Thiết kế thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC s7 1200

Nội dung thực hiện đề tài:  Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động  Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng PLC S7-1200  Thiết kế giao diện điều khiển bằng phần mềm WinCC Pr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

SVTT: NGÔ HỮU NGHĨA MSSV 15142078

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Quý

Họ và tên sinh viên 2: Ngô Hữu Nghĩa

MSSV: 15142096 MSSV: 15142078 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử Lớp: 15142CL2

Giảng viên hướng dẫn: Ths Trần Kế Thuận ĐT: 0969 069 009

Ngày nhận đề tài: 04/03/2019 Ngày nộp đề tài: 10/07/2019

1 Tên đề tài: Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC S7-1200

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2015

 Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2015

 S7-1200 System Manual

3 Nội dung thực hiện đề tài:

 Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động

 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng PLC S7-1200

 Thiết kế giao diện điều khiển bằng phần mềm WinCC Professional

 Thiết kế giao diện Windows Form bằng ngôn ngữ C# để nhận diện biển số xe

và lưu trữ dữ liệu của hệ thống vào cơ sở dữ liệu SQL Server

4 Sản phẩm:

 Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động kiểu tầng hầm điều khiển bằng PLC S7-1200,

có sử dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe

 Quyển báo cáo đề tài

CỘNG HÒA 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 Ngọc Quý MSSV: 15142096 Họ và tên Sinh viên 2: Ngô Hữu Nghĩa MSSV: 15142078 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử Tên đề tài: Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC S7-1200 Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths Trần Kế Thuận 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 07 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Quý MSSV: 15142096

Họ và tên Sinh viên 1: Ngô Hữu Nghĩa MSSV: 15142078

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử

Tên đề tài:

Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC S7-1200

Họ và tên Giáo viên phản biện: TS Nguyễn Thị Lưỡng

NHẬN XÉT

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

Nội dung Đồ án đầy đủ, ở mức Khá

2 Ưu điểm:

Giải pháp đưa ra có tính mới

Tính ứng dụng Cao

Phương pháp nghiên cứu rất phù hợp

Đồ án có tham khảo từ các nguồn khác có trích dẫn đầy đủ

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

Được bảo vệ nhưng cần chỉnh sửa ít

5 Đánh giá loại:

Khá

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án này, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía thầy cô, công ty, bạn bè và nhà trường

Nhóm em xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Kế Thuận, người

đã dạy nhóm em từ lý thuyết đến thực hành, tận tâm dẫn các em đến công ty bên ngoài để hiểu được công nghệ bên ngoài như thế nào để từ đó định hướng được đề tài tốt nghiệp Cảm ơn thầy đã luôn tận tình chỉ bảo, đưa ra nhiều gợi ý để đồ án chúng

em hoàn thiện hơn

Xin gửi lời cảm ơn đến công ty ESTEC đã nhận nhóm em vào thực tập, từ đó nhóm

em đã học được nhiều kiến thúc về chuyên môn, những hướng dẫn và những lời tư vấn từ các anh chị trong công ty để đồ án chuyên nghiệp hơn

Nhóm bày tỏ lòng biết ơn đến các giảng viên khoa Điện - Điện tử trường đại học

Sư phạm kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức lẫn kinh nghiệm, đặc biệt là những lời động viên, những định hướng rất tâm huyết của thầy

cô

Đặc biệt nhóm em rất biết ơn các bạn cùng lớp 15142CL2 đã chia sẽ không gian chật chội của nhà trọ để nhóm em thi công mô hình; cảm ơn vì những lời tư vấn, những kiến thức các bạn học được mà không ngại chia sẻ

Đề tài đã được đóng góp với sự nỗ lực và tận tâm nhất của nhóm nhưng với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi những sai sót Nhóm em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô để nhóm

có thể bổ sung thêm cho đề tài hoàn hảo hơn

Việc lựa chọn thiết kế cho mô hình của đề tài là dựa trên các hệ thống bãi giữ xe ô

tô tự động đã được xây dựng ở nhiều quốc gia trên thế giới

Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động thực hiện việc lấy cất xe từ tín hiệu quét thẻ từ của người dùng Đồng thời có chức năng nhận diện biển số để đảm tính an ninh của hệ thống

Đề tài sử dụng phần mềm WinCC Professional để thiết kế giao diện vận hành, giám sát, thiết kế giao diện Windows Forms lập trình bằng ngôn ngữ C# để xây dựng các chức năng quét thẻ từ, xử lý ảnh, lưu trữ, xử lý dữ liệu

ABSTRACT

The objective of the project is to construct an automatic car parking system model

The system is underground The Automatic Car Parking System type is one of types

which were used in the world

The content of project just focus on choosing the suitable system type and

constructing control system The problems need to be solved in the project are

choosing system type; building the control program; creating connection between plc

and RFID Reader, Image processing program; managing data and designing Interface

Monitoring

The main devices and softwares in project are PLC S7-1200, TIA Portal, WinCC

Professional, Microsoft Visual Studio (C# Windows Forms), Microsoft SQL Server

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH - BIỂU ĐỒ ix

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Giới hạn đề tài 2

1.4 Cấu trúc đề tài 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động 4

2.1.1 Thực trạng bãi giữ xe ô tô hiện nay 4

2.1.2 Lựa chọn phương án 10

2.2 Mục tiêu mô hình bãi giữ xe ô tô tự động 10

2.2.1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động của mô hình 10

2.2.2 Các vấn đề cần giải quyết 11

2.2.3 Phương hướng giải quyết 11

2.3 Thiết bị điều khiển lập trình được (PLC) 12

2.3.1 PLC là gì? 12

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của PLC [5] 12

2.3.3 PLC S7-1200 [6] 13

2.3.3.1 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng 14

2.3.3.2 Vùng nhớ và kiểu dữ liệu của PLC S7-1200 16

2.3.3.3 Phần mềm lập trình PLC S7-1200 18

2.3.3.4 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200 18

2.4 Phần mềm Tia Portal [7] 19

2.5 Phần mềm SCADA WinCC Professional [7] 19

2.6 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) [8] 20

2.7 Truyền thông nối tiếp UART [9] 21

2.8 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C# và nền tảng NET Framework 21

2.8.1 Nền tảng NET Framework [10] 21

2.8.2 Ngôn ngữ lập trình C# [11] 22

2.9 Xử lý ảnh [12] 22

2.10 Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ Microsoft SQL Sever 23

2.11 Thư viện S7.Net [17] 23

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 24

3.1 Tổng quan về cơ khí của mô hình 24

3.1.1 Các ô chứa xe 24

3.1.2 Cơ cấu khung nâng 25

3.2 Thiết kế điều khiển cho mô hình 27

3.3 Lựa chọn thiết bị 28

3.3.1 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 28

3.3.2 Mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 28

3.3.3 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 29

3.3.4 Công tắc hành trình 30

3.3.5 Module 4 Relay 5V 30

3.3.6 Mạch cầu H 30

3.3.7 Mạch Opto cách ly quang 31

3.3.8 Mạch giảm áp LM2596HVS 32

3.3.9 Thiết bị đọc thẻ từ 33

3.3.10 Camera 34

3.3.11 Động cơ 34

3.3.12 Nguồn 35

3.4 Sơ đồ kết nối các thiết bị và bản vẽ 35

Chương 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 45

4.1 Sơ đồ mối quan hệ giữa các thành phần 45

4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển mô hình 45

4.2.1 Quy ước trục và các vị trí tác động của cảm biến 45

4.2.2 Thuật toán điều khiển cho PLC 47

4.2.3 Thuật toán chương trình C# 60

4.3 Thiết kế giao diện điều khiển 62

4.3.1 Giao diện điều khiển WinCC Professional 62

4.3.2 Giao diện Windows Forms 65

4.4 Cơ sở dữ liệu SQL Sever 67

4.4.1 Bảng dữ liệu các ô chứa của bãi 67

4.4.2 Bảng dữ liệu lịch sử gửi xe 68

Chương 5 KẾT QUẢ VÀ NHỮNG HẠN CHẾ 69

5.1 Kết quả đạt được 69

5.2 Hình ảnh mô hình 69

5.3 Những hạn chế 72

5.3.1 Cơ khí mô hình 72

5.3.2 Hoạt động của mô hình 72

5.3.3 Hoạt động của toàn bộ hệ thống 72

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74

6.1 Kết luận 74

6.2 Hướng phát triển 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

RFID : Radio Frequency Identification

PLC : Programmable Logic Controller

SQL : Structured Query Language

AGV : Automated Guided Vehicle

PWM : Pulse Width Modulation

Tia Portal : Totally Intergrated Automation Portal

CPU : Central Processing Unit

GPRS : General Packet Radio Service

HMI : Human Machine Interface

SCADA : Supervisory Control And Data Aquisition

HTML : HyperText Markup Language

UART : Universal Asynchronous Receiver Transmitter

CLR : Common Language Runtime

IDE : Integrated Development Environment

KTP : Key Touch Panel

FBD : Function Block Diagram

SCL : Structure Language Control

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông tin về CPU 1211C/1212C 14

Bảng 2.2: Thông tin về CPU 1214C/1215C 15

Bảng 2.3: Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200 17

Bảng 3.1: Thông số PLC [18] 28

Bảng 3.2: Thông số mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 [19] [20] 29 Bảng 3.3: Thông số mạch cảm biên tiệm cận hồng ngoại [19] 29

Bảng 3.4: Thông số Module 4 Relay 5V [19] [21] 30

Bảng 3.5: Thông số IC L298N [19] [22] 31

Bảng 3.6: Thông số mạch giảm áp LM2596HVS [19] 32

Bảng 3.7: Thông số mạch đọc thẻ RFID RC522 13.56MHz [19] [23] 33

Bảng 3.8: Thông số camera [24] 34

Bảng 4.1: Thông số khối CTRL_PWM 59

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH - BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: Bãi giữ xe ô tô truyền thống 4

Hình 2.2: Bãi giữ xe kiểu tòa nhà 4

Hình 2.3: Hệ thống giữ xe tự động AVG 5

Hình 2.4: Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng 6

Hình 2.5: Hệ thống giữ xe tự động Puzzle 6

Hình 2.6: Hệ thống giữ xe tự động Shuttle 7

Hình 2.7: Hệ thống giữ xe tự động Silo 8

Hình 2.8: Hệ thống giữ xe tự động Tower 9

Hình 2.9: Hệ thống giữ xe tự động Rotary 9

Hình 2.14: PLC S7-1200 13

Hình 2.16: Minh họa về hệ thống SCADA với WinCC Professional 20

Hình 3.1: Hình ảnh thực tế mô hình 24

Hình 3.2: Thiết kế các ô chứa xe 24

Hình 3.3: Cơ cấu khung nâng 25

Hình 3.4: Động cơ di chuyển khung nâng theo trục X 25

Hình 3.5: Động cơ di chuyển tấm nâng theo trục Y 26

Hình 3.6: Động cơ quay khung nâng 26

Hình 3.7: Động cơ điều khiển tấm nâng theo trục Z 26

Hình 3.8: Cảm biến nhận biết có xe ở trạm vào/ra 27

Hình 3.9: Cảm biến xác định vị trí trục X 27

Hình 3.10: Camera nhận diện biển số xe 28

Hình 3.11: Mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 28

Hình 3.12: Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 29

Hình 3.13: Công tắc hành trình 30

Hình 3.14: Module 4 Relay 5V 30

Hình 3.15: Mạch cầu H 31

Hình 3.16: Sơ đồ khối IC L298N [22] 31

Hình 3.17: Mạch 8 Opto cách li quang PC817 32

Hình 3.18: Mạch điện opto cách ly quang 32

Hình 3.19: Mạch giảm áp LM2596HVS 32

Hình 3.20: Mạch đọc thẻ RFID RC522 13.56MHz 33

Hình 3.21: Vi điều khiển Arduino Uno R3 33

Hình 3.22: Camera 34

Hình 3.23: Động cơ DC24V giảm tốc 45rpm 34

Hình 3.24: Nguồn xung 24V 10A 35

Hình 3.25: Bản vẽ Sơ đồ khối kết nối thiết bị 36

Hình 3.26: Bản vẽ 1 37

Hình 3.27: Bản vẽ 2 38

Hình 3.28: Bản vẽ 3 39

Hình 3.29: Bản vẽ 4 40

Hình 3.30: Bản vẽ 5 41

Hình 3.31: Bản vẽ 6 42

Hình 3.32: Bản vẽ 7 43

Hình 3.33: Bản vẽ 8 44

Hình 4.1: Sơ đồ liên kết giữa các thành phần 45

Hình 4.2: Quy ước hướng và vị trí trục x, trục y 45

Hình 4.3: Quy ước vị trí trục z 46

Hình 4.4: Quy ước vị trí trục r 46

Hình 4.5: Quy ước vị trí các ô chứa tầng 1 46

Hình 4.6: Quy ước vị trí các ô chứa tầng 2 47

Hình 4.7: Thuật toán tổng quan điều khiển hệ thống 47

Hình 4.8: Thuật toán chương trình điều khiển PLC 48

Hình 4.9: Thuật toán xử lý vị trí trục z 49

Hình 4.10: Giải thích thuật toán xủ lý vị trí trục z 49

Hình 4.11: Khối FB1 tính toán vị trí trục nâng 50

Hình 4.12: Khối FC9 chế độ Auto_control 51

Hình 4.13: Thuật toán điều khiển khối FC9 51

Hình 4.14: Khối FC10 chế độ Manual_control 52

Hình 4.15: Thuật toán điều khiển khối FC10 52

Hình 4.16: Khối FC8 chế độ Advaned_Manual_Control 53

Hình 4.17: Thuật toán điều khiển khối FC8 53

Hình 4.18: Khối Moving_X_axis[FC4] 53

Hình 4.19: Thuật toán điều khiển khối Moving_X_axis[FC4] 54

Hình 4.20: Khối Moving_Y_axis[FC5] 54

Hình 4.21: Thuật toán điều khiển khối Moving_Y_axis[FC5] 54

Hình 4.22: Khối Moving_Z_axis [FC6] 55

Hình 4.23: Thuật toán điều khiển khối Moving_Z_axis [FC6] 55

Hình 4.24: Khối Moving_R_axis [FC7] 55

Hình 4.25: Thuật toán điều khiển khối Moving_R_axis [FC7] 56

Hình 4.26: Khối Di_chuyen_den_o_chua [FC1] 56

Hình 4.27: Thuật toán điều khiển khối Di_chuyen_den_o_chua [FC1] 57

Hình 4.28: Khối Di_chuyen_ban_nang [FC2] 57

Hình 4.29: Thuật toán điều khiển khối Di_chuyen_ban_nang [FC2] 58

Hình 4.30: Khối CTRL_PWM 58

Hình 4.31: Cho phép sử dụng bộ phát xung 59

Hình 4.32: Cấu hình các thông số cho bộ phát xung 59

Hình 4.33: Lựa chọn ngõ ra phát xung 59

Hình 4.34: Địa chỉ thanh ghi giá trị độ rộng xung 60

Hình 4.35: Thuật toán chường trinh C# 60

Hình 4.36: Giao diện WinCC - Trang giới thiệu 62

Hình 4.37: Giao diện WinCC - Trang chủ 62

Hình 4.38: Giao diện WinCC - Trang theo dõi chế độ Auto 63

Hình 4.39: Giao diện WinCC - Trang quan sát trạng thái hệ thống 63

Hình 4.40: Giao diện WinCC - Cửa sổ vận hành chế độ Manual 63

Hình 4.41: Giao diện WinCC - Cửa sổ vận hành chế độ Advanced Manual 64

Hình 4.42: Cửa sổ đổi thẻ RFID 64

Hình 4.43: Bảng lịch sử Alarm 64

Hình 4.44: Bảng lịch sử vận hành 65

Hình 4.45: Giao diện Windows Forms - Trang giới thiệu 65

Hình 4.46: Giao diện Windows Forms - Trang chủ 65

Hình 4.47: Giao diện Windows Forms - Trang cấu hình kết nối thiết bị 66

Hình 4.48: Giao diện Windows Forms - Trang quan sát trạng thái hệ thống 66

Hình 4.49: Giao diện Windows Forms - Trang đổi thẻ RFID 66

Hình 4.50: Giao diện Windows Forms - Giao diện quan sát dữ liệu các ô chứa 67 Hình 4.51: Giao diện Windows Forms - Trang quan sát lịch sử bãi giữ xe 67

Hình 4.52: Bảng dữ liệu các ô chứa của bãi 67

Hình 4.53: Bảng dữ liệu lịch sử gửi xe 68

Hình 5.1: Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động 69

Hình 5.2: Cơ cấu khung nâng 70

Hình 5.3: Mô hình và tủ điện 71

Hình 5.4: Lặp đặt tủ điện 71

Hình 5.5: Thiết bị đọc thẻ từ 72

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, các khu vực có cơ sở hạ tầng phát triển lâu đời đang gặp phải nhiều vấn

đề trong quá trình phát triển kinh tế, đô thị Một trong những vấn đề cần quan tâm là vấn đề quá tải bãi giữ xe Vấn đề này đang ngày càng nghiêm trọng do sự gia tăng nhanh của các phương tiện giao thông Số liệu của Tổng cục Hải quan cho thấy, tính

từ đầu năm đến giữa tháng 3-2017, hơn 14.400 ô tô con nguyên chiếc dưới 9 chỗ được nhập về Việt Nam, cao hơn 8.640 chiếc so với cùng kỳ 2016 [1] Số xe nhập dự kiến sẽ còn tăng mạnh bởi từ ngày 1-1-2018, thuế nhập khẩu cho các dòng xe dưới 9 chỗ từ các nước ASEAN về Việt Nam giảm xuống còn 0% [1] Trong khi số lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng nhanh như vậy thì cơ sở hạ tầng ở trung tâm các thành phố lại không thể thay đổi do đã được xây dựng từ lâu, không thể mở rộng các khu vực giữ xe để đáp ứng yêu cầu

Cụ thể, thành phố Hồ Chí Minh-thành phố lớn nhất Việt Nam, đồng thời cũng là một trong những trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và giáo dục quan trọng nhất của Việt Nam, là thành phố đã được tập trung phát triển từ thời Pháp thuộc Do đó, cơ sở

hạ tầng được xây dựng vững chắc cùng với sự phát triển của kinh tế Nhưng qua thời gian, sự tăng trưởng về dân số và các phương tiện giao thông khiến cho các khu vực giữ xe đã được xây dựng trở nên quá tải Đặc biệt người dân chưa quen việc di chuyển bằng các phương tiện công cộng nên các phương tiện giao thông cá nhân vẫn không ngừng tăng lên Để giải quyết vấn đề này, các mô hình bãi giữ xe mới ra đời Các bãi giữ xe này tận dụng các không gian trên không hoặc dưới lòng đất bằng cách xây dựng nhiều tầng giữ xe lên cao hoặc nhiều tầng hầm Cách này giúp cho số lượng xe

có thể đỗ trên một diện tích đất tăng lên nhiều lần Kết hợp với quá trình phát triển mạnh mẽ của công nghệ tự động hóa, các bãi giữ xe tiếp tục ứng dụng công nghệ vào việc cất giữ xe với các hệ thống máy móc hoàn toàn tự động, nhằm tiết kiệm tối đa diện tích đất và dễ dàng cho việc quản lý, giám sát

Với những kiến thức và kinh nghiệm đã tích lũy được về lĩnh vực tự động hóa trong quá trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, nhóm muốn vận dụng những kiến thức đã học được của mình để xây dựng một mô hình bãi giữ xe ô tô tự động, kết hợp các phương pháp, công nghệ quản lý, giám sát hiện đại để việc giám sát bãi giữ xe thuận tiện, dễ dàng

1.2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu đề tài: Hoàn thành mô hình bãi giữ xe ô tô tự động với các đặc điểm sau:

 Bãi giữ xe kiểu tầng hầm

 Sử dụng công nghệ RFID để gửi/lấy xe

 Mô hình bãi giữ xe chỉ thể hiện đặc trưng cấu trúc của hệ thống trong thực

tế, không mô phỏng hoàn toàn hệ thống

 Các linh kiện, thiết bị trong hệ thống được lựa chọn để phù hợp với mô hình, không phù hợp với hệ thống trong thực tế do có sự chênh lệch về các thông

số điện áp, dòng điện, tính ổn định, tuổi thọ sản phẩm, sự khác nhau về đặc điểm cơ khí

 Đề tài không tính toán thông số động cơ, không tính toán lực, độ bền của cơ cấu truyền động, không tính toán hệ thống cung cấp điện

 Đề tài không tính toán tốc độ di chyển của khung nâng và tải trọng của khung nâng

 Không tính toán, thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy

 Việc giám sát hệ thống chỉ giới hạn ở số liệu gửi xe, thông tin xe, trạng thái hoạt động cơ bản của động cơ (on/off), tiến trình làm việc của hệ thống, lịch

sử vận hành hệ thống

 Không có camera giám sát bên trong bãi

 Chức năng nhận diện biển số xe của đề tài được kế thừa từ chương trình miễn phí, chỉ nhận diện được các biển số xe trắng đen, trong điều kiện ánh sáng tốt

và biển số được chụp ở hướng trực diện, tốc độ xử lý thấp

 Đề tài không có hệ thống an ninh để nhận diện người lấy xe và người gửi xe

là một

 Đề tài không giải quyết vấn đề cách thức thanh toán chi phí gửi xe

 Đề tài không tính toán tính kinh tế của hệ thống

1.4 Cấu trúc đề tài

 Chương 1: Tổng quan

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

 Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình

 Chương 4: Lập trình điều khiển mô hình

 Chương 5: Kết quả và những hạn chế

 Chương 6: Kết luận và hướng tham khảo

 Tài liệu tham khảo

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động

2.1.1 Thực trạng bãi giữ xe ô tô hiện nay

 Bãi giữ xe truyền thống

Đây là phương pháp giữ xe đơn giản nhất Loại bãi giữ xe này đã từng được xây dựng phổ biến, nhưng ngày nay, số lượng phương tiện giao thông quá nhiều và không ngừng tăng lên khiến chúng không còn phù hợp Các bãi giữ xe truyền thống cần được thay thế bằng các hệ thống giữ xe mới với việc gửi-lấy xe hiệu quả hơn, khả năng đỗ xe tăng lên thay vì phải tăng diện tích đất

 Ưu điểm:

 Vốn đầu tư, chi phí bảo trì thấp

 Xây dựng nhanh chóng, đơn giản

 Nhược điểm:

 Cần diện tích đất lớn

 Việc tìm xe khó khăn vì số lượng xe quá nhiều

 Tốn thời gian lấy, gửi xe

Hình 2.1: Bãi giữ xe ô tô truyền thống

 Bãi giữ xe kiểu tòa nhà

Hình 2.2: Bãi giữ xe kiểu tòa nhà

Để tăng số lượng xe đỗ trên một đơn vị diện tích đất, các bãi giữ xe truyền thống được thay thế bằng các bãi giữ xe nhiều tầng với cấu trúc là các tòa Loại hình bãi giữ

xe này đã khắc phục được một số nhược điểm của bãi giữ xe truyền thông nhưng vẫn chưa thực sự hiệu quả

 Ưu điểm:

 Số lượng xe trên một đơn vị diện tích tăng nhiều lần

 Cấu trúc không phức tạp

 Nhược điểm:

 Thời gian gửi, lấy xe lâu

 Tận dụng không gian chưa thực sự hiểu quả vì không gian bên trong tòa nhà cần đủ lớn để con người đi lại

ở trạm gửi xe, sau đó cơ cấu AGV nằm dưới tấm pallet sẽ di chuyển tấm pallet này vào vị trí đỗ trong bãi Nếu có nhiều yêu cầu gửi xe đồng thời, các AGV sẽ phối hợp điều động với nhau đưa xe ra vào bãi Hệ thống này áp dụng cho các bãi giữ xe kiểu tòa nhà nâng cấp lên tự động, thời gian lấy cất xe nhanh nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu tối ưu về không gian

 Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng [3]

Hình 2.4: Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng

Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng bao gồm một cơ cấu nâng được đặt ở trung tâm Cơ cấu này có thể di chuyển đồng thời theo phương ngang và phương thẳng đứng nên việc di chuyển giữa các ô chứa xe rất nhanh

Để phục vụ cho việc di chuyển của khung nâng, hệ thống lắp đặt các thanh ray theo phương ngang ở trần và sàn, đồng thời, một hành lang sẽ được dùng cho khung nâng di chuyển Vị trí đỗ xe nằm hai phía của hành lang này Mỗi khung nâng chỉ có thể di chuyển trong hành lang của mình, do đó, hệ thống sẽ khó khăn nếu xây dựng nhiều hành lang khác nhau, các hành lang này sẽ hoạt động độc lập và không liên kết được với nhau

 Chí phí đầu tư cao hơn so với hệ thống AGV

 Chỉ có một khung nâng phục vụ cả lấy và gửi xe nên chỉ có một nhiệm

vụ được thực thi tại một thời điểm

 Hệ thống giữ xe tự động Puzzle [2]

Hình 2.5: Hệ thống giữ xe tự động Puzzle

Hệ thống Puzzle gồm nhiều tấm pallet được đặt vào một khung thép chắc chắn, có

từ 2 tầng trở lên và chỉ có một hàng Mỗi pallet được trang bị các con lăn, dây đai và động cơ để có thể di chuyển theo cả phương ngang và phương thẳng đứng Mỗi tầng thường có ít hơn 2 pallet so với số pallet tối đa để có các khoảng trống cho pallet di chuyển Nhờ các khoảng trống này, hệ thống có thể di chuyển để tiếp nhận xe và cất

xe tương tự như cách di chuyển của trò chơi Puzzle

 Khó khăn khi xây dựng hệ thống lớn

 Thuật toán điều khiển phức tạp

 Hệ thống giữ xe tự động Shuttle [2]

Hình 2.6: Hệ thống giữ xe tự động Shuttle

Hệ thống giữ xe tự động Shuttle có cấu trúc gần giống với hệ thống Khung nâng, gồm một hành lang trống ở giữa và các ô chứa xe nằm hai bên hành lang Shuttle là các tấm pallet có khả năng di chuyển tịnh tiến hai chiều dọc theo hành lang nhờ vào hai thanh ray gắn hai bên hành lang ở mỗi tầng Hệ thống sẽ có thang máy vận chuyển

ở một hoặc hai phía của hành lang Shuttle có thể di chuyển từ tầng này sang tầng khác nhờ vào thang máy này Số lượng Shuttle có thể thay đổi linh hoạt tùy theo nhu cầu và kinh phí Đối với hệ thống sử dụng thang máy chỉ để di chuyển xe, mỗi tầng đều phải trang bị một Shuttle và Shuttle chỉ hoạt động giới hạn trong tầng đó Đặc

biệt, hệ thống này có thể trang bị hai hàng giữ xe ở mỗi bên hành lang, tuy nhiên thời gian lấy xe sẽ giảm xuống

 Ưu điểm:

 Có các ưu điểm của các hệ thống khung nâng

 Thời gian lấy-gửi xe nhanh hơn hệ thống khung nâng do có nhiều Shuttle phối hợp hoạt động

 Nhược điểm:

 Chi phí xây dựng lớn

 Hệ thống giữ xe tự động Silo [2]

Hình 2.7: Hệ thống giữ xe tự động Silo

Hệ thống hình trụ với cơ cấu lấy xe là một trục thẳng đứng được đặt tại trung tâm

hệ thống Tấm nâng gắn với trục có thể di chuyển xoay quanh trục, tịnh tiến theo phương thẳng đứng, di chuyển vào ra ở các ô chứa giúp cho việc di chuyển xe giữa các ô rất nhanh Hệ thống thường chỉ lấy hoặc đỗ một chiếc xe tại một thời điểm nên tốc độ lấy xe chưa cao Hệ thống thông thường được đặt dưới mặt đất

 Hệ thống giữ xe tự động Tower [2]

Hình 2.8: Hệ thống giữ xe tự động Tower

Hệ thống Tower gồm một thang máy và các ô chứa xe nằm ở hai bên thang máy

Xe sẽ được tiếp nhận ở tầng thấp nhất, sau đó thang máy sẽ đưa xe tới tầng có vị trí

đỗ, pallet trên thang máy sẽ di chuyển xe vào ô chứa Hệ thống có số lượng xe lưu trữ thấp

Hệ thống có cơ cấu tương tự chiếc đu quay Khi có yêu cầu gửi xe, cơ cấu sẽ xoay

để đưa khoang chứa trống xuống mặt đất, sau khi tiếp nhận xe, cơ cấu xoay và đổi chỗ cho ô chứa trống khác

đã xem xét các tiêu chí sau:

 Yêu cầu kỹ thuật về cơ khí không quá phức tạp

 Hệ thống dễ dàng cho việc quản lý, giám sát

 Phù hợp cho hệ thống giữ xe dưới lòng đất

 Số lượng xe trên một đơn vị diện tích lớn

2.2 Mục tiêu mô hình bãi giữ xe ô tô tự động

2.2.1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động của mô hình

 Gửi xe

Bước 1: Người điều khiển phương tiện lái xe ô tô đến trạm gửi, sau khi đỗ xe đúng vị trí và camera ghi lại thông tin biển số, người điều khiển phương tiện di chuyển ra khỏi xe và quét thẻ RFID

Bước 2: Xe sẽ đưa đến khoang gửi xe trung gian dưới lòng đất

Bước 3: Khung nâng di chuyển đến khoang trung gian tiếp nhận xe và đưa xe vào ô chứa

Để đơn giản hóa việc thi công, trạm gửi và khoang gửi xe trung gian trên mô hình

 Dữ liệu xác thực khi gửi/lấy xe

Để đảm bảo tính an ninh cho hệ thống giữ xe, mô hình sẽ xác thực việc gửi và lấy

xe dựa trên thông tin thẻ RFID khi hệ thống tiếp nhận xe và thông tin biển số xe

 Lựa chọn ô chứa

Hệ thống sẽ tự động lựa chọn ô chứa còn trống khi người dùng gửi xe và tự xác định ô chứa xe từ mã thẻ của người lấy xe Ngoài ra, người giám sát có thể thay đổi vị trí các xe trong bãi khi cần thông qua giao diện giám sát

 Các chế độ điều khiển

 Auto: Ở chế độ này, hệ thống sẽ tự thực hiện tiến trình khi có lệnh gửi/lấy

xe từ người dùng, người giám sát

 Manual: Chế độ cho phép người giám sát di chuyển xe giữa các ô chứa khi cần

 Advanced Manual: Chế độ chỉ được phép truy cập bởi các Administrator

có quyền can thiệp vào cơ cấu của hệ thống Ở chế độ này, người điều khiển có thể điều khiển trực tiếp các động cơ trên cơ cấu, điều khiển vị trí

theo các trục di chuyển, kiểm tra hoạt động của cơ cấu

 Giám sát dữ liệu

Ngoài các thông tin về xe, trạng thái của bãi giữ xe theo thời gian thực, hệ thống

sẽ giám sát lịch sử vận hành của hệ thống và lịch sử giữ xe của khách hàng

2.2.2 Các vấn đề cần giải quyết

Để đạt được các mục tiêu mô hình nêu trên, đề tài cần giải quyết các vấn đề sau:

 Thiết kế phần cứng điều khiển mô hình

 Lập trình điều khiển theo yêu cầu điều khiển đã đặt ra

 Thiết kế giao diện giám sát để người giám sát có thể lựa chọn chế độ, giám sát tiến trình hệ thống, giám sát dữ liệu, điều khiển hệ thống

 Lựa chọn phương pháp lưu trữ và truy xuất dữ liệu của hệ thống

 Giao tiếp giữa chương trình nhận diện biển số, thiết bị đọc thẻ RFID, dữ liệu

hệ thống, giao diện giám sát và thiết bị điều khiển

2.2.3 Phương hướng giải quyết

Phương hướng giải quyết các vấn đề đã đặt ra của đề tài như sau:

 Sử dụng PLC S7-1200 làm thiết bị điều khiển hệ thống

 Sử dụng cảm biến phản xạ hồng ngoại và công tắc hành trình để xác định vị trí dừng Sử dụng chức năng PWM chủa PLC S7-1200 để điều khiển tốc độ động cơ phù hợp với mô hình

 Sử dụng phần mềm Tia Portal để lập trình điều khiển cho hệ thống

 Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển bằng phần mềm WinCC Professional Giao diện sẽ được dùng để lựa chọn chế độ hoạt động, kiểm tra, theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống

 Lưu trữ và truy vấn dữ liệu bằng phần mềm Microsoft SQL Sever

 Sử dụng phần mềm Visual Studio 2015 và ngôn ngữ C# để thết kế giao diện đọc tín hiệu từ thẻ từ và xử lý ảnh biển số xe Sau đó so sánh với dữ liệu được lưu trong cở sở dữ liệu Microsoft SQL Sever và truyền dữ liệu đến PLC để

ra lệnh cho hệ thống thực thi Đồng thời, giao diện sẽ xử lý dữ liệu trong cơ

sở dữ liệu sau khi thực hiện xong các tiến trình

2.3 Thiết bị điều khiển lập trình được (PLC)

2.3.1 PLC là gì?

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi

ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell [5]

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau [5]:

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

 Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

 Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng

 Giá cả cá thể cạnh tranh được

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của PLC [5]

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình,

sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên

kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

 Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau

 Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

 Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

2.3.3 PLC S7-1200 [6]

PLC S7-1200 là plc có thiết kế nhỏ gọn của hãng Siemens, được sử dụng linh động

và khả năng mở rộng phù hợp với hệ thống tự động hóa nhỏ và tương ứng với người dùng cần

Hình 2.10: PLC S7-1200

CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với một vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tính hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên thân, điều khiển vị trí (Motion control), và ngõ vào Analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ Sau khi download chương trình xuống CPU vẫn giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết bị/thông tin trong ứng dụng của người lập trình CPU giám sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình người dingf có thể bao gồm các phép toán logic của đại số boolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông với những thiết bị truyền thông khác

PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng Profinet Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS 485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng Trong đề tài này, PLC S7-1200 được lựa chọn làm CPU điều khiển hệ thống

Thông tin chí tiết về PLC S7-1200 sẽ được nêu ở mục “2.3.4”

2.3.3.1 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng

Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời cho người dùng có nhiều

sự lựa chọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra Relay/DC…

Tuy nhiên, túy ứng dụng và chương trình mà người dùng lựa chọn CPU nào phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành để làm cho hệ thống hoạt động tốt nhưng kinh

tế nhất

 Thông số CPU 1211C và 1212C

Bảng 2.1: Thông tin về CPU 1211C/1212C

Bảng 2.2: Thông tin về CPU 1214C/1215C

 Work memory: Vùng nhớ sẽ bị mất dữ iệu khi CPU mất điện Trong quá trình hoạt động, CPU có thể copy một số phần, chức năng của project từ vùng nhớ Load memory sang vùng nhớ Work memory để thực hiện

 Retetive memory: Là vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ lại những dữ liệu cần thiết/mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn

 Thể nhớ MMC

Một lựa chọn khác đẻ lưu trữ chương trình người dùng giống như những vùng nhớ được nói ở trên đó là sử dụng Simatic MMC để lưu trữ chương trình người dùng hoặc transfer chương trình người dùng Nếu người dùng sử dụng thể nhớ MMC, CPU sẽ chạy chương trình từ thẻ nhớ chứ không phải trên vùng nhớ của CPU

Thẻ nhớ Simatic MMC được sử dụng như một thẻ nhớ chương trình, một thẻ transfer, lưu trữ dữ liệu data log hoặc sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU

 Khi muốn download chương trình xuống nhiều CPU giống nhau và cùng một Project Việc sử dụng phần mềm làm cho tốn kém thời gian… thì viêc

sử dụng Simatic MMC với chức năng là thẻ transfer giúp cho hiệu quả hơn rất nhiều Người dùng chỉ cần cắm thẻ MMC và đợi transfer xong và lấy thẻ nhớ ra

 Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được load từ thẻ nhớ

 Ngoài ra, thẻ MMC cũng có thể sử dụng để lưu trữ thông tin về data log,

mở rộng vùng nhớ lưu trữ cho Web server, hoặc có thể sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU (ví dụ từ V1.0 lên V2.0, V2.0 lên V2.2…)

 Kiểu dữ liệu PLC S7-1200

Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7-1200 sẽ được giải thích cách định dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu thông qua bảng dưới đây:

Bảng 2.3: Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200

Bit và chuỗi Bit

 Bool gồm 1 bit đơn

 Byte gồm 8 bit

 Word gồm 16 bit

 Dword gồm 32 bit

Interger

 USInt (số interger không dấu 8 bit)

 SInt (số interger có dấu 8 bit)

 UInt (số interger không dấu 16 bit)

 Int (số interger có dấu 16 bit)

 UDInt (số interger không dấu 32 bit)

 DInt (số interger có dấu 32 bit)

Số thực - Real  Real - số thực dấu chấm động 32 bit

 LReal - số thực dấu chấm động 64 bit

Date and Time

 Date là kiểu dữ liệu 16 bit chỉ số ngày có tầm từ 1-1 đến D#2168-12-31

D#1990- DTL (Date and time long) bao gồm dữ liệu với 12 Byte lưu trữ thông tin về ngày, tháng, năm

Char và String  Char là kiểu dữ liệu với 8 Bit

 String là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 char

Array và Structure

 Array là kiểu dữ liệu mảng bao gồm nhiều thành phần đơn giống nhau về kiểu dữ liệu Mảng có thể tạo trong giao diện interface của OB, FC, FB, DB

 Struct là kiểu dữ liệu định dạng theo cấu trúc thành phần

có thể bao gồm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau

PLC data types  PLC Data types hay còn gọi là UDT là dạng dữ liệu cấu

trúc có thể định nghĩa bởi người dùng

Pointer  Pointer hay con trỏ dùng để định địa chỉ gián tiếp

Từ năm 2010 - đến nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V15 Hiện nay, phần mềm Tia Portal không chỉ lập trình cho các bộ controller mà còn có thể thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hình cho Driver của Siemens

2.3.3.4 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200

Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là: LAD, FBD và SCL

 LAD - LADER: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch… đơn giản,

dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi

 FBD - Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Boolean

 SCL - Structure Language Control: Đây là ngôn ngữ lập trình theo dạng text, và là ngôn ngữ lập trình cấp cao sử dụng dựa trên nền Pascal phát triển Ngôn ngữ lập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng đối tượng cho PLC,

vì nó gần gũi với tư duy người dùng

Khi viết code cho một khối hàm nào đó (OB, FB, FC) thì người dùng có thể sử dụng một trong 3 ngôn ngữ trên để lập trình

2.4 Phần mềm Tia Portal [7]

TIA Portal là viết tắt của Totally Intergrated Automation Portal - hệ thống tự động hóa tích hợp toàn diện TIA Portal là một phần mềm tự động với nền tảng chính gồm

ba phần mềm SIMATIC Step 7, SIMATIC WinCC và Startdrive

 SIMATIC Step 7 dùng để lập trình cho các bộ điều khiển PLC S7 với các phiên bản Basic và Professional

 SIMATIC WinCC dùng để thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển HMI cũng như SCADA với các phiên bản Basic, Comfort, Advanced và Professional

 Startdrive dùng để cấu hình cho các Drive (biến tần và động cơ)

Với các phiên bản mới, TIA Portal ngày càng được tích hợp thêm nhiều tính năng

và ứng dụng như:

 SCOUT được sử dụng dể lập trình cho các bộ SIMOTION-các bộ điều khiển

chuyên biệt dành cho truyền động nay đã được tích hợp vào trong TIA Portal

 TIA Openess giúp cho người dùng có thể đồng thời sử dụng các phần mềm

lập trình hướng đối tượng như C++, NET, HTML JavaScript… để lập trình

hệ thống

 SIMOCODE ES được sử dụng để thiết kế và lập trình cho các bộ Simocode

trong điều khiển và bảo vệ động cơ

TIA Portal đã giúp cho việc thiết kế và thực hiện một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh nhất trở thành đơn giản nhất

2.5 Phần mềm SCADA WinCC Professional [7]

Phiên bản WinCC Professional là phiên bản đầy đủ cho hệ thống SCADA hoàn chỉnh theo yêu cầu thiết kế hệ thông với nền tảng kiến thức ban đầu khi chúng ta nói

về một hệ thống SCADA

Phiên bản WinCC Professional có những chức năng cơ bản dựa theo phần mềm WinCC V7, đươc thiết kế và sử dụng cho những hệ thống trung bình và lớn, với số lượng tag liên kết lên tới 264.144 tag chạy runtime Có thể sử dụng cho cả hệ thống với chế độ đơn trạm (Single Station) và đa trạm (Client/Sever)

Phiên bản WinCC Professional hỗ trợ hai máy tính WinCC Sever (một Master và một máy tính dự phòng Standby - Redundancy) với 32 WinCC Client

Hình 2.11: Minh họa về hệ thống SCADA với WinCC Professional

Giới hạn của WinCC Professional:

 Tối đa 260.000 tag chạy runtime

 Tối đa 60.000 cảnh báo Alarm

 Tối đa 2.000 trang màn hình

 Tối đa 2.000 recipe

2.6 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) [8]

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận

dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet)

Bộ đọc quét dữ liệu của thẻ(tag) và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ(tag) Chẳng hạn, các thẻ(tag) có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau:

 Bộ đọc (Reader) truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của

nó đến một con chip

 Bộ đọc (Reader) nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip

 Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi Bộ đọc(reader)

Đây là một phương pháp đáng tin cậy để phát hiện và giám sát điện tử, một dạng mới của phương pháp truyền thông tin vô tuyến Cũng có thể hiểu RFID như một loại

mã vạch điện tử, trong đó dữ liệu được mã hóa dưới dạng bít, được truyền đi và nhận biết thông qua sóng vô tuyến Thẻ RFID có hai loại: tích cực và thụ động Các bộ thu phát tích cực có một nguồn nuôi trong khi các bộ thu phát thụ động thu năng lượng

từ chính tín hiệu sóng vô tuyến mà nó nhận được từ các máy dò hay máy đọc Loại thẻ thụ động được ứng dụng rộng rãi hơn cả Thẻ RFID thụ động hoạt động nhờ năng lượng sóng vô tuyến thu được qua ăng-ten mà không cần nguồn nuôi Điện thế AC cảm ứng này được chỉnh lưu để cung cấp nguồn điện cho thiết bị Thiết bị bắt đầu hoạt động khi điện thế DC đạt được một giá trị xác định Bằng việc cung cấp một tín hiệu vô tuyến mang năng lượng, một máy đọc có thể giao tiếp từ xa với một thiết bị không có nguồn nuôi Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ

sở dữ liệu Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốn thành phần:

 Tag: thẻ RFID được lập trình điện tử với thông tin duy nhất

 Các reader hoặc sensor (cảm biến) để truy vấn các thẻ

 Anten

 Server

2.7 Truyền thông nối tiếp UART [9]

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính

và các thiết bị ngoại vi

Thiết bị UART gửi sẽ lấy các byte dữ liệu và truyền đi từng bit riêng lẻ tuần tự Tại thiết bị nhận, các bit riêng lẽ sẽ được kết hợp lại thành các byte hoàn chỉnh Mỗi thiết bị UART sẽ có một thanh ghi dịch dùng đễ chuyển đổi giữa dạng nối tiếp và song song Truyền thông tin kỹ thuật số nối tiếp thông qua một dây ít tốn kép hơn só với truyền song song qua nhiều dây

UART thường không tạo hoặc nhận tín hiệu trực tiếp kết nối giữa hai thiết bị Các thiết bị trung gian sẽ được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu mức logic giữa tín hiệu UART và tín hiệu truyền thông giữa các thiết bị, có thể là điện áp, dòng điện,…

2.8 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C# và nền tảng NET Framework

2.8.1 Nền tảng NET Framework [10]

.NET Framework là một nền tảng lập trình và cũng là một nền tảng thực thi ứng dụng chủ yếu trên hệ điều hành Microsoft Windows được phát triển bởi Microsoft

Các chương trình được viết trên nền.NET Framework sẽ được triển khai trong môi trường phần mềm (ngược lại với môi trường phần cứng) được biết đến với tên Common Language Runtime (CLR) Môi trường phần mềm này là một máy ảo trong

đó cung cấp các dịch vụ như an ninh phần mềm (security), quản lý bộ nhớ (memory management), và các xử lý lỗi ngoại lệ (exception handling)

.NET framework bao gồm tập các thư viện lập trình lớn, và những thư viện này hỗ trợ việc xây dựng các chương trình phần mềm như lập trình giao diện; truy cập, kết nối cơ sở dữ liệu; ứng dụng web; các giải thuật, cấu trúc dữ liệu; giao tiếp mạng CLR cùng với bộ thư viện này là 2 thành phần chính của.NET framework

.NET framework đơn giản hóa việc viết ứng dụng bằng cách cung cấp nhiều thành phần được thiết kế sẵn, người lập trình chỉ cần học cách sử dụng và tùy theo sự sáng tạo mà gắn kết các thành phần đó lại với nhau Nhiều công cụ được tạo ra để hỗ trợ xây dựng ứng dụng NET, và IDE (Integrated Developement Environment) được phát triển và hỗ trợ bởi chính Microsoft là Visual Studio

2.8.2 Ngôn ngữ lập trình C# [11]

C# là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi Microsoft C#, theo một hướng nào đó, là ngôn ngữ lập trình phản ánh trực tiếp nhất đến NET Framework mà tất cả các chương trình.NET chạy, và nó phụ thuộc mạnh mẽ vào framework này Mọi dữ liệu cơ sở đều là đối tượng, được cấp phát và hủy bỏ bởi trình dọn rác Garbage-Collector (GC), và nhiều kiểu trừu tượng khác chẳng hạn như class, delegate, interface, exception phản ánh rõ ràng những đặc trưng của.NET runtime

Có thể sử dụng C# để tạo ra các ứng dụng truyền thống Windows, dịch vụ Web XML, thành phần phân phối ứng dụng dạng clientserver, ứng dụng cơ sở dữ liệu,…

2.9 Xử lý ảnh [12]

Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh Đây

là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây Xử lý ảnh gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lựong ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Sự phát triển của xử lý ảnh đem lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của con người

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó

Do giới hạn về kiến thức, kỹ thuật xử lý ảnh trong đề tài sẽ lấy từ chương trình

nhận dạng biển số xe đã được xây dựng sẵn trên internet [13]

2.10 Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ Microsoft SQL Sever

SQL là viết tắt của Structured Query Language, hay ngôn ngữ truy vấn mang tính

cấu trúc, là một loại ngôn ngữ máy tính phổ biến để tạo, sửa, và lấy dữ liệu từ một hệ

quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ [14]

Microsoft SQL Server là hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu được phát triển bởi

Microsoft Như một sever cơ sở dữ liệu, nó là một sản phẩm phần mềm có chức năng

chính là lưu trữ và truy xuất dữ liệu theo yêu cầu của các ứng dụng phần mềm khác,

có thể chạy trên cùng một máy tính hoặc các máy tính khác thông qua mạng (bao

gồm cả Internet) [15]

SQL là ngôn ngữ phi thủ tục, không yêu cầu cách thức truy cập cơ sở dữ liệu như

thế nào Tất cả các thông báo của SQL rất dễ dàng sử dụng và ít mắc lỗi

SQL cung cấp các tập lệnh phong phú cho các công việc hỏi đáp dữ liệu như:

 Chèn, xóa và cập nhật các hàng trong 1 quan hệ

 Tạp, thêm, xóa và sửa đổi các đối tượng trong của cơ sở dữ liệu

 Điều khiển việc truy cấp tới cơ sở dữ liệu và các đối tượng của cơ sở dữ liệu

để đảm bảo tính bảo mật, tính nhất quán và sự ràng buộc của cơ sở dữ liệu

Đối tượng của SQL server là các bảng dữ liệu với các cột và các hàng Cột được

gọi là trường dữ liệu và hàng là bản ghi của bảng Cột dữ liệu và kiểu dữ liệu xác định

tạo nên cấu trúc của bảng Khi bảng được tổ chức thành một hệ thống cho một mục

đích sử dụng cụ thể vào công việc nào đó sẽ trở thành một cơ sở dữ liệu [16]

2.11 Thư viện S7.Net [17]

S7.Net là một driver plc có chức năng tạo kết nối giữa các chương trình được lập

trình bằng ngôn ngữ C# và PLC của hãng Siemens thông qua giao tiếp Ethernet Vì

chỉ được xây dựng dành cho giao tiếp Ethernet nên thư viện này chỉ dùng được với

các PLC có CPU hỗ trợ profinet hoặc lắp thêm module profinet mở rộng (CPxxx

card)

S7.Net được viết hoàn toàn bằng ngôn ngữ lập trình C# nên người sử dụng có thể

dễ dàng thực thi chương trình mà không cần thông qua thư viện dll

S7.Net đã tích hợp sẵn các phương thức, các lớp giúp cho người dùng có thể dễ

dàng tạo kết nối với PLC và trao đổi dữ liệu, điều khiển từ các chương trình viết bằng

ngôn ngữ C# trên máy tính

S7.Net hỗ trợ cho các dòng PLC S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

3.1 Tổng quan về cơ khí của mô hình

Mô hình được làm từ mica và cơ cấu truyền động chủ yếu là bánh răng thanh răng