Đồ Án Thiết Kế Mô Hình Hệ Thống Rửa Xe Tự Động

Khám phá đồ án thiết kế mô hình hệ thống rửa xe tự động, giải pháp hiện đại cho việc chăm sóc xe hơi hiệu quả và tiết kiệm thời gian.

• Tác giả: Nguyễn Quang Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đức Toàn
• Trường học: Trường Đại học Điện Lực
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
• Đề tài: Mô Hình Hệ Thống Rửa Xe Tự Động: Thiết Kế Đột Phá
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)
• NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Xây dựng ý tưởng đề tài
• 1.2. Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động
• 1.2.1. Một số hệ thống rửa xe tự động trên thế giới
• 1.2.1.1. Hệ thống rửa xe tự động CT-919D
• 1.2.1.2. Máy rửa xe tự động điều khiển DXC (B)-740
• 1.2.1.3. Hệ thống rửa xe tự động CT-818 (Nhà sản xuất Autowash - Trung Quốc)
• 1.2.1.4. Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 Karcher dùng ngoài trời
• 1.2.1.5. Hệ thống rửa xe Du Lịch tự động Zonda
• 1.2.1.6. Hệ thống rửa xe du lịch tự động ZD – W900
• 1.2.1.7. Hệ thống rửa xe tải – bus tự động
• 1.2.2. Một số hệ thống rửa xe được sử dụng trong nước
• 1.2.2.1. Hệ thống rửa xe tự động ở cảng Long Bình
• 1.2.2.2. Hệ thống rửa xe công trình ở Quận Tân Bình – TP Hồ Chí Minh
• 1.2.3. Ưu nhược điểm của hệ thống rửa xe tự động
• 1.2.4. Dự kiến đề tài
• 1.2.5. Ý tưởng xây dựng mô hình của đề tài
• 1.2.5.1. Đặc điểm của mô hình
• 1.2.6. Tổng quan mô hình “Hệ thống rửa xe tự động”
• 1.2.6.1. Sơ đồ khối mô hình
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM ĐÃ SỬ DỤNG
• 2.1. Phần mềm Step 7 Micro Win
• 2.1.1. Thiết kế điều khiển bằng Step 7 micro Win

Tóm tắt

I. Mô hình Hệ thống Rửa Xe Tự động Tổng quan và Xu hướng

Phần này trình bày tổng quan về mô hình hệ thống rửa xe tự động, nhấn mạnh vào sự phát triển của công nghệ này và nhu cầu ngày càng tăng trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng. Rửa xe tự động mang lại hiệu quả cao hơn so với phương pháp truyền thống, đáp ứng nhu cầu về tốc độ và tiện lợi. Bài viết sẽ phân tích xu hướng rửa xe tự động, bao gồm sự phát triển của các công nghệ tiên tiến như hệ thống phun áp lực cao, hệ thống sấy khô nhanh, và tích hợp công nghệ thông minh. Tự động hóa rửa xe không chỉ tiết kiệm thời gian và nhân công mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng việc giảm thiểu lượng nước và chất tẩy rửa sử dụng. Việc so sánh các hệ thống rửa xe tự động khác nhau về hiệu quả, chi phí đầu tư và vận hành sẽ được đề cập. Giải pháp rửa xe tự động hiện đại ngày càng đa dạng, từ các hệ thống nhỏ gọn phù hợp cho các cửa hàng nhỏ đến các hệ thống quy mô lớn phục vụ các khu đô thị. Các yếu tố như chi phí đầu tư rửa xe tự động và lợi nhuận rửa xe tự động cũng được xem xét để đánh giá tính khả thi kinh tế của việc áp dụng công nghệ này. Cuối cùng, phần này sẽ nêu bật tương lai của hệ thống rửa xe tự động, dự đoán sự phát triển của các công nghệ mới và vai trò của rửa xe tự động hóa trong việc xây dựng đô thị bền vững.

1.1. Nhu cầu và Ứng dụng của Hệ thống Rửa Xe Tự động

Sự gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện giao thông cá nhân, đặc biệt là ô tô, dẫn đến nhu cầu rửa xe ngày càng cao. Rửa xe tự động trở thành giải pháp hiệu quả, đáp ứng yêu cầu về tốc độ và chất lượng. Hệ thống rửa xe tự động hoàn toàn ngày càng phổ biến, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân công và tăng năng suất. Rửa xe tiết kiệm nước và chất tẩy rửa là một xu hướng quan trọng, hướng đến bảo vệ môi trường. Việc tăng năng suất rửa xe nhờ tự động hóa là một lợi ích kinh tế đáng kể. Thiết kế đột phá rửa xe tự động tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu thời gian rửa và nâng cao hiệu quả. Hệ thống rửa xe không tiếp xúc là một trong những công nghệ hiện đại, hạn chế tác động tiêu cực lên bề mặt xe. Thiết kế nhà xưởng rửa xe tự động cần đảm bảo tính hiệu quả, an toàn và thân thiện môi trường. An toàn lao động rửa xe tự động là yếu tố quan trọng cần được ưu tiên trong thiết kế và vận hành hệ thống. Phân tích đầu tư hệ thống rửa xe tự động cần được thực hiện kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế. Mô phỏng hệ thống rửa xe tự động giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trước khi triển khai thực tế. Vận hành hệ thống rửa xe tự động cần được đào tạo bài bản để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Bảo trì hệ thống rửa xe tự động định kỳ là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Sửa chữa hệ thống rửa xe tự động cần được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm để đảm bảo chất lượng và an toàn. Các loại hệ thống rửa xe tự động đa dạng về quy mô và công nghệ, đáp ứng nhu cầu khác nhau của thị trường. Ưu điểm và nhược điểm hệ thống rửa xe tự động cần được cân nhắc kỹ lưỡng trước khi đưa ra quyết định đầu tư.

1.2. Công nghệ và Thiết bị trong Hệ thống Rửa Xe Tự động

Công nghệ rửa xe tự động đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể. Thiết bị rửa xe tự động hiện đại sử dụng các cảm biến, bộ điều khiển lập trình (PLC), và hệ thống truyền động để tự động hóa toàn bộ quy trình. Phần mềm quản lý rửa xe tự động đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển hệ thống. Nhà cung cấp hệ thống rửa xe tự động ngày càng đa dạng, cung cấp nhiều lựa chọn cho khách hàng. Bảo vệ hệ thống rửa xe tự động khỏi hư hỏng là vấn đề cần được quan tâm, bao gồm việc bảo trì và sửa chữa định kỳ. Phân tích đầu tư hệ thống rửa xe tự động cần xem xét các yếu tố như chi phí thiết bị, chi phí vận hành, và thời gian hoàn vốn. Mô hình kinh doanh rửa xe tự động cần được lập kế hoạch bài bản để đảm bảo khả năng sinh lời. Việc lựa chọn hệ thống rửa xe tự động phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm quy mô kinh doanh, loại xe cần rửa, và ngân sách đầu tư. Cấu tạo hệ thống rửa xe tự động bao gồm nhiều thành phần phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết chuyên sâu về kỹ thuật. Nguyên lý hoạt động của hệ thống rửa xe tự động dựa trên việc kết hợp các công nghệ cơ khí, điện tử và tự động hóa. Quá trình rửa xe tự động được điều khiển tự động, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Rửa xe thân thiện môi trường là một trong những tiêu chí quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống. Rửa xe nhanh chóng là một trong những ưu điểm chính của hệ thống rửa xe tự động. Tiết kiệm chi phí nhân công rửa xe nhờ tự động hóa là một lợi ích kinh tế đáng kể.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đô thị dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông cá nhân và vận tải, đặc biệt là xe ô tô. Tuy nhiên, sự phát triển hạ tầng giao thông chưa đồng bộ cùng với mật độ xây dựng cao tại các đô thị khiến lượng cát bụi từ ngoại thành và công trình phát tán vào nội đô tăng mạnh, gây ô nhiễm bề mặt phương tiện ngay cả khi xe dừng đỗ trong hầm hoặc ngoài trời. Bên cạnh đó, đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam với độ ẩm không khí trung bình 84% và lượng mưa hàng năm từ 1.000 mm trở lên thường xuyên gây ngập úng, làm bùn đất bám vào gầm và thân xe.

Phương thức rửa xe thủ công truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế khi thời gian làm sạch một chiếc xe kéo dài tối thiểu 20 phút, tiêu tốn nhiều nhân công và năng suất thấp. Mặt khác, các cơ sở rửa xe tự phát trên vỉa hè, lòng đường gây cản trở giao thông, làm mất mỹ quan đô thị; nguồn nước thải và hóa chất tẩy rửa không qua xử lý xả trực tiếp ra môi trường xung quanh. Trong khi công nghệ rửa xe tự động đã được áp dụng rộng rãi tại các quốc gia phát triển, loại hình dịch vụ này tại Việt Nam vẫn còn mới và chưa phổ biến.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Khảo sát tổng quan các công nghệ và hệ thống rửa xe tự động thương mại trên thế giới cùng các trạm rửa chuyên dụng tại Việt Nam.
2. Thiết kế kết cấu cơ khí 3D và mô phỏng hoạt động của hệ thống rửa xe tự động bằng phần mềm chuyên dụng.
3. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điện, lựa chọn thiết bị điện - điện tử và lập trình điều khiển tự động hóa quy trình rửa bằng bộ điều khiển logic khả trình (PLC).
4. Chế tạo và lắp ráp mô hình vật lý thu nhỏ phục vụ học tập và ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống rửa xe ô tô tự động sử dụng chổi quay, vòi phun áp lực và quạt sấy khô. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình garage rửa bề mặt bên ngoài của xe (không bao gồm vệ sinh nội thất bên trong), vận hành bằng nguồn điện một chiều 24VDC phối hợp điều khiển qua PLC Siemens S7-200. Đồ án do sinh viên Nguyễn Quang Sơn thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Đức Toàn tại Khoa Công nghệ Cơ khí, Trường Đại học Điện Lực, hoàn thành vào tháng 01/2015.

Cơ sở kỹ thuật và phương pháp thiết kế

Nghiên cứu ứng dụng các nguyên lý kỹ thuật cơ điện tử, truyền động điện, trang bị điện và tự động hóa công nghiệp để xây dựng mô hình hệ thống:

• Khảo sát và đối sánh kỹ thuật: Thu thập, phân tích thông số hoạt động của các hệ thống rửa xe tự động trên thế giới (CT-919D, DXC (B)-740, CT-818, CB 1/28 Karcher, Zonda ZD-W200, ZD-W900, ZD-W600) và các trạm rửa xe chuyên dụng tại Việt Nam (Cảng Long Bình, trạm rửa xe công trình DW-SG01 tại Tân Bình).
• Thiết kế cơ khí và mô phỏng số 3D: Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor với lõi mô hình hóa ShapeManager để dựng chi tiết (IPT), cụm lắp ráp (IAM), khung giàn (Frame Generator), đường ống nước (Pipe & Tube) và đi dây điện (Cable & Wiring), đồng thời kiểm tra va chạm động học.
• Kỹ thuật điều khiển lập trình: Sử dụng phần mềm STEP 7-Micro/WIN để cấu hình và viết chương trình điều khiển cho dòng PLC Siemens S7-200 (CPU 224). Sử dụng phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator để nạp file mã nguồn .awl, kiểm thử logic vòng quét và giám sát trạng thái ngõ vào/ra.
• Thực nghiệm phần cứng: Thiết kế và đấu nối mạch động lực, mạch điều khiển trên bảng gỗ; tích hợp bộ nguồn xung 24VDC, máy biến áp đa ngõ ra, rơ le trung gian, công tắc hành trình, nút ấn và các cơ cấu chấp hành (động cơ giảm tốc kéo xích, động cơ chổi lau, máy bơm, quạt sấy).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo dạng mô hình garage thu nhỏ với kết cấu khung đỡ làm từ nhôm ống vuông nhằm đảm bảo độ cứng vững, trọng lượng nhẹ và tính thẩm mỹ cơ khí. Cơ cấu kéo xe sử dụng hệ thống băng tải xích truyền động bởi động cơ giảm tốc DC một chiều. Các cụm chức năng chấp hành bao gồm vòi phun bọt tuyết/chất tẩy rửa, vòi phun nước áp lực, hệ thống 4 chổi xoay làm sạch bề mặt và cụm máy sấy khô.

Toàn bộ mạch điều khiển và thiết bị động lực vận hành trên nền tảng điện áp 24VDC nhằm đảm bảo tính an toàn cho người thực hành và thiết bị.

Nhóm thiết bị	Tên thiết bị / Linh kiện	Thông số kỹ thuật chi tiết	Số lượng / Ghi chú
Điều khiển trung tâm	PLC Siemens S7-200	CPU 224 DC/DC/DC, truyền thông PPI 9600 kbps	01 bộ
Cung cấp nguồn	Bộ nguồn tổ ong DC	Vào 220VAC, ra 24VDC; dòng 6.5A; công suất 156W (KT: 25x15 cm)	01 bộ
	Máy biến áp đa nấc	Vào 220VAC, ra (6-9-12-15-18-24)VDC; dòng 3A; công suất 72W (KT: 5x3 cm)	01 bộ
Thiết bị đầu vào	Nút ấn có đèn báo	Điện áp 24VDC; 3 màu (Xanh: Start, Đỏ: Stop, Vàng: Reset); cơ cấu tự phục hồi	03 nút
	Công tắc hành trình	Điện áp định mức 250V, dòng định mức 5A, khối lượng 190g; tiếp điểm NO/NC	05 cái
Thiết bị trung gian	Rơ le trung gian (Relay)	Cuộn dây 24VDC, 4 cặp tiếp điểm, đế cắm 14 chân	01 cụm module
Cơ cấu chấp hành	Động cơ giảm tốc	Điện áp 24VDC, dòng 0.5A, công suất 12W, hệ số giảm tốc 65:5, chiều dài L = 9.2 cm	01 động cơ kéo xích
	Động cơ làm sạch	Điện áp 24VDC, dòng 0.2A, công suất 4.8W, hệ số giảm tốc 0 (quay trực tiếp chổi)	04 động cơ chổi
	Máy bơm nước áp lực	Điện áp 24VDC, dòng định mức 5A	03 máy bơm
	Cụm sấy khô	Động cơ quạt làm mát lấy từ đế tản nhiệt laptop, cấp nguồn 24VDC	01 cụm

Quy trình điều khiển được thiết lập qua giao diện STEP 7-Micro/WIN: người vận hành nhấn nút Start (I0.0), hệ thống kích hoạt máy bơm nước và bơm hóa chất tẩy rửa đồng thời khởi động động cơ giảm tốc kéo băng chuyền xích đưa mô hình xe vào buồng rửa. Khi xe chạm các công tắc hành trình bố trí trên đường trượt, tín hiệu gửi về CPU 224 sẽ lần lượt đóng cắt rơ le trung gian điều khiển cụm 4 chổi xoay thực hiện cọ rửa thân và nóc xe, tiếp theo là xịt tráng nước sạch và cuối cùng kích hoạt quạt sấy khô trước khi kết thúc chu trình bằng công tắc hành trình ngắt hoặc nút Stop/Reset.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung về đề tài

Chương này tập trung trình bày bối cảnh đô thị hóa, điều kiện thời tiết nhiệt đới ẩm tại Việt Nam và sự cần thiết của việc hiện đại hóa công nghệ rửa xe nhằm khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường, lãng phí thời gian và lấn chiếm lòng lề đường của các điểm rửa thủ công. Tác giả tiến hành khảo sát thông số kỹ thuật của 7 hệ thống rửa xe tự động quốc tế và 2 hệ thống ứng dụng tại Việt Nam:

Tên hệ thống / Thiết bị	Xuất xứ / Hãng SX	Nguyên lý & Đặc điểm kỹ thuật chính	Năng suất & Tiêu hao
CT-919D	Quốc tế	Chổi quay (2 hông, 1 nóc, 2 bánh), đảo chiều trên ray, sấy khí nén, công suất 8 kW	3 phút/xe; 100L nước, 0.2 kWh điện/xe
DXC (B)-740	Quốc tế	Chuyển động liên tục, 4 bàn xoa to, 2 nhỏ, 1 ngang, 4 quạt gió, công suất 28 kW	60 xe/giờ; 120L nước/xe; khí nén 0.8 MPa
CT-818	Autowash (Trung Quốc)	Phun áp lực lớn, phun xoay, phun bóng Wax, bơm kép, nâng hạ điều khiển bằng PLC	Xe du lịch nội đô; rửa nhanh
CB 1/28 Karcher	Đức (ngoài trời)	2 bàn chải bên, băng chuyền tốc độ 0-20 m/phút (2 motor 0.25 kW IP66), công suất 16 kW	Tối đa 4 phút/xe; nước 50L/phút (4-6 bar)
Zonda ZD-W200	Zonda (Trung Quốc)	Kích thước 6500x2200x2200 mm, nặng 1.6 tấn, nguồn 380V 3 pha 8 kW, khí nén 5-8 bar	90 giây/xe; 120L nước/xe
Zonda ZD-W900	Zonda (Trung Quốc)	Băng chuyền 5-6 m/phút, kích thước 16000x3760x3100 mm, công suất 45 kW	60-80 xe/giờ; 100-120L nước/xe
Zonda ZD-W600	Zonda (Trung Quốc)	Dành cho xe tải - bus, ray dài 20m, nặng 3.5 tấn, công suất 8 kW + 5.5 kW	3-6 phút/xe (tối đa 150 xe/giờ); 100-120L nước
Trạm Cảng Long Bình	Yamaguchi VN lắp đặt	11 chi tiết máy móc, diện tích lắp đặt 10 m2, thời gian di dời 20 phút	Khoảng 300 xe/ngày
DW-SG01	Dongwoo (Hàn Quốc)	Rửa xe công trình âm sàn, sàn bùn tự động, vòi phun cao áp, nặng 4550 kg, công suất 7.5 kW	15-20 giây/xe; khoảng 3L nước/xe

Dựa trên dữ liệu khảo sát, tác giả tổng hợp ưu điểm của rửa xe tự động (rửa nhanh dưới 4 phút thay vì hơn 20 phút thủ công, tiết kiệm nước, tiết kiệm nhân công) và nhược điểm (chi phí đầu tư thiết bị cao, khó làm sạch triệt để các góc chết như gầm sâu). Từ đó, tác giả đề xuất phương án mô hình thu nhỏ khung nhôm, kết hợp liên môn Cơ khí, Máy điện, Trang bị điện và PLC S7-200.

Chương 2: Giới thiệu về một số phần mềm đã sử dụng

Chương này cung cấp hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về 3 công cụ phần mềm phục vụ thiết kế và lập trình:

• STEP 7-Micro/WIN: Giới thiệu cấu trúc giao diện lập trình gồm Navigation Bar, Instruction Tree, Program Editor, Menu/Toolbars. Phân tích chi tiết các khối chức năng:
  • Program Block: Gồm khối chương trình chính OB1 (quét lặp liên tục), khối chương trình con Subroutine và khối chương trình ngắt Interrupt.
  • Data Block: Quản lý và định dạng trước dữ liệu làm việc với vùng nhớ V của PLC.
  • System Block: Định cấu hình hệ thống với 10 mục chính: cổng truyền thông Communication Ports (địa chỉ mặc định 2, tốc độ 9600 kbps), vùng nhớ lưu giữ khi mất điện Retentive Ranges (cho phép chọn 5 vùng nhớ), bảo mật Password (3 cấp độ, tối đa 8 ký tự), Output Table (trạng thái ngõ ra ON/OFF khi dừng PLC), bộ lọc tín hiệu ngõ vào Input Filter (thời gian lọc mặc định mức 6), Pulse Catch Bits (bắt xung nhanh), Background Time (thời gian nền xử lý truyền thông, mặc định chọn 10%), EM Configuration, Configure LED và Increase Memory.
  • Symbol Table, Status Chart, Cross Reference & Communication: Hỗ trợ gán nhãn biểu tượng, theo dõi/ép giá trị biến online, tra cứu địa chỉ bộ nhớ và thiết lập kết nối nạp/đọc (Download/Upload) chương trình qua cáp PC/PPI ở chế độ PLC STOP.
• Phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator: Hướng dẫn quy trình biên dịch kiểm tra lỗi trong Micro/Win, xuất tệp tin nguồn dạng *.awl, mở phần mềm mô phỏng (nhập mã truy cập mặc định 6596 khi có yêu cầu), cấu hình loại CPU và kiểm tra đáp ứng ngõ vào/ra trên bảng State Table.
• Autodesk Inventor: Trình bày các module thiết kế 3D cơ khí gồm Modeling (mô hình hóa khối/mặt), Assembly (lắp ghép và kiểm tra xung đột), Sheet Metal (kim loại tấm), Frame Generator (thiết kế khung giàn hàn), Pipe & Tube (hệ thống đường ống vòi phun), Cable & Wiring (mô phỏng chạy dây điện), Dynamic & Stress Analysis (phân tích ứng suất động lực học); cùng khả năng xuất nhập các định dạng tập tin IPT, IAM, IDW, DWG, SAT, STEP, IGES, STL.

Chương 3: Các thiết bị điện, điện tử sử dụng trong đồ án

Chương này đi sâu vào sơ đồ đấu nối nguyên lý và thông số vật lý của từng linh kiện phần cứng được sử dụng trong mô hình:

• Cấu hình PLC và cấp nguồn: Trình bày sơ đồ nối dây tổng thể cho PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC, sơ đồ nguồn cấp 24VDC từ bộ nguồn xung 156W (6.5A) và máy biến áp 72W (3A đa dải áp 6V–24V).
• Khí cụ đầu vào: Phân tích cấu tạo nút ấn kép có đèn báo 24VDC (nút phục hồi lò xo, tiếp điểm NO/NC, dạng xung kích) gồm 3 nút Start, Stop, Reset; phân tích cấu tạo và nguyên lý đóng ngắt tiếp điểm của 5 công tắc hành trình (khối lượng 190g, dòng 5A, điện áp 250V).
• Khí cụ đóng cắt trung gian: Trình bày cấu trúc rơ le trung gian 14 chân 4 cặp tiếp điểm (gồm cuộn dây, ách từ Yoke, phần ứng Armature, lò xo phản hồi) và 5 bước vận hành cơ bản khi đóng/ngắt mạch điều khiển sang tải công suất.
• Cơ cấu chấp hành đầu ra: Đo đạc và đưa ra thông số kỹ thuật của 1 động cơ giảm tốc kéo xích (24VDC, 0.5A, 12W, hệ số giảm tốc 65:5, kích thước L = 9.2 cm), 4 động cơ làm sạch gắn chổi xoay (24VDC, 0.2A, 4.8W, hệ số giảm tốc 0), 3 máy bơm nước 24VDC (dòng 5A) và cụm sấy khô tận dụng động cơ quạt làm mát từ đế tản nhiệt máy tính xách tay.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình hệ thống rửa xe tự động với các kết quả cụ thể:

• Xây dựng thành công mô hình hình học 3D hoàn chỉnh trên phần mềm Autodesk Inventor, thể hiện đầy đủ các cụm chức năng: giàn khung nhôm, hệ thống vòi phun dung dịch hóa chất, vòi phun nước áp lực, cụm 4 chổi lau xoay tròn và quạt sấy khô.
• Lắp ráp hoàn chỉnh mô hình phần cứng thu nhỏ đặt trên bảng gá gỗ, hệ thống dây dẫn được cố định đai bó gọn gàng; vận hành an toàn với nguồn điện hạ áp 24VDC.
• Lập trình logic điều khiển tự động hoàn toàn chu trình rửa xe thông qua PLC Siemens S7-200 CPU 224 trên phần mềm STEP 7-Micro/WIN, kết hợp kiểm thử thành công trên phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator.
• Thiết lập các bài tập thực hành tích hợp liên môn (PLC, Truyền động điện, Trang bị điện, Cơ điện tử) với các cổng đấu dây ra ngoài và sơ đồ nguyên lý trực quan, giúp người học tiếp cận thiết bị điều khiển thực tế.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án ghi nhận các điểm hạn chế và định hướng cải tiến:

• Hạn chế: Do giới hạn về thời gian và điều kiện chế tạo, mô hình chỉ là phiên bản thu nhỏ mang tính chất mô phỏng nguyên lý, công suất làm sạch chưa cao; hệ thống chỉ rửa được bề mặt ngoài của xe, chưa xử lý được gầm xe và không làm sạch nội thất bên trong; quạt sấy sử dụng động cơ tản nhiệt laptop nên lưu lượng gió và hiệu quả sấy khô còn hạn chế.
• Hướng phát triển: Nâng cấp công suất động cơ chổi và bơm nước áp lực cao; tích hợp thêm cảm biến quang học hoặc cảm biến siêu âm để nhận dạng kích thước xe tự động, từ đó điều khiển vị trí chổi lau linh hoạt; mở rộng cơ cấu vòi phun áp lực rửa gầm chuyên dụng và hệ thống thu hồi, lọc tuần hoàn nước thải.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Cơ khí, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa:

• Cung cấp tài liệu tra cứu thông số kỹ thuật thực tế của nhiều hệ thống rửa xe tự động công nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam.
• Cung cấp hướng dẫn sử dụng, thiết lập thông số trong System Block của phần mềm STEP 7-Micro/WIN và quy trình mô phỏng điều khiển PLC S7-200 qua tệp .awl.
• Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp phân chia module chức năng khi thiết kế máy móc trên Autodesk Inventor và kỹ thuật đấu nối mạch điều khiển sử dụng rơ le trung gian kết hợp công tắc hành trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển trung tâm của mô hình sử dụng phần cứng và phần mềm nào?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-200 với CPU 224 DC/DC/DC, được lập trình trên phần mềm STEP 7-Micro/WIN và kiểm chứng qua phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator.

2. Mô hình sử dụng các loại nguồn điện nào để cấp cho mạch điều khiển và thiết bị chấp hành?
Mô hình sử dụng nguồn lưới 220VAC cấp vào bộ nguồn xung 24VDC (dòng định mức 6.5A, công suất 156W) và máy biến áp đa nấc ngõ ra 6V–24VDC (dòng 3A, công suất 72W) để cung cấp toàn bộ điện áp 24VDC an toàn cho PLC, rơ le, động cơ, máy bơm và nút ấn.

3. Cơ cấu chấp hành đầu ra của mô hình thu nhỏ gồm những thiết bị cụ thể nào?
Đầu ra bao gồm: 01 động cơ giảm tốc kéo xích tải (24VDC, 0.5A, 12W, hệ số giảm tốc 65:5, L = 9.2 cm), 04 động cơ chổi làm sạch (24VDC, 0.2A, 4.8W, hệ số giảm tốc 0), 03 máy bơm nước (24VDC, dòng 5A) và cụm sấy khô tận dụng từ động cơ quạt làm mát đế tản nhiệt laptop.

4. Thiết bị đầu vào để điều khiển chu trình rửa xe gồm những khí cụ nào?
Thiết bị đầu vào gồm 03 nút ấn có đèn báo 24VDC (Start màu xanh, Stop màu đỏ, Reset màu vàng) và 05 công tắc hành trình loại tiếp điểm NO/NC (dòng 5A, điện áp 250V, khối lượng 190g).

5. Trong phần mềm STEP 7-Micro/WIN, các thông số cài đặt mặc định của System Block gồm những gì?
System Block có địa chỉ cổng truyền thông PLC mặc định là 2 với tốc độ 9600 kbps, mật khẩu bảo mật tối đa 8 ký tự với 3 cấp độ, thời gian lọc tín hiệu ngõ vào Input Filter mặc định mức 6, và tỷ lệ thời gian nền Background Time xử lý truyền thông được khuyến nghị đặt là 10%.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Quang Sơn đã nghiên cứu tổng quan công nghệ rửa xe tự động trong và ngoài nước, từ đó thiết kế thành công mô hình garage rửa xe thu nhỏ ứng dụng công nghệ cơ điện tử. Hệ thống kết hợp khung cơ khí nhôm, mô hình hóa 3D trên Autodesk Inventor, cơ cấu truyền động xích cùng mạch điều khiển tuần tự lập trình bằng PLC Siemens S7-200 CPU 224 hoạt động trên nguồn điện 24VDC. Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực hành cao cho sinh viên ngành Cơ khí và Tự động hóa trong việc tiếp cận các bài toán tích hợp phần cứng và điều khiển logic khả trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1. Xây dựng ý tưởng đề tài Đất nước ta đang trên con đường phát triển, thời đại công nghiệp hoá - hiện đại hoá, nhà nước khuyến khích đầu tư và xây đựng nhiều công trình, nhiều dự án lớn với mục đích thúc đẩy nhanh quá trình phát triển kinh tế sang đất nước phát triển, mở rộng các thành phố, xây dựng thành phố xanh-sạch-đẹp. Nhưng khi đã phát triển thì lượng phương tiện xe ô tô cũng nhiều, hệ thống giao thông chưa đồng bộ do đó cát bụi do xe ô tô mang từ ngoại thành và các công trình đang xây dựng vào thành phố nhiều, làm ô nhiễm môi trường.1: Người dân tham gia giao thông trong biển bụi. Những chiếc xe bịbám bụi kể cả khi không hoạt động và nằm trong garage do môi trường bị ô nhiễm bụi.2: Những chiếc xe bụi bám bụi khi để ngoài trời.

TRẦN ĐỨC TOÀN 9 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.3: Xe để trong tầng hầm trung cư bị bám bụi. Chưa kể sau đất nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Độ ẩm tương đối trung bình là 84% suốt năm. Hằng năm, nước ta đón rất nhiều cơn mưa, lượng mưa từ 1.000 mm, làm các con đường trở nên ngập úng, lầy lội, mà cơ sở hạ tầng giao thông nước ta vẫn còn nghèo nàn, cứ sau mỗi cơn mưa thì bùn đất từ các con đường bám vào xe là điều không tránh khỏi.

TRẦN ĐỨC TOÀN 10 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.4: Xe bị bám bùn đất sau những cơn mưa. Do đó, nhu cầu rửa xe của người dân ngày một cao, trong khi đó việc rửa xe thủ công tốn rất nhiều công lao động, tốn thời gian để rửa một chiếc xe nên vẫn chưa thể đáp ứng được nhu cầu đó.5: Người rửa xe khó khăn để rửa những chiếc xe. TRẦN ĐỨC TOÀN 11 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.6: Các xe xếp hàng rửa xe lấn chiếm lòng lề đường. Chưa kể việc rửa xe tự phát của người dân vừa lộm nhộm, không đồng bộ, gây cản trở giao thông, mất mỹ quan đô thị, nước thải từ việc rửa xe không được thu gom xử lý gây ô nhiễm môi trường xung quanh.7: Nước rửa xe chảy lênh láng xung quanh.8: Rửa xe tự phát chưa đồng bộ, lộm nhộm.

TRẦN ĐỨC TOÀN 12 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Do đó, để giải quyết tất cả các vấn đề trên, nhóm chúng em đã quyết định chọn để tài “ Hệ thống rửa xe tự động” làm đề tài tốt nghiệp và mong rằng nó có thể ứng dụng thực tế trong tương lai gần. Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động 1. Một số hệ thống rửa xe tự động trên thế giới 1. Hệ thống rửa xe tự động CT-919D.Hình ảnh hệ thốngrửa xe tự động CT-919D.9:Hệ thống rửa xe tự động CT-919D 1.

Thông số hệ thống. - Nguyên lý rửa: Chổi quay - Gồm 2 chổi rửa bên hông, 1 chổi rửa nóc xe, 2 chổi rửa bánh xe - Đảo chiều di chuyển chổi rửa trên ray - Phun tự động - Rửa gầm - Phun xoay để tăng hiệu quả rửa - Phun áp lực cao điều khiển từ bằng chương trình máy tính - Truyền chuyển động bằng Thủy lực/ Điện/ Khí hoặc bằng xích. - Hệ thống sấy khô bằng khí nén - Công suất 8Kw - Điều khiển từ xa, điện 12V, tủ điều khiển 36V - Lưu lương nước 120L/ph - Thờ gian rửa trung bình 3 ph/xe - Tiêu hao tính cho 1 xe: 0,2Kw điện, 100L nước GVHD. TRẦN ĐỨC TOÀN 13 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động ( Nguồn [11]) 1.

Máy rửa xe tự động điều khiển DXC ( B)-740 1.Hình ảnh hệ thốngrửa xe tự động CT-919D Hình 1.10:Máy rửa xe tự động CT-919D.Thông số hệ thống - Kích thước rửa xe lớn nhất ( dài x rộng x cao)mm: 5500 x 1950 x 2000 - Diện tích mặt bằng ( dài x rộng)mm: 25000 x 4500 - Loại xe: xe du lịch 4- 5 chỗ, xe du lịch 15 chỗ - Tốc độ rửa: 60 chiếc/ giờ - Lượng nước tiêu thụ: 120 lít/ chiếc - Phương thức chuyền động: Chuyển động liên tục - Đường dẫn xe: 10m - Công suất thiết bị 28 Kw - Áp suất khí nén: 0.8 Mpa - Bàn xoa: bàn xoa to ( 4 chiếc), bàn xoa nhỏ ( 2 chiếc), bàn xoa ngang ( 1 chiếc). - Quạt gió: 4 chiếc.3 Hệ thống rửa xe tự động CT-818 ( Nhà sản xuất Autowash- Trung Quốc) 1.Mô hình hệ thốngrửa xe tự động CT-818 GVHD. TRẦN ĐỨC TOÀN 14 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.11:Hệ thống rửa xe tự động CT-818 ( Nhà sản xuất Autowash- Trung Quốc).Thông số hệ thống - Model: CT- 818 - Rửa xe trong thành phố, bụi bám ít ngày, dễ rửa, tốc độ nhanh cho các loại xe du lịch - Nguyên lý rủa: Phun áp lực lớn - Đảo chiều di chuyển - Rửa gầm - Phun xoay - Phun áp lực cao điều khiển từ xa bằng Chip vi xử lý - Truyền đông bằng Thủy lực/ Điện/ Khớ hoặc bằng xích. - Phun búng Wax - Cơ cấu nòng hạ tự điều khiển bằng PLC - Bơm kép ( Nguồn [13]) GVHD.

TRẦN ĐỨC TOÀN 15 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động 1.Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 Karcher dùng ngoài trời.1 Hình ảnh hệ thốngrửa xe tự động CB 1/28 Karcher dùng ngoài trời Hình 1.12:Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 Karcher dùng ngoài trời.Thông số hệ thống - Chiều cao làm sạch: 2800 mm - Chiều cao của hệ thống: 3700 mm - Chiều ngang của hệ thống bao gồm 2 bàn chải bên: 4035 mm - Lưu lương nước cấp: 50 lit/ phút/ 4- 6 bar - Công suất: 16 kW - Nguồn điện: 3P, 400V, 50 Hz - Tốc độ di chuyển của băng chuyền làm sạch: 0- 20 m/phút với 2 motor truyền lực 0,25 kW, IP 66 - Công suất rửa xe tối đa 4 phút/xe (Nguồn [14]) 1. Hệ thống rửa xe Du Lịch tự động Zonda – Trung Quốc 1. Hình ảnh hệ thốngrửa xe Du Lịch tự động Zonda Hình 1.13:Hệ thống rửa xe Du Lịch tự động Zonda 1. Thông số hệ thống - Model: ZD-W200 GVHD.

TRẦN ĐỨC TOÀN 16 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động - Thông số kĩ thuật: - Kích thước: 6500 x 2200 x 2200 ( Lx Wx H ) - Trọng lượng thiết bị: 1.6 tấn - Kích thước hệ thống rửa xe: 6500 x 1950 x 2200 ( Lx Wx H ) - Chiều rộng của hai day: 3340 mm - Thời gian rửa xe : 90 giây / Xe ô tô - Tiêu thụ nước 120 lít/ xe - Điện áp hoạt động : 380v, 50hz, 3 pha, 8 Kw - Sử dụng khí nén: 5-8 bar ( Nguồn [10]) 1.6: Hệ thống rửa xe du lịch tự động ZD – W900 1. Hình ảnh hệ thống rửa xe du lịch tự động ZD – W900 Hình 1.14: Hệ thống rửa xe du lịch tự động ZD – W900 1. Thông số hệ thống - Model: ZD-W900 - Kích thước: 16000 x 3760 x 3100 ( Lx Wx H ) - Kích thước hệ thống rửa xe: 1950 x 2200 ( Lx Wx H ) - Tốc độ băng truyền 5-6 m/ phút - Lượng xe rửa tối đa 60-80 xe / giờ - Tiêu thụ nước 100-120 lít/ xe - Điện áp hoạt động : 380v, 50hz, 3 pha, 45 Kw - Sử dụng khí nén: 5-8 bar (Nguồn [10]) 1. Hệ thống rửa xe tải – bus tự động 1.

Hình ảnh hệ thống rửa xe tải – bus tự động GVHD. TRẦN ĐỨC TOÀN 17 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.15: Hệ thống rửa xe tải – bus tự động. Thông số hệ thống - Model: ZD- W600 - Thông số kĩ thuật: - Kích thước: 2150 x 5780 x 5800 ( Lx Wx H ) - Kích thước hệ thống rửa xe: 1950 x 2200 ( Lx Wx H ) - Tổng trọng lượng: 3,5 Tấn - Chiều dài đường day: 20000 mm - Chiều rộng của hai day: 4250 mm - Thời gian rửa xe : 3-6 phút / Xe bus - Lượng xe rửa tối đa 150 xe / giờ - Tiêu thụ nước 100-120 lít/ xe - Điện áp hoạt động : 380v, 50hz, 3 pha - Tổng công suất: 8 kw + 5,5 kw - Sử dụng khí nén: 5-8 bar (Nguồn [10]) 2.Một số hệ thống rửa xe được sử dụng trong nước 2.1 Hệ thống rửa xe tự động ở cảng Long Bình GVHD. TRẦN ĐỨC TOÀN 18 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1.

Hệ thống rửa xe thân thiện môi trường ở các cảng. Long Bình là cảng thủy nội địa nhưng có thể tiếp nhận phương tiện thủy nước ngoài chở hàng hóa có trọng tải đến 5.000 DWT vào, ra tại cảng. Hàng ngày có một lượng lớn phương tiện ra vào cảng bốc xếp hàng hóa. Theo lãnh đạo cảng Long Bình, do trước khi vào cảng bánh xe dính đầy bùn đất đã vô tình làm cho hệ thống kho bãi bị vướng bẩn.

Khắc phục tình trạng này, trước đây cảng đã bố trí người cầm vòi để xịt bánh mỗi khi xe ra vào. Cách làm này vừa mang tính thủ công, vừa tốn nhân lực nhưng hiệu quả đem lại chưa cao. Mới đây cảng đã phối hợp với Công ty Cổ phần Yamaguchi Việt Nam lắp đặt hệ thống trạm rửa xe tự động. Với 11 chi tiết máy móc, hệ thống này có thể tiếp nhận rửa khoảng 300 xe/ngày.

Để lắp đặt hệ thống rửa xe tự động này chỉ cần diện tích mặt bằng khoảng 10m2. Khi cần di chuyển tới địa điểm khác cũng có thể thực hiện rất dễ dàng trong vòng 20 phút.2 Hệ thống rửa xe công trình ở Quận Tân Bình – TP Hồ Chí Minh GVHD. TRẦN ĐỨC TOÀN 19 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Thiết kế Mô hình hệ thống rửa xe tự động Hình 1. Máy rửa xe công trình Model: DW-SG01 Hãng sản xuất: DONGWOO – Hàn Quốc Thiết kế lặp đặt âm, tiết kiệm không gian.

Bùn đất sẽ được sàn lọc kĩ càng Hệ thống vòi phun nước áp lực cao. Dễ dàng bảo dưỡng.