Đồ án: Thiết kế & Thi công hệ thống rửa xe tự động PLC S7-1200 - WinCC

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7 1200 điều khiển và giám, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho

• Tác giả: Nguyễn Văn Anh
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Rửa Xe Tự Động Dùng PLC S7-1200, Điều Khiển Và Giám Sát Trên WinCC
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
• TÓM TẮT
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI NÓI ĐẦU
• DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
• 1.1. Tổng quan về hệ thống
• 1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
• 1.3. Các công nghệ sử dụng trong hệ thống
• 1.4. Phương án thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL
• 2.1. Tổng quan về PLC
• 2.2. Sự lựa chọn cho hệ thống nhỏ và vừa
• 2.3. Chế độ bảo mật của PLC S7-1200
• 2.3.1. Chế độ bảo mật về quyền truy cập vào CPU và khối hàm
• 2.3.2. Chế độ Know – how Protection
• 2.3.3. Chế độ Copy Protection
• 2.4. Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
• 2.5. Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm PLC S7-1200
• 2.5.1. Module xử lý trung tâm CPU
• 2.5.2. Module tín hiệu SM
• 2.5.3. Module xử lý truyền thông
• 2.5.4. Module nguồn cung cấp Power module
• 2.5.5. Các module đặc biệt và Board tín hiệu
• 2.6. Vùng nhớ, địa chỉ và kiểu dữ liệu trong PLC S7 -1200
• 2.6.1. Kiểu dữ liệu của S7 – 1200
• 2.6.2. Vùng nhớ địa chỉ
• 2.7. Giới thiệu về PLC S7-1200
• 2.7.1. Các module truyền thông
• 2.7.2. Các bảng hiển thị
• 2.8. Giới thiệu về phần mềm TIA Porta
• 2.8.1. Cách lập trình trong TIA Portal V16
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH RỬA XE TỰ ĐỘNG
• 3.1. Yêu cầu công nghệ của hệ thống
• 3.2. Thiết kế phần cứng
• 3.2.1. Lựa chọn thiết bị
• 3.2.2. Driver điều khiển động cơ bước
• 3.2.3. Cảm biến hồng ngoại
• 3.2.4. Nút nhấn la38/203-209b tự nhả
• 3.2.5. Đèn báo trạng thái
• 3.2.6. Nguồn tổ ong
• 3.3. Thi công mô hình hệ thống
• 3.3.1. Thiết kế phần mềm
• 3.3.2. Thi công phần cứng
• 3.3.3. Mô hình sau khi hoàn thiện
• 4. CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
• 4.1. Bảng phân công đầu vào đầu ra
• 4.2. Giản đồ thời gian
• 4.2.1. Chế độ xịt gầm
• 4.2.2. Chế độ xịt thân xe
• 4.3. Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Rửa Xe Tự Động PLC S7 1200 Tổng Quan Giải Pháp Công Nghệ

Hệ thống rửa xe tự động đang trở thành một xu hướng tất yếu trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Giải pháp này không chỉ giải quyết bài toán về thời gian và nhân lực mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ, bảo vệ bề mặt sơn xe tốt hơn so với phương pháp thủ công. Trọng tâm của các hệ thống hiện đại là bộ điều khiển logic khả trình (PLC), và PLC S7-1200 của Siemens nổi lên như một lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng vừa và nhỏ. Đồ án “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200” của sinh viên Nguyễn Văn Anh và Nguyễn Trung Kiên đã chứng minh tính hiệu quả của giải pháp này. Hệ thống sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC làm bộ não trung tâm, chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu từ các cảm biến hồng ngoại và điều khiển các cơ cấu chấp hành như vòi phun, động cơ. Toàn bộ quy trình được giám sát và điều khiển trực quan thông qua giao diện HMI trên WinCC, cho phép vận hành linh hoạt giữa chế độ tự động (Auto) và thủ công (Manual). Việc tích hợp TIA Portal V16 làm phần mềm lập trình duy nhất mang lại sự đồng bộ và hiệu quả, giảm thiểu độ phức tạp trong quá trình phát triển. Mô hình này là minh chứng cho khả năng ứng dụng công nghệ tự động hóa tiên tiến vào các dịch vụ đời sống, tạo ra một quy trình rửa xe tự động PLC S7-1200 chuyên nghiệp, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.

1.1. Khái niệm và phân loại hệ thống rửa xe tự động hiện nay

Hệ thống rửa xe tự động là một chuỗi các thiết bị chuyên dụng được lập trình để thực hiện toàn bộ quy trình vệ sinh xe một cách tự động. Các hệ thống này thường được phân thành hai loại chính: bán tự động và tự động hoàn toàn. Hệ thống bán tự động giúp giảm thiểu sức người ở các công đoạn như xịt gầm, phun bọt tuyết, nhưng vẫn cần nhân công can thiệp ở bước lau chùi chính. Ngược lại, hệ thống tự động hoàn toàn, như mô hình nghiên cứu, thực hiện tất cả các bước từ phun nước, phun hóa chất, chà rửa bằng chổi (hoặc vòi phun áp lực cao), đến sấy khô mà không cần sự can thiệp của con người. Công nghệ cốt lõi bao gồm việc sử dụng bộ điều khiển PLC để điều phối hoạt động, các loại cảm biến để nhận diện vị trí và kích thước xe, và các cơ cấu chấp hành như bơm, van, và động cơ.

1.2. Lý do PLC S7 1200 là lựa chọn tối ưu cho mô hình

Việc lựa chọn PLC S7-1200, cụ thể là dòng CPU 1214C, cho dự án này dựa trên nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, S7-1200 được thiết kế cho các ứng dụng điều khiển vừa và nhỏ, hoàn toàn phù hợp với quy mô của một trạm rửa xe. Thứ hai, nó tích hợp sẵn cổng PROFINET, cho phép kết nối dễ dàng với các thiết bị khác như màn hình HMI và máy tính lập trình. Thứ ba, PLC S7-1200 hỗ trợ mạnh mẽ các tập lệnh điều khiển quá trình, bộ đếm tốc độ cao (HSC) và ngõ ra phát xung (PTO/PWM), rất cần thiết cho việc điều khiển chính xác vị trí của các cơ cấu. Cuối cùng, việc lập trình trên nền tảng TIA Portal mang lại một môi trường phát triển tích hợp toàn diện, từ cấu hình phần cứng, viết logic điều khiển đến thiết kế giao diện giám sát.

1.3. Vai trò của phần mềm TIA Portal và giám sát WinCC

TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là phần mềm kỹ thuật hợp nhất của Siemens, đóng vai trò then chốt trong dự án. Nó cung cấp một môi trường duy nhất để lập trình cho PLC S7-1200 và thiết kế giao diện giám sát trên WinCC. Điều này giúp loại bỏ sự không tương thích giữa các phần mềm khác nhau, tiết kiệm thời gian và giảm thiểu lỗi. Trong khi đó, WinCC (Windows Control Center) cho phép xây dựng giao diện Người-Máy (HMI) trực quan. Thông qua HMI, người vận hành có thể khởi động, tạm dừng hệ thống, lựa chọn chế độ hoạt động, theo dõi trạng thái của từng thiết bị (bơm, van, cảm biến) và nhận cảnh báo khi có sự cố. Sự kết hợp này biến mô hình cơ khí thành một hệ thống thông minh, dễ dàng vận hành và quản lý.

II. Phân Tích Các Thách Thức Khi Thiết Kế Hệ Thống Rửa Xe Tự Động

Việc chuyển đổi từ phương pháp rửa xe thủ công sang tự động hóa đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật và chi phí. Rửa xe thủ công, mặc dù phổ biến, lại tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu như tốn thời gian, tiêu hao nhiều nước, chất lượng không đồng đều và phụ thuộc lớn vào tay nghề của nhân công. Bụi bẩn bám lâu ngày nếu không được xử lý đúng cách có thể gây ăn mòn, hoen gỉ các chi tiết kim loại và hủy hoại lớp sơn xe. Mục tiêu của việc thiết kế hệ thống rửa xe tự động là giải quyết triệt để các vấn đề này. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi phải vượt qua các rào cản kỹ thuật. Thách thức lớn nhất là xây dựng một quy trình hoàn toàn tự động có thể thích ứng với nhiều loại xe khác nhau. Điều này yêu cầu hệ thống cảm biến phải đủ thông minh để nhận diện chính xác vị trí và kích thước xe, từ đó điều khiển giàn phun di chuyển hợp lý. Hơn nữa, việc lựa chọn phương án thiết kế cũng là một bài toán khó. Các phương án sử dụng băng chuyền, mặc dù hiệu quả, lại chiếm nhiều diện tích và có chi phí đầu tư cao. Dựa trên phân tích này, đề tài đã lựa chọn phương án không dùng băng chuyền, tập trung vào hệ thống vòi phun áp suất cao di động, điều khiển bởi PLC S7-1200, nhằm tối ưu hóa không gian và chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả làm sạch.

2.1. Hạn chế của phương pháp rửa xe truyền thống tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các dịch vụ rửa xe thủ công vẫn chiếm đa số. Phương pháp này có những hạn chế rõ rệt. Thứ nhất, thời gian chờ đợi lâu, đặc biệt vào giờ cao điểm, gây bất tiện cho khách hàng. Thứ hai, chất lượng dịch vụ không ổn định, phụ thuộc vào kinh nghiệm và sự cẩn thận của người thợ. Việc sử dụng khăn lau không sạch có thể tạo ra các vết xước dăm trên bề mặt sơn. Thứ ba, lãng phí tài nguyên nước và hóa chất do không được định lượng chính xác. Cuối cùng, môi trường làm việc ẩm ướt, độc hại có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân công. Những hạn chế này là động lực thúc đẩy sự ra đời của các hệ thống rửa xe tự động hiện đại.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi trong một quy trình tự động hóa

Để tự động hóa hoàn toàn quy trình rửa xe, hệ thống phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Hệ thống điều khiển tự động phải đảm bảo tính chính xác và đồng bộ. Các cảm biến phải có độ nhạy và độ bền cao để hoạt động trong môi trường ẩm ướt. Cơ cấu chấp hành (bơm cao áp, động cơ, van điện từ) phải phản ứng nhanh và chính xác theo lệnh từ PLC. Logic chương trình điều khiển phải được thiết kế chặt chẽ, bao gồm các kịch bản xử lý lỗi và đảm bảo an toàn cho cả xe và hệ thống. Ngoài ra, giao diện vận hành phải đơn giản, thân thiện với người dùng, cho phép giám sát và can thiệp khi cần thiết. Tất cả những yếu tố này cần được tính toán kỹ lưỡng trong giai đoạn thiết kế hệ thống.

2.3. Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu giữa chi phí và hiệu quả

Đề tài nghiên cứu đã khảo sát ba phương án thiết kế. Phương án 1 và 2 đều sử dụng băng chuyền để di chuyển xe qua các công đoạn cố định. Ưu điểm của phương án này là tốc độ nhanh, phù hợp với lưu lượng xe lớn nhưng nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu mặt bằng rộng. Phương án 3, được lựa chọn, loại bỏ băng chuyền. Thay vào đó, xe đứng yên và hệ thống khung vòi phun sẽ di chuyển xung quanh xe. Phương án này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí băng chuyền, giảm diện tích lắp đặt, và đặc biệt phù hợp với điều kiện mặt bằng tại các đô thị Việt Nam. Mặc dù thời gian rửa một xe có thể lâu hơn một chút so với hệ thống băng chuyền, nhưng nó giải quyết được bài toán chi phí và không gian, là lựa chọn khả thi để nhân rộng mô hình rửa xe tự động PLC S7-1200.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Rửa Xe Tự Động Với PLC S7 1200

Giai đoạn thiết kế là nền tảng quyết định sự thành công của toàn bộ dự án rửa xe tự động PLC S7-1200. Quá trình này bao gồm hai phần chính: thiết kế phần cứng và thiết kế phần mềm. Về phần cứng, việc lựa chọn thiết bị phù hợp là cực kỳ quan trọng. Trung tâm điều khiển là PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, có đủ số lượng I/O và hiệu năng xử lý cho ứng dụng. Hệ thống cảm biến sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện xe vào đúng vị trí và giới hạn hành trình của giàn phun. Để điều khiển chuyển động của giàn phun, đề tài sử dụng động cơ bước kết hợp với driver điều khiển động cơ bước TB6600. Các thiết bị khác như rơ-le, nút nhấn, đèn báo, và nguồn tổ ong cũng được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính ổn định và an toàn. Một phần không thể thiếu là thiết kế tủ điện, nơi chứa PLC và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ. Sơ đồ đấu nối các thiết bị được vẽ chi tiết, đảm bảo tín hiệu được truyền nhận chính xác giữa PLC và các thiết bị ngoại vi. Về phần mềm, toàn bộ logic điều khiển được xây dựng trên TIA Portal V16, bao gồm các khối hàm cho từng công đoạn: phun nước, phun bọt, rửa gầm, sấy khô. Thuật toán điều khiển được thiết kế để vận hành mượt mà ở cả hai chế độ Auto và Manual.

3.1. Lựa chọn các thiết bị phần cứng chủ chốt cho mô hình

Việc lựa chọn thiết bị phần cứng được thực hiện dựa trên yêu cầu công nghệ và tối ưu chi phí. Các thành phần chính bao gồm: PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC làm bộ điều khiển trung tâm; Cảm biến hồng ngoại để xác định sự hiện diện của xe và các vị trí giới hạn; Driver điều khiển động cơ bước TB6600 cùng động cơ bước để điều khiển chuyển động tịnh tiến và lên xuống của giàn phun; các rơ-le trung gian để đóng cắt các tải công suất lớn như bơm nước, máy sấy; các nút nhấn (Start, Stop, Emergency Stop) và đèn báo để tạo giao diện điều khiển vật lý; và nguồn tổ ong 24VDC cung cấp nguồn ổn định cho toàn bộ hệ thống điều khiển.

3.2. Xây dựng sơ đồ đấu nối và bố trí linh kiện trong tủ điện

Sơ đồ đấu nối là bản vẽ kỹ thuật chi tiết mô tả cách kết nối dây giữa các thiết bị. Nó bao gồm sơ đồ đấu nối nguồn, sơ đồ kết nối các ngõ vào (Inputs) của PLC với cảm biến và nút nhấn, và sơ đồ kết nối các ngõ ra (Outputs) của PLC với rơ-le, driver động cơ. Việc thiết kế sơ đồ rõ ràng giúp quá trình thi công mô hình rửa xe diễn ra nhanh chóng và chính xác, đồng thời dễ dàng cho việc kiểm tra và sửa chữa sau này. Tủ điện điều khiển được thiết kế khoa học, bố trí PLC, nguồn, cầu chì, rơ-le và terminal một cách hợp lý để tối ưu không gian, đảm bảo tản nhiệt tốt và an toàn điện. Các dây dẫn được đánh số và đi trong máng cáp gọn gàng, tăng tính chuyên nghiệp cho hệ thống.

3.3. Lập trình logic điều khiển trên phần mềm TIA Portal V16

Phần mềm TIA Portal V16 là công cụ để hiện thực hóa thuật toán điều khiển. Chương trình được viết chủ yếu bằng ngôn ngữ Ladder (LAD), một ngôn ngữ lập trình đồ họa quen thuộc và dễ hiểu trong ngành tự động hóa. Logic điều khiển được chia thành các khối chức năng (FC) riêng biệt cho từng nhiệm vụ, ví dụ: FC_KiemTraXe, FC_PhunNuoc, FC_PhunBot, FC_SayKho. Cách tổ chức này giúp chương trình trở nên có cấu trúc, dễ quản lý và gỡ lỗi. Các biến được định nghĩa rõ ràng trong bảng Tag Table. Bảng phân công I/O được lập chi tiết để ánh xạ các địa chỉ vật lý của PLC tới các thiết bị cụ thể. Chương trình cũng bao gồm các logic xử lý cho chế độ Auto (hoạt động tuần tự) và chế độ Manual (cho phép điều khiển riêng lẻ từng thiết bị để kiểm tra, bảo trì).

IV. Quy Trình Thi Công Mô Hình Rửa Xe Tự Động PLC S7 1200 Chi Tiết

Sau khi hoàn tất giai đoạn thiết kế, quá trình thi công mô hình rửa xe tự động được tiến hành. Đây là giai đoạn hiện thực hóa các bản vẽ và ý tưởng thành một sản phẩm vật lý hoạt động được. Quy trình thi công được chia thành các bước rõ ràng để đảm bảo tiến độ và chất lượng. Đầu tiên là thi công phần khung cơ khí. Khung sườn của hệ thống được gia công từ thép hộp, đảm bảo độ cứng vững để chịu tải trọng của giàn phun và các thiết bị khác. Các cơ cấu trượt, ray dẫn hướng được lắp đặt chính xác để giàn phun có thể di chuyển mượt mà. Tiếp theo là công đoạn lắp đặt và đấu nối tủ điện. PLC S7-1200 và các thiết bị phụ trợ được gắn lên ray trong tủ. Dựa trên sơ đồ đấu nối đã thiết kế, các kỹ thuật viên tiến hành đi dây, kết nối các cảm biến, nút nhấn, động cơ, bơm nước vào các terminal tương ứng của PLC. Đây là công đoạn đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác tuyệt đối để tránh chập cháy và sai sót tín hiệu. Cuối cùng, sau khi hoàn thiện phần cứng, chương trình điều khiển từ TIA Portal được nạp vào PLC. Hệ thống được kiểm tra vận hành không tải, sau đó là chạy thử với tải thực tế để hiệu chỉnh các thông số như tốc độ di chuyển, thời gian phun, đảm bảo quy trình rửa xe tự động diễn ra đúng như thiết kế.

4.1. Gia công và lắp đặt phần khung cơ khí hệ thống phun rửa

Khung cơ khí là bộ xương của toàn bộ mô hình. Quá trình này bắt đầu bằng việc cắt, hàn các thanh thép hộp theo kích thước trên bản vẽ thiết kế. Độ chính xác trong gia công cơ khí là rất quan trọng để đảm bảo các bộ phận chuyển động không bị kẹt hay rung lắc. Hệ thống phun rửa, bao gồm các đường ống, béc phun nước, béc phun bọt tuyết, được lắp đặt lên giàn phun di động. Các đường ống được kết nối với bơm nước và bình chứa hóa chất. Vị trí và góc phun của các béc được tính toán để có thể bao phủ toàn bộ bề mặt xe, từ gầm, thân xe đến nóc xe, đảm bảo hiệu quả làm sạch tối ưu.

4.2. Đấu nối tủ điện trung tâm và các thiết bị ngoại vi

Công đoạn đấu nối tủ điện là trái tim của hệ thống. Dựa vào bản vẽ sơ đồ đấu nối, các dây tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại, nút nhấn được kết nối tới các ngõ vào Digital Input (DI) của PLC. Các dây điều khiển tới rơ-le của bơm, máy sấy và driver động cơ bước được kết nối từ các ngõ ra Digital Output (DQ). Việc đấu nối phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn điện, sử dụng đầu cốt, dây dẫn có tiết diện phù hợp và phân biệt màu dây rõ ràng. Sau khi đấu nối xong, mỗi kết nối đều được kiểm tra thông mạch để đảm bảo không có sai sót trước khi cấp nguồn cho hệ thống.

4.3. Nạp chương trình kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống vận hành

Khi phần cứng đã sẵn sàng, chương trình điều khiển được biên dịch và nạp từ máy tính vào PLC S7-1200 thông qua cáp Ethernet. Quá trình kiểm tra bắt đầu bằng việc test riêng lẻ từng cơ cấu ở chế độ Manual thông qua giao diện HMI WinCC hoặc nút nhấn vật lý. Mục đích là để xác nhận các thiết bị hoạt động đúng và chiều quay của động cơ là chính xác. Sau đó, hệ thống được chuyển sang chế độ Auto để chạy thử toàn bộ chu trình. Trong quá trình này, các thông số như thời gian trễ, tốc độ động cơ, vị trí dừng của giàn phun sẽ được theo dõi và hiệu chỉnh trực tiếp trên TIA Portal để đạt được hiệu suất hoạt động tốt nhất.

V. Vận Hành Giám Sát Hệ Thống Rửa Xe Qua Giao Diện WinCC

Một hệ thống rửa xe tự động PLC S7-1200 hiện đại không thể thiếu giao diện giám sát và điều khiển thân thiện. Trong đề tài này, WinCC tích hợp trong TIA Portal được sử dụng để xây dựng giao diện HMI (Human Machine Interface). Giao diện này không chỉ là công cụ để vận hành mà còn là một trung tâm giám sát, cung cấp cái nhìn tổng quan về trạng thái hoạt động của toàn bộ hệ thống. Người vận hành có thể dễ dàng khởi động chu trình rửa xe tự động chỉ với một nút nhấn trên màn hình cảm ứng. Giao diện chính hiển thị một cách trực quan mô hình hệ thống, trạng thái của các thiết bị như bơm, van, động cơ đang BẬT hay TẮT. Các thông số vận hành như thời gian của mỗi công đoạn cũng được hiển thị rõ ràng. Đặc biệt, hệ thống cho phép lựa chọn linh hoạt giữa hai chế độ vận hành. Chế độ Auto sẽ thực hiện toàn bộ quy trình một cách tuần tự theo lưu đồ thuật toán đã lập trình. Chế độ Manual cho phép người dùng điều khiển độc lập từng thiết bị, rất hữu ích cho công tác bảo trì, sửa chữa và kiểm tra. Toàn bộ thiết kế giao diện HMI đều hướng tới sự đơn giản, dễ sử dụng, giúp giảm thời gian đào tạo và hạn chế sai sót trong quá trình vận hành hệ thống điều khiển tự động.

5.1. Cấu hình các chế độ hoạt động Auto và Manual trên HMI

Chế độ Auto là chế độ vận hành chính. Khi người dùng nhấn nút 'Start Auto' trên HMI, PLC sẽ thực thi một chuỗi các bước đã được lập trình sẵn: kiểm tra xe đã vào vị trí, phun nước làm ướt, phun bọt tuyết, phun rửa gầm, phun nước làm sạch và cuối cùng là sấy khô. Mỗi bước được thực hiện trong một khoảng thời gian được cài đặt trước. Ngược lại, chế độ Manual cung cấp sự linh hoạt tối đa. Trên màn hình HMI sẽ có các nút nhấn ảo cho từng thiết bị: 'Bơm Nước ON/OFF', 'Bơm Bọt ON/OFF', 'Động Cơ Tiến/Lùi'. Chế độ này cho phép kỹ thuật viên kiểm tra chức năng của từng bộ phận mà không cần chạy toàn bộ chu trình, giúp việc chẩn đoán lỗi trở nên nhanh chóng và hiệu quả.

5.2. Giản đồ thời gian và lưu đồ thuật toán điều khiển chi tiết

Để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác, giản đồ thời gian và lưu đồ thuật toán đã được xây dựng chi tiết. Giản đồ thời gian mô tả trình tự và thời gian hoạt động của từng cơ cấu chấp hành trong một chu trình rửa xe hoàn chỉnh. Nó cho thấy mối quan hệ thời gian giữa các hoạt động, ví dụ như bơm nước phải tắt trước khi bơm bọt hoạt động. Lưu đồ thuật toán là sự biểu diễn đồ họa của logic điều khiển trong chương trình PLC. Nó bắt đầu bằng điểm 'Start', đi qua các khối quyết định (dựa trên tín hiệu cảm biến) và các khối xử lý (kích hoạt ngõ ra), và kết thúc tại điểm 'End'. Việc xây dựng các sơ đồ này trước khi lập trình giúp hệ thống hóa tư duy, giảm thiểu sai sót logic và làm cho chương trình điều khiển tự động trở nên rõ ràng, dễ bảo trì.

5.3. Thiết kế giao diện giám sát trực quan và cảnh báo trên WinCC

Giao diện HMI trên WinCC được thiết kế với bố cục khoa học. Màn hình chính (Main Screen) hiển thị sơ đồ mô phỏng hệ thống với các đèn báo trạng thái động. Ví dụ, khi bơm nước hoạt động, biểu tượng bơm trên màn hình sẽ chuyển sang màu xanh. Một khu vực riêng dành cho các nút điều khiển (Start, Stop, chọn chế độ). Một màn hình khác (Alarm Screen) được dùng để hiển thị các cảnh báo. Ví dụ, khi nhấn nút dừng khẩn cấp, một cảnh báo màu đỏ sẽ xuất hiện trên màn hình, thông báo cho người vận hành về tình trạng hệ thống. Giao diện trực quan này giúp người vận hành, ngay cả những người không có chuyên môn sâu về kỹ thuật, cũng có thể dễ dàng nắm bắt và điều khiển hệ thống rửa xe tự động PLC S7-1200 một cách an toàn.

VI. Đánh Giá Hiệu Quả và Hướng Phát Triển Tương Lai cho Mô Hình

Mô hình rửa xe tự động PLC S7-1200 sau khi hoàn thành đã được đưa vào vận hành thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Hệ thống hoạt động ổn định, các chu trình diễn ra đúng theo logic đã lập trình trên TIA Portal. Thời gian hoàn thành một chu trình rửa xe nhanh hơn đáng kể so với phương pháp thủ công, giúp giải quyết vấn đề chờ đợi của khách hàng và tăng năng suất cho cơ sở kinh doanh. Việc tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công vận hành, chỉ cần một người giám sát qua giao diện HMI WinCC. Chất lượng rửa đồng đều và ổn định, bảo vệ tốt hơn cho bề mặt sơn xe. Mô hình này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng rất lớn trong bối cảnh số lượng ô tô tại Việt Nam ngày càng tăng. Tuy nhiên, đề tài cũng chỉ ra những hướng phát triển trong tương lai để hoàn thiện hơn nữa hệ thống. Có thể kể đến việc tích hợp hệ thống tái sử dụng nước để bảo vệ môi trường, nâng cấp cảm biến để nhận diện chính xác hơn các loại xe có hình dáng phức tạp, hoặc phát triển ứng dụng di động cho phép khách hàng đặt lịch và thanh toán trực tuyến. Những cải tiến này sẽ giúp hệ thống rửa xe tự động trở nên thông minh, hiệu quả và cạnh tranh hơn trên thị trường.

6.1. Kết quả thực tiễn và ưu điểm của mô hình sau thi công

Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình hoạt động đúng với các yêu cầu thiết kế ban đầu. Hệ thống đáp ứng tốt cả hai chế độ Auto và Manual. Các cảm biến hồng ngoại hoạt động chính xác trong việc phát hiện xe và giới hạn hành trình. PLC S7-1200 xử lý tín hiệu nhanh và điều khiển các cơ cấu chấp hành một cách mượt mà. Ưu điểm nổi bật của mô hình là chi phí đầu tư hợp lý do không sử dụng băng chuyền, tiết kiệm diện tích lắp đặt, quy trình vận hành đơn giản và an toàn. Mô hình đã giải quyết được các vấn đề cốt lõi của việc rửa xe như thời gian, chi phí nhân công và chất lượng dịch vụ.

6.2. Tiềm năng ứng dụng và khả năng nhân rộng tại Việt Nam

Với sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện ô tô cá nhân tại các thành phố lớn ở Việt Nam, nhu cầu về dịch vụ chăm sóc xe chuyên nghiệp, nhanh chóng ngày càng cao. Mô hình rửa xe tự động PLC S7-1200 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các trung tâm thương mại, bãi đỗ xe, trạm xăng dầu hoặc các gara chăm sóc xe chuyên nghiệp. Với chi phí đầu tư không quá cao và yêu cầu mặt bằng linh hoạt, mô hình này hoàn toàn có khả năng được nhân rộng, góp phần hiện đại hóa ngành dịch vụ sửa chữa và bảo dưỡng ô tô trong nước, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người tiêu dùng.

6.3. Gợi ý các hướng nâng cấp và phát triển hệ thống trong tương lai

Để hệ thống trở nên thông minh và tối ưu hơn, có một số hướng phát triển có thể được nghiên cứu trong tương lai. Thứ nhất, tích hợp hệ thống xử lý và tái sử dụng nước rửa xe để giảm tác động đến môi trường và tiết kiệm chi phí vận hành. Thứ hai, sử dụng các loại cảm biến tiên tiến hơn như camera AI hoặc cảm biến laser để quét biên dạng 3D của xe, từ đó tối ưu hóa quỹ đạo di chuyển của giàn phun, giúp làm sạch hiệu quả hơn và tiết kiệm thời gian. Thứ ba, kết nối hệ thống với Internet (IoT), cho phép quản lý từ xa, thu thập dữ liệu vận hành và tích hợp với các hệ thống thanh toán không dùng tiền mặt, nâng cao trải nghiệm khách hàng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan về hệ thống Hệ thống rửa xe tự động là: một chuỗi các thiết bị chuyên dụng phục vụ cho quá trình vệ sinh xe một cách toàn diện, bao gồm: khung sườn, vòi phun nước, bình xịt,. Các bộ phận này có sự liên kết chặt chẽ với nhau, không có thể tách rời và các bước vệ sinh đều được lập trình sẵn để có thể tự động vận hành. Quá trình sử dụng chỉ cần từ một đến hai nhân công quan sát, điều khiển và vận hành máy. − Các hệ thống hiện nay + Hiện nay Việt Nam đa số là dùng rửa xe thủ công còn rửa xe tự động có một số hệ thống rửa xe tự động.

1 Hệ thống rửa xe • Hệ thống rửa xe bán tự động Hệ thống rửa xe ô tô bán tự động giúp giảm số lượng nhân viên để rửa xe, chi phí và thời gian xịt gầm. Ví dụ đơn giản để chứng minh cho điều này có thể diễn giải như sau: Khi bạn sử dụng cầu nâng 1 trụ để nâng xe hỗ trợ công việc rửa xe, những người thợ sẽ phải xịt nước 1 rửa ở bên ngoài phần thân xe và gầm xe 1 lần để làm sạch bớt lớp bụi bẩn, đất đá. Với hệ thống rửa này thì bước làm này không cần thiết vì được thiết kế hệ thống các vòi xịt xung quanh thân xe và đi kèm hệ thống xịt rửa gầm xe áp lực mạnh. Ngoài ra hệ thống rửa xe này còn trang bị thêm một số vòi xịt bọt tuyết toàn bộ xe để quy trình làm sạch hiệu quả hơn.

Tuy nhiên điểm hạn chế chính là vẫn phải sử dụng phương pháp rửa thủ công bằng tay sau khi phủ lớp bọt tuyết lên xe. Hệ thống rửa bán tự động được đầu tư với mức giá thấp hơn, được phát triển và mở rộng rãi từ khắp các gara chăm sóc, sửa xe chuyên nghiệp. [1] • Hệ thống rửa xe tự động hoàn toàn Hệ thống rửa xe ô tô tự động hoàn toàn được trang bị đầy đủ các bộ phận tự động hoạt động với nhiệm vụ cần thiết để rửa xe như hệ thống phun rửa toàn diện phun nước theo nhiều hướng mà mình đã thiết kế, hệ thống chổi làm sạch ở phía trước, sau và hai bên, hệ thống phun dạng bọt và sấy khô sau khi quá trình rửa kết thúc. Ở hình thức rửa SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc xe này bạn không cần phải thuê thêm nhân công vì tất cả đều được thực hiện hoàn toàn tự động.

Ưu điểm của hệ thống này còn nữa đó là thời gian rửa xe khá là nhanh chỉ khoảng 5-6 phút cho một chiếc xe. Vì vậy mà những trung tâm rửa xe này thường đón tiếp đón số lượng xe rất lớn, có thể đến rửa cùng 1 lúc thu lại lợi nhuận kinh tế khá cao. Chất lượng làm sạch của hệ thống rửa xe ô tô tự động cũng làm hài lòng đa số khách hàng, thời gian rửa xe nhanh chóng, không mất công chờ đợi. 2 Hệ thống rửa xe tự động Tuy nhiên nhược điểm còn tồn tại của hệ thống rửa tự động này là mức giá khá cao để hoàn thành lắp đặt 1 hệ thống rửa xe ô tô tự động như vậy cần tối thiểu là khoảng 600 triệu đồng.

Có lẽ đây là mức đầu tư không hề nhỏ với nhiều người đặc biệt là khi phương pháp rửa xe cũ đã quá quen thuộc, để đầu tư như vậy là rất khó khăn. − Tìm hiểu một số hệ thống đã có. + Hệ thống rửa xe tự động ct-919d HÌNH 1. 3 Hệ thống rửa xeCT-919d • 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 SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc • Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khí hoặc bằng xích.

• Hệ thống xì khô bằng khí nén • Công suất 8Kw • Điểu khiển từ xa, điện 12V, tủ điều khiển 36V • Lưu lượng nước 120L/ph • Thời gian rửa trung bình 3 phút/xe • Tiêu hao tính cho 1 xe: 0.2 Kw Điện, 100L nước + Hệ thống rửa xe tự động ct-818 HÌNH 1. 4 Hệ thống rửa xe CT-818 Tên sản phẩm: Hệ thống rửa xe tự động CT-818. Hãng sản xuất: Autowash- Trung Quốc dùng model: CT- 818 Kho: Kho của nhà sản xuất Phạm vi ứng dụng: • Rửa xe trong thành phố, bụi bám ít ngày, dễ rửa, tốc độ nhanh cho các loại xe du lịch • Thông số kỹ thuật: • Nguyên lý rửa: Phun áp lực lớn • Đảo chiều di chuyển • Phun tự động • Rửa gầm • Phun xoay • Phun áp lực cao điều khiển từ xa bằng chip vi xử lý • Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khớ hoặc bằng xích. • Phun búng Wax • Kết cấu Thộp chống gỉ sang trọng.

• Cơ cấu nòng hạ tự động điều khiển bằng PLC • Bơm kép SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc + Máy rửa xe tự đông diêu khiển DXC(B)-740 Thành phần và thông số máy: Máy rửa xe tự động điều khiển bằng máy vi tính, kiểu phòng. Model: DXC(B) - 740 Thông số kỹ thuật: HÌNH 1. 5 Hệ thống rửa xe 740 • 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 4-5chỗ, xe du lich 15 chỗ • Tốc độ rửa: 60 chiếc/giờ • Lượng nước tiêu thụ: 120lít/chiếc • Phương thức chuyển động: chuyển động liên tục • Đường dẫn xe: 10m • Bàn xoa: + Bàn xoa to: 4 chiếc + Bàn xoa nhỏ: 2 chiếc + Bàn xoa ngang: 1 chiếc • Quạt gió: 4 chiếc • Công suất thiết bị: 28 kw • Áp suất khí nén: 0.8Mpa + Hệ thống rửa xe tự động cb 1/28 karcher dùng ngoài trời SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc HÌNH 1. 6 Hệ thống rửa xe ngoài trời • Chiều cao làm sạch: 2800mm • Chiều cao của hệ thống:3700mm • Chiều ngang của hệ thống bao gồm 2 bàn chải bên: 4035mm • Lưu lượng nước cấp: 50lít/phút/4-6 bar • suất 64 KW • Nguồn điện: 3P, 400V, 50 Hz • Tốc độ di chuyển của băng chuyền làm sạch: 0-20m/phút với 2 mô tơ truyền lực 0.25kW, IP 66 • Công suất rửa xe tối đa 4 phút/ xe 1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống - Hệ thống rửa xe bằng dây chuyền Các thiết bị: Chổi lau sườn: 2 chiếc; chổi lau nóc dạng con lăn tròn: 1 chiếc; chổi lau bánh và mép dưới sườn xe: 2 chiếc; dàn phun nước cao áp: 2 dàn; dàn phun dung dịch chất tẩy: 1 dàn; dàn sấy khô: 1 dàn; vòi phun nước cao áp để rửa bánh xe: 2 vòi; thiết bị cảm ứng: 2 cái.

Nguyên lý hoạt động: Xe được đưa lên băng tải sau đó nhân viên sẽ ấn nút start băng tải bắt đầu hoạt động. Xe được đưa vào gặp cảm biến 1 hệ thống phun nước, hệ thống phun chất tẩy rửa và chổi lau nóc hoạt động. Xe được lau nóc và phun làm ướt, khi đi qua hệ thống phun nước sẽ gặp cảm biến 2, cảm biến 2 sẽ mở hệ thống chổi lau bánh, lau sườn, hệ thống phun nước làm sạch và sấy khô hoạt động xe được đưa qua lần lượt và kết thúc quá trình rửa xe. Hệ thống chổi lau được gắn vào các cánh tay rôbốt có thể ra vào lên xuống để thực hiện quá trình lau.

SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc HÌNH 1. 7 hình ảnh minh họa hệ thống - Hệ thống: xịt vòi bằng áp lực Các thiết bị: Vòi phun nước áp lực cao: 60 chiếc; vòi phun hóa chất tẩy: 12 chiếc; máy thổi khô: 4 chiếc. Nguyên lí hoạt động: Xe được đưa lên băng tải nhân viên ấn nút start cả hệ thống rửa xe bắt đầu hoạt động. Xe được băng tải đưa qua lần lượt các vòi phun nước, phun chất tẩy rửa và qua hệ thống sấy khô để kết thúc quá trình rửa xe.

8 Hình ảnh minh họa 1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống Hiện nay trên thị trường có nhiều hệ thống với các công nghệ sử dụng khác nhau như: - Hệ thống rửa xe tự động bằng dây chuyền sử dụng vòi xịt cao áp để làm sạch: dùng các vòi xịt có các đầu nén để tăng áp suất vòi xịt. SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc HÌNH 1. 9 Hệ thống xịt vòi áp suất - Hệ thống rửa xe tự động sử dụng PLC để điều khiển: Hệ thống được chủ yếu là dùng PLC 1200 hoặc 1500 để điều khiển và giám sát. 10 Hệ thống rửa xe dùng PLC - Hệ thống rửa xe tự động dùng Arduino khiển để vận hành hệ thống: Hệ thống dùng Arduino, matlap để điều khiển và lập trình cho hệ thống.

SVTH: Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Trung Kiên GVHD: Phan Thị Thanh Vân 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng plc s7-1200, điều khiển và giám sát trên wincc HÌNH 1. 11 Hệ thống rửa xe tự động dùng Arduino Nhóm em sử dụng kết hợp PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC và HMI để điều khiển, lập trình và giám sát hệ thống rửa xe tự động.4 Phương án thiết kế Phương án 1: 1 cảm biến để cho máy bơm nước xà bơm xà phòng.