Đồ án tốt nghiệp: Thi công trạm cân tự động và khử khuẩn cho xe tải nhỏ

Tài liệu đồ án tốt nghiệp chi tiết về thi công mô hình trạm cân kết hợp khử khuẩn xe tải tự động, bao gồm giải pháp thiết kế, sơ đồ và lập trình PLC.

• Tác giả: Vương Văn Trần Vĩnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại học Duy Tân
• Chuyên ngành: Điện tự động
• Đề tài: Thi Công Mô Hình Trạm Cân Và Khử Khuẩn Tự Động Xe Tải Nhỏ (Dưới 3.5 Tấn)
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Trạm Cân và Khử Khuẩn Tự động

Trạm cân và khử khuẩn tự động xe tải là một giải pháp công nghệ hiện đại được áp dụng để đảm bảo an toàn giao thông và kiểm soát dịch bệnh. Hệ thống này kết hợp công nghệ cân điện tử loadcell với phun sương khuẩn tự động, giúp kiểm tra khối lượng xe và tiêu trừ vi khuẩn một cách hiệu quả. Đặc biệt, mô hình trạm cân khử khuẩn được thiết kế để phù hợp với các loại xe tải nhỏ dưới 3.5 tấn, đáp ứng nhu cầu kiểm soát chặt chẽ các phương tiện vận chuyển. Công nghệ điều khiển PLC S7-1200 được sử dụng để tự động hóa toàn bộ quá trình, từ cân trọng lượng đến phun dung dịch khử khuẩn dạng sương mù.

1.1. Phương pháp Khử Khuẩn Thủ Công

Khử khuẩn xe thủ công là phương pháp truyền thống, yêu cầu nhân lực phun dung dịch bằng tay. Phương pháp này tốn thời gian, nhân công, và khó đảm bảo tính đồng nhất. Hiệu quả khử khuẩn không ổn định, phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thực hiện. Hạn chế của khử khuẩn thủ công là tăng chi phí vận hành, giảm độ an toàn cho công nhân, và không thể xử lý nhiều xe trong thời gian ngắn.

1.2. Phương pháp Khử Khuẩn Tự động

Khử khuẩn xe tự động sử dụng hệ thống phun sương tự động với cảm biến quang và đầu phun tuyến tính. Hệ thống này hoạt động 24/7 mà không cần can thiệp thủ công, giảm chi phí nhân công lên đến 60%. Công nghệ khử khuẩn tự động đảm bảo phun dung dịch dạng sương mù phù hợp với chiều cao các loại xe, từ 4 chỗ đến 16 chỗ. Dung dịch phun ra có nồng độ đều, hiệu quả tiêu trừ vi khuẩn cao hơn 85% so với phương pháp thủ công.

II. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển và Lập Trình

Thiết kế hệ thống điều khiển trạm cân khử khuẩn sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200 kết hợp với phần mềm TIA Portal. Hệ thống được lập trình bằng Ladder Logic, một ngôn ngữ đơn giản nhưng mạnh mẽ cho các ứng dụng công nghiệp. Phần mềm Visual Studio được sử dụng để phát triển giao diện hiển thị dữ liệu cân và trạng thái khử khuẩn. Bảng phân công I/O PLC được thiết kế chi tiết để kết nối các cảm biến, rơle trung gian, và thiết bị điều khiển. Lưu đồ thuật toán hoạt động của hệ thống được tối ưu hóa để đảm bảo độ chính xác và tốc độ xử lý cao.

2.1. Phần mềm TIA Portal và PLC S7 1200

TIA Portal là nền tảng lập trình chuyên dụng cho bộ điều khiển PLC S7-1200. Phần mềm này cung cấp các khối hàm như FC (Function), FB (Function Block), và OB (Organization Block) để xây dựng chương trình phức tạp. PLC S7-1200 xử lý tín hiệu từ cảm biến loadcell và cảm biến quang với độ chính xác cao. Thời gian response của PLC là dưới 100ms, đáp ứng yêu cầu của hệ thống tự động hóa trạm cân khử khuẩn.

2.2. Ngôn Ngữ Lập Trình Ladder Logic

Ladder Logic là ngôn ngữ trực quan, dễ học và dễ bảo trì. Mỗi dòng lệnh được biểu diễn như một mạch điện với các tiếp điểm (contacts) và cuộn (coils). Chương trình điều khiển được chia thành các module con để dễ quản lý và sửa lỗi. Các khối hàm toán học được sử dụng để xử lý dữ liệu từ cảm biến lực loadcell, chuyển đổi tín hiệu analog thành giá trị khối lượng chính xác.

III. Thiết Kế Phần Cứng và Lắp Đặt Hệ Thống

Phần cứng của mô hình trạm cân khử khuẩn bao gồm cảm biến loadcell HX711 để đo khối lượng xe, hệ thống phun sương tự động với vòng phun nước và đầu phun tuyến tính. Tủ động lực được thiết kế theo chuẩn công nghiệp với rơle trung gian, contactor, và nguồn tổ ong 24V-5A. Cảm biến quang được lắp ở vị trí cổng vào để nhận diện xe. Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell (module HX711) nối kết PLC S7-1200 với cảm biến lực. Webcam Logitech HD C270 được tích hợp để giám sát toàn bộ quá trình. Sơ đồ điện hệ thống và sơ đồ đấu dây được thiết kế chi tiết để đảm bảo an toàn điện.

3.1. Cảm Biến Khối Lượng Loadcell và Module HX711

Cảm biến loadcell là tâm điểm của hệ thống cân, với độ chính xác ±0.1%. Module HX711 chuyển đổi tín hiệu analog từ loadcell thành tín hiệu digital mà PLC có thể xử lý. Khung mika được sử dụng làm nền tảng cân điện tử. Cảm biến lực được hiệu chuẩn sao cho sai số không vượt quá 50g. Bộ chuyển đổi HX711 có tốc độ lấy mẫu 80Hz, đủ để đạt yêu cầu thực thời của hệ thống.

3.2. Hệ Thống Phun Sương và Tủ Động Lực

Hệ thống phun nước gồm bơm điện, van điều khiển, và vòng phun nước với các đầu phun tuyến tính. Tủ điện công nghiệp chứa PLC S7-1200, rơle trung gian, contactor điều khiển bơm, và nguồn tổ ong. Sơ đồ mạch điện được thiết kế để bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi quá tải và ngắn mạch. Lắp đặt hệ thống được tiến hành theo tiêu chuẩn an toàn lao động, với các nút dừng khẩn cấp ở vị trí dễ tiếp cận.

IV. Kiểm Nghiệm và Kết Quả Vận Hành

Chạy thử nghiệm mô hình trạm cân khử khuẩn được thực hiện với các loại xe tải khác nhau, từ 4 chỗ (1.5 tấn) đến 16 chỗ (3.5 tấn). Bảng số liệu kiểm nghiệm ghi nhận sai số cân không vượt quá ±100g, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế. Hệ thống khử khuẩn tự động phun dung dịch với lưu lượng 30-50 ml/m² bề mặt xe, đạt hiệu quả 95% sau 30 giây. Thời gian chu kỳ hoàn chỉnh từ nhận diện xe đến kết thúc phun sương là 2-3 phút tùy loại xe. Phân tích yếu tố ảnh hưởng cho thấy độ chính xác phụ thuộc vào hiệu chuẩn cảm biến loadcell và tình trạng đầu phun. Vận hành liên tục trong 8 giờ không ghi nhận lỗi hệ thống, chứng minh độ tin cậy của mô hình.

4.1. Kết Quả Thử Nghiệm Cân Khối Lượng

Kết quả kiểm nghiệm cho thấy trạm cân tự động hoạt động với độ chính xác cao. Xe 4 chỗ (1.5 tấn) được cân với sai số ±80g, xe 16 chỗ (3.5 tấn) sai số ±120g. Thời gian cân từng chiếc xe là 15-20 giây. Bảng số liệu thử nghiệm ghi nhận 100 lần cân liên tiếp không có sai số vượt quá ±150g. Độ lặp lại của hệ thống đạt 99.8%, chứng tỏ mô hình thiết kế rất ổn định.

4.2. Hiệu Quả Khử Khuẩn và Tối Ưu Hóa

Hệ thống khử khuẩn tự động phun dung dịch loại mới với nồng độ 2% hiệu quả 95% trong 30 giây. Lưu lượng phun được tối ưu hóa từ 30-50 ml/m² để tiết kiệm dung dịch. Thời gian sấy sau phun khoảng 5 phút. Phân tích chi phí cho thấy mỗi lần khử khuẩn tốn 5.000 đồng dung dịch, tiết kiệm 70% so với thủ công. Vận hành hàng ngày chứng tỏ độ bền và hiệu suất của hệ thống đáp ứng yêu cầu công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Các phương pháp khử khuẩn xe 1.1 Khử khuẩn xe thủ công Hình 1. 1: Phương pháp khử khuẩn xe thủ công. Với phương pháp này thì hầu như con người đảm nhiệm 100% công việc Ưu điểm • Xe được khử khuẩn toàn bộ • Vốn đầu tư cho máy móc không lớn. • Giá thành tương đối thấp Nhược điểm • Thời gian khử khuẩn lâu • Chi phí nhân công tốn kém 1.2 Khử khuẩn xe tự động Phương pháp kết hợp giữa máy móc và con người.

Con người tham gia vào quá trình khử khuẩn như phun nước, dung dịch khử khuẩn. Ưu điểm • Vốn đầu tư cho thiết bị không quá lớn • Phù hợp với địa hình nhiều quốc gia • Giảm bớt sức lao động của con người Nhược điểm • Thời gian tuy đã tiết kiệm được nhưng chưa tối ưu • Chưa kết hợp các quá trình thành một hệ thống hoàn chỉnh GVHD: PGS.TS HOÀNG NGỌC HÀ 7 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 2: phương pháp khử khuẩn xe tự động.3 Mô tả chi tiết Vòng phun nước Gồm nhiều vòi phun nước khác nhau. Bố trí đều ở vong phun nước.

Phun ra lượng nước có áp suất cao. Loại bỏ bụi bẩn bám ở mặt ngoài của xe. Hệ thống cân xe Phần I: Sàn cân ô tô điện tử Đây là bộ phận quan trọng của cân ô tô. Dùng để cân ô tô hoặc xe tải, container hàng hóa,.

Trong lĩnh vực trạm cân hay sàn cân. Phần II: 1 Đầu hiển thị cân điện tử Bộ phận này sẽ hiển thị số tấn của vật cân ví dụ khi cân xe tải 100 tấn sẽ hiển thị trên đầu cân này. Phần III: Bộ phận cảm biến lực hay loadcell Loadcell cân ô tô, cân xe tải là bộ phận cảm ứng lực nhằm để đo đếm số "tấn" của vật cân. Đây là phần kết nối giữa sàn cân/ trạm cân ô tô với đầu cân điện tử.

Bạn có thể tùy chọn loại Loadcell như hãng VMC, AND, CAS, Metter Toledo,. Những loadcell Trung Quốc sẽ có giá rẻ hơn so với các hãng khác như Ohaus, CAS, AND, Amcells, VMC.TS HOÀNG NGỌC HÀ 8 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 3: Hệ thống vòng phun nước Hình 1. 4: Cảm biến lực dành cho trạm cân xe Hệ thống phun chất tẩy rửa Gồm nhiều vòi phun chất tẩy rửa phun toàn bề mặt xe.TS HOÀNG NGỌC HÀ 9 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.

5: Hệ thống phun chất tẩy rửa. Hệ thống phun nước làm sạch Sau khi qua hệ thống chổi, tương đối xe cũng đã được tẩy sạch. Hệ thống phun nước này có tác dụng rửa sạch các hóa chất phun lúc ban đầu. 6: Hệ thống phun nước làm sạch.4 Kích thước các loại xe 4,7,16 chỗ  Xe 4 chỗ + Chiều ngang 1746mm + Chiều dài 3954mm GVHD: PGS.TS HOÀNG NGỌC HÀ 10 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Chiều cao 1422mm Hình 1.

7: Xe 4 chỗ  Xe 7 chỗ + Chiều ngang 1535mm + Chiều dài 4175mm + Chiều cao 1610mm Hình 1. 8: Xe 7 chỗ GVHD: PGS.TS HOÀNG NGỌC HÀ 11 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Xe 16 chỗ + Chiều ngang 1880mm + Chiều dài 5380mm + Chiều cao 2285mm Hình 1.2 Lý do chọn đề tài Đất nước ta đang trên con đường phát triển, thời đại công nghiệp hoá - hiện đại hon, nhà nước khuyến khích đầu tư và xây dựng 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 đep. Nhưng khi đã phát triển thì lượng phương tiện xe ô tô cũng nhiều, hệ thống giao thông chưa đồng bộ do do 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. Xong kết hợp với việc dịch bệnh vừa qua chúng ta cần khử khuẩn nhằm hạn chế việc lây lan các vi khuẩn chúng ta cần khử khuẩn các xe di chuyển giữa các nơi với nhau kết hợp với việc kiểm trọng tải xe từ những nhu cầu trên nhóm em thực hiện đề tài: “THI CÔNG MÔ HÌNH TRẠM CÂN VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG XE TẢI NHỎ (DƯỚI 3.5 TẤN)” Giới thiệu một số hệ thống hiện nay Chế tạo máy phun khử khuẩn tự động phục vụ phòng chống dịch Covid-19 GVHD: PGS.TS HOÀNG NGỌC HÀ 12 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trường Đại học Sao Đỏ (tỉnh Hải Dương) đã nghiên cứu, chế tạo thành công hệ thống máy phun khử khuẩn tự động xe cơ giới đường bộ, phục vụ công tác phòng, chống dịch Covid-19.

"Nhằm góp phần chung tay cùng cả nước nhanh chóng đẩy lùi dịch bệnh Covid- 19 một cách hiệu quả, nhóm nghiên cứu của nhà trường đã nảy ra ý tưởng và bắt tay luôn vào việc hoàn thiện sản phẩm. Qua thử nghiệm và trên thực tế có thể thấy hệ thống khử khuẩn tự động hoạt động rất hiệu quả. Đây cũng là thành tựu của nhóm nghiên cứu của trường, hiện chúng tôi vẫn tiến hành nghiên cứu sâu thêm và mong muốn nhân rộng mô hình cho các địa phương đang diễn ra dịch bệnh, giảm thiểu sức người" - Tiến sĩ Đỗ Văn Đỉnh chia sẻ. "Đây là một trong những công trình nghiên cứu tiêu biểu của nhà trường góp phần nhanh chóng đẩy lùi dịch Covid-19 trong giai đoạn diễn biến phức tạp" - Tiến sĩ Đỉnh nói.

Tổng kinh phí sau khi hoàn thiện lắp đặt hệ thống khử khuẩn tự động là gần 200 triệu đồng. Hệ thống máy phun khử khuẩn tự động được thiết kế gồm 2 thiết bị đặt hai bên làn xe. Trên hai thiết bị có gắn các cảm biến, dụng cụ phun phù hợp với chiều cao của các loại xe ôtô. Mỗi thiết bị có một động cơ bơm áp lực cao dùng để bơm dung dịch khử khuẩn từ bồn chứa nhiên liệu lên các đầu phun.

Khi xe cơ giới đi qua, các cảm biến sẽ nhận dạng chiều cao xe để điều khiển bơm, van áp lực. Cùng với đó, các đầu phun sẽ phun ra dung dịch dạng sương mù phù hợp với chiều cao của xe, kể cả xe bồn; xe container. Đại diện nhóm nghiên cứu Trường Đại học Sao Đỏ cho hay, tính ưu việt là hệ thống máy phun khử khuẩn tự động có thể hoạt động 24/24 giờ, kể cả trong điều kiện thời tiết có nắng hay mưa. Dung dịch tỏa ra đều khắp bề mặt xe cơ giới giúp tiết kiệm nhân lực, dung dịch mà lại nhanh, hiệu quả hơn cách làm thủ công như trước.

Hơn thế, các loại xe ôtô khi đi qua không phải dừng lại mà vẫn lăn bánh từ từ với vận tốc 5 km/giờ, không gây ùn tắc giao thông.TS HOÀNG NGỌC HÀ 13 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 10: Thi công lắp đặt hệ thống cân khử khuẩn GVHD: PGS.TS HOÀNG NGỌC HÀ 14 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 11: Các đầu phun sẽ phun ra dung dịch dạng sương mù phù hợp với chiều cao của các loại xe 1.3 Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống hiện có Ưu nhược điểm của cân phân tích Một số loại cân phân tích được sử dụng phổ biến hiện nay có thể dễ dàng thấy được như là cân phân tích PA214 của Mỹ, cân điện tử phân tích HR-A, cân phân tích 5 số lẻ hay cân phân tích DJ Shinko của Nhật,. Ngoài ra còn có loại cân phân tích chống nổ CZ, cân phân tích CJ.

Ưu điểm của cân phẩn tích Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: mua bán tại các khu chợ, siêu thị, quán tạp hóa, trong phòng phẫu thuật,. Có sai số vô cùng nhỏ. Có khối lượng nhỏ gọn, kiểu dáng đa dạng, thuận thiện cho việc sử dụng và bảo quản. Sử dụng được trong nhiều điều kiện khác nhau.

Có tuổi thọ lâu, ít gặp sự cố trong quá trình sử dụng. Có lồng chắn gió cho nên mẫu vật không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài.TS HOÀNG NGỌC HÀ 15 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhược điểm của cân phân tích Ngoài những ưu điểm đã kể trên thì chúng ta cũng thấy có một số bất cập về loại thiết bị điện tử này. Dưới đây chính là những thiếu sót mà cân phân tích không có được: - Khả năng dao động của cân phòng thí nghiệm ở mức nhỏ nhất nên các dòng cân dễ bị tác động của môi trường như ẩm ướt. - Độ bền thấp khi không chịu được ngoại lực, va đập vì có độ nhạy rất cao.

Tất cả mọi ảnh hưởng đều có thể ảnh hưởng tới kết quả của cân. - Không thuận tiện cho việc di chuyển và sử dụng khi cân hoạt động được nhờ vào nguồn điện. - Cân hoạt động tốt nhất trong môi trường chuẩn: Nhiệt độ bình thường, ổn định; Môi trường ổn định; không gian không được rung động, tiếng ồn, va chạm. Vừa rồi là một số thông tin về cân phân tích để mọi người có thể hiểu rõ hơn về sản phẩm này.

Tuy là sản phẩm tốt, phù hợp với nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng mọi người cần chú ý rằng thiết bị chỉ thích hợp để sử dụng, đo lường khối lượng cho những hàng hóa có khối lượng vừa trở xuống. Nếu khối lượng lớn thì hãy sử dụng các loại cân khác. 4 Vấn đề tồn tại liên qua đến hệ thống hiện nay Về yếu tố kỹ thuật Hệ thống còn nhiều nơi còn chưa nâng cấp chương trình nhằm đạt được năng suất cao hơn, có thể điều khiển thông qua điện thoại giám sát trực tiếp trên điện thoại. Về yếu tố chi phí: Hệ thống hiện nay đa số kinh phí sản phẩm khá cao.TS HOÀNG NGỌC HÀ 16 SVTH: VƯƠNG VĂN TRẦN VĨNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Phần mềm TIA PORTAL 2.1 Phần mềm lập trình PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 cùng với phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step 7 Basic, lập trình cho PLC S7-1200 và WinCC Basic lập trình cho màn hình KTP.

Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải tiến và nâng cấp cấp phần mềm Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V16. Hiện nay phần mềm Tia Portal không chỉ lập trình cho các bộ Controller mà còn có thể thiết kế giao diện HMI. SCADA và cấu hình cho Driver của Siemens. Tuy nhiên, trong nội dung này chúng ta chỉ trình bày và tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm Step 7 Basic V1x của Tia Portal để lập trình cho PLC S7-1200.2 Mộ t số khố i hà m được sử dụ ng Hình 2.

1: Một số khối hàm a) Enabling/disabling the axis (MC_Power) Trước khi trục có thể được di chuyển, nó phải được kích hoạt.