Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại các đô thị lớn ở Việt Nam, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng và tăng trưởng kinh tế đã dẫn đến sự gia tăng vượt bậc của số lượng phương tiện giao thông cá nhân. Tuy nhiên, hạ tầng giao thông và quỹ đất dành cho các bãi đỗ xe tĩnh lại không phát triển tương xứng, tạo nên tình trạng quá tải nghiêm trọng. Theo thống kê được tác giả trích dẫn trong đồ án, tính đến cuối năm 2019, thành phố Hà Nội có khoảng 5,5 triệu phương tiện giao thông cá nhân, trong đó có hơn 500.000 xe ô tô. Tình trạng khan hiếm điểm đỗ xe diễn ra gay gắt ở khu vực nội đô, các bệnh viện và khu đô thị, dẫn đến hiện tượng đỗ xe bừa bãi dưới lòng đường (như ghi nhận tại Quận Hoàn Kiếm), gây cản trở giao thông công cộng và mất mỹ quan đô thị. Tương tự, tại Thành phố Hồ Chí Minh, tính đến cuối năm 2023, các quận trung tâm chỉ đáp ứng được khoảng 70% nhu cầu đỗ xe ô tô tính cả các điểm đỗ hợp pháp trên lề đường và bãi xe công cộng. Hàng trăm chung cư trên địa bàn xảy ra tranh chấp gay gắt về chỗ để xe ô tô, trong khi nhiều dự án bãi đỗ xe ngầm quy hoạch hơn 10 năm vẫn chưa thể triển khai thực tế.

Trước bài toán diện tích mặt bằng hạn hẹp nhưng nhu cầu gửi giữ phương tiện ngày càng lớn, việc ứng dụng các giải pháp công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động nhằm xây dựng các bãi đỗ xe thông minh theo phương đứng hoặc ngầm là xu thế tất yếu. Đề tài "Chế tạo, lắp ráp mô hình hệ thống đỗ xe tự động sử dụng QR code" được thực hiện nhằm mô phỏng và làm chủ giải pháp bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng, kết hợp công nghệ nhận dạng mã QR để quản lý và vận hành phương tiện.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định gồm ba nhiệm vụ cụ thể:

  1. Nghiên cứu, thiết kế mô hình và tìm hiểu cơ cấu vận hành của bãi đỗ xe.
  2. Nghiên cứu tìm hiểu và ứng dụng mã QR cùng phương pháp điều khiển động cơ Servo bằng phương pháp phát xung.
  3. Xây dựng thuật toán, chương trình điều khiển hệ thống bãi đỗ xe ô tô thông minh bằng PLC và màn hình HMI.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống bãi đỗ xe ô tô thông minh; động cơ AC Servo Mitsubishi HF-KN23 công suất 200W kết hợp hộp số giảm tốc chuyên dụng; bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES; màn hình giao diện người - máy HMI Weintek.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở việc nghiên cứu, tính toán, chế tạo mô hình vật lý bãi đỗ xe dạng xoay vòng đứng; nghiên cứu phương thức điều khiển vị trí và tốc độ động cơ Servo thông qua phát xung tần số cao; ứng dụng mã QR trong việc nhận diện và giám sát vị trí xe; lập trình thuật toán điều khiển toàn bộ chu trình hoạt động của mô hình thông qua PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án kết hợp hai phương pháp nghiên cứu chính: phương pháp nghiên cứu lý thuyết (tổng hợp tài liệu kỹ thuật, khảo sát các mô hình bãi đỗ xe tự động trên thế giới và tại Việt Nam, lý thuyết điều khiển phát xung, lý thuyết truyền động xích) và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (tính toán kết cấu cơ khí, gia công lắp ráp mô hình vật lý, đấu nối tủ điện điều khiển, lập trình PLC/HMI và thử nghiệm vận hành hệ thống).

Về mặt lý thuyết kỹ thuật, tác giả tập trung vào các nguyên lý cốt lõi:

  • Lý thuyết điều khiển vị trí bằng xung: Sử dụng các lệnh phát xung tốc độ cao từ đầu ra transistor của PLC đến Servo Driver để định vị chính xác vị trí góc quay của trục động cơ Servo, kết hợp tín hiệu phản hồi từ bộ mã hóa xung (encoder) vòng kín để triệt tiêu sai số.
  • Lý thuyết truyền động cơ khí: Ứng dụng hệ thống truyền động xích ống con lăn kết hợp đĩa xích và trục quay để nâng đỡ chuỗi pallet chứa xe di chuyển luân phiên 360 độ theo phương thẳng đứng.
  • Công nghệ mã phản hồi nhanh (QR Code): Ứng dụng mã vạch ma trận hai chiều (2D) để mã hóa định danh xe và số thứ tự ô đỗ, phối hợp với thiết bị thu nhận hình ảnh (webcam) để tự động hóa khâu cấp và kiểm tra vé xe.

Trong phần tổng quan, đồ án đã tiến hành phân tích, so sánh các dạng bãi đỗ xe tự động phổ biến hiện nay nhằm làm cơ sở lựa chọn mô hình chế tạo:

Dạng hệ thống đỗ xe Nguyên lý vận hành chính Sức chứa tối ưu Tốc độ nâng / luân chuyển Ưu điểm chính Nhược điểm chính
Xoay vòng ngang (Total Parking) Pallet xoay 360° trên mặt phẳng ngang ngầm kết hợp thang nâng 2 trục 12 - 36 xe Vận hành đồng thời trục đứng và ngang Tận dụng tối đa diện tích ngầm hình vuông/chữ nhật Chi phí cao, phụ thuộc thang nâng
Xoay vòng tầng (Cycle Parking) Pallet xoay 360° theo phương thẳng đứng ngầm qua thang phụ và thang chính Phù hợp mặt bằng hẹp Luân chuyển qua các tầng ngầm Chứa được nhiều xe trên diện tích mặt bằng nhỏ Cơ khí phức tạp, chi phí xây dựng cao
Thang nâng di chuyển (Lift Slide System) Thang nâng di chuyển kết hợp vừa chạy ngang vừa nâng hạ đưa xe vào ô 40 - 70 xe (60 xe trên diện tích 48 m²) Tốc độ nâng hạ 60 m/phút Tiết kiệm diện tích, quản lý bằng PLC, giảm ồn qua biến tần Cơ cấu phụ thuộc hoàn toàn vào thang di chuyển, xếp xe chậm
Dạng tháp (Sky Parking) Thang nâng trung tâm nâng thẳng đứng kết hợp bàn trượt pallet sang 2 bên Khoảng 60 xe (diện tích sàn 3 xe), tối ưu 25 - 36 tầng Tốc độ nâng hạ 60 - 120 m/phút Chiếm diện tích sàn tối thiểu (vào 2400 x 1800 mm), điều khiển vi tính Chiều cao công trình lớn, thi công lắp đặt cơ khí phức tạp
Xoay vòng đứng (Rotary Parking Mini) Pallet gắn cố định vào xích tải, quay khép kín luân chuyển quanh 2 trục cố định 10 - 14 xe (sedan) hoặc 6 - 8 xe (SUV) Điều khiển đảo chiều quay tìm đường ngắn nhất Lắp đặt nhanh (10-15 ngày), bảo dưỡng thấp, kết cấu gọn Chi phí đầu tư thực tế cao, chỉ phù hợp cố định riêng xe sedan hoặc SUV

Dựa trên việc so sánh đặc tính kỹ thuật và điều kiện mặt bằng đô thị chật hẹp, tác giả lựa chọn hệ thống đỗ xe xoay vòng đứng với thiết kế cửa ra vào ở giữa (Phương án 1). Phương án này giúp tối ưu hóa diện tích tiếp cận, dễ ghép nối các module cạnh nhau và phù hợp để thu nhỏ chế tạo mô hình thực nghiệm trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

Chương 1 trình bày tổng quan về thực trạng áp lực giao thông tĩnh tại các đô thị lớn trong nước và quốc tế. Tác giả dẫn chứng số liệu thực tế tại Hà Nội (5,5 triệu phương tiện cá nhân) và Thành phố Hồ Chí Minh (chỉ đáp ứng 70% nhu cầu khu trung tâm, bế tắc trong các dự án bãi đỗ xe ngầm). Về bối cảnh quốc tế, chương khảo sát mô hình kinh doanh bãi đỗ xe tại Mỹ (doanh thu 26 tỷ USD/năm, 40.000 gara với 105 triệu chỗ đỗ có máy tính chủ quản lý), các tòa nhà đỗ xe tự động cao tầng và hệ thống e-Parking qua điện thoại tại Châu Âu (Nga, Anh, Pháp, Đức), cùng mức độ cơ giới hóa bãi đỗ xe hàng đầu thế giới tại Nhật Bản và Hàn Quốc.

Tiếp đó, chương phân tích cấu tạo, ưu điểm và nhược điểm của 5 hệ thống đỗ xe tự động phổ biến: xoay vòng ngang, xoay vòng tầng, dạng thang nâng, dạng tháp và xoay vòng đứng. Từ yêu cầu thực tiễn của các đô thị Việt Nam là mặt bằng đất nhỏ hẹp trong khi chiều cao không gian sẵn có, tác giả lựa chọn dạng bãi đỗ xe xoay vòng đứng với phương án bố trí cửa ra vào đặt ở giữa hệ thống để giải quyết bài toán ghép nối liên hoàn các block lưu giữ xe.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỖ XE XOAY VÒNG ĐỨNG

Chương 2 tập trung giải quyết toàn bộ các bài toán thiết kế cơ khí và thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho mô hình.

  • Về cơ khí: Phân tích kết cấu chịu lực giữa phương án bê tông cốt thép và kết cấu dầm thép (thép hình C, I, V), từ đó lựa chọn khung thép gia công cho mô hình. Thiết kế chi tiết cơ cấu nâng chuyển xe gồm xích ống con lăn tiêu chuẩn hóa, hệ thống đĩa xích, trục đỡ và các thanh dẫn hướng. Tính toán kích thước chi tiết cho khung đỡ mô hình (cao 810 mm, rộng 600 mm) và các block giữ xe (pallet kích thước 240 x 125 x 15 mm, trục đỡ, tay đỡ và thanh đỡ pallet).
  • Về phần cứng điều khiển: Lựa chọn và phân tích thông số kỹ thuật của từng thiết bị trong hệ thống:
    • Bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES (nguồn 100-240VAC, 8 ngõ vào 24VDC, 6 ngõ ra transistor sink, bộ đếm tốc độ cao 60kHz).
    • Màn hình giao diện HMI Weintek 7 inch (độ phân giải 800x480, kết nối truyền thông COM RS-232/RS-485, thiết kế giao diện bằng phần mềm EasyBuilder Pro).
    • Bộ điều khiển Servo Driver Mitsubishi MR-J4-20A (nguồn cấp 3 pha 200-230VAC, điều khiển xung PWM sóng sin, tích hợp phanh động và chức năng bảo vệ) điều khiển động cơ AC Servo Mitsubishi HF-KN23 công suất 200W (mô-men xoắn định mức 1,9 N.m, tốc độ 3000 vòng/phút, encoder 131.072 xung/vòng).
    • Hộp số giảm tốc cho Servo tỉ số truyền 1:10, độ rơ dưới 7 arcmin, tuổi thọ 20.000 giờ.
    • Động cơ bước KH42JM2B221 (góc bước 1,8 độ, mô-men hãm 236 mN.m) kèm mạch điều khiển Microstep Driver (IC SI09AFTG, dòng cực đại 3,5A, vi bước 1/1 đến 1/32) phục vụ đóng/mở cần barie.
    • Cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán Omron E3S-LS3N (khoảng cách phát hiện 10-30 mm, ngõ ra NPN/PNP hở, nguồn 12-24VDC) để xác định vị trí gốc và căn chỉnh pallet.
    • Khối nguồn tổ ong S-48-24 (nguồn vào 110/220VAC, đầu ra 24VDC - 2A, công suất 48W) và Domino trung gian Omron XW2B-50G4 (50 cực).
    • Webcam độ phân giải HD 720p/30fps kết nối máy tính để quét nhận diện mã QR.
  • Thiết kế sơ đồ kết nối: Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống, sơ đồ đấu nối tủ điện chi tiết giữa PLC FX3G-14MT/ES, terminal Omron XW2B-50G4, Servo Driver MR-J4-20A, Stepper Driver, nút ấn điều khiển (START, STOP, EMG) và cảm biến quang.

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CHO HỆ THỐNG

Chương 3 trình bày việc lắp ráp hoàn thiện phần cứng cơ khí, tủ điện và khảo sát vận hành thực nghiệm mô hình. Tác giả khảo sát cơ cấu hoạt động luân chuyển của chuỗi pallet theo phương thẳng đứng thông qua bộ truyền động xích. Xây dựng thuật toán điều khiển trên phần mềm của PLC Mitsubishi, đồng bộ hóa quá trình phát xung điều khiển Servo kéo tải bãi đỗ với việc quét mã QR từ webcam và kích hoạt động cơ bước nâng hạ thanh chắn barie. Kiểm tra tính ổn định của hệ thống khi nhận diện mã gửi xe, kiểm soát vị trí dừng chính xác của pallet tại cửa giao nhận và hiển thị trạng thái ô đỗ lên giao diện HMI.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế và triển khai hoàn chỉnh gồm hai phân hệ: kết cấu cơ khí mô hình và hệ thống điều khiển tự động hóa tích hợp xử lý ảnh mã QR.

Cấu hình thiết bị phần cứng và thông số kỹ thuật

STT Tên thiết bị Model / Mã sản phẩm Thông số kỹ thuật chính từ văn bản Chức năng trong hệ thống
1 Bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES 8 DI (24VDC), 6 DO (Transistor sink), nguồn 100-240VAC; đếm tốc độ cao 60kHz (4 kênh) & 10kHz (2 kênh); bộ nhớ 32Kb / 8000 steps; chu kỳ 0,55 - 0,7 µs/lệnh Xử lý trung tâm, phát xung điều khiển Servo, nhận tín hiệu cảm biến và giao tiếp HMI
2 Màn hình HMI Weintek MT6070iH (nêu kèm MT8071iP) Màn hình TFT 7 inch, độ phân giải 800x480, CPU RISC 32-bit 400MHz, RAM 64MB, Flash 128MB, cổng COM1/2/3 Giám sát trạng thái hoạt động của bãi đỗ, số lượng ô trống và điều khiển thủ công
3 Động cơ Servo Mitsubishi HF-KN23 Công suất 200W, điện áp 220VAC, dòng 1,3A, tốc độ 3000 vòng/phút, tần số 250Hz, mô-men xoắn cực đại 1,9 N.m, encoder 131.072 xung/vòng, cấp bảo vệ IP65 Truyền động kéo chuỗi pallet của bãi đỗ quay luân phiên 360 độ
4 Bộ điều khiển Servo (Driver) Mitsubishi MR-J4-20A Nguồn 3 pha 200-230VAC (50/60Hz), nguồn interface 24VDC, điều khiển PWM sóng sin, tích hợp phanh động Nhận xung điều khiển vị trí/tốc độ từ PLC để điều khiển chính xác động cơ Servo
5 Hộp số giảm tốc Model PLF60 Tỉ số truyền 1:10 (cấp L1), mặt bích 60 mm (NEMA24), trục ra 14 mm, độ rơ < 7 arcmin, tuổi thọ 20.000 giờ Giảm tốc độ, tăng mô-men kéo từ động cơ Servo truyền sang trục xích chính
6 Động cơ bước KH42JM2B221 Nguồn 4,8 - 5VDC, dòng 0,5A, đơn cực, góc bước 1,8°, mô-men hãm 236 mN.m, kích thước 40x36x40 mm Điều khiển nâng và hạ cần chắn barie lối vào/ra
7 Driver động cơ bước Microstep 3.5A (IC SI09AFTG) Nguồn cấp 9 - 42VDC, dòng ngõ ra cực đại 3,5A, phân giải vi bước từ 1/1 đến 1/32 step, bảo vệ TSD và UVLO Điều khiển góc quay và chiều quay cho động cơ bước barie
8 Cảm biến vị trí Omron E3S-LS3N Cảm biến quang phản xạ khuếch tán, phát hiện 10-30 mm, nguồn 12-24VDC, ngõ ra NPN/PNP collector hở Xác định vị trí gốc (Home) và căn chỉnh vị trí dừng của pallet
9 Terminal Domino Omron XW2B-50G4 Module giao diện 50 cực, kết nối vít, điện áp định mức 125VAC Cầu đấu dây trung gian kết nối tín hiệu giữa PLC và Driver MR-J4-20A
10 Bộ nguồn một chiều Nguồn tổ ong S-48-24 Điện áp vào 110/220VAC, đầu ra 24VDC - 2A, công suất 48W Cấp nguồn 24VDC nuôi cảm biến, mạch logic và giao tiếp I/O
11 Thiết bị ghi hình Webcam HD Độ phân giải HD 720p/30fps, góc nhìn chéo 55°, cổng kết nối USB-A, công nghệ RightLight 2 Thu nhận hình ảnh mã QR từ vé xe để truyền về máy tính xử lý

Thông số kích thước kết cấu cơ khí mô hình

  • Khung đỡ chính: Kết cấu thép dạng thẳng đứng, chịu tải toàn bộ hệ thống gồm pallet, động cơ, hộp số, xích và các thanh ray dẫn hướng. Kích thước bao ngoài của khung mô hình gồm chiều cao 810 mm và chiều rộng 600 mm.
  • Pallet (bàn nâng giữ xe): Chiều dài 240 mm, chiều rộng 125 mm, chiều cao mép biên 15 mm.
  • Thanh đỡ pallet: Chiều dài 126 mm, chiều cao 20 mm, đường kính thân tròn 10 mm.
  • Bộ truyền động: Sử dụng xích ống con lăn tiêu chuẩn hóa (gồm má xích trong, má xích ngoài dập từ thép tấm, chốt, ống lót và con lăn xoay tự do để giảm ma sát với răng đĩa xích). Các tay đỡ pallet được kết nối chắc chắn vào các mắt xích, chạy dọc theo thanh ray định hướng để giữ pallet luôn ở trạng thái cân bằng nằm ngang khi di chuyển xoay vòng.

Quy trình điều khiển và vận hành hệ thống

  1. Khởi động và xác định gốc: Khi hệ thống được cấp nguồn (nguồn động lực 220VAC và nguồn điều khiển 24VDC) và nhấn nút START, PLC thực hiện chu trình kiểm tra tín hiệu từ cảm biến quang Omron E3S-LS3N để đưa cơ cấu nâng chuyển về vị trí gốc ban đầu.
  2. Gửi xe (Quét mã QR vào): Khách gửi xe xuất trình thẻ chứa mã QR trước webcam. Webcam quét mã ở độ phân giải 720p, truyền dữ liệu về phần mềm quản lý trên máy tính để trích xuất thông tin định danh. Phần mềm gửi tín hiệu điều khiển xuống PLC FX3G-14MT/ES. PLC phát xung qua ngõ ra transistor sang Servo Driver MR-J4-20A điều khiển động cơ Servo HF-KN23 quay cơ cấu xích đưa pallet trống gần nhất về tầng trệt. Cùng lúc, tín hiệu điều khiển được gửi tới driver bước để động cơ KH42JM2B221 mở thanh chắn barie cho xe vào. Sau khi xe đã vào vị trí và cảm biến xác nhận an toàn, barie đóng lại, thông tin vị trí lưu trữ được cập nhật lên màn hình HMI Weintek.
  3. Lấy xe (Quét mã QR ra): Người dùng quét lại mã QR tại cửa kiểm soát. Hệ thống tự động đối chiếu dữ liệu ô đỗ, PLC tính toán chiều quay (thuận hoặc nghịch) nhằm tối ưu quãng đường đưa pallet chứa chiếc xe tương ứng về vị trí cửa ra ở mặt đất, sau đó điều khiển mở barie để phương tiện rời khỏi hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đạt được

  • Chế tạo và lắp ráp thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh của hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng đứng với kích thước khung 810 x 600 mm, tích hợp đầy đủ cơ cấu truyền động xích ống con lăn và các bàn nâng pallet kích thước 240 x 125 x 15 mm.
  • Thiết kế, lắp đặt tủ điện công nghiệp gọn gàng, đúng kỹ thuật với sự tham gia của các thiết bị chính hãng: PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES, Servo Driver MR-J4-20A, động cơ Servo HF-KN23 200W, hộp số giảm tốc PLF60 (tỉ số truyền 1:10), động cơ bước barie KH42JM2B221 và terminal trung gian Omron XW2B-50G4.
  • Ứng dụng thành công phương pháp điều khiển động cơ AC Servo bằng phát xung tốc độ cao từ đầu ra transistor của PLC, giúp hệ thống vận hành êm ái, định vị chính xác vị trí các pallet chứa xe tại trạm dừng đón/trả.
  • Tích hợp thành công webcam HD và công nghệ mã QR vào quy trình kiểm soát bãi đỗ, cho phép tự động hóa quá trình nhận diện mã vé xe và liên kết dữ liệu với bộ điều khiển trung tâm PLC cùng màn hình giám sát HMI Weintek.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án

  • Ý nghĩa khoa học: Đồ án cung cấp quy trình nghiên cứu, tính toán và làm chủ phương pháp điều khiển động cơ AC Servo vòng kín bằng xung điều khiển logic tần số cao phát ra từ PLC dòng FX3G, kết hợp xử lý liên động giữa nhiều loại cơ cấu chấp hành khác nhau (động cơ bước, cảm biến quang, màn hình HMI, thiết bị quét mã QR).
  • Ý nghĩa thực tiễn: Mô hình chế tạo đóng vai trò là bản nghiên cứu mẫu, chứng minh tính khả thi về mặt kỹ thuật của giải pháp bãi đỗ xe tự động xoay vòng đứng tiết kiệm diện tích. Đây là cơ sở thực nghiệm tiền đề phục vụ cho việc phát triển, chế tạo các hệ thống bãi đỗ xe tự động quy mô lớn ứng dụng trong đời sống đô thị tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống

  • Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng đứng trong thực tế bị giới hạn về tính linh hoạt giữa các dòng xe: hệ thống chế tạo riêng cho dòng Sedan thì không chứa được dòng SUV; ngược lại, nếu thiết kế kích thước cho SUV để chứa được cả Sedan thì chi phí đầu tư cơ khí sẽ đội lên cao và lãng phí không gian.
  • Sức chứa của hệ thống dạng này ở quy mô công nghiệp bị giới hạn (chỉ từ 10 - 14 xe đối với Sedan, hoặc 6 - 8 xe đối với SUV lớn) nhằm đảm bảo an toàn chịu tải cho kết cấu khung treo và hệ xích.
  • Trong phạm vi đồ án, đề tài mới dừng lại ở việc chế tạo mô hình mô phỏng quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm; thuật toán điều khiển và giao tiếp mã QR qua webcam vẫn cần máy tính trung gian hỗ trợ xử lý tín hiệu trước khi truyền sang PLC.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp thuật toán điều khiển trên PLC và máy tính để tối ưu hóa thời gian chờ lấy xe thông qua việc tự động tính toán cung xoay ngắn nhất và dự đoán vị trí đón/trả xe vào các khung giờ cao điểm.
  • Nghiên cứu kết nối hệ thống lên mạng Internet hoặc nền tảng đám mây, tích hợp ứng dụng di động để người dùng có thể đặt chỗ từ xa tương tự các mô hình e-Parking.
  • Hoàn thiện tính toán sức bền vật liệu, kết cấu cơ khí chịu tải nặng để từng bước chế tạo thử nghiệm mô hình thực địa với tải trọng thật của ô tô.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực dành cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều khiển phát xung cho động cơ Servo hoặc mô hình bãi đỗ xe tự động.
  • Các kỹ sư thiết kế hệ thống tự động hóa quan tâm đến cách thức phối ghép phần cứng thực tế giữa dòng PLC Mitsubishi FX3G ngõ ra Transistor sink với bộ điều khiển Servo Driver MR-J4-20A thông qua Domino Omron XW2B-50G4.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án gồm:

  • Tập hợp thông số kỹ thuật và sơ đồ chân đấu nối: Các sơ đồ chân chi tiết của PLC FX3G-14MT/ES, driver động cơ bước, driver MR-J4-20A, terminal XW2B-50G4 và bộ nguồn tổ ong S-48-24.
  • Bản vẽ kích thước kết cấu cơ khí mô hình: Chi tiết kích thước khung thép đỡ (810 x 600 mm), kích thước pallet (240 x 125 x 15 mm), tay đỡ và thanh đỡ pallet giúp người làm đề tài tương tự có thể tái lập kích thước gia công cơ khí mà không cần tính toán lại từ đầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng bộ điều khiển nào và phương pháp điều khiển động cơ Servo ra sao?

Tác giả sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3G-14MT/ES (nguồn 100-240VAC, 8 ngõ vào 24VDC, 6 ngõ ra transistor sink). Phương pháp điều khiển động cơ Servo Mitsubishi HF-KN23 200W là phương pháp phát xung PWM tần số cao từ ngõ ra transistor của PLC kết hợp tín hiệu hướng quay cấp đến Servo Driver MR-J4-20A, hoạt động theo cơ chế phản hồi âm vòng kín nhờ bộ mã hóa encoder 131.072 xung/vòng để kiểm soát chính xác vị trí góc quay và tốc độ.

2. Kích thước cơ khí thực tế của khung và pallet trong mô hình là bao nhiêu?

Theo các số liệu thiết kế chi tiết trong Chương 2 của văn bản:

  • Khung chịu lực của mô hình có chiều cao 810 mm và chiều rộng 600 mm.
  • Pallet (bàn nâng chứa xe) có chiều dài 240 mm, chiều rộng 125 mm và chiều cao gờ biên 15 mm.
  • Thanh đỡ pallet có chiều dài 126 mm, chiều cao 20 mm và đường kính thân trục là 10 mm.

3. Cơ cấu nâng hạ thanh chắn barie và cảm biến định vị trong hệ thống dùng linh kiện gì?

  • Cơ cấu nâng hạ cần chắn barie sử dụng động cơ bước KH42JM2B221 (điện áp 4,8 - 5VDC, dòng 0,5A, góc bước 1,8 độ, mô-men hãm 236 mN.m) được điều khiển qua mạch Microstep Driver sử dụng chip IC SI09AFTG (dòng cực đại 3,5A, hỗ trợ vi bước từ 1/1 đến 1/32).
  • Cảm biến xác định vị trí gốc và định vị bàn nâng là cảm biến quang phản xạ khuếch tán Omron E3S-LS3N, nguồn cấp 12-24VDC, khoảng cách phát hiện vật từ 10 đến 30 mm với ngõ ra Collector hở NPN/PNP.

4. Vì sao tác giả lựa chọn mô hình bãi đỗ xe xoay vòng đứng thay vì các dạng khác?

Tác giả lựa chọn mô hình xoay vòng đứng (Rotary Parking) với phương án cửa ra vào ở giữa vì mô hình này phù hợp nhất với điều kiện mặt bằng hẹp tại các đô thị Việt Nam; cơ cấu nâng luân phiên quanh trục đơn giản hơn hệ thống thang nâng trượt hay dạng tháp cao tầng; thời gian lắp đặt ngoài thực tế nhanh (10-15 ngày so với 20 ngày trở lên của các hệ khác); chi phí bảo dưỡng thấp và thuận tiện để liên kết ghép nối nhiều block lại với nhau.

5. Thiết bị nào đảm nhiệm việc đọc mã QR và truyền dữ liệu trong mô hình?

Hệ thống sử dụng một Webcam kỹ thuật số độ phân giải HD 720p (tốc độ ghi hình 30 khung hình/giây, góc nhìn 55 độ, cổng kết nối USB-A) kết nối với máy tính. Hình ảnh mã QR trên vé xe được webcam thu nhận, phần mềm trên máy tính giải mã và truyền tín hiệu nhận dạng ô đỗ xuống PLC FX3G-14MT/ES để ra lệnh cho hệ thống xoay đưa đúng pallet về vị trí đón/trả xe.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Dương Đức Anh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã giải quyết thành công bài toán thiết kế, chế tạo mô hình bãi đỗ xe tự động xoay vòng đứng tích hợp công nghệ nhận dạng mã QR. Tác giả đã làm chủ quy trình tính toán cơ khí, thiết kế bộ truyền động xích con lăn và phối ghép đồng bộ hệ thống điều khiển công nghiệp gồm PLC Mitsubishi FX3G, HMI Weintek, động cơ bước barie và hệ thống Servo Mitsubishi điều khiển bằng xung vị trí. Đây là một công trình thực nghiệm hoàn chỉnh, có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao, đóng vai trò là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành Tự động hóa.