NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7 200

TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT .... Đề tài gồm các nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Giới thiệu chung về WinCC C

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Tấn Hòa Ký duyệt của người hướng dẫn

Sinh viên thực hiện: PHẠM NGUYỄN MINH TUẤN

LÊ HẢI ANH BÙI TÁ TRI PHẠM TRUNG QUÂN

Lớp: 17D2 17D2 17D2 17D2

Ngày bảo vệ: 25/9/2020

Đà Nẵng tháng 9/2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỀ CƯƠNG

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CẤP CAO ĐẲNG

Tên đề tài: Nhà giữ xe tự động điều khiển và giám sát bằng PLC S7-200

Sinh viên thực hiện: Phạm Nguyễn Minh Tuấn Lớp: 17D2

Lê Hải Anh Lớp: 17D2 Bùi Tá Tri Lớp: 17D2 Phạm Trung Quân Lớp: 17D2 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện- điện tử Khóa: 2017-2020

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Hòa

Ngày nhận đề tài: 01/2020 Ngày bảo vệ: 25/9/2020

 Mục tiêu của đề tài, phạm vi đề tài:

- Nhóm thực hiện đề tài đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau:

+ Tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của PLC trên module PLC S7-200 Biết cách ứng dụng trên Step7 MicroWin V4.0 để vận dụng kiến thức lập trình hệ thống điều khiển Bãi giữ xe

tự động

+ Tìm hiểu và cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình PLC Step7 MicroWin V4.0

+ Tìm hiểu về các thiết bị tự động hóa, các giải pháp tự động hóa tích hợp toàn diện thông qua PLC S7 – 200 nhằm kết nối hoàn thiện đề tài

+ Thực hiện đề tài đã chọn theo hướng điều khiển dùng thiết bị lập trình điều khiển PLC

S7-200

 Phương pháp nghiên cứu, lựa chọn giải pháp công nghệ:

Phương pháp để nghiên cứu đề tài như sau:

+ Phân tích và tổng hợp lý thuyết

+ Sách báo, qua mạng internet

+ Tham khảo thực tế tại các địa điểm có sử dụng mô hình bãi giữ xe

+ Tham khảo tài liệu

+ Viết chương trình

+ Lắp ráp và chạy thử nghiệm mô hình

* Cụ thể:

+ Tìm hiểu PLC-S7-200 phần cứng và tập lệnh

+ Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm Step7 MicroWin V4.0

+ Tìm hiểu cảm biến và các thiết bị chấp hành

 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Giới thiệu chung về WINCC

Chương 3: Tổng quan về PLC

Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe tự động

Chương 5: Lập trình và điều khiển mô hình bằng PLC S7-200

Chương 6: Kiểm tra đánh giá, kết luận và hướng phát triển

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung về đề tài

2.6 Cài đặt driver kết nối

2.7 Tạo giao diện

Từ 21/2 - 01/3/2020

4

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CÁC

THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG TỰ

ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

3.1 Giới thiệu thiết bị bãi giữ xe

3.2 Giới thiệu cảm biến và các thiết bị chấp hành

3.3 Giới thiệu về công nghệ

3.4 Tính cấp thiết của hệ thống

Từ 02/3 - 20/3/2020

STT Nội dung công việc Thời gian dự kiến Ghi

chú

điều khiển PLC 3.7 Giới thiệu khái quát về PLC S7-200

5

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHỌN

CÁC THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH

Từ 21/3 - 24/5/2020

6

Chương 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH

5.1 Bản vẽ sơ đồ mạch điều khiển

5.2 Bản địa chỉ đầu vào và đầu ra của hệ thống PLC

5.3 Lưu đồ thuật toán

5.4 Chương trình vận hành

Từ 25/5 - 14/7/2020

7

Chương 6: BÁO CÁO KẾT QUẢ

6.1 Giới thiệu mô hình đã hoàn thiện

Giảng viên hướng dẫn Đà Nẵng, ngày 22 tháng 7 năm 2020 Duyệt Sinh viên thực hiện

Th.s Nguyễn Tấn Hòa Phạm Nguyễn Minh Tuấn

Lê Hải Anh Bùi Tá Tri Phạm Trung Quân

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 2

1.1 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƯỚC TA 2

1.2 THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM 2

1.3 CÁC GIẢI PHÁP 3

1.4 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ô TÔ TỰ ĐỘNG 4

1.4.1 Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động 4

1.4.2 Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động 4

1.4.3 Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động 5

1.4.4 Các thông số cơ bản của hệ thống 7

1.4.5 Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động 8

1.5 CÁC HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 9

1.5.1 Hệ thống giữ xe loại thang nâng 9

1.5.2 Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển 9

1.5.3 Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển 10

1.5.4 Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang 11

1.5.5 Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng 11

1.5.6 Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng 12

1.5.7 Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình 12

1.6 VẬN HÀNH GARA Ô TÔ TỰ ĐỘNG 13

1.6.1 Cơ chế vận hành 13

1.6.2 Ưu điểm 13

1.6.3 Nhược điểm 14

CHƯƠNG 2 15GIỚI THIỆU VỀ WINCC 15

2.1 Tổng quan về phần mềm WinCC 15

2.2 Giới thiệu PC Access 19

2.2.1 Tạo sự kết nối cho một PLC: 19

2.2.2 Thiết lập cấu hình giao tiếp: 19

2.2.3 Thiết lập cấu hình mới cho một PLC 21

2.2.4 Tạo mục Item 22

2.2.5 Chạy thử, kiểm tra 23

2.3.3 Tạo biến 25

2.3.4 Tạo hình ảnh, thiết lập các thuộc tính 27

2.3.5 Thiết lập các điều kiện Runtime 32

2.3.6 Chạy ứng dụng 33

2.3.7 Giao diện và giám sát hệ thống trên WinCC 34

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 35

3.1 GIỚI THIỆU 35

3.1.1 Khái niệm về PLC 35

3.1.2 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7 37

3.1.3 Đặc điểm chung PLC S7-200 37

3.1.4 Các Module của PLC 39

3.1.5 Nguyên tắc làm việc của CPU 40

3.1.6 Phân loại PLC 41

3.1.7 Cấu trúc cơ bản của một PLC S7-200 41

3.1.8 Khái niệm vòng quét của PLC 42

3.1.9 Giới Thiệu Phương Pháp Lập Trình Của S7-200 43

3.1.10 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRONG PLC S7 – 200 44

3.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ CỦA PLC S7-200 46

3.2.1 Phân chia bộ nhớ 46

3.2.2 Phân chia vùng nhớ trong S7-200 47

3.2.3 Vùng đối tượng 48

3.2.4 Quy ước địa chỉ trong PLC S7-200 48

3.3 TẬP LỆNH CỦA S7-200 49

3.3.1 Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản 49

3.3.2 Nhóm các lệnh so sánh 51

3.3.3 Nhóm các lệnh di chuyển dữ liệu 52

3.3.4 Nhóm các lệnh số học 54

3.3.5 Nhóm lệnh điều khiển Timer 57

3.3.6 Nhóm lệnh điều khiển Counter 58

3.3.7 Các hàm chuyển đổi 60

3.3.8 Lệnh đọc thời gian thực Read_RTC 61

3.3.9 Các lệnh về ngắt 62

3.3.10.Lệnh xuất xung tốc độ cao 62

3.3.11 Các lệnh về dịch Bit 64

3.3.12 Các lệnh về xử lí chuỗi 64

3.3.13 Một số ô nhớ đặc biệt sử dụng trong S7-200 65

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH 67

4.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 67

4.2 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA NHÀ GIỮ XE 67

4.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT 67

4.4 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 67

4.4.1 Cảm biến quang 68

4.4.2 Nút nhấn 69

4.4.3 Chọn động cơ 69

4.4.4 Relay trung gian 70

4.4.5 Mạch hạ áp 70

4.4.6 Đèn báo 70

4.4.7 Bộ nguồn 71

4.4.8 Domino 72

4.4.9 Công tắc hành trình 72

4.4.10 Bộ điều khiển PLC 72

CHƯƠNG 5 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 75

5.1 CÁC BƯỚC LẬP TRÌNH 75

5.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 76

5.3 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 77

5.4 BẢNG PHÂN CÔNG ĐẦU VÀO, ĐẦU RA 78

5.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 79

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 97

6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯ C 97

6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 97

6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97

6.4 KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống nhà giữ xe loại thang nâng 9

Hình 1.2: Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển 9

Hình 1.3: Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển 10

Hình 1.4: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang 11

Hình 1.5: Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng tầng 11

Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng 12

Hình 1.7: Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình 12

Hình 2.1: Cấu trúc của WinCC 17

Hình 2.2: Cấu trúc của dự án đơn 18

Hình 2.3: Cấu trúc của dự án nhiều người dùng 18

Hình 2.4: Cấu trúc của dự án multi-client 19

Hình 2.5 Giao diện điều khiển Wincc 34

Hình 3.1: PLC S7-200 39

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của CPU PLC S7-200 40

Hình 3.3: mô tả sơ bộ về cấu trúc của một PLC 42

Hình 3.4: Vòng quét của PLC 42

Hình 3.5: Biểu tượng của STEP7 43

Hình 3.6: Của sổ lập trình của phần mềm lập trình V4.0 STEP 7 Microwin 44

Hình 3.7: Giao diện phần mềm S7-200 Simulator 2.0 English 45

Hình 4.1: Cảm biến quang 68

Hình 4.2: Nút nhấn thả 69

Hình 4.3: Động cơ giảm tốc 24 VDC 69

Hình 4.4: RELAY 5 chân 70

Hình 4.5: Mạch hạ áp DCLM2596 3A 70

Hình 4.5: Các đèn báo 71

Hình 4.6: Nguồn tổ ong 24VDC 71

Hình 4.7: Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn 72

Hình 4.8: Domino khối 12P 25A 72

Hình 4.9: Công tắc hành trình KW11-3Z-2 72

Hình 4.10: PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY 73

Hình 5.1: Sơ đồ đấu dây qua PLC 77

Hình 5.2: Sơ đồ đấu dây đảo chiều động cơ dùng relay 78

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hoá hoàn toàn trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự động hoá đã trở thành xu hướng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ nào

Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn ở nước ta ( như Hà Nội, tp Hồ Chí Minh) đặc biết là thành phố Đà Nẵng và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ôtô), một nhu cầu về bãi đậu đỗ cho các phương tiện giao thông là yêu cầu cấp bách Một mặt, giảm tắt nghẽn giao thông, nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện đại Với lý do đó, em đã khảo sát thiết kế một mô

hình bãi đậu xe tự động Qua một thời gian hơn 3 tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài “Nhà giữ

xe tự động điều khiển và giám sát bằng PLC S7 – 200” nhờ được sự hướng dẫn tận tình của

thầy giáo ThS Nguyễn Tấn Hòa và các thầy cô trong Bộ môn em đã hoàn thành đề tài

Đề tài gồm các nội dung sau:

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Giới thiệu chung về WinCC

Chương 3: Tổng quan về PLC và các thiết bị sử dụng trong hệ thống tự động điều khiển và giám sát

Chương 4: Thiết kế và tính toán chọn các thiết bị cho mô hình

Chương 5: Lập trình điều khiển mô hình

Chương 6: Báo cáo kết quả

Và sự tất yếu kéo theo là sự phát triển ngày càng tăng của các phương tiện cá nhân trong đó có

cả xe máy và ô tô Trong tương lai không xa ở Việt Nam ô tô không còn là hàng hóa xa xỉ Trong khi cơ sở hạ tầng lại không bắt kịp với sự phát triển của phương tiện Sự mất cần bằng này dẫn đến sự mất mỹ quan đô thị là do thiếu các nhà giữ xe , nên bắt buộc họ phải lấn chiếm lòng lề đường, tình trạng kẹt xe và tai nạn giao thông xảy ra liên tục Có thể nói quỹ đất cho giao thông tĩnh là quá ít Hiện nay, vấn đề thiếu chỗ đỗ xe tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã trở nên trầm trọng.Với tốc độ tăng số lượng ô tô đăng ký tại 2 thành phố này là 15% mỗi năm, và tình trạng hết quỹ đất đô thị để phát triển nhà giữ xe thì đến những năm sau, nguy cơ không còn chỗ đỗ xe là điều chắc chắn Việc các nhà quản lý đô thị giải quyết cho đễ xe trên lòng đường chỉ

là biện pháp tình thế tạm thời, vì ngay cả quỹ đường cho giao thông động cũng đang bị thu hẹp dần do tốc độ phát triển số lượng xe ô tô, do đó nếu tiếp tục sử dụng lòng đường để đỗ xe ô tô sẽ gây ra nguy cơ ùn tắc giao thông, dẫn đến các hậu quả tiêu cực về kinh tế và xã hội

1.2 THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM

Theo thống kê, tổng số ô tô đăng ký mới trong năm 2019 (tính đến tháng 10.2019) là

12.913 xe (tăng 1.116 xe so với cùng kỳ năm 2018) Tổng số ô tô Đà Nẵng đang quản lý 89.795 xe Đối với xe mô tô, trong năm 2019, Đà Nẵng có hơn 43.000 xe đăng ký mới, tổng số

xe đang quản lý 928.450 xe Tình trạng đậu xe ô tô trên nhiều tuyến phố làm giảm đáng kể lưu

thông

Theo số liệu thống kê của Công ty khai thác điển đỗ xe Hà Nội, hiện trên địa bàn Hà Nội

có 129 điểm đỗ xe công cộng do công ty quản lý, với tổng diện tích 22,94 ha, công suất đỗ

5863 xe ô tô trong đó có 123 điểm đỗ xe trên hè phố, diện tích khoảng 70.430 m2, 6 điểm đỗ

xe trong khuôn viên với tổng diện tích 158,984 m2 Với tổng diện tích nói trên, các bến, điểm

đỗ xe chỉ mới đạt 0,45% quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh và chỉ đáp ứng được 15-20% nhu cầu đỗ xe của thủ đô

Mà theo quy hoạch phát triển đô thị của Hà Nội đến năm 2010 đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt, quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh phải đạt từ 3% - 5%, tức là phải có từ 500 - 750 ha đất để xây dựng nhà giữ xe công cộng Tuy nhiên, việc đáp ứng yêu cầu đất này ngày càng tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh, và nhu cầu đất cho các mục đích cấp bách khác cũng đang thiếu trầm trọng

Tại TP Hồ Chí Minh, hiện nay diện tích mặt đường cho mỗi đầu xe ở trạng thái tĩnh chỉ còn 1 m2 / 1 xe (so với 5 m2/ xe vào năm 1976) Chỉ tính riêng khu vực Quận 1, theo khảo sát

của Công an Tp HCM, số ô tô 4 chỗ thường xuyên có nhu cầu dừng đỗ trong khu vực Quận 1

là 6.700 xe / ngày đêm, trong khi đó hiện nay Quận 1 chỉ có 6 nhà giữ xe với 432 chỗ và các khách sạn, cao ốc có nhà giữ xe riêng phục vụ khách khoảng 2.460 chỗ Như vậy hiện nay hàng ngày tại Quận 1 có 2.028 xe phải chạy lòng vòng hoặc đỗ sai chỗ gây ách tắc giao thông

Hiện nay, để giải quyết vấn đề giống như các đô thị Việt Nam đang phải đối mặt này, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nước châu Á đất chật người đông như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, … mà còn ở những nước châu Âu và Mỹ Tại các nước này đều có các công ty chuyên kinh doanh nhà giữ xe ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động được sử dụng rất phổ biến Các công ty sản xuất hệ thống nhà gủi xe tự động là các nhà chế tạo, không trực tiếp kinh doanh nhà giữ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết

bị cho các nhà đầu tư Các công ty sản xuất hệ thống nhà giữ xe tại các nước này đều là các công ty cơ khí có kinh nghiệm về thiết bị nâng Ngoài ra, còn các hệ thống các công ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như: hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, cửa trả tiền tự động, hệ thống máy tính điều khiển tự động

1.3 CÁC GIẢI PHÁP

Hệ thống nhà giữ xe tự động: Câu trả lời cho những nan giải trên

Cho đến nay tại Việt nam chưa có nhà giữ ô tô nào dùng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động Tuy nhiên xu hướng Việt Nam sẽ sử dụng loại này là tất yếu do mật độ xe gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển mặt bằng giao thông, dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải có kế hoạch xây dựng các nhà giữ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thông do sử dụng mặt đường làm bãi đỗ xe

Để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông tại trung tâm thành phố và lập lại trật tự đô thị

sở giao thông công chính Tp Hồ Chí Minh đưa ra chương trình “Chống ùn tắc xe đô thị và phát triển cơ sở hạ tầng giao thông thành phố”

Trước tình hình này, theo sơ giao thông công chính, thành phố đang kêu gọi đầu tư xây dựng các nhà giữ xe, sở Quy hoạch kiến trúc được giao nhiệm vụ tìm kiếm quỹ đất triển khai các dự án đầu tư Thành phố cũng có chủ trương dành quỹ đất của các công ty, xí nghiệp gây ô nhiễm ở nội thành để quy hoạch xây dựng nhà giữ xe

Mặt khác để tiết kiệm diện tích mặt bằng thì chúng ta nên:

 Xây dựng các nhà giữ xe cao tầng nhằm tăng khả năng lưu giữ xe trên cùng một diện tích

 Xây dựng các nhà giữ xe trong lòng đất nhằm tiết ki tối đa diện tích mặt bằng phía trên

Thông thường bên cạnh các tòa cao ốc luôn tồn tại những khoảng đất trống có thể chứa 3

Hiện nay việc xây dựng các nhà giữ xe trong nội thành là vấn đề nan giải vì quỹ đất không có nhiều, chỉ còn cách tận dụng khoảng không gian dưới mặt đất và trên cao Nhưng mục tiêu đặt ra là khi xây dựng các nhà giữ xe này thì hệ số sử dụng diện tích phải là cao nhất Điều này chỉ có thể có ở các nhà giữ xe tự động (Automatic Car Parking), vì toàn bộ không gian của nhà giữ xe là sử dụng để chứa xe, và hoàn toàn không có diện tích dành cho đường xe chạy

Thực trạng việc đã được giải quyết và sử dụng tại nhiều nước trên thế giới Do đó việc áp dụng các giải pháp nhà giữ xe tự động là nhu cầu cấp bách cần triển khai tại Việt Nam và đặc biệt tại Đà Nẵng

1.4 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ô TÔ TỰ ĐỘNG

Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động

Hê thống nhà giữ xe ôtô tự động là hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của

hệ thống lưu kho tự động mà hàng hóa là ôtô và có độ chính xác nhất định

Trong hệ thông này xe được lưu giữ ở các ô (Block parkings) dưới mặt đất hoặc trên cao Để thực hiện việc lưu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển Đây là thiết

bị có thể có chuyển động theo các phương sau: phương ngang, phương đứng, phương chuyển động xoay với độ chính xác và an toàn cao Hoạt động của các máy nâng chuyển được điều khiển bởi máy tính

Máy tính quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống như: số lượng xe hiện đang giữ, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lưu trữ, …

Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động

Sự ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất giúp các hãng xe ngày càng giảm chi phí sản xuất, cùng với sự phát triển về nghành công nghiệp ôtô ở các nước đang phát triển như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, … đã làm cho ngành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển về số lượng cũng như chất lượng Vì thế dự đoán ôtô sẽ là phương tiện di chuyển cá nhân trong những thập kỷ tới.Vấn đề nan giải là cơ sở hạ tầng: Đường xá, chỗ giữ xe không tăng lên mà

có chiều hướng giảm xuống do sử dụng vào mục đích khác, điều này làm cho nạn kẹt xe ngày càng nghiêm trọng Vì thế các nhà quy hoạch, thiết kế hạ tầng mới nghĩ đến việc tận dụng chiều cao, chiều sâu của không gian nhằm làm tăng lên diện tích sử dụng

Ban đầu người ta xây dựng các nhà cao tầng hoặc các bãi xe ngầm dưới mặt đất, hệ thống này thì người lái xe phải tự mình lái xe vào vị trí giữ bằng các đường xoắn ốc vì thế khó quản

lý với số lựợng xe lớn Hoặc tốn rất nhiều nhân lực và tốn diện tích dùng làm các làn đường cho xe chạy

Vào đầu thập niên 90, hệ thống giữ xe ôtô tự động ra đời Các thiết bị cơ khí, điện tử được sử dụng để thay thế người lái xe vào bãi nhờ việc áp dụng nguyên lý thiết bị nâng chuyển cùng với ngành điều khiển tự động, tự động hóa sản xuất và điện tử Đến giữa thập kỷ 90 rất nhiều công ty được thành lập và đã xây đựng nhiều nhà giữ xe có quy mô lớn

Nhà giữ xe ôtô nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đưa lên tầng cao, sau đó lái xe ra tầng đỗ là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại

Mỹ, sau đó lan truyền sang châu Âu Ngay tại Thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn còn dấu tích của thang nâng xe này lại bãi đỗ xe bên hông khách sạn Kim Đô Sau đó, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại Châu Âu (Đức và Ý), với hệ thống này thang nâng kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhưng vẫn cần người lái xe đưa xe vào hệ thống

Loại hình này được ứng dụng tại Nhật Bản từ khoảng năm 1975 Kể từ năm 1982, hệ thống tự động hoàn toàn không cần người lái tiếp tục được phát minh tại châu Âu (đầu tiên tại Đức) Do tính chất đất chật người đông, các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985 Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là

2 nước có số lượng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới, khách du lịch có thể dễ dàng tìm thấy nhà giữ xe tự động tại bất kì khu phố nào tại Tokyo và Seoul

Bãi đỗ xe tự lái thông thường có nhiều bất tiện như: để bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí

đỗ xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian

để đưa xe vào vị trí xe chật hẹp ( đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ ), và hầu như rất khó kiểm soát khí thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, người lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe

Và điều mà phần lớn nhà đầu tư quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện tích của công trình (bình quân 25m2 cho 1 vị trí đỗ xe bao gồm diện tích đường di chuyển)

Hịện nay hệ thống giữ ôtô tự động đã có mặt nhiều nước trên thế giới đặc biệt là tại các nước phát triển như: Mỹ, Đức, Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan Điều đó cho thấy nhu cầu về bãi giữ xe tự động là khá cao nhất là đối với những thành phố có mật độ dân số đông

và số lượng ôtô nhiều

Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động

Kết cấu của hệ thống giữ xe

Cấu trúc chung của hệ thống nhà giữ xe ôtô tự động thường thấy đó là có cấu tạo nhiều tầng Mỗi tầng có nhiệm vụ chịu tải trọng toàn bộ xe được giữ trên tầng đó Do đó, các tầng phải đủ độ cứng cũng như độ bền để chúng không bị biến dạng đáng kể Chính vì vậy, các tầng thường được xây dựng theo hai cách sau:

Cấu tạo bằng bê tông: được tạo ra bằng phương pháp đúc bê tông các cột đỡ và sàn tầng giống như xây dựng các tòa nhà để ở thường thấy Các tầng tạo ra bằng phương pháp này có cấu tạo chắc chắn, chịu được tải trọng lớn đồng thời có tuổi thọ cao Tuy nhiên phương pháp này mất rất nhiều chi phí

Cấu tạo bằng kết cấu thép: được tạo ra nhờ sự liên kết các dầm thép theo phương ngang

tông Bên cạnh đó việc xây dựng theo phương pháp này đơn giản hơn cho nên chi phí xây dựng thấp Tuy vậy các tầng dạng này có độ bền và tuổi thọ thấp hơn dạng có cấu tạo bằng bê tông

Thiết bị nâng – chuyển xe

Được dùng để thực hiện việc nâng chuyển ôtô từ trạm đầu đến vị trí lưu giữ, cũng như lấy xe ra khỏi vị trí lưu giữ và chuyển đến trạm đầu ra Để thực hiện các nhiệm vụ này, thiết bị nâng chuyển có khả năng chuyển động theo phương ngang và phương đứng Do đó một hệ thống giữ xe tự động thường phải có ba hệ thống truyền động sau:

- Thiết bị di chuyển theo phương ngang: có thể dùng cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, thanh răng – bánh răng,…

- Thiết bị nâng theo phương đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, … Trong đó thang nâng được sử dụng phổ biến nhất

- Thiết bị chuyển xe ô tô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại: dùng xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con, rôbôt

tự hành,

- Thiết bị xoay: dùng để xoay ôtô theo hướng có lợi nhất trong khi xe ôtô di chuyển ra hoặc vào hệ thống, thường dùng trong trường hợp hệ thống chỉ có một lối đi chung cho việc gửi xe và lấy xe nên việc xoay đầu xe theo hướng di chuyển thuận tiện cho khách hàng Tùy theo quy mô, diện tích đất mà ta có thể xây dựng hệ thống kết hợp lại các dạng truyền động trên tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh

Block giữ xe – Ô lưu giữ xe

Là nơi chứa xe cuối cùng trong hệ thống, kết cấu và kích thước được làm sao cho giữ được các loại xe có cùng kích thước, kết cấu sao cho thuận tiện cho thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại dễ dàng

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là bộ não của hệ thống giữ ôtô tự động, nó xác định vị trí cho thiết bị nâng chuyển xe đến vị trí chính xác Vị trí của mỗi xe ôtô trong hệ thống đều được xác định để điều khiển thiết bị chuyển dời xe đến gian lưu giữ riêng biệt Mỗi ô này được xác định theo tầng, gian, bên trái hay bên phải lối đi giữa hai dãy Vị trí mỗi ô được gán cho một mã số và được quản lý nhờ máy tính Máy tính theo dõi trạng thái của mỗi ô xe ( có xe hoặc không có xe ) Mỗi khi quá trình lưu xe hoặc lấy xe hoàn thành, máy tính sẽ cập nhật trạng thái hiện tại của từng gian để xác định vị trí có xe đang để vào vị trí trống

Phương pháp định vị trí có thể thực hiện nhờ đếm số gian và tầng theo hướng di chuyển Ngoài ra có một phương pháp khác, đó là cung cấp cho mỗi ô một mã nhị phân xác định vị trí

và được gắn vào ô đó Thiết bị quét quang học sẽ giúp ta xác định vị trí ô cần tìm

Để thực hiện xác định vị trí và dẫn thiết bị trung chuyển xe đến nơi yêu cầu, điều khiển

nhờ máy tính và bộ điều khiển PLC được sử dụng trong hệ thống Máy tính đảm trách công việc quản lý các hoạt động của hệ thống, cụ thể là quản lý thông tin và hệ thống ghi nhớ dữ liệu Trong khi đó PLC thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị trong hệ thống như thiết bị trung chuyển và cửa ra vào

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:

- Loại quy mô gia đình: Sức chứa từ 1 đến 6 xe

- Loại quy mô công cộng:

+ Loại quy mô nhỏ: Chứa từ 20 đến 50 xe

+ Loại quy mô vừa: Chứa từ 50 đến 100 xe

+ Loại quy mô lớn: Lớn hơn 100 xe

Hệ số sử dụng diện tích

Hệ số sử dụng diện tích là tỷ số giữa diện tích mặt đất và số lượng xe giữ tối đa Thông số này phụ thuộc vào hệ thống sử dụng cũng như chiều cao công trình Nó cho ta biết mức độ sử dụng đất, từ đó chúng ta phải thiết kế mô hình và lựa chọn hệ thống sao cho

hệ số này là tối ưu nhất

Thời gian nhập hoặc lấy xe

Đây là một thông số quan trọng thể hiện mức độ hiệu quả của hệ thống

Nó phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố sau:

- Tốc độ di chuyển của các thiết bị nâng chuyển: Bao gồm tốc độ nâng, tốc độ di chuyển ngang và tốc độ di chuyển xe từ khung nâng vào các ô lưu trữ Các thông số tốc độ được chọn theo các tiêu chuẩn quy định đối với các máy nâng chuyển

- Hành trình di chuyển của các thiết bị nâng - chuyển: Là thông số rất quan trọng

Nó phải là con đường ngắn nhất có thể Do đó, thông số này được chọn theo phương án tối

ưu nhất, hoặc phụ thuộc vào sự bố trí các hệ thống nâng – chuyển sao cho tối ưu nhất

Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động

+ Tiết kiệm diện tích: Hệ thống tận dụng toàn bộ thể tích không gian nhờ vào khai thác chiều cao của không gian Bằng việc lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất, số lượng xe

mà một trạm giữ xe tự động có thể chứa gấp hàng chục lần so với một bãi giữ ôtô thông thường Ví dụ như với diện tích trên mặt đất có thể chứa tối đa là 8 xe Nhưng khi xây dựng nhà giữ xe tự động trên diện tích này chúng ta có thể chứa khoản 100 chiếc xe ôtô

+ Tiết kiệm thời gian: Thay vì khách hàng phải tự tìm chổ để xe trong các bãi xe thông thường và rất khó khăn nhất tại giờ cao điểm, với nhà giữ xe tự động thì khách hàng chỉ cần đưa ôtô vào trạm đầu và nhập liệu là có thể an tâm ra khỏi xe và đi làm việc khác

Mà không cần quan tâm vị trí để xe Công việc này do hệ thống đảm nhận Như vậy thời gian được tiết kiệm cho khách hàng

+ Tối ưu việc sử dụng năng lượng: Đầu tiên chúng ta không phải tốn nhiên liệu cho việc

di chuyển xe , tìm chỗ trong bãi Và năng luợng hoạt động cho hệ thống được quản lý bằng máy tính, máy tính có thể tối ưu hóa năng lượng sử dụng

+ Không ô nhiễm môi trường: Do hệ thống hoạt động hoàn toàn nhờ vào điện năng nên không có khí thải trong quá trình vận hành hệ thống Và hạn chế tối đa ô nhiễm tiếng ồn Vì tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện

+ Không gây hư hai cho phương tiện: Không gây va quẹt giữa các xe với nhau và hệ thống cũng hoàn toàn không gây hư hại cho xe gửi vì hệ thống hoàn toàn tự động

+ Chi phí hoạt động thấp: Do không có các nhân viên trông xe, bán vé,… Toàn hệ thống chỉ cần vài người giám sát hoạt động, điều khiển Chì cần vài người điều khiển vì toàn bộ hệ thống được quản lý bằng màn hình máy tính theo dõi từ xa

+ Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc lập với nhau về mặt cơ khí

+ Khả năng linh hoạt cao: Tùy vào diện tích đất, mà chúng ta bố trí hệ thống theo diện tích đất có sẵn Và tùy vào nhu cầu mà quy mô hệ thống có thể thay đổi cho phù hợp

+ Tính an toàn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hoàn toàn khó có thể xảy ra Nhờ các thiết bị cảm biến và giám sát bằng camera

1.5 CÁC HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG

Hệ thống giữ xe loại thang nâng

Hình 1.1: Hệ thống nhà giữ xe loại thang nâng

Loại hệ thống nhà giữ xe ô tô dạng thang nâng là loại hệ thống rất thuận tiện, an toàn, kinh tế Với loại này sẽ tăng tối đa diện tích sử dụng, 60 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 3 xe (khoảng 48 m2), tốc độ xe ra vào nhanh(60m/phút) Hệ thống tương thích PC lập trình điều khiển toàn bộ vận hành của hệ thống nên các vấn đề xảy ra (nếu có) sẽ có thể được phát hiện và giải quyết tức thời Do tương thích PC nên hệ thống liên tục cập nhật các thông tin

về tình trạng hoạt động của hệ thống và thu thập dữ liệu về xe vào, ra, cước phí trên cơ sở từng giờ, từng ngày, từng tuần, … Hệ thống có thể được thiết kế với các kích thước khác nhau phù hợp với kích thước cho phép bên trong toà nhà Rung động, tiếng ồn và lượng điện tiêu thụ được giảm thiểu nhờ thiết bị biến tần

Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển

Hình 1.2: Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển

chóng

Một số đặc điểm chính:

- Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất 18 xe

- Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời của các hệ thống thang nâng, bàn nâng di chuyển

Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới lòng đất Thiết bị điều khiển xe ra/vào hoàn toàn tự động, hoạt động theo từng phần của hệ thống, tiết kiệm năng lượng

Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển

Hình 1.3: Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển

Đây là loại thiết kế hữa hiệu sử dụng nguyên lý cần trục xếp dỡ, cùng lúc vận hành chiều lên xuống và chiều ngang để đưa xe vào vị trí đỗ Thời gian lấy xe ra vào nhanh, có thể tận dụng diện tích ngầm dưới lòng đất của toà nhà Loại hệ thống này thích hợp cho diện tích đỗ

xe cỡ trung và lớn Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:

- Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 18 xe, nhờ sử dụng thang xếp xe nhỏ

- Thời gian đưa 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

Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang

Hình 1.4: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang

Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích có hình vuông, hình chữ nhật có nhiều tầng, nhiều hàng ngầm dưới mặt đất Xe được đưa vào và lấy ra khỏi hệ thống bằng thiết bị nâng di chuyển theo hai trục đứng và ngang theo một trật tự lập trình trước Các đặc điểm chính của hệ thống gồm:

- Thời gian đưa xe vào / lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời theo trục đứng và ngang của hệ thống thang nâng

- Tăng diện tích sử dụng nhờ thiết kế lắp đặt dạng nhiều hàng và nhiều tầng

- Việc điều hành hệ thống rất thuận lợi nhờ hệ thống tương thích vi tính điều khiển trung

để tăng hiệu quả xếp xe khi ra, vào và di chuyển trong hệ thống

di chuyển vào chỗ đỗ

- Điểm xe vào có thể thiết kế phù hợp nhất với thiết kế của toà nhà: xe có thể vào từ trên,

từ dưới, từ trái, từ phải hoặc từ giữa

Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng

Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng

Là hệ thống mang lại hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), các pallet này di chuyển xoay vòng 3600 quanh trục cố định, có thể đảo chiều xoay Hệ thống được lập trình

để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất Hệ thống có đặc điểm chính:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, có thể lắp nhiều hệ thống liên tiếp nhau

- Điểm xe vào từ dưới mặt đất

- Có thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong toà nhà cao tầng

Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình

Hình 1.7: Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình

Đây cũng là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắp được tối đa 5 tầng Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra Hệ thống được lập trình

để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất

Đặc điểm chính của hệ thống:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)

- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất

- Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế cho phép

- Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự, gia đình

từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm

1.6 VẬN HÀNH GARA Ô TÔ TỰ ĐỘNG

Cơ chế vận hành

Các hệ thống đậu xe tự động sử dụng máy tính, các bộ cảm biến, camera và các bộ phận

cơ khí để lấy xe, chuyển qua gara và đậu vào một chỗ trống Quá trình vận chuyển xe vào chỗ đậu rất đơn giản và tài xế hầu như không phải làm gì

Có hai loại hệ thống đậu xe tự động, tuỳ thuộc vào hình thức chuyển xe từ lốivào tới chỗ đậu theo phương dọc hay ngang Trong cả hai trường hợp, quy trình vận chuyển xe tới chỗ đậu

cơ bản là giống nhau

Ở cả hai hệ thống, tài xế cần lái ô tô vào gara như bình thường, rồi đậu vào đúng vị trí bàn nâng, tắt máy, kéo phanh tay và ra khỏi xe Các bộ cảm biến sẽ tự nhận dạng kích cỡ và hình dáng tổng thể của xe để gợi ý chỗ đậu thích hợp Với những hệ thống có tốc độ nhanh nhất, toàn bộ quá trình đưa xe vào bãi đậu chỉ mất khoảng 2 phút rưỡi, tính từ lúc xe đậu lên bàn nâng Hầu hết các hệ thống đều dùng bàn nâng có chức năng xoay, để khi nhận lại xe từ bãi đậu, tài xế không phải lái lùi

Nếu bạn băn khoăn làm thế nào hệ thống có thể nhận ra xe nào là của bạn, bạn hãy yên tâm rằng đó không phải công việc phỏng đoán Sau khi nhận xe, các hệ thống đậu xe tự động

sẽ cho bạn một chiếc thẻ hoặc chìa khoá chứa mã số xác định vị trí đậu xe của bạn Khi muốn

lấy xe, bạn chỉ cầm đút thẻ hoặc chìa khoá này vào máy tự động

Ưu điểm

Hẳn không cần nói nhiều người cũng có thể nêu ưu điểm lớn nhất của bãi đậu xe cao tầng là tiết kiệm diện tích Bãi đậu xe tự động, diện tích mặt bằng được tận dụng tối đa vì các xe được

Các hệ thống đậu xe tự động còn góp phần cắt giảm lƣợng khí thải CO2 và tiêu thụ nhiên liệu, vì chúng không cần xe phải nổ máy trong suốt quá trình vào chỗ đậu

Ngoài ra, các hệ thống đậu xe tự động có thể đƣợc xây nổi hoặc ngầm, tuỳ vào không gian “rảnh rỗi” trong thành phố

hệ thống này vẫn còn mới mẻ, nhƣng ở Nhật Bản đã khá phổ biển Mỹ bắt đầu xây dựng loại hình bãi đậu xe tự động từ năm 2002, còn ở châu Âu, những hệ thống kiểu này mới xuất hiện ở các thành phố vào năm 2007

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ WINCC

2.1 Tổng quan về phần mềm WinCC

Ngày nay các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Control ) được thay thế dần cho các thiết bị điều khiển quá trình cũ để thực hiện việc tự động hoàn toàn một quá trình công nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng công nghiệp Trên thế giới các hãng lớn về

tự động hóa như Omron (Nhật), Allen Bradly (Mỹ), Siemens (Đức)… không ngừng phấn đấu

để đưa ra những sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng được các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán điều khiển khó, độ phức tạp cao Hiện nay trên thị trường Việt Nam, PLC của hãng Siemens được sử dụng khá nhiều trong các lĩnh vực như điện lực, giấy, xi măng, … các chũng loại PLC của hãng khá phong phú như S5, S7-200, S7-300, S7-400, … được sản xuất đa dạng tùy theo yêu cầu sử dụng và độ phức tạp của bài toán điều khiển Tuy nhiên , ta thấy rằng trong công nghiệp vấn đề giao diện người- máy HMI (Human Machina Inferface) rất quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất Hãng Siemens đưa ra một số phần mềm để xây dụng giao diện người – máy như Protool/Protool CS, WinCC có tính linh hoạt và mềm dẻo để thực hiện giải pháp kĩ thuật hiện giao diện người – máy Những phần mềm này không những

có thể sử dụng cho các thiết bị chính hãng mà nó còn mở rộng tương thích với các thiết bị của hãng khác như của GE ( General Electric )… thông qua các kênh điều khiển riêng

WinCC ( Windown Control Center ) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên Thế giới và Việt Nam WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, thép, dầu khí,…

WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tự động hóa quá trình Hệ thống này đưa ra những modul chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ, và những báo cáo Nó là một quá trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh, và những chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao đêm lại cho người vận hành một giao diện trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực

Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao hiện mở cho các giải pháp của người dùng Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong những giải pháp tự dộng hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở Sự truy nhập tới cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối tượng và những tài liệu tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls ( OCX ) Những cơ chế này làm cho WinCC là một

Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cũng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cững tối thiểu của máy tính cho việc sử dụng phẩn mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thông

WinCC hỗ trợ cho tất cả các máy tính – Những nền tảng PC thích hợp Mặc dù giá trị đưa ra cho cấu hình tối thiểu nhưng bạn phải nhắm đạt được cấu hình khuyến cáo để đạt hiệu quả tối ưu

WinCC dựa trên hệ điều hành MS 32 bit – Window 95 hoặc Windows NT, bảo đảm phản ứng nhanh để xử lý những sự kiện và chống lại sự mất dữ liệu bên trong, tạo ra một sự an toàn cao một dự án nhiều người dùng Windows NT cũng đưa ra những hàm được tạo ra cho sự an toàn và phục vụ như những thao tác cơ sở cho Sever trong một dự án WinCC nhiều người sử dụng Phần mềm WinCC là một ứng dụng 32 bit phát triển với công nghệ phần mềm hiện đại,

+ Chu kỳ với sự thay đổi

+ Điều khiển sự kiện thời gian

Truyền dữ liệu từ những hệ thống tự động hóa theo sau những cách:

+ Nhận

+ Yêu cầu

Những modul chức năng:

+ Hệ thống đồ họa ( Graphich Designer): trình bày và nối quá trình bằng đồ họa

+ Soạn thảo hoạt dộng ( Global Scrip ): làm một dự án động cho những yêu cầu đặc biệt + Hệ thống thông báo ( Alarm Logging ): những thông báo đầu ra và báo đã nhận được thông tin ở đầu ra

+ Soạn thảo và lưu trữ những giá trị cho đo ( TagLogging)

+ Soạn thảo những giá trị phép đo và cất giữ chúng trong thời hạn lâu dài

+ Soạn thảo dữ liệu hướng người dùng và cất giữ chúng lâu dài

+ Hệ thống cảnh báo ( Report Designer ): báo cáo những trạng thái hệ thống

Control Center làm cho ta có thể định hướng xuyên qua những ứng dụng WinCC và dữ liệu của nó với chỉ một ít thao tác Control Center thao tác tương tự giống như Explorer trong windows Trong WinCC bao gồm 2 cơ sở dữ liệu: một dành cho việc định dạng hệ thống CS (Configuration System), một dành cho việc chạy thời gian thực RT (Run time) khi chạy WinCC 2 cơ sở dữ liệu này luôn được tải vào và chạy song song với nhau

Hình 2.1: Cấu trúc của WinCC

 Các khái niệm thường dùng trong WinCC

WinCC Explorer

Nó được xuất hiện khi khởi động WinCC Tất cả các phần mềm của WinCC đều được khởi động từ đây Từ cửa sở WinCC Explorer có thể xâm nhập vào tất cả cá thành phần mà một dự án giao diện người máy cần có cũng như việc xây dựng cấu hình cho các phần riêng rẽ

đó

Chức năng của WinCC Explorer

WinCC Explorer gồm tất cả các chức năng quản lý việc vào hệ thống của WinCC Tại đây bạn có thể dặt cấu hình (Computer, Tag,…) và khởi động mode Run-time

Nhiệm vụ của quản lí dữ liệu ( Data Manager )

Đây là một phẩn của WinCC Explorer, nó cung cấp các hình ảnh quá trình, bộ đệm (Proces Image ) cho các tag

Nhiệm vụ của WinCC Eplorer

+ Tạo một dự án mới

+ Đặt cấu hình trọn vẹn

+ Gọi và lưu trữ dự án

+ Quản lí dự án : Mở, lưu, di chuyển và copy

+ Chức năng ấn bản mạng cho nhiều người sử dụng (Client-Sever Environment)

+ Hiển thị cấu hình dữ liệu

+ Điều khiển và đặt cấu hình của cấp bậc của các ảnh, cấu trúc hệ thống, chẳng hạn như bằng cách thể hiện cây thư mục

+ Cài đặt thông số tổng thể như ngôn ngữ, hệ thống, đường dẫn người dùng

+ Đặt cấu hình cho vị trí các chức năng đặc biệt của người dùng

+ Phản hồi dữ liệu ( feedback documentation)

+ Thử các mode như mô phỏng khi chạy ( simulation ), trợ giúp hoạt động đặt cấu hình

dữ liệu, chuyển đổi các picture, thể hiện trạng thái và tạo thông báo

Hình 2.2: Cấu trúc của dự án đơn

+ Dự án nhiều người dùng (Multi-User Project): Một dự án nhiều người dùng có đặc điểm cấu hình nhiều máy khách (client) và một máy chủ (sever), tất cả chúng làm việc trong cùng một dự án Tối đa 16 client được truy nhập vào một sever Cấu hình có thể đặt trong sever hoặc trong một vài client Dữ liệu của dự án như là các hình ảnh (picture), các tag,

dữ liệu được lưu trữ trong sever và cung cấp cho các client Server được kết nối với bus quá trình và dữ liệu quá trình được xử lý ở đây Vận hành hệ thống được thực hiện từ các client

Hình 2.3: Cấu trúc của dự án nhiều người dùng

+ Dự án nhiều máy khách (Multi-Client Project): Dự án nhiều máy khách là một loại dự

án mà có thể truy nhập vào nhiều server.Các server được liên kết có dự án riêng chúng Cấu hình của project server được thực hiện trong server hoặc trong các client, cấu hình của

dự án multi-clien được thực hiện trong dự án multi-client Một server có thể được truy

nhập tối đa 16 client Một dự án muti-client có thể truy nhập được tối đa 6 server Có nghĩa

là dữ liệu của 6 server có thể được giám sát và điều khiển trên một màn hình của dự án multi-client

Hình 2.4: Cấu trúc của dự án multi-client

2.2 Giới thiệu PC Access

PC Access là phần mềm dùng để tạo các biến ngoại nhằm liên kết giữa các công cụ điều khiển và hiển thị WinCC và các ô nhớ trong PLC để có thể điều khiển các ngõ ra trong PLC và hiển thị trùng lên WinCC

Cách sử dụng S7-200 PC Access :

Tạo sự kết nối cho một PLC:

Trong S7-200 PC Access với trợ giúp OPC bao gồm 3 biến đối tượng :

 PLC

Folder ( không cần thiết)

 Item

Khi tạo một dự án mới, việc kết nối PLC phải được làm trước với hai bước sau:

Thiết lập cấu hình giao tiếp:

Khởi động S7-200 PC Access, tù thanh Taskbar chọn Start > Simatic > S7-200 PC Access

Mở một dự án mới, chọn File > New, cửa sổ Unititled- S7-200 PC Access xuất hiện

Nhấp phải vào Microwin chọn PG/PC Interface

Cửa sổ Set PG/PC Interface xuất hiện

Nhấp chọn PC/PPI cable(PPI), rồi chọn Properties, xuất hiện hộp thoại Properties – PC/PPI cable

Chọn địa chỉ và tốc độ truyền cho S7-200 PC Access , thông thường để mặc định như trên, Ở mục Local connection chọn cổng COM cần kết nối với PLC

Sau đó nhấn Ok để chấp nhận

Thiết lập cấu hình mới cho một PLC

Trên cửa sổ làm việc của S7-200 PC Access, nhấp phải Microwin chọn New PLC

Cửa sổ PLC Properties xuất hiện, ở mục Name nhập vào tên PLC cần làm việc, ở đây chọn tên PLC1

Ở mục Netwok Address cần phải chọn con số phù hợp với địa chỉ cấu hình của PLC trong dự án Step 7 –Micro/Win, thông thường đối với S7-200 thì mặc định với số 2

Tạo mục Item

Nhấp phải vào mục PLC1 chọn New, rồi chọn item

Hộp thoại Item properties xuất hiện, ở mục Name nhập tên theo dự án đã tạo ở S7-200, ở mục Address nhập địa chỉ vùng nhớ, ngõ vào ngõ ra phù hợp với dự án mà ta đã thiết lập trên S7-200, sau đó nhấp ok để chấp nhận

Sau khi nhấn Ok ta được kết quả sau, tương tự ta tạo thêm nhiều Item khác

Sau đó nhấp chuột chọn các item vừa tạo rồi kéo rê thả vào vùng Test Client

Chạy thử, kiểm tra

Nhấp chọn Status > Start test Client

Nếu thấy ở cột Qualty chuyển từ Bad sang Good là việc kết nối đã thành công

2.3 TẠO MỘT DỰ ÁN TRONG WINCC

Tạo dự án là bước đầu tiên trươc khi tiến hành thiết kế điều khiển một đối tượng cụ thể

Phần này giới thiệu những đặt tính cơ bản của WinCC ( windows control center ), cung cấp một cách tổng quan về các bước soạn thảo một dự án trong wincc 6.0

Để soạn thảo một dự án ( project ) trong Wincc tiến hành thực hiện theo các bước :

Tạo một dự án ( project ) mới trong Wincc

Chọn PLC hoặc DRIVERS từ Tag Management

Tạo các biến nội (Internal )

Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphics Designer

Thiết lập các thuộc tính của hình ảnh được tạo từ Graphics Designer

Thiết lập môi trường thời gian thực hiện

Chạy mô phỏng

Tạo dự án ( project ) mới

Đầu tiên khởi động chương trình WinCCbằng cách: Từ thanh Taskbar, chọn Start > Simatic > WinCC > Windows Control Center

Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, trong khung Create a New Project có 3 lựa chọn:

Nếu chọn Single-User Project hoặc Multi-User Project phải nhập tên dự án

Để mở một dự án có sẳn chọn Open an Existing Project sau đó tim đến tập tin có đuôi

Cửa sổ màn hình soạn thảo WinCC Explorer xuất hiện như hình dưới:

Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management

Để thiết lập kết nối truyền thông giữa Wincc với thiết bị cấp dưới cần có một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu Do đó, cần chọn một Driver

Driver: Là giao diện liên kết giữa Wincc và PLC

Trong cửa sổ soạn thảo, nhấp chuột phải vào mục Tag Management từ trình đơn sổ xuống chọn Add New Driver

Hộp thoại Add New Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC Tuỳ theo từng loại PLC mà ta chọn mạng kết nối cho phù hợp

Tạo biến

Để tạo kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags ( biến ) trên WinCC Biến được tạo dưới Tag Management

Biến gồm có biến nội và biến ngoại:

Biến nội ( Internal ): Là biến có sẵn trong WinCC Những biến nội này là những vùng nhớ trong của WinCC, có chức năng như một PLC thực sự

Biến ngoại ( External ): Là biến quá trình, phản ảnh thông tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau

Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác Wincc kết nối với PLC thông qua các Tags Tạo những nhóm biến (Groups) thiết bị: khi dự án có một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều biến, có thể nhóm các biến này thành một nhóm biến thích hợp theo đúng qui cách Nhóm biến là những cấu trúc bên dưới sự liên kết PLC, có thể tạo nhiều nhóm biến và nhiều biến trong mỗi nhóm biến nếu cần

Tạo các biến nội

Tạo biến nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag…

Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, đặt tên biến và chọn dữ liệu cho phù hợp với mỗi kiểu thiết bị Ví dụ : Nếu biến là “ động cơ’’ chọn dữ liệu Binary Tag Nếu biến là “ bồn nước”

chọn dữ liệu Unsigned 8-bit Value

Trong hộp thoại Tag Properties , biến có nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như:

Banary Tag: kiểu nhị phân

 Unsigned 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit không dấu

 Signed 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit có dấu

 Unsigned 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit không dấu

 Signed 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit có dấu

 Unsigned 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit không dấu

 Signed 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit có dấu

Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754

Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754

Text Tag 8 bit character set: kiểu kí tự 8 bit

Text Tag 16 bit character set: kiểu kí tự 16 bit

Raw Data Type: kiểu dữ liệu thô

Biến có thể di chuyển từ nhóm biến này sang nhóm biến khác bằng cách nhấp phải vào biến cần di chuyển từ menu sổ xuống chọn Cut và gán vào nhóm biến cần gán

Tạo các biến quá trình

Để tạo biến quá trình nhấp phải vào mục PLC1 chọn New Tag

Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, cho phép chọn loại dữ liệu và chuyển đổi lại nếu cần

Đặt tên biến mới trong khung Name, chọn kiểu dữ liệu trong khung Datatype bằng cách nhấp mũi tên bên phải sổ xuống, rồi chọn kiểu dữ liệu cần thiết, sau đó nhấp Select

Hộp thoại Address Properties xuất hiện nhƣ hình trên Trên hộp thoại này mô tả kiểu

dữ liệu, địa chỉ vào / ra (Input/ Output), bit nhớ Sau khi chọn xong, nhấp OK kết thúc quá

Cửa sổ giao diện màn hình thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất hiện

Cửa sổ Graphics Designer: tạo giao diện đồ họa, cửa sổ gồm những công cụ sau:

Color Palette (bảng màu): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền hoặc

các đối tượng khác

 Object palette ( bảng đối tượng ) bao gồm:

+ Các đối tượng chuẩn (Standard Objects) như : Elip, đa giác ( palyg), hình chữ nhật… + Các đối tượng thông minh ( Smart Objects: điều khiển OLE ( OLE Control ), yếu tố OLE ( OLE Element ), trường vào / ra ( I/O Field )

Đối tượng windows (windows objects): gồm nút nhấn ( Button), hộp kiểm tra ( check

box )

Dynamic Wizard Palette ( bảng hình động ): để hổ trợ việc tạo các đối tương động

Alignment Paletter (bảng liên kết ): xác định việc thay đổi vị trì của một hoặc nhiều

đối tượng , thay đổi vị trí của đối tượng được chọn hoặc hợp nhất chiều cao và chiều rộng của nhiều đối tượng

Zoom Paletter ( bang Zoom ): phóng to, thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa theo kích

thước chuẩn 8,4,1,1/2, hay ¼

Menu Bar ( thanh trình đơn ):gồm tất cả những lệnh có sẵn trên thanh trình đơn của

giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer

Standard Toolbar ( thanh công cụ ): bao gồm những biểu tượng hoặc nút nhấn, cho

phép thực hiện những lệnh thông dụng

Layer Bar ( thanh Layer ): bao gồm 16 layer ( Layer 0-Layer 15) Layer 0 là thiết lập

mặt định của Graphics Designer

Thiết lập các thuộc tính hình ảnh

Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên phải tạo các hình ảnh Dùng File “ NewPdl0.Pdl” tạo giao diện gồm có: nút nhấn start, stop, động cơ Những đối tượng này nằm trong thư viện của WinCC

Tương tự các bước như trên tạo nút nhấn Stop

Tạo thuộc tính cho đối tượng

Để tạo thuộc tính cho nút nhấn Start, bằng cách nhấp phải vào nút nhấn Start chọn Properties như hình :

Hộp thoại Object Properties xuất hiện như hình chọn Tab Events > Mouse > Press Left sau đó nhấp phải vào dấu mũi tên chọn C-Action hộp thoại Edit Action xuất hiện như hình

Chọn Internal Functions > Tag > Set Sau đó nhấp đúp vào SetTagbit hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện như hình

Ta nhấp vào hàng Tag-Name rồi nhấp vào nút vuông chọn Tag Selection

Hộp thoai Tags- project xuất hiện chọn Start sau đó nhấp OK

Trở lại hộp thoại Assigning Parameters nút nhấn Start đã đƣợc chọn ở hàng Value đặt giá trị là 1 ở cột Value Sau đó nhấp OK chấp nhận

Lúc này trên hộp thoại Edit Action xuất hiện Tag Start mang giá trị 1 tiếp theo nhấp đúp vào SetTagBit để liên kết thêm Tag nữa cho nút nhấn Start

Khi đó trong hộp thoại Edit Action xuất hiện thêm Tag Stop và mang giá trị 0, nhấp OK Bảng thông báo xuất hiện, chọn Yes đồng ý đổi mã nguồn

Quay trở lại hộp thoại Object Properties dấu mũi tên chuyển sang màu đỏ chứng tỏ kết nối đã thành công

Tiến hành tạo thuộc tính cho nút nhấn Stop tương tự như nút nhấn Start Nhưng các giá trị sẽ ngược với nút nhấn Start Ở nút nhấn Stop, thì khi gán tag Stop nó sẽ mang giá trị 1 và

tag Start mang giá trị 0

Thiết lập các điều kiện Runtime

Để chạy ứng dụng,cần đặt chế độ Runtime từ cửa sổ WinCC Explorer bằng cách nhấp chuột phải chọn Computer trong cửa sổ soạn thảo hoặc biểu tượng máy tính bên trái cửa sổ, từ Menu sổ xuống chọn Properties