Thiết kế điều khiển hệ thống mô hình bãi đỗ xe thông minh xoay vòng kiểu đứng

Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe thông minh xoay vòng kiểu đứng. Giải pháp đỗ xe hiệu quả, tiết kiệm diện tích và tối ưu không gian đô thị.

• Tác giả: Nguyễn Văn Cảnh
• Người hướng dẫn: Ths. Phan Thị Huyền Châu
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Tự Động Hóa Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế Điều Khiển Hệ Thống Mô Hình Bãi Đỗ Xe Thông Minh Xoay Vòng Kiểu Đứng
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Bãi Đỗ Xe Thông Minh Xoay Vòng

Hệ thống bãi đỗ xe thông minh xoay vòng kiểu đứng là một giải pháp công nghệ tiên tiến, giải quyết bài toán thiếu hụt không gian đỗ xe tại các đô thị lớn. Khác với bãi đỗ xe truyền thống, mô hình bãi đỗ xe tự động này vận hành theo cơ chế xoay vòng, tương tự như một bánh xe Ferris, cho phép chứa nhiều ô tô trên một diện tích mặt bằng tối thiểu. Cấu trúc này đặc biệt hiệu quả cho các khu vực trung tâm, tòa nhà văn phòng, hoặc chung cư có quỹ đất hạn hẹp. Việc thiết kế điều khiển hệ thống này đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kỹ thuật cơ khí, tự động hóa và công nghệ thông tin. Trọng tâm của hệ thống là một bộ điều khiển trung tâm, thường là PLC S7-1200 hoặc các dòng tương đương, chịu trách nhiệm nhận lệnh, xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều khiển cơ cấu chấp hành. Các đồ án bãi đỗ xe thông minh thường tập trung vào việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển để đảm bảo quá trình lấy và cất xe diễn ra nhanh chóng, chính xác và an toàn tuyệt đối. Hệ thống này không chỉ tiết kiệm diện tích mà còn mang lại trải nghiệm tiện lợi cho người dùng, giảm thiểu va chạm và bảo vệ phương tiện khỏi các yếu tố môi trường bên ngoài. Đây được xem là xu hướng phát triển tất yếu của hạ tầng giao thông tĩnh trong tương lai.

1.1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của bãi đỗ xe carousel

Nguyên lý vận hành của bãi đỗ xe carousel dựa trên một hệ thống truyền động cơ khí sử dụng động cơ điện công suất lớn, kết hợp với hộp giảm tốc và hệ thống xích tải để di chuyển các pallet chứa xe theo một quỹ đạo vòng tròn thẳng đứng. Khi nhận được lệnh từ người dùng thông qua màn hình HMI hoặc đầu đọc thẻ, bộ điều khiển trung tâm sẽ tính toán quãng đường ngắn nhất để đưa pallet mong muốn đến vị trí cửa ra/vào. Thuật toán điều khiển vị trí sẽ ra lệnh cho động cơ quay thuận hoặc nghịch. Các cảm biến vị trí và encoder được lắp đặt trên hệ thống để cung cấp thông tin phản hồi liên tục về vị trí hiện tại của các pallet, giúp PLC dừng động cơ chính xác tại điểm đã định. Toàn bộ quá trình diễn ra hoàn toàn tự động, người lái xe chỉ cần đưa xe vào đúng vị trí pallet ở tầng trệt và xác nhận lệnh, hệ thống sẽ tự động cất giữ phương tiện an toàn.

1.2. Phân loại các hệ thống đỗ xe tự động phổ biến hiện nay

Bên cạnh mô hình xoay vòng kiểu đứng, thế giới đã phát triển nhiều loại hình bãi đỗ xe tự động khác nhau để phù hợp với từng điều kiện cụ thể. Có thể kể đến hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp (Tower Parking), sử dụng thang máy để nâng xe lên các tầng cao. Một loại hình khác là hệ thống kiểu xếp hình (Puzzle Parking), di chuyển các pallet theo cả phương ngang và phương đứng để sắp xếp xe. Ngoài ra, còn có các hệ thống thang nâng di chuyển (Lift-Sliding Parking) và hệ thống đỗ xe ngầm tự động. Mỗi loại hình đều có ưu và nhược điểm riêng về chi phí đầu tư, tốc độ vận hành, và khả năng tối ưu hóa không gian. Tuy nhiên, hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng được đánh giá cao về tính cơ động, chi phí lắp đặt hợp lý và khả năng tiết kiệm diện tích vượt trội trên cùng một đơn vị mặt bằng.

II. Thách Thức Kỹ Thuật Khi Thiết Kế Bãi Đỗ Xe Tự Động

Việc triển khai một mô hình bãi đỗ xe tự động đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Vấn đề lớn nhất là đảm bảo độ chính xác và an toàn trong vận hành. Hệ thống phải xác định đúng vị trí pallet, di chuyển nhẹ nhàng và dừng chính xác để tránh va chạm. Thách thức thứ hai liên quan đến thiết kế cơ khí và hệ thống truyền động. Cần tính toán chính xác tải trọng, đặc biệt trong trường hợp tải không đối xứng (một bên có xe, một bên trống), để lựa chọn động cơ servo hoặc động cơ xoay chiều phù hợp, đảm bảo đủ momen xoắn để khởi động và hãm. Theo tài liệu đồ án của Nguyễn Văn Cảnh (2019), việc tính toán momen cản và momen khởi động là yếu tố then chốt để động cơ không bị quá tải. Thêm vào đó, việc lựa chọn và lắp đặt hệ thống cảm biến cũng là một bài toán khó. Các cảm biến tiệm cận hoặc cảm biến hồng ngoại phải hoạt động ổn định trong mọi điều kiện để cung cấp tín hiệu chính xác cho PLC. Cuối cùng, việc xây dựng một giao diện giám sát trên màn hình HMI thân thiện và dễ sử dụng cũng là một yêu cầu quan trọng để người vận hành có thể quản lý chỗ đỗ xe hiệu quả.

2.1. Phân tích tải trọng và các chế độ làm việc của động cơ

Đặc tính phụ tải của hệ thống là yếu tố quyết định trong việc tính chọn động cơ. Phụ tải này có tính chất thế năng, thay đổi tùy thuộc vào sự phân bố của các xe trên pallet. Trường hợp tải trọng lớn nhất xảy ra khi một bên của hệ thống chứa đầy xe (ví dụ 4 xe) trong khi bên còn lại trống hoàn toàn. Động cơ phải hoạt động ở cả bốn góc phần tư, bao gồm chế độ nâng tải (động cơ) và hãm tái sinh khi hạ tải (máy phát). Tài liệu nghiên cứu gốc chỉ ra rằng động cơ thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động, kéo tải ổn định và hãm dừng trong mỗi chu kỳ. Do đó, việc phân tích kỹ lưỡng các chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại là bắt buộc để kiểm nghiệm điều kiện phát nóng và quá tải của động cơ, đảm bảo hệ thống vận hành bền bỉ.

2.2. Vấn đề xác định vị trí pallet và giải pháp cảm biến

Bài toán cốt lõi trong điều khiển vị trí là làm sao để PLC biết chính xác pallet nào đang ở vị trí cửa ra/vào. Đồ án tham khảo đã đề xuất hai phương án chính. Phương án thứ nhất sử dụng cảm biến màu, sơn các màu khác nhau lên đáy pallet và dùng hai cảm biến đặt ở vị trí đối xứng để xác định tổ hợp màu, từ đó suy ra vị trí của tất cả pallet. Phương án thứ hai, được lựa chọn vì tính kinh tế, là sử dụng các cảm biến tiệm cận. Cụ thể, hệ thống dùng 4 cảm biến: một cảm biến xác định pallet đã đến vị trí dừng, và ba cảm biến còn lại đọc mã nhị phân được tạo ra bằng cách gắn các miếng kim loại nhỏ lên mỗi pallet theo một quy ước riêng. Ví dụ, pallet số 5 có mã 011 sẽ có miếng kim loại che cảm biến 2 và 3. Giải pháp này cho phép nhận dạng 8 pallet một cách chính xác với chi phí thấp.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Bãi Đỗ Xe PLC

Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển cho bãi đỗ xe thông minh xoay vòng dựa trên nền tảng bộ điều khiển logic khả trình (PLC). PLC đóng vai trò là bộ não trung tâm, thực thi các thuật toán điều khiển phức tạp một cách tin cậy. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bao gồm ba khối chính: khối đầu vào, khối xử lý trung tâm và khối đầu ra. Khối đầu vào bao gồm các tín hiệu từ cảm biến vị trí, cảm biến tiệm cận, và đầu đọc thẻ RFID. Khối xử lý trung tâm là PLC Mitsubishi FX3U (theo tài liệu gốc) hoặc các dòng phổ biến khác như PLC S7-1200, có nhiệm vụ đọc tín hiệu, so sánh với vị trí mong muốn và thực thi logic điều khiển. Khối đầu ra là các lệnh điều khiển biến tần hoặc contactor để quay thuận/nghịch động cơ. Việc lập trình PLC thường được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như phần mềm TIA Portal hoặc GT Works3. Lựa chọn PLC phải dựa trên số lượng I/O cần thiết, tốc độ xử lý và khả năng kết nối mạng để giám sát từ xa, mở ra tiềm năng ứng dụng IoT trong bãi đỗ xe.

3.1. Lựa chọn PLC và các thiết bị phần cứng phù hợp

Việc lựa chọn PLC là bước quan trọng. Dựa trên phân tích yêu cầu, hệ thống cần ít nhất 8 đầu vào cho đầu đọc thẻ RFID, 4 đầu vào cho các cảm biến và 2 đầu ra để điều khiển động cơ. Do đó, một PLC như Mitsubishi FX3U với các module mở rộng là lựa chọn hợp lý, như đã được áp dụng trong đồ án tham khảo. Ngoài PLC, các thiết bị phần cứng khác bao gồm: đầu đọc thẻ RFID để định danh người dùng và vị trí xe; các cảm biến tiệm cận để xác định số hiệu pallet; một encoder gắn trên trục động cơ để phản hồi chính xác vị trí; và một biến tần để điều khiển tốc độ và khởi động mềm cho động cơ, giúp hệ thống truyền động vận hành êm ái, tăng tuổi thọ cơ khí.

3.2. Xây dựng thuật toán điều khiển vị trí tối ưu cho PLC

Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc lớn vào thuật toán điều khiển được nạp vào PLC. Thuật toán phải giải quyết được bài toán tìm đường đi ngắn nhất. Khi nhận được lệnh gọi một pallet cụ thể (ví dụ pallet số 6) trong khi pallet hiện tại ở cửa là số 1, PLC sẽ tính toán khoảng cách. Với hệ thống 8 pallet, khoảng cách quay thuận là 6 - 1 = 5 bước, trong khi quay ngược là 8 - 5 = 3 bước. Thuật toán sẽ chọn đường đi ngắn hơn (quay ngược 3 bước) để tiết kiệm thời gian và năng lượng. Chương trình PLC sẽ liên tục đọc giá trị từ các cảm biến xác định pallet. Mỗi khi một pallet đi qua vị trí cảm biến, bộ đếm sẽ cập nhật vị trí hiện tại. Khi vị trí hiện tại trùng khớp với vị trí đích, PLC sẽ phát lệnh dừng động cơ. Logic này đảm bảo hệ thống luôn chọn con đường tối ưu để đưa xe đến với người dùng.

IV. Cách Lập Trình Giao Diện Giám Sát HMI và Quản Lý Xe

Một hệ thống đỗ xe tự động hiện đại không thể thiếu giao diện giám sát Người-Máy (HMI). HMI cho phép người vận hành tương tác với hệ thống một cách trực quan, theo dõi trạng thái, điều khiển thủ công và xử lý sự cố. Việc thiết kế màn hình HMI được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như GT Designer 3 (cho Mitsubishi) hoặc WinCC (cho Siemens). Giao diện chính cần hiển thị sơ đồ nguyên lý hoạt động của bãi đỗ xe carousel, vị trí hiện tại của các pallet, và trạng thái (trống hoặc có xe) của từng pallet. Các nút nhấn ảo cho phép người quản lý gọi xe, kiểm tra thông tin hoặc điều khiển động cơ quay thuận/ngược trong trường hợp bảo trì. Hơn nữa, hệ thống cần tích hợp cơ chế quản lý chỗ đỗ xe thông minh, thường sử dụng công nghệ thẻ từ RFID. Mỗi thẻ được gán với một pallet cố định. Khi người dùng quẹt thẻ, hệ thống sẽ tự động nhận dạng và thực hiện thao tác gửi hoặc lấy xe, đồng thời ghi nhận thời gian để tính phí, nâng cao hiệu quả quản lý và trải nghiệm người dùng.

4.1. Thiết kế các màn hình chức năng trên GT Designer 3

Trong tài liệu nghiên cứu gốc, phần mềm GT Designer 3 được sử dụng để tạo ra một giao diện HMI hoàn chỉnh. Giao diện này bao gồm nhiều màn hình chức năng. Màn hình chính (Main Screen) hiển thị tổng quan hệ thống, pallet nào đang ở vị trí cửa và pallet nào đang được gọi. Từ màn hình chính, người dùng có thể truy cập màn hình quản lý trạng thái (Status Screen), nơi mỗi pallet được biểu diễn bằng một biểu tượng, thay đổi màu sắc để chỉ ra vị trí đó còn trống hay đã có xe. Một màn hình điều khiển thủ công (Manual Control Screen) cũng được thiết kế, cho phép kỹ thuật viên điều khiển trực tiếp động cơ quay thuận hoặc ngược để kiểm tra và bảo dưỡng. Việc kết nối giữa HMI và PLC được thực hiện thông qua việc gán các 'tag' (biến) tương ứng với các địa chỉ ô nhớ trong PLC.

4.2. Tích hợp hệ thống quản lý bằng đầu đọc thẻ RFID

Để tự động hóa hoàn toàn quy trình, một hộp quét thẻ RFID được tích hợp. Hộp này có các đầu ra tín hiệu kết nối trực tiếp với các ngõ vào của PLC. Mỗi thẻ RFID có một mã định danh duy nhất, tương ứng với một pallet. Khi người dùng quét thẻ để gửi xe, đầu đọc sẽ gửi tín hiệu đến PLC (ví dụ, Relay_3 kích hoạt ngõ vào X002 để gọi pallet số 3), đồng thời lưu lại thông tin thời gian gửi. Khi lấy xe, người dùng quét thẻ lần nữa. Hệ thống sẽ xử lý, đối chiếu thông tin, tính toán phí gửi xe và hiển thị lên màn hình LCD của đầu đọc. Đồng thời, một tín hiệu tương tự được gửi tới PLC để gọi đúng pallet chứa xe ra. Giải pháp này giúp việc quản lý chỗ đỗ xe trở nên chính xác, minh bạch và giảm thiểu sự can thiệp của con người.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Hướng Phát Triển Tương Lai

Mô hình bãi đỗ xe thông minh xoay vòng kiểu đứng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và bắt đầu phổ biến tại Việt Nam. Các đồ án bãi đỗ xe thông minh không chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm mà còn là nền tảng cho các dự án thương mại. Kết quả từ các mô hình nghiên cứu, chẳng hạn như việc mô phỏng Proteus hoặc vận hành trên mô hình thực tế, đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của hệ thống. Độ chính xác trong điều khiển vị trí và tốc độ đáp ứng nhanh là những ưu điểm vượt trội. Trong tương lai, hệ thống này có nhiều hướng phát triển tiềm năng. Việc tích hợp IoT trong bãi đỗ xe là một xu hướng tất yếu. Dữ liệu vận hành có thể được thu thập và đẩy lên đám mây, cho phép quản lý từ xa qua ứng dụng di động. Người dùng có thể đặt chỗ, thanh toán trực tuyến và kiểm tra trạng thái xe của mình mọi lúc mọi nơi. Bên cạnh đó, việc sử dụng các vi điều khiển giá rẻ và mạnh mẽ như STM32 hay Raspberry Pi để thay thế hoặc hỗ trợ PLC trong các tác vụ phụ cũng là một hướng đi giúp tối ưu hóa chi phí và tăng tính linh hoạt cho hệ thống.

5.1. Đánh giá kết quả và tiềm năng ứng dụng thực tế

Các mô hình thực tế được xây dựng dựa trên thiết kế này đã cho thấy kết quả vận hành ổn định. Hệ thống đáp ứng chính xác các lệnh gọi xe, di chuyển pallet đến đúng vị trí với sai số thấp. Tốc độ lấy xe trung bình được tối ưu hóa nhờ thuật toán điều khiển thông minh. Tiềm năng ứng dụng của hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp hay xoay vòng là rất lớn, đặc biệt tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM. Việc triển khai các bãi đỗ xe này không chỉ giúp tiết kiệm hàng ngàn mét vuông đất mà còn góp phần xây dựng cảnh quan đô thị văn minh, hiện đại, giải quyết tình trạng đỗ xe sai quy định gây cản trở giao thông.

5.2. Hướng phát triển tích hợp IoT và vi điều khiển Arduino STM32

Để nâng cao tính năng, hệ thống có thể tích hợp thêm các module IoT. Ví dụ, sử dụng một Raspberry Pi làm cổng kết nối Internet, thu thập dữ liệu từ PLC và gửi lên server. Điều này cho phép phát triển ứng dụng di động để người dùng đặt chỗ trước. Các vi điều khiển Arduino hoặc STM32 có thể được sử dụng để xử lý các tác vụ phụ trợ như điều khiển hệ thống chiếu sáng, thông gió, hoặc đọc dữ liệu từ các cảm biến môi trường. Việc kết hợp giữa sự ổn định của lập trình PLC trong các tác vụ điều khiển chính và sự linh hoạt của vi điều khiển trong các tác vụ phụ sẽ tạo ra một hệ thống toàn diện, thông minh và hiệu quả hơn, đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của một thành phố thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài Hệ thống đỗ xe tự động - dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra. Hệ thống được lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất. Đây là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắp được tối đa 5 tầng. Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm: - Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất) - Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất - Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế cho phép.

- Luôn luôn phải thiết kế chừa 1 cột trống để xếp hình (tức 1 vị trí trống cho mỗi tầng). Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng Hình 1. 4 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng Đặc điểm: - Cơ động, tiết kiệm diện tích. - Có thể xoay thuận chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ (hoặc 1 chiều).

- Dễ tháo lắp. Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe Hình2. 2 Đồ thị biểu diễn nâng hạ tải khi đầy tải bên trái và không tải bên phải Đặc tính Mc(ω) nằm ở cả bốn góc phần tư A1: nâng pallet đầy tải ở tốc độ cao A2: nâng pallet đầy tải ở tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến trần) A1’: Hạ pallet đầy tải ở tốc độ cao A2’: Hạ pallet đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến trần) C1,C2: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ nâng C1’, C2’: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ hạ Hình2. 3 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ 12 Chương 2.

Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe 2. Hệ thống làm việc ở chế độ ngắn hạn Động cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phút. Như vậy ta phải chọn Tlv=Ttc và công suất động cơ Pdcchon>Plv hay Mdmchon>=Mlv.3 Sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ Động cơ trong mỗi lần hoạt động đều thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động kéo tải ổn định và hãm dừng. Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục từ chế độ động cơ sang chế độ máy phát.

Trạm đỗ xe tự động kiểu đứng khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đó chuyển động ổn định với tốcc độ đó trong mỗi lần chuyển động Hình2. 4 Các chế độ làm việc của động cơ 2. Tính chọn động cơ 13 Chương 2. Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe Bảng 2.

Bảng thông số kích thước của một số hãng xe hơi Thông số kĩ thuật Xe 4 chỗ Xe 5 cửa Xe thể thao đa dụng Dài 4900 mm 3850 mm 5300 mm Rộng 1800 mm 1695 mm 2100 mm Cao 1450 mm 1530 mm 1500 mm Cân nặng 1800 kg 1100 kg 3000 Tính toán Hệ thống chịu tải trọng lớn nhất trong trường hợp 1 bên đầy tải, 1 bên không có tải với khối lượng mỗi xe là 3000kg Tính toán động cơ: Xem xét chiều rộng chiều cao của pallet, đường kính của bánh xích theo chiều ngang là D=2400 mm. Vận tốc chuỗi (v): 𝐷𝑁𝜋 𝑣= 60 Trong đó: D là đường kính bánh xích N: tốc độ của bánh răng dẫn động Giả định vận tốc chuỗi là v = 6m/phút = 0.1m/s (đây là tốc độ cần thiết của pallet. Như vậy mỗi pallet thay đổi vị trí khoảng 15s) Vì thế tốc độ của bánh răng dẫn động là N = 0.796 vòng/phút Lực kéo 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝐺𝑚𝑎𝑥 .2,4 Momen xoắn 𝑇 = = = 144000 𝑁𝑚 2 2 14 Chương 2. Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe 2𝜋𝑁𝑇 2𝜋.141264 Công suất 𝑃 = = = 11,775 Kw 60 60 Hệ số K= K1.K3 Trong đó K1 = 1,252 hệ số tải K2 = 1,5 hệ số bôi trơn K3 = 1,25 hệ số làm việc ( khoảng 16h mỗi ngày) Do đó K= 1,252.1,25= 2,34 Công suất làm việc Plv = P.

2,34 = 27,5 Kw 𝑃𝑙𝑣 Công suất trên trục động cơ: 𝑃đ𝑚 = 𝜂 Trong đó η là hiệu suất của các bộ truyền 𝜂 = 𝜂𝑜𝑙3. 𝜂𝑏𝑟 Hiệu suất của một cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0,99 Hiệu suất của khớp nối: 𝜂𝑘𝑛 = 1 Hiệu suất của bộ đai: 𝜂𝑑 = 0,96 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: 𝜂𝑏𝑟 = 0,97 𝜂 = 0,993 .0,97 = 0,9  Công suất yêu cầu trên động cơ là Pđm= 27,5/0,9=31 Kw Từ việc tính toán các thông số ở trên, ta chọn động cơ xoay chiều 3 pha roto dây quấn thường dùng cho các cần trục: 380V/220V 50 Hz Bảng 2. Thông số động cơ kiểu MTH 411-6 Công suất định mức động cơ ( Pđm) 34Kw Tốc độ động cơ (nđm) 695 vòng/phút Mm/Mđm 2,3 Cosφ: Định mức 0,77 Không tải 0,07 Ist,dm 82A 15 Chương 2. Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe rst 0,164Ω xst 0,232Ω Irđm 81A Moment quán tính roto (J) 4,3 kg.m2 Kiểm nghiệm động cơ + Điều kiện phát nóng Phương pháp kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện Phát nóng gián tiếp là momen được suy ra từ phương pháp dòng điện đẳng trị, khi momen tỷ lệ với dòng điện: M=cI ( c là hệ số tỷ lệ) Đối với dòng điện động cơ điện một chiều thì điều kiện này được thỏa mãn khi từ thông của động cơ không đổi Đối với động cơ không đồng bộ Tính momen đẳng trị 𝑛 1 𝑀𝑑𝑡 = √ ∑ 𝑀𝑖2 𝑡𝑖 𝑡𝑐𝑘 1 Thời gian để hệ thống đi được nửa vòng quay tức là pallet chuyển vị trí 4 lần, thời gian chuyển vị trí của 1 pallet là 15s.

Như vậy chọn động cơ ngắn hạn cho chuyển động ngắn hạn. 15 𝑀đ𝑡 = √ = 72314,3 𝑁𝑚 60 Momen định mức của động cơ: Mđm=Pđc.ωđc 𝑛 Trong đó: ωđc= 9,55 16 Chương 2. Thiết kế hệ truyền động cho mô hình hệ thống bãi đỗ xe 𝑛 700 Vậy Mđc= Pđc.103 Nm > Mđt 9,55 Mđc>Mđt vậy động cơ thỏa mãn điều kiện phát nóng + Kiểm nghiệm về quá tải momen Momen cản lớn nhất Mcmax= 144000 (Nm) Momen định mức của động cơ Mđc= 2492,146.103 Nm > Mcmax Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện quá tải về momen + Kiểm nghiêm về momen khởi động Mc mở máy = 2Mcmax= 2.103 Nm Ta có Mkđ= 2.103 Nm> Mc mở máy Động cơ thỏa mãn về momen khởi động 17 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 3.

Thiết kế lắp đặt vị trí các cảm biến trên hệ thống Vấn đề bài toán: Có 8 cái pallet được đánh số 1-8 Có 8 vị trí A-H Cần phải xác định xem Pallet 1 đang ở vị trí nào? Ví Dụ: Ta cần lấy xe ở pallet 1 => cần đưa pallet 1 về vị trí A ( vị trí dừng đỗ) => PLC phải biết được Pallet 1 đã ở vị trí A hay chưa để dừng động cơ Để giải quyết vấn đề ở trên có 2 phương án như sau: Phương án thứ nhất: Sử dụng cảm biến màu Phương án thứ hai: Sử dụng cảm biến tiệm cận 3. Phương án sử dụng cảm biến màu Sử dụng 2 cảm biến màu SICK CS8, loại cảm biến này có thể phân biệt được 4 màu sắc khác nhau Hình 3. Cảm biến màu SICK CS8 Dưới đáy các Pallet sẽ sơn các màu khác nhau ( trắng, xanh, đen, đỏ) 18 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển 2 cảm biến màu sẽ được gắn vào dưới 2 vị trí A và E của mô hình ( như hình bên dưới) Hình 3.

2 Vị trí gắn các cảm biến màu Với cách sơn các pallet như hình thì chỉ có 8 trường hợp có thể xảy ra  Dựa vào giá trị màu sắc trả về từ hai cảm biến màu ta biết được đó là trường hợp nào và biết được vị trí của từng Pallet 19 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển 20 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển 21 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển 3.

Phương án sử dụng cảm biến tiệm cận Hình 3. 3 Hình ảnh cảm biến tiệm cận Để phát hiện ra Pallet ở vị trí đi xuống lấy xe và phân biệt từng Pallet khi được thẻ từ gọi ta sử dụng 4 cảm biến tiệm cận lắp đặt ở các vị trí khác nhau, 1 cảm biến xác định vị trí Pallet ở vị trí đỗ xe để lấy thông tin, 3 cảm biến còn lại sẽ xác định thông tin của Pallet cần tìm. Miêu tả hoạt động: Khi thẻ từ được kích hoạt từ vị trí người đỗ hoặc lấy xe, PLC có thông tin cụ thể Pallet cần đi xuống, động cơ sẽ quay, mỗi lần cảm biến xác định vị trí được bật lên, tức là có Pallet ở vị trí được đỗ, PLC sẽ lấy thông tin của 3 cảm biến xác định thông tin xe để so sánh, nếu trùng khớp thì động cơ dừng Pallet, xe được gửi hoặc lấy. Cơ cấu cần 4 cảm biến tiệm cận để phát hiện Pallet 22 Chương 3.

Phương án thiết kế điều khiển Hình 3. 4 Vị trí đặt 3 cảm biến để xác định số Pallet Vị trí của 3 cảm biến thông tin sẽ được để ở vị trí phía dưới nền đất và chiếu thẳng lên và đặt ở phía sau hướng xe đi vào, còn trên các tấm Pallet để phân loại số của mỗi Pallet ta gắn thêm các miếng kim loại chồi ra để ăn khớp với vị trí đã đặt của 3 cảm biến. Cụ thể như sau: Pallet 1: Ta gán giá trị 000, tín hiệu đưa về PLC 000 Pallet có hình dạng bình thường ( tức là không gán thêm miếng kim loại nào chồi ra vào Pallet này) 23 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển Hình 3.

Pallet số 1 không gán thêm miếng kim loại Pallet 2: Ta gán giá trị 001, tín hiệu đưa về PLC 001, trên Pallet thiết kế thêm 1 miếng kim loại chồi ra chắn cảm biến 3, quy định cảm biến bị che tín hiệu nhận được là 1 Hình 3. 6 Pallet số 2 sau khi gắn thêm miếng kim loại Pallet 3: Ta gán giá trị 010, tín hiệu đưa về PLC 010, trên Pallet thiết kế thêm 1 miếng kim loại chồi ra che cảm biến 2, quy định cảm biến được che tín hiệu là 1 24 Chương 3. Phương án thiết kế điều khiển Hình 3.