GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, Việt Nam đang tích cực hiện đại hóa đất nước với mục tiêu trở thành một quốc gia công nghiệp hiện đại vào năm 2020 Sự nâng cao đời sống của người dân đã dẫn đến nhu cầu đi lại, đặc biệt là sử dụng ô tô, gia tăng mạnh mẽ Chẳng hạn, trong 10 tháng đầu năm 2013, Toyota Việt Nam đã bán được khoảng 26.400 xe, chiếm 34,7% thị phần của Hiệp hội Các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) Tính đến năm 2013, sau 18 năm hoạt động tại Việt Nam, tổng số xe ô tô xuất xưởng đã gần đạt 250.000 chiếc.
Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông cá nhân tại các thành phố lớn đã dẫn đến tình trạng thừa ô tô và thiếu bãi đỗ, khiến việc gửi xe trở thành nỗi khổ của nhiều người Tìm kiếm bãi đỗ xe ở các đô thị lớn chưa bao giờ khó khăn như hiện nay, với các bãi gửi xe luôn trong tình trạng quá tải và giá cả gửi xe hỗn loạn Hầu hết các điểm giữ xe còn lại chủ yếu tận dụng vỉa hè, lòng đường, chung cư và các ngõ ngách.
Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông đang gây ra khủng hoảng bãi đỗ xe tại Hà Nội và Hồ Chí Minh, khi chỉ có 30% nhu cầu được đáp ứng, còn 70% là bãi đỗ xe trái phép Tình trạng này dẫn đến việc lòng đường bị thu hẹp và giao thông tắc nghẽn Do đó, việc phát triển các bãi đỗ xe thông minh trở thành giải pháp cần thiết và hợp lý cho các thành phố lớn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội và nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng tăng, vấn đề giữ xe đã trở thành một thách thức lớn tại Việt Nam Cơ sở vật chất hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến khó khăn trong việc tìm kiếm chỗ đậu xe Diện tích đậu xe hạn chế, cùng với việc cần có lối đi đủ rộng để ra vào, khiến việc tìm chỗ đỗ trở nên phức tạp Khi đã tìm được chỗ đậu, người sử dụng vẫn phải đối mặt với tình trạng chật chội, khi khoảng cách giữa các xe rất nhỏ.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
17 cực kỳ nhỏ và cách sắp xếp không khoa học, đã gây ra rất nhiều khó khăn và ức chế cho người gửi
Nhu cầu về bãi giữ xe ô tô tự động ngày càng trở nên cần thiết và cấp bách, giúp đáp ứng nhu cầu đỗ xe cao mà không chiếm nhiều diện tích Hệ thống này không chỉ mang lại sự nhanh chóng và hiệu quả trong việc lấy xe mà còn góp phần nâng cao cảnh quan và văn minh đô thị, thúc đẩy sự hiện đại và tươi đẹp cho đất nước.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Dựa trên việc phân tích nhu cầu giữ xe ô tô hiện nay và các hệ thống giữ xe tự động, mô hình bãi giữ xe ô tô tự động hình trụ đã được chế tạo với 3 tầng, mỗi tầng có 15 ngăn chứa xe, riêng tầng 1 có 14 ngăn và 1 ngăn bắt đầu, tổng cộng có khả năng giữ tối đa 44 xe Tuy nhiên, do hạn chế về chi phí, nhóm chỉ sử dụng 6 ngăn để mô phỏng hoạt động thực tế của hệ thống Mô hình này sẽ mang lại cơ hội cho nhiều sinh viên chưa có điều kiện tiếp xúc với hệ thống thực tế, giúp họ học hỏi và trải nghiệm, từ đó tích lũy những kinh nghiệm quý báu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các hệ thống giữ xe ô tô tự động có trong thực tế Đặc biệt là bãi giữ xe ô tô tự động lớn trên thế giới “Autostadt” ở Đức…
Nghiên cứu này được thực hiện trong một quy mô nhỏ, với giới hạn về thời gian và chi phí, do đó chỉ tập trung vào việc tính toán và thiết kế dựa trên mô hình Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động hình trụ được chế tạo với 3 tầng, mỗi tầng có khả năng chứa 15 xe.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận:
Đầu tiên, cần tìm hiểu các loại mô hình bãi giữ xe ô tô tự động hiện có trên thị trường Tiếp theo, tiến hành phân tích và đánh giá ưu nhược điểm của từng loại để đưa ra sự lựa chọn phù hợp Cuối cùng, thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình bãi giữ xe ô tô tự động.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:
Nghiên cứu tài liệu chuyên ngành, sách báo và giáo trình liên quan là cần thiết để thực hiện tính toán, điều khiển và lập trình trên các trang web và diễn đàn trực tuyến Các phương pháp cụ thể được áp dụng trong quá trình này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả công việc.
Khám phá và tham khảo các sản phẩm hiện có trên thị trường để thiết kế mô hình 3D, đồng thời nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tự động cũng như điện - điện tử vào việc điều khiển hệ thống.
Sử dụng kiến thức hình họa vẽ kỹ thuật và phần mềm Solidworks để thiết kế chi tiết và cơ cấu cho mô hình, đồng thời áp dụng các kiến thức cơ sở ngành như bộ truyền động, chi tiết máy và cơ lý thuyết vào tính toán thực tế Bên cạnh đó, tìm hiểu về tự động hóa và các thiết bị như CB, PLC S7-200, board Arduino Uno và động cơ.
AC 1 pha, Driver điều khiển động cơ, …
Sử dụng kiến thức từ các lĩnh vực như kỹ thuật điện – điện tử và vi điều khiển, kết hợp với phần mềm Orcad và Proteus, chúng ta có thể thiết kế và mô phỏng hiệu quả các mạch điều khiển.
Chế tạo và lắp đặt mạch điện điều khiển cho toàn bộ hệ thống mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Xây dựng giải thuật cho chương trình điều khiển là bước quan trọng trong việc lập trình hệ thống sử dụng Arduino Uno kết hợp với PLC S7-200 Đồng thời, thiết kế giao diện giám sát hệ thống bằng phần mềm WinCC giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý quá trình điều khiển.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp được chia làm 3 phần:
Cơ khí bao gồm khung thép, cơ cấu nâng với bộ truyền đai răng và cơ cấu ra-vào để gửi-lấy xe Hệ thống điện được trang bị 2 động cơ AC Servo, 2 động cơ DC hộp số, PLC, Arduino, mạch quét thẻ từ, rờ le và dây điện Điều khiển được thực hiện thông qua giao diện giám sát WinCC và lập trình bằng PLC.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bãi giữ xe xếp chồng (Auto Stacker)
Bãi giữ xe kết hợp băng chuyền và thang máy là giải pháp hiệu quả cho việc vận chuyển xe từ mặt đất lên khu vực giữ xe Thiết kế hình hộp với kích thước nhỏ và vừa, bãi giữ xe này lý tưởng cho các không gian hạn chế Tuy nhiên, do số tầng chứa xe không nhiều, bãi giữ xe này thường phù hợp hơn với các bãi giữ xe nhỏ và có hiệu quả kinh tế chưa cao.
Hình 2.1 Mô hình bãi giữ xe kiểu xếp chồng.
Mô hình bãi giữ xe nhiều tầng
Mô hình bãi giữ xe này yêu cầu người gửi xe tự lái vào vị trí gửi qua các con đường dốc, điều này cho thấy mức độ tự động hóa chưa cao và có thể gây ô nhiễm môi trường do việc di chuyển xe trên một đoạn đường Tuy nhiên, ưu điểm nổi bật của bãi giữ xe này là khả năng chứa số lượng xe lớn.
Hình 2.2 Bãi giữ xe nhiều tầng tại sân bay Hamburg.
Mô hình bãi giữ xe hoàn toàn tự động
Mô hình gửi xe tự động hoàn toàn tự động hóa quá trình gửi xe, chỉ cần người gửi lái xe vào khu vực quy định và bước ra khỏi xe, trong khi xe sẽ được đưa đi gửi một cách tự động Quá trình này chỉ mất vài phút và đảm bảo an toàn tuyệt đối Việc xếp các xe sát nhau giúp tối ưu hóa diện tích và tăng số lượng xe gửi tối đa Đây là mô hình hiện đại và phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.
Hình 2.3 Gara ô tô tự động Autostadt, Wolfsburg, Đức
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
Yêu cầu của đề tài
Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động được thiết kế với khả năng lấy xe từ vị trí ban đầu và đưa đến ngăn giữ xe theo chế độ tự động hoặc thủ công Hệ thống này cũng có khả năng gửi xe vào ngăn chứa và quay trở về vị trí ban đầu một cách hiệu quả Đặc biệt, hệ thống hoạt động ổn định và được giám sát thông qua phần mềm WinCC trên máy tính, đảm bảo quy trình vận hành an toàn và chính xác.
Mô hình giữ xe hình trụ này bao gồm 3 tầng, với tổng cộng 15 ngăn chứa xe mỗi tầng Do hạn chế về thời gian và kinh phí, tầng 1 sẽ có 3 ngăn giữ xe và 1 ngăn bắt đầu, tầng 2 có 2 ngăn giữ xe, trong khi tầng 3 chỉ có 1 ngăn giữ xe.
Phương pháp và giải pháp thực hiện
3.2.1 Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại:
Biên dạng ngoài: Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh minh hoạ
Thích hợp cho khu vực có diện tích vừa và có dạng hình vuông hay hình chữ nhật
Tốn nhiều động cơ điều khiển lấy xe, chỉ triển khai ở quy mô vừa và nhỏ
Hệ thống điều khiển xe này tiêu tốn ít động cơ, phù hợp với quy mô triển khai từ vừa đến lớn tùy theo nhu cầu Nó cho phép gửi nhiều xe một cách hiệu quả, đảm bảo tính chắc chắn và thuận tiện cho người sử dụng.
Cần diện tích lớn, Khó triển khai được ở qui mô nhỏ
Triển khai được ở diện tích nhỏ, dễ điều khiển
Số lượng xe gửi được ít, tốn nhiều nhiên liệu, lấy xe cần nhiều thời gian vì phải quay vòng một lúc nhiều xe
Chi phí giảm vì không áp dụng các hệ thống tự động
Lỗi thời, người lái xe tự lái vào vị trí theo đường xoắn ốc gây nguy hiểm cho người lái xe và ô nhiễm môi trường
Bảng 3.1 Phân tích các kiểu biên dạng ngoài của xe
Hình trụ tròn với hai thanh trượt hai bên (hai thanh trượt đứng yên)
Hình trụ tròn với hai thanh trượt ở tâm (hai thanh trượt đứng yên)
Hình trụ tròn với trục xoay ở giữa Ưu điểm
Cơ cấu lấy xe chắc chắn, có thể xoay đầu xe 180 0 nên tiện lợi cho người gửi xe
Lấy xe nhanh và di chuyển linh hoạt hơn
Tiết kiệm năng lượng và chi phí là ưu điểm nổi bật của phương án này so với hai lựa chọn khác Với thiết kế hai cửa ra vào, người gửi hàng sẽ trải nghiệm sự tiện lợi tối đa.
Tốn nhiều động c chiếm diện tích l gian lấy xe chậm.
Cuốn c Nguyên lý vận hành
Cơ cấ trên ng đó sẽ pallet đ vào ng Ưu điểm Dễ dàng cho vi chuyể kích th Tính đ Nhược điểm Cơ cấ nhiều đ
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi gi ng cơ hơn, n tích lớn Thời m
Tốn nhiều động cơ nên chi phí cao hơn Tốn nhiều năng lương hơn
Trong phần 3.2, chúng ta sẽ phân tích các cơ cấu chuyển động nâng, đặc biệt là tấm pallet dạng kẹp Cơ cấu này sẽ đảm nhiệm việc lấy pallet từ ngăn để xe và đưa nguyên pallet chứa xe vào ngăn để xe một cách hiệu quả.
Cơ cấu lấy và đưa xe dựa theo nguyên tắc kẹp 4 bánh xe dàng cho việc di ển xe với các kích thước khác nhau
Tính độ ổn định cao
Cơ cấu nhỏ, gọn, lấy xe dễ dàng ấu phức tạp Tốn u động cơ
Cơ cấu phức tạp Tốn nhiều động cơ n mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
23 ốn năng lượng vì phải chuyện động cả trục ng nâng
Chỗ để xe và cơ cấu lấy xe đều có dạng lược nhưng các thanh lược so le nhau
Cơ cấu đơn giản giúp việc đưa vào và lấy xe ra trở nên dễ dàng Tuy nhiên, nó yêu cầu độ chính xác cao về khoảng cách giữa ngăn để xe và cơ cấu lấy xe dạng lược.
Bảng 3.3 Phân tích các cơ cấu lấy xe
3.2.2 Bộ truyền động lên xuống:
Bộ truyền động Ưu điểm Nhược điềm
Thanh răng, bánh răng - Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn
- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy
- Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97 0,99
- Tỉ số truyền không đổi
- Chế tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao
- Gây ồn khi vận tốc lớn
Dây đai răng có khả năng tải lớn và làm việc hiệu quả với ít trượt, không xảy ra trượt hình học Với tỷ số truyền lớn và lực căng ban đầu nhỏ, dây đai răng hoạt động êm ái hơn so với truyền động xích nhờ khe hở ăn khớp nhỏ Hơn nữa, sản phẩm này không yêu cầu bôi trơn, mang lại sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.
- Kết cấu đơn giản, bảo quản dễ, giá thành thấp
- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai (so với truyền động bánh răng lớn gấp 2, 3 lần)
- Tuổi thọ của đai thấp
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Xích - Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột, hiệu suất cao
- Không đòi hỏi phải căng xích, nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất
- Góc ôm không có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiều bánh xích bị dẫn
- Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động, ồn
- Có tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi
- Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích
- Mau bị mòn trong môi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt
- Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục đồng thời trong trường hợp n < 500v/p
- Công suất truyền thông thường
- Tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95 0,97
Bảng 3.4 Phân tích các cơ cấu truyền động tịnh tiến
Bộ truyền động Ưu điểm Nhược điểm
Xích - Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột, hiệu suất cao
- Không đòi hỏi phải căng xích, nên lực tác dụng lên
- Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động, ồn
- Có tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất
- Góc ôm không có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiều bánh xích bị dẫn
- Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích
- Mau bị mòn trong môi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt
- Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục đồng thời trong trường hợp n < 500v/p
- Công suất truyền thông thường < 100 kW
- Tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95 0,97
Trục vít, bánh vít -Tỉ số truyền rất lớn
- Làm việc êm, không ồn
- Có khả năng tự hãm
- Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có trượt dọc răng
- Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo thành bánh vít
- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép
Dây đai răng có khả năng tải lớn và làm việc hiệu quả với ít trượt, đảm bảo không xảy ra trượt hình học Với tỷ số truyền lớn và lực căng ban đầu nhỏ, dây đai này hoạt động êm ái hơn so với truyền động xích nhờ khe hở ăn khớp tương đối nhỏ và không cần bôi trơn.
- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai (so với truyền động bánh răng lớn gấp 2, 3 lần)
- Tuổi thọ của đai thấp
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
- Kết cấu đơn giản, bảo quản dễ, giá thành thấp
Bảng 3.5 Phân tích các cơ cấu truyền động xoay.
Lựa chọn giải pháp
Dựa trên các phân tích trong phần 3.2.1 chương 3, việc lựa chọn biên dạng tròn cho hệ thống thực tế quy mô lớn trên diện tích hình vuông là phương án tối ưu nhất.
Dựa trên phân tích ở phần 3.2.1 chương 3 và với giới hạn về chi phí cũng như không gian của mô hình, phương án “Hình trụ tròn với trục xoay ở giữa” được lựa chọn để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Từ các phân tích ở phần 3.2.1 chương 3 và để đảm bảo tính ổn định khi lấy xe và đúng với thực tế, chọn cơ cấu cuốn pa lét
3.3.4 Bộ truyền động lên xuống:
Dựa trên phân tích ở phần 3.2.2 chương 3 và các đặc điểm cụ thể của mô hình, nhóm đã quyết định lựa chọn bộ truyền động dây đai răng do những ưu điểm nổi bật của nó.
Dựa trên các phân tích tại phần 3.2.3 chương 3 và với những hạn chế về chi phí cũng như đặc thù của mô hình, nhóm đã quyết định lựa chọn cơ cấu dây đai răng để thực hiện truyền động xoay.
Trình tự công việc tiến hành
Việc thực hiện đề tài được thực hiện theo trình tự sau:
• Lên ý tưởng, chọn nội dung, giới hạn của đề tài thực hiện
• Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về tính khả thi và ứng dụng của đề tài
• Quyết định đề tài thực hiện
Để thực hiện đề tài, cần tìm hiểu về các hệ thống giữ xe ô tô tự động hiện có, đồng thời tìm kiếm tài liệu, giáo trình, trang web và diễn đàn liên quan Việc nghiên cứu này sẽ giúp nắm bắt được công nghệ và xu hướng mới trong lĩnh vực giữ xe tự động.
• Thực hiện thiết kế, tính toán chọn các bộ truyền động, động cơ, phần mềm lập trình điều khiển, giám sát…
Chúng tôi thực hiện chế tạo các phần cơ khí quan trọng, bao gồm khung chính, cơ cấu xoay, cơ cấu nâng, cơ cấu đẩy ra-vào và cơ cấu cuốn xe trên pa lét.
• Thực hiện kết nối dây điện cho toàn bộ mô hình
• Lập trình điều khiển và giám sát
• Hoàn thiện toàn bộ mô hình
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Thiết kế phần động học
4.1.1 Lựa chọn các thông số ban đầu:
Dựa trên những tiêu chí cơ bản sau để chọn những thông số ban đầu cho mô hình bãi giữ xe ô tô tự động:
− Kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng tương đối, dễ chế tạo và di chuyển
− Có các chức năng cơ bản của một bãi giữ xe trong thực tế
− Giá thành chế tạo thấp
− Có tính thẩm mỹ tốt
Các thông số ban đầu được chọn như sau:
− Kích thước sơ bộ của mô hình: đường kính mm, chiều cao mm
− Đường kính khoảng trống ở giữa: mm
− Vận tốc quay của cơ cấu gửi-lấy xe: vòng/phút
− Vận tốc di chuyển lên xuống của cơ cấu gửi-lấy xe: m/s
− Vận tốc quay cuốn pa lét: vòng/phút
− Vận tốc di chuyển ra vào để lấy pa lét: m/s
Thiết kế động học bao gồm việc lựa chọn các phương án truyền động và xác định các hệ thống truyền động của máy
4.1.2.1 Xác định các chuyển động tạo hình:
• Chuyển động quay trục chính là chuyển động quay toàn bộ cơ cấu, giúp cơ cấu quay đến ô gửi- lấy xe một cách chính xác
• Chuyển động di chuyển pa lét là chuyển động được định hướng trên thanh trượt, giúp di chuyển pa lét ra-vào để lấy-gửi xe
• Chuyển động cuốn xe trên pa lét là chuyển động quay để cuốn xe ra-vào pa lét để lấy- gửi xe
• Chuyển động nâng là chuyển động được định hướng trên thanh trượt giúp cơ cấu lấy xe di chuyển đến từng tầng để gửi-lấy xe
4.1.2.2 Thiết kế các răng chuyển động:
Răng quay trục chính thực hiện chuyển động quay toàn bộ cơ cấu, được truyền từ động cơ AC Servo qua bộ truyền đai răng kết nối với hộp giảm tốc đến trục chính Tốc độ quay của trục chính có thể được điều chỉnh thông qua bộ driver.
Răng di chuyển pa lét cho phép di chuyển pa lét vào ra thông qua động cơ DC hộp số, truyền động qua bộ truyền đai răng đến con trượt được định hướng trên thanh trượt Động cơ DC có khả năng quay hai chiều nhờ vào mạch đảo chiều động cơ.
Răng cuốn xe trên pa lét giúp di chuyển xe vào và ra khỏi pa lét nhờ vào động cơ DC, thông qua hộp số và bộ truyền đai răng đến bánh đai cao su Động cơ DC có khả năng quay hai chiều nhờ vào mạch đảo chiều động cơ.
Răng nâng di chuyển cơ cấu đến từng tầng nhờ động cơ AC Servo, kết nối qua bộ truyền đai răng với con trượt được định hướng trên thanh trượt Tốc độ quay của trục chính có thể được thiết lập thông qua bộ driver.
4.1.2.3 Xác định vận tốc quay của trục và di chuyển lên xuống: Để đảm bảo cho mô hình hoạt động một cách trơn tru, linh hoạt, đồng thời cũng phải đảm bảo tính ổn định khi gửi hoặc lấy xe một cách chính xác và an toàn Vận tốc quay của trục và di chuyển lên xuống phải nằm trong một khoảng nhất định nhằm đảm bảo các yêu cầu sau:
− Khi quay từ vị trí này đến vị trí khác, xe phải nằm ổn định và không bị trật hoặc trượt khỏi pa lét
− Khi di chuyển từ tầng này đến tầng khác, xe phải nằm ổn định trên pa lét
Muốn vậy, vận tốc quay trục chính và di chuyển lên xuống phải nằm trong giới hạn từ
• Xác định vận tốc quay trục chính:
Do thời gian quay từ ô này sang ô kế tiếp mất 1s - 0.5s tương ứng với 24 o qua bộ giảm tốc
1/6 suy ra góc quay động cơ là 24 o 6 = 144 o = 0.8 (rad) do đó chọn vận tốc góc cho phép [ ] = (0.8 ÷ 1.6 ) rad/s tương ứng với [n] = (24 – 48) vòng/phút
Vì vậy chọn động cơ AC Servo có khả năng đáp ứng n min = 24 vòng/phút và n max = 48 vòng/phút
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
• Xác định vận tốc di chuyển lên xuống: Để giúp cơ cấu di chuyển xe lên xuống một cách an toàn và chính xác, chọn vận tốc dài
[V] = 0.16 ÷ 0.32 m/s tương ứng với [n] = 203 ÷ 1375 v/phút ( vì 1 rad tương đương 57.3 độ).
Thiết kế phần động lực học
4.2.1 Xác định công suất động cơ:
4.2.1.1 Xác định công suất động cơ quay trục chính:
Công thức tính công suất trên trục động cơ:
P ct – Công suất cần thiết trên trục động cơ – Hiệu suất truyền động( tùy vào các phần tử trong hệ truyền động ta có một giá trị tương ứng)
V – Vận tốc trên trục công tác
– Lực kéo( chính bằng lực ma sát Fms) Lực ma sát của cơ cấu nâng tác động lên hai ổ bi ở trên và dưới:
Trục chính và ổ bi được chế tạo bằng thép nên có hệ số ma sát là hệ số ma sát giữa thép và thép:
F ms1 = P x k ( k là hệ số ma sát) (3)
= 5.10.0,1.2 = 10 N Trục chính và khung có hệ số ma sát là 0.8:
Fms2 = P x k = 5.10.0,8 = 40 N Vậy ta có công suất trên trục công tác là:
Hiệu suất của một cặp ổ bi là = 0.99 Hiệu suất của bộ truyền đai là = 0.9 Hiệu suất của hệ truyền động là = x = 0.99x0.9 = 0.891
Thay vào công thức (1) ta được:
Từ cơ sở thiết kế, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành chọn động cơ: Động cơ AC Servo 1 pha, công suất 100W
4.2.1.2 Xác định công suất động cơ di chuyển ra vào để lấy pallet:
Theo công thức (3) trang 31, ta có:
Lực ma sát của cơ cấu ra vào tác động giữa con trượt và thanh trượt có hệ số ma sát là k = 0,1
Fms1 = 1.5.10.0,1 = 1.5 N (trong đó P là tổng khối lượng của cơ cấu cuốn pa lét, pa lét và xe)
Vậy ta có công suất trên trục công tác là:
Pt = = , = 0.3.10 -3 KW ( Theo công thức (2) trang 31) Trong đó:
Hiệu suất của con trượt – thanh trượt là = 0.9 Hiệu suất của bộ truyền đai là = 0.9
Hiệu suất của hệ truyền động là = x = 0.99x0.9 = 0.81
Thay vào công thức (1) trang 31, ta được:
Từ cơ sở thiết kế, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành chọn động cơ: Động cơ DC hộp số, công suất 15W
4.2.1.3 Xác định công suất động cơ quay cuốn xe trên pallet:
Theo công thức (3) trang 31, ta có:
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Lực ma sát của cơ cấu tác động giữa hai mặt giấy nhám có hệ số ma sát là k = 0.7
Fms1 = 1x10x0.7 = 7 N (trong đó P là tổng khối lượng của pa lét và xe)
Vậy ta có công suất trên trục công tác là:
Pt = = = 1,4.10 -3 KW (Theo công thức (2) trang 31) Trong đó:
Hiệu suất của một cặp ổ bi là = 0.99 Hiệu suất của bộ truyền đai là = 0.9 Hiệu suất của hệ truyền động là = x = 0.99x0.9 = 0.891
Thay vào công thức (1) trang 31, ta được:
Từ cơ sở thiết kế, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành chọn động cơ: Động cơ DC hộp số, công suất 30W
4.2.1.4 Xác định công suất động cơ nâng:
Theo công thức (3) trang 31, ta có:
Lực ma sát của cơ cấu nâng tác động giữa con trượt và thanh trượt
Con trượt và thanh trượt được chế tạo bằng thép nên có hệ số ma sát là hệ số ma sát giữa thép và thép:
F ms1 = 5.10.0,1 = 5 N Trọng lực P của toàn bộ cơ cấu nâng:
P = m.g = 4.10 = 40 N Vậy ta có công suất trên trục công tác là:
P t = = ( ) , = 15.10 -3 KW (Theo công thức (2) trang 31)
Hiệu suất của con trượt – thanh trượt là = 0.9 Hiệu suất của bộ truyền đai là = 0.9
Hiệu suất của hệ truyền động là = x = 0.99x0.9 = 0.81
Thay vào công thức (1) trang 31, ta được:
Từ cơ sở thiết kế, công su Động cơ AC Servo 1 pha, công su
Bộ truyền đai thường đư cùng chiều Trong một s quay ngược chiều
Bộ truyền đai bao gồm:
Trong đó, bộ truyền đai r lực căng trên đai khá nhỏ
, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành ch
AC Servo 1 pha, công suất 100W ền đai răng: ng được dùng để truyền chuyển động giữa hai tr t số trường hợp có thể truyền chuyển động gi
Hình 4.1 Bộ truyền đai thông thường
Bộ truyền đai chéo và nửa chéo bao gồm các loại đai như đai thang, đai tròn, đai hình lược và đai răng Đặc biệt, đai răng hoạt động dựa trên nguyên tắc ăn khớp, cho phép truyền động hiệu quả trong các hệ thống cơ khí.
Khi chọn động cơ cho hệ thống, cần lưu ý đến hai loại trục: trục song song và trục chéo Động cơ nên được thiết kế với yếu tố chính là êm ái, trong khi ma sát chỉ đóng vai trò phụ Đặc biệt, động cơ cần có công suất lớn và vận tốc cao, đồng thời không nên sử dụng hi trục và bộ truyền đai răng, vì chúng yêu cầu phải thường xuyên căng chằng.
Về cấu tạo, đai răng là lo đai thường được chế tạo t
Các thông số hình học c
Trong đó: p – bước đai (mm) s – chiều dày r h – chiều cao r b – chiều rộ – khoảng cách t r1, r2 – bán kính góc l
4.2.2.2 Ưu, nhược điểm c Ưu điểm:
− Có thể truyền động gi
− Làm việc êm, không gây với vận tốc lớn
− Nhờ vào tính chất đ trọng thay đổi tác dụng lên c
− Kết cấu và vận hành
Thiết kế và chế tạo mô hình bãi gi t không trượt với bộ truyền đ ăng nhỏ mang lại hiệu suất cao Đai ít băng chỉnh lại, sử dụng loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín, có r o từ cao su trộn với nhựa Natrit hoặc đúc từ c của đai răng.
Đai răng c có các thông số hình học quan trọng như độ dày răng nhỏ nhất, chiều cao răng, độ rộng đai và khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của bán kính góc lượn Góc profin răng được xác định theo độ, và bộ truyền đai thường được sử dụng cho các trục cách xa nhau dưới 15m Đai có độ dẻo cao giúp hoạt động êm ái, không gây ồn và giảm thiểu dao động trong cơ cấu Hệ thống này cũng rất phù hợp cho mô hình bãi giữ xe ô tô tự động.
Đai dẹt 35 n có lực tác dụng ít bị dãn, do đó không cần thiết phải tạo thành vòng kín với răng ở mặt trong Dây được làm từ cao su Poly-urêtan, giúp tăng cường khả năng truyền động Lớp chịu tải (mm) của đai này cho phép truyền động hiệu quả các lực sinh ra do tải.
− Kích thước bộ tuyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng
Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại trừ đai răng)
− Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truỵền
− bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai tạo lực ma sát)
− Tuổi thọ của bộ truyền thấp
Hiện nay, bộ truyền đai thang đang trở nên phổ biến, trong khi đai dẹt ngày càng ít được sử dụng Xu hướng sử dụng bộ truyền đai răng ngày càng gia tăng nhờ vào việc kết hợp những ưu điểm của cả bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai.
Mô đun được xác định theo công thức4.28 – trang 69, [1]: m = 35 x " $ # # Trong đó:
P1: công suất trên bánh đai chủ động, P1= 0.02 kW n 1 : số vòng quay của bánh đai chủ động, n1= 48 v/ph m = 35 x " = 2.61
Chiều rộng b lấy theo tiêu chuẩn bảng 4.28 – trang 69, [1] b= 20mm
Xác định các thông số của bộ truyền đai:
• Xác định số răng của bánh đai:
Số răng Z1 của bánh đai được chọn theo bảng 4.29 –trang 70 , [1]
Z2 = iđ.Z1 i đ : tỷ số truyền của bộ truyền đai (i đ = 1)
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
• Xác định sơ bộ khoảng cách trục a theo điều kiện : a min < a < a max với amin = 0,5 m (Z1 + Z2) + 2m
= 2 x 2 (15 + 15) = 120 (mm) Chọn khoảng cách trục a = 70mm
Z1 = 15 răng – số răng của bánh dẫn
Z2 = 15 răng – số răng của bị dẫn p = 6.28 mm – bước đai( m = p/ )
Chọn Zđtheo tiêu chuẩn Bảng 4.30 – trang 70, [1] Zđ = 36 răng l đ = 226,1 mm – chiều dài đai răng
• Xác định lại chính xác khoảng cách trục a: a = λ * λ ( ) ∆ (
Để xác định các thông số đường kính bánh đai, khi tỉ số truyền đai i đ = 1, cả hai bánh đai dẫn và bị dẫn có đường kính giống nhau Đường kính vòng chia của hai bánh đai được tính là d 1 = d 2 = m, với Z 1 = 2 x 15 = 30mm Ngoài ra, cần tính toán đường kính ngoài của hai bánh đai.
= 0.6mm – khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải (bảng 4.27 – trang 68, [1]) Đường kính trong của hai bánh đai: df1 = df2 = da1 – 1.8m
• Xác định số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai Z 0
1 – góc ôm trên bánh đai
• Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng: Lực vòng riêng trên hai bánh đai phải thỏa mãn điều kiện: q = 2 đ
Ft – Lực vòng trên đai, Ft = # = #
, , = 53N qm – khối lượng 1 mét đai có chiều rộng 1mm Trị số qm được tra trong bảng 4.31 – trang 71, [10] q m = 0.0032 (kg/m.mm)
K đ – Hệ số tải trọng động, K đ = 1
[q] – Lực vòng cho phép, được tính:
[qo] – Lực vòng riêng cho phép, [qo] = 5N/mm
C z – Hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khớp,
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
C u - Hệ số kể đến ảnh hưởng của truyền động tăng tốc,
3 + qm.v 2 = + 0,0032.0,07 2 = 2.65 N/mm q < [q] thỏa mãn điều kiện cho phép
• Xác định lực tác động lên trục
Lực tác dụng lên trục:
Lựa chọn thanh ray – con trượt
Để cải thiện khả năng di chuyển của hệ thống một cách dễ dàng và chính xác, đồng thời giảm thiểu ma sát và tiết kiệm năng lượng, thanh trượt TBI Motion Linear Guide là sự lựa chọn tối ưu.
Hình 4.4 Thanh trượt TBI motion linear guide.
Lựa chọn ổ bi
Ổ bi giữ vai trò quan trọng trong việc cố định và hỗ trợ trục chính, giúp định hướng cho trục chính quay một cách chính xác mà không bị lệch Nó cũng giảm thiểu ma sát, mang lại chuyển động êm ái và nhẹ nhàng cho trục chính Kích thước của ổ bi bao gồm đường kính trong 6mm, đường kính ngoài 18mm và độ dày 6mm.
Chủng loại: vòng bi đỡ chặn tiếp xúc
PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
PLC
PLC (Programable Logic Controler) bị logic khả trình cho phép th ngôn ngữ lập trình Như v số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay bên ngoài ( PLC khác ho
Siemens ( CHLB Đức ), có c này được sử dụng với nh trong bộ nhớ của PLC, trong tr nhớ ngoài để lưu chương tr
Dòng PLC S7-200 có hai h còn sản xuất nữa Họ 21X có các sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi gi ƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHI
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển linh hoạt và dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển S7-200 là một loại PLC có cấu trúc mô-đun với các mô-đun phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Tất cả nội dung của PLC, bao gồm chương trình và dữ liệu, được lưu trữ trong bộ nhớ, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mớ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; h sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của Series 22X. n mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hệ thống điều khiển logic lập trình được thông qua PLC trở thành bộ điều khiển thông minh, tương tác với môi trường Các module mở rộng cho phép lưu trữ chương trình, giúp tối ưu hóa hiệu suất điều khiển Các dòng PLC như 21X, 22X với các phiên bản khác nhau cung cấp nhiều tùy chọn cho người dùng.
Hình 5.2 Cấu trúc phần cứng của PLC
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) là thành phần chủ chốt trong PLC, chịu trách nhiệm thực hiện và xử lý các chức năng điều khiển phức tạp và quan trọng.
Bộ nhớ trong PLC bao gồm RAM, ROM và EEFROM, là nơi lưu trữ thông tin cần thiết cho quá trình xử lý chương trình Thiết kế bộ nhớ dưới dạng module giúp dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển và kích cỡ khác nhau Để mở rộng bộ nhớ, người dùng chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm trên module CPU Ngoài ra, bộ nhớ còn được trang bị một tụ điện để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.
Khối vào/ra là thành phần quan trọng trong hệ thống PLC, giúp giao tiếp giữa mạch vi điện tử (5/15VDC) và mạch công suất bên ngoài (24VDC/220VAC) Khối ngõ vào chuyển đổi điện áp cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý, trong khi khối ngõ ra chuyển đổi tín hiệu từ mức tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và thực hiện cách ly quang.
Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC
Khối quản lý ghép nối đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành và mạng truyền thông công nghiệp.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Phần mềm giám sát WinCC
Phần mềm WinCC của Siemens là giải pháp chuyên dụng cho việc thiết kế giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) và hỗ trợ xử lý, lưu trữ dữ liệu trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) trong lĩnh vực tự động hóa.
WinCC, viết tắt của Windows Control Center, là một phần mềm cung cấp công cụ để thiết lập giao diện điều khiển trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000.
WinCC là sản phẩm thuộc dòng SCADA, chuyên thiết kế giao diện cho việc vận hành và giám sát, mang lại những chức năng hiệu quả cho công tác điều khiển Hệ thống này hỗ trợ các phiên bản XP và Vista 32bit (không bao gồm SP1).
WinCC kết hợp những bí quyết hàng đầu của Siemens trong lĩnh vực tự động hóa và năng lực phát triển phần mềm của Microsoft, cho phép xây dựng các hệ thống quy mô lớn và nhỏ Hệ thống này dễ dàng tích hợp với các ứng dụng doanh nghiệp như MES và ERP, mang lại hiệu quả cao trong quản lý sản xuất Với sự hỗ trợ toàn cầu từ Siemens, WinCC có thể hoạt động trên quy mô quốc tế Tại Việt Nam, hệ thống của Siemens đã được tài trợ và đưa vào chương trình đào tạo chính thức.
5.2.2 Các mô đun sản phẩm:
Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các gói khác nhau của WinCC, với các gói cơ bản được chia thành hai loại.
Gói WinCC Runtime (RT) cung cấp các chức năng thiết yếu để vận hành các ứng dụng WinCC, bao gồm hiển thị thông tin, điều khiển quy trình, thông báo trạng thái và giá trị điều khiển, cũng như tạo báo cáo.
− WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime)
Các gói này có nhiều phiên bản khác nhau, tùy thuộc vào số lượng Powertag mà chúng hỗ trợ, bao gồm 128, 256, 1024 và 65536 Powertags Powertag là các tham số làm việc mà bộ điều khiển theo dõi giá trị của chúng thông qua việc kết nối với quy trình và thiết bị mà nó điều khiển hoặc giám sát Nếu người dùng muốn nâng cấp từ phiên bản có số Powertag nhỏ lên phiên bản lớn hơn, họ có thể mua các phiên bản nâng cấp chuyên dụng được gọi là WinCC Powerpacks.
Ngoài các gói phần mềm cơ bản, WinCC còn cung cấp các mô đun nâng cao (WinCC Options) cho các ứng dụng cấp cao và các mô đun mở rộng đặc biệt (WinCC Add-on) WinCC Options là sản phẩm của Siemens Automation and Drive (A&D), trong khi WinCC Add-on được phát triển bởi các bộ phận khác của Siemens hoặc các đối tác của Siemens nhằm mở rộng chức năng và phù hợp với từng loại ứng dụng.
5.2.3 Các chức năng thông thường của WinCC:
WinCC cung cấp các khả năng sau:
WinCC cung cấp khả năng giám sát quy trình một cách trực quan thông qua màn hình đồ họa Mỗi khi trạng thái trong quy trình thay đổi, màn hình sẽ được cập nhật liên tục, giúp người dùng theo dõi diễn biến một cách hiệu quả.
WinCC cung cấp khả năng vận hành quy trình hiệu quả, cho phép người dùng chỉ định điểm đặt trực tiếp từ giao diện người dùng hoặc thực hiện các thao tác như mở van.
WinCC cho phép giám sát quá trình hiệu quả, tự động thông báo khi có sự kiện trạng thái quá trình nghiêm trọng Khi giá trị được định nghĩa trước bị vượt quá, hệ thống sẽ hiển thị thông báo trên màn hình để người dùng kịp thời xử lý.
WinCC cho phép lưu trữ dữ liệu quá trình một cách hiệu quả Khi sử dụng WinCC, các giá trị quá trình có thể được in ra hoặc lưu trữ điện tử, giúp thu thập thông tin quy trình dễ dàng Tính năng này cũng cho phép truy cập dữ liệu lịch sử, hỗ trợ trong việc phân tích và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
5.2.4.1 Khái niệm chung về OPC
OPC (OLE for Process Control) là một giao diện do hiệp hội OPC Foundation phát triển, dựa trên mô hình đối tượng thành phần (D)COM của Microsoft.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
OPC định nghĩa các giao diện bổ sung cho việc khai thác dữ liệu từ các quy trình kỹ thuật, tạo nền tảng cho việc phát triển ứng dụng điều khiển phân tán mà không phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể.
Cốt lõi của OPC là phần mềm OPC-Sever, nơi lưu trữ các mục dữ liệu được tổ chức thành nhóm Thông thường, một OPC-Sever đại diện cho thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc cấu hình mạng truyền thông Các OPC-Item đại diện cho các biến quá trình và tham số điều khiển.
5.2.4.2 Phần mềm PC Access OPC
Các khối điều khiển
Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là tính linh hoạt và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng phát triển các dự án điện tử.
Arduino là một môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, cho phép người dùng học ngôn ngữ lập trình một cách nhanh chóng, ngay cả những người không có nhiều kiến thức về điện tử Điều đặc biệt khiến Arduino trở thành hiện tượng là giá thành phải chăng và tính chất nguồn mở của cả phần cứng lẫn phần mềm.
Arduino được giới thiệu chính thức vào năm 2005 như một công cụ đơn giản dành cho sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, một trong những nhà phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Institute Ivrea.
Bảng mạch Arduino được trang bị bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và các thành phần bổ sung, giúp lập trình và tích hợp với các mạch điện khác Các loại chip megaAVR được sử dụng trong Arduino bao gồm ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560 Bảng mạch này thường hiển thị hầu hết các chân I/O pins của vi điều khiển, cho phép kết nối với các mạch khác Chẳng hạn, Arduino Uno cung cấp 14 chân I/O số, trong đó có sáu chân hỗ trợ tín hiệu điều biến độ rộng xung và sáu chân đầu vào tương tự, tất cả đều nằm ở mặt trên bo mạch thông qua đầu chân cái 2,5 mm.
Shield là một bo mạch điện được kết nối với bo mạch chính Arduino thông qua các chân cắm Nó có khả năng cung cấp nhiều chức năng như điều khiển động cơ, GPS, kết nối mạng Ethernet, Bluetooth và hiển thị trên màn hình LCD.
Chương trình Arduino được phát triển bằng ngôn ngữ C hoặc C++ Khi bật nguồn cho bảng mạch Arduino hoặc khi reset, hàm setup() sẽ được gọi trước tiên Sau khi hoàn tất hàm setup(), Arduino sẽ chuyển sang hàm loop() và tiếp tục thực hiện hàm này một cách liên tục cho đến khi nguồn điện được tắt.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 5.3 Chu trình hoạt động của Arduino
Hàm setup() được thực thi một lần duy nhất khi bắt đầu chương trình, có nhiệm vụ khởi tạo các thiết lập cần thiết Ngược lại, hàm loop() được gọi liên tục cho đến khi bo mạch bị tắt, đảm bảo chương trình hoạt động liên tục.
Hình 5.4 Sơ đồ khối điều khiển khối quẹt thẻ từ
Hình 5.5 Thiết bị thực tế cho hệ thống quẹt thẻ
5.3.3.1 Sơ đồ cấu trúc động cơ AC Servo:
Động cơ AC-Servo được phân thành hai loại chính: động cơ đồng bộ và động cơ cảm ứng, trong đó động cơ đồng bộ được sử dụng phổ biến hơn Tốc độ của động cơ đồng bộ được điều khiển thông qua sự thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều, mang lại momen giữ mạnh khi động cơ dừng, điều này rất thuận lợi cho việc điều khiển vị trí chính xác Loại động cơ này thường được áp dụng trong các hệ thống servo điều khiển vị trí Dưới đây là hình minh họa cấu trúc bên trong của động cơ AC-Servo loại đồng bộ.
Hình 5.6 Sơ đồ cấu trúc AC servo
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
5.3.3.2 Thông số kỹ thuật động cơ:
Hình thức bên ngoài và tên:
Hình 5.7 Động cơ AC servo
Hình 5.8 Hình ảnh thực tế động cơ AC servo
50 Ý nghĩa Model trên động cơ:
Hình 5.9 Ý nghĩa mô đun trên động cơ Độ phân giải encoder: 1000 xung/vòng
Nguyên tắc hoạt động của động cơ: Được điều khiển từ bộ Driver của động cơ Mitsubishi
Bộ xử lý trung tâm kích phát xung cho driver giúp động cơ hoạt động hiệu quả Tín hiệu hồi tiếp từ động cơ được encoder gửi về driver, nơi mà driver xử lý tín hiệu này và phát ra tín hiệu điều khiển cho động cơ.
5.3.3.3 Khả năng chịu tải của trục động cơ:
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 5.10 Khả năng chịu tải của trục động cơ
5.3.4 Bộ điều khiển (Driver) của động cơ Mr-j-10A Mitsubishi:
5.3.4.1 Thông số kỹ thuật của Driver:
Hình 5.11 Hình ảnh driver và nhãn thông số kỹ thuật Động cơ với các thông số:
Nguồn vào: Điện AC từ 200 -> 230V Tần số 50/60Hz
Dòng điện ra: 1,1A Ý nghĩa model:
5.3.4.2 Hình dạng và sơ đồ kết nối Driver:
Hình 5.13 Hình ảnh bên ngoài của Driver
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
5.3.4.2.2 Sơ đồ kết nối Driver:
Sơ đồ khối các chân connector:
Hình 5.14 Sơ đồ các chân của connector
Chân tín hiệu điều khiển:
− SON: cho phép servo hoạt động
− RES: reset đèn báo, bộ điều khiển
− LSP, LSN: chân công tắc hành trình thuận và nghịch
− PP, NP: tín hiệu xung, chiều cho động cơ
− OPC: nguồn cung cấp open-colector
− VIN: nguồn cung cấp tín hiệu ngõ vào tín hiệu số I/F
Chân tín hiệu Encoder : FPB, FPA, OP
− FPA: tín hiệu ngõ ra kênh A
− FPB: tín hiệu ngõ ra kênh B
− OP: tín hiệu ngõ ra kênh Z
Sơ đồ tổng quát của một bộ Driver AC-Servo:
Hình 5.15 Sơ đồ kết nối driver
Sơ đồ khối kết nối chung cho điều khiển vị trí servo:
Nguồn cung cấp VDD (+24V) kết nối với Driver có thể sử dụng cho tín hiệu đầu vào và đầu ra Nếu công suất hiện tại không đủ, cần tránh kết nối VDD với VIN và thay vào đó sử dụng nguồn cung cấp bên ngoài.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 5.16 Sơ đồ kết nối driver
Bộ nhận xung tín hiệu ngõ vào:
− Tín hiệu nhận được bằng relay nhỏ hoặc dùng open collector transistor (TR)
Hình 5.17 Nhận xung tín hiệu bằng open collector transistor (TR)
− Các kiểu xung điều khiển kèm theo thông số điều chỉnh:
Hình 5.18 Các kiểu nhận xung tín hiệu
5.3.4.3 Thông số bộ điều khiển Driver động cơ Mitsubishi:
Abb Tên Giá trị ban đầu Đơn vị
2 CMX Lệnh nhân xung (tử số):
Số nhân của lệnh xung đầu vào được set ở đây
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
3 CDV Lệnh nhân xung (mẫu số):
Số chia của lệnh xung đầu vào được set ở đây
VD: Lệnh xung ngõ vào
4 INP Giới hạn vị trí
Khi số xung cho phép sai lệch trong quá trình hoạt động của động cơ được thiết lập theo thông số đã định, vị trí hoàn thành sẽ được xác định chính xác.
5 PGN Vị trí hồi tiếp
Vị trí hồi tiếp được set ở đây
Giá trị sẽ thay đổi tự động khi chế độ quay tự động được thực hiện
7 *OPS Chọn chức năng đặc biệt: 0 1 đến
8 FFC Vòng lặp đáp ứng
Sự thích nghi trong vòng lặp vị trí được thiết lập để đảm bảo hiệu suất tối ưu Khi điều chỉnh đến 100%, số xung cho phép lệch sẽ trở về 0 khi động cơ hoạt động ở tốc độ không đổi.
Sự quá tải sẽ tăng khi tăng tốc đột ngột hoặc thực hiện giảm tốc
10 PST Lệnh vị trí thời gian tăng/giảm tốc không đổi (độ mịn)
Tốc độ chuyển mạch trên các tín hiệu đầu ra tốc độ số được set ở đây
12 VGN Tốc độ hồi tiếp
Tốc độ hồi tiếp được set tại đây
Giá trị sẽ thay đổi tự động khi chế độ tự động được thiết lập
13 VIC Sự bù tốc độ khâu tích phân
Thời gian không đổi cho sự bù khâu tích phân được thiết lập
Giá trị sẽ thay đổi tự động khi chế độ tự động được thiết lập
14 VDC Tốc độ tỷ lệ thuận điều khiển độ lợi
Bộ điều khiển tỷ lệ thuận sẽ được xác nhận khi thông số Pr.7 được set hoặc bộ điều khiển tỷ lệ thuận tín hiệu ngõ vào được bật
Bộ điều khiển tỷ lệ thuận khâu tích phân sẽ được hoạt động khi set đến 100, và độ lợi tỹ lệ thuận sẽ tăng với giá trị nhỏ nhất
15 TLL Giá trị giới hạn momen xoắn 100 % 0 đến
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
16 FST Lệnh thời gian đáp ứng hằng số
Thời gian lọc liên tục cho các vòng lặp lệnh cấp dữ liệu vị trí được set ở đây
17 MOO Bộ điều khiển bù lại giá trị analog 0 mV -20 đến
The input/output signal characteristics of the Connector are defined by selecting pins 32 and 33 for input and pins 25 and 26 for output.
20 DMD Lựa chọn bộ điều khiển
Bộ điều khiển ngõ ra và bộ chia ngõ ra tín hiệu encoder được thiết lập
Bảng 5.1 Các thông số cài đặt cho driver
Mối quan hệ của lệnh xung và xung hồi tiếp:
Mối quan hệ giữa lệnh xung và xung hồi tiếp thay đổi dựa trên các giá trị thông số đã thiết lập Sơ đồ khối dưới đây minh họa rõ ràng mối quan hệ này.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 5.19 Sơ đồ khối nhận và phản hồi xung
Xung được cung cấp từ bộ điều khiển trung tâm đến chân nhận tín hiệu của Driver (PP/NP) để điều chỉnh độ chia tỷ lệ cho động cơ quay Khi động cơ hoạt động, encoder gắn trên động cơ gửi tín hiệu phản hồi vị trí về bộ điều khiển Driver Driver sẽ so sánh tín hiệu từ PLC với tín hiệu phản hồi để đưa ra hướng xử lý phù hợp.
5.3.5 Khối điều khiển động cơ AC Servo
Hình 5.20 Sơ đồ khối điều khiển AC Servo
Hình 5.22 Driver và động cơ AC servo
Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Hình 5.26 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Sơ đồ khối điều khiển chế độ manual:
Hình 5.27 Sơ đồ khối điều khiển bằng tay
Quy trình thực hiện chế độ Manual bao gồm việc chọn vị trí ô cần điều khiển, kiểm tra điều kiện xe ở vị trí ban đầu (XE_0) và vị trí ngăn chứa (XE_ ) để gửi hoặc lấy xe.
Sơ đồ khối điều khiển chế độ Auto:
Hình 5.28 Sơ đồ khối điều khiển auto
Trong chế độ Auto, tín hiệu đầu vào bao gồm 6 thẻ từ Mỗi khi nhận được tín hiệu từ một thẻ, bộ đếm Cn tương ứng sẽ tăng lên, và khi giá trị đạt đến 2, bộ đếm sẽ tự động reset về giá trị ban đầu.
Mỗi từ thẻ sẽ gán 1 giá trị khác nhau để Move vào các vùng nhớ VBx khác nhau
Quy trình thực hiện chế độ Auto bao gồm các bước sau: Đầu tiên, chọn tầng để đưa xe vào, sau đó gửi tín hiệu thẻ từ (Cn=1) để xe vào vị trí m Tiếp theo, di chuyển giá trị thẻ từ vào vùng nhớ VBx với tín hiệu thẻ từ (Cn=2) Cuối cùng, khi VBx=k, lấy xe từ vị trí m và thiết lập VBx=0.
Sơ đồ khối chương trình con gửi xe tầng 1 và tầng 2,3:
Hình 5.29a Sơ đồ khối chương trình con gửi xe tầng 1
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
67 Hình 5.29b Sơ đồ khối chương trình con gửi xe tầng 2 và 3
Sơ đồ khối chương trình con lấy xe tầng 1 và tầng 2, 3:
Hình 5.30a Sơ đồ khối chương trình con lấy xe tầng 1
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 5.30b Sơ đồ khối chương trình con lấy xe tầng 2 và 3
− XE_0: cảm biến nhận biết xe ở vị trí ban đầu
− XE_N: cảm biến nhận biết xe ở vị trí N
− CB vtri 1: cảm biến nhận biết cơ cấu cuốn pallet ở vị trí ban đầu
THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ
Phần cơ khí
Sau khi thực hiện phân tích và thiết kế, nhóm đã tiến hành thử nghiệm và hoàn thành phần cơ khí Trong quá trình thực hiện, nhóm gặp phải một số vấn đề không lường trước được, nhưng đã kịp thời cải tiến để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về cơ khí Dưới đây là một số hình ảnh sau khi hoàn thành phần cơ khí.
Hình 6.1 Toàn bộ mô hình bãi giữ xe
Hình 6.2 Cơ cấu di chuyển lên xuống
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 6.3 Cơ cấu xoay trục chính
Hình 6.4 Cơ cấu lấy xe Đánh giá: Ưu điểm:
− Hoàn thành khung bãi giữ xe chắc chắn
− Đáp ứng được yêu cầu đặt ra
− Các cơ cấu chuyển động tương đối ổn định
− Tính thẩm mỹ chưa cao
− Độ chính xác chưa cao do chế tạo thủ công
Phần điện
6.2.1 Các board sau khi chế tạo:
Mạch đảo chiều động cơ:
Hình 6.5 Mạch đảo chiều động cơ
Mạch chuyển đổi tín hiệu ngõ vào 8 thành 3:
Hình 6.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
Mạch đệm Open-collector transistor:
Hình 6.7 Mạch đệm Open-collector Đánh giá: hoàn thành các mạch với ứng dụng khác nhau cho hệ thống
Sau khi hoàn tất việc lắp đặt cơ khí và trang bị đầy đủ thiết bị cho hệ thống, bước tiếp theo là lắp đặt mạch điện với các tín hiệu đầu vào và đầu ra Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho quá trình lắp mạch điện.
Hình 6.8 Định vị các thiết bị
Hình 6.9 Sau khi hoàn thành lắp mạch điện.
Giao diện điều khiển, giám sát hệ thống
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống bằng phần mềm WinCC giúp người dùng quản lý hệ thống một cách dễ dàng và hiệu quả Giao diện được xây dựng bao gồm 3 cửa sổ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc theo dõi và điều chỉnh các thông số hệ thống.
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
75 Window 1: Giới thiệu đề tài
Hình 6.10 Giao diện điều khiển 1
Window 2: Để tăng tính bảo mật cho phần mềm giao diện điều khiển, window 2 sẽ yêu cầu người dùng nhập đúng password để tiếp tục thực hiện các thao tác
Hình 6.11 Giao diện điều khiển 2
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ô tô tự động
77 Window 3: Giao diện điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống
Hình 6.12 Giao diện điều khiển 3
