›
›

Đồ án Xây dựng mô hình bãi gửi xe tự động

pdf 76 trang huongle 1560
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Xây dựng mô hình bãi gửi xe tự động", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_xay_dung_mo_hinh_bai_gui_xe_tu_dong.pdf

Nội dung text: Đồ án Xây dựng mô hình bãi gửi xe tự động

  1. LỜI MỞ ĐẦU Đất nƣớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá để từng bƣớc bắt kịp sự phát triển của các nƣớc trong khu vực cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới về mọi mặt kinh tế, văn hoá và xã hội. Trong đó công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển của đất nƣớc. Trong các nhà máy xí nghiệp hiện nay, yêu cầu về tự động hoá đang đƣợc chú trọng và phát triển. Tự động hoá giúp cho việc xử lý kết quả tự động, chính xác hơn, việc vận hành sửa chữa dễ dàng hơn và hiệu suất công việc cao hơn . Là sinh viên của chuyên ngành điện. Sau những tháng năm học hỏi và tu dƣỡng tại Trƣờng đại học dân lập Hải Phòng. Từ các thầy cô, từ các bạn bè, em đã nhận thức đƣợc con đƣờng em đã chọn là đúng đắn. Đặc biệt là với ngành điện là rất quan trọng và không thể thiếu cho bất kỳ một lĩnh vực nào, quốc gia nào. Khi đƣợc giao đồ án tốt nghiệp, xác định đây là công việc quan trọng để nhằm đánh giá lại toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu, với đề tài ” Xây dựng mô hình bãi gửi xe tự động”. Đây là một chuyên ngành còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Cho nên, trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vào công việc chính là sử dụng ngôn ngữ lệnh, lập trình cho bộ PLC SIMATIC S7-200 của hãng SIEMENS (Đức) để điều khiển cho cửa tự động của gara ô tô. Sau 3 tháng tìm hiểu và tham khảo, với ý thức và sự nỗ lực của bản thân và đƣợc các thầy, cô, và đặc biệt là thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh đã hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình. Em đã kết thúc công việc đƣợc giao. Qua bản đồ án này cho em xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa và nhà trƣờng đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em để hôm nay em hoàn thành đồ án một cách đầy đủ. 1
  2. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 CỦA HÃNG SIEMENS 1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA ( TĐH ) VÀ PLC NÓI CHUNG 1.1.1. Sự phát triển của TĐH Cùng với công nghệ thông tin thì TĐH là một nghành khoa học phát triển cực kỳ mạnh mẽ trong thời gian gần đây. TĐH có mặt ở khắp mọi nơi, mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Trong các nhà máy xí nghiệp, xƣởng sản xuất đó là các dây truyền sản xuất tự động hay trong các cơ quan, công sở, văn phòng nhƣ là thang máy, cửa tự động. Thậm chí cả ở sân bay, nhà ga, siêu thị là các cửa tự động các máy bán hàng tự động, các máy soát hàng tự động, Những thành tựu mà nó đem lại cho nhân loại là không thể kể siết. Tầm quan trọng của nó không chỉ đối với những nƣớc đang phát triển, đang trong quá trình công nghiệp hóa nhƣ nƣớc ta mà còn đối với cả những nƣớc tƣ bản phát triển hàng đầu thế giới nhƣ: Mỹ, Nhật, Đức, Vì vậy việc nghiên cứu các ứng dụng của TĐH áp dụng trong quá trình phát triển của xã hội là điều tất yếu và cần thiết đối với sinh viên nghành TĐH. Việc học hỏi tìm tòi và sáng tạo những ứng dụng của TĐH sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển nền công nghiệp nƣớc nhà nói riêng và sự đi lên của xã hội nói chung. Một xã hội phát triển văn minh là một xã hội gắn liền với TĐH. 1.1.2. Sự phát triển của PLC Trong rất nhiều ứng dụng của TĐH, chúng ta không thể không kể đến công nghệ PLC, là một công nghệ lập trình tối ƣu dùng để điều khiển các chƣơng trình hoạt động tự động. Công nghệ PLC kết hợp với máy vi tính là 2
  3. nền móng vững chắc cho nghành TĐH phát triển. Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả của nền sản xuất nói chung là chìa khóa của thành công. Hiệu quả của nền sản xuất bao trùm những lĩnh vực rất rộng nhƣ: Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của thiết bị và của dây truyền phải nhanh. Giá nhân công và vật liệu làm ra sản phẩm phải hạ. Chất lƣợng cao và ít phế phẩm. Thời gian chết của máy móc là tối thiểu. Máy sản xuất có giá trị rẻ. Các bộ điều khiển chƣơng trình đáp ứng đƣợc hầu hết các yêu cầu trên và nhƣ là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trƣớc đây việc tự động hóa chỉ đƣợc áp dụng trong hàng hóa năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải TĐH cả trong sản xuất nhiều loại hàng hóa khác nhau, trong việc nâng cao chất lƣợng cũng nhƣ dễ đạt năng suất cao hơn và nhằm cực tiểu hóa vốn đầu tƣ cho thiết bị và xí nghiệp. Các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) đáp ứng đƣợc các nhu cầu này. Hệ thống bao gồm các thiết bị nhƣ các máy điều khiển số, rôbôt công nghiệp, dây truyền tự động và máy tính hóa công việc điều khiển sản xuất. Bạn sẽ tìm thấy nhiều ứng dụng của bộ điều khiển chƣơng trình trong thiết bị sản xuất tự động. Trƣớc khi có các bộ điều khiển chƣơng trình trong sản xuất đã có nhiều phần tử điều khiển, kể cả các trục cam, các bộ khống chế hình trống. Khi xuất hiện rơle điện tử thì panel rơle trở thành chủ đạo trong điều khiển. Khi trasistors xuất hiện nó đáp đƣợc áp dụng ngay ở những chỗ mà rơle điện tử không đáp ứng đƣợc những yêu cầu điều khiển cao. Hệ thống điều khiển logic thông thƣờng không thể thực hiện điều khiển tổng thể đƣợc và các bộ điều khiển chƣơng trình hóa hoặc điều khiển bằng máy vi tính đã trở lên cần thiết. 3
  4. 1.2. TỔNG QUAN VỀ PLC 1.2.1. Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngƣời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nhƣ thời gian định thì hay các sự kiện đƣợc đếm. Một khi sự kiện đƣợc kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài đƣợc gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chƣơng trình do “ngƣời sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhƣợc điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) ngƣời ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học . Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. Dung lƣợng bộ nhớ lớn có thể chứa đƣợc những chƣơng trình phức tạp Hoàn toàn tin cậy trong môi trƣờng công nghiệp . Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng. Giá cả có thể cạnh tranh đƣợc. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cƣờng dung lƣợng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng nhƣ giá cả. Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản 4
  5. đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch, sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn. Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lƣợng lớn, số lƣợng I / O nhiều hơn. Trong PLC, phần cứng CPU và chƣơng trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ đƣợc xác định bởi một chƣơng trình. Chƣơng trình này đƣợc nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chƣơng trình này. Nhƣ vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chƣơng trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ đƣợc thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay . 1.2.2. Phân loại PLC đƣợc phân loại theo 2 cách: - Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu nhƣ Siemen, Omron, Misubishi, Alenbrratly, - Version: Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo. PLC Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon. 1.2.3. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống nhƣ sau: 5
  6. Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống.  Bộ xử lý: Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ xử lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chƣơng trình đƣợc lƣu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dƣới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra. Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bƣớc tuần tự. Đầu tiên các thông tin lƣu trữ trong bộ nhớ chƣơng trình đƣợc gọi lên tuần tự và đƣợc kiểm soát bởi bộ đếm chƣơng trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đƣa kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan). Thời gian vòng quét phụ thuộc vào tầm vóc bộ nhớ, tốc độ của CPU. Chu kỳ một vòng quét có hình nhƣ hình 1.2. 6
  7. Hình 1.2: Chu kỳ một vòng quét. Sự thao tác tuần tự của chƣơng trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chƣơng trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó lại bắt đầu lại từ đầu.  Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý (thƣờng là 5VDC) và cho các mạch điện cho các module còn lại (thƣờng là 24V).  Thiết bị lập trình: Thiết bị lập trình đƣợc sử dụng để lập các chƣơng trình điều khiển cần thiết sau đó đƣợc chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm đƣợc cài đặt trên máy tính cá nhân.  Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lƣu trữ chƣơng trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển. Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Ngƣời ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chuơng trình trong trƣờng hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể đƣợc chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm. 7
  8.  Giao diện vào / ra: Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện, Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ, Tín hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện nhƣ sau: Mỗi điểm vào/ra có một địa chỉ duy nhất đƣợc PLC sử dụng. Hình 1.3: Giao diện vào ra của PLC. Các kênh vào ra đã có chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác. 1.2.4. Các hoạt động xử lý bên trong PLC 1.2.4.1. Xử lý chƣơng trình Khi một chƣơng trình đã đƣợc nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ đƣợc trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ . PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chƣơng trình ở bên trong bộ nhớ sẽ đƣợc bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ 8
  9. đầu cho đến cuối chƣơng trình. Mỗi lần thực hiện chƣơng trình từ đầu đến cuối đƣợc gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chƣơng trình. Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau: Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chƣơng trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và đƣợc gọi là hệ điều hành . Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chƣơng trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra. Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul đầu ra. 1.2.4.2. Xử lý xuất nhập Gồm hai phƣơng pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC:  Cập nhật liên tục Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xuất hiện trong chƣơng trình ), khoảng thời gian Delay đƣợc xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới đƣợc đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngõ ra đƣợc lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chƣơng trình, khi lệnh OUT đƣợc thực hiện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì thế nên chúng vẫn giữ đƣợc trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.  Chụp ảnh quá trình xuất nhập Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải đƣợc xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chƣơng trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào. 9
  10. Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O đƣợc copy tiêu biểu là vài ms. Thời gian thực thi chƣơng trình phụ thuộc vào chiều dài chƣơng trình điều khiển tƣơng ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1 10 s. 1.2.5. Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC Từ các ƣu điểm trên, hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp nhƣ: * Hệ thống nâng vận chuyển. * Dây chuyền đóng gói. * Các ROBOT nắp ráp sản phẩm. * Điều khiển bơm. * Dây chuyền xử lý hoá học. * Công nghệ sản xuất giấy. * Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh. * Sản xuất xi măng. * Công nghệ chế biến sản phẩm. * Điều khiển hệ thống đèn giao thông. * Quản lý tự động bãi đỗ xe. * Hệ thống may công nghiệp. * Điều khiển thang máy . 1.2.6. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC Trƣớc đây, Bộ PLC thƣờng rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình phức tạp. Vì những lý do đó mà PLC chỉ đƣợc dùng trong những nhà máy và các thiết bị đặc biệt. Ngày nay, do giá thành hạ kèm theo tăng khả năng của PLC dẫn đến là PLC ngày càng đƣợc áp dụng rộng cho các thiết bị máy móc. Các bộ PLC đơn khối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn đơn, các trang thiết bị liên hợp. Còn các 10
  11. bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựu chọn đƣợc dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn. Có thể kể ra các ƣu điểm của PLC nhƣ sau: * Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi nhanh với mọi chức năng điều khiển. Khi đã đƣợc lắp ghép thì PLC sẵn sàng làm việc ngay. Ngoài ra nó còn đƣợc sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễ dàng. * Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ - điện. Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dƣỡng định kỳ thƣờng không cần thiết còn với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dƣỡng định kỳ là cần thiết. * Dễ dàng thay đổi chƣơng trình: Việc thay đổi chƣơng trình đƣợc tiến hành đơn giản. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang đƣợc sử dụng, ngƣời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần nhƣ không cần mắc nối lại dây. Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả. * Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và đầu ra thì có thể đánh giá đƣợc kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chƣơng trình. Do đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt ra. * Khả năng tái tạo: Nếu dùng PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle. Đó là do giảm phần lớn lao động lắp ráp. * Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle tƣơng đƣơng. * Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ƣu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Ngƣời ta thƣờng dùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tƣơng quan, thay đổi chƣơng trình và thay đổi thông số. 11
  12. * Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lƣợng đầu vào và đầu ra. Quan hệ về giá thành với số lƣợng đầu vào và đầu ra có dạng nhƣ hình1.7. Nhƣ vậy, nếu số lƣợng đầu vào/ra quá ít thì hệ rơle kinh tế hơn, nhƣng khi số lƣợng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn. Hình 1.4: Quan hệ giữa số lƣợng vào/ra và giá thành Có thể so sánh hệ điều khiển rơle và hệ điều khiển PLC nhƣ sau: * Hệ rơle: Nhiều bộ phận đã đƣợc chuẩn hoá. Ít nhạy cảm với nhiễu. Kinh tế với các hệ thống nhỏ. Thời gian lắp đặt lâu. Thay đổi khó khăn. Kích thƣớc lớn. Cần bảo quản thƣờng xuyên. Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp. * Hệ PLC: Thay đổi dễ dàng. Lắp đặt đơn giản. Thay đổi nhanh quy trình điều khiển. Kích thƣớc nhỏ. 12
  13. Có thể nối với mạng máy tính. Giá thành cao. Bộ thiết bị lập trình thƣờng đắt, sử dụng ít. 1.3. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ S7 – 200 1.3.1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200 PLC Simentic S7-200 có các thông số kỹ thuật sau: Đặc trƣng cơ bản của các khối vi xử lý CPU212 và CPU214 đƣợc giới thiệu trong bảng: Bảng 1.1: Đặc trƣng cơ bản của các khối vi xử lý CPU212 và CPU214 CPU 212 CPU214 Bộ nhớ chƣơng trình 512 words(1KB) có nhớ 2048 words(1KB) có nhớ 512 words, chứa 100 2048 words, chứa 512 Bộ nhớ dữ liệu words có nhớ words có nhớ Số cổng lôgic vào 8 14 Số cổng lôgic ra 6 10 Số modul I/O mở rộng 2 7 Tổng số cổng lôgic vào 64 64 Tổng số cổng lôgic ra 64 64 64/2:1ms,8:10ms, 128/4:1ms, 16:10ms, Số bộ tạo thời gian trễ 54:10ms 108:10ms Số bộ đếm 64 128 Số bộ đếm tốc độ cao 0 3 Số bộ phát xung nhanh 0 2 Số bộ điều chỉnh tƣơng tự 0 2 Số bít nhớ đặc biệt 368 688 Chế độ ngắt và xử lý tín hiệu X X Thời gian lƣu trữ bộ nhớ 50 giờ 190 giờ Pin kéo dài thời gian nhớ X X LED chỉ thị trạng thái I/O X X Ghép nối máy tính X X 1.3.2. Các tính năng của PLC S7-200 - Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp. - Có nhiều loại CPU. - Có nhiều Module mở rộng. 13
  14. - Có thể mở rộng đến 7 Module. - Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau. - Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus. - Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module. - Không quy định rãnh cắm. - Phần mềm điều khiển riêng. - Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module. - “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp. 1.3.3. Cấu trúc phần cứng của CPU 214 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMNS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-214. 14
  15. Hình 1.5: Cấu trúc của CPU 214 CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở rộng. 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc / ghi non-volatile để lƣu chƣơng trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM). 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lƣu dữ liệu, trong đó 512 từ đầu thuộc miền non-volatile. Tổng số ngõ vào / ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra. 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer 10ms và 108 Timer 100ms. 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sƣờn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2Khz và 7 Khz. 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. 2 bộ điều chỉnh tƣơng tự 15
  16. Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. 1.3.3.1. Các đèn báo trên S7-200 CPU214 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chƣơng trình đƣợc nạp vào trong máy. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chƣơng trình và đang thực hiện lại. 1.3.3.2. Cổng vào ra Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc. Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 1.3.3.3. Chế độ làm việc PLC có 3 chế độ làm việc: RUN: cho phép PLC thực hiện chƣơng trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chƣơng trình gặp lệnh STOP. STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc RUN hoặc STOP. 1.3.3.4. Cổng truyền thông S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC 16
  17. khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 baud. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm với máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI với bộ chuyển đổi RS232 / RS485. Chân Giải thích 1 Đ ấ t 2 24 VDC 3 3 2 1 Truyền và nhận dữ liệu 5 4 4 ····· 5 Không sử dụng 9 8 7 6 6 Đất 7 5 VDC (điện trở trong 8 ···· 100Ω) 9 24 VDC (120 mA tối đa) Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng Hình 1.6: Cổng truyền thông 1.3.4. Cấu trúc bộ nhớ Bộ nhớ S7-200 đƣợc chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc, ghi đƣợc trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Vùng chƣơng trình Là nguồn nhớ đƣợc sử dụng để lƣu giữ các lệnh chƣơng trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi đƣợc. Vùng tham số Là miền lƣu giữ các tham số nhƣ: từ khóa, địa chỉ trạm, cũng giống nhƣ vùng chƣơng trình, thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi đƣợc. 17
  18. Vùng dữ liệu Là miền nhớ động đƣợc sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chƣơng trình. Nó có thể đƣợc truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép (DW_ Double Word), vùng dữ liệu đƣợc chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng đƣợc ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trƣng cho công dụng riêng của chúng nhƣ sau: V : Variable Memory. I : Input image register. O : Output image regiter. M : Internal Memory bits. SM : Special Memory bits. Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ (word) hoặc từ kép (double word). Vùng đối tƣợng Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC. Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhƣng đọc / ghi đƣợc. 1.3.5. Mở rộng cổng vào ra CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng tƣơng tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích. Địa chỉ của các vị trí của các modul đƣợc xác định cùng kiểu. Ví dụ nhƣ một modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng nhƣ một modul tƣơng tự không thể có địa chỉ nhƣ một modul số và ngƣợc lại . Các modul mở rộng số hay tƣơng tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tƣơng tự với số đầu vào/ra của modul . 1.4. CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH CỦA S7-200 Có thể đƣợc lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm : 18
  19. Step 7 – Micro / Dos Step 7 – Micro / Win Những phần mềm này đều có thể cài đặt đƣợc trên các máy lập trình họ PG 7xx và các máy tính cá nhân. Các chƣơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chƣơng trình chính (main program) và sau đó đến các chƣơng trình con và các chƣơng trình xử lý ngắt. 1.4.1. Thực hiện chƣơng trình của S7-200 PLC thực hiện chƣơng trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp đƣợc gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét đƣợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chƣơng trình. Trong từng vòng quét, chƣơng trình đƣợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện chƣơng trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét đƣợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Nhƣ vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thƣờng lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Khi gặp lệnh vào / ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chƣơng trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra. 1.4.2. Các toán hạng lập trình cơ bản Có 6 phần tử lập trình cơ bản, mỗi phần tử có công dụng riêng. Để dễ dàng xác định thì mỗi phần tử đƣợc gán cho mộ ký tự: I : Dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC. Q : Dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp từ PLC. T : Dùng để xác định phần tử định thời có trong PLC. C : Dùng để xác định phần tử đếm có trong PLC. M và S : Dùng nhƣ các cờ hoạt động nhƣ bên trong PLC. 19
  20. Tất cả các phần tử (toán hạng) trên có hai trạng thái ON hoặc OFF (1 hoặc 0). Cuộn dây có thể đƣợc dùng để điều khiển trực tiếp ngõ ra từ PLC (nhƣ phần tử Q) hoặc có thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (nhƣ phần tử M, S). Mỗi cuộc dây đƣợc gắn với các công tắc. Các công tắc này có thể là thƣờng mở hoặc thƣờng đóng. 1.5. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7- 200 1.5.1. Phƣơng pháp lập trình Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phƣơng pháp cơ bản. Phƣơng pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phƣơng pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL). Nếu có một chƣơng trình viết dƣới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự dộng tạo ra một chƣơng trình theo dạng STL tƣơng ứng. Ngƣợc lại không phải mọi chƣơng trình viết dƣới dạng STL đều có thể chuyển sang đƣợc dạng LAD. 1.5.1.1. Phƣơng pháp hình thang (LAD) LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tƣơng ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chƣơng trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic nhƣ sau: Tiếp điểm: Là biểu tƣợng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le Tiếp điểm thƣờng mở Tiếp điểm thƣơng đóng Cuộn dây (coil): Là biểu tƣợng mô tả rơ le đƣợc mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le. Hộp (Box): Là biểu tƣợng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thƣờng đƣợc biểu diễn bằng 20
  21. hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện. Mạng LAD: Là đƣờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đƣờng nguồn bên trái sang đƣờng nguồn bên phải. Đƣờng nguồn bên trái là dây pha, đƣờng nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đƣờng trở về nguồn cung cấp (thƣờng không đƣợc thể hiện khi dùng chƣơng trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS hoặc STEPT – MICRO/WIN. Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. 1.5.1.2. Phƣơng pháp liệt kê lệnh (STL) Là phƣơng pháp thể hiện chƣơng trình dƣới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chƣơng trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. 1.5.2. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình 1.5.2.1. Các lệnh vào / ra - OUTPUT: Sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bít đƣợc chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không thay đổi. 21
  22. 1.5.2.2. Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm SET (S) và RESET (R) Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã đƣợc thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộc dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộc dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm). Trong STL, lệnh truyền trạng thái bít đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bít này có giá trị =1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. Bảng 1.2: Mô tả bằng lệnh LAD của SET và RESET LAD Mô tả Toán hạng Đóng một mảng gồm n S BIT: I, Q, M, SM, S BIT n các tiếp điểm kể từ S BIT T, C, V ( S ) n(byte): IB, QB, Đóng một mảng gồm n MB, SMB, VB,AC, S BIT n các tiếp điểm kể từ S BIT. Hằng số, *VD, *AC ( R ) Nếu S BIT lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xóa bít đầu ra của Timer / Counter đó. S BIT n Đóng tức thời một mảng S BIT: Q ( SI ) gồm n các tiếp điểm kể từ S BIT N(byte): IB, QB, MB, SMB, VB,AC, Hằng Ngắt tức thời một mảng số, *VD, *AC S BIT n gồm n các tiếp điểm kể từ ( RI ) địa chỉ S BIT 1.5.2.3. Các lệnh so sánh Khi lập trình, nếu có các quyết định về điều khiển đƣợc thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh cho byte, từ hay từ kép của S7-200. 22
  23. LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, từ và từ kép (giá trị thực hoặc nguyên). Những lệnh so sánh thƣờng là so sánh nhỏ hơn hoặc bằng ( =). Khi so sánh giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toán hạng. Ngƣợc lại khi so sánh các từ hoặc từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng, ngƣợc lại khi so sánh các từ hoặc từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng là bít cao nhất trong từ hoặc từ kép. Bảng 1.3: Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD LAD Mô tả Toán hạng n1 n2 Tiếp điểm đóng khi = = B n1 n2 n1 = n2 n1,n2 (byte): = = I B = Byte VB, IB, QB, n1 n2 = = D I = Integer MB, SMB, AC, n1 n2 = = R D = Double Integer Const, *VD*, R = Real AC = = B Tiếp điểm đóng khi n1,n2 (từ): n1 n2 > = B N1 > n2 VW, T, C, IW, n1 n2 B = Byte QW, MW, > = I I = Integer SMW,AC, AIW, = = B n1 n2 > = D D = Double Integer Hằng số, *VD, n1 n2 R = Real *AC > = R = = B = = B 23
  24. Tiếp điểm đóng khi n1 n2 < = B N1 < n2 n1, n2(từ n1 n2 < = I B = Byte kép):VD, ID, = = B I = Integer QD, MD, SMD, n1 n2 < = D D = Double Integer AC, HC, Hằng n1 n2 < = R R = Real số, *VD, *AC = = B = = B 1.5.2.4. Các lệnh điều khiển Timer Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thƣờng gọi là khâu trễ. Nếu ký hiệu tín hiệu (logic) vào là x (t) và thời gian trễ đƣợc tạo ra bằng Timer là r thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x (t-r). S7-200 có 128 Timer (CPU-214) đƣợc chia làm 2 loại khác nhau, đó là: * Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (Timer on delay), ký hiệu là TON. * Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Timer on delay retentive), ký hiệu là TONR. Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nó đối với trạng thái tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, đƣợc gọi là thời điểm Timer đƣợc kích, và không tính khoảng thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu đƣợc đặt trƣớc. Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động reset còn TONR thì không tự reset. Timer TON đƣợc dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng 24
  25. thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ đƣợc tạo trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10 ms, 100 ms. Thời gian trễ r đƣợc tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer đƣợc chọn và giá trị đặt trƣớc cho Timer. Ví dụ một bộ Timer có độ phân giải bằng 10 ms và giá trị đặt trƣớc 10 ms thì thời gian trễ sẽ là r = 500 ms Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau: Các bộ Timer đƣợc điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời. Giá trị đếm tức thời của Timer đƣợc nhớ trong thanh ghi 2 byte (gọi là T- word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer đƣợc kích. Giá trị đặt trƣớc của các bộ Timer đƣợc ký hiệu trong LAD và STL là PT. Giá trị đếm tức thời của thanh ghi T-word thƣờng xuyên đƣợc so sánh với giá trị đặt trƣớc của Timer. Các loại Timer của S7-200 (đối với CPU 214) chia theo TON, TONR và độ phân giải bao gồm: Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 214 1 ms 32,767s T32 T96 10 ms 327,67s T33 T36; T97 T100 TON 100 ms 3276,7s T37 T63; T101 T127 1 ms 32,767s T0 T64 10 ms 327,67s T1 T4; T65 T68 TONR 100 ms 3276,7s T5 T31; T69 T95 1.5.2.5. Các lệnh điều khiển Counter Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sƣờn xung trong S7-2000. Các bộ đếm của S7-2000 đƣợc chia ra làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). 25
  26. Bộ đếm tiến CTU đếm số sƣờn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sƣờn xung đếm đƣợc, đƣợc ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. Nội dung của C-word, gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm, luôn đƣợc so sánh với giá trị đặt trƣớc của bộ đếm đƣợc ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trƣớc này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bít đặc biệt của nó, đƣợc gọi là C-bít. Trƣờng hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trƣớc thì C-bít có giá trị logic là 0. Khác với các bộ Counter, các bộ đếm CTU đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (reset) cho bộ đếm, đƣợc ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD hay đƣợc qui định là trạng thái logic của bít đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm đƣợc reset khi tín hiệu xóa này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (reset) đƣợc thực hiện với C- bít. Khi bộ đếm đƣợc reset, cả C-word và C-bít đều nhận giá trị 0. CU C-Bit Giá trị đếm tức thời C-word PV R Hình 1.7: Bộ đếm CTU của S7-200 Bộ đếm tiến / lùi CTUD đếm tiến khi gặp sƣờn lên của xung vào cổng đếm, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bít thứ 3 của ngăn xếp trong STL, và đếm lùi khi gặp sƣờn của xung vào cổng đếm lùi, đƣợc ký hiệu là CD trong LAD hoặc bít thứ 2 của ngăn xếp trong STL. Giống nhƣ bộ đếm CTU, bộ đếm CTUD cũng đƣợc đƣa về trạng thái khởi phát ban đầu bằng 2 cách. Khi đầu vào logic của chân xóa, ký hiệu bằng R trong LAD hoặc bít thứ nhất của ngăn xếp trong STL, có giá trị logic là 1 hoặc, Bằng lệnh R (reset) với C-bít của bộ đếm. 26
  27. CTUD có giá trị đếm tức thời đúng bằng giá trị đang đếm và đƣợc lƣu trong thanh ghi 2 byte C-word của bộ đếm. Giá trị đếm tức thời luôn đƣợc so sánh với giá trị đặt trƣớc PV của bộ đếm. Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn bằng bằng giá trị đặt trƣớc thì C-bít có giá trị logic bằng 1. Còn các trƣờng hợp khác C-bít có giá trị logic bằng 0. CU C-Bit PV Giá trị đếm tức thời C-word CD R Hình 1.8: Bộ đếm CTUD của S7-200 Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đếm tức thời từ 0 đến 32.767. Bộ đếm tiến/lùi CTUD có miền giá trị đếm tức thời là 32.767 Các bộ đếm đƣợc đánh số từ 0 đến 127 (đới với CPU 214) và ký hiệu bằng Cxx, trong đó xx là số thứ tự của bộ đếm. Ký hiệu Cxx đồng thời cũng là địa chỉ hình thức của C-word và của C-bít. Mặc dù dùng địa chỉ hình thức, song C-word và C-bít vẫn đƣợc phân biệt với nhau nhờ kiểu lệnh sử dụng làm việc với từ hay với tiếp điểm (bít). 27
  28. CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG 2.1. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA Việt Nam đang trên đà hội nhập và phát triển, tiến lên thành một nƣớc có nền công nghiệp phát triển cao, công nghệ hiện đại, đời sống vật chất của con ngƣời ngày càng nâng cao. Và sự tất yếu kéo theo là sự phát triển ngày càng tăng số lƣợng phƣơng tiện cá nhân. Trong đó có cả xe máy và ôtô trong tƣơng lai không xa ở Việt Nam ôtô không còn là hàng hóa xa xỉ. Trong khi cơ sở hạ tầng lại không đáp ứng kịp với sự phát triển của phƣơng tiện. Sự mất cân bằng này tất yếu dẫn đến sự mất mỹ quan đô thị là do thiếu các bãi đỗ xe, nên buộc họ phải đậu xe lấn chiếm lòng lề đƣờng, tình trạng kẹt xe và tai nạn giao thông xảy ra liên tục. Có thể nói quỹ đất cho giao thông tĩnh đã quá chật. Hiện nay, vấn đề thiếu chỗ đỗ xe ô tô tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh đã trở nên trầm trọng. Với tốc độ tăng số lƣợng ô tô đăng ký tại 2 thành phố này là 15% mỗi năm, và tình trạng hết quỹ đất đô thị để phát triển bãi đỗ xe thì đến những năm sau, nguy cơ không còn chỗ đỗ xe là chắc chắn. Việc các nhà quản lý đô thị giải quyết cho xe đỗ trên lòng đƣờng chỉ là biện pháp tạm thời, vì ngay cả quỹ đƣờng cho giao thông động cũng đang bị thu hẹp dần do tốc độ phát triển số lƣợng xe ô tô, do đó nếu tiếp tục sử dụng lòng đƣờng để đỗ ô tô sẽ gây ra nguy cơ ùn tắc giao thông, dẫn đến các hậu quả tiêu cực về kinh tế và xã hội. 2.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA CÁC BÃI ĐỖ XE Ở VIỆT NAM VÀ KINH NGHIỆM CỦA CÁC NƢỚC Theo số liệu thống kê của Công ty khai thác điểm đỗ xe Hà Nội, hiện trên địa bàn Hà Nội có 129 điễm đỗ xe công cộng do công ty quản lý, với tổng diện tích 22,94 ha, công suất đỗ 5.863 xe ô tô, trong đó có 123 điểm đỗ xe trên hè đƣờng phố, diện tích khảng 70.430 m2 ), 6 điểm đỗ xe trong khuôn 28
  29. viên (tổng diện tích 158,984 m2). Với tổng diện tích nói trên, các bến, điểm đỗ xe chỉ mới đạt 0,45% quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh và chỉ đáp ứng đƣợc 15 - 20% nhu cầu xe của thủ đô. Mà theo quy hoạch phát triển đô thị của Hà Nội đến năm 2010 đã đƣợc thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt, quỹ đất xây dựng đô thị dành cho giao thông tĩnh phải đạt từ 3% - 5%, tức là phải có từ 500 - 750 ha đất để xây dựng bến đỗ xe công cộng. Tuy nhiên, việc đáp ứng yêu cầu đất này ngày càng tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh, và nhu cầu đất cho các mục đích cấp bách khác cũng đang thiếu trầm trọng. Tại TP. Hồ Chí Minh, hiện nay diện tích mặt đƣờng cho mỗi đầu xe ở trạng thái tĩnh chỉ còn 1 m2 / 1 xe (so với 5 m2/ xe vào năm 1976). Chỉ tính riêng khu vực Quận 1, theo khảo sát của Công an Tp. HCM, số ô tô 4 chỗ thƣờng xuyên có nhu cầu dừng đỗ trong khu vực Quận 1 là 6.700 xe / ngày đêm, trong khi đó hiện nay Quận 1 chỉ có 6 bãi đỗ xe với 432 chỗ và các khách sạn, cao ốc có chỗ đỗ xe riêng phục vụ khách khoảng 2.460 chỗ. Nhƣ vậy hiện nay hàng ngày tại Quận 1 có 2.028 xe phải chạy lòng vòng hoặc đỗ sai chỗ gây ách tắc giao thông. Hiện nay, để giải quyết vấn đề giống nhƣ các đô thị Việt Nam đang phải đối mặt này, nhiều nƣớc trên thế giới đã sử dụng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, không chỉ ở các nƣớc châu Á đất chật ngƣời đông nhƣ Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, mà còn ở những nƣớc châu Âu và Mỹ. Tại các nƣớc này đều có các công ty chuyên kinh doanh bãi đỗ ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống đỗ nhiều tầng tự động đƣợc sử dụng rất phổ biến. Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tự động là các nhà chế tạo, không trực tiếp kinh doanh bãi đỗ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các nhà đầu tƣ. Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tại các nƣớc này đều là các công ty cơ khí có kinh nghiệm về thiết bị nâng. Ngoài ra, 29
  30. còn các hệ thống các công ty sản xuất các thiết bị phụ trợ nhƣ: hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, cửa trả tiền tự động, hệ thống máy tính điều khiển tự động, 2.3. CÁC GIẢI PHÁP Hệ thống đỗ xe tự động: Câu trả lời cho những nan giải trên. Cho đến nay tại Việt nam chƣa có bãi đỗ ô tô nào dùng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động. Tuy nhiên xu hƣớng Việt Nam sẽ sử dụng loại này là tất yếu do mật dộ xe gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển mặt bằng giao thông, dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải có kế hoạch xây dựng các bãi đỗ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thông do sử dụng mặt đƣờng làm bãi đỗ xe. Để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông tại trung tâm thành phố và lập lại trật tự đô thị sở giao thông công chánh Tp. Hồ Chí Minh đƣa ra chƣơng trình “ Chống ùn tắc xe đô thị và phát triển cơ sở hạ tầng giao thông thành phố”. Trƣớc tình hình này, theo sơ giao thông công chánh, thành phố đang kêu gọi đầu tƣ xây dựng các bãi giữ xe, sở Qui hoạch kiến trúc đƣợc giao nhiệm vụ tìm kiếm quĩ đất triển khai các dự án đầu tƣ. Thành phố cũng có chủ trƣơng dành quĩ đất của các công ty, xí nghiệp gây ô nhiễm ở nội thành để qui hoạch xây dựng bãi đỗ xe. Mặt khác để tiết kiệm diện tích mặt bằng thì chúng ta nên: Xây dựng các bãi đỗ xe cao tầng nhằm tăng khả năng lƣu giữ xe trên cùng một diện tích. Xây dựng các bãi đỗ xe trong lòng đất nhằm tiết kiệm tối đa diện tích mặt bằng phía trên. Thông thƣờng bên cạnh các tòa cao ốc luôn tồn tại những khoảng đất trống có thể chứa 3 - 4 xe. Cũng với diện tích đó chúng ta xây dựng bãi đỗ xe tự động sẽ có sức chứa lên tới 60 xe. Đây là điều mơ ƣớc nhƣng với công nghệ hiện nay hoàn toàn thực hiện đƣợc với giải pháp bãi đỗ xe tự động. 30
  31. Nhƣng xây dựng các bãi đỗ xe trong nội thành là vấn đề nan giải vì quỹ đất không có nhiều, chỉ còn cách tận dụng khoảng không gian dƣới mặt đất và trên cao. Nhƣng mục tiêu đặt ra là khi xây dựng các bãi xe này thì hệ số sử dụng diện tích phải là cao nhất. Điều này chỉ có thể có ở các bãi đỗ xe tự động (Automatic Car Parking), vì toàn bộ không gian của bãi xe là sử dụng để chứa xe, và hoàn toàn không có diện tích dành cho đƣờng xe chạy. Hiện nay hệ thống bãi đỗ xe tự động đã và đang đƣợc sử dụng rất nhiều nƣớc trên thế giới. Và đặc biệt phát triển mạnh ở Hàn Quốc và Nhật Bản. 2.4. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIỮ ÔTÔ TỰ ĐỘNG 2.4.1. Khái niệm về hệ thống bãi giữ xe tự động Hệ thống bãi giữ xe ôtô tự động là hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống lƣu kho tự động mà hàng hóa là ôtô và có độ chính xác nhất định. Trong hệ thông này xe đƣợc lƣu giữ ở các ô ( Block parkings ) dƣới mặt dất hoặc trên cao. Để thực hiện việc lƣu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển. Đây là thiết bị có thể có chuyển động theo các phƣơng sau: phƣơng ngang, phƣơng đứng, phƣơng chuyển động xoay với độ chính xác và an toàn cao. Hoạt động của các máy nâng chuyển đƣợc điều khiển bởi máy tính. Máy tính quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống nhƣ: số lƣợng xe hiện đang gửi, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lƣu trữ, 2.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động Sự ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất giúp các hãng xe ngày càng giảm chi phí sản xuất, cùng với sự phát triển về nghành công nghiệp ôtô ở các nƣớc đang phát triển nhƣ: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, đã làm cho nghành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng. Vì thế dự đoán ôtô sẽ là phƣơng tiện di chuyển cá nhân trong những thập kỷ tới. 31
  32. Vấn đề nan giải là cơ sở hạ tầng: Đƣờng xá, chỗ giữ xe không tăng lên mà có chiều hƣớng giảm xuống do sử dụng vào mục đích khác, điều này làm cho nạn kẹt xe ngày càng nghiêm trọng. Vì thế các nhà quy hoạch, thiết kế hạ tầng mới nghĩ đến việc tận dụng chiều cao, chiều sâu của không gian nhằm làm tăng lên diện tích sử dụng. Ban đầu ngƣời ta xây dựng các nhà cao tầng hoặc các bãi xe ngầm dƣới mặt đất, hệ thống này thì ngƣời lái xe phải tự mình lái xe vào vị trí gửi bằng các đƣờng xoắn ốc vì thế khó quản lý với số lựợng xe lớn. Hoặc tốn rất nhiều nhân lực và tốn diện tích dùng làm các làn đƣờng cho xe chạy. Vào đầu thập niên 90, hệ thống giữ xe ôtô tự động ra đời. Các thiết bị cơ khí, điện tử đƣợc sử dụng để thay thế ngƣời lái xe vào bãi nhờ việc áp dụng nguyên lý thiết bị nâng chuyển cùng với nghành điều khiển tự động, tự động hóa sản xuất và điện tử. Đến giữa thập kỷ 90 rất nhiều công ty đƣợc thành lập và đã xây đựng nhiều bãi giữ xe có qui mô lớn. Bãi đỗ xe ôtô nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đƣa lên tầng cao, sau đó lái xe ra tầng đỗ là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ, sau đó lan truyền sang châu Âu. Ngay tại Thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn còn dấu tích của thang nâng xe này lại bãi đỗ xe bên hông khách sạn Kim Đô. Sau đó, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại Châu Âu (Đức và Ý), với hệ thống này thang nâng kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhƣng vẫn cần ngƣời lái xe đƣa xe vào hệ thống . Loại hình này đƣợc ứng dụng tại Nhật Bản từ khoảng năm 1975. Kể từ năm 1982, hệ thống tự động hoàn toàn không cần ngƣời lái tiếp tục đƣợc phát minh tại châu Âu (đầu tiên tại Đức). Do tính chất đất chật ngƣời đông, các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 nƣớc số 32
  33. lƣợng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới, khách du lịch có thể dễ dàng tìm thấy bãi đỗ xe tự động tại bất kì khu phố nào tại Tokyo và Seoul. Bãi đỗ xe tự lái thông thƣờng có nhiều bất tiện nhƣ: để bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe không lắp camera an ninh, ngƣời lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đƣa xe vào vị trí xe chật hẹp ( đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ ), và hầu nhƣ rất khó kiểm soát khí thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe. Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, ngƣời lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe. Và điều mà phần lớn nhà đầu tƣ quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện tích của công trình (bình quân 25m2 cho 1 vị trí đỗ xe bao gồm diện tích đƣờng di chuyển). Hịện nay hệ thống giữ ôtô tự động đã có mặt nhiều nƣớc trên thế giới đặc biệt là tại các nƣớc phát triển nhƣ: Mỹ, Đức, Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan. Điều đó cho thấy nhu cầu về bãi giữ xe tự động là khá cao nhất là đối với những thành phố có mật độ dân số đông và số lƣợng ôtô nhiều. 2.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động 2.4.3.1. Kết cấu của hệ thống giữ xe Cấu trúc chung của hệ thống bãi giữ xe ôtô tự động thƣờng thấy đó là có cấu tạo nhiều tầng. Mỗi tầng có nhiệm vụ chịu tải trọng toàn bộ xe đƣợc giữ trên tầng đó. Do đó, các tầng phải đủ độ cứng cũng nhƣ độ bền để chúng không bị biến dạng đáng kể. Chính vì vậy, các tầng thƣờng đƣợc xây dựng theo hai cách sau: Cấu tạo bằng bê tông: đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp đúc bê tông các cột đỡ và sàn tầng giống nhƣ xây dựng các tòa nhà để ở thƣờng thấy. Các tầng tạo ra bằng phƣơng pháp này có cấu tạo chắc chắn, chịu đƣợc tải trọng lớn đồng thời có tuổi thọ cao. Tuy nhiên phƣơng pháp này mất rất nhiều chi phí. 33
  34. Cấu tạo bằng kết cấu thép: đƣợc tạo ra nhờ sự liên kết các dầm thép theo phƣơng ngang và phƣơng đứng. Các dầm thép đƣợc liên kết với nhau bằng liên kết bulông hoặc đƣợc hàn chặt với nhau. Các dầm thép thƣờng là thép định hình C, I, V, º, có thể tìm thấy trên thị trƣờng. Khối lƣợng cũng nhƣ chí phí đầu tƣ tạo ra các tầng thấp hơn phƣơng pháp xây dựng bằng bê tông. Bên cạnh đó việc xây dựng theo phƣơng pháp này đơn giản hơn cho nên chi phí xây dựng thấp. Tuy vậy các tầng dạng này có độ bền và tuổi thọ thấp hơn dạng có cấu tạo bằng bê tông. 2.4.3.2. Thiết bị nâng – chuyển xe Đƣợc dùng để thực hiện việc nâng chuyển ôtô từ trạm đầu đến vị trí lƣu giữ, cũng nhƣ lấy xe ra khỏi vị trí lƣu giữ và chuyển đến trạm đầu ra. Để thực hiện các nhiệm vụ này, thiết bị nâng chuyển có khả năng chuyển động theo phƣơng ngang và phƣơng đứng. Do đó một hệ thống giữ xe tự động thƣờng phải có ba hệ thống truyền động sau: - Thiết bị di chuyển theo phƣơng ngang: có thể dùng cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, thanh răng – bánh răng, Trong đó cầu di chuyển và xích đƣợc sử dụng nhiều nhất. - Thiết bị nâng theo phƣơng đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, Trong đó thang nâng đƣợc sử dụng phổ biến nhất. - Thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc thiết bị nâng chuyển vào ô lƣu trữ và ngƣợc lại: dùng xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con, rôbôt tự hành, - Thiết bị xoay: dùng để xoay ôtô theo hƣớng có lợi nhất trong khi xe ôtô di chuyển ra hoặc vào hệ thống. Thƣờng đƣợc dùng trong trƣờng hợp hệ thống chỉ có một lối đi chung cho việc gửi xe và lấy xe nên việc xoay đầu xe theo hƣớng di chuyển thuận tiện cho khách hàng. Tùy theo qui mô, diện tích đất mà ta có thể xây dựng hệ thống kết hợp lại các dạng truyền động trên tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. 34
  35. 2.4.3.3. Block giữ xe – Ô lƣu giữ xe Là nơi chứa xe cuối cùng trong hệ thống, kết cấu và kích thƣớc đƣợc làm sao cho giữ đƣợc các loại xe có cùng kích thƣớc, kết cấu sao cho thuận tiện cho thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ô lƣu trữ và ngƣợc lại dễ dàng. 2.4.3.4. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển là bộ não của hệ thống giữ ôtô tự động, nó xác định vị trí cho thiết bị nâng chuyển xe đến vị trí chính xác. Vị trí của mỗi xe ôtô trong hệ thống đều đƣợc xác định để điều khiển thiết bị chuyển dời xe đến gian lƣu giữ riêng biệt. Mỗi ô này đƣợc xác định theo tầng, gian, bên trái hay bên phải lối đi giữa hai dãy. Vị trí mỗi ô đƣợc gán cho một mã số và đƣợc quản lý nhờ máy tính. Máy tính theo dõi trạng thái của mỗi ô xe ( có xe hoặc không có xe ). Mỗi khi quá trình lƣu xe hoặc lấy xe hoàn thành, máy tính sẽ cập nhật trạng thái hiện tại của từng gian để xác định vị trí có xe đang để vào vị trí trống. Phƣơng pháp định vị trí có thể thực hiện nhờ đếm số gian và tầng theo hƣớng di chuyển. Ngoài ra có một phƣơng pháp khác, đó là cung cấp cho mỗi ô một mã nhị phân xác định vị trí và đƣợc gắn vào ô đó. Thiết bị quét quang học sẽ giúp ta xác định vị trí ô cần tìm. Để thực hiện xác định vị trí và dẫn thiết bị trung chuyển xe đến nơi yêu cầu, điều khiển nhờ máy tính và bộ điều khiển PLC đƣợc sử dụng trong hệ thống. Máy tính đảm trách công việc quản lý các hoạt động của hệ thống, cụ thể là quản lý thông tin và hệ thống ghi nhớ dữ liệu. Trong khi đó PLC thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị trong hệ thống nhƣ thiết bị trung chuyển và cửa ra vào. 2.4.3.5. Hệ thống giao tiếp với ngƣời dùng Hệ thống này có chức năng giao tiếp giữa ngƣời dùng và hệ thống thông thƣờng có các dạng sau: 35
  36. Dạng tổ hợp phím và đèn LED. Dạng màn hình cảm ứng. 2.4.4. Các thông số cơ bản của hệ thống 2.4.4.1. Sức chứa lớn nhất Sức chứa lớn nhất là số lƣợng xe tối đa mà hệ thống có thể chứa đƣợc. Thông số trên thể hiện quy mô của hệ thống giữ ôtô tự động. Theo số lƣợng xe, hệ thống giữ ôtô tự động chia thành các loại sau: - Loại quy mô gia đình: Sức chứa từ 1 đến 6 xe. - Loại quy mô công cộng: + Loại quy mô nhỏ: Chứa từ 20 đến 50 xe. + Loại quy mô vừa: Chứa từ 50 đến 100 xe. + Loại quy mô lớn: Lớn hơn 100 xe. 2.4.4.2. Hệ số sử dụng diện tích Hệ số sử dụng diện tích là tỷ số giữa diện tích mặt đất và số lƣợng xe giữ tối đa. Thông số này phụ thuộc vào hệ thống sử dụng cũng nhƣ chiều cao công trình. Nó cho ta biết mức độ sử dụng đất, từ đó chúng ta phải thiết kế mô hình và lựa chọn hệ thống sao cho hệ số này là tối ƣu nhất. 2.4.4.3. Thời gian nhập hoặc lấy xe Đây là một thông số quan trọng thể hiện mức độ hiệu quả của hệ thống. Nó phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố sau: - Tốc độ di chuyển của các thiết bị nâng chuyển: Bao gồm tốc độ nâng, tốc độ di chuyển ngang và tốc độ di chuyển xe từ khung nâng vào các ô lƣu trữ. Các thông số tốc độ đƣợc chọn theo các tiêu chuẩn quy định đối với các máy nâng chuyển. - Hành trình di chuyển của các thiết bị nâng - chuyển: Là thông số rất quan trọng. Nó phải là con đƣờng ngắn nhất có thể. Do đó, thông số này đƣợc chọn theo phƣơng án tối ƣu nhất, hoặc phụ thuộc vào sự bố trí các hệ thống nâng – chuyển sao cho tối ƣu nhất. 36
  37. 2.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động + Tiết kiệm diện tích: Hệ thống tận dụng toàn bộ thể tích không gian nhờ vào khai thác chiều cao của không gian. Bằng việc lƣu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất, số lƣợng xe mà một trạm giữ xe tự động có thể chứa gấp hàng chục lần so với một bãi giữ ôtô thông thƣờng. Ví dụ nhƣ với diện tích trên mặt đất có thể chứa tối đa là 8 xe. Nhƣng khi xây dựng bãi đỗ xe tự động trên diện tích này chúng ta có thể chứa khoản 100 chiếc xe ôtô. + Tiết kiệm thời gian: Thay vì khách hàng phải tự tìm chổ để xe trong các bãi xe thông thƣờng và rất khó khăn nhất tại giờ cao điểm, với bãi giữ xe tự động thì khách hàng chỉ cần đƣa ôtô vào trạm đầu và nhập liệu là có thể an tâm ra khỏi xe và đi làm việc khác. Mà không cần quan tâm vị trí để xe. Công việc này do hệ thống đảm nhận. Nhƣ vậy thời gian đƣợc tiết kiệm cho khách hàng. + Tối ƣu việc sử dụng năng lƣợng: Đầu tiên chúng ta không phải tốn nhiên liệu cho việc di chuyển xe , tìm chỗ trong bãi. Và năng luợng hoạt động cho hệ thống đƣợc quản lý bằng máy tính, máy tính có thể tối ƣu hóa năng lƣợng sử dụng. + Không ô nhiễm môi trƣờng: Do hệ thống hoạt động hoàn toàn nhờ vào điện năng nên không có khí thải trong quá trình vận hành hệ thống. Và hạn chế tối đa ô nhiễm tiếng ồn. Vì tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện. + Không gây hƣ hai cho phƣơng tiện: Không gây va quẹt giữa các xe với nhau và hệ thống cũng hoàn toàn không gây hƣ hại cho xe gửi vì hệ thống hoàn toàn tự động. + Chi phí hoạt động thấp: Do không có các nhân viên trông xe, bán vé, Toàn hệ thống chỉ cần vài ngƣời giám sát hoạt động, điều khiển. Chì cần vài ngƣời điều khiển vì toàn bộ hệ thống đƣợc quản lý bằng màn hình máy tính theo dõi từ xa. 37
  38. + Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc lập với nhau về mặt cơ khí. + Khả năng linh hoạt cao: Tùy vào diện tích đất, mà chúng ta bố trí hệ thống theo diện tích đất có sẵn. Và tùy vào nhu cầu mà quy mô hệ thống có thể thay đổi cho phù hợp. + Tính an toàn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hoàn toàn khó có thể xảy ra. Nhờ các thiết bị cảm biến và giám sát bằng camera. 2.5. CÁC HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 2.5.1. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng 38
  39. Hình 2.1: Hệ thống đỗ xe loại thang nâng Loại hệ thống đỗ ô tô dạng thang nâng là loại hệ thống rất thuận tiện, an toàn, kinh tế. Với loại này sẽ tăng tối đa diện tích sử dụng, 60 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 3 xe (khoảng 48 m2), tốc độ xe ra vào nhanh (60m/phút). Hệ thống tƣơng thích PC lập trình điều khiển toàn bộ vận hành của hệ thống nên các vấn đề xảy ra (nếu có) sẽ có thể đƣợc phát hiện và giải quyết tức thời. Do tƣơng thích PC nên hệ thống liên tục cập nhật các thông tin về tình trạng hoạt động của hệ thống và thu thập dữ liệu về xe vào, ra, cƣớc phí trên cơ sở từng giờ, từng ngày, từng tuần, Hệ thống có thể đƣợc thiết kế với các kích thƣớc khác nhau phù hợp với kích thƣớc cho phép bên trong toà nhà. Rung động, tiếng ồn và lƣợng điện tiêu thụ đƣợc giảm thiểu nhờ thiết bị biến tần. 2.5.2. Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển của KOSTEC là hệ thống thiết kế theo công nghệ cao mang tính nghệ thuật, kết hợp sự vận hành đồng bộ của thang nâng, hệ thống bàn nâng di chuyển. Hệ thống này cho phép tận dụng tối ƣu diện tích với số xe đỗ tối đa, thời gian xe ra vào nhanh chóng. Một số đặc điểm chính: - Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất 18 xe 39
  40. - Thời gian đƣa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời của các hệ thống thang nâng, bàn nâng di chuyển. - Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dƣới lòng đất. - Thiết bị điều khiển xe ra/vào hoàn toàn tự động, hoạt động theo từng phần của hệ thống, tiết kiệm năng lƣợng. 2.5.3. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển Hình 2.2: Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển Đây là loại thiết kế hữa hiệu sử dụng nguyên lý cần trục xếp dỡ, cùng lúc vận hành chiều lên xuống và chiều ngang để đƣa xe vào vị trí đỗ. Thời gian lấy xe ra vào nhanh, có thể tận dụng diện tích ngầm dƣới lòng đất của toà nhà. Loại hệ thống này thích hợp cho diện tích đỗ xe cỡ trung và lớn. Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm: - Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 18 xe, nhờ sử dụng thang xếp xe nhỏ. - Thời gian đƣa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành lên xuống/qua lại đồng thời của hệ thống thang xếp. - Vận hành điều khiển rất đơn giản cho mọi ngƣời. - Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dƣới lòng đất. 40
  41. - Loại thiết bị rất kinh tế so với các thiết bị khác, do thiết kế đơn giản và dễ lắp đặt. 2.5.4. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang Hình 2.3: Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng ngang Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích có hình vuông, hình chữ nhật có nhiều tầng, nhiều hàng ngầm dƣới mặt đất. Xe đƣợc đƣa vào và lấy ra khỏi hệ thống bằng thiết bị nâng di chuyển theo hai trục đứng và ngang theo một trật tự lập trình trƣớc. Các đặc điểm chính của hệ thống gồm: 41
  42. - Thời gian đƣa xe vào / lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời theo trục đứng và ngang của hệ thống thang nâng. - Tăng diện tích sử dụng nhờ thiết kế lắp đặt dạng nhiều hàng và nhiều tầng - Việc điều hành hệ thống rất thuận lợi nhờ hệ thống tƣơng thích vi tính điều khiển trung tâm. 2.5.5. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng Hình 2.4: Hệ thống đỗ xe loại xoay vòng tầng Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng của KOSTEC là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ hẹp ngầm dƣới mặt đất, có thể lắp đợc 2, 3 hoặc 4 tầng trở lên. Hệ thống xoay vòng tầng là loại giải pháp kỹ thuật trong đó thang nâng chính và phụ vận hành đồng bộ và tuần tự đƣa các xe vào hoặc 42
  43. ra theo chiều ngang. Mỗi xe đƣợc đặt trên một bàn nâng chuyển để tăng hiệu quả xếp xe khi ra, vào và di chuyển trong hệ thống. Đặc điểm chính: - Tất cả các khoảng trống có thể đƣợc tận dụng để đỗ xe, không tốn diện tích thừa để xe di chuyển vào chỗ đỗ. - Điểm xe vào có thể thiết kế phù hợp nhất với thiết kế của toà nhà: xe có thể vào từ trên, từ dƣới, từ trái, từ phải hoặc từ giữa. - Tùy thuộc vào chiều sâu của tầng ngầm cho phép, có thể lắp đặt. 2.5.6. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng Là hệ thống mang lại hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe đƣợc đặt trên các bàn nâng (pallet), các pallet này di chuyển xoay vòng 3600 quanh trục cố định, có thể đảo chiều xoay. Hệ thống đƣợc lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất. Hệ thống có đặc điểm chính: - Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, có thể lắp nhiều hệ thống liên tiếp nhau. - Điểm xe vào từ dƣới mặt đất. - Có thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong toà nhà cao tầng. 43
  44. 2.5.7. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình Hình 2.5: Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình Đây cũng là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dƣới đất, có thể lắp đƣợc tối đa 5 tầng. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe đƣợc đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng và di chuyển ngang để đƣa các xe vào hoặc ra. Hệ thống đƣợc lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất. Đặc điểm chính của hệ thống: 44
  45. - Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất). - Điểm xe vào từ dƣới tầng thấp nhất. - Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế cho phép. - Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự, gia đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm. 2.6. GARA ÔTÔ TỰ ĐỘNG VẬN HÀNH NHƢ THẾ NÀO 2.6.1. Cơ chế vận hành Các hệ thống đậu xe tự động sử dụng máy tính, các bộ cảm biến, camera và các bộ phận cơ khí để lấy xe, chuyển qua gara và đậu vào một chỗ trống. Quá trình vận chuyển xe vào chỗ đậu rất đơn giản và tài xế hầu nhƣ không phải làm gì. Có hai loại hệ thống đậu xe tự động, tuỳ thuộc vào hình thức chuyển xe từ lối vào tới chỗ đậu theo phƣơng dọc hay ngang. Trong cả hai trƣờng hợp, quy trình vận chuyển xe tới chỗ đậu cơ bản là giống nhau. Ở cả hai hệ thống, tài xế cần lái ô tô vào gara nhƣ bình thƣờng, rồi đậu vào đúng vị trí bàn nâng, tắt máy, kéo phanh tay và ra khỏi xe. Các bộ cảm biến sẽ tự nhận dạng kích cỡ và hình dáng tổng thể của xe để gợi ý chỗ đậu thích hợp. Với những hệ thống có tốc độ nhanh nhất, toàn bộ quá trình đƣa xe vào bãi đậu chỉ mất khoảng 2 phút rƣỡi, tính từ lúc xe đậu lên bàn nâng. Hầu hết các hệ thống đều dùng bàn nâng có chức năng xoay, để khi nhận lại xe từ bãi đậu, tài xế không phải lái lùi. Nếu bạn băn khoăn làm thế nào hệ thống có thể nhận ra xe nào là của bạn, bạn hãy yên tâm rằng đó không phải công việc phỏng đoán. Sau khi nhận xe, các hệ thống đậu xe tự động sẽ cho bạn một chiếc thẻ hoặc chìa khoá chứa 45
  46. mã số xác định vị trí đậu xe của bạn. Khi muốn lấy xe, bạn chỉ cầm đút thẻ hoặc chìa khoá này vào máy tự động. 2.6.2. Ƣu điểm Hẳn không cần nói nhiều ngƣời cũng có thể nêu ƣu điểm lớn nhất của bãi đậu xe cao tầng là tiết kiệm diện tích. Bãi đậu xe tự động, diện tích mặt bằng đƣợc tận dụng tối đa vì các xe đƣợc xếp sát nhau hơn ở các bãi đậu xe thông thƣờng, vì không cần chừa khoảng trống để mở cửa xe cho ngƣời ra- vào. Các hệ thống đậu xe tự động còn góp phần cắt giảm lƣợng khí thải CO2 và tiêu thụ nhiên liệu, vì chúng không cần xe phải nổ máy trong suốt quá trình vào chỗ đậu. Ngoài ra, các hệ thống đậu xe tự động có thể đƣợc xây nổi hoặc ngầm, tuỳ vào không gian “rảnh rỗi” trong thành phố( hiện nay tại Hàn Quốc, tính trên số lƣợng xe đỗ thì tỷ trọng sử dụng hệ thống nổi là 33% và hệ thống ngầm là 67%). Hình 2.7: Hệ thống bãi đỗ xe ngầm 46
  47. Hình 2.8: Hệ thống đỗ xe nhà cao tầng 2.6.3. Nhƣợc điểm Nhƣợc điểm của các hệ thống đậu xe tự động hầu nhƣ chỉ giới hạn ở những rủi ro khách quan, điều mà các bãi đậu xe truyền thống cũng không tránh khỏi, nhƣ động đất. Bên cạnh đó là một số lỗi kỹ thuật có thể xảy ra, dù hãn hữu, nhƣ khiến thân xe bị xƣớc hoặc móp méo. Một số trƣờng hợp thậm chí trả nhầm xe. Nhƣng với ƣu nhiều hơn nhƣợc điểm, rõ ràng hệ thống đậu xe tự động sẽ là tƣơng lai. Với đại bộ phận các nƣớc trên thế giới, hệ thống này vẫn còn mới mẻ, nhƣng ở Nhật Bản đã khá phổ biển. Mỹ bắt đầu xây dựng loại hình bãi đậu xe tự động từ năm 2002, còn ở châu Âu, những hệ thống kiểu này mới xuất hiện ở các thành phố vào năm 2007. 47
  48. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG CHO GARA Ô TÔ SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong xã hội văn minh hiện đại này thì ô tô chiếm một phần không nhỏ trong lƣu thông, những tiện ích vƣợt trội của ô tô so với các loại phƣơng tiện giao thông khác là không thể phủ nhận( chở đƣợc nhiều ngƣời hơn, chủ động thời gian, đỡ bụi và đỡ ồn hơn, ). Trên thế giới ô tô là phƣơng tiện giao thông chính từ lâu. Với tốc độ phát triển nhƣ hiện nay của nƣớc ta, chẳng lâu nữa ô tô là phƣơng tiện giao thông chính ở nƣớc ta, khi đó mọi nhà đều có ô tô và nhƣ thế chúng ta cần phải có nhiều chỗ để xe hơn. Vì việc thiết kế gara với cửa tự động cho ô tô là điều hết sức cần thiết phục vụ tốt hơn cho cuộc sống con ngƣời. Do cửa tự động cho ô tô có thể đóng mở một cách tự động nên tiết kiệm thời gian và tránh đƣợc cảm giác ngại và phiền toái với ngƣời sử dụng. Xã hội đang thay đổi từng ngày từng giờ, với cuộc sống hiện đại ngày nay thì tiết kiệm đƣợc một chút thời gian và bớt đi phiền toái là điều rất cần thiết. 3.2. CHẾ TẠO GIỚI THIỆU MÔ HÌNH 3.2.1. Bài toán đặt ra Giải sử gara ô tô có sức chứa đƣợc 10 xe ô tô. Khi xe đi đến cửa vào để gửi, nó chạm vào công tắc hành trình thứ nhất lúc này cửa mở lên và đèn hiển thị màu xanh, đồng thời bộ đếm counter xác nhận thêm một giá trị vào. Khi xe đi qua cửa hoàn toàn, xe chạm vào công tắc hành trình thứ hai cửa đóng vào và đèn hiển thị màu vàng. Quá trình lấy xe ra gara cũng giống nhƣ lúc gửi xe vào. Xe chạm vào công tắc hành trình thứ ba cửa mở ra và đèn hiển thị màu xanh đồng thời bộ 48
  49. đếm counter giảm đi một giá trị. Khi xe đã đi ra ngoài cửa hoàn toàn chạm vào công tắc hành trình thứ tƣ cửa đóng vào đèn hiển thị màu vàng. Riêng ở cửa vào còn đƣợc bố trí thêm đèn màu đỏ để báo cho các lái xe biết gara đã đầy, không thể gửi đƣợc nữa. Trong trƣờng hợp có nhiều xe nối tiếp nhau vào gửi hoặc lấy xe ra thì cửa phải bảo đảm luôn mở. 3.2.2. Các yêu cầu của mô hình Kích thƣớc tùy ý. Gọn gàng. Hệ thống cơ hoạt động tốt. Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế. Hệ thống cửa đáp ứng đƣợc mọi yêu cầu đề ra. Cụ thể ta có những yêu cầu sau:  yêu cầu về chƣơng trình chung. Dùng bộ ổ đĩa VCD của máy tính làm hệ thống cửa. Cửa đƣợc đặt cạnh tƣờng. Cửa phải tự động mở khi có xe muốn vào, phải tự động đóng xuống khi xe đã vào hết. Cửa thiết kế có thể đóng mở một cách thông minh, khi cửa đang đóng xuống thì xe mới vào thì cửa vẫn mở lên cho phép xe vào. Dùng kỹ thuật PLC để điều khiển chƣơng trình hoạt động cho cửa.  yêu cầu về cơ khí Yêu cầu của mô hình là phải càng giống với cửa thật cả về hình thức và chất lƣợng hoạt động càng tốt, phải chắc chắn và gọn gàng. Do đó, việc thiết kế kết cấu cơ khí cho mô hình cũng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật nhƣ đối với cửa thật: Khung cửa, cánh cửa, rãnh trƣợt xích, bánh răng, trục quay, Ngoài ra còn có các kết cấu phụ để tạo ra mô hình cửa tự động thật hoàn chỉnh nhƣ cửa thật. 49
  50. Động cơ ở đây là loại động cơ một chiều đƣợc cấp nguồn bởi bộ chỉnh lƣu cầu một chiều, kết hợp với bộ đảo chiều cho phép động cơ có thể quay thuận hoặc quay ngƣợc. 3.2.3. Mục đích của việc chế tạo mô hình Tạo ra một mô hình cửa đóng mở tự động có thể hoạt động tốt, từ đó có thể thiết kế đƣợc cửa tự động cho gara ô tô thật. Việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu môn học một cách thực tế, là một cơ hội rất tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế. Nghiên cứu chế tạo ra mô hình cửa tự động này sinh viên cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau. Điều đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong một lĩnh vực tự động hóa mà còn nhiều lĩnh vực, nghành nghề khác nhƣ điện , điện tử, cơ khí, 3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH Các thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm có: Động cơ điện một chiều: dùng để đóng mở các cửa sổ vào, ra. Công tắc hành trình: dùng để điều khiển quá trình đóng mở cửa. (Có thể thay công tắc hành trình bằng cảm biến quang hoặc cảm biến hồng ngoại) Các đèn báo: Hiển thị các trạng thái của cửa. Nút bấm: cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống. Rơle: Thiết bị trung gian dùng để cấp nguồn cho các đầu ra của hệ thống. Nguồn 24 VDC: nguồn cấp cho các đèn báo và cuộn hút của rơle. Nguồn 5 VDC: nguồn cấp cho động cơ ở hai cửa. 3.3.1. Công tắc hành trình Công tắt hành trình trƣớc tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng 50
  51. mở mạch điện, và nó đƣợc đặt trên đƣờng hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình đƣợc tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Ngƣời ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích nhƣ: - Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vƣợt qua vị trí giới hạn) - Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay vi điều khiển để khi cơ cấu đến vị trí định trƣớc sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó). Hình 3.1: Các công tắc hành trình Công tắc hành trình đƣợc dùng nhiều trong các dây chuyền tự động. Các công tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thƣờng đóng, thƣờng mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công tắc quang. 51
  52. 3.3.2. Cảm biến quang Cấu tạo chung cảm biến quang gồm có: một bộ phát quang và một bộ thu quang. Bộ phát quang có thể sử dụng ánh tia hồng ngoại, ánh sáng đỏ, lazer. Bộ thu quang có thể sử dụng tranzitor quang, diode quang. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang nhƣ sau: tín hiệu quang từ bộ phát quang không bị cản nó vẫn truyền tới bộ thu giữ nguyên trạng thái đầu. Khi có vật cản đƣờng truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu, thì bộ thu sẽ chuyển trạng thái đầu ra. 3.3.3. Đèn báo pha Đèn báo pha dùng cho các tủ điện. Có các màu đỏ, vàng, xanh lá cây , trắng, xanh dƣơng. Loại đèn này sử dụng công nghệ LED, đƣờng kính 22mm Hình 3.2: Các đèn báo pha 3.3.4. Rơle . 52
  53. Rơle bao gồm các bộ phận sau: ( k . . . ở ọa. - . - . - . : : , ). . 53
  54. . + Rơl - . . : . , : . . + Rơle côn . , : . . P : . . - . . . 3.3.6. Bộ nguồn Trong các mạch điện tử của các thiết bị nhƣ Radio - Cassette, Âmlpy, Ti vi mầu, Đầu VCD, v v chúng sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác nhau, nhƣng ở ngoài zắc cắm của các thiết bị này lại cắm trực tiếp 54
  55. vào nguồn điện AC 220V 50Hz, nhƣ vậy các thiết bị điện tử cần có một bộ phận để chuyển đổi từ nguồn xoay chiều ra điện áp một chiều, cung cấp cho các mạch trên, bộ phận chuyển đổi bao gồm: Biến áp nguồn: Hạ thế từ 220V xuống các điện áp thấp hơn nhƣ 6V, 9V, 12V, 24V v v Mạch chỉnh lƣu: Đổi điện AC thành DC. Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lƣu cho nguồn DC phẳng hơn. Mạch ổn áp: Giữ một điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ Hình 3.3: Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn. 3.4. LẬP CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO CỬA TỰ ĐỘNG CỦA GARA 3.4.1. Các bƣớc lập trình Để lập chƣơng trình điều khiển cho hệ thống cửa tự động của gara ô tô phải xuất phát từ các yêu cầu công nghệ của đối tƣợng điều khiển. Từ các yêu cầu công nghệ xây dựng thuật toán điều khiển, hoặc xây dựng logic điều khiển. Bƣớc cuối cùng là xây dựng thuật toán hoặc sơ đồ logic, dùng ngôn ngữ lập trình để viết chƣơng trình điều khiển. Các bƣớc lập trình có thể mô tả nhƣ sau: 55
  56. Công nghệ Thuật toán Sơ đồ logic Lập trình Hình 3.4: Sơ đồ các bƣớc để lập trình Từ thuật toán hay logic điều khiển vạch ra một hƣớng đi để viết chƣơng trình hƣớng đi đó phải xuất phát từ các yêu cầu công nghệ Chƣơng trình điều khiển viết cho PLC thực chất là mô tả các mối hên kết giữa các phần tử đã đƣợc định nghĩa sẵn trong PLC, mà các mối liên kết đó quyết định chức năng của hệ thống. Do đó việc lập chƣơng trình điều khiển cho PLC là việc sao chép lại sơ đồ logic điều khiển nối dây bằng ngôn ngữ lập trình. Khi viết chƣơng trình cần phải xét đến trình tự xử lý các tín hiệu trong vòng quét của hệ điều hành. Trình tự đó phải theo một trật tự logic, đối với PLC loại S7-200 ngoài phần tử cơ bản còn có các bộ chức năng khác, đã đƣợc định nghĩa trong bộ vi xử lý điều đó cho phép dễ dàng lập trình đƣợc logic điều khiển tuỳ theo từng ngôn ngữ lệnh chức năng. Việc kiểm tra chƣơng trình có thể thực hiện gián tiếp thông qua sơ đồ logic và việc chuyển sơ đồ logic thành chƣơng trình rất thuận tiện ít có khả năng sai sót. 56
  57. Do điều kiện thực tế có mô hình để chạy thử và kiểm tra chƣơng trình, nên trong đồ án này em dùng phƣơng pháp lập chƣơng trình điều khiển thông qua sơ đồ thuật toán. 3.4.2. Gán các địa chỉ vào ra 3.4.2.1. Các tín hiệu đầu vào I0.0 Công tắc hành trình 1 I0.1 Công tắc ngắt quá trình mở cửa vào I0.2 Công tắc hành trình 2 I0.3 Công tắc ngắt quá trình đóng cửa vào I0.4 Công tắc hành trình 3 I0.5 Công tắc ngắt quá trình mở cửa ra I0.6 Công tắc hành trình 4 I0.7 Công tắc ngắt quá trình đóng cửa ra 3.4.2.2. Các tín hiệu đầu ra Q0.0 Cửa vào mở Q0.1 Cửa vào đóng Q0.2 Cửa ra mở Q0.3 Cửa ra đóng Q0.4 Đèn hiển thị màu đỏ, gara đầy 57
  58. 3.4.2.3. Sơ đồ bố trí các tín hiệu đầu vào Cửa ra I0.7 I0.6 I0.5 I0.4 I0.3 I0.2 I0.1 I0.0 Cửa vào Hình 3.5: Sơ đồ bố trí các tín hiệu đầu vào 3.4.3. Lập trình trên phần mềm S7 – 200 cho mô hình Chƣơng trình xem trong phần phụ lục 1 và 2. 3.5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH 3.5.1. Sơ đồ thuật toán 58
  59. Bắt đầu Cửa vào đóng Cửa ra đóng S S Có xe ra ? Có xe vào ? Đ Đ Chạm CTHT 1 Chạm CTHT 3 Gara đầy, cửa S Cửa mở ? đóng, đèn đỏ Cửa mở, đèn hiển thị màu xanh Đ Đèn hiển thị màu xanh 1’ 1 59
  60. 1 1’ Counter giảm 1 Counter cộng giá trị thêm 1 giá trị S S Xe đi qua Xe đi qua của ? cửa ? Đ Đ Chạm CTHT Chạm CTHT 2 4 Cửa đóng, đèn hiển thị Cửa đóng, đèn hiển thị màu vàng màu vàng Kết thúc Hình 3.6: Sơ đồ thuật toán của mô hình 3.5.2. Sơ đồ nguyên lý đấu điện 60
  61. Rơ le Rơ le Rơ le Rơ le Rơ le ngoài ngoài ngoài ngoài ngoài Biến áp Chỉnh lƣu FS RUN 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 STOP 1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 0V 24 V Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý đấu điện qua PLC 61
  62. 3.6. GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH Ban đầu cả hai cửa của gara đang ở trạng thái đóng. Khi có xe tiến về phía cửa vào để gửi, đầu tiên xe sẽ chạm vào vị trí của I0.0 lúc này cửa vào sẽ mở ra đồng thời đèn hiển thị trạng thái màu xanh và khi đó bộ đếm counter ở trong PLC sẽ cộng thêm một giá trị vào. Khi cửa đã mở hoàn toàn nó sẽ chạm vào I0.1 lúc này nó sẽ ngắt điện cấp cho Q0.0 và cửa dừng quá trình mở. Sau khi xe đã đi vào gara hoàn toàn, xe sẽ chạm vào vị trí I0.2 làm cho cửa tự động đóng vào và đèn hiển thị màu vàng. Khi cửa đang đóng mà chạm vào vị trí I0.3 thì nó sẽ ngắt điện cấp cho động cơ và kết thúc quá trình đóng cửa. Đối với quá trình lấy xe ra khỏi gara cũng giống nhƣ lúc gửi xe. Ban đầu xe sẽ chạm vào vị trí I0.4 lúc này cửa tự động mở ra, đèn hiển thị trạng thái màu xanh đồng thời bộ đếm counter sẽ giảm đi một giá trị. Khi cửa mở đến vị trí của I0.5 thì nó sẽ ngắt nguồn cấp cho động cơ và cửa không mở ra nữa. Khi xe đã ra khỏi cửa, nó sẽ chạm vào vị trí của I0.6 làm cho cửa đóng vào luôn và đèn hiển thị màu vàng. Quá trình đóng cửa kết thúc khi nó chạm vào vị trí của I0.7. Số lƣợng xe gửi ở cửa vào và số xe lấy ra ở cửa ra luôn đƣợc bộ đếm counter xác nhận. Khi counter xác nhận trong gara đã đủ 10 xe lúc này cửa vào sẽ không mở cho xe vào nữa mặc dù xe vẫn chạm vào vị trí của I0.0 đồng thời đèn màu đỏ sáng thông báo cho các lái xe biết gara đã đầy. Trong trƣờng hợp các xe nối tiếp nhau vào gửi hoặc lấy xe ra thì hệ thống cửa vẫn luôn mở. 3.7. MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA MÔ HÌNH 62
  63. 3.8. SO SÁNH GIỮA MÔ HÌNH VÀ THỰC TẾ Việc thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động để nhằm mục đích nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động. Do đó mô hình đƣợc thiết kế về cơ bản là giống với công nghệ cửa tự động thật cả về hình dáng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Tuy nhiên giữa thực tế và mô hình thật còn có những khác biệt sau đây: Một là do mô hình chỉ dùng cho mục đích tìm hiểu và thử nghiệm nên kích cỡ nhỏ hơn nhiều so với thực tế (tuy vẫn phải đảm bảo các nguyên tắc thiết kế). Hai là các thiết bị, linh kiện để làm mô hình khác xa với thực tế về cả kết cấu cơ khí lẫn thiết kế điện. Khối lƣợng cửa coi nhƣ bỏ qua, tất cả các thiết bị điện đều dùng nguồn 1 chiều( đèn, xen xơ, ). Riêng động cơ đƣợc cấp bởi nguồn 1 chiều 5V, chỉ có 1 cấp tốc độ. Ngoài ra chƣa kể xích bánh răng, trục quay,đèn, Với mô hình chỉ có yêu cầu là hoạt động đƣợc nhƣng trong thực tế là rất khác với mô hình. Không chỉ hoạt động đƣợc mà còn phải hoạt động một cách an toàn và hiệu quả nhất, thiết kế phải mang tính kinh tế nhất. Chính vì vậy sự khác biệt thứ ba là trong thực tế tùy theo khối lƣợng của cửa, vị trí đặt cửa và tốc độ nâng hạ của cửa mà ta có thể chọn động cơ có công suất và số cấp tốc độ cho phù hợp. Bốn là thực tế nếu dùng bãi đỗ xe kiểu này thì rất tốn diện tích mặt bằng, số lƣợng xe gửi không đƣợc nhiều nên trên thế giới giờ ƣu tiên các bãi đỗ xe ngầm hoặc hệ thống nhà đỗ xe nhiều tầng. Ngoài ra còn có điểm khác biệt nhỏ nữa là, xen xơ trong thực tế ta có thể dùng cảm biến siêu âm thay cho cảm biến quang và công tắc hành trình, và có thể thêm một cảm biến nữa ở giữa tránh tình trạng kẹt cửa. 65
  64. KẾT LUẬN Đồ án này của em thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu tìm hiểu công nghệ cửa tự động trong thực tế. Thông qua đề tài “Xây dựng mô hình bãi gửi xe tự động” đã thực sự giúp em hiểu biết rõ ràng hơn về những gì em đã đƣợc học trong suốt thời gian qua. Qua đây em cũng đƣợc dịp mở rộng tầm hiểu biết của mình về mảng kiến thức PLC mà em đã đƣợc học, một ứng dụng tối ƣu của nghành tự động hóa. Đối với em, bản đồ án thực sự phù hợp với những kiến thức em đã tích lũy đƣợc khi học ngành tự động hóa xí nghiệp công nghiệp. Do trình độ cũng nhƣ khả năng nhận thức có hạn, cộng với việc thiếu thốn trong tài liệu tham khảo và thời gian nghiên cứu, tìm hiểu đề tài còn hạn chế nên dù đã cố rát cố gắng nhƣng chắc rằng bản đồ án còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy cô châm trƣớc và nhận đƣợc sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô để có thể hiểu hơn và tiếp cận gần hơn với các công nghệ mới. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Đức Minh đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong những năm học vừa qua, nhờ các thầy cô em mới có đƣợc những kiến thức nhƣ ngày hôm nay. Đó chính là những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ tốt nghiệp và là nền tảng cho công việc sau này của em Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày 26 tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực hiện Hà Duy Hải 66
  65. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Thành Bắc, Giáo trình thiết bị điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [2]. Http:// WWW. Google.com.vn. [3]. Phạm Xuân Khánh, Phạm Công Dƣơng, Bùi Thị Thu Hà (2009), Thiết bị điều khiển khả trình – PLC, Nhà xuất bản giáo dục việt nam. [4]. Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [5]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (2005), Điều Chỉnh Tự Động Truyền Động Điện, Nhà xuất bản khoa học Và kỹ thuật Hà Nội. [6]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh (2000), Tự động hoá với Simatic S7-200, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 67
  66. PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chƣơng trình viết dƣới dạng LAD ( ladder ) 68
  67. Phụ lục 2: Chƣơng trình viết dƣới dạng STL Network 1 // Network Title // Network Comment LD I0.3 AN C30 A I0.0 S Q0.0, 1 R M0.3, 1 Network 2 LD Q0.0 A I0.1 S M0.1, 1 R Q0.0, 1 Network 3 LD M0.1 A I0.2 S Q0.1, 1 S M0.2, 1 R M0.1, 1 Network 4 LD M0.2 A I0.3 S M0.3, 1 R Q0.1, 1 Network 5 71
  68. LD I0.7 A I0.4 S Q0.2, 1 Network 6 LD Q0.2 S M0.4, 1 R M0.3, 1 Network 7 LD M0.4 A I0.5 S M0.5, 1 R Q0.2, 1 Network 8 LD M0.5 A I0.6 S Q0.3, 1 Network 9 LD Q0.3 S M0.6, 1 R M0.5, 1 Network 10 LD M0.6 A I0.7 S M0.7, 1 R Q0.3, 1 Network 11 72
  69. LD I0.0 A I0.2 S Q0.0, 1 R Q0.1, 1 Network 12 LD I0.4 A I0.6 S Q0.2, 1 R Q0.3, 1 Network 13 LD I0.0 AN Q0.4 LD I0.4 LD C30 A I1.0 CTUD C30, 6 Network 14 LD C30 = Q0.4 73
  70. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 CỦA HÃNG SIEMENS 2 1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA ( TĐH ) VÀ PLC NÓI CHUNG 2 1.1.1. Sự phát triển của TĐH 2 1.1.2. Sự phát triển của PLC 2 1.2. TỔNG QUAN VỀ PLC 4 1.2.2. Phân loại 5 1.2.3. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 5 1.2.4. Các hoạt động xử lý bên trong PLC 8 1.2.5. Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC 10 1.2.6. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC 10 1.3. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ S7 – 200 13 1.3.1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200 13 1.3.2. Các tính năng của PLC S7-200 13 1.3.3. Cấu trúc phần cứng của CPU 214 14 1.3.4. Cấu trúc bộ nhớ 17 1.3.5. Mở rộng cổng vào ra 18 1.4.1. Thực hiện chƣơng trình của S7-200 19 1.4.2. Các toán hạng lập trình cơ bản 19 1.5. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7- 200 20 1.5.1. Phƣơng pháp lập trình 20 1.5.2. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình 21 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG 28 74
  71. 2.1. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA 28 2.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA CÁC BÃI ĐỖ XE Ở VIỆT NAM VÀ KINH NGHIỆM CỦA CÁC NƢỚC 28 2.3. CÁC GIẢI PHÁP 30 2.4. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIỮ ÔTÔ TỰ ĐỘNG 31 2.4.1. Khái niệm về hệ thống bãi giữ xe tự động 31 2.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ôtô tự động 31 2.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ôtô tự động 33 2.4.4. Các thông số cơ bản của hệ thống 36 2.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ôtô tự động 37 2.5. CÁC HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 38 2.5.1. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng 38 2.5.2. Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển 39 2.5.3. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển .40 2.5.4. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang 41 2.5.5. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng tầng .42 2.5.6. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng trục đứng 43 2.5.7. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình 44 2.6. GARA ÔTÔ TỰ ĐỘNG VẬN HÀNH NHƢ THẾ NÀO 45 2.6.1. Cơ chế vận hành 45 2.6.2. Ƣu điểm 46 2.6.3. Nhƣợc điểm 47 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG CHO GARA Ô TÔ SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN 48 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 48 3.2. CHẾ TẠO GIỚI THIỆU MÔ HÌNH 48 75
  72. 3.2.1. Bài toán đặt ra 48 3.2.2. Các yêu cầu của mô hình 49 3.2.3. Mục đích của việc chế tạo mô hình 50 3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH 50 3.3.1. Công tắc hành trình 50 3.3.2. Cảm biến quang 52 3.3.3. Đèn báo pha 52 3.3.4. Rơle 52 3.3.6. Bộ nguồn 54 3.4. LẬP CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO CỬA TỰ ĐỘNG CỦA GARA 55 3.4.1. Các bƣớc lập trình 55 3.4.2. Gán các địa chỉ vào ra 57 3.4.3. Lập trình trên phần mềm S7 – 200 cho mô hình 58 3.5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH 58 3.5.1. Sơ đồ thuật toán 58 3.5.2. Sơ đồ nguyên lý đấu điện 60 3.6. GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH 62 3.7. MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA MÔ HÌNH 62 3.8. SO SÁNH GIỮA MÔ HÌNH VÀ THỰC TẾ 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHẦN PHỤ LỤC 68 76