Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và Giám sát Nhà Giữ Xe Thông Minh - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng

Đồ án tốt nghiệp thiết kế nhà giữ xe thông minh: Giải pháp đỗ xe tự động, giám sát an ninh, quản lý hiệu quả. Tải ngay tài liệu tham khảo!

• Tác giả: Nguyễn Bá Huy
• Người hướng dẫn: ThS. Dương Quang Thiện
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Và Giám Sát Nhà Giữ Xe Thông Minh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE THÔNG MINH
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn
• 1.5. Bố cục
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN BÃI ĐỖ XE
• 2.1. Phân tích các phương án bãi đỗ xe
• 2.2. Các phương án bãi đỗ xe tự động hiện nay
• 2.2.1. Phương án đỗ xe tự động kiểu thang máy
• 2.2.2. Phương án đỗ xe tự động kiểu xếp hình
• 2.2.3. Phương án đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng
• 2.2.4. Phương án đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking
• 2.2.5. Phương án đỗ xe tự động kiểu thang nâng di chuyển
• 2.2.6. Phương án đỗ xe tự động kiểu xoay vòng trục đứng
• 2.3. Ưu điểm của hệ thống bãi đỗ xe tự động
• 2.4. Nhược điểm của các hệ thống bãi đỗ xe tự động
• 2.5. Phương án lựa chọn
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Khối đầu vào
• 3.1.1. Cảm biến là gì?
• 3.1.2. Sự khác nhau của tín hiệu NPN và PNP
• 3.1.3. Cách phân biệt tín hiệu cảm biến NPN và PNP
• 3.1.4. Khi nào sử dụng tiếp điểm NPN
• 3.1.5. Đấu dây cảm biến với PLC
• 3.2. Nguyên lý hoạt động
• 3.3. Khối xử lý, giám sát và điều khiển
• 3.3.1. Giới thiệu về PLC S7 1200
• 3.3.2. Cấu tạo chung của PLC
• 3.3.3. Các loại CPU cơ bản của PLC s7-1200
• 3.3.4. Tổng quan hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC
• 3.3.5. Nguyên lý nối dây mạch đầu vào của PLC
• 3.3.6. Nguyên lý nối dây mạch đầu ra DC của PLC
• 3.3.7. Nguyên lý nối dây mạch đầu ra RLY của PLC
• 3.3.8. Giới thiệu về TIA Portal
• 3.3.9. Các thành phần trong bộ cài TIA Portal
• 3.3.10. Ưu – nhược điểm khi sử dụng TIA Portal
• 3.4. Khối đầu ra
• 3.4.1. Giới thiệu về động cơ bước
• 3.4.2. Phân loại động cơ bước
• 3.4.3. Cấu tạo của động cơ bước gồm Rotor và stato
• 3.4.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước
• 3.4.5. Phương pháp điều khiển động cơ bước:
• 3.4.6. Ưu – Nhược điểm của động cơ bước
• 3.4.7. Ứng dụng của động cơ bước
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ
• 4.1. Sơ đồ đi dây đầu vào PLC
• 4.2. Sơ đồ đi dây đầu ra PLC
• 4.3. Bảng tag đầu vào PLC
• 4.4. Bảng đầu ra PLC
• 4.5. Giản đồ thời gian
• 4.6. Lưu đồ thuật toán đầu vào
• 4.7. Lưu đồ thuật toán kiểm tra xe
• 4.8. Thiết kế khung giữ xe mô tô
• 4.9. Thiết kế khung giữ xe ô tô
• 4.10. Thiết kế tủ điện
• 4.11. Thiết kế giám sát
• 4.11.1. Thiết kế màn hình giao diện
• 4.11.2. Thiết kế màn hình thống kê
• 4.11.3. Thiết kế màn hình manual
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT NỐI VẬN HÀNH
• 5.1. Thay đổi địa chỉ máy tính
• 5.2. Các bước tạo WinCC
• 5.3. Cài đặt kết nối cho WinCC với PLC:
• 5.4. Cách nạp chương trình PLC
• 5.5. Chuyển công WinCC
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án nhà giữ xe thông minh cho đô thị hiện đại

Trong bối cảnh đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ, sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện cá nhân đã tạo ra áp lực khổng lồ lên hạ tầng giao thông tĩnh. Các thành phố lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, và Hồ Chí Minh đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt trầm trọng bãi đỗ xe. Vấn đề này không chỉ gây ùn tắc giao thông do xe cộ đỗ tràn lan trên vỉa hè, lòng đường mà còn làm mất mỹ quan đô thị và tiềm ẩn rủi ro về an toàn. Đồ án nhà giữ xe thông minh: Thiết kế & Giám sát ra đời như một giải pháp công nghệ tất yếu, nhằm giải quyết triệt để bài toán về không gian và hiệu quả vận hành. Đồ án này, được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Bá Huy và Nguyễn Xuân Tín tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng, tập trung vào việc ứng dụng công nghệ tự động hóa để tối ưu hóa diện tích và quy trình gửi/lấy xe. Mục tiêu cốt lõi là xây dựng một mô hình hệ thống đỗ xe tự động có khả năng tự cất và trả xe, giảm thiểu sự can thiệp của con người và tiết kiệm thời gian. Hệ thống sử dụng các công nghệ tiên tiến như bộ điều khiển logic khả trình (PLC S7-1200), cảm biến tiệm cận, động cơ bước và được giám sát trực quan qua giao diện WinCC. So với bãi xe truyền thống, nhà giữ xe thông minh mang lại lợi ích vượt trội: tiết kiệm diện tích, tăng cường an ninh, giảm ô nhiễm và tối ưu hóa chi phí vận hành. Đây không chỉ là một đề tài nghiên cứu kỹ thuật mà còn là một định hướng phát triển bền vững cho hạ tầng đô thị trong tương lai.

1.1. Bối cảnh cấp thiết của các giải pháp bãi đỗ xe tự động

Sự phát triển kinh tế xã hội tại Việt Nam đã kéo theo sự bùng nổ của phương tiện giao thông cá nhân. Theo tài liệu nghiên cứu, tình trạng này đòi hỏi diện tích đất dành cho bãi đỗ xe phải tăng theo tương ứng. Tuy nhiên, quỹ đất hạn hẹp tại các trung tâm thành phố lớn khiến việc mở rộng bãi đỗ xe truyền thống trở nên bất khả thi. Hiện trạng ô tô dừng đỗ trên vỉa hè và lòng đường không chỉ gây cản trở giao thông mà còn vi phạm các quy định về trật tự đô thị. Để giải quyết vấn đề này, các nước phát triển trên thế giới đã áp dụng rộng rãi các mô hình nhà đỗ xe nhiều tầng tự động. Việc triển khai một đồ án nhà giữ xe thông minh không chỉ là xu thế mà còn là yêu cầu cấp bách để hiện đại hóa cơ sở hạ tầng, cải thiện cảnh quan và nâng cao chất lượng sống cho người dân.

1.2. Mục tiêu và giới hạn nghiên cứu của đồ án thiết kế nhà xe

Mục tiêu chính của đồ án là ứng dụng các tính năng vượt trội của PLC, cảm biến và động cơ để thực hiện một mô hình bãi giữ xe ô tô mang tính tự động hóa cao. Hệ thống phải có khả năng tự động cất xe vào vị trí trống và trả xe theo yêu cầu một cách chính xác và nhanh chóng. Bên cạnh đó, đồ án còn đặt mục tiêu xây dựng một hệ thống giám sát bằng phần mềm WinCC, cho phép người vận hành theo dõi trạng thái, quản lý dữ liệu và điều khiển hệ thống từ xa. Tuy nhiên, trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp, nghiên cứu có một số giới hạn nhất định. Cụ thể, mô hình được thiết kế với 8 vị trí cất xe, phần cơ khí được chế tạo thủ công và việc thu phí vẫn cần sự can thiệp của nhân viên. Dù vậy, các nguyên lý thiết kế và giám sát vẫn mang tính ứng dụng cao cho các hệ thống quy mô lớn hơn.

II. Thách thức bãi đỗ xe truyền thống giải pháp tự động hóa

Các bãi đỗ xe truyền thống đang bộc lộ nhiều nhược điểm cố hữu không còn phù hợp với nhịp sống hiện đại. Thách thức lớn nhất là sự lãng phí diện tích. Một không gian rộng lớn chỉ có thể chứa được một số lượng xe hạn chế do phải chừa lối đi và không gian quay đầu xe. Vấn đề thứ hai là thời gian. Người lái xe thường mất nhiều thời gian để tìm kiếm vị trí trống, đặc biệt vào giờ cao điểm, gây ra căng thẳng không cần thiết và tiêu tốn nhiên liệu. Hơn nữa, an toàn phương tiện cũng là một mối lo ngại lớn khi các va chạm, trầy xước thường xuyên xảy ra. Để khắc phục những hạn chế này, các giải pháp hệ thống đỗ xe tự động đã được nghiên cứu và phát triển. Đồ án đã phân tích nhiều phương án phổ biến như kiểu thang máy, kiểu xếp hình, và kiểu xoay vòng. Mỗi phương án có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại địa hình và quy mô khác nhau. Dựa trên các tiêu chí về hiệu quả sử dụng không gian, tốc độ và tính linh hoạt, đồ án nhà giữ xe thông minh này đã lựa chọn phương án thang nâng di chuyển. Đây là mô hình kết hợp chuyển động nâng hạ theo phương đứng và di chuyển theo phương ngang, cho phép tối ưu hóa không gian lưu trữ và rút ngắn thời gian lấy/cất xe. Giải pháp này đại diện cho bước tiến vượt bậc trong việc quản lý bãi đỗ xe đô thị.

2.1. Phân tích các nhược điểm của mô hình bãi đỗ xe hiện tại

Mô hình bãi đỗ xe hiện tại, hay còn gọi là bãi xe tự lái, tồn tại nhiều bất cập. Thứ nhất, hiệu suất sử dụng đất rất thấp, chỉ khai thác được mặt phẳng mà không tận dụng được không gian theo chiều cao. Thứ hai, quy trình vận hành phụ thuộc hoàn toàn vào con người, từ việc tìm chỗ, đỗ xe đến lấy xe, dẫn đến tình trạng lộn xộn và tốn thời gian. Thứ ba, nguy cơ mất an toàn cao do va quệt, trộm cắp và phá hoại tài sản. Cuối cùng, việc động cơ xe hoạt động liên tục trong quá trình tìm chỗ gây ra ô nhiễm không khí và tiếng ồn trong không gian hẹp của bãi xe. Những nhược điểm này cho thấy sự cần thiết phải chuyển đổi sang một mô hình quản lý hiệu quả và an toàn hơn, điển hình là hệ thống đỗ xe tự động.

2.2. So sánh và lựa chọn phương án bãi đỗ xe tự động tối ưu

Đồ án đã tiến hành khảo sát các phương án bãi đỗ xe tự động đang được áp dụng trên thế giới. Phương án kiểu xếp hình (puzzle parking) hiệu quả cho diện tích nhỏ nhưng tốc độ lấy xe chậm do phải di chuyển nhiều pallet. Phương án xoay vòng kiểu đứng (rotary parking) tiết kiệm diện tích mặt bằng nhưng hạn chế về số lượng và kích thước xe. Sau khi phân tích, phương án thang nâng di chuyển được chọn vì tính linh hoạt cao. Hệ thống này sử dụng một cơ cấu nâng (thang máy) kết hợp với một robot vận chuyển ngang (pallet di chuyển) để đưa xe vào các ô đỗ đa tầng. Nó cho phép tận dụng tối đa không gian ngầm hoặc trên cao, thời gian lấy xe nhanh, phù hợp cho các bãi xe quy mô vừa và lớn. Đây là lựa chọn lý tưởng cho thiết kế nhà giữ xe thông minh trong đồ án.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển PLC S7 1200 tối ưu

Trái tim của đồ án nhà giữ xe thông minh là hệ thống điều khiển và xử lý trung tâm. Để đảm bảo độ tin cậy, chính xác và linh hoạt, bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 của Siemens đã được lựa chọn. Đây là một dòng PLC mạnh mẽ, tích hợp sẵn bộ vi xử lý, nguồn và các cổng I/O trong một thiết kế nhỏ gọn. Việc thiết kế hệ thống điều khiển bắt đầu bằng việc xác định các tín hiệu đầu vào và đầu ra. Tín hiệu đầu vào bao gồm trạng thái từ các cảm biến tiệm cận (phát hiện xe, kiểm tra vị trí), nút nhấn (yêu cầu gửi/lấy xe). Tín hiệu đầu ra là các lệnh điều khiển động cơ bước để di chuyển thang nâng và cánh tay robot, cùng các đèn báo trạng thái. Toàn bộ logic điều khiển được lập trình trên phần mềm TIA Portal. Nền tảng này cung cấp một môi trường tích hợp toàn diện, cho phép lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI và mô phỏng hệ thống một cách thống nhất. Các lưu đồ thuật toán chi tiết được xây dựng cho từng quy trình: nhận xe, kiểm tra vị trí trống, đưa xe vào vị trí, và lấy xe ra. Thuật toán đảm bảo hệ thống vận hành một cách tuần tự, an toàn và có cơ chế xử lý lỗi khi cảm biến không nhận được tín hiệu như mong đợi, giúp hệ thống dừng lại và chờ người điều khiển can thiệp.

3.1. Vai trò trung tâm của bộ điều khiển PLC S7 1200

Trong hệ thống, PLC S7-1200 đóng vai trò như bộ não, tiếp nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi, xử lý theo chương trình đã được lập trình và đưa ra quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành. Đồ án sử dụng CPU 1214C, một phiên bản mạnh mẽ với 14 ngõ vào và 10 ngõ ra số, cùng 2 ngõ vào analog, đáp ứng đủ yêu cầu của mô hình. Ưu điểm của PLC S7-1200 là tập lệnh mạnh mẽ, hỗ trợ các phép toán phức tạp, bộ đếm tốc độ cao (HSC) để kiểm soát chính xác vị trí của động cơ bước, và khả năng truyền thông Ethernet tích hợp sẵn để kết nối với màn hình giám sát WinCC. Nhờ đó, việc điều khiển và giám sát trở nên đồng bộ và hiệu quả.

3.2. Lập trình logic điều khiển tự động trên TIA Portal

Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là công cụ không thể thiếu trong việc phát triển đồ án nhà giữ xe thông minh. Nó cung cấp một môi trường làm việc hợp nhất, giảm thiểu thời gian cấu hình và gỡ lỗi. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là Ladder Logic (LAD), một ngôn ngữ trực quan và dễ hiểu đối với kỹ sư tự động hóa. Chương trình được chia thành các khối chức năng (Function Blocks) riêng biệt, quản lý các tác vụ như điều khiển thang nâng, điều khiển robot gắp xe, và xử lý yêu cầu từ người dùng. Việc sử dụng TIA Portal không chỉ giúp lập trình logic mà còn cho phép mô phỏng (PLCSIM) toàn bộ hệ thống trước khi nạp vào PLC thật, giúp phát hiện và sửa lỗi sớm, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định ngay từ lần chạy đầu tiên.

IV. Hướng dẫn thiết kế cơ khí và lắp đặt phần cứng nhà giữ xe

Phần cơ khí và phần cứng là bộ khung vật lý, hiện thực hóa các thuật toán điều khiển của đồ án nhà giữ xe thông minh. Quá trình thiết kế cơ khí tập trung vào việc xây dựng một khung nhà xe nhiều tầng vững chắc, có khả năng chứa 8 mô hình xe. Khung được thiết kế để tối ưu hóa không gian, đảm bảo các cơ cấu chuyển động có đủ khoảng trống để hoạt động mà không bị va chạm. Cơ cấu chấp hành chính là hệ thống thang nâng di chuyển, bao gồm một trục nâng thẳng đứng và một cơ cấu di chuyển ngang. Trái tim của các chuyển động này là động cơ bước. Động cơ bước được lựa chọn vì khả năng cung cấp mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp và đặc biệt là độ chính xác vị trí cao, cho phép dừng chính xác tại các tầng và ô đỗ xe mà không cần cơ cấu phản hồi phức tạp. Để phát hiện sự hiện diện của xe và xác nhận vị trí của các cơ cấu, hệ thống cảm biến tiệm cận loại PNP được lắp đặt tại các vị trí chiến lược như cửa vào, trên pallet và tại các ô đỗ. Toàn bộ phần cứng, bao gồm PLC, driver động cơ, rơ-le và nguồn, được lắp đặt gọn gàng trong một tủ điện chuyên dụng, có sơ đồ đi dây rõ ràng để dễ dàng bảo trì và sửa chữa. Sự kết hợp hài hòa giữa thiết kế cơ khí chính xác và lựa chọn phần cứng phù hợp là yếu tố quyết định đến sự ổn định và hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

4.1. Ứng dụng động cơ bước cho chuyển động chính xác

Trong hệ thống đỗ xe tự động, độ chính xác là yêu cầu sống còn. Động cơ bước (Step Motor) là lựa chọn lý tưởng cho nhiệm vụ này. Khác với động cơ thông thường, động cơ bước quay theo từng góc quay rời rạc (bước), được điều khiển bằng các xung điện. Điều này cho phép hệ thống điều khiển vị trí của thang nâng và cánh tay robot một cách cực kỳ chính xác mà không cần đến encoder. Đồ án sử dụng động cơ bước cho cả chuyển động nâng hạ (trục Z) và di chuyển ngang (trục X, Y). Tóm tắt của đồ án nêu rõ: "Hoạt động của mô hình chúng em đa phần là dùng động cơ bước vì động cơ này có độ chính xác cao đối với hệ thống em là phù hợp nhất". Điều này khẳng định vai trò không thể thay thế của động cơ bước trong việc đảm bảo xe được đặt đúng vị trí an toàn.

4.2. Vai trò của cảm biến tiệm cận trong việc giám sát vị trí

Hệ thống cảm biến tiệm cận đóng vai trò là "mắt thần" của nhà giữ xe. Chúng có nhiệm vụ xác nhận trạng thái vật lý của hệ thống và gửi tín hiệu về cho PLC S7-1200. Các cảm biến được lắp ở cửa vào để phát hiện có xe, trên cơ cấu nâng để xác định đúng tầng, và tại mỗi ô đỗ để kiểm tra ô đó trống hay đã có xe. Trong đồ án, khi một chiếc xe được đưa vào vị trí, cảm biến tại đó sẽ được kích hoạt và báo về PLC. Nếu sau khi cánh tay robot hoàn thành thao tác mà cảm biến không nhận được tín hiệu, hệ thống sẽ tự động báo lỗi và dừng lại. Cơ chế này đảm bảo rằng không có sai sót nào trong quá trình cất xe, ngăn ngừa các sự cố tiềm tàng và tăng cường độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống giám sát nhà giữ xe.

V. Bí quyết giám sát nhà giữ xe thông minh hiệu quả với WinCC

Một hệ thống đỗ xe tự động hiện đại không thể thiếu giao diện giám sát và điều khiển trực quan. Trong đồ án nhà giữ xe thông minh, phần mềm WinCC (Windows Control Center) của Siemens được sử dụng để xây dựng hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Giám sát nhà giữ xe thông minh qua WinCC cho phép người vận hành có một cái nhìn tổng quan và toàn diện về mọi hoạt động của bãi xe theo thời gian thực. Giao diện được thiết kế thân thiện, mô phỏng lại toàn bộ cấu trúc vật lý của nhà xe, bao gồm các ô đỗ, vị trí của thang nâng và robot. Trạng thái của từng ô (trống, có xe) được hiển thị bằng màu sắc khác nhau, giúp việc quản lý trở nên dễ dàng. Người vận hành có thể theo dõi số lượng xe hiện có, số chỗ trống còn lại và các thông số vận hành quan trọng khác. Quan trọng hơn, hệ thống giám sát không chỉ để theo dõi. Nó còn cung cấp chức năng điều khiển. Đồ án đã thiết kế một màn hình "Manual" riêng, cho phép người vận hành điều khiển thủ công từng cơ cấu (thang nâng, robot) trong trường hợp xảy ra lỗi hoặc cần bảo trì. Chức năng này được trích dẫn trong tóm tắt: "đợi người điều khiển bật manual để điều khiển và kiểm tra lỗi". Khả năng kết nối liền mạch giữa PLC S7-1200 và WinCC qua mạng Ethernet là chìa khóa tạo nên một hệ thống điều khiển và giám sát mạnh mẽ, linh hoạt và đáng tin cậy.

5.1. Thiết kế giao diện HMI SCADA trực quan và thân thiện

Giao diện HMI (Human-Machine Interface) được thiết kế trên WinCC RT Advanced. Màn hình chính (màn hình giao diện) hiển thị sơ đồ tổng thể của nhà xe, cho phép người dùng nhập biển số xe (trong ứng dụng thực tế) hoặc chọn vị trí để gửi/lấy xe. Một màn hình giám sát chi tiết hơn hiển thị trạng thái của từng cảm biến và động cơ. Ngoài ra, một màn hình thống kê được thiết kế để lưu trữ và hiển thị dữ liệu lịch sử, chẳng hạn như thời gian xe vào/ra, tần suất sử dụng. Việc thiết kế một giao diện HMI rõ ràng, logic và dễ sử dụng giúp giảm thiểu thời gian đào tạo cho người vận hành và hạn chế các sai sót do thao tác sai.

5.2. Chức năng giám sát hệ thống cảnh báo và điều khiển thủ công

Chức năng cốt lõi của hệ thống giám sát là theo dõi trạng thái hoạt động và phát hiện sự cố. Khi một lỗi xảy ra, ví dụ như cảm biến không hoạt động hoặc robot kẹt, hệ thống trên WinCC sẽ ngay lập tức hiển thị cảnh báo (alarm) bằng văn bản và màu sắc nổi bật. Điều này giúp người vận hành nhanh chóng xác định vị trí và nguyên nhân của sự cố. Song song đó, chế độ điều khiển thủ công (Manual) là một công cụ gỡ rối và bảo trì cực kỳ hữu ích. Nó cho phép kỹ thuật viên bỏ qua logic tự động và điều khiển trực tiếp từng bộ phận, giúp việc kiểm tra và sửa chữa trở nên nhanh chóng và an toàn hơn. Khả năng giám sát và điều khiển toàn diện này là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và ổn định.

VI. Đánh giá kết quả và tương lai của đồ án nhà giữ xe thông minh

Sau quá trình thiết kế, thi công và vận hành thử nghiệm, đồ án nhà giữ xe thông minh đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Mô hình đã vận hành thành công, thực hiện đúng các chức năng tự động cất xe và trả xe theo thuật toán đã lập trình. Hệ thống điều khiển dựa trên PLC S7-1200 và giám sát qua WinCC hoạt động ổn định, phản hồi nhanh và chính xác. Các cơ cấu cơ khí sử dụng động cơ bước và cảm biến tiệm cận đã chứng tỏ được độ tin cậy và chính xác trong việc định vị. Đồ án đã chứng minh tính khả thi của việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào giải quyết bài toán bãi đỗ xe tại các đô thị Việt Nam. Tuy nhiên, bên cạnh những thành công, đồ án cũng chỉ ra một số nhược điểm cần khắc phục. Do giới hạn về kinh phí và thời gian, phần cơ khí chưa đạt được độ hoàn hảo và hệ thống chưa tích hợp tính năng thu phí tự động. Về hướng phát triển trong tương lai, đồ án đề xuất nhiều cải tiến tiềm năng. Có thể nâng cấp hệ thống với công nghệ nhận dạng biển số tự động (ANPR), tích hợp thanh toán trực tuyến qua thẻ hoặc ứng dụng di động, và tối ưu hóa thuật toán để rút ngắn hơn nữa thời gian lấy xe vào giờ cao điểm. Hơn nữa, việc nghiên cứu sử dụng các vật liệu nhẹ hơn và động cơ hiệu suất cao hơn sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng tuổi thọ hệ thống. Nhìn chung, đây là một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong tương lai.

6.1. Tổng kết ưu nhược điểm của hệ thống bãi đỗ xe tự động

Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng tiết kiệm diện tích tối đa, tăng cường an ninh cho phương tiện và tiết kiệm thời gian cho người sử dụng. Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, giảm chi phí nhân công và hạn chế sai sót của con người. Tính an toàn cao do xe được cách ly hoàn toàn, không có nguy cơ va quệt. Tuy nhiên, nhược điểm của mô hình là chi phí đầu tư ban đầu cao. Hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện, do đó cần trang bị máy phát điện dự phòng. Khi xảy ra sự cố kỹ thuật, việc sửa chữa đòi hỏi chuyên môn cao và có thể làm gián đoạn toàn bộ hoạt động. Việc đánh giá khách quan các ưu nhược điểm này là cơ sở quan trọng để các nhà đầu tư xem xét khi triển khai trong thực tế.

6.2. Hướng phát triển và tiềm năng ứng dụng thực tiễn của đề tài

Tiềm năng ứng dụng của đồ án nhà giữ xe thông minh là rất lớn. Mô hình này có thể được triển khai tại các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, chung cư cao cấp và các bãi đỗ xe công cộng. Về hướng phát triển, hệ thống có thể được tích hợp với các nền tảng quản lý tòa nhà thông minh (BMS), ứng dụng IoT để người dùng có thể đặt chỗ và thanh toán từ xa qua điện thoại. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích thói quen gửi xe và tối ưu hóa việc sắp xếp vị trí cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn. Xa hơn, mô hình này có thể được điều chỉnh để áp dụng cho cả xe máy, giải quyết bài toán đỗ xe cho loại phương tiện phổ biến nhất tại Việt Nam, mở ra một thị trường ứng dụng rộng lớn và thiết thực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài 9 hoặc lấy xe cùng một khoảng thời gian nên thời gian lấy trả xe 1,5 phút/xe không là vấn đề, thậm chí còn nhanh hơn so với bãi xe tự lái. Tuy nhiên đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị… thì việc mọi người ồ ạt đến gửi xe trong phoang vài phút trước SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 9 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN BÃI ĐỖ XE giờ làm việc, giờ khai mạc, và ồ ạt lái xe trong khoảng vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắt cục bộ, và người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lái xe so với bãi xe tự lái. Do đó, với các công trình có đặc điểm này, nếu muốn lắp đặt hệ thống tự động thì phải có nhiều cửa ra vào khác nhau với nhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe. • Vấn đề sự cố về mất điện.

Đối với bãi xe thông thường, dù tòa nhà mất điện thì vẫn có thể lái xe ra khỏi bãi xe. Tuy nhiên với hệ thông tự động, không xe nào có thể ra khỏi hệ thống khi mất điện. Do đó, máy phát điện riêng cho hệ thống phải được trang bị. • Về phòng cháy chữa cháy: ngoài việc tuân thủ các tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy trong xây dựng chung cho nhà cao tầng và tầng hầm, cần thiết phải lắp đặt riêng hệ thống điều khiển báo và chữa cháy tự động cho khu vực đỗ xe.

• Khi xảy ra sự cố về hư hỏng thiết bị khi vận hành thì việc nhận và trả xe cũng bị tạm hoãn.5 Phương án lựa chọn Sau khi phân tích, phương án áp dụng vào đề tài được lựa chọn theo các tiêu chí: tiết kiệm diện tích, hiệu quả kinh tế theo thời gian, tính tự động cao. Do đó phương án bãi đỗ xe tự động kiểu thang nâng di chuyển được sử dụng vào đề tài của nhóm. SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 10 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Sơ đồ điều khiển • Sơ đồ khối gồm 3 phần chính: Khối đầu • Cảm biến • Nút nhấn vào Khối đầu vào • PLC s7 1200 Khối xử lý, • PLC sim giám sát và điều khiển ▪ Động cơ bước Khối đầu ra ▪ Đèn báo ▪ Rào chán Hình 3.1 Sơ đồ khối đầu điều khiển 3.2 Khối đầu vào 3.1 Cảm biến là gì? • Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó. Các dạng tín hiệu trả về của cảm biến có 2 loại chính là tín hiệu số (digital) và tương tự (analog).1 (1) Cảm biến tiện cận PNP 5V 3-50cm SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 11 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Cảm biến dạng số có hai loại cơ bản, đó là loại NPN và loại PNP.

Đối với mỗi loại sẽ có cách kết nối mạch điện khác nhau để mạch điện có thể hoạt động được.1 (2) Sơ đồ nguyên lý của cảm biến NPN Hình 3.1 (3) Sơ đồ nguyên lý của cảm biến PNP 3.2 Sự khác nhau của tín hiệu NPN và PNP • Tín hiệu NPN được hiểu là tải được nối giữa 1 cực là dương nguồn với 1 cực là đầu ra của cảm biến. • Tín hiệu PNP được hiểu là tải được nối giữa 1 đầu ra của cảm biến và 1 cực âm nguồn.3 Cách phân biệt tín hiệu cảm biến NPN và PNP SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 12 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến NPN và PNP • Nhìn vào hình trên, sẽ thấy rõ sự khác nhau giữa PNP và NPN. Theo đó, các hình nét đứt – đó chính là tải. Tải được sử dụng trong tiếp điểm PNP và NPN chỉ gồm có hai loại là: điện trở và cuộn dây.

Trên thực tế, chúng ta thường dùng hai tiếp điểm này để kích vào đầu vào PLC hoặc nguồn của rơ le trung gian. Đầu vào PLC ở đây thường là loại điện trở, còn rơ le trung gian chính là loại cuộn dây. • Tiếp điểm PNP khi được kích hoạt sẽ mang điện áp dương, nghĩa là lúc này tải sẽ nhận nguồn dương từ PNP, còn nguồn âm sẽ được đấu với nguồn. • Ngược lại, tiếp điểm NPN khi được kích hoạt sẽ mang điện áp 0V, nghĩa là chân dương của tải sẽ nối với nguồn, còn chân âm của tải sẽ nối với tiếp điểm NPN.

• Trong một số trường hợp, bắt buộc phải sử dụng tiếp điểm ngõ ra NPN vì tính an toàn mà nó mang lại.4 Khi nào sử dụng tiếp điểm NPN • Tiếp điểm ngõ ra NPN sẽ bắt buộc phải sử dụng khi nó là tín hiệu trong môi trường chống cháy nổ với các chứng chỉ Atex Zone 0 hoặc 1. • Trong môi trường chống cháy nổ, các tiếp điểm thường sẽ không được mang điện tích dương vì dể xảy ra cháy nổ. Chính vì thế, tiếp điểm ngõ ra dạng NPN tức là không có điện áp trên tiếp điểm sẽ giúp hạn chế tối đa khả năng cháy nổ khi sự cố xảy ra.5 Đấu dây cảm biến với PLC SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 13 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 3.5 (1) Cách đấu dây cảm biến NPN với PLC Hình 3.5 (2) Cách đấu dây cảm biến PNP với PLC 3.2 Hình ảnh nút nhấn 3.1 Nút nhấn là gì • Nút nhấn (nút ấn) là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển. SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 14 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Nút nhấn (nút ấn) thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn… Khi thao tác với nút nhấn cần dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.

• Hầu hết, các nút nhấn (nút ấn) là nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân. • Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế.2 Cấu tạo Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và vỏ bảo vệ.

Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.3 Nguyên lý hoạt động Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh. Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phía dưới. Bên trong là một tiếp điểm động và lò xo. Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm.

Trong một số trường hợp, người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động. Với các nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa.3 Khối xử lý, giám sát và điều khiển 3.1 Giới thiệu về PLC S7 1200 Hình 3.1 PLC S7 - 1200 • Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau. SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang [e-mail] Thiện Trang 15 CHƯƠNG 3; CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.

Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.2 Cấu tạo chung của PLC Hình 3.2 Cấu tạo chung của PLC Cấu tạo của một PLC cơ bản bao gồm các khối sau: • Khối nguồn: là nơi cung cấp năng lượng cho toàn bộ quá trình hoạt động của PLC. • Khối đầu vào: tiếp nhận các tín hiệu điện ở đầu vào và đưa tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm. • Khối đầu ra: nhận tín hiệu ở bộ xử lý trung tâm và phát tín hiệu điện điều khiển các thiết bị ở đầu ra PLC.

• Khối xử lý trung tâm: được xem như là bộ não của PLC, tại đây là nơi nhận tín hiệu của khối đầu vào, tính toán - xử lý và gửi tín hiệu đến khối đầu ra. • Khối bộ nhớ: là nơi lưu trữ chương trình và dữ liệu. • 5 Ngoài ra các khối vào/ra luôn được cách ly với khối xử lý trung tâm nhờ các opto nhằm mục đích bảo vệ.3 Các loại CPU cơ bản của PLC s7-1200 Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau. Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng: SVTH: Nguyễn Xuân Tín TIEU LUAN MOI GVHD: download Nguyễn Bá Huy ThS.Dương :Quang skknchat@gmail.