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

1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển cực kì mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với những thành tựu trong các ngành công nghệ điện tử và công nghệ thông tin

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG

GVHD: PHÙNG SƠN THANH SVTH: VŨ TIẾN

MSSV: 15151086 SVTH: NGUYỄN ĐỨC HOÀNG MSSV: 15151030

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2020

SKL 0 0 6 8 6 5

0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Ngày nhận đề tài: 15/09/2019 Ngày nộp đề tài: 10/01/2020

1 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Thiết kế và thi công phần cứng mô hình

- Tìm hiểu, nghiên cứu sử dụng PLC vào hệ thống

- Xây dựng và kết nối màn hình HMI để điều khiển và giám sát

- Chạy và sửa lỗi mô hình

- Nhận xét, đánh giá về hệ thống

- Viết luận văn

- Báo cáo đề tài tốt nghiệp

4 Sản phẩm: Mô hình nhà giữ xe tự động

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

ii

iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Nguyễn Đức Hoàng MSSV: 15151030

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

- Nội dung đồ án đầy đủ, ở mức khá

- Giải pháp đưa ra không có tính mới

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

- Được bảo vệ nhưng cần chỉnh sửa ít

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

Giảng viên phản biện

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*******

iv

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp nhóm em đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ để hoàn tất luận văn

Trước tiên nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Phùng Sơn Thanh

đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Đào tạo Chất lượng cao đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như truyền đạt những kiến thức quý báu cho nhóm em trong suốt thời gian còn học tập tại trường

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn trong lớp 15151Cl1

đã luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ trong quá trình làm đồ án Đồng thời xin giửi lời cám ơn đến các anh/chị đáp viên đã nhiệt tình tham gia trả lời câu hỏi khảo sát giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 01 năm 2020 Nhóm sinh viên thực hiện

Vũ Tiến – Nguyễn Đức Hoàng

v

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ x

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.3 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4 Phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Nội dung đề tài 4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động 5

2.1.1 Hệ thống đỗ xe quay vòng đứng 5

2.1.2 Hệ thống đỗ xe kiểu xếp chồng 6

2.1.3 Hệ thống đỗ xe dạng toà nhà hình trụ 6

2.1.4 Hệ thống đỗ xe dạng tòa nhà hình vuông 7

2.1.5 Bãi đỗ xe người lái xe di chuyển vòng quanh tòa nhà hình trụ 7

2.2 Lựa chọn phương án 8

2.3 Tổng quan các thiết bị liên quan đến đề tài 8

2.3.1 Tổng quan họ PLC Simens 8

2.3.2 PLC S7-1200 11

2.3.3 Phần mềm và thiết kế giao diện HMI 15

2.3.4 Relay trung gian 17

2.3.5 Công tắc hành trình 18

2.3.6 Động cơ DC 19

vi

2.3.7 Màn hình HMI 20

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 21

3.1 Sơ đồ tổng quan kết nối các thiết bị 21

3.2 Thiết kế mô hình trên phần mềm Solidworks 21

3.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động, 22

3.3.1 Truyền động xích 22

3.3.2 Truyền động đai 24

3.3.3 Lựa chọn phương án truyền động 25

3.4 Lựa chọn các thiết bị điều khiển 25

3.4.1 Relay trung gian 25

3.4.2 Cảm biến 26

3.4.3 Công tắc hình trình 27

3.5.6 Động cơ 27

3.5.5 Màn hình HMI 28

3.6 Thuật toán điều khiển 29

3.7 Sơ đồ nối dây 30

3.8 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ 31

Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 32

4.1 Thi công phần cứng 32

4.1.1 Cơ cấu tay nâng ra vào 32

4.1.2 Cơ cấu nâng hạ 33

4.1.3 Cơ cấu chuyển động ngang 34

4.1.4 Cơ cấu xoay 35

4.1.5 Hệ thống điện của mô hình 35

4.2 Phần mềm 36

4.2.1 Kết nối phần mềm Easy Builder Pro với PLC 36

4.2.2 Kết nối S7 – 1200 với Firmware V4.0 39

4.2.3 Giao diện HMI 40

Chương 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43

vii

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43

6.1 Kết quả 43

6.1.1 Về PLC 43

6.1.2 Về cơ khí 43

6.2 Kết luận 43

6.3 Những hạn chế 43

6.4 Hướng phát triển 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

 Tài liệu tiếng Việt: 45

 Tài liệu tiếng Anh: 45

PHỤ LỤC 45

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VAMA: Vietnam Automobile Manufacturers Association

PLC: Programmable Logic Controller

OB: Oganization block

TIA Portal: Total Integrated Automation Portal

NC: Normally Closed

NO: Normally Open

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng đặc tính của các CPU S7 – 1200

Bảng 2.2: Bảng đặc tính của module mở rộng

x

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 2.1: Hệ thống đỗ xe quay vòng đứng tại các đô thị lớn

Hình 2.14: Relay trung gian 24VDC 8 chân

Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động của relay

Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của relay

Hình 2.17: Cấu tạo của công tắc hành trình

Hình 2.18: Động cơ điện một chiều

Hình 2.19: Màn hình HMI

-

Hình 3.1: Sơ đồ kết nối các thiết bị

Hình 3.2: Phần khung của mô hình trên Solidworks

Hình 3.3: Cơ cấu nâng hạ

Hình 3.4: Cơ cấu lấy và đưa xe vào vị trí

Hình 3.5: Cơ cấu bộ truyền động xích

Hình 3.6: Bộ truyền động đai

Hình 3.7: Relay Omron

Hình 3.8: Kích thước và sơ đồ chân Relay

xi

Hình 3.9: Sơ đồ chân cảm biến

Hình 3.10: Hình ảnh thực tế của cảm biến

Hình 3.11: Công tắc hành trình

Hình 3.12: Động cơ giảm tốc TG-85E-77-D919

Hình 3.13: Cấu tạo động cơ giảm tốc TG-85E-77-D919

Hình 3.14: Màn hình Weintek KT8071IP

Hình 3.15: Lưu đồ giải thuật chế độ manu

Hình 3.16: Sơ đồ nối dây PLC

Hình 3.17: Mạch đảo chiều động cơ dùng Relay

-

Hình 4.1: Cơ cấu tay nâng xe ra vào

Hình 4.2: Bánh răng gắn với động cơ để truyền động

Hình 4.3: Truyền động của cơ cấu nâng hạ

Hình 4.4: Động cơ kéo cơ cấu nâng hạ

Hình 4.5: Cơ cấu chuyển động ngang

Hình 4.6: Cảm biến trên cơ cấu chuyển động ngang

Hình 4.7: Cơ cấu chuyển động xoay

Hình 4.8: Hệ thống điện và điều khiển

Hình 4.9: Giao diện màn hình HMI

-

Hình 5.1: Mô hình hoàn chỉnh của đồ án

Hình 5.2: Tiến hành gửi xe vào ô số 5

Hình 5.3: Kết quả sau khi gửi xe trên màn hình HMI

Hình 5.4: Tiến hành lấy xe ở ô số 8

1

LỜI NÓI ĐẦU

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

Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn nước ta (như Hà Nội, Tp

Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ô tô) nhưng các bãi giữ xe hiện có không đủ để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng của người dân dẫn đến tình trạng người sử dụng đậu xe ở nhiều nơi như trên vỉa hè, lề đường, công viên,…điều đó ảnh hưởng không nhỏ đến giao thông và mỹ quan đô thị 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 bãi đỗ xe tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nước Châu Á đất chật, người đông như Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Singapo… mà còn ở những nước Châu Âu

và Mỹ Cho đến nay ở Việt Nam mới chỉ có một bãi đỗ xe nhiều tầng tự động được đưa vào hoạt động Tuy nhiên, xu hướng Việt Nam sử dụng bãi đỗ xe 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 bãi đỗ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thông do sử dụng mặt đường, hè phố làm bãi đỗ xe Vì vậy, để cải thiện và giải

quyết vấn đề mà mọi người đang quan tâm, đề tài “Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe tự động” là hướng giải quyết tốt nhất tại thời điểm này

Để thực hiện đề tài này, nhóm em đã thiết kế một mô hình nhà giữ xe dạng tầng

sử dụng PLC để điều khiển các cơ cấu nâng hạ Ứng dụng công nghệ RFID để quẹt thẻ tăng tính bảo mật cho hệ thống và có thuật toán tối ưu vị trí gửi xe nhằm rút ngắn thời gian gửi xe cho khách hàng Ngoài ra còn có hệ thống giám sát và điều khiển trên màn hình HMI để giúp cho việc sử dụng hệ thống này được dễ dàng hơn

2

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của một nền kinh tế năng động đòi hỏi một nền kỹ thuật công nghệ cũng phải phát triển để đáp ứng kịp thời và đầy đủ những nhu cầu cần thiết của sự phát triển đó Theo báo cáo của tổng cục hải quan Sau 9 tháng năm 2019, cả nước nhập khẩu hơn 109.000 xe ô tô nguyên chiếc các loại với kim ngạch 2,4 tỷ USD

So với cùng kì năm 2018, ô tô nhập khẩu tăng tới 267% về số lượng và 257% về giá trị Số liệu từ hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) cũng cho thấy doanh

số bán hàng của các doanh nghiệp thành viên trong 9 tháng đầu năm 2019 đạt 219.205

xe ô tô các loại, tăng 18% so với cùng kì năm ngoái Điều này chứng tỏ số lượng xe

ô tô ở nước ta tăng khá nhanh Từ những số liệu trên đòi hỏi những yếu tố cơ sở hạ tần phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là vấn đề về bãi đậu xe Nhưng hiện nay tình về bãi đậu xe ở nước ta chưa đáp ứng được với sự tăng trưởng đó, nhiều phương tiện còn phải sử dụng vỉa hè, lòng đường để đỗ xe Điều đó gây nên sự cản trở giao thông, gây nên hiện tượng kẹt xe, tắc đường thường xuyên nhất là vào những giờ cao điểm Ngoài ra nó cũng làm mất mỹ quan đô thị, an toàn trật tự cho người dân bản địa Một trong những phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn đó là

áp dụng những thành tựu về khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ

sở hạ tầng Cụ thể hơn là xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao

và hơn hết là tính an toàn phải được đặt lên hàng đầu Đồng thời những bãi đậu xe như vậy phải mang tính kinh tế và phù hợp với nhu cầu thực tiễn như tiết kiệm đất xây dựng, tính cảnh quan cao

Mặc dù trên thế giới nhiều bãi đậu xe có kỹ thuật cao và hiện đại đã được đưa vào sử dụng Tuy nhiên, với mong muốn chung tay giải quyết các vấn đề hiện tại và

áp dụng những kiến thức đã học được vào thực tế, nhóm em đã quyết định nghiên

cứu đề tài “Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe tự động” này

3

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đưa những kiến thức đã học về điều khển tự động vào trong ứng dụng thực tiễn của chúng như: sử dụng PLC để lập trình điều khiển các cơ cấu cất lấy xe tự động, ứng dụng công nghệ thẻ từ RFID vào trong hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển thông qua WinCC Ứng dụng một cách triệt để những chức năng cũng như những đặt tính vượt trội của PLC Siemens, các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc hành trình hay đến những thiết bị bảo mật bằng thẻ từ Việc này không chỉ mang tính học thuật từ việc ứng dụng những kiến thức, cũng như vận dụng những thiết bị tự động vào đề tài, đề tài mang một tầm quan trọng rất cao khi đưa ra một hướng giải quyết có tính khả thi với tình hình số lượng phương tiện giao thông gia tăng như hiện nay, đặc biệt là ô tô

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm em muốn đưa ra một mô hình thực tế nhằm đưa ra hướng giải quyết tình trạng thiếu bãi đỗ xe tại các trung tâm kinh tế ở các thành phố lớn như

Hà Nội, Hồ Chí Minh Đồng thời, quá trình thực hiện đề tài là một quá trình trải nghiệm thực tế hết sức bổ ích Thông qua quá trình làm đề tài, khả năng lập trình với PLC Siemens được vững vàng hơn, hiểu sâu hơn về các truyền thông giữa PLC với máy tính,… và bên cạnh đó môi trường công nghiệp cũng gần gũi hơn qua tiêu chí lựa chọn từng phương pháp thực hiện và thiết bị cụ thể

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm muốn đưa những ứng dụng từ những thiết bị tự động vào trong công nghiệp xuất phát từ cơ sở lý thuyết điều khiển tự động Đề tài cũng cho thấy những bộ khả lập trình có thể đưa vào các công trình tự động lớn một cách chính xác và hoàn hảo chẳng hạn từ bộ khả trình PLC Siemens có thể lập trình điều khiển khung nâng hoạt động một cách tinh tế Ngoài ra, đề tài còn cho người sử dụng thấy được tính tự động hóa cao trong kỹ thuật thông qua công nghệ quét thẻ từ, hay

4

đến việc giám sát hoạt động của hệ thống thông qua máy vi tính Từ đó thấy được tính mở và hiện đại của hệ thống SCADA

1.5 Nội dung đề tài

Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động trên thế giới để lựa chọn phù hợp với đặc tính kinh tế, quỹ đất xây dựng, kỹ thuật công nghệ của Việt Nam Từ đó, lựa chọn phương án và thực hiện thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động,

và chính từ sự thành công và tính khả thi trên mô hình để các nhà đầu tư phát triển các dự án xây dựng công trình thực tế Cụ thể đề tài chia thành các chương như sau: Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 5: Kết quả thực nghiệm

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

5

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động

2.1.1 Hệ thống đỗ xe quay vòng đứng.

Hệ thống đỗ xe dạng quay vòng đứng là hệ thống đỗ xe cần ít diện tích, chỉ với

2 chỗ nó có thể chứa đến 16 xe Với tốc độ lấy xe không quá lâu đây cũng là một giải pháp rất tốt cho những chủ đầu tư muốn có một hệ thống đỗ xe thông minh trên một không gian diện tích đất không quá rộng

Hình 2.1: Hệ thống đỗ xe quay vòng đứng tại các đô thị lớn

 Ưu điểm:

- Hệ thống được thiết kế gọn, ít tốn diện tích

- Thời gian lắp đặt nhanh thường từ 10 – 15 ngày

- Di chuyển vị trí linh hoạt, tháo lắp đơn giản

- Chi phí bảo hành bảo dưỡng thấp

6

2.1.2 Hệ thống đỗ xe kiểu xếp chồng

Hình 2.2: Hệ thống đỗ xe ô tô kiểu xếp chồng

 Ưu điểm: hệ thống gọn nhẹ, dễ vận chuyển, lắp đặt nhanh

 Nhược điểm: Sử dụng hệ thống thủy lực hoặc động cơ để nâng tối đa bốn ôtô xếp cạnh nhau lên một tầm cao, để dành chỗ cho những xe khác ở bên dưới Tuy nhiên, giải pháp này có hiệu quả kinh tế không cao, chỉ phù hợp với qui mô nhỏ: một hoặc vài hộ gia đình Ngoài ra, chưa có tối ưu hóa tính tự động

2.1.3 Hệ thống đỗ xe dạng toà nhà hình trụ

Hình 2.3: Hệ thống đỗ xe dạng tòa nhà hình trụ

7

 Ưu điểm:

- Có thể chứa được nhiều xe

- Tiết kiệm thời gian lấy và gửi

- Xe hoàn toàn tắt máy nên không gây ô nhiễm khói bụi

 Nhược điểm:

- Do tính tự động hóa cao nên cần chi phí lớn

- Tốn nhiều diện tích đất để xây dựng

2.1.4 Hệ thống đỗ xe dạng tòa nhà hình vuông

Hình 2.4: Hệ thống đỗ xe dạng tòa nhà hình vuông

 Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư vào xây dựng và kỹ thuật không đòi hỏi quá lớn

- Tối ưu hóa số lượng chỗ để xe

- Không gây ô nhiễm khói bụi

 Nhược điểm: Thời gian cất và lấy xe chưa được tối ưu

2.1.5 Bãi đỗ xe người lái xe di chuyển vòng quanh tòa nhà hình trụ

Một nhà gửi xe nhiều tầng với các đường dốc để khách tự lái xe vào và ra khỏi khu gửi xe Mức độ tự động hóa tương đối không cao thường chỉ gồm các máy bán

vé và hệ thống đóng/ mở cổng tự động Giải pháp này tuy phổ biến nhưng chưa thỏa

8

đáng lắm về mặt sử dụng không gian, cũng như đối với một số yêu cầu khác an toàn cho xe và người, ô nhiễm vì khói thải từ ôtô

Hình 2.5: Bãi đỗ xe ô tô dạng xe di chuyển vòng quanh tòa nhà

 Ưu điểm: Có nhiều chỗ đậu xe hơn bãi đỗ xe truyền thống

 Nhược điểm:

- Do người con người tự lái xe quanh tòa nhà nên tính an toàn chưa cao

- Còn gây ô nhiễm không khí do khói bụi từ xe

- Chưa áp dụng được tính tự động vào hệ thống

2.2 Lựa chọn phương án

Qua phân tích ưu và nhược điểm của các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động, nhóm quyết định phương án lựa cọn luận văn theo các tiêu chí sau: diện tích đất sử dụng có thể thích hợp ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, giá thành phù hợp với kinh phí xây dựng các toàn nhà, cũng như cơ sở vật chất kỹ thuật công nghệ, nhóm

đã lựa chọn làm đề tài với cấu trúc dạng toàn nhà hình vuông

2.3 Tổng quan các thiết bị liên quan đến đề tài

2.3.1 Tổng quan họ PLC Simens

PLC (Programmable Logic Controller hay Programmable Controller) thực chất

là một máy tính điện tử được sử dụng trong các quá trình tự động hóa trong công nghiệp; là thiết bị điều khiển có thể "lập trình mềm", làm việc theo chương trình lưu

9

trong bộ nhớ (như một máy tính điều khiển chuyên dụng) PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức năng điều chỉnh ( như PID, mờ, ) và các chức năng tính toán khác Lúc đầu, PLC chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời rạc Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm và thế mạnh Lịch sử phát triển của PLC như sau:

 1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors

 1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford) được GM sử dụng trong công nghiệp ô tô

 1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài công nghiệp ô-tô

 1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất

 1980: Các module vào/ra thông minh

 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu

 1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất)

 1996: Slot-PLC, Soft-PLC,

Hình 2.6 Họ PLC Simens

10

Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì chính PLC đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác Cũng như vậy, nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết

bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển Các đối tượng mà PLC có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt… đến các hệ thống phức tạp như: băng tải,

hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…

PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và Relay không thể nào sánh được:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ nên thuận lợi khi di chuyển hoặc lắp đặt

- Dễ bảo quản, sửa chữa

- Độ chính xác cao

- Khả năng xử lý nhanh

- Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với nhiều thiết bị

Tự động hóa là một thế mạnh của hạng Siemens trên thế giới, ở Việt Nam, các thiết bị điều khiển của Siemens đã trở nên rất thông dụng trong lĩnh vực tự động hóa LOGO! Thích hợp cho các ứng dụng đơn giản S7-200 thích hợp cho những ứng dụng vừa và nhỏ S7-300 thích hợp cho những dự án tầm trung, mô đun hóa, điều khiển linh hoạt, nâng cấp hay mở rộng dễ dàng S7-400 thích hợp cho những dự án lớn, hoạt động hiệu suất cao, các hệ thống tự động điều khiển thích nghi, điều khiển dự phòng, dễ dàng chuẩn đoán lỗi S7-1200 ra đời nhằm mục đích thay thế sản phẩm S7-

200 nhằm khắc phục những nhược điểm của dòng S7-200 đang có trên thị trường Ngoài ra, còn có các dòng HMI công nghiệp

11

2.3.2 PLC S7-1200

2.3.2.1 Giới thiệu

- PLC 1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho 200 So với

S7-200 thì S7-1S7-200 có những tính năng nổi trội hơn

- S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp kết nối PTP

- Bổ sung 4 cổng Ethernet

12

- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và 24VDC

Hình 2.8: Sự khác biệt giữa PLC S7 – 200 và S7 – 1200

2.3.2.2 Cấu tạo của CPU S7 – 1200

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau….S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và 1214C

Hình 2.9: Các khối chức năng của CPU S7 – 1200

CPU S7 – 1200 bao gồm:

13

- Cổng kết nối nguồn cho PLC

- Các cổng để khết nối I/O của PLC với các thiết bị điều khiển

- LED để hiển thị trạng thái I/O

PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài

để mở rộng chức năng của CPU Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền

14

thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông

số và quy định của nhà sản xuất

PLC S7 – 1200 có các loại module mở rộng sau:

15

S7 – 1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point)

Giao tiếp Profinet với:

2.3.3 Phần mềm và thiết kế giao diện HMI

Với HMI của Weintek thì để thiết kế giao diện ta sử dụng phần mềm Easy Builder Pro Đây là một phần mềm mạnh mẽ giúp đơn giản hóa rất nhiều việc chỉnh sửa dự án trực quan và hỗ trợ nhiều loại giao thức truyền thông: Ethernet / IP,

Modbus TCP Người dùng được đảm bảo giao tiếp với các thiết bị ngoại vi một

17

2.3.4 Relay trung gian

Là thiết bị được cấu tạo từ nam châm điện và các hệ thống tiếp điểm đóng cắt Được ứng dụng rất nhiều trong ngành điện tử, thường xuất hiện trong các tủ điện và các hệ thống máy móc công nghiệp Hiện nay trên thị trường có các loại relay được

sử dụng trong các ứng dụng khác nhau

- Relay điện tử 5VDC

Hình 2.13: Relay điện tử 5VDC

- Relay trung gian 24VDC 8 chân

Hình 2.14: Relay trung gian 24VDC 8 chân

Cấu tạo của relay trung gian gồm có:

- Cuộn hút: Đây thực chất là một nam châm điện, khi có điện thì sẽ hút thanh tiếp điểm để chuyển tín hiệu NO thành NC và ngược lại

- Mạch tiếp điểm: Để đóng cắt tín hiệu các thiết bị tải với dòng nhỏ và được cách ly với cuộn hút

Nguyên lý hoạt động:

Trạng thái của relay khi chưa có nguồn điện tác động vào cuộn hút:

18

Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động của relay

Trạng thái của relay sau khi có nguồn điện tác động:

Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của relay

2.3.5 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình hay còn gọi công tắc giới hạn hành trình là dạng công tắc dùng

để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động Nó có cấu tạo như công tắc điện bình thường nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó Công tắc hành trình là loại không duy trì trạng thái, khi không còn tác động sẽ trở về vị trí ban đầu

Nguyên lý hoạt động:

19

Nó hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi cơ năng thành điện năng Có nghĩa

là dựa vào sự di chuyển của một vật để điều khiển đóng ngắt tín hiệu điện Như tên gọi của nó, chức năng chính là để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động

Hình 2.17: Cấu tạo của công tắc hành trình

Như hình trên, chúng ta có thể thấy cấu tạo vô cùng đơn giản của công tắc hành trình Bao gồm có: cần tác động, chân COM, chân thường đóng (NC), chân thường

hở (NO) Ở điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ được đấu với nhau Khi có lực tác động lên cần tác động thì tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ hở và chuyển qua chân COM và chân NO Do đó, khi đấu điện chúng ta cần xác định chính xác 3 chân này, chúng ta cũng có thể kiểm tra bằng cách sử dụng VOM đo ngắn mạch để xác định

2.3.6 Động cơ DC

Được hoạt động với dòng điện một chiều thiết bị động cơ này được gọi là động

cơ điện một chiều Được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn trong các khu công nghiệp động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh với tốc độ nhât định

trong một phạm vi rộng

20

Có 2 phần chính là stato và roto giúp cấu tạo lên động cơ điện một chiều Trong

đó, stato của động cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện và roto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn một chiều Một bộ phận quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chính lưu Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trọng khi chuyển động quay của roto là liên tục Thông thường bộ phận này gồm 1

cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ góp

Hình 2.18: Động cơ điện một chiều

2.3.7 Màn hình HMI

Human-Machine-Interface được định nghĩa là thiết bị cầu nối trung gian để giao tiếp giữa con người và máy móc thiết bị qua một màn hình hiển thị HMI được nhắc nhiều ,ứng dụng trong công nghiệp để giảm thiểu quá trình thao tác vận hành máy móc Ngày nay đã tích hợp nhiều chức năng hơn để đơn giản hóa việc sử dụng

và lắp đạt

Hình 2.19: Màn hình HMI

21

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ tổng quan kết nối các thiết bị

Hình 3.1: Sơ đồ kết nối các thiết bị

3.2 Thiết kế mô hình trên phần mềm Solidworks

Hình 3.2: Phần khung của mô hình trên Solidworks

22

Phần khung của mô hình được thiết kế theo dạng tòa nhà hình vuông theo kiểu đối xứng nhau, điều này giúp tiết kiệm thời gian lấy và gửi xe hơn cho khách hàng, cũng như diện tích đất và chi phí xây dựng thấp hơn

Hình 3.3: Cơ cấu nâng hạ

Hình 3.4: Cơ cấu lấy và đưa xe vào vị trí

3.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động,

3.3.1 Truyền động xích

Hệ thống truyền động xích bao gồm nhiều cơ cấu liên kết lại với nhautạo thành một cơ cấu truyền dộng đó là: dây xích và nhông xích (hay còn gọi là đĩa xích) dẫ

23

truyền lực Hệ thống truyền động xích thường dùng để truyền chuyển động từ các động cơ motor trực tiếp, hộp giảm tốc – gián tiếp, băng chuyền, băng tải… Sự ăn khớp giữa các nhông xích và các mắt xích của dây xích tạo nên chuyển động liên tục đảm bảo được sự an toàn khi lực tác dụng lên cả nhông xích và dây xích Có nhiều cách bố trí hệ thống truyền lực và nhông xích khác nhau, có thể gồm 2 hoặc nhiều nhông xích cùng hỗ trợ trong hệ thống máy Nhông xích làm nhiệm vụ đảm bảo độ căng cho dây xích và có những nhông đĩa xích được lắp vào để bắt kịp các chuyển động cùng lúc trong các thiết bị chính xác yêu cầu ăn khớp theo điểm để hoàn thiện sản phẩm

Hình 3.5: Cơ cấu bộ truyền động xích

Có nhiều loại truyền động xích như: xích kéo, xích tải, xích truyền động

Ưu điểm:

- Có thể làm việc khi quá tải đột ngột, hiệu xuất cao hơn

- Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công xuất và số vòng quay

- Có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn

Nhược điểm:

- Bản lề xích dễ bị mòn, gây nên tải trọng phụ thụ động

- Ồn khi làm việc

Cấu tạo gồm 3 bộ phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay thì nhờ lực ma sát giữa dây đai và bánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo Dây đai thì có loại có răng và không có răng và đều được làm

từ vật liệu tạo ma sát tốt Truyền động bằng dây đai cũng là bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay trong các ứng dụng máy in 3D, máy khâu hoặc là trong các hộp số vô cấp trong xe máy, ô tô

Hình 3.6: Bộ truyền động đai

Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau

- Hiệu suất truyền động tốt

- Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp

- Kết cấu vận hành đơn giản

- Không cần phải bôi trơn

Nhược điểm:

- Khi vận hành nhiều thì dây đai có thể bị kéo dãn

25

- Có thể xuất hiện hiện tượng trượt đàn hồi giữa dây đai và pulley hoặc ròng rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi

- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn

3.3.3 Lựa chọn phương án truyền động

Vì mô hình này đa số sử dụng nhôm để làm khung và các cơ cấu chuyển động cũng tương đối nhiều nên tải tương đối nặng vì thể nhóm em đã quyết định chọn phương án truyền động xích, sử dụng truyền động xích 1 dây và đĩa xích để tạo chuyển động Hơn nữa cách truyền động này cũng tạo nên phần khung tương đối chắc chắn, phù hợp với cơ cấu nâng hạ

3.4 Lựa chọn các thiết bị điều khiển

3.4.1 Relay trung gian

Trong luận văn này, nhóm em sử dụng relay trung gian OMRON 8 chân

24VDC, đây là loại relay được sử dụng phổ biến trong mọi nơi

Thông số kỹ thuật của relay Omron 24VDC:

- Loại relay 8 chân nhỏ, có đèn báo hiệu

Hình 3.9: Sơ đồ chân cảm biến

Chân số 3 là chân tín hiệu đấu vào PLC, chân 1 là chân Vcc đấu vào nguồn VDC từ 5 – 24VDC, chân 4 đấu và 0VDC, chân 2 nối với chân 1

Hình 3.10: Hình ảnh thực tế của cảm biến

Động cơ sử dụng loại có hộp số giảm tốc TG-85E-77-D919

Hình 3.12: Động cơ giảm tốc TG-85E-77-D919.