PLC S7 200 còn hỗ trợ bốn khối lập trình phụ, bao gồm khối định nghĩa các ký hiệu (Symbol table), khối xem trạng thái các biến (Status chart), khối tham chiếu (Cross Reference) và khối truyền thông (Communication).
Trong STEP7 MicroWin, có ba phương pháp để soạn thảo chương trình: thang (Ladder), câu lệnh STL (Statement List) và sơ đồ khối FBD (Function Block Diagram) Trong số đó, soạn thảo bằng thang là phương pháp phổ biến nhất, vì nó cho phép lập trình viên theo dõi chương trình đang chạy một cách trực quan và dễ dàng chuyển đổi giữa các dạng soạn thảo.
- Cấu trúc chương trình gồm: chương trình chính (Main program), chương trình con (Subroutine) và chương trình con phục vụ ngắt (Interrupt)
+ Ngôn ngữ lập trình Ladder
Ladder là một ngôn ngữ lập trình đồ họa, với các thành phần cơ bản tương ứng với các yếu tố trong bảng điều khiển sử dụng rơle.
- Phương pháp điều khiển lập trình thực hiên theo các bước sau:
Cảm biến (sensor) sử dụng cho bãi giữ xe tự động
Cảm biến quang loại thu phát chung được sử dụng trong mô hình thiết kế có khả năng phát hiện mọi vật trong tầm quét của nó Với độ nhạy cao, dễ sử dụng và giá thành hợp lý, cảm biến này hoạt động với nguồn cấp 24VDC.
- Cấu tạo chung cảm biến quang gồm có: một bộ phát quang và một bộ thu quang
Cảm biến quang hoạt động dựa trên nguyên lý tín hiệu quang từ bộ phát truyền tới bộ thu mà không bị cản trở Khi có vật cản xuất hiện trên đường truyền tín hiệu quang, bộ thu sẽ thay đổi trạng thái đầu ra.
- Các cặp cảm biến quang được bố trí trước, sau cửa vào và ra, khoảng cách giữa 2 cảm biến này là chiều dài 1 thân xe ô tô ( khoảng 1.2 – 1.5 m )
Xác định thật kỹ yêu cầu công nghệ
Liệt kê số đầu vào/ra cho PLC
Thiết kế giải thuật (Lập lưu đồ cho PLC thực hiện)
Viết chương trình điều khiển
Nạp chương trình vào bộ nhớ
Kiểm tra phần cứng cách đấu dây với thiết bị
Hình 2.6: Bố trí cảm biến quang
- Sau đây là thông số và cách đấu nối của từng loại cảm biến:
- Cảm biến quang KEYENCE PZ2-41P
Hình 2.7 Cảm biến quang PZ2-41P loại PNP
Thông số kỹ thuật của cảm biến quang PZ2-41P:
Bảng 2.2 Thông số cảm biến quang PZ2-41P loại PNP
Thông số kỹ thuật Giá trị
Cảm biến quang điện loại phản xạ khuếch tán PZ2-41P
Khoảng cách phát hiện vật 600 mm
Nguồn sáng Led đỏ, có thể nhìn thấy đƣợc
Chế độ hoạt động LIGHT ON/DARK ON
Dòng tiêu thụ Max 35 mA
Chế độ bảo vệ IP - 67
Nhiệt độ môi trường - 20 đến + 55 o C
Hình 2.8 Cách đấu dây cảm biến quang PZ2-41P
Cảm biến quang BYD30-DDT-T:
Hình 2.9 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN
Bảng thông số kỹ thuật:
Bảng 2.3 Thông số cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN
Thông số kỹ thuật Giá trị
Cảm biến quang loại nhỏ Autonics BYD30-DDT-T loại phản xạ hội tụ Khoảng cách phát hiện vật 10 – 50 mm
Nguồn sáng Led hồng ngoại
Chế độ hoạt động Light On
Kết nối Cáp nối sẵn
Chống phân cực ngƣợc, bảo vệ ngắn mạch
Hình 2.10 Cách đấu dây cảm biến quang BYD30-DDT-T
Cảm biến quang BYD30-DDT-T sử dụng ngõ ra NPN, do đó cần kết nối với Relay trung gian có nguồn giống như cảm biến Đầu ra của cảm biến sẽ được đấu vào cuộn dây của Relay, trong khi ngõ còn lại của cuộn dây sẽ được nối với V+ Cuối cùng, tiếp điểm thường hở của Relay sẽ được đưa vào PLC để hoàn thiện mạch điều khiển.
Rơle
Rơ le là thiết bị điện tự động, cho phép tín hiệu đầu ra thay đổi khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị nhất định Nó được sử dụng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và quản lý hoạt động của mạch điện động lực.
Hình 2.12: Rơ le OMRON 8C-24VDC và sơ đồ đấu chân của nó
Rơ le hoạt động khi dòng điện chạy qua cuộn dây bên trong, tạo ra từ trường hút tác động lên đòn bẩy, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le Số lượng tiếp điểm điện bị thay đổi có thể từ 1 đến nhiều, tùy thuộc vào thiết kế Rơ le có hai mạch độc lập: một mạch điều khiển cuộn dây để xác định trạng thái ON hoặc OFF, và một mạch kiểm soát dòng điện cần điều chỉnh qua rơ le Dòng điện điều khiển rơ le thường khoảng 30mA với điện áp 12V, có thể lên tới 100mA Do hầu hết các chip không thể cung cấp dòng này, một BJT thường được sử dụng để khuếch đại dòng nhỏ từ IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho rơ le.
- Cách ly các mạch điều khiển khỏi mạch tải hoặc mạch đƣợc cấp điện AC khỏi mạch đƣợc cấp điện DC
- Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển
- Giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp và ngắt điện cho máy móc nếu đảm bảo độ an toàn …
Barie
Ta sử dụng barie Ƣu diểm của barie là tốc độ đóng mở nhanh Barie tự động đƣợc cấu tạo bởi:
- Động cơ điện thông qua bộ vi mạch điều khiển chuyển động bằng trục khủy giúp nâng hạ rào chắn
- Thanh chắn barie bằng nhôm dán phản quang chắn người, xe lưu thông qua, thanh chắn dài từ 2 đến 2.5m
Hình 2.13 Barie 2.10 Tổng hợp các thiết bị sử dụng trong khóa luận
Bảng danh mục các thiết bị sử dụng trong đề tài:
Bảng 2.4 danh mục các thiết bị sử dụng trong đề tài Stt Tên thiết bị Số lƣợng Công dụng
1 PLC S7 200 1 Điều khiển Logic lập trình
2 Rơ le 5 Công tắc đóng mở tự động
3 Cảm biến 8 Xác định vị trí
CHƯƠNG 3 THİẾT KẾ, LẬP TRÌNH, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BÃI GİỮTỰ ĐỘNG
Giới thiệu thiết kế
Khi xe tiếp cận cửa gửi, tín hiệu từ cặp cảm biến đầu tiên được ngắt, khiến cửa mở và đèn xanh sáng lên, đồng thời bộ đếm tăng thêm một giá trị Sau khi xe đi qua hoàn toàn, cặp cảm biến thứ hai ngắt tín hiệu, làm cho cửa đóng lại và đèn chuyển sang màu vàng.
Quá trình lấy xe từ gara tương tự như khi gửi xe vào Khi xe rời khỏi gara, nó kích hoạt cảm biến thứ ba, mở cửa và đèn hiển thị màu xanh Đồng thời, bộ đếm giảm một giá trị Khi xe hoàn toàn ra ngoài và ngắt tín hiệu cảm biến thứ hai, đèn hiển thị chuyển sang màu vàng.
Riêng ở cửa vào còn đƣợc bố trí thêm đèn màu đỏ để báo cho các lái xe biết gara đã đầy, không thể gửi đƣợc nữa
Trong trường hợp có nhiều xe nối tiếp nhau vào gửi hoặc lấy xe ra thì cửa phải bảo đảm luôn mở
3.1.2 Các yêu cầu của hệ thống
Hệ thống cơ hoạt động tốt
Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế
Hệ thống cửa đáp ứng đƣợc mọi yêu cầu đề ra
- Cụ thể ta có những yêu cầu sau:
yêu cầu về chương trình chung
Balie phải tự động mở khi có xe muốn vào, phải tự động đóng xuống khi xe đã vào hết
Dùng kỹ thuật PLC để điều khiển chương trình hoạt động cho hệ thống
yêu cầu về cơ khí
Yêu cầu của mô hình là balie phải hoạt động tốt, phải chắc chắn và gọn gàng
Hoạt động đúng yêu cầu của bài toán đặt ra
Đảm bảo tính thẩm mỹ, bền đẹp.
Lập chương trình điều khiển cho hệ thống cửa tự động
3.2.1 Các bước lập trình Để lập chương trình điều khiển cho hệ thống cửa tự động của gara ô tô phải xuất phát từ các yêu cầu công nghệ của đối tƣợng điều khiển Từ các yêu cầu công nghệ xây dựng thuật toán điều khiển, hoặc xây dựng logic điều khiển Bước cuối cùng là xây dựng thuật toán hoặc sơ đồ logic, dùng ngôn ngữ lập trình để viết chương trình điều khiển Các bước lập trình có thể mô tả như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ các bước để lập trình
Từ thuật toán hay logic điều khiển vạch ra một hướng đi để viết chương trình hướng đi đó phải xuất phát từ các yêu cầu công nghệ
Chương trình điều khiển cho PLC mô tả mối liên kết giữa các phần tử đã được định nghĩa, quyết định chức năng hệ thống Việc lập trình cho PLC giống như sao chép sơ đồ logic điều khiển bằng ngôn ngữ lập trình, cần xem xét trình tự xử lý tín hiệu trong vòng quét của hệ điều hành Trình tự này phải tuân theo một trật tự logic; đối với PLC S7-200, ngoài các phần tử cơ bản, còn có các bộ chức năng khác đã được định nghĩa trong bộ vi xử lý, giúp dễ dàng lập trình logic điều khiển theo từng ngôn ngữ lệnh chức năng.
Kiểm tra chương trình có thể thực hiện một cách gián tiếp qua sơ đồ logic, giúp giảm thiểu sai sót Việc chuyển đổi sơ đồ logic thành chương trình cũng diễn ra thuận tiện, đảm bảo tính chính xác cao.
Do điều kiện thực tế có mô hình để thử nghiệm và kiểm tra chương trình, trong đồ án này, tôi áp dụng phương pháp lập trình điều khiển dựa trên sơ đồ.
3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống 3.2.3 Gán các địa chỉ vào ra
3.2.3.1 Các tín hiệu đầu vào
Bảng 3.1 Gán các tín hiệu đầu vào
3.2.3.2 Các tín hiệu đầu ra
Bảng 3.2 Gán các tín hiệu đầu ra
Q 0.4 Đèn hiển thị màu đỏ, gara đầy
3.2.3.3 Sơ đồ bố trí các tín hiệu đầu vào
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí các tín hiệu đầu vào
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán của mô hình
3.3.2 Sơ đồ nguyên lý điện
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý điện qua PLC
Lập trình PLC S7 – 200 trên phần mềm STEP7
- Khai báo bảng Symbol Table
- Network 1: Xe vào ngắt cảm biến 1 I0.0, bộ đếm C30 báo còn chỗ để xe, barie vẫn đang đóng
- Network 2: xe vào ngắt cảm biến 2, barie vào mở
- Network 3,4: xe vào ngắt cảm biến 3,4 thì barie đóng
- Network 5: Xe ra ngắt cảm biến 5, barie ravẫn đang đóng
- Network 6,7: xe vào ngắt cảm biến 6, barie ra mở
- Network 8, 9,10: xe vào ngắt cảm biến 7,8 thì barie ra đóng
- Network 11: Khi có xe vào liên tiếp thì cửa vào luôn mở
- Network 12: Khi có xe ra liên tiếp thì cửa ra luôn mở
- Network 13: Khi có xe vào (ra) thì bộ đếm tăng (giảm) 1 đơn vị.
- Network 14: Khi đầy xe, đèn hiển thị đỏ.
Giải thích hoạt động của hệ thống cửa
Hệ thống barie hoạt động với hai trạng thái đóng ban đầu Khi xe tiến vào cửa gửi, nó sẽ cảm biến I0.0, barie vẫn chưa mở Tiếp tục, xe ngắt cảm biến I0.1, barie sẽ mở ra Sau khi xe vào gara hoàn toàn, cảm biến I0.2 và I0.3 sẽ được ngắt, barie tự động đóng lại và bộ đếm trong PLC tăng thêm một giá trị, hoàn tất quá trình gửi xe Đối với việc lấy xe ra, xe ngắt cảm biến I0.4 và I0.5, barie mở ra Khi xe tiếp tục ngắt cảm biến I0.6 và I0.7, barie sẽ đóng lại và bộ đếm giảm đi một giá trị, kết thúc quá trình lấy xe.
Số lượng xe trong gara được theo dõi chặt chẽ bởi bộ đếm (counter), đảm bảo rằng khi có 10 xe, cửa vào sẽ tự động đóng lại Dù cảm biến vị trí I0.0 và I0.1 vẫn hoạt động, đèn đỏ sẽ sáng để cảnh báo các lái xe rằng gara đã đầy.
Trong trường hợp các xe nối tiếp nhau vào gửi hoặc lấy xe ra thì hệ thống cửa vẫn luôn mở.
Mô phỏng hệ thống bãi giữ xe bằng phần mềm Win cc
3.6.1 Các đặc điểm chính của phần mềm WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của Siemens dùng để giám sát và thu thập dữ liệu trong sản xuất Nó hỗ trợ lập trình viên thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống SCADA, với chức năng chính là thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển quy trình sản xuất Các thành phần trong WinCC dễ sử dụng, cho phép người dùng tích hợp ứng dụng mới hoặc có sẵn một cách thuận lợi.
- WinCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo
Với WinCC, người dùng có khả năng trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC từ các thương hiệu nổi tiếng như Mitsubishi, Allen Bradley và Siemens Điều này được thực hiện thông qua cổng COM, sử dụng chuẩn RS232 của máy tính kết nối với chuẩn RS485 của PLC.
WinCC là phần mềm được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát sản xuất Khi hệ thống áp dụng WinCC, nó có khả năng điều khiển và thu thập dữ liệu từ quy trình, đồng thời mô phỏng hình ảnh các sự kiện xảy ra dưới dạng chuỗi sự kiện.
WinCC cung cấp nhiều chức năng hiển thị và thông báo đồ họa, cùng với khả năng xử lý thông tin đo lường, tham số công thức và bảng ghi báo cáo Điều này đáp ứng nhu cầu công nghệ ngày càng phát triển và là một phần quan trọng trong thiết kế giao diện Người và Máy (HMI).
3.6.2 Các chức năng chính của phần mềm WinCC
Bộ thiết kế đồ họa WinCC cho phép người dùng dễ dàng thực hiện các chức năng mô phỏng và tương tác với các đối tượng đồ họa, nhờ vào nhiều thuộc tính động phong phú.
Chức năng Alarm Logging (Cảnh báo) đóng vai trò quan trọng trong việc hiển thị thông báo và báo cáo trong quá trình vận hành hệ thống Nó đảm nhận việc nhận và lưu trữ các thông báo, đồng thời cung cấp các công cụ để chuẩn bị, hiển thị, hỏi đáp và lưu trữ thông tin Hơn nữa, Alarm Logging còn hỗ trợ xác định nguyên nhân của các lỗi xảy ra, giúp cải thiện hiệu suất hệ thống.
Tag Logging là một phương pháp thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo lường dưới nhiều hình thức khác nhau Nó cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị hiển thị và lưu trữ những thông tin này Dữ liệu thu thập được cung cấp các tiêu chuẩn công nghệ và kỹ thuật quan trọng, liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.
- Report Designer (Báo cáo): Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện
User Achivers cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu từ ứng dụng và trao đổi với các thiết bị tự động khác Điều này có nghĩa là các công thức và thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng hiệu quả trong hệ thống.
Web Navigator là hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát qua Internet, cho phép người dùng truy cập và điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu.
WinCC là phần mềm giám sát điều khiển tự động với bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh mẽ, bao gồm Toolbox và các control dễ dàng sử dụng Ngoài ra, WinCC còn cung cấp nhiều tính năng độc đáo mà các công cụ khác không có, giúp nâng cao hiệu quả giám sát và điều khiển.
Các control trong hệ thống quản trị dữ liệu có thể liên kết với một biến để theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển, từ đó ảnh hưởng đến việc giám sát các trạng thái.
- Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi
- Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript đƣợc dùng để thao tác giúp cho việc xử lý các sự kiện phát triển một cách mềm dẻo và linh hoạt
WinCC cung cấp một giao diện Người-Máy (HMI) cho phép giao tiếp hiệu quả giữa con người và các hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển (PLC) thông qua hình ảnh, sơ đồ và văn bản trực quan Giao diện này hỗ trợ người vận hành theo dõi quá trình làm việc, điều chỉnh các tham số và công thức, cũng như thể hiện các giá trị hiện tại, đồng thời tương tác với quy trình công nghệ qua các hệ thống tự động.
Giao diện HMI giúp người vận hành theo dõi quy trình sản xuất và nhận cảnh báo khi có sự cố Vì vậy, WinCC là phần mềm thiết kế giao diện Người - Máy thiết yếu cho các hệ thống tự động hóa phức tạp và hiện đại.
3.6.3 Trình tự thiết kế, mô phỏng hệ thống bằng wincc
Theo chương trình và cách quy định phần cứng ta có các dữ liệu liên kết như sau:
Bảng 3.3 bảng liên kết PLC và WINCC
OPC Seerver và cáp PC/Ppi
The article discusses various tags related to sensor operations and barrier controls It includes tags for sensor activation and deactivation, such as Tag cảm biến 1 through Tag cảm biến 8, which are essential for monitoring and managing system functions Additionally, it covers barrier control tags, including Tag barie vào mở and Tag barie vào đóng for entry operations, as well as Tag barie ra mở and Tag barie ra đóng for exit operations The article also highlights the importance of the Tag đèn đỏ for signaling purposes, ensuring safety and efficiency in the overall system.
Sau khi lập liên kết tag ta làm theo các bước sau:
Bước 2: Tạo dự án (project) mới
Upon launching WinCC, a project creation dialog appears, offering three options for creating a new project: "Single-User project," "Multi-User project," and "Multi-Client project."
Tạo một dự án mới:
- Chọn “Single-User project” và nhấn OK để xác nhận