Nội dung thực hiện đề tài: - Thi công một mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động.. TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT Đề tài đã giải quyết được vấn đề điều khiển, giám sát các hệ thống rửa xe ô tô t
Trang 1KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH
HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
GVHD: ThS NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: NGUYỄN MINH HẢI MSSV: 11151120
SVTH: NGUYỄN CAO VĨNH MSSV: 11151215
S K L 0 0 3 8 3 5
Trang 2THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khoá : 2011
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015 Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
MÔ HÌNH HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
GVHD: ThS NGUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH : NGUYỄN MINH HẢI MSSV: 11151120
Trang 3KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
MÔ HÌNH HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
GVHD: ThS NGUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH : NGUYỄN MINH HẢI MSSV: 11151120
Khoá : 2011
Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015
Trang 4CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Hải MSSV: 11151120
Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Cao Vĩnh MSSV: 11151215
Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Lớp: 11151CL2
Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Tấn Đời ĐT:
1 Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động
2 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Dựa trên các hệ thống rửa xe trên thực tế
3 Nội dung thực hiện đề tài:
- Thi công một mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động
- Điều khiển hệ thống bằng PLC S7-200 và giám sát qua HMI
4 Sản phẩm: Mô hình hệ thống rửa xe hoàn thiện và giám sát qua HMI
TRƯỞNG NGHÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 5CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Minh Hải MSSV: 11151120
Họ và tên Sinh viên 2: Nguyễn Cao Vĩnh MSSV: 11151215
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Tấn Đời
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20
Giáo viên hướng dẫn
Trang 6*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Minh Hải MSSV: 11151120
Họ và tên Sinh viên 2: Nguyễn Cao Vĩnh MSSV: 11151215
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động
Họ và tên Giáo viên phản biện: TS Lê Mỹ Hà
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20
Giáo viên phản biện
Trang 7Các thầy cô trong Khoa Đào tạo Chất lượng cao đã truyền đạt nhiều kiến thức
bổ ích về chuyên môn trong suốt thời gian học tập tại Trường và trong suốt thời gian nhóm thực hiện đồ án này
Cuối cùng, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã trực tiếp đồng hành, ủng hộ về vật chất, tinh thần để nhóm hoàn thành tốt
đồ án tốt nghiệp này
Mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án này, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý của Thầy cô, gia đình, bạn bè để đồ án tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn nữa
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015
Sinh viên Nguyễn Minh Hải - 11151120 Nguyễn Cao Vĩnh - 11151215
Trang 8TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT
Đề tài đã giải quyết được vấn đề điều khiển, giám sát các hệ thống rửa xe ô tô
tự động sử dụng PLC S7-200 và phần giám sát bằng HMI Delta DOP-B07S411 PLC có nhiệm vụ đọc các tín hiệu ở ngõ vào số (nút nhấn, công tắc, cảm biến)
để điều khiển cở cấu chấp hành ở ngõ ra (động cơ băng tải, động cơ lau xe, bơm, quạt…) để thực hiện các công việc của một hệ thống rửa xe theo chương trình được lập trình sẵn
Giao diện HMI giúp cho người vận hành, người dùng có thể giám sát quá trình hoạt động của hệ thống, ghi nhận được các giá trị hiển thị về số lượng xe được rửa
và thông qua giao diện này chúng ta cũng có thể điều khiển hoạt động của hệ thống trực tiếp từ màn hình HMI
Qua thời gian nghiên cứu, thiết kế, vận hành thực tế mô hình Hệ thống đã hoạt động được như yêu cầu ban đầu đặt ra
Trang 9MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH viii
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu 1
1.3 Giới hạn đề tài 1
1.4 Nội dung của đề tài 1
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3
2.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống rửa xe tự động 3
2.1.1 Giới thiệu các hệ thống rửa xe trên thực tế 3
2.1.1.1 Hệ thống rửa xe tự động CT-818 3
2.1.1.2 Hệ thống rửa xe tự động CT-919D 4
2.1.1.3 Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời 4 2.1.1.4 Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740 5
2.1.2 Nguyên lý hoạt động 6
2.2 Lý thuyết về động cơ DC 8
2.3 Hệ thống băng tải 9
2.4 Cảm biến tiệm cận điện dung 12
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 23
3.1 Yêu cầu của hệ thống 23
3.2 Thiết kế cơ khí 23
3.2.1 Tính toán, thiết kế khung và đế mô hình 23
3.2.2 Tính toán lựa chọn băng tải 25
Trang 103.3 Thiết kế và thi công hệ thống điện 26
3.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 26
3.3.2 Lựa chọn thiết bị 26
3.3.2.1 Chọn thiết bị khối điều khiển 26
3.3.2.2 Lựa chọn cảm biến 28
3.3.2.3 Lựa chọn Relay 30
3.3.2.6 Lựa chọn động cơ nâng hạ chổi ngang 33
3.3.2.7 Lựa chọn quạt 35
3.3.2.8 Lựa chọn bơm nước 35
3.3.2.9 Nguồn 24V, 5V 36
3.3.2.13 Lựa chọn màn hình HMI 38
3.3.3 Kết nối PLC và mạch động lực 39
Chương 4: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 42
4.1 Điều khiển bằng PLC 42
4.1.1 Yêu cầu điều khiển 42
4.1.2 Lưu đồ chương trình điều khiển 42
4.2 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trên HMI 45
4.2.1 Yêu cầu giám sát 45
4.2.2 Yêu cầu giao diện giám sát, điều khiển, cảnh báo và thu thập dữ liệu dùng HMI 45
4.2.3 Kết nối với PLC S7-200 45
4.2.4 Cách thiết kế giao diện giám sát, điều khiển, cảnh báo, thu thập số liệu trên HMI 46
4.2.4.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện HMI 46
4.2.4.2 Thiết kế giao diện HMI cho hệ thống rửa xe tự động 47
Chương 5: KẾT QUẢ 59
5.1 Mô hình cơ khí 59
5.2 Hệ thống điện 59
5.2.1 Vận hành giám sát trên HMI 59
Trang 115.2.2 Vận hành bằng chế độ Local 66
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67
6.1 Kết luận 67
6.1.1 Kết quả đạt được 67
6.1.2 Hạn chế 67
6.1.3 Hướng phát triển 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC 1 69
Trang 12DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Read Only Memory
Trang 13DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X 14
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của PLC S7-200 27
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cảm biến Aotoro CR18-8DP 29
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật relay OMRON LY2N 30
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật động cơ TSUKASA TG-85E 32
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật động cơ XPower 360SH-R 33
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc V3 34
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của quạt sấy 35
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của bơm nước 36
Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật của nguồn 24VDC 37
Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật của nguồn 5VDC 37
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật của HMI Delta DOP-B10S411 38
Bảng 4.1: Phần cứng yêu cầu khi sử dụng phần mềm DOPSOP 46
Bảng 4.2: Các model dòng DOP-B 46
Trang 14DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Hệ thống rửa xe tự động CT-818 3
Hình 2.2:Hệ thống rửa xe tự động CT-919D 4
Hình 2.3: Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời 5
Hình 2.4: Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740 5
Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống rửa xe tự động 6
Hình 2.6: Mô hình hệ thống 6
Hình 2.7: Động cơ DC 8
Hình 2.8: Băng tải nhựa (PVC) 10
Hình 2.9: Băng tải xích 10
Hình 2.10: Băng tải con lăn 11
Hình 2.11: Băng tải lưới 11
Hình 2.12: Cảm biến tiệm cận điện dung 12
Hình 2.13: PLC S7-200 CPU224XP 14
Hình 2.14: Các đèn báo của PLC 15
Hình 2.15: Cấu trúc của một PLC 16
Hình 2.16: Sơ đồ kết nối ngõ vào/ra số CPU 224XP 18
Hình 2.17: Sơ đồ kết nối ngõ vào/ra Analog CPU 224XP 18
Hình 2.18: Màn hình HMI của hãng Delta 21
Hình 2.19: Màn hình HMI của Siemens 22
Hình 2.20: Màn hình HMI của hãng Omron 22
Hình 3.1: Khung sườn của mô hình 23
Hình 3.2: Khung băng tải 24
Hình 3.3: Đế mô hình 25
Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống 26
Hình 3.5: PLC S7-200 CPU 224XP DC/DC/DC 27
Hình 3.6: Cảm biển tiệm cận điện dung 28
Hình 3.7: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận điện dung 28
Hình 3.8: Sơ đồ khối ngõ ra của cảm biến tiệm cận 29
Hình 3.9: Kích thước cảm biến tiệm cận 29
Hình 3.10: Relay OMRON LY2N 30
Hình 3.11: Kích thước relay 31
Hình 3.12: Sơ đồ nối dây relay 31
Hình 3.13: Động cơ TSUKASA 31
Hình 3.14: Kích thước động cơ TSUKASA TG-85E 32
Hình 3.15: Động cơ quay chổi 32
Hình 3.16: Kích thước động cơ XPower 360SH-R 33
Trang 15Hình 3.17: Động cơ nâng hạ chổi ngang 33
Hình 3.18: Kích thước của động cơ nâng hạ chổi ngang 34
Hình 3.19: Quạt sấy khô 35
Hình 3.20: Máy bơm nước 36
Hình 3.22: Nguồn 5VDC 4A 37
Hình 3.23: Màn hình HMI Delta DOP-B07S411 38
Hình 3.24: Sơ đồ kết nối phần cứng PLC 40
Hình 3.25: Sơ đồ kết nối mạch động lực hệ thống PLC 41
Hình 4.2: Ý nghĩa các chân COM1 và COM2 46
Hình 4.3: Màn hình lựa chọn Model HMI 47
Hình 4.4: Lựa chọn cấu hình giao tiếp HMI 48
Hình 4.5: Cách chèn hình ảnh vào Screen 49
Hình 4.6: Cách tạo một text văn bản 49
Hình 4.7: Khung định dạng cấu hình nút Goto Screen 50
Hình 4.8: Screen 1 hoàn chỉnh 51
Hình 4.9: Khung định dạng cấu hình nút nhấn Nguồn 52
Hình 4.10: Khung định dạng cấu hình nút nhấn Start 53
Hình 4.11: Khung định dạng cấu hình cho Multistate indicator 54
Hình 4.12: Khung lựa chọn đọc địa chỉ 54
Hình 4.13 Screen 2 hoàn chỉnh 55
Hình 4.14: Phác thảo cấu tạo bơm dùng Multistate Indicator 56
Hình 4.15: Hình ảnh bơm nước ở trạng thái 0 (màu đỏ) và 1 (màu xanh) 57
Hình 4.16: Khung định dạng cấu hình cho Display hiển thị số lượng xe đã rửa 57
Hình 4.17: Giao diện Screen 2 khi ở trạng thái 0 58
Hình 4.18: Giao diện Sreen 2 ở trạng thái 1 58
Hình 5.1: Mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động 59
Hình 5.2: Chọn chế độ điều khiển bằng HMI 60
Hình 5.3: Giao diện ban đầu của HMI 60
Hình 5.4: Băng tải hoạt động 61
Hình 5.5: Vị trí rửa xà phòng 62
Hình 5.6: Vị trí lau xe 64
Hình 5.7: Vị trí rửa nước sạch 65
Hình 5.8: Vị trí sấy khô xe 66
Trang 16Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Cuộc sống ngày càng phát triển, nhu cầu về sử dụng dịch vụ ngày một tăng cao Đối với các nước phát triển thì công nghệ tự động hóa được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thể kể đến những ứng dụng thực tế trong
cuộc sống hằng ngày là ”Rửa Xe Tự Động” không thể thiếu ở các nước phát triển
với mật độ ô tô lớn Mô hình Rửa Xe Tự Động ra đời góp phần mang lại sự chuyên nghiệp hơn trong dịch vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống công nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng, nhưng cũng không kém phần hiệu quả so với các dịch vụ cổ điển Đối với nước ta là một nước đang phát triển thì dịch vụ này còn khá mới mẻ, thì hệ thống Rửa Xe Tự Động này chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới, nước ta sẽ ngày càng phát triển Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vật chất nâng cao, dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn Cuộc sống mọi người trở nên năng động thì nhu cầu rửa xe nhanh là tất yếu, bởi mọi người có rất ít thời gian mà chỉ có nhà Rửa Xe Tự Động mới đáp ứng được vì trong một thời gian ngắn nó có thể rửa được nhiều xe, tiết kiệm rất nhiều thời gian cho những người bận rộn công việc
1.2 Mục tiêu
- Tiến hành thiết kế và thi công một mô hình hệ thống rửa xe ô tô tự động
- Điều khiển hệ thống rửa xe ô tô tự động dùng PLC S7-200 hãng Siemens
- Giám sát hệ thống hoạt động qua màn hình HMI Delta B07S411
1.3 Giới hạn đề tài
Mô hình của chúng em được xây dựng từ các mô hình tham khảo trên mạng
Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìm hiểu cũng không nhiều nên đồ án của em chưa thể phát huy hết ý tưởng của em vào trong mô hình rất hay này Mô hình Rửa
Xe Tự Động trên thực tế rất phức tạp về cơ khí và chi phí cao nên rất khó để thể hiện Ở đây em xin đưa ra một mô hình thu nhỏ của hệ thống và vì vậy mà hiệu quả
sẽ không cao so với các mô hình trên thực tế
1.4 Nội dung của đề tài
Nội dung của đề tài được trình bày qua các chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Cơ sở lý thuyết về PLC
Trang 17- Cơ sở lý thuyết cảm biến tiện cận
- Cơ sở lý thuyết về băng tải
- Cơ sở lý thuyết về động cơ DC
- Cơ sở lý thuyết về HMI
Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống
- Tính toán thiết kế phần cứng
- Thiết kế và thi công hệ thống điện
- Kết nối PLC và mạch động lực
Chương 4: Điều khiển và giám sát hệ thống
- Thiết kế lưu đồ điều khiển trên PLC
- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên HMI
Chương 5: Kết quả
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trang 18Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống rửa xe tự động
2.1.1 Giới thiệu các hệ thống rửa xe trên thực tế
- Nguyên lý rửa: Phun áp lực lớn
- Đảo chiều di chuyển
- Phun tự động
- Rửa gầm
- Phun xoay
- Phun áp lực cao điều khiển từ xa bằng CHIP vi xử lý
- Truyền chuyển động bằng thuỷ lực, điện, khí hoặc bằng xích
Trang 192.1.1.2 Hệ thống rửa xe tự động CT-919D
Hình 2.2:Hệ thống rửa xe tự động CT-919D
- Nguyên lý rửa: Chổi quay
- Gồm 2 chổi rửa bên hông, 1 chổi rửa nóc xe, 2 chổi rửa bánh xe
- Đảo chiều di chuyển chổi rửa trên ray
- Phun tự động
- Rửa gầm
- Phun xoay để tăng hiệu quả rửa
- Phun áp lực cao điều khiển từ bằng chương trình máy tính
- Truyền chuyển động bằng thuỷ lực, điện, khí hoặc bằng xích
- Hệ thống xì khô bằng khí nén
- Công suất 8kW
- Điểu khiển từ xa, điện 12V, tủ điều khiển 36V
- Lưu lượng nước: 120 lít/phút
- Thời gian rửa trung bình: 3 phút/xe
- Tiêu hao tính cho 1 xe: 0,2kW điện, 100L nước
2.1.1.3 Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời
- Chiều cao làm sạch: 2800mm
- Chiều cao của hệ thống: 3700mm
- Chiều ngang của hệ thống bao gồm 2 bàn chải bên: 4035mm
- Lưu lượng nước cấp: 50 lít/phút/4-6 bar
- Công suất: 16kW
- Nguồn điện: 3 pha, 400V, 50Hz
- Tốc độ di chuyển của băng chuyền làm sạch: 0-20 m/phút với 2 motor truyền lực 0,25kW, IP66
- Công suất rửa xe tối đa: 4 phút/xe
- Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 Karcher dùng ngoài trời
Trang 20Hình 2.3: Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời
2.1.1.4 Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740
Hình 2.4: Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740
Máy rửa xe tự động điều khiển bằng máy vi tính, kiểu phòng Model: DXC(B)-740
Thông số kỹ thuật:
- Kích thước rửa xe lớn nhất (dài x rộng x cao) mm: 5500 x 1950 x 2000
- Diện tích mặt bằng (dài x rộng)mm: 25000 x 4500
Trang 21- Loại xe: xe du lịch 4-5 chỗ, xe du lịch 15 chỗ
- Tốc độ rửa: 60 xe/giờ
- Lượng nước tiêu thụ: 120 lít/chiếc
- Phương thức chuyển động: chuyển động liên tục
- Đường dẫn xe: 10m
- Bàn xoa:
+ Bàn xoa to: 4 chiếc
+ Bàn xoa nhỏ: 2 chiếc
+ Bàn xoa ngang: 1 chiếc
- Quạt gió: 4 chiếc
- Công suất thiết bị: 28kW
n vào rửa
xe
Hệ thống phun nước
xà phòng rửa
Hệ thống chổi quay lau xe
Hệ thống sấy khô
Xe được băng tải đưa ra ngoài cho khách
Hệ thống phun nước sạch rửa lại
Trang 22Ban đầu xe sẽ được đưa vào bãi chờ, khi đến lượt xe nào thì xe đó sẽ được đưa lên băng chuyền để đi vào vị trí rửa xe, khi xe đến vị trí của hệ thống phun nước xà phòng thì nước trộn xà phòng sẽ phun ra làm ướt xe, sau đó xe sẽ được chuyển đến vị trí lau, rửa xe Tại đây, hệ thống chổi lau sẽ quay các chổi và rửa xe sạch sẽ 2 bên hông, trước, sau, nóc xe Sau đó xe được đưa qua hệ thống rửa nước sạch để làm trôi chất bẩn và xà phòng dư Tiếp theo xe sẽ đến hệ thống sấy khô để làm khô nước Sau khi hoàn tất các bước trên thì xe sẽ được đưa ra ngoài và được
giao trả lại cho khách
Giới thiệu về từng phần trong sơ đồ khối
- Vị trí đưa xe vào: Là một bãi trống dùng cho xe vào rửa chờ đến lượt
+ 2 động cơ công suất nhỏ quay 2 chổi lau dọc để lau 2 bên hông xe
+ 1 động cơ công suất nhỏ quay chổi ngang
+ 1 động cơ công suất nhỏ có gắn hộp số kéo chổi ngang lên xuống để chổi ngang lau trước, trên nóc và sau xe
- Hệ thống phun nước làm sạch:
+ 1 bình chứa nước sạch để rửa lại xe
+ Ống dây dẫn nước
+ 1 động cơ công suất nhỏ dùng để hút nước ra khỏi bình chứa nước
- Hệ thống sấy khô: Gồm một máy quạt để sấy khô xe sau khi rửa
- Vị trí lấy xe ra: Là một bãi trống dùng cho xe đã được rửa sạch sẽ được đưa ra đó
và giao trả lại cho khách
- Băng chuyền: Trong hệ thống này chúng em dùng các dụng cụ sau:
+ Một động cơ DC để kéo băng chuyền
+ Một cuộn băng chuyền đai dẹt
Trang 232.2 Lý thuyết về động cơ DC
Hình 2.7: Động cơ DC
Cấu tạo của động cơ DC:
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu,
nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp
Nguyên lý hoạt động của động cơ DC:
Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với ½ chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính
Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor
Trang 24 Lý thuyết về hộp số giảm tốc của động cơ:
Hộp giảm tốc có chức năng hãm tốc độ của vòng quay Thiết bị này là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được sử dụng
để kìm hãm vận tốc góc và tăng moment xoắn và là bộ máy trung gian ở giữa motor giảm tốc và bộ phận làm việc cúa máy công tác
Thông thường hộp số giảm tốc thường là 1 hệ bánh răng thường, gồm nhiều bánh răng thẳng hoặc răng nghiêng lần lượt ăn khớp với nhau theo đúng tỷ số truyền và moment quay đã thiết kế để lấy ra số vòng quay cần thiết Cũng có 1 số hộp giảm tốc không sài hệ bánh răng thường mà sài hệ bánh răng vi sai, hoặc hệ bánh răng hành tinh Với hộp số giảm tốc loại này thì kích thước sẽ nhỏ, gọn, chịu lực làm việc lớn Tùy vào điều kiện làm việc và tính toán thì người ta sẽ thiết kế 1 hộp giảm tốc phù hợp với công việc
Do vậy khi người ta cần 1 số vòng quay trong 1 phút mà không có động cơ điện nào đáp ứng được thì người ta sẽ dùng đến hộp số giảm tốc
2.3 Hệ thống băng tải
Giới thiệu:
Trong nền công nghiệp hiện đại ngày nay, khi mà thời đại công nghiệp hóa hiện đài hóa ngày càng phát triển Hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều được công nghiệp hóa thì băng tải là một trong những thiết bị được sử dụng rất phổ biến, ứng dụng rất nhiều vào các dây chuyền vận chuyển đóng gói và phân loại sản phẩm, giúp quá trình sản xuất được vận hành liên tục với hiệu xuất cao hơn so với con người Hệ thống băng tải mang lại tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất ở cự ly vừa phải Có nhiều loại băng tải tùy theo yêu cầu kĩ thuật và mục đích sử dụng như sau: băng tải xích, băng tải nhựa (PVC), băng tải con lăn, băng tải dây băng, băng tải con lăn đa hướng, băng tải
lưới…
Đặc điểm của một hệ thống băng tải:
- Thi công và lắp đặt tiện lợi tùy theo yêu cầu từng công ty, dễ dàng thay đổi kết cấu phù hợp với đặc thù riêng của nhà máy
- Tiết kiệm được thời gian và chi phí sản xuất của doanh nghiệp nếu đầu tư các
hệ thống băng tải vào sản xuất
- Vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng và chính xác so với cách làm thủ công mang tính truyền thống
- Công tác bảo trì tương đối dễ dàng, trong thời gian nhanh nhất có thể tiến hành kiểm tra và sửa chữa đảm bảo vận hành liên tục
Trang 25Hình 2.8: Băng tải nhựa (PVC)
Hình 2.9: Băng tải xích
Trang 26Hình 2.10: Băng tải con lăn
Hình 2.11: Băng tải lưới
Trang 272.4 Cảm biến tiệm cận điện dung
Hình 2.12: Cảm biến tiệm cận điện dung
Lý thuyết cảm biến tiệm cận:
Cảm biến tiệm cận điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý sự có mặt của đối tượng làm thay đổi điện dung của các bản cực cảm biến, mạch ngõ ra sẽ xuất tín hiệu tác động Cảm biến tiệm cận điện dung gồm 3 bộ phận chính:
- Mạch dao động
- Mạch phát hiện
- Mạch đầu ra
Ứng dụng của cảm biến trong thực tiễn:
- Công dụng chủ yếu của cảm biến tiệm cận điện dung là dùng để phát hiện nhiều vật thể với các hình dạng kích thước và chất liệu khác nhau, ví dụ phát hiện một sản phẩm trên băng chuyền hoặc kiểm tra xem sản phẩm đó đã được xử lý hay chưa
- Cảm biến tiệm cận đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp
mà cụ thể là ngành tự động hóa Nếu không có trợ giúp của cảm biến tiệm cận thì khó mà có được hiệu quả cao trong công việc khi mà điều kiện làm việc mức độ ngày càng cao kèm theo sự hạn chế từ khả năng con người
2.5 Bộ điều khiển PLC S7-200
Giới thiệu chung:
Trong các hệ thống điều khiển tự động hiện nay sử dụng nhiều loại PLC khác nhau như: SIEMENS, OMRON, ROCKWELL, MITSUBISHI, PANASONIC, ALLEN BRADLEY… mỗi loại PLC đều có các tính năng riêng biệt và ưu nhược điểm nhất định Do đó, tùy vào điều kiện kinh tế và nhu cầu sử dụng ta sẽ chọn loại PLC thích hợp nhất
Trang 28PLC viết tắt của (Progammable Logic Control), hình thành từ các nhóm kĩ sư hãng general Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
- Dễ dàng sửa chữa thay thế
- Ổn định trong môi trường công nghiệp
- Giá cả cạnh tranh
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các Module mở rộng
Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa Để thực hiện một chương trình điều khiển thì PLC phải có
bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ lưu chương trình điều khiển, dữ liệu
và các cổng vào/ra để giao tiếp với nhiều đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời (Timer)… và những khối hàm chuyên dụng khác
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức),
có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau
Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge)
Trang 29Bảng 2.1: Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X
PLC SIMATIC S7-200 CPU 224XP:
Hình 2.13: PLC S7-200 CPU224XP
Trang 30 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài:
+ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc
gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở
vị trí RUN (quan sát đèn trạng thái)
+ STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về
OFF
+ TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ
xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng
- Đèn trạng thái:
+ SF/DIAQ (đèn đỏ): Chỉ báo khi hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng
hoặc hệ điều hành
+ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình được nạp vào trong máy
Trang 31+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
chương trình và đang thực hiện lại
+ Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Ix.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc
+ Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Qx.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng
- Port truyền thông:
+ Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…
+ Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng
- Module đầu vào
- Module đầu ra
- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
- Module bộ nhớ
- Module quản lý phối ghép vào ra
ĐƠN VỊ
XỬ LÝ TRUNG TÂM
QUẢN LÝ GHÉP NỐI
KHỐI NGÕ VÀO
BỘ NHỚ
BỘ NGUỒN
KHỐI NGÕ RA
Hình 2.15: Cấu trúc của một PLC
Trang 32- Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit): CPU dùng để xử lý,
thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC 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 áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản,chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài
+ Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn
- Bộ nhớ: Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEPROM, là nơi lưu trữ các
thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC
+ Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau.Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU
+ Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện
- Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho PLC
- Khối quản lý ghép nối: Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài
như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp
Ngõ vào đấu dây theo kiểu sink hoặc source:
- Khi áp đầu vào là 24VDC thì dòng là 4mA
Trang 33 Sơ đồ kết nối chân ngõ vào ra số:
Hình 2.16: Sơ đồ kết nối ngõ vào/ra số CPU 224XP
Sơ đồ kết nối chân ngõ vào ra Analog:
- Ngõ vào Analog
+ Chân M đấu với Mass
+ Chân A nối áp ngõ vào
+ Chân B nối dòng ngõ vào
Trang 34 Tập lệnh của S7-200:
Tập lệnh của S7-200 chia làm ba nhóm:
- Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp
- Các lệnh chỉ thực hiện khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1
- Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh hay còn gọi là nhóm lệnh điều khiển chương trình
Cả ba phương pháp đều sử dụng ký hiệu I để chỉ các lệnh làm việc tức thời, tức là giá trị được chỉ định trong lệnh vừa được chuyển vào thanh ghi ảo đồng thời được chuyển ngay đến tiếp điểm được chỉ dẫn ngay trong lệnh ngay khi được thực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị chỉ chuyển vào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh
Các nhóm lệnh được cho trong cây lệnh của S7-200:
- Bit Logic: Tập lệnh làm việc với bit
- Clock: Tập lệnh làm việc với thời gian của hệ thống
- Communication: Tập lệnh truyền thông
- Compare: Tập lệnh so sánh
- Convert: Tập lệnh biến đổi
- Counter: Tập các bộ đếm
- Floating-Point Math: Tập lệnh toán học làm việc với số thực
- Integer Math: Tập lệnh toán học làm việc với số nguyên
- Interupt: Tập lệnh làm việc với chương trình ngắt
- Logical Operations: Tập lệnh các phép tính logic biến đổi
- Move: Tập lệnh di chuyển dữ liệu
- Programe Control: Tập lệnh điều khiển chương trình
- Shift/Rotate: Tập lệnh dịch/quay làm việc với thanh ghi
- String: Tập lệnh làm việc với chuỗi
- Table: Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu
- Timers: Tập các bộ định thời gian
- Call Subroutin: Tập lệnh gọi các chương trình con
2.6 Màn hình hiển thị HMI
Giới thiệu chung:
HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất
cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI Cảm
Trang 35ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI
Bộ truyền và cảm biến trước kia đều không có HMI, nhiều thiết bị trong
số đó thậm chí không có cả một HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần Rất nhiều trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra Một số có một HMI thô sơ: một hiển thị ASCII đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình
HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng Vỏ bọc được phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy, nhưng rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các
sự cố khác ở sàn nhà máy
HMI máy tính trước đây cũng tiêu thụ rất nhiều điện năng Một máy tính
“desktop” thông thường trong những năm 80 của thế kỷ 20 có công suất 200 W
Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này
là hiển thị dạng cảm ứng Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong quá trình rửa trôi
Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng Nó chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có thể được sử dụng trong những không gian nhỏ hơn
Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp
nó thay thế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ tính năng
Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại sản nhà máy Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được
Các thành phần của HMI:
- Phần cứng
- Màn hình
Trang 36- Các công cụ xây dựng HMI
- Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối
- Các công cụ mô phỏng
- Truyền thông
- Các cổng truyền thông
- Các giao thức truyền thông
Các thông số đặc trưng của HMI:
- Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI
- Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin
- Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành
- Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ
- Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ
- Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100
Một số HMI có trên thị trường:
Hình 2.18: Màn hình HMI của hãng Delta
Trang 37Hình 2.19: Màn hình HMI của Siemens
Hình 2.20: Màn hình HMI của hãng Omron
Trang 38Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
3.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống rửa xe ô tô tự động trên thực tế phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Có 2 chổi rửa bên hông, 1 chổi rửa nóc xe
- Có hệ thống phun nước áp lực lớn để rửa sạch
- Có hệ thống sấy khô sau khi rửa xong
- Làm việc ở chế độ tự động
- Có thể điều khiển, giám sát chính xác trên giao diện máy tính
- Tiết kiệm thời gian rửa xe
3.2 Thiết kế cơ khí
3.2.1 Tính toán, thiết kế khung và đế mô hình
Do là mô hình nên nhóm tính toán, thiết kế sao cho phù hợp để thuận tiện cho việc di chuyển mô hình cũng như tiện để mô hình trong phòng LAB
Khung sườn mô hình:
- Vật liệu : nhôm 25 x 25 mm, 10 x 25 mm
- Kích thước : 1200 x 500 x 350 mm
- Sử dụng nhôm như thế có lợi hơn rất nhiều so với sử dụng các loại vật liệu khác như sắt, inox … vì phù hợp với việc làm mô hình đồ án, độ đứng vững cũng khá cao
Trang 39 Khung băng tải:
Trang 40Hình 3.3: Đế mô hình
3.2.2 Tính toán lựa chọn băng tải
Lựa chọn băng tải:
- Trên thị trường có nhiều loại băng tải như băng tải con lăn, băng tải xích, băng tải đai… nhưng cuối cùng trong đồ án này chúng em quyết định chọn băng tải đai với những lý do sau:
+ Dẫn động xe được dẫn trực tiếp trên băng tải
+ Vì do mẫu xe nhóm chúng em sử dụng trong đồ án là xe nhựa nên tải trọng của băng tải không cần lớn
- Vật liệu: đai cao su
- Kích thước: 2000 x 100mm
- Dày: 2mm
- Sử dụng băng tải cao su có lợi hơn rất so với sử dụng các loại băng tải khác vì băng tải cao su nhẹ hơn, dễ sử dụng hơn Băng tải được dẫn động bằng động cơ DC, động cơ DC chạy nguồn 24VDC được gắn cố định trên đế gỗ