THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH XOAY VÒNG KIỂU ĐỨNG Trưởng bộ môn : PGS.TS.. Phan Thị Huyền Châu giao nhiệm vụ “ Thiết kế điều khiển hệ thống mô hình bãi đỗ x
Trang 2THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE
THÔNG MINH XOAY VÒNG KIỂU ĐỨNG
Trưởng bộ môn : PGS.TS Tạ Cao Minh
Giáo viên hướng dẫn : THS Phan Thị Huyền Châu
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Cảnh
Trang 3Lời cam đoan
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Tên đề tài do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của cô giáo THS Phan Thị Huyền Châu Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có
sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Cảnh
Trang 4Mục lục
MỤC LỤC Contents DANH MỤC HÌNH VẼ 6
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU 8
LỜI NÓI ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các lọai hình bãi đỗ xe tự động 2
1.2.1 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang máy 2
1.2.2 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu xếp hình 3
1.2.3 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng 4
1.2.4 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking 5
1.2.5 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang nâng di chuyển 6
1.2.6 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu xoay vòng trục đứng 7
1.3 Ưu điểm của các hệ thống bãi đỗ xe tự động 7
1.4 Nhược điểm của các hệ thống bãi đỗ xe tự động 8
Chương 2: 10
THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO MÔ HÌNH HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE XOAY VÒNG KIỂU ĐỨNG 10
2.1 Cấu tạo mô hình hệ thống bãi đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng 10
2.2 Đặc tính phụ tải của hệ thống bãi đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng 11
2.2.1 Phụ tải có tính chất thế năng 11
2.2.2 Hệ thống làm việc ở chế độ ngắn hạn 13
2.2.3 Sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ 13
2.3 Tính chọn động cơ 13
CHƯƠNG 3: 18
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 18
3.1 Thiết kế lắp đặt vị trí các cảm biến trên hệ thống 18
Trang 5Mục lục
3.1.1 Phương án sử dụng cảm biến màu 18
3.2.2 Phương án sử dụng cảm biến tiệm cận 22
CHƯƠNG 4: 29
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 29
4.1 Sơ đồ điều khiển 29
4.2 Khối đầu vào 29
4.2.1 Hộp quét thẻ RFID 29
4.2.2 Thuật toán xử lý phần quét thẻ RFID 31
4.3 Khối xử lý PLC 33
4.3.1 Giới thiệu PLC 33
4.3.2 Liệt kê các biến vào, ra 35
4.3.2 Chương trình xử lý PLC 36
4.4 Giám sát và điều khiển trên HMI Mitsubishi 38
4.4.1 Giới thiệu phần mềm lập trình HMI 38
4.4.2 Cấu hình trong GT Designer 3 38
4.4.3 Các module chức năng trong GT Designer 3 39
4.4.4 Kết nối giao diện GT Designer 3 với PLC 40
KẾT LUẬN 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
PHỤ LỤC 47
Trang 6Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 1 Tình trạng dừng đỗ xe trên vỉa hè và lòng đường 1
Hình 1 2 Mô hình đỗ xe tự động kiểu thang máy 3
Hình 1 3 Mô hình hệ thống đỗ xe tự động dạng xếp hình 3
Hình 1 4 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng 4
Hình 1 5 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking 5
Hình 1 6 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang nâng di chuyển 6
Hình 1 7 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu xoay vòng trục đứng 7
Hình2 1 Hình ảnh bãi đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng 10
Hình2 2 Đồ thị biểu diễn nâng hạ tải khi đầy tải bên trái và không tải bên phải 12
Hình2 3 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ 12
Hình2 4 Các chế độ làm việc của động cơ 13
Hình 3 1 Cảm biến màu SICK CS8 18
Hình 3 2 Vị trí gắn các cảm biến màu 19
Hình 3 3 Hình ảnh cảm biến tiệm cận 22
Hình 3 4 Vị trí đặt 3 cảm biến để xác định số Pallet 23
Hình 3 5 Pallet số 1 không gán thêm miếng kim loại 24
Hình 3 6 Pallet số 2 sau khi gắn thêm miếng kim loại 24
Hình 3 7 Pallet số 3 sau khi gắn thêm miếng kim loại 25
Hình 3 8 Pallet số 4 sau khi gắn thêm miếng kim loại 25
Hình 3 9 Pallet số 5 sau khi được gắn thêm các miếng kim loại 26
Hình 3 10 Pallet số 6 sau khi được gắn thêm các miếng kim loại 26
Hình 3 11 Pallet số 7 sau khi được gắn thêm các miếng kim loại 27
Hình 3 12 Pallet số 8 sau khi được gắn thêm các miếng kim loại 27
Hình 3 13 Vị trí lắp đặt cảm biến số 4 28
Trang 7Danh mục hình vẽ
Hình 4 1 Sơ đồ khối điều khiển 29
Hình 4 2 Hình ảnh hộp quét thẻ RFID 30
Hình 4 3 Sơ đồ đấu dây của hộp quét thẻ RFID 31
Hình 4 4 Cấu trúc của bộ điều khiển PLC 34
Hình 4 5 Giao diện làm việc trên GT Designer 3 39
Hình 4 6 Giao diện giám sát hệ thống ở màn hình chính 41
Hình 4 7 Giao diện giám sát trạng thái của các Pallet 42
Hình 4 8 Màn hình giao diện điều khiển động cơ thuận, ngược 43
Trang 9tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh,và nhu cầu đất cho các mục đích quan trọng khác cũng đang thiếu
Hiện nay tại các khu vực trung tâm thành phố lớn, số ô tô phần lớn dừng đỗ trên vỉa
hè, lòng đường gây cản trở giao thông Để giải quyết vấn đề và đi theo xu thế phát triển của thế giới, các bãi xe tự động với nhiều loại hình khác nhau được ra đời Với hệ thống đỗ xe
tự động khi được đưa vào sử dụng sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho xã hội, giảm thiểu vấn
đề cản trờ giao thông, cảnh quan thành phố và đặc biệt là tiết kiệm thời gian cho người sử dụng ô tô
Trong đồ án này, em được cô giáo THS Phan Thị Huyền Châu giao nhiệm vụ “ Thiết
kế điều khiển hệ thống mô hình bãi đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng”
Do khả năng và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi sai xót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô giáo
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình, chỉ dạy của cô giáo hướng dẫn THS Phan Thị Huyền Châu , các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Cảnh
Trang 10Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
Trang 11
Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh,và nhu cầu đất cho các mục đích quan trọng khác cũng đang thiếu
Hiện nay tại các khu vực trung tâm thành phố lớn, số ô tô phần lớn dừng đỗ trên vỉa
hè, lòng đường gây cản trở giao thông (Hình 1.1)
Để giải quyết vấn đề chỗ đỗ xe trong đô thị, nhiều nước trên thế giới sử dụng hệ thống nhà đỗ xe nhiều tầng tự động, phổ biến như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Trung Quốc, Mỹ và các nước Châu Âu Tại các nước này đã có nhiều công ty chủ yếu kinh doanh bãi đỗ ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống đỗ nhiều tầng tự động được sử dụng rất phổ Hình 1 1 Tình trạng dừng đỗ xe trên vỉa hè và lòng đường
Trang 12Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
xô xát, va đụng, trầy xước bởi nơi đỗ xe được cách ly hoàn toàn với bên ngoài
Hệ thống đỗ xe tự động là loại thiết bị mang tính kỹ thuật cao, áp dụng hòa hợp các nguyên lý chung của hệ thống thang máy & hệ thống xếp dỡ tự động và 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 gửi, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lưu trữ, …
1.2 Các lọai hình bãi đỗ xe tự động
1.2.1 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang máy
Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thang máy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí đỗ xe
Trang 13Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
Hình 1 2 Mô hình đỗ xe tự động kiểu thang máy
Đặc điểm đỗ xe tự động kiểu thang máy:
- Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bên trong
bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng
- Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thời gian lấy xe
Trang 14Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
4
Hệ thống đỗ xe tự động - 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 Đây 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
Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- 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
- Luôn luôn phải thiết kế chừa 1 cột trống để xếp hình (tức 1 vị trí trống cho mỗi tầng)
1.2.3 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng
Đặc điểm:
- Cơ động, tiết kiệm diện tích
- Có thể xoay thuận chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ (hoặc 1 chiều)
- Dễ tháo lắp
Hình 1 4 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng
Trang 15Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
- Không thích hợp cho loại xe có kích thước trung – lớn
- Do giá thành cao nên sử dụng không phổ biến, phần lớn lắp đặt ở các khu đất tạm
sử dụng (sau đó tháo dỡ đi)
- Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng chỉ phù hợp với xe kích thước nhỏ (xe 4 chỗ) không thích hợp cho xe kích thước lớn
1.2.4 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking
- Số lượng xe tối ưu của hệ thống: 6-38 xe
- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng
- Phù hợp cho các công trình tòa nhà có qui mô đỗ xe nhỏ
- Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài
Trang 16Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
6
1.2.5 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang nâng di chuyển
Hình 1 6 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu 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
Đặc điểm của hệ thống đỗ xe tự động tháp nâng di chuyển
- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng
- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi
- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyển nên rất nhanh hỏng, phải đầu tư chi phí bảo dưỡng & thay thế thường xuyên, thời gian lấy xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào
- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe
Trang 17Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
1.2.6 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu xoay vòng trục đứng
Hình 1 7 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu xoay vòng trục đứng
Hệ thống đỗ xe tự động - 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 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
Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- 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
1.3 Ưu điểm của các hệ thống bãi đỗ xe 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 ô tô thông thường
- 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 bãi giữ xe tự động thì khách hàng
Trang 18Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
8
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 lượng 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 quệt 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
- 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
1.4 Nhược điểm của các hệ thống bãi đỗ xe tự động
Những ưu điểm của hệ thống giữ xe tự động đã được đề cập thông qua các giải pháp nhà giữ xe đã trình bày phía trên Ngoài những ưu điểm tích cực trên thì khi thực thi mô hình
ta cũng cần phải quan tâm đến các nhược điểm mà hệ thống gặp phải nhằm đưa ra giải pháp khắc phục hiệu quả nhất Một số nhược điểm như sau :
- Cần xem xét đến thời gian lấy xe, thời gian lấy xe tùy thuộc vào từng loại hệ thống Đối với loại hệ thống 100 xe thông thường thì thời gian lấy xe lâu nhất khoảng gần
2 phút / xe, nhanh nhất 0,5 phút/xe, bình quân 1,5 phút /xe Đối với các công trình nhà ở, siêu thị,các bãi xe công cộng…thì thông thường người sử dụng ít khi gửi xe
Trang 19Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
hoặc lấy xe cùng một khoảng thời gian nên thời gian lấy trả xe 1,5 phút/xe không là vấn đề, thậm chí còn nhanh hơn so với bãi xe tự lái Tuy nhiên đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị… thì việc mọi người ồ ạt đến gửi xe trong phoang vài phút trước giờ làm việc, giờ khai mạc, và ồ ạt lái xe trong khoảng vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắt cục bộ , và người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lái xe so với bãi xe tự lái Do đó, với các công trình có đặc điểm này, nếu muốn lắp đặt hệ thống tự động thì phải có nhiều cửa ra vào khác nhau với nhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe
- Vấn đề sự cố về mất điện Đối với bãi xe thông thường, dù tòa nhà mất điện thì vẫn
có thể lái xe ra khỏi bãi xe Tuy nhiên với hệ thông tự động, không xe nào có thể ra khỏi hệ thống khi mất điện Do đó,máy phát điện riêng cho hệ thống phải được trang
bị
- Về phòng cháy chữa cháy: ngoài việc tuân thủ các tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy trong xây dựng chung cho nhà cao tầng và tầng hầm, cần thiết phải lắp đặt riêng hệ thống điều khiển báo và chữa cháy tự động cho khu vực đỗ xe
- Khi xảy ra sự cố về hư hỏng thiết bị khi vận hành thì việc nhận và trả xe cũng bị tạm hoãn