I. Mô Hình Bãi Giữ Xe Tự Động Tổng Quan
Đề tài "Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC S7-1200 tại HCMUTE" tập trung vào việc xây dựng một mô hình bãi giữ xe tự động, mô phỏng hệ thống giữ xe ô tô tự động kiểu tầng hầm. Mô hình bãi giữ xe tự động này giải quyết vấn đề quá tải bãi giữ xe tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, nơi số lượng phương tiện cá nhân tăng nhanh. Hệ thống bãi giữ xe thông minh sử dụng PLC S7-1200 làm trung tâm điều khiển, tích hợp công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe. Việc sử dụng PLC S7-1200 cho phép điều khiển tự động các cơ cấu nâng hạ và di chuyển xe, đảm bảo hiệu quả và an toàn. Thiết kế hệ thống bãi giữ xe này dựa trên các hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động đã có trên thế giới, nhưng được tối ưu hóa cho điều kiện cụ thể tại Việt Nam. Dự án bãi giữ xe tự động này là một minh chứng cho việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào giải quyết vấn đề thực tiễn.
1.1 Mục tiêu và Phạm vi Nghiên cứu
Mục tiêu chính là hoàn thiện mô hình bãi giữ xe ô tô tự động kiểu tầng hầm, sử dụng công nghệ RFID cho việc gửi/lấy xe, điều khiển bằng PLC S7-1200, giám sát qua phần mềm WinCC Professional, và lưu trữ dữ liệu trên cơ sở dữ liệu SQL Server. Hệ thống điều khiển bãi giữ xe bằng PLC được thiết kế để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác. Tuy nhiên, mô hình chỉ mô phỏng đặc trưng cấu trúc, không hoàn toàn giống hệ thống thực tế. Thiết bị điều khiển bãi giữ xe bằng PLC được chọn phù hợp với mô hình, có thể khác biệt về thông số kỹ thuật so với hệ thống thực tế. Một số chức năng như tính toán thông số động cơ, hệ thống phòng cháy chữa cháy, và nhận diện biển số xe (chỉ nhận diện biển số trắng đen trong điều kiện ánh sáng tốt) chưa được thực hiện đầy đủ. Quản lý bãi giữ xe trong mô hình cũng chỉ giới hạn ở số liệu gửi xe, thông tin xe, và trạng thái hoạt động cơ bản.
1.2 Phương pháp Nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Phần lý thuyết bao gồm nghiên cứu về các loại hệ thống bãi giữ xe tự động, PLC S7-1200, ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200, phần mềm WinCC Professional, công nghệ RFID, và cơ sở dữ liệu SQL Server. Phần thực hành bao gồm thiết kế, thi công và lập trình mô hình bãi giữ xe tự động. Lập trình PLC S7-1200 được thực hiện dựa trên thuật toán được thiết kế để điều khiển các cơ cấu chuyển động của mô hình. Phần mềm lập trình PLC S7-1200 TIA Portal được sử dụng để lập trình và giám sát. Ứng dụng PLC trong bãi giữ xe được thể hiện rõ nét qua việc điều khiển các động cơ, cảm biến, và các thiết bị khác. Ứng dụng công nghệ tự động hóa được thể hiện qua việc tự động hóa quá trình gửi và lấy xe.
II. Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình
Phần này tập trung vào thiết kế hệ thống bãi giữ xe, lựa chọn thiết bị điều khiển bãi giữ xe bằng PLC, và quá trình thi công mô hình. Mô hình bãi giữ xe HCMUTE sử dụng cơ cấu nâng hạ và di chuyển xe tự động. Thiết kế hệ thống nhà để xe này cân nhắc đến các yếu tố như kích thước ô chứa, đường đi của xe, và vị trí đặt các cảm biến. Cảm biến bãi giữ xe được sử dụng để phát hiện vị trí của xe và điều khiển quá trình gửi/lấy xe. PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC được chọn làm bộ điều khiển trung tâm. Các thiết bị khác bao gồm cảm biến hồng ngoại, công tắc hành trình, mạch opto cách ly, và mạch đọc thẻ RFID. Sơ đồ kết nối các thiết bị được thiết kế chi tiết để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống. Giải pháp bãi giữ xe thông minh này được thi công cẩn thận để đảm bảo tính thẩm mỹ và độ bền.
2.1 Lựa Chọn Thiết Bị
Việc lựa chọn thiết bị điều khiển bãi giữ xe bằng PLC dựa trên các tiêu chí về hiệu suất, độ tin cậy, và khả năng tích hợp. PLC S7-1200 được chọn vì tính năng mạnh mẽ và khả năng lập trình linh hoạt. Siemens PLC S7-1200 là một lựa chọn phổ biến trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Các cảm biến bãi giữ xe, bao gồm cảm biến hồng ngoại và công tắc hành trình, đảm bảo độ chính xác trong việc phát hiện vị trí của xe. Mạch opto cách ly bảo vệ PLC S7-1200 khỏi nhiễu điện. Mạch đọc thẻ từ RFID được sử dụng để xác thực người dùng. Việc lựa chọn các thiết bị này dựa trên cân nhắc về chi phí, khả năng tương thích, và độ bền. Ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụng là ngôn ngữ lập trình cấu trúc (Structured Text - ST) hoặc Function Block Diagram (FBD). Thiết kế hệ thống nhưỡng đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho hệ thống.
2.2 Sơ Đồ Kết Nối Và Bản Vẽ
Sơ đồ kết nối các thiết bị được thể hiện chi tiết trong bản vẽ kỹ thuật. Bản vẽ mô tả rõ ràng vị trí của mỗi thiết bị, kết nối giữa các thiết bị, và đường truyền tín hiệu. Thiết kế hệ thống nhà để xe được minh họa rõ ràng qua các bản vẽ 2D và 3D. Kiến trúc hệ thống bãi giữ xe được thể hiện qua sơ đồ khối, cho thấy mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống. Bố trí hệ thống nhà để xe được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Bản vẽ kỹ thuật cho thấy sự bố trí của các cảm biến, động cơ, và các thiết bị khác. Thiết kế hệ thống thông minh này đảm bảo sự chính xác và dễ dàng trong quá trình thi công và vận hành. Kiểm tra hệ thống bãi giữ xe được thực hiện kỹ lưỡng để đảm bảo tính an toàn và hoạt động hiệu quả.
III. Lập Trình Điều Khiển Mô Hình
Phần này mô tả quá trình lập trình PLC S7-1200 để điều khiển mô hình bãi giữ xe tự động. Điều khiển bãi giữ xe bằng PLC được thực hiện thông qua việc viết chương trình PLC sử dụng phần mềm TIA Portal. Thuật toán điều khiển mô hình được thiết kế để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình gửi/lấy xe. Lập trình PLC S7-1200 bao gồm việc lập trình các chức năng điều khiển động cơ, xử lý tín hiệu từ cảm biến, và giao tiếp với hệ thống RFID. Phần mềm SCADA WinCC Professional được sử dụng để tạo giao diện người dùng (HMI) để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Giao diện điều khiển WinCC Professional cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống, cho phép người dùng điều khiển thủ công hoặc tự động. Ngôn ngữ lập trình C# được sử dụng để phát triển giao diện Windows Form để quản lý dữ liệu và nhận diện biển số xe.
3.1 Thuật Toán Điều Khiển
Thuật toán điều khiển mô hình được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống bãi giữ xe tự động. Thuật toán điều khiển bãi giữ xe bao gồm các bước như nhận tín hiệu từ thẻ RFID, xác định vị trí trống, điều khiển động cơ di chuyển xe đến vị trí đỗ, và báo hiệu khi quá trình hoàn tất. Báo cáo dự án bãi giữ xe tự động này chi tiết hóa các thuật toán này, bao gồm các điều kiện, biến, và các hàm được sử dụng. Lập trình PLC đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cấu trúc, chức năng và ngôn ngữ lập trình PLC. Lập trình điều khiển tự động đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của hệ thống. Giải pháp bãi giữ xe thông minh này sử dụng các thuật toán tối ưu để giảm thiểu thời gian gửi/lấy xe.
3.2 Giao Diện Điều Khiển Và Giám Sát
Giao diện điều khiển WinCC Professional cho phép giám sát hoạt động của hệ thống từ xa. Giao diện Windows Forms được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình C# để quản lý dữ liệu và hiển thị thông tin một cách trực quan. Hệ thống quản lý bãi giữ xe này cho phép người quản lý theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống, số lượng xe đang đỗ, và lịch sử hoạt động. Cơ sở dữ liệu SQL Server lưu trữ dữ liệu về các xe đã gửi, trạng thái của các ô chứa, và các thông tin khác liên quan. Giao diện người máy (HMI) được thiết kế thân thiện với người dùng, dễ dàng sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết. Phần mềm SCADA giúp giám sát và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả.
IV. Kết Quả Và Hạn Chế
Phần này trình bày kết quả đạt được của mô hình bãi giữ xe tự động, cũng như những hạn chế của đề tài. Kết quả thực hiện mô hình thể hiện khả năng hoạt động của hệ thống, bao gồm việc gửi/lấy xe tự động, giám sát qua giao diện HMI, và lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu. Hình ảnh mô hình minh họa rõ ràng cấu trúc và hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, mô hình vẫn còn một số hạn chế về mặt cơ khí, hoạt động, và chức năng. Những hạn chế này được phân tích chi tiết, bao gồm những điểm cần cải thiện trong các phiên bản tiếp theo. Nghiên cứu bãi giữ xe tự động này mang tính chất mô hình, nên cần có thêm nhiều nghiên cứu và cải tiến để ứng dụng vào thực tiễn.
4.1 Kết Quả Đạt Được
Mô hình bãi giữ xe thông minh tại HCMUTE đã hoạt động thành công, chứng minh khả năng tự động hóa bãi giữ xe. Hệ thống đã hoàn thành các chức năng chính như gửi/lấy xe tự động, giám sát qua giao diện HMI, và lưu trữ dữ liệu. Mô hình bãi giữ xe hoạt động ổn định trong điều kiện thử nghiệm. Điều khiển bãi giữ xe tự động đã được thực hiện thành công bằng PLC S7-1200. Hệ thống quản lý bãi giữ xe cho thấy khả năng quản lý và giám sát hiệu quả. Tuy nhiên, cần thêm nhiều dữ liệu thực tế để đánh giá đầy đủ hiệu quả của hệ thống.
4.2 Hạn Chế Và Hướng Phát Triển
Mô hình còn một số hạn chế về mặt cơ khí, như độ bền của các bộ phận và khả năng chịu tải. Hệ thống điều khiển bãi giữ xe cần được cải thiện về độ chính xác và tốc độ xử lý. Nhận diện biển số xe chỉ hoạt động tốt trong điều kiện lý tưởng. Giải pháp bãi giữ xe thông minh cần được nâng cấp để phù hợp hơn với điều kiện thực tế. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm cải tiến cơ cấu cơ khí, nâng cấp hệ thống điều khiển, và bổ sung các chức năng như thanh toán điện tử và hệ thống an ninh. Nghiên cứu bãi giữ xe tự động cần tiếp tục được thực hiện để hoàn thiện hệ thống.
