TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
NGUYỄN ĐÌNH LÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
TP. HỒ CHÍ MINH, 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
NGUYỄN ĐÌNH LÂM – 41101779
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. LƯƠNG VĂN LĂNG
TP. HỒ CHÍ MINH, 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm 2015
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên luận văn:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Cán bộ hướng dẫn:
Nguyễn Đình Lâm
41101779
Lê Văn Quân
41102748
TS. Lương Văn Lăng
Đánh giá Luận văn
1. Về cuốn báo cáo:
Số trang
___________
Số chương
___________
Số bảng số liệu
___________
Số hình vẽ
___________
Số tài liệu tham khảo ___________
Sản phẩm
___________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
2. Về nội dung luận văn:
3. Về tính ứng dụng:
4. Về thái độ làm việc của sinh viên:
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư, xếp
loại Giỏi/ Khá/ Trung bình
Điểm từng sinh viên:
Nguyễn Đình Lâm:………../10
Lê Văn Quân:………../10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm 2015
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Tên luận văn:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Cán bộ phản biện:
Nguyễn Đình Lâm
41101779
Lê Văn Quân
41102748
Đánh giá Luận văn
5. Về cuốn báo cáo:
Số trang
___________
Số chương
___________
Số bảng số liệu
___________
Số hình vẽ
___________
Số tài liệu tham khảo ___________
Sản phẩm
___________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
6. Về nội dung luận văn:
7. Về tính ứng dụng:
8. Về thái độ làm việc của sinh viên:
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư, xếp
loại Giỏi/ Khá/ Trung bình
Điểm từng sinh viên:
Nguyễn Đình Lâm:………../10
Lê Văn Quân:………../10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm 2015
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
Cán bộ hướng dẫn: TS. Lương Văn Lăng
Thời gian thực hiện: Từ ngày………………..đến ngày……………
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Đình Lâm – 41101779
Lê Văn Quân – 41102748
Nội dung đề tài:
Mục tiêu, phạm vi, đối tượng:
-
Ứng dụng tự động hóa vào hệ thống bãi giữ xe ô tô
-
Xây dựng giao diện thân thiện người dùng
Phương pháp thực hiện:
-
Thiết kế và thi công mô hình cơ khí
-
Xây dựng thuật toán điều khiển phù hợp
-
Sử dụng kết hợp WinCC với PLC giao tiếp với máy tính thông qua OPC
KEPServer kết hợp quét thẻ từ RFID và nhận dạng biển số xe , để giám sát và
điều khiển hệ thống.
Kế hoạch thực hiện:
Nguyễn Đình Lâm:
-
Thiết kế mô hình cơ khí hệ thống trên Solidworks 3D
-
Thi công lắp ráp mô hình cơ khí
-
Thiết kế và thi công mạch điện điều khiển
-
Xây dựng thuật toán điều khiển với TIA PORTAL v13
-
Viết chương trình điều khiển PLC S7-1200 và thiết kế giao diện giám sát
WinCC
-
Kết hợp chạy thực tế trên mô hình
-
Viết báo cáo
Lê Văn Quân:
-
Thi công lắp ráp mô hình cơ khí
-
Xây dựng thuật toán điều khiển trên nền C#
-
Viết chương trình xử lý quét thẻ từ RFID
-
Viết chương trình xử lý nhận dạng biển số xe
-
Viết chương trình giao tiếp máy tính với PLC thông qua OPC KEPServer
-
Kết hợp chạy thực tế trên mô hình
-
Viết báo cáo
Xác nhận của Cán bộ hướng dẫn
TP. HCM, ngày….tháng …..năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Đình Lâm
Lê Văn Quân
DANH SÁCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số ……………………
ngày ………………….. của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa TP.HCM.
1. …………………………………………. – Chủ tịch.
2. …………………………………………. – Thư ký.
3. …………………………………………. – Ủy viên.
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Bách
Khoa Tp.HCM, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện- điện tử và bộ môn Tư
động hóa đã tận tình và hết lòng truyền đạt những kiến thức cho chúng em
trong suốt quãng thời gian chúng em học tập tại trường.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Lương Văn Lăng.
Người thầy đã hết lòng giúp đỡ và theo sát chúng em trong quá trình thực hiện
và hoàn thành luận văn này.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp DD11TD12-34.
Những người bạn đã cùng học và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt quá trình học tập
và luận văn cuối khóa.
Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy phản biện và các thầy
trong hội động bảo vệ luận văn đã dành thời gian để nhận xét và giúp đỡ chúng
em trong quá trình bảo vệ luận văn.
Cuối lời, chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe đến các thầy cô Trường Đại
Học Bách Khoa Tp.HCM, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện- điện tử và bộ
môn Tư động hóa.
Tp.HCM, ngày …. tháng …. năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Đình Lâm
Lê Văn Quân
MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN .......................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................2
Chương 1.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..................................................................3
1.1. Tính cấp thiết của luận văn ..........................................................................................3
1.2. Mục tiêu của luận văn .....................................................................................................4
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................................4
1.4. Nhiệm vụ của luận văn...................................................................................................5
Chương 2.
PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN ....................................................6
2.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động .................................6
2.1.1.
Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động ..........................................................6
2.1.2.
Lựa chọn phương án ..........................................................................................9
2.2. Nhiệm vụ của luận văn................................................................................................ 10
2.2.1.
Tóm tắt nguyên lý hoạt động bãi giữ xe ô tô tự động ....................... 10
2.2.2.
Các vấn đề cần giải quyết .............................................................................. 11
2.2.3.
Phương hướng giải quyết ............................................................................. 11
2.2.4.
Thiết kế mô hình với Solidworks 3D ....................................................... 13
Chương 3.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................ 15
3.1. Sơ đồ tổng quát kết nối các thiết bị với máy tính ........................................... 15
3.2. Tổng quan các thiết bị sử dụng trong luận văn ............................................... 16
3.2.1.
Giới thiệu về ngôn ngữ C# và .NET Framework ................................. 16
3.2.2.
OPC .......................................................................................................................... 16
3.2.3.
Cơ sở dữ liệu SQL Server ............................................................................... 17
3.2.4.
Xử lý ảnh ............................................................................................................... 19
3.2.5.
RFID ........................................................................................................................ 20
3.2.6.
Mạch chuyển USB UART CP2102 .............................................................. 22
3.2.7.
Mạch cảm biến dò line đơn .......................................................................... 23
3.2.8.
Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại ........................................................... 24
3.2.9.
Tổng quan họ PLC Siemens .......................................................................... 24
3.2.10.
PLC S7-1200 ........................................................................................................ 26
3.2.11.
Phần mềm giao diện người máy Simatic WinCC V11 cho các ứng
dụng điều khiển giám sát.................................................................................................. 32
3.3. Kết nối giữa PC - OPC – PLC ...................................................................................... 33
Chương 4.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG – THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ................... 35
4.1. Thiết kế và thi công mô hình .................................................................................... 35
4.1.1.
Thiết kế mô hình ............................................................................................... 35
4.1.2.
Thi công mô hình .............................................................................................. 36
4.1.3.
Lựa chọn động cơ ............................................................................................. 37
4.1.4.
Mạch điện ............................................................................................................. 37
4.2. Thuật toán điều khiển ................................................................................................. 40
4.2.1.
Thuật toán điều khiển cho PLC ................................................................... 40
4.2.2.
Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính .................................................. 52
4.2.3.
Thiết kế giao diện người dùng .................................................................... 55
Chương 5.
TỔNG KẾT ............................................................................................................ 62
5.1.
Kết quả đạt được ....................................................................................................... 62
5.2.
Kết luận.......................................................................................................................... 62
5.3.
Những hạn chế của đề tài và định hướng phát triển đề tài .................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................. 64
Hình 2.1: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô dạng xe di chuyển vòng quanh tòa nhà”........6
Hình 2.2: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô xếp chồng” ..................................................................7
Hình 2.3: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà dạng hình trụ” .........................8
Hình 2.4: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông” .............................8
Hình 2.5: Lựa chọn “Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà xếp tầng vuông” .9
Hình 2.6: Mô hình Solidworks 3D bãi giữ xe ô tô tự động ........................................... 13
Hình 2.7: Mô hình Solidworks 3D khung giữ xe............................................................... 14
Hình 2.8: Mô hình Solidworks 3D kết cấu khung nâng ................................................. 14
Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát các thiết bị kết nối với máy tính ........................................ 15
Hình 3.2: Thuật toán xử lý ảnh ................................................................................................ 19
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID .......................................... 20
Hình 3.4: Module Reader RFID ACE630 và thẻ (Tag) 125 kHz ............................... 21
Hình 3.5: Module chuyển đổi tín hiệu cổng USB sang tín hiệu tuần tự TTL ........ 22
Hình 3.6: Mạch cảm biến dò line đơn ................................................................................... 23
Hình 3.7: Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại .................................................................... 24
Hình 3.8: PLC của hãng Siemens ............................................................................................. 25
Hình 3.9: PLC S7-1200 và các module mở rộng ............................................................... 26
Hình 3.10: So sánh giữa PLC S7-1200 và S7-200 về các module mở rộng........... 27
Hình 3.11: Các khối chức năng CPU S7-1200 .................................................................... 28
Hình 3.12: Các loại module mở rộng S7-1200 .................................................................. 30
Hình 3.13: Các kết nối của PLC S7-1200.............................................................................. 31
Hình 3.14: Các phiên bản Simatic WinCC V11 .................................................................. 33
Hình 3.15: Sơ đồ kết nối giữa PC - OPC KEPServer - PLC ........................................... 33
Hình 4.1: Thiết kế mô hình Solidworks 3D ........................................................................ 35
Hình 4.2: Mô hình thực tế........................................................................................................... 36
Hình 4.3: Kết cấu khung nâng .................................................................................................. 36
Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 24VDC.................................................................. 37
Hình 4.5: Mạch cầu H 24VDC .................................................................................................... 38
Hình 4.6: Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại .................................................................... 38
Hình 4.7: Mạch cảm biến dò line đơn ................................................................................... 39
Hình 4.8: Bảng tủ điện điều khiển .......................................................................................... 39
Hình 4.9: Thuật toán điều khiển cho PLC ............................................................................ 40
Hình 4.10: Sơ đồ hoạt động giữa OB1 với các khối chương trình con ................... 41
Hình 4.11: Khối FC0-Start .......................................................................................................... 41
Hình 4.12: Khối FC1-State 1 ...................................................................................................... 42
Hình 4.13: Khối FC4-State 3 ...................................................................................................... 42
Hình 4.14: Sơ đồ các vị trí trong mô hình ........................................................................... 42
Hình 4.15: Khối FC6-State 5 ...................................................................................................... 43
Hình 4.16: Khối FC12- Move_robot........................................................................................ 44
Hình 4.17: Thuật toán điều khiển khối FC12- Move_robot ......................................... 45
Hình 4.18: Khối FC13-Move_Hand ......................................................................................... 46
Hình 4.19: Thuật toán điều khiển khối FC13-Move_Hand .......................................... 47
Hình 4.20: Khối FB1-Pos_ngang và khối FB2-Pos_doc .................................................. 48
Hình 4.21: Thuật toán điều khiển khối FB1-Pos_ngang ............................................... 49
Hình 4.22: Thuật toán tính toán cho khối FB2-Pos_doc ............................................... 50
Hình 4.23: Cấu hình phát xung PWM cho PLC S7-1200 DC/DC/DC ....................... 51
Hình 4.24: Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính ........................................................ 53
Hình 4.25: Giao diện nhận dạng biển số xe thiết kế trên C# ...................................... 55
Hình 4.26: Giao diện trang chủ bãi giữ xe ô tô tự động ................................................ 57
Hình 4.27: Giao diện hệ thống quản lý xe trong bãi ....................................................... 58
Hình 4.28: Giao diện cảnh báo lỗi hệ thống ....................................................................... 59
Hình 4.29: Giao diện hệ thống máy móc .............................................................................. 60
Hình 4.30: Giao diện chế độ điều khiển tay........................................................................ 61
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Ba giải truyền thông dựa trên tần số của sóng radio của RFID ............ 21
Bảng 3.2: Các đặc tính của CPU S7-1200 ............................................................................. 29
Bảng 3.3: Các đặc tính của module mở rộng S7-1200 ................................................... 30
Bảng 4.1: Các thông số lệnh CTRL_PWM ............................................................................. 52
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1. ATS
Automatic Transfer Switch
2. HMI
Human Machine Interface
3. OPC
OLE for Process Control
4. PC
Personal Computer
5. PLC
Programmable Logic Controller
6. PWM
Pulse Width Modulation
7. PTP
Point To Point
8. SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
9. SQL
Structure Query Language
10. UART
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
11. USB
Universal Serial Bus
12. RFID
Radio Frequency Identification
13. TTL
Transistor-Transistor Logic
14. WTO
World Trade Organization
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Với mục đích đưa ra giải pháp giải quyết tình trạng thiếu bãi đỗ xe tại các
thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội. Tại các thành phố lớn, việc
đáp ứng yêu cầu về đất đai ngày càng không khả thi. Do đó, yêu cầu thực tế cần
có các nhà đậu xe hiện đại có hiệu suất sử dụng không gian tối đa, an toàn và
mang lại lợi ích cho xã hội, đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô
tự động” được chọn. Dựa trên những phân tích tối ưu về đặc điểm kỹ thuật,
công nghệ chế tạo, khả năng ứng dụng, mức độ khả thi và xem xét đến kinh tế.
Nội dung thực hiện đề tài bao gồm các vấn đề chính như sau:
 Phần mô hình:
-
Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động.
-
Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống cơ khí.
 Phần điều khiển:
-
Động cơ DC 24V và mạch điều khiển.
-
Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200.
-
Sử dụng WinCC để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu.
-
Công nghệ RFID trong việc quản lý bãi giữ xe.
-
Kết hợp nhận dạng biển số xe, giao tiếp PLC với máy tính qua phần mềm
OPC KEPServer.
-
Xây dựng thuật toán và chương trình điều khiển mô hình. Quan trọng hơn là
phần lập trình điều khiển cất và lấy xe tự động cho khung nâng thông qua
việc quét thẻ từ kết hợp nhận dạng biển số xe.
1
MỞ ĐẦU
Với sự gia nhập WTO vào ngày 7 tháng 11 năm 2006, Việt Nam chính thức
bước vào sân chơi thương mại toàn cầu. Từ bước nhảy vượt bậc đó, con đường
trở thành một nước có nền công nghiệp phát triển cao, công nghệ hiện đại, đời
sống vật chất của con người nâng cao đã đến. Và sự tất yếu kéo theo là sự phát
triển ngày càng tăng số lượng phương tiện cá nhân. Trong đó có cả xe máy và ô
tô, và trong tương lai không xa ở Việt Nam ô tô không còn là hàng hóa xa xỉ.
Trong khi cơ sở hạ tầng lại không đáp ứng kịp với sự phát triển của phương
tiện. Sự mất cân bằng này tất yếu dẫn đến sự mất thẩm mỹ cảnh quan đô thị do
thiếu các bãi đỗ xe, nên buộc họ phải đậu xe lẫn chiếm lòng lề đường, tình trạng
kẹt xe và tai nạn giao thông xảy ra liên tục. Sự mọc lên hàng ngàn chung cư hay
building cao cấp tại các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội đòi
hỏi một lượng lớn các bãi giữ xe ôtô.
Chính vì vấn đề bất cập đó mà các cơ quan chức năng có liên quan đưa ra
nhiều hướng giải quyết khác nhau như mở rộng đường, qui định giờ đỗ xe, hay
có nhiều điểm đổ xe mới được tạo ra. Nhưng tất cả chỉ là biện pháp tạm thời
nhằm đáp ứng những nhu cầu cấp bách. Đặc biệt, trong các hệ thống giữ xe ôtô
hiện tại tại các thành phố lớn vẫn còn thô sơ, chiếm một diện tích lớn, chưa ứng
dụng những kỹ thuật hiện đại vào trong hệ thống. Vì vậy,với mục đích cải thiện
và giải quyết vấn đề mà cộng đồng xã hội đã và đang quan tâm, đề tài “ Thiết kế
và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động” đưa ra hướng giải quyết tốt nhất
thời điểm này. Đề tài này tối ưu hóa được diện tích, ứng dụng những kỹ thuật
tiên tiến.
2
Chương 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của luận văn
Cùng với sự phát triển của một nền kinh tế năng động đòi hỏi một nền kỹ
thuật công nghệ cũng phải phát triển, đáp ứng kịp thời và đầy đủ những nhu
cầu cần thiết của sự phát triển đó. Điều này được thể hiện qua thực trạng tình
hình phương tiện giao thông ở nước ta, “Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng
cục Hải quan, nhập khẩu ô tô nguyên chiếc vào Việt Nam: Trung Quốc là thị
trường chính chính cung cấp trong 7 tháng/ 2015 với hơn 18 nghìn chiếc, tăng
mạnh 204%; tiếp theo là Hàn Quốc: 14,2 nghìn chiếc, tăng 54,3%; Thái Lan:
12,1 nghìn chiếc; tăng 99,2%; Ấn Độ: 8,5 nghìn chiếc; tăng 77,5%... so với cùng
kỳ năm 2014 (theo thống kế Hải Quan cập nhật 20/08/2015 5:00 PM). Chứng tỏ
tình hình số lượng xe ô tô ở nước ta tăng khá nhanh. Từ những số liệu trên đòi
hỏi những yếu tố cơ sở hạ tầng phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là
vấn đề về bãi đậu xe. Một trong những phương pháp nhằm giải quyết những
khó khăn đó, việc ứng dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao
vào trong xây dựng cơ sở hạ tầng rất cần thiết. Cụ thể hơn, cần xây dựng những
bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính an toàn được đặt lên hàng
đầu. Đồng thời, những bãi đậu xe như vậy cần phải đáp ứng vừa mang tính kinh
tế, vừa phù hợp với thực tiễn như tiết kiệm quỹ đất xây dựng, tính cảnh quan,…
Mặc dù trên thế giới, nhiều bãi đậu xe có kỹ thuật cao và hiện đại đã được
đưa vào ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên, với mong muốn đưa ý tưởng từ
những kiến thức đã học vào trong thực tế giải quyết khó khăn này, chúng em
thực hiện đề tài quyết định đưa ra và thi công đề tài:
“ Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động”.
3
1.2. Mục tiêu của luận văn
Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động được thiết kế và thi công hoàn toàn dựa
trên những kỹ thuật tự động và yêu cầu của thực tế đặt ra. Mô hình là một thể
thống nhất giữa những kiến thức đã học về điều khiển tự động và ứng dụng
thực tế của chúng. Những nội dung liên quan thực hiện trong đề tài này như:
lập trình điều khiển hệ thống khung nâng cất và lấy xe tự động, ứng dụng công
nghệ thẻ từ RFID và nhận dạng biển số xe trong hệ thống giám sát và thu thập
dữ liệu, giám sát và điều khiển thông qua WinCC,…. Đây là một đề tài bao gồm
những kiến thức điều khiển tự động hết sức quan trọng trong việc ứng dụng
trong công nghiệp và trong các lĩnh vực khác. Và quan trọng hơn, trong đề tài
này là việc ứng dụng một cách triệt để những chức năng cũng như những đặt
tính vượt trội của PLC Siemens, các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc
hành trình hay đến những thiết bị bảo mật bằng thẻ từ, nhận dạng biển số xe,….
Không chỉ mang tính học thuật từ việc ứng dụng những kiến thức, cũng như
vận dụng những thiết bị tự động vào đề tài, đề tài mang một tầm quan trọng rất
cao khi đưa ra một hướng giải quyết có tính khả thi với tình hình số lượng
phương tiện giao thông gia tăng như hiện nay, đặc biệt là ô tô.
Như vậy, sự thành công của đề tài là một điều hết sức quan trọng. Đây là
đề tài mang tính ứng dụng cao về mặt kỹ thuật, đồng thời còn mang tính kinh tế
trong tiết kiệm quỹ đất cũng như vốn đầu tư xây dựng các bãi giữ xe trong các
thành phố lớn.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Việc nghiên cứu thành công đề tài mang lại nhiều ý nghĩa sâu sắc. Bất kỳ
một ứng dụng hay thử nghiệm nào cũng dựa trên những cơ sở lý thuyết khoa
học hay một giả định khoa học. Kết quả của đề tài một lần nữa đã đưa những
ứng dụng từ những thiết bị tự động vào trong công nghiệp xuất phát từ cơ sở lý
thuyết điều khiển tự động. Đề tài cũng cho thấy những bộ khả lập trình có thể
đưa vào các công trình tự động lớn một cách chính xác và hoàn hảo chẳng hạn
4
từ bộ khả trình PLC Siemens có thể lập trình điều khiển khung nâng hoạt động
một cách tinh tế. Ngoài ra, đề tài còn cho người sử dụng thấy được tính tự động
hóa cao trong kỹ thuật thông qua công nghệ quét thẻ từ, kết hợp nhận dạng
biển số xe, hay đến việc giám sát hoạt động của hệ thống thông qua máy vi tính.
Từ đó thấy được tính mở và hiện đại của hệ thống SCADA.
Về mặt thực tiễn, đề tài là một mô hình thực tế nhằm đưa ra hướng giải
quyết tình trạng thiếu bãi đỗ xe tại các trung tâm kinh tế ở các thành phố lớn
như Hà Nội, Hồ Chí Minh. Đồng thời, quá trình thực hiện đề tài là một quá trình
trải nghiệm thực tế hết sức bổ ích. Thông qua quá trình làm đề tài, khả năng lập
trình với PLC Siemens được vững vàng hơn, hiểu sâu hơn về các truyền thông
giữa PLC với máy tính,… và bên cạnh đó môi trường công nghiệp cũng gần gũi
hơn qua tiêu chí lựa chọn từng phương pháp thực hiện và thiết bị cụ thể.
1.4. Nhiệm vụ của luận văn
Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động trên thế giới để lựa chọn
phù hợp với đặc tính kinh tế, quỹ đất xây dựng, kỹ thuật công nghệ... của Việt
Nam. Từ đó, lựa chọn phương án và thực hiện thiết kế và thi công mô hình bãi
giữ xe ô tô tự động, và chính từ sự thành công và tính khả thi trên mô hình để
các nhà đầu tư phát triển các dự án xây dựng công trình thực tế.
5
Chương 2. PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
2.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động
2.1.1.
Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động
2.1.1.1.
Giải pháp “bãi giữ xe ô tô người lái xe di chuyển vòng
quanh tòa nhà hình trụ”
Một nhà gửi xe nhiều tầng với các đường dốc để khách tự lái xe vào và ra
khỏi khu gửi xe. Mức độ tự động hóa tương đối không cao thường chỉ gồm các
máy bán vé và hệ thống đóng/ mở cổng tự động. Giải pháp này tuy phổ biến
nhưng chưa thỏa đáng lắm về mặt sử dụng không gian, cũng như đối với một
số yêu cầu khác an toàn cho xe và người, ô nhiễm vì khói thải từ ôtô...
Hình 2.1: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô dạng xe di chuyển vòng quanh tòa nhà”
6
2.1.1.2.
Giải pháp “bãi giữ xe ô tô xếp chồng”
Hình 2.2: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô xếp chồng”
Ưu điểm: hệ thống gọn nhẹ, dễ vận chuyển, lắp đặt nhanh.
Nhược điểm: Sử dụng hệ thống thủy lực hoặc động cơ để nâng tối đa
bốn ôtô xếp cạnh nhau lên một tầm cao, để dành chỗ cho những xe khác ở bên
dưới. Tuy nhiên, giải pháp này có hiệu quả kinh tế không cao, chỉ phù hợp với
qui mô nhỏ: một hoặc vài hộ gia đình. Ngoài ra, chưa có tối ưu hóa tính tự động.
2.1.1.3.
Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình
trụ”
Ưu điểm: diện tích lớn, số lượng xe nhiều, các pallet hoạt động lên xuống
và theo các góc nhất định giảm thiểu thời gian lấy và gửi xe, xe hoàn toàn tắt
máy nên không gây ô nhiễm khói bụi.
Nhược điểm: Để có số lượng chỗ để xe nhiều cần phải xây dựng tòa nhà
thật sự rộng và cao. Điều này tốn nhiều quỹ đất xây dựng, cũng như phần nền
móng vững chắc. Tuy nhiên, do các thành phố lớn sự đông đúc và chật chội vấn
đề diện tích đất để xây dựng là vô cùng khó khăn. Ngoài ra, yếu tố kinh tế, và
đòi hỏi về kỹ thuật công nghệ cao để xây dựng cũng gặp nhiều khó khăn.
7
Hình 2.3: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà dạng hình trụ”
2.1.1.4.
Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông”
Hình 2.4: Giải pháp “bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông”
Ưu điểm: Chiếm diện tích đất xây dựng, chi phí xây dựng và kỹ thuật
công nghệ không đòi hỏi quá lớn. Số lượng xe nhiều, tối ưu hóa số lượng chỗ để
8
xe do xây dựng các tầng đối xứng. Các xe phải hoàn toàn tắt máy nên không ô
nhiễm khói bụi.
Nhược điểm: So với dạng tòa nhà hình trụ thì số lượng xe ít hơn, do chỉ có
một pallet đảm nhiệm lấy và cất nên không tối ưu về thời gian.
2.1.2.
Lựa chọn phương án
Qua phân tích ưu và nhược điểm các Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động,
nhóm thực hiện luận văn đã chọn phương án theo các tiêu chí sau: Quỹ đất xây
dựng nơi các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh không nhiều.
Phù hợp với kinh phí xây dựng các tòa nhà, cũng như cơ sở vật chất kỹ thuật
công nghệ. Do đó, nhóm luận văn đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Thiết kế và
thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động”, với cấu trúc dạng tòa nhà vuông.
Tuy nhiên, trong phạm vi thực hiện đề tài có những hạn chế về mặt cơ khí,
nên chỉ thiết kế một bên khung để xe, và dễ dàng phát triển hai khung để xe đối
xứng nhau.
Hình 2.5: Lựa chọn “Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà xếp tầng vuông”
9
2.2. Nhiệm vụ của luận văn
2.2.1.
Tóm tắt nguyên lý hoạt động bãi giữ xe ô tô tự động
Bãi giữ xe ô tô tự động hoạt động tốt về mặt tự động hóa:
Gửi xe: Hành khách muốn gửi xe, lái xe vào vị trí In của bãi giữ xe, tắt
máy và ra ngoài. Vào lúc này, hệ thống kiểm tra lại vị trí In đã có xe chưa thông
qua cảm biến. Khi đã có xe ở vị trí In, thao tác quét thẻ mới được chấp nhận.
Lúc này, nhân viên quản lý quét thẻ từ và giao cho hành khách. Thời điểm quét
thẻ xong, hệ thống tự động:
Khung nâng di chuyển đến vị trí In, camera gắn trên khung nâng chụp
hình và nhận dạng biển số xe. Hệ thống được lập trình để đưa xe vào vị trí gần
vị trí In nhất nhằm tối ưu hóa về mặt năng lượng và thời gian. Lúc đó, hệ thống
lưu mã thẻ đã quét, biển số xe nhận được tương ứng với vị trí trong bãi trên cơ
sở dữ liệu. Tay khung nâng thực hiện đưa xe vào khung nâng, xe trong khung
nâng được xác định thông qua cảm biến trên khung nâng. Tiếp theo, khung
nâng đưa xe đến vị trí trong bãi vừa được thiết lập. Một cảm biến tại vị trí đó
mong muốn nhận được xe vào vị trí, khi xe vào đúng vị trí được xác định qua
cảm biến. Lúc này, quá trình gửi xe hòa tất.
Lấy xe: Hành khách muốn lấy xe, đưa thẻ cho nhân viên bãi giữ xe để
quét. Quét thẻ xong, hệ thống tự động:
Di chuyển khung nâng đến vị trí tương ứng với mã thẻ đã lưu trong cơ
sở dữ liệu. Camera trên khung nâng chụp hình và nhận dạng biển số xe, thực
hiện so sánh với biển số ban đầu. Nếu đúng, tay khung nâng lấy xe vào khung
nâng, xe trong khung nâng được xác định qua cảm biến gắn trên khung nâng.
Xe được khung nâng mang ra vị trí Out, tại vị trí out có cảm biến xác định đã
nhận được xe. Lúc này, quá trình lấy xe hoàn tất.
10
2.2.2.
Các vấn đề cần giải quyết
-
Điều khiển vị trí, tốc độ động cơ.
-
Thiết kế mô hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế.
-
Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe.
-
Xây dựng thuật toán hệ thống ổn định, an toàn và tiết kiệm năng lượng.
-
Tạo giao diện WinCC tối ưu dễ dàng giám sát, quản lý hệ thống.
-
Sử dụng các cảm biến để tăng tính an toàn cho hệ thống.
-
Khắc phục sự cố khách hàng làm mất thẻ từ.
2.2.3.
-
Phương hướng giải quyết
Điều khiển xác định vị trí điểm dừng động cơ chính xác bằng công tắc hành
trình và cảm biến dò line đơn. Điều khiển tốc độ động cơ qua phương pháp
điều chế độ rộng xung PWM của S7-1200 cho phù hợp với kết cấu của mô
hình.
-
Thiết kế mô hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế: Tiến hành tìm hiểu
cách thiết kế phần cơ khí của các bãi giữ xe ô tô xếp tầng trong và ngoài
nước. Sau đó, tự thiết kế lại phần cơ khí của mình cho tối ưu và có hiệu quả
kinh tế.
-
Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe:
 Khi xe vào, nhân viên sẽ quét thẻ từ RFID rồi đưa thẻ cho khách, lúc
đó camera chụp hình và nhận dạng biển số xe. Như vậy xe sẽ được
gán mã code cùng với biển số xe để sắp xếp một vị trí nhất định chứa
xe trong bãi. Mã code và biển số xe được lưu vào cơ sở dữ liệu SQL
Server.
 Khi khách muốn lấy xe ra thì chỉ cần đưa thẻ từ cho nhân viên để
nhân viên quét thẻ, mã code dùng để xác định vị trí ô cần lấy xe,
camera chụp hình và nhận dạng biển số xe. Vị trí đó có xe với mã
code cùng biển số xe so sánh với những mã code và biển số xe đã
11
được lưu trong cơ sở dữ liệu SQL Server, kích hoạt chương trình lấy
xe ra.
-
Xây dựng thuật toán để hệ thống ổn định, an toàn, tiết kiệm năng lượng
Ổn định, an toàn:
 Khi hệ thống đang chạy hành trình đưa xe vào/ra thì không nhận tín
hiệu đưa xe vào/ra kế tiếp cho đến khi hệ thống chạy xong để tránh
tình trạng xung đột hệ thống.
 Viết thuật toán theo kiểu trình tự, tức là hoạt động này chạy xong thì
hoạt động khác mới làm việc.
 Khi có lỗi xảy ra, lập tức dừng hệ thống.
Tiết kiệm năng lượng: Thiết lập chế độ ưu tiên cho từng vị trí, những vị trí
càng gần vị trí In càng ưu tiên hơn những vị trí xa. Từ đó lập trình thuật toán
để hệ thống hoạt động với hành trình ngắn nhất, tốn ít năng lượng nhất.
-
Tạo giao diện WinCC tối ưu dễ dàng giám sát, quản lý hệ thống:
Thiết kế giao diện mô phỏng toàn bộ hệ thống, liên kết các tag vào các đối
tượng trong giao diện để tạo cái nhìn trực quan cho người giám sát.
Thực hiện việc xuất cảnh báo và dừng hệ thống mỗi khi có sự kiện nguy
hiểm.
Lưu trữ dữ liệu trên cơ sở dữ liệu SQL Server phục vụ cho việc quản lý.
-
Sử dụng các cảm biến, công tắc hành trình để tăng tính an toàn cho hệ thống:
 Để xác định dừng động cơ đúng các vị trí mong muốn ta kết hợp dùng
công tắc hành trình, cảm biến dò line đơn. Nó còn đảm nhiệm việc
báo lỗi khi khung nâng trượt hành trình ngang-dọc đảm bảo hệ thống
ngừng hoạt động.
 Trên tay khung nâng có một cảm biến để phát hiện đã lấy xe vào
12
khung nâng chưa, nhằm đảm bảo an toàn có xe vào khung nâng mới
thực hiện các công việc tiếp theo. Quá trình hoạt động, cảm biến trên
khung nâng khi được mong muốn có xe, nhưng không có xe trong
khung nâng. Lập tức hệ thống ngưng hoạt động và thông báo lỗi.
 Trên mỗi vị trí In, Out và vị trí cất xe có một cảm biến để xác định quá
trình gửi và cất xe thành công. Nếu cảm biến mong muốn nhận được
xe, nhưng không xảy ra, hệ thống ngưng hoạt động và thông báo lỗi.
-
Khắc phục sự cố khách hàng làm mất thẻ từ: Khi khách hàng mất thẻ từ, việc
lấy xe bằng việc quét thẻ không thực hiện được. Như vậy, hành khách muốn
lấy được xe buộc phải chứng minh có xe mình được gửi trong bãi bằng các
giấy tờ tùy thân. Người quản lý bãi giữ xe kiểm tra hệ thống đúng có biển số
xe của khách được gửi trước đó, và sử dụng chế độ điều khiển tay để lấy xe
ra, và xóa dữ liệu mã code RFID và biển số xe đã lưu cho vị trí đó. Sau đó, cho
hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
2.2.4.
Thiết kế mô hình với Solidworks 3D
Hình 2.6: Mô hình Solidworks 3D bãi giữ xe ô tô tự động
13
Hình 2.7: Mô hình Solidworks 3D khung giữ xe
Động cơ “dọc”
Động cơ “ra vào”
Động cơ “ngang”
Hình 2.8: Mô hình Solidworks 3D kết cấu khung nâng.
Nhiệm vụ 3 động cơ: Động cơ “dọc”: đưa khung nâng di chuyển theo
phương thẳng đứng, lên xuống giữa các tầng. Động cơ “ra vào”, di chuyển tay
khung nâng cất/lấy xe ra vào vị trí. Động cơ “ngang” di chuyển khung nâng theo
phương ngang, đưa khung nâng qua lại giữa các vị trí.
14
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Sơ đồ tổng quát kết nối các thiết bị với máy tính
Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát các thiết bị kết nối với máy tính
Tóm tắt: Máy tính sử dụng Visual Studio C#, đọc dữ liệu thẻ Tag từ
module RFID thông qua mạch chuyển USB UART CP2102. Đồng thời, máy tính
đọc dữ liệu từ Camera thông qua cổng USB và tiến hành nhận dạng biển số xe.
PLC nhận tín hiệu phản hồi về từ các thiết bị: cảm biến, công tắc hành tình,
động cơ… Máy tính thu thập dữ liệu từ PLC thông qua OPC KEPServer được
viết trên nền C#, và tiến hành gửi dữ liệu cho PLC hoạt động.
15
3.2. Tổng quan các thiết bị sử dụng trong luận văn
3.2.1.
Giới thiệu về ngôn ngữ C# và .NET Framework
C# là một ngôn ngữ hướng đối tượng trong sáng và an toàn cho phép các
nhà phát triển dễ xây dựng một loạt các ứng dụng an toàn và mạnh mẽ chạy
trên .NET Framework. Có thể sử dụng C# để tạo ra các ứng dụng truyền thống
Windows, dịch vụ Web XML, thành phần phân phối ứng dụng dạng clientserver, ứng dụng cơ sở dữ liệu, và nhiều hơn thế nữa.
.NET Framework là một nền tảng phát triển phổ biến để xây dựng các ứng
dụng cho Windows, Windows Store, Windows Phone, Windows Server, và
Windows Azure. Nền tảng .NET Framework bao gồm ngôn ngữ lập trình C# và
Visual Basic, Common Language Runtime và một lớp thư viện rộng lớn.
3.2.2.
OPC
OPC là 1 giao thức cho phép kết nối các phần mềm SCADA tới các dòng
PLC của các hãng khác nhau. Việc thực hiện kết nối này thông qua OPC Server,
nó như 1 cầu nối trung gian giữa OPC Client và PLC. Do đó, thông thường, các
OPC Server sẽ là 1 tập hợp gồm nhiều driver của các dòng PLC cho phép kết
nối. Dữ liệu được truyền nhận từ PLC đến OPC Client, trong đó OPC Client có
thể sử dụng các phần mềm SCADA (Wincc, Citect, RSView32, MC-Word,
Labview...), HMI (Wincc Flexible, Vijeo Designer…) hay sử dụng Visual Basic
hay có thể sử dụng chính OPC Client tích hợp trong phần mềm.
Việc truyền nhận thông qua OPC đã làm mềm dẻo hơn cho việc kết nối
trong tự động hóa. Có thể liệt kê 1 số phần mềm OPC mạnh hiện nay như
KEPServerEX V5 hỗ trợ trên 160 dòng PLC, phần mềm TopServer, phần mềm
OPCTechServer... Đây là những dòng phần mềm OPC hỗ trợ hầu hết các hãng
PLC. Tuy nhiên, mỗi hãng thông thường đều cho ra đời riêng 1 phần mềm OPC
cho riêng mình.
16
Siemens S7-200, S7-1200 có thể sử dụng PC Access (S7-1200 hạn chế chỉ
truy xuất được DB1, khắc phục điều này bằng cách sử dụng KEPServerEX).
Siemens S7-300, S7-400 có thể sử dụng Simatic. Net OPC để kết nối. Ngoài ra,
các dòng PLC Siemens hỗ trợ kết nối Ethernet có thể sử dụng OPC Matrikon.
Schneider thì có OPC OFS (OPC Factory Server). Omron thì có CX-OPC Server…
Kết nối giữ OPC và PLC thông thường tối đa là 8 kết nối cùng 1 thời điểm, điều
này chính xác cho kết nối giữa S7-200--PC Access và S7-1200. Cấu hình kết nối
OPC với PLC, thông thường sẽ qua 4 giai đoạn, trước hết phải chọn Channel cho
thiết bị, channel ở đây cần chọn dòng sản phẩm của hãng nào đó, sau đó cấu
hình cho cổng truyền thông, diagnostics… Sau đó, mỗi channel có thể chọn
nhiều thiết bị, ở đây ta có thể chọn chính xác thiết bị nào thuộc channel ở trên.
Giai đoạn thứ 3 là tạo group tag cho dễ quản lí, sau đó tạo tag cho kết nối. Cuối
cùng, để test kết nối ta có thể sử dụng tính năng test client tại mỗi OPC Server
đều cung cấp. Đến đây, ta đã có thể kết nối OPC với PLC thành công.
Trong bài luận văn này, ta sử dụng phầm mềm KEPServerEX V5, là 1
trong những phần mền OPC server phổ biến nhất hiện nay.
3.2.3.
Cơ sở dữ liệu SQL Server
 SQL server là gì?
SQL Server là viết tắt của Structure Query Language, nó là một công cụ
quản lý dữ liệu được sử dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực. Hầu hết các ngôn ngữ
bậc cao đều có trình hỗ trợ SQL như Visual Basic, Oracle, Visual C. Các chương
trình ứng dụng và các công cụ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) cho phép người sử
dụng truy nhập tới cơ sở dữ liệu mà không cần sử dụng trực tiếp SQL. Nhưng
những ứng dụng đó khi chạy phải sử dụng SQL.
17
 Đặc điểm của SQL Server và đối tượng làm việc
Đặc điểm:
- SQL là ngôn ngữ tựa tiếng Anh.
- SQL là ngôn ngữ phi thủ tục, nó không yêu cầu ta cách thức truy nhập cơ sở
dữ liệu như thế nào. Tất cả các thông báo của SQL đều rất dễ sử dụng và ít khả
năng mắc lỗi.
- SQL cung cấp tập lệnh phong phú cho các công việc hỏi đáp dữ liệu:
+ Chèn, cập nhật, xoá các hàng trong một quan hệ.
+ Tạo, sửa đổi, thêm và xoá các đối tượng trong cơ sở dữ liệu.
+ Điều khiển việc truy nhập tới cơ sở dữ liệu và các đối tượng của cơ sở dữ liệu
để đảm bảo tính bảo mật của cơ sở dữ liệu.
+ Đảm bảo tính nhất quán và sự ràng buộc của cơ sở dữ liệu.
- Yêu cầu duy nhất để sử dụng cho các hỏi đáp là phải nắm vững được các cấu
trúc sơ sở dữ liệu của mình.
Đối tượng làm việc của SQL Server
Là các bảng (tổng quát là các quan hệ) dữ liệu hai chiều. Các bảng này
bao gồm một hoặc nhiều cột và hàng. Các cột gọi là các trường, các hàng gọi là
các bản ghi. Cột với tên gọi và kiểu dữ liệu (kiểu dl của mỗi cột là duy nhất) xác
định tạo nên cấu trúc của bảng (Ta có thể dùng lệnh Desc[ribe] TABLE-name để
xem cấu trúc của bảng, phần tuỳ chọn có thể được bỏ trong Oracle). Khi bảng
đã được tổ chức hệ thống cho một mục đích nào đó có một cơ sở dữ liệu.
18
3.2.4.
Xử lý ảnh
Sơ đồ thực hiện:
1. Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# và tiến hành chụp
hình. Hình ảnh sẽ được thiết bị truyền máy tính và
được lưu trữ trong chương trình C#.
2. Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến
hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình. Bằng việc
sử dụng tiệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận dạng
biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến hành xử lý
và trả về biển số xe với kích thước ảnh 500x500 pixel.
3. Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh. Vì biển
số xe có màu nền trắng còn ký tự màu đen, nên khi lấy
đường viền ta sẽ dễ dàng có các đường viền bao quanh
những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo là cắt ký tự.
Hình 3.2: Thuật toán xử lý ảnh
4. Như bước ở trên ta đã có các đường viền xung quanh các ký tự, từ các đường
viền này ta cắt riêng lẻ từng ký tự của biển số xe. Thường các biển số xe hiện
tại thường có 7 hoặc 8 ký tự.
5. Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng ký tự
có sẵn trong EmguCV. Từ đó ta sẽ có được các ký tự được chuyển từ dạng
tương tự (hình ảnh) sang dạng số (mã acsii).
6. Mặc dù đã nhận dạng được các ký tự, nhưng lúc này thứ tự của chúng vẫn rất
lộn xộn. Do đó bước cuối cùng là sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắt
của các ký tự ở bước 4. Và cuối cùng ta có được kết quả là các chữ số và chữ
cái chính xác, cũng như sắp xếp hợp lý như biển số đã chụp.
19
3.2.5.
RFID
Công nghệ thẻ từ cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip
không cần tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa. Công nghệ này cho ta phương
pháp truyền nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác.
Các thành phần cơ bản của hệ thống thẻ từ:
 Tag: là thành phần không thể thiếu trong hệ thống, còn gọi là thẻ từ.
 Reader: là thành phần bắt buộc trong hệ thống, bên ngoài còn gọi là bộ
phận đọc thẻ từ.
 Reader anten: cũng là thành phần bắt buộc của hệ thống, và ngày nay thì
bộ phận này tích hợp sẵn trong bộ reader.
 Ngoài ra, còn có các bộ phận quan trọng trong hệ thống như: mạch điều
khiển, cảm biến, các thiết bị truyền thông, …
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống thẻ từ bị động
làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten
của nó đến một con chip. Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến
máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip. Các chip không
tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận
từ tín hiệu được gửi bởi reader. Và nguyên lý hoạt động được thể hiện ở sơ đồ:
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID
20
Tần số
Đặc tính
Tần số thấp (100 – 500kHz) 
Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.

Chi phí thấp.

Tốc độ đọc dữ liệu thấp.
Tần số trung bình (10 – 15 MHz)

Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.

Chi phí thấp.

Tốc độ đọc dữ liệu trung bình.
Tần số cao(850 – 950MHz, 
Sử dụng trong phạm vi bán kính rộng.
2.4 – 5.8GHz)

Chi phí cao

Tốc độ đọc dữ liệu cao
Bảng 3.1: Ba giải truyền thông dựa trên tần số của sóng radio của RFID
Module Reader RFID ACE630: Module Reader RFID ACE630 có khả năng
đọc được các thẻ (Tag) ở tần số 125 kHz và giao tiếp với hệ thống ngoài thông
qua giao tiếp UART.
Hình 3.4: Module Reader RFID ACE630 và thẻ (Tag) 125 kHz.
Thẻ từ (Tag) 125 kHz: Sử dụng cùng với bộ đọc RFID ACE630 là các thẻ
(Tag) 125 kHz.
21
3.2.6.
Mạch chuyển USB UART CP2102
Hình 3.5: Module chuyển đổi tín hiệu cổng USB sang tín hiệu tuần tự TTL
USB2.0 to UART CP2102 module serial converter là module chuyển đổi
tín hiệu cổng USB2.0 sang tín hiệu tuần tự theo chuẩn TTL.
Module này sử dụng chip CP2102 của hãng SILICON LABS. Chip hỗ trợ các loại
hệ điều hành phổ biến như: Win8, Win7, Vista, Server 2003, XP, Mac OS-X và
các hệ điều hành phổ biến khác.
Hỗ trợ các tốc độ truyền như: 300, 600, 1200, 1800, 2400, 4000, 8000, 7200,
9600, 14400, 16000, 19200, 28800, 34800, 51200, 56000, 57600, 64000,
76800, 115200, 120000, 153600, 230400, 250000, 256000, 460800, 500000,
576000, 921600 và các loại tốc độ khác.
Trên mạch có 6 cổng đầu ra: 3.3V DTR 5V Tx Rx Gnd. Trong đó chân DTR được
sử dụng để reset vi điều khiển trong quá trình nạp.
LED nguồn sáng khi gắn vô máy tính và LED báo hiệu Tx / Rx, LED này sẽ sáng
khi module nhận, gửi dữ liệu.
Mô tả chân như sau:

TXD: chân truyền dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Rx của các module
khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232
22

RXD: chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Tx của các module
khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232

GND: chân mass hoặc nối đất.

5V: nguồn điện áp dương (tối đa 500mA).

DTR: Chân reset để nạp cho vi điều khiển

3.3V: nguồn điện áp dương 3.3V
3.2.7.
Mạch cảm biến dò line đơn
Hình 3.6: Mạch cảm biến dò line đơn
Cảm biến dò line có thể dùng để phát hiện line trắng và đen. Mạch sử dụng
cảm biến hồng ngoại TCRT5000 với khoảng cách phát hiện từ 1~25mm giúp dễ
dàng trong quá trình cài đặt module lên thiết bị. Có thể dễ dàng điều chỉnh độ
nhạy của cảm biến qua biến trở được thiết kế sẵn trên board. Mạch thích hợp
dùng cho các thiết bị cần di chuyển theo line, thiết bị phát hiện màu trắng,
đen,...
23
3.2.8.
Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 3.7: Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và
nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện
hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau
khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra
(một tín hiệu bậc thấp). Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm
việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp,
cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,...Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot
tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường...
3.2.9.
Tổng quan họ PLC Siemens
PLC (Programmable Logic Controller hay Programmable Controller) thực
chất là một máy tính điện tử được sử dụng trong các quá trình tự động hóa
trong công nghiệp; là thiết bị điều khiển có thể "lập trình mềm", làm việc theo
chương trình lưu trong bộ nhớ (như một máy tính điều khiển chuyên dụng).
PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức
năng điều chỉnh ( như PID, mờ,...) và các chức năng tính toán khác. Lúc đầu, PLC
chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các
quá trình rời rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm và
thế mạnh. Lịch sử phát triển của PLC như sau:

1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors
24

1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford) được GM sử dụng trong
công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ)

1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài công nghiệp ô-tô

1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây
chuyền sản xuất

1980: Các module vào/ra thông minh

1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu

1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất)

1996: Slot-PLC, Soft-PLC,...
Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều
khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình điều
khiển và cách kết nối thì chính PLC đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc
khác. Cũng như vậy, nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết
bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi chương trình
điều khiển. Các đối tượng mà PLC có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy
bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt… đến các hệ thống phức tạp như: băng tải,
hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…
Hình 3.8: PLC của hãng Siemens
25
PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và
Relay không thể nào sánh được: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ nên thuận lợi khi di chuyển, lắp đặt. - Dễ bảo quản, sửa chữa. - Bộ
nhớ có dung lượng lớn , nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình phức
tạp. - Độ chính xác cao. - khả năng xử lý nhanh. - Hoạt động tốt trong môi
trường công nghiệp. - Giao tiếp được với nhiều thiết bị, máy tính, mạng và các
thiết bị điều khiển khác.
Tự động hóa là một thế mạnh của hạng Siemens trên thế giới, ở Việt Nam,
các thiết bị điều khiển của Siemens đã trở nên rất thông dụng trong lĩnh vực tự
động hóa. LOGO! Thích hợp cho các ứng dụng đơn giản. S7-200 thích hợp cho
những ứng dụng vừa và nhỏ. S7-300 thích hợp cho những dự án tầm trung, mô
đun hóa, điều khiển linh hoạt, nâng cấp hay mở rộng dễ dàng. S7-400 thích hợp
cho những dự án lớn, hoạt động hiệu suất cao, các hệ thống tự động điều khiển
thích nghi, điều khiển dự phòng, dễ dàng chuẩn đoán lỗi. S7-1200 ra đời nhằm
mục đích thay thế sản phẩm S7-200 nhằm khắc phục những nhược điểm của
dòng S7-200 đang có trên thị trường. Ngoài ra, còn có các dòng HMI công
nghiệp.
3.2.10. PLC S7-1200
3.2.10.1. Giới thiệu
Hình 3.9: PLC S7-1200 và các module mở rộng
- S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì
S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
26
- S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp
những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống
như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
- 2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển module trực tiếp trên CPU làm
giảm chi phí sản phẩm
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp kết nối PTP
- Bổ sung 4 cổng Ethernet
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và 24VDC
Hình 3.10: So sánh giữa PLC S7-1200 và S7-200 về các module mở rộng
3.2.10.2. Ứng dụng
Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như: Hệ thống băng tải; Điều
khiển đèn chiếu sang; Điều khiển bơm cao áp; Máy đóng gói; Máy in; Máy dệt;
Máy trộn…
27
3.2.10.3. CPU S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ
nhớ chương trình khác nhau….S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và
1214C.
Hình 3.11: Các khối chức năng CPU S7-1200
S7-1200 được trang bị thêm tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào
cả CPU và chương trình điều khiển.
Đề tài luận văn đã chọn và sử dụng PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC
với tính năng sử dụng điều rộng xung PWM. Để tùy chỉnh tốc độ động cơ cho
phù hợp với mô hình luận văn thiết kế.
28
Các đặc tính của CPU S7-1200 cho ở bảng sau:
Bảng 3.2: Các đặc tính của CPU S7-1200
3.2.10.4. Module mở rộng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài
để mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module
truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số
và quy định của nhà sản xuất.
29
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
- Communication module (CP).
- Signal board (SB)
- Signal Module (SM)
Hình 3.12: Các loại module mở rộng S7-1200
Các đặc tính của module mở rộng như sau:
Bảng 3.3: Các đặc tính của module mở rộng S7-1200
30
3.2.10.5. Giao tiếp
S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point).
Giao tiếp PROFINET với:
- Các thiết bị lập trình
- Thiết bị HMI
- Các bộ điều khiển SIMATIC khác
Hỗ trợ các giao thức kết nối:
- TCP/IP
- SIO-on-TCP
- Giao tiếp với S7
Hình 3.13: Các kết nối của PLC S7-1200
3.2.10.6. Lập trình
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ
trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp
trong TIA Portal v11 của Siemens.
31
3.2.11. Phần mềm giao diện người máy Simatic WinCC V11 cho các ứng
dụng điều khiển giám sát
Ban Tự động hóa Công nghiệp của Siemens đã phát triển bộ phần mềm
giao diện người máy Simatic WinCC V11, đây là gói phần mềm sử dụng phù
hợp với các ứng dụng điều khiển giám sát cho các máy móc riêng lẻ qua màn
hình vận hành tới cấp điều khiển giám sát quá trình bằng hệ thống các máy tính
công nghiệp. Phần mềm Simatic WinCC V11 và phần mềm Simatic Step 7 V11
họat động dựa trên nền tảng khái niệm TIA portal. Phần mềm Simatic Step 7 sử
dụng để lập trình cho các bộ điều khiển Simatic, phần mềm WinCC V11 cho việc
lập trình hệ thống giao diện người máy từ cấp các Panel nhỏ tới cấp SCADA
trên máy tính. Do hai gói phần mềm đều được tích hợp trong một dự án nên
giúp cho người lập trình bớt nhiều công đoạn tạo các biến đầu vào, tăng tính
khả năng chính xác của dự án trong quá trình lập trình do quản lý dữ liệu tập
trung của TIA portal.
Phần mềm Simatic V11 là phần mềm duy nhất có thể lập trình được tất
cả các dải giao diện người máy của Siemens, từ các màn hình tiêu chuẩn Basic
Panels và dòng màn hình mới Comfort Panels, tới thu thập và giám sát điều
khiển SCADA.
Phần mềm Simatic WinCC V11 trang bị thêm tính năng trong quá trình
lập trình có thể định địa chỉ các Symbolic cho S7-1200, tích hợp khái niệm thư
viện, hoặc người sử dụng có thể tạo ra các thư việc riêng, sau đó với phần mềm
Simatic WinCC V11 hoàn toàn có thể import thư viện đó để sử dụng cho các dự
án tiếp theo.
Phần mềm giao diện người máy mới Simatic WinCC V11 bao gồm các
phiên bản khác nhau như:
 WinCC Basic lập trình cho Basic Panels
 WinCC Comfort lập trình cho tất cả các dòng Simatic Panels
 WinCC Advanced kết hợp WinCC Runtime Advanced hỗ trợ giám sát các hệ
thống chạy trên nền máy tính cấp thiết bị như các Panel PC
32
 WinCC Professional là phần mềm bao gồm tất cả các tính năng trên và sử
dụng để lập trình SCADA
Hình 3.14: Các phiên bản Simatic WinCC V11
Qua phân tích các tính năng và phạm vi sử dụng, nội dung đề tài luận văn
đã chọn và sử dụng WinCC Advanced kết hợp WinCC Runtime Advanced hỗ trợ
giám sát các hệ thống chạy trên nền máy tính.
3.3. Kết nối giữa PC - OPC – PLC
 PC – KEPServer – PLC:
PC
Kepware
Group
C#
OPCAutomation
.dll
Siemens driver
.dll
Tag
PLC
S7 - 1200
Hình 3.15: Sơ đồ kết nối giữa PC - OPC KepServer – PLC
33
C# kết nối với PLC thông qua phần mềm OPC KEPServer như sau:
 Sau khi cài đặt chương trình Kepware V5, ta tiến hành cài đặt cấu hình
để Kepware có thể kết nối tới PLC s7 – 1200 thông qua Ethernet TCP/IP.
 Tiếp theo ta tạo các Group và Tag với các địa chỉ tương ứng với địa chỉ ô
nhớ trong PLC để có thể truy cập vào dữ liệu ta mong muốn của PLC.
 Vì Kepware có sẵn các thư viện Driver (.dll) hầu như tất cả các PLC hiện
nay, nên có thể dễ dàng tự động kết nối tới dữ liệu PLC mà người dùng
không cần phải thao tác nhiều.
 Trong chương trình C# ta thêm vào thư viện OPCAutomation.dll, thư
viện này có được nhờ việc cài đặt chương trình Kepware V5.
 Ta tiến hành khai báo các biến OPCItem trong C# để link tới các tag
trong KEPServer mà ta đã tạo trước đó.
 Và chỉ cần các lệnh đơn giản là Read và Write ta có thể dễ dàng đọc hay
ghi dữ liệu trong PLC.
34
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG – THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
4.1. Thiết kế và thi công mô hình
4.1.1.
Thiết kế mô hình
Hình 4.1: Thiết kế mô hình Solidworks 3D
Mô tả: Gồm 3 tầng, 1 vị trí In, 1 vị trí Out, 13 vị trí để xe.
1. Động cơ “dọc”: đưa khung nâng di chuyển theo phương thẳng đứng, lên
xuống giữa các tầng.
2. Động cơ “ra vào”, di chuyển tay khung nâng cất/lấy xe ra vào vị trí.
3. Động cơ “ngang” di chuyển khung nâng theo phương ngang, đưa khung
nâng qua lại giữa các vị trí.
4. Trục vistme, kết hợp thanh trượt vuông (5) để di chuyển tịnh tiến khung
nâng qua lại giữa các vị trí.
5. Thanh trượt vuông, di chuyển khung nâng lên xuống giữa các tầng.
6. Vị trí In, cho xe vào vị trí này để thực hiện gửi xe cho khách hàng.
7. Vị trí Out, vị trí trả xe cho khách hàng.
35
4.1.2.
Thi công mô hình
Hình 4.2: Mô hình thực tế
Cảm biến
Camera
Hình 4.3: Kết cấu khung nâng
36
Cảm biến
4.1.3.
Lựa chọn động cơ
Để điều khiển khung nâng trong mô hình có thể chọn từ 3 loại động cơ:
- Động cơ không đồng bộ ba pha: có tốc độ cao, momen lớn, có công suất tương
đối cao (thông thường khoảng 4,5 kw trở lên). Do đó loại động cơ này không
thích hợp dùng trong mô hình. Những đặc tính của loại động cơ này phù hợp
với hệ thống thực tế (có thể sử dụng biến tần để điều khiển loại động cơ này).
- Động cơ bước: dễ dàng điều khiển chính xác, tốc độ tương đối thấp, phù hợp
với yêu cầu điều khiển khung nâng của mô hình. Nhưng momen tương đối nhỏ
nên không khai thác triệt để nên không sử dụng được.
- Động cơ DC: có tốc độ cao, momen tương đối lớn, công suất có nhiều mức lựa
chọn, do đó cần bộ giảm tốc để giảm tốc độ và tăng momen phù hợp với yêu
cầu của khung nâng trong mô hình. Động cơ 24 VDC được lựa chọn để thực
hiện mô hình.
4.1.4.
Mạch điện
4.1.4.1.
Mạch cầu H
Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 24VDC
37
Hình 4.5: Mạch cầu H 24VDC
Các linh kiện sử dụng trong mạch: Fed IRF640 (Dòng dẫn 18a, thời gian
đóng cắt 50ns, Vgs kích ±20V, dòng kích ±100nA). Cổng NOR hf4001, Opto
EL817, led, R 1k, R10k, R2.2k.
4.1.4.2.
Mạch cảm biến
Vì ngõ ra các mạch cảm biến dò line đơn, mạch cảm biến vật cản hồng ngoại
ở mức 0-5VDC, không thể kích ngõ vào PLC 24VDC lên mức 1. Vì vậy, thực hiện
thiết kế nguồn cấp và ngõ ra cho mạch cảm biến phục vụ cho luận văn: Hạ áp
24VDC xuống 5VDC để cảm biến hoạt động, ngõ ra cảm biến 0-5V kích opto817
hoạt động, tích cực dẫn nguồn 24VDC cấp cho Input PLC.
Hình 4.6: Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại
38
Hình 4.7: Mạch cảm biến dò line đơn
Các linh kiện sử dụng trong mạch: 7815, 7805, tụ 10uF, R0.01k, opto EL817
4.1.4.3.
Bảng tủ điện điều khiển
Hình 4.8: Bảng tủ điện điều khiển
Bảng tủ điện điều khiển gồm: 1 Nguồn tổ ong 24VDC; 3 mạch cầu H cho 3
động cơ; 1 PLC 1212C DC/DC/DC; 1 nút nhấn khẩn cấp dừng hệ thống; tất cả
các đầu dây được đánh ký hiệu nhận biết.
39
4.2. Thuật toán điều khiển
4.2.1.
Thuật toán điều khiển cho PLC
Start
RESET
State 1
Cất Xe Vào
Lấy Xe Ra
State 3
State 2
Mode: Edit
Mode: Manual
Chọn Vị Trí Lấy Xe Ra
Chọn Vị Trí Cất Xe Vào
State 5
State 7
State 4
State 6
Tới Vị Trí Lấy Xe
Tới Vị Trí IN
Mode: Bán tự động
State 4.1
State 5.1
State 8
Lấy Xe
Lấy Xe
State 4.2
State 5.2
Tới Vị Trí OUT
Tới Vị Trí Cất Xe
State 4.3
State 5.3
Đưa Xe vào Vị Trí Cất
State 1
Trả Xe Ra
Hình 4.9: Thuật toán điều khiển cho PLC
40
PLC được lập trình thực hiện tuần tự các chuỗi công việc. Ứng mỗi trạng
thái State, ta thực hiện viết riêng khối FB hoặc FC để điều khiển.
Hình 4.10: Sơ đồ hoạt động giữa OB1 với các khối chương trình con
Toàn bộ chương trình điều khiển được chia nhỏ thành các khối FC và FB
mang một nhiệm vụ cụ thể riêng và được quản lý chung bởi những khối OB.
Kiểu lập trình này rất phù hợp cho những bài toán phức tạp, nhiều nhiệm vụ và
lại rất thuận lợi cho việc sửa chữa sau này.
 Khối Start: reset
Hình 4.11: Khối FC0-Start
Input: reset; Output: state
Khi nhấn reset thì state=1, đồng thời xóa các ô nhớ lưu giá trị vị trí mong
muốn về 0; chương trình nhảy vào thực hiện khối State 1
41
 Khối State 1: chọn cất xe vào hoặc lấy xe ra
Hình 4.12: Khối FC1-State 1
Input: cất xe vào, lấy xe ra
Output: state, các đèn báo
Khi nhấn nút “cất xe vào” thì state=3
Khi nhấn nút “lấy xe ra” thì state=2
 Khi state=3, chương trình nhảy vào thực hiện khối State 3
 Khối State 3: chọn vị trí để cất xe vào bãi gửi
Hình 4.13: Khối FC4-State 3
Input: Chọn vị trí cất xe
Output: state=5, vị trí dọc trên mong muốn, vị trí dọc dưới mong muốn,
vị trí ngang mong muốn.
Hình 4.14: Sơ đồ các vị trí trong mô hình
42
Vị trí dọc trên mong muốn lần lượt: 150; 350; 550
Vị trí dọc dưới mong muốn lần lượt: 100; 300; 500
Vị trí ngang mong muốn lần lượt: 100; 200; 300; 400; 500
Như vậy, khi chọn vị trí 1: (150;100;200), vị trí 2: (150;100;300) vị trí 4:
(350;300;100),… Các giá trị dọc trên, dưới, ngang được Move vào ô nhớ
như hình trên. Tương tự cho các vị trí được chọn còn lại; state=5 chương
trình nhảy vào thực hiện khối State 5.
 Khối State 5: Thực hiện di chuyển khung đến vị trí In để lấy xe lên
khung, di chuyển khung chứa xe đến vị trí chọn gửi, cất xe vào vị trí
đã chọn và set vị trí đó lên 1. Quay lại trạng thái chờ ban đầu để cất
xe vào/ lấy xe ra
Hình 4.15: Khối FC6-State 5
Input: vị trí ngang đọc về, vị trí dọc đọc về: các giá trị này được cảm biến đọc về
và xử lý khi khung nâng di chuyển ngang và lên xuống. Được thực hiện trong
các khối FB1-Pos_ngang và FB2-Pos_doc.
43
Vị trí dọc trên, dưới, ngang mong muốn có giá trị khi chọn vị trí ở Khối FC4State 3.
Cảm biến vào, cảm biến ra để giới hạn hành trình động cơ “ra vào”
InOut: động cơ ngang thuận-nghịch, động cơ dọc thuận-nghịch, động cơ ra vào
thuận-nghịch. Thực hiện di chuyển khung nâng, sử dụng inout là để khóa chéo
các động cơ với nhau.
Output: state=1, khi thực hiện cất xe vào bãi hoàn tất, trở về trạng thái bắt đầu
hệ thống chờ tiếp lệnh “cất xe vào/ lấy xe ra” từ người dùng. Đồng thời set các
bit lưu vị trí đã có xe lên mức 1.
Khối FC6-State 5: Thực hiện gọi khối FC12-Move_robot và khối FC13Move_Hand

Khối FC12-Move_robot: di chuyển khung nâng đến vị trí mong muốn, ở
đây đặt giá trị cho vị trí dọc mong muốn=100, vị trí ngang mong
muốn=100 tức là di chuyển khung nâng đến vị trí In để lấy xe vào khung
nâng.
Hình 4.16: Khối FC12- Move_robot
44
Hình 4.17: Thuật toán điều khiển khối FC12- Move_robot
Thực hiện xong khối trên, Output cho state=51.

State=51, sau khi di chuyển khung nâng tới vị trí In, sau đó thực hiện gọi
khối FC13-Move_Hand: Nhiệm vụ khối này là 1-lấy xe từ vị trí có xe,
cho vào khung nâng; 2- đưa xe trong khung nâng ra vị trí được chọn để
xe.
45
Hình 4.18: Khối FC13-Move_Hand
Input: nhập số 1 hoặc 2, khi nhập số 1 khung nâng thực hiện nhiệm vụ lấy xe
ở vị trí có xe và đưa vào khung nâng; khi nhập số 2 khung nâng thực hiện
nhiệm vụ đưa xe trong khung nâng để xe ở vị trí được chọn. Đang thực hiện
nhiệm vụ cất xe vào bãi, vậy nên ta chọn nhập số 1 để thực hiện lấy xe vào
khung nâng.
Output: state=52
 State =52, gọi tiếp khối FC12-Move_robot để thực hiện di chuyển khung
nâng chứa xe tới vị trí được chọn, lúc này state=53
 State=53, gọi tiếp khối FC13-Move_Hand để khung nâng thực hiện đưa
xe ra vị trí chọn, cất xe. Lúc này state=1, hoàn tất quy trình cất xe vào bãi,
hệ thống vào trạng thái chờ thực hiện lệnh “cất xe vào/lấy xe ra”.
46
Hình 4.19: Thuật toán điều khiển khối FC13-Move_Hand
47
 Tương tự, khi state=2, chương trình nhảy vào thực hiện khối State 2
 Khối State 2: chọn vị trí lấy xe ra
 Khối State 4: thực hiện di chuyển khung nâng đến vị trí chọn, khung
nâng lấy xe cho vào khung, di chuyển đến vị trí Out và trả xe cho
khách reset vị trí đó về 0, state =1. Quay lại trạng thái chờ ban đầu
để cất xe vào/ lấy xe ra
Khối FC5-State 4: Thực hiện gọi khối FC12-Move_robot và FC13-Move_Hand
 Gọi khối FC12-Move_robot để di chuyển khung nâng đến vị trí được
chọn
-> gọi tiếp khối FC13-Move_Hand để thực hiện lấy xe vào khung -> gọi
tiếp khối FC12-Move_robot để di chuyển khung nâng ra vị trí Out-> gọi
tiếp khối FC13-Move_Hand để thực hiện trả xe ra vị trí Out cho khách.
Lúc này state=1, hoàn tất quy trình lấy xe ra bãi, hệ thống vào trạng thái
chờ thực hiện lệnh “cất xe vào/lấy xe ra”.
-
Ngoài ra, thực hiện đọc các giá trị khi khung nâng di chuyển ngang: “vị trí
ngang đọc về” thông qua khối FB1-Pos_ngang; khi khung nâng di chuyển
dọc: “vị trí dọc đọc về” thông qua khối FB2-Pos_doc.
cảm biến ngang
Hình 4.20: Khối FB1-Pos_ngang và khối FB2-Pos_doc
48
Hình 4.21: Thuật toán điều khiển khối FB1-Pos_ngang
Thuật toán điều khiển cho khối FB2-Pos_dọc thực hiện đọc giá trị “vị trí
dọc đọc về” tương tự. Tuy nhiên, việc cộng thêm “Khối phép +”, trừ bớt “Khối
phép -” được thực hiện theo thuật toán sau:
49
Hình 4.22: Thuật toán tính toán cho khối FB2-Pos_doc
 Khối State 6-Manual: Nhiệm vụ khối này để người dùng điều khiển
bằng chế độ tay cho hệ thống khi xảy ra lỗi hoặc khi khách hàng mất
thẻ từ.
 Khối State 7-Edit: Nhiệm vụ khối này để người dùng chỉnh sữa các vị
trí. Tùy chỉnh cất xe vào hoặc lấy xe ra bãi.
 Khối State 8: Nhiệm vụ khối này để di chuyển khung nâng đến vị trí
khi ta thực hiện quét thẻ và dừng ở đó, chờ camera chụp hình nhận
dạng biển số xe thành công mới thực hiện tiếp.
50
 Khối Warning: Nhiệm vụ khối này thực hiện cảnh báo các lỗi xảy ra
như: khung nâng trượt vị trí ngang-dọc, khung nâng chưa nhận được
xe, vị trí gửi xe chưa nhận được xe… Lúc đó hệ thống ngưng hoạt động.
 Phát xung PWM với PLC S7-1200 DC/DC/DC: Để điều khiển tốc độ
động cơ cho phù hợp với mô hình luận văn, thực hiện điều chế độ rộng
xung PWM, thông qua cách cấu hình phần mềm trong Tia Portal.
Hình 4.23: Cấu hình phát xung PWM cho PLC S7-1200 DC/DC/DC
Tần số phát xung tối đa của ngõ ra trên CPU là 100 KHz, cho SB là 20 KHz
và 200 KHz , 1 SB tốc độ cao. Những phần cần thiết để cấu hình:
- Chức năng tạo xung: PWM hoặc PTO.
- Nguồn ngõ ra: trên CPU hoặc SB.
- Thời gian cơ sở: ms hoặc us.
- Định dạng độ rộng xung: phần trăm, phần ngàn, phần chục ngàn...
- Thời gian chu kỳ: nhập giá trị mỗi chu kỳ.
- Độ rông xung ban đầu: nhập giá trị độ rộng ban đầu.
Lệnh CTRL_PWM: tạo ra một dãy xung tuần hoàn. Ngõ ra PWM hoạt
động một cách liên tục sau khi được khởi động tại một tần số nhất định. Độ
rộng xung có thể được thay đổi theo yêu cầu.
51
Bảng 4.1: Các thông số lệnh CTRL_PWM
Lệnh CTRL_PWM chứa các thông số vào trong 1 DB. Khi lấy khối lệnh ra thì
một khối DB sẽ tự động được tạo ra. Người dùng không được thay đổi các
thông số khối DB nhưng chúng được điều khiển bởi lệnh CTRL_PWM. Khi ngõ
vào EN là TRUE lệnh CTRL_PWM bắt đầu hay dừng hoạt động PWM dựa vào
ngõ vào ENABLE. CPU xử lý yêu cầu khi lệnh CTLR_PWM được thực hiện, thông
số BUSY sẽ luôn luôn thông báo FALSE. Nếu có 1 lỗi được phát hiện, khi đó ENO
được đặt về FALSE và thông số STATUS chứa một mã trạng thái. STATUS=0:
không có lỗi; STATUS=80A1: Bộ định danh PWM không ghi địa chỉ một PWM.
4.2.2.
Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính
52
Hình 4.24: Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính
53
Giải thích:
1. Thẻ từ được quét vào thiết bị đọc thẻ, thiết bị sẽ có được chuỗi dữ liệu gồm
7 mã ACSII để lên máy tính.
2. Thiết bị gữi chuỗi mã ACSII và máy tính nhận dữ liệu.
3. Từ chuỗi mã ACSII, rồi tiến hành truy cập cơ sở dữ liệu.
4. Trong cơ sở dữ liệu, máy tính tiền hành kiểm tra xem mã thẻ đã tồn tại
trước đó hay chưa? (có nghĩa là chiếc thẻ từ đã được quét trước đó và tiến
hành quá trình gữi xe thành công, thì mã thẻ sẽ được lưu trong cơ sở dữ
liệu và gắn liền với chiếc xe đó).
5. Nếu chiếc thẻ chưa được liên kết với chiếc xe nào trong bãi. Hệ thống PLC
sẽ ra lệnh cho khung nâng đưa camera tới vị trí xe vào.
6. Quá trình chụp ảnh và nhận dạng biển số xe bắt đầu.
7. Nếu nhận dạng ảnh sai (không thể chụp được hình, nhận dạng không đủ ký
tự…).
8. Máy tính sẽ đưa ra lựa chọn: có muốn tiếp tục đưa xe vào hay nhận dạng lại
một lần nữa?
9. Máy tính ra lệnh cho PLC đưa xe vào vị trí còn trống trong bãi xe.
10. Nếu chiếc thẻ đã được liên kết với một chiếc xe nào đó trong bãi (đã được
quét trước đó và đưa xe vào thành công). Hệ thống PLC sẽ ra lệnh cho
khung nâng đưa camera tới vị trí xe hiện tại trong bãi.
11. Quá trình chụp ảnh và nhận dạng biển số xe bắt đầu.
12. Nếu biển số xe nhận dạng trùng với biển số xe lúc đưa vào?
13. Nếu biển số không giống thì máy tính đưa ra lựa chọn: tiếp tục lấy xe ra
hay nhận dạng lại xe ra?
14. Máy tính ra lệnh cho PLC lấy xe ra khỏi bãi giữ xe.
54
15. Nếu quá trình đưa xe vào hoặc lấy xe ra thành công.
16. Máy tính sẽ cập nhật dữ liệu cho cơ sở dữ liệu.
17. Nếu không thành công thì máy tính sẽ thông báo đã xãy ra lỗi trong quá
trìnnh vận hành.
4.2.3.
Thiết kế giao diện người dùng
4.2.3.1.
Giao diện nhận dạng biển số xe
Hình 4.25: Giao diện nhận dạng biển số xe thiết kế trên C#
Giao diện này giúp người dùng dễ dàng quan sát các hình ảnh chụp về từ
camera, thực hiện nhận dạng biển số và hiển thị biển số cùng với mã thẻ được
quét, thực hiện báo lỗi khi không nhận dạng được biển số xe. Đồng thời dễ dàng
quản lý: Xe vào bãi: biển số, mã thẻ, giờ vào, vị trí gửi; Xe ra bãi: biển số, mã thẻ,
vị trí lấy, tiền gửi.
 Camera: hiển thị hình ảnh liên tực lấy từ Camera.
55
 Hình chụp lúc xe ra vào: mỗi lần xe ra hay xe vào hệ thống đều chụp lại
hình ảnh nhằm lưu vào hệ thống vào dùng để nhận dạng biên số xe, nên
đây là vùng để hiển thị ảnh chụp đó.
 Ô hiển thị thông tin của xe: hiển thị đầy đủ thông tin liên quan đến chiếc
xe đang ra hoặc vào bãi.
 Hình cắt biển số: là hình biển số được cắt ra khi đưa hình ảnh chụp chiếc
xe vào hệ thống xử lý ảnh.
 Các nút bấm chức năng bao gồm:

Chụp hình: chụp hình ảnh hiện tại từ camera để đưa vào hệ thống
xử lý (công cụ phục vụ cho nhiệm vụ debug)

Nhận dạng files: lấy hình ảnh từ trong máy tính để đưa vào xử lý
ảnh (công cụ phục vụ cho nhiệm vụ debug).

Cài đặt: hiển thị ra bảng cài đặt hệ thống như: kết nối cổng COM
của RFID, kết nối camera, kết nối KEPServer, trạng thái plc, thông
tin cơ sở dữ liệu…

Công cụ Debug: là nút bấm phục vụ cho việc debug hệ thống xử lý
ảnh

Quản Trị viên: hiển thị ra cửa sổ điều khiển cấp cao, có thể thay
đổi trực tiếp dữ liệu PLC cũng như dữ liệu trong cơ sở dữ liệu.
56
4.2.3.2.
Giao diện trang chủ bãi giữ xe ô tô tự động
Hình 4.26: Giao diện trang chủ bãi giữ xe ô tô tự động
Giao diện trang chủ: mô tả chuyển động gần như đồng bộ thời gian với
mô hình thực tế để trực quan với người dùng. Các đèn báo hiển thị vị trí có xe,
đồng thời hiển thị hình ảnh có xe ở vị trí đó cùng với biển số xe. Có sơ đồ tóm
tắt đơn giản quy trình hoạt động bãi giữ xe. Quan trọng hơn, trên giao diện này
ta quan sát được xe vừa mới vào bãi với các thông số: Vị trí, biển số, mã thẻ, giờ
vào bãi. Xe vừa mới ra bãi với các thống số: vị trí, biển số, mã thẻ, giờ vào bãi,
giờ ra bãi và tiền gửi. Đồng thời, có thêm các nút bấm được tích hợp trên trang
chủ để điều khiển tay, bảng hiện thị trạng thái các cảm biến và động cơ, vị trí
mà khung nâng đang đứng.
Bên cạnh đó, tạo ra các Mode để dễ dàng quản lý và giám sát:
 Hệ thống quản lý: quản lý số lượng xe có trong bãi cùng với các thông tin
liên quan như: biển số, mã thẻ, giờ vào, vị trí.
 Cảnh báo lỗi: hiện thị nhấp nháy khi có lỗi hệ thống, vào mode này dễ
dàng nhận biết các lỗi được báo về.
57
 Hệ thống máy móc: hiện thị các kết nối, trạng thái hoạt động của động
cơ, cảm biến, điện lưới…
 Điều khiển tay: thực hiện thao tác điều khiển bằng các nút bấm để lấy xe
ra hoặc gửi xe vào khi xảy ra lỗi (mode “cảnh báo lỗi” nhấp nháy) hoặc
máy tính không nhận dạng được biển số xe hoặc người dùng mất thẻ từ.
4.2.3.3.
Giao diện hệ thống quản lý xe trong bãi
Hình 4.27: Giao diện hệ thống quản lý xe trong bãi
Giao diện này giúp người dùng dễ dàng quan sát số lượng xe có trong
bãi, xe đang có ở vị trí nào, biển số, mã thẻ và giờ vào bãi. Khi xảy ra sự cố
khách hàng mất thẻ, lúc này khách hàng đọc biển số xe và người quản lý tìm
trên giao diện này rất dễ dàng nhận ra xe của khách hàng đó đang ở vị trí nào
cùng với các thông tin liên quan để dễ dàng xử lý cho khách lấy xe ra thông qua
mode “điều khiển tay”.
58
4.2.3.4.
Giao diện cảnh báo lỗi hệ thống
Hình 4.28: Giao diện cảnh báo lỗi hệ thống
Khi xảy ra các lỗi hệ thống như: Khung nâng trượt vị trí ngang, khung
nâng trượt vị trí dọc, khung nâng chưa nhận được xe, vị trí gửi chưa nhận được
xe… Lúc này, hệ thống ngừng hoạt động và mode “Cảnh báo lỗi” nhấp nháy.
Người dùng bấm mode để vào giao diện cảnh báo lỗi hệ thống, xem xét lỗi hiện
thị nhấp nhày và thực hiện khắc phục lỗi đó, vận hành lại hệ thống.
59
4.2.3.5.
Giao diện hệ thống máy móc
Hình 4.29: Giao diện hệ thống máy móc
Giao diện tổng quan về thiết bị sử dụng trong hệ thống. Đồng thời, ta liên
kết các đối tượng hình ảnh của từng thiết bị với các tag tương ứng, để khi thiết
bị hoạt động thì các hình ảnh sẽ thay đổi theo. Bênh cạnh đó, ta giám sát được
trạng thái các cảm biến, động cơ, tốc độ động cơ, nhiệt độ phòng máy…
60
4.2.3.6.
Giao diện chế độ điều khiển tay
Hình 4.30: Giao diện chế độ điều khiển tay
Khi khách hàng mất thẻ, việc thực hiện quét thẻ để lấy xe không thực
hiện được. Cách giải quyết lúc này khách hàng đọc biển số xe và chứng minh
giấy tờ là xe của mình, sau khi người giám sát kiểm tra đúng có xe trong hệ
thống. Sử dụng chế độ điều khiển tay để mang xe ra cho khách đồng thời xóa
dữ liệu được lưu trong SQL Server. Ngoài ra, chế độ điều khiển tay cho phép
thực hiện khác phục các lỗi hệ thống xảy ra, hoặc thực hiện mang xe ra vào bãi
khi quá trình nhận dạng biển số không thành công.
61
Chương 5. TỔNG KẾT
5.1. Kết quả đạt được
-
Xây dựng được mô hình cơ khí mô tả hoạt động của hệ thống bãi giữ xe xếp
tầng.
-
Điều khiển vị trí, tốc độ cho động cơ.
-
Thực hiện được kết nối dữ liệu PC-OPC-PLC .
-
Ứng dụng được công nghệ RFID kết hợp camera nhận dạng biển số xe, thể
hiện sự tối ưu của tự động hóa.
-
Thiết kế giao diện giám sát thân thiện, dễ sử dụng.
-
Xây dựng thuật toán và lập trình cho hệ thống chạy ổn định.
5.2. Kết luận
Đề tài: “ Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động” là một mô
hình thực tế. Phần quan trọng của đề tài là thiết kế và thi công được mô hình
bãi giữ xe ô tô cất và lấy xe một cách tự động có sử dụng hệ thống bảo mật bằng
thẻ từ kết hợp nhận dạng biển số xe. Để hoàn thành đề tài nhóm thực hiện đã
sử dụng được những tính năng của PLC Siemens cũng như các thiết bị, OPC,
phương pháp truyền gửi dữ liệu …. Việc ứng dụng đề tài vào thực tế là rất cần
thiết đối với tình hình thực tế hiện nay của nước ta tại các thành phố lớn.
Tuy nhiên, đề tài khi áp dụng thực tế cần xem xét đến kinh phí xây dựng
vì việc thi công mô hình đòi hỏi kinh phí cao.
5.3. Những hạn chế của đề tài và định hướng phát triển đề tài
Để tối ưu hóa diện tích mặt bằng, chúng ta có thể xây dựng một hệ thống
khung đôi, mỗi khung có nhiều tầng, khung nâng có thể lấy xe ở cả hai hướng.
Cơ cấu nâng gầm xe chưa thực sự hoàn hảo, bởi một số dòng xe có kích
thước gầm khác xa so với các dòng xe thông thường. Do đó, chúng em mong
muốn phát triển cơ cấu nâng gầm thành cơ cấu nâng bánh. Vì cơ cấu nâng bánh
62
đảm bảo tính chính xác, và lúc khung nâng di chuyển xe ổn định hơn cơ cấu
nâng gầm. Ngoài hệ thống nhận diện bằng thẻ từ kếp hợp nhận dạng biển số,
chúng ta còn có thể phát triển hệ thống quản lý bằng dấu vân tay, kết hợp với
hệ thống nhận diện bảng số. Kết hợp hệ thống chuyển nguồn tự động ATS để
phòng trường hợp mất điện lưới gây sự cố cho hệ thống. Sử dụng nhiều cảm
biến tăng thêm độ chính xác và tính an toàn cho hệ thống.
63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Tài liệu tiếng Việt:
[1] Nguyễn Đức Thành (2005). Đo lường và điều khiển bằng máy tính, nhà xuất
bản đại học quốc gia TP.HCM.
[2] Trần Văn Hiếu (2015). Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật.
[3] Hoàng Minh Trí. Tự động hóa quá trình công nghệ. Khoa Điện-Điện tử,
trường đại học Bách Khoa TP.HCM.
[4] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy (2002). Nhập Môn Xử lý ảnh số, nhà
xuất bản khoa học và Kỹ thuật.
 Tài liệu tiếng Anh:
[5] S7-1200 System Manual.
[6] Getting started with S7-1200.
[7] GMP Engineering Manual WinCC - Siemens
[8] Using OPC in Visual Studio
 Tài liệu từ các Website:
https://support.automation.siemens.com
http://plcvietnam.com.vn/forum
http://www.payitforward.edu.vn
https://www.youtube.com/user/Siemens/videos
64