Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu hướng tự động hóa sản xuất công nghiệp, việc ứng dụng các phương tiện tự hành (Automated Guided Vehicle - AGV) đóng vai trò then chốt nhằm thay thế các phương thức vận chuyển nguyên vật liệu thủ công như xe nâng tay, xe đẩy hoặc xe kéo. Việc triển khai AGV giúp ổn định năng suất vận hành, giảm chi phí nhân công, tối ưu hóa quy trình luân chuyển hàng hóa nội bộ và tăng cường mức độ an toàn trong môi trường nhà xưởng.
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và điều khiển xe AGV sử dụng bộ điều khiển PLC" do sinh viên Nguyễn Đức Tùng thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Văn Lạc tại Trường Cơ khí – Đại học Bách Khoa Hà Nội (tháng 3/2023) tập trung vào việc nghiên cứu, chế tạo mô hình xe tự hành dẫn đường bằng vạch kim loại sử dụng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Mitsubishi.
Các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được xác định trong đồ án bao gồm:
- Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống cơ khí cho mô hình xe tự hành AGV.
- Thiết kế hệ thống điện và xây dựng chương trình điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe bằng PLC.
- Thử nghiệm và hiệu chỉnh xe vận hành ổn định trên các quỹ đạo thực tế.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Mô hình xe tự hành AGV hai bánh chủ động dẫn động độc lập bằng động cơ DC, điều khiển tập trung qua PLC Mitsubishi FX3G-60MT/DS.
- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế khung vỏ cơ khí; tích hợp hệ thống mạch lực và mạch điều khiển; ứng dụng lệnh phát xung PWM điều khiển tốc độ 2 động cơ DC qua mạch cầu H và cổng logic; lập trình bám line kim loại qua cụm cảm biến tiệm cận và xử lý an toàn tránh vật cản; chạy thực nghiệm trên mô hình đường chạy khép kín gồm 5 trạm dừng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng giải pháp kỹ thuật dựa trên các nền tảng lý thuyết và công cụ kỹ thuật chuyên ngành cơ điện tử:
- Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): Sử dụng dòng PLC Mitsubishi FX3G-60MT/DS (nguồn 24V DC, ngõ ra Transistor kiểu Sink) với ngôn ngữ lập trình sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram). PLC đóng vai trò xử lý trung tâm, tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến và phát lệnh điều khiển chấp hành.
- Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM): Điều khiển tốc độ động cơ DC bằng cách thay đổi chu kỳ nhiệm vụ (Duty Cycle) thông qua việc biến thiên độ rộng xung vuông. Điện áp đầu ra tương đương cấp cho động cơ được xác định theo công thức:
$$e_m = E \cdot \frac{t}{T_0}$$
(Trong đó: $e_m$ là điện áp đầu ra trung bình, $E$ là điện áp nguồn cung cấp tối đa, $t$ là độ rộng xung hoạt động, $T_0$ là chu kỳ xung).
- Đại số logic và giao tiếp công suất: Kết hợp IC đảo NOT 74HC04 và IC cổng AND 74HC08 để chuyển đổi tín hiệu xung và tín hiệu logic chiều quay từ PLC trước khi đưa vào module cầu H kép L298N.
- Nguyên lý cảm biến công nghiệp: Sử dụng cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Inductive Proximity Sensor) phát hiện kim loại để dẫn hướng và cảm biến quang điện tiệm cận (Photoelectric Sensor) để phát hiện chướng ngại vật.
Phương pháp tiến hành đồ án được tổ chức qua quy trình kỹ thuật 11 bước:
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống AGV và bộ điều khiển PLC.
- Khảo sát và lựa chọn thiết bị phần cứng.
- Thiết kế sơ bộ mô hình 3D và đo đạc kích thước trên phần mềm SolidWorks.
- Nghiên cứu giải pháp điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ DC.
- Thiết kế quỹ đạo đường chạy băng kim loại.
- Xây dựng lưu đồ giải thuật và lập trình điều khiển trên phần mềm GX Works 2.
- Chạy mô phỏng và kiểm tra chương trình trên bộ kit PLC.
- Gia công cơ khí, lắp ráp khung xe và bố trí đường chạy.
- Đấu nối hệ thống điện và thiết lập giao tiếp I/O với PLC.
- Chạy thử nghiệm thực tế mô hình AGV.
- Đánh giá sai lệch và hiệu chỉnh thông số vận hành.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Kết cấu cơ khí
Khung xe được chế tạo từ thép hộp kích thước $14 \times 14\text{ mm}$ bằng phương pháp hàn liên kết, đảm bảo khả năng chịu tải và độ cứng vững. Kích thước bao tổng thể của xe là $420 \times 310 \times 100\text{ mm}$. Hệ thống truyền động sử dụng cơ cấu vi sai với 2 bánh xe chủ động bằng nhựa đường kính $85\text{ mm}$ gắn trực tiếp vào 2 động cơ DC và 2 bánh xe đa hướng (caster) phân bố đối xứng nhằm tạo thế cân bằng khi di chuyển. Toàn bộ thiết bị điện và mạch điều khiển được bố trí trên tấm phíp cách điện kích thước $380 \times 300\text{ mm}$, bề dày $3\text{ mm}$.
| Thành phần cơ khí |
Quy cách / Kích thước |
Vật liệu / Ghi chú |
| Khung xe chính |
$420 \times 310 \times 100\text{ mm}$ |
Thép hộp $14 \times 14\text{ mm}$ hàn liên kết |
| Tấm sàn gá thiết bị |
$380 \times 300 \times 3\text{ mm}$ |
Phíp cách điện, liên kết ốc vít |
| Bánh xe chủ động |
Đường kính $\varnothing 85\text{ mm}$ (2 bánh) |
Bánh nhựa chịu lực gắn trục động cơ |
| Bánh xe hỗ trợ |
Bánh xe đa hướng (2 bánh) |
Bố trí dẫn hướng cân bằng |
Hệ thống điện và điều khiển động cơ
Hệ thống sử dụng 2 động cơ DC giảm tốc (kích thước thân $\varnothing 36 \times 100\text{ mm}$, trục $\varnothing 6\text{ mm}$, trọng lượng $315\text{ g}$, điện áp làm việc $12 - 24\text{V}$, tốc độ định mức $98\text{ RPM}$ tại $24\text{V}$). Tín hiệu điều khiển từ các ngõ ra Transistor tốc độ cao của PLC (Y00 cho động cơ phải, Y02 cho động cơ trái) phối hợp cùng các ngõ ra chiều quay (Y04, Y05, Y06, Y07) đi qua mạch logic đệm (74HC04 và 74HC08) để cấp tín hiệu vào mạch cầu H L298N.
Module L298N đảm nhận việc khuếch đại công suất điều khiển 2 kênh động cơ độc lập (dòng điện đỉnh đạt $2\text{A}$ mỗi kênh, dải điện áp công suất $+5\text{V} \sim +24\text{V}$, tích hợp tản nhiệt và diode bảo vệ chống dòng cảm ứng).
Bảng logic chuyển đổi tín hiệu điều khiển động cơ qua mạch logic và L298N:
Input (PLC) -> [74HC04] -> [74HC08] -> Driver L298N -> Chiều quay / Tốc độ Động cơ
| Ngõ vào Input |
Qua IC 74HC04 |
Qua IC 74HC08 |
Trạng thái ngõ ra L298N |
Trạng thái động cơ |
| 1 |
0 |
0 |
0 |
Động cơ dừng / ngắt |
| 1 |
0 |
1 |
0 |
Chạy nghịch theo xung PWM |
| 0 |
0 |
0 |
1 |
Không kích hoạt |
| 0 |
1 |
0 |
0 |
Không kích hoạt |
| 1 |
0 |
0 |
1 |
Chạy thuận theo xung PWM |
| 1 |
1 |
1 |
0 |
Đảo chiều quay |
| 1 |
0 |
1 |
1 |
Trạng thái kích hoạt đồng bộ |
Cảm biến và phân bổ phần tử vào/ra (I/O)
- Cụm cảm biến dò đường: Gồm 4 cảm biến tiệm cận kim loại LJ12A3-4-Z/BX loại NPN thường mở (NO), dải điện áp $6 - 30\text{V DC}$, dòng ngõ ra tối đa $300\text{mA}$, khoảng cách phát hiện cực đại $4\text{ mm}$, bố trí thành hàng ngang ở đầu xe để bám vạch kim loại.
- Cảm biến an toàn: Gồm 2 cảm biến quang điện SICK GTB6-N1211 (loại thu phát chung, NPN, nguồn $10 - 30\text{V DC}$, bước sóng LED $650\text{ nm}$, dải phát hiện $35 - 140\text{ mm}$, thời gian đáp ứng $< 625,\mu\text{s}$) gắn ở đầu và đuôi xe để phát hiện chướng ngại vật.
- Nguồn cấp: Bộ pin Lithium 6S 2P gồm 6 cell pin 18650 mắc nối tiếp, cung cấp điện áp danh định $22.2\text{V}$, dung lượng $5000\text{mAh}$, kích thước $75 \times 71 \times 56\text{ mm}$, khối lượng $480\text{ g}$.
| Địa chỉ ngõ vào (Input) |
Ký hiệu thiết bị |
Chức năng chi tiết |
Địa chỉ ngõ ra (Output) |
Ký hiệu thiết bị |
Chức năng chi tiết |
| X02 |
SS_RIGHT |
Cảm biến kim loại phải ngoài |
Y00 |
PULSE TRAIN DC 1 |
Xung PWM điều khiển Động cơ 1 (Phải) |
| X03 |
SS_LEFT |
Cảm biến kim loại trái ngoài |
Y02 |
PULSE TRAIN DC 2 |
Xung PWM điều khiển Động cơ 2 (Trái) |
| X04 |
SS_CENTRE_1 |
Cảm biến kim loại giữa phải |
Y04 |
DC 1 FRW |
Lệnh chạy thuận Động cơ 1 |
| X05 |
SS_CENTRE_2 |
Cảm biến kim loại giữa trái |
Y05 |
DC 2 FRW |
Lệnh chạy thuận Động cơ 2 |
| X10 |
SS_SICK_1 |
Cảm biến quang trước (SICK) |
Y06 |
DC 1 RSV |
Lệnh chạy nghịch Động cơ 1 |
| X11 |
SS_SICK_2 |
Cảm biến quang sau (SICK) |
Y07 |
DC 2 RSV |
Lệnh chạy nghịch Động cơ 2 |
| X12 |
FRW BUTTON |
Nút nhấn chế độ TIẾN |
Y11 |
RUN LED |
Đèn chỉ thị trạng thái RUN (nhấp nháy) |
| X13 |
RSV BUTTON |
Nút nhấn chế độ LÙI |
Y14 |
SPEAKER |
Còi cảnh báo âm thanh |
| X20 |
START |
Nút nhấn BẮT ĐẦU vận hành |
Y15 |
STOP LED |
Đèn báo trạng thái DỪNG |
| X21 |
STOP/EMG |
Nút DỪNG KHẨN CẤP (NC) |
Y16 |
START LED |
Đèn báo trạng thái SẴN SÀNG |
Cấu trúc chương trình điều khiển
Chương trình PLC được viết trên phần mềm GX Works 2 chia thành 3 khối hàm chính:
- MAIN: Xử lý điều kiện logic hệ thống, tiếp nhận nút nhấn START/STOP, quản lý trạng thái chuyển tiếp 5 trạm dừng thông qua các bit nhớ (HOLD_1 đến HOLD_5), nhận diện vật cản từ cảm biến SICK để ngắt chuyển động và kích hoạt còi báo Y14.
- MOTION 1: Thuật toán điều hướng chạy tiến; căn cứ vào tổ hợp trạng thái của 4 cảm biến dò đường để thay đổi tần số và chu kỳ phát xung tại Y00 và Y02, tạo chênh lệch vận tốc giữa hai bánh giúp xe bám tâm quỹ đạo.
- MOTION 2: Điều khiển chuyển động chạy lùi của xe theo quỹ đạo ngược lại.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1 khái quát lịch sử phát triển của xe tự hành từ mô hình đầu tiên "Guide-O-Matic" của Arthur Barrett năm 1953/1954 sử dụng dây dẫn trần nhà, cột mốc ứng dụng tại nhà máy Volvo (Thụy Điển) năm 1973 điều khiển bằng máy tính, cho đến các công nghệ AGV hiện đại sử dụng sóng vô tuyến, vạch từ và radar. Tác giả làm rõ lý do chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu nghiên cứu thực hành lập trình PLC, gia công cơ khí, thiết kế hệ thống điện và ứng dụng thực tiễn của AGV trong sản xuất. Đồng thời, chương này xác định rõ mục tiêu, nhiệm vụ, phương pháp nghiên cứu và giới hạn phạm vi đề tài.
Chương 2: Cơ sở phát triển đề tài
Chương này phân tích cơ sở ứng dụng bộ điều khiển PLC so với vi điều khiển truyền thống trong môi trường công nghiệp, nhấn mạnh tính ổn định, khả năng chống nhiễu, dễ bảo trì và khả năng chỉnh sửa chương trình bằng sơ đồ Ladder. Sơ đồ khối chức năng tổng quan của hệ thống được xây dựng gồm 4 khối tương tác: Khối cơ cấu xe AGV $\rightarrow$ Khối cảm biến thu nhận tín hiệu $\rightarrow$ Khối xử lý trung tâm PLC $\rightarrow$ Khối cơ cấu chấp hành động cơ.
Chương 3: Thiết kế mô hình
Trình bày kết quả dựng hình 3D kết cấu cơ khí và gá đặt bảng điện trên SolidWorks. Giới thiệu tổng quan về cấu trúc PLC (CPU, bộ nhớ RAM/ROM/EEPROM, module I/O, cổng giao tiếp RS-232, RS-422, RS-485, Modbus RTU) và phân loại PLC (Integrated và Modular). Giới thiệu chi tiết thông số bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX3G-60MT/DS với các chỉ số kỹ thuật:
| Thông số kỹ thuật PLC |
Giá trị danh định |
Đơn vị |
| Model |
Mitsubishi FX3G-60MT/DS |
- |
| Điện áp hoạt động |
24 |
V DC |
| Tổng số cổng I/O |
60 (36 ngõ vào / 24 ngõ ra) |
Cổng |
| Định dạng ngõ ra |
Transistor (Sink) |
- |
| Dung lượng chương trình |
32.000 (32K) |
Bước lệnh (Steps) |
| Thời gian thực thi lệnh cơ bản (LD) |
210 |
ns |
| Thời gian thực thi lệnh ứng dụng (MOV) |
500 |
ns |
| Cổng giao tiếp tích hợp |
1 cổng USB, 1 cổng RS-422 |
- |
| Công suất tiêu thụ |
29 |
W |
| Kích thước bao ($W \times H \times D$) |
$175 \times 90 \times 86$ |
mm |
| Trọng lượng |
0,85 |
kg |
Chương 4: Phương pháp tiến hành đồ án
Tập trung chi tiết hóa 11 bước tiến hành kỹ thuật và bảng liệt kê danh mục 16 loại công cụ, vật tư phần cứng. Chương này trình bày chi tiết:
- Lựa chọn động cơ DC 24V tốc độ 98 RPM dựa trên so sánh đặc tính momen - tốc độ với động cơ BLDC, Step, Servo.
- Nguyên lý điều khiển độ rộng xung PWM thông qua câu lệnh xuất xung của PLC và tính toán điện áp trung bình cấp cho tải.
- Sơ đồ nguyên lý và bảng thông số kỹ thuật của IC đảo NOT 74HC04, IC cổng AND 74HC08 và driver L298N.
- Đặc tính kỹ thuật cảm biến tiệm cận quang SICK GTB6-N1211 và cảm biến tiệm cận kim loại LJ12A3-4-Z/BX.
- Thiết kế sơ đồ cấp nguồn từ khối pin Lithium 6S 2P $22.2\text{V} - 5000\text{mAh}$ và sơ đồ đấu dây hệ thống điện tổng thể.
Chương 5: Kết quả đạt được
Phân tích chi tiết mô hình thực tế đã lắp ráp hoàn chỉnh. Trình bày bảng phân cổng I/O PLC, lập bảng trạng thái cảm biến điều hướng, thiết lập mức điện áp điều khiển tốc độ 2 bánh và mô tả kết quả vận hành trên đường chạy khép kín gồm 5 trạm dừng. Phân tích chức năng vận hành của 2 cơ chế an toàn: dừng khẩn cấp bằng nút ấn STOP và tự động dừng khi gặp vật cản bằng cảm biến quang.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật thực nghiệm
- Chế tạo hoàn thiện phần cứng: Hoàn thành mô hình xe AGV với khung thép $420 \times 310 \times 100\text{ mm}$, tích hợp đầy đủ hệ thống mạch lực, mạch điều khiển logic, bộ nguồn pin $22.2\text{V}$ và bảng điều khiển gồm các nút ấn (START, STOP, TIẾN, LÙI), đồng hồ hiển thị điện áp pin và hệ thống đèn báo (RUN, START, STOP), còi cảnh báo.
- Quy luật điều hướng và vận tốc: Thiết lập thành công thuật toán phân cấp điện áp điều khiển 2 động cơ DC độc lập theo trạng thái tín hiệu logic của 4 cảm biến kim loại đầu xe:
Trạng thái cảm biến dò đường
[Trái ngoài - Giữa trái - Giữa phải - Phải ngoài] |
Hành động điều hướng của xe |
Điện áp Động cơ 1 (Phải) |
Điện áp Động cơ 2 (Trái) |
0 - 1 - 1 - 0 |
Chạy thẳng |
$15\text{V}$ |
$15\text{V}$ |
0 - 1 - 0 - 0 |
Rẽ trái mức nhẹ |
$15\text{V}$ |
$12\text{V}$ |
1 - 0 - 0 - 0 |
Rẽ trái hoàn toàn |
$12\text{V}$ |
$0\text{V}$ |
0 - 0 - 1 - 0 |
Rẽ phải mức nhẹ |
$12\text{V}$ |
$15\text{V}$ |
0 - 0 - 0 - 1 |
Rẽ phải hoàn toàn |
$0\text{V}$ |
$12\text{V}$ |
1 - 1 - 1 - 1 |
Dừng tại trạm dừng |
$0\text{V}$ |
$0\text{V}$ |
- Quy trình vận hành trạm: Xe vận hành tuần tự qua 5 trạm dừng trên quỹ đạo khép kín. Khi gặp dải kim loại ngang kích hoạt đồng thời cả 4 cảm biến (
1-1-1-1), xe tự động dừng lại đúng vị trí trong thời gian $20\text{ giây}$ và phát còi báo để bốc dỡ hàng hóa, sau đó tiếp tục di chuyển. Sau khi hoàn thành trạm thứ 5 (kết thúc một chu trình), xe dừng hẳn và chờ lệnh vận hành tiếp theo (chạy tiến tiếp hoặc chạy lùi).
- Đáp ứng an toàn:
- Nút dừng khẩn cấp STOP (tiếp điểm thường đóng NC nối ngõ vào X21) ngắt lập tức tín hiệu cấp cho 2 động cơ mà không làm mất nguồn hệ thống.
- Cảm biến quang SICK GTB6-N1211 phát hiện vật cản trong dải cài đặt $35 - 140\text{ mm}$, tự động kích hoạt còi báo Y14 và dừng xe; khi vật cản được di dời, xe dừng trễ một khoảng thời gian ngắn rồi tự động tiếp tục hành trình.
Đóng góp của đề tài
- Làm chủ quy trình tích hợp hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh: từ thiết kế cơ khí 3D (SolidWorks), thi công mạch ghép nối trung gian (Logic gates + Driver), đến lập trình điều khiển công nghiệp (PLC Ladder trên GX Works 2).
- Cung cấp giải pháp kết hợp hiệu quả giữa đầu ra xung số tốc độ cao của PLC với mạch cầu H để điều khiển tốc độ động cơ DC trong mô hình xe tự hành cỡ nhỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được ghi nhận
- Động cơ DC chổi than có tốc độ chậm và độ chính xác chuyển động chưa tối ưu so với các dòng động cơ công nghiệp cao cấp.
- Việc sử dụng các cảm biến tiệm cận kim loại đơn lẻ đòi hỏi căn chỉnh cơ khí chính xác và độ nhạy bám đường ở các đoạn cua gắt còn hạn chế.
- Hệ thống chưa có giao diện giám sát thông số trực quan tại chỗ và chưa hỗ trợ truyền thông giám sát từ xa.
Hướng nghiên cứu phát triển do tác giả đề xuất
- Nâng cấp phần cứng động lực: Chuyển đổi từ động cơ DC sang động cơ không chổi than (BLDC) công suất lớn hơn nhằm nâng cao độ chính xác chuyển động và tăng khả năng chịu tải.
- Cải tiến cụm cảm biến dò đường: Thay thế các cảm biến kim loại đơn lẻ bằng thanh module mảng nhiều cảm biến kim loại chuyên dụng để nâng cao độ mượt và khả năng bám quỹ đạo.
- Nâng cấp cảm biến an toàn và dẫn đường: Thay thế cảm biến quang tiệm cận bằng cảm biến laser 2D LiDAR (dòng SICK TiM) để quét và lập bản đồ 2D môi trường nhà xưởng.
- Tích hợp định vị và truyền thông: Ứng dụng công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến RFID kết hợp module vi điều khiển ESP8266 để giám sát vị trí thực và truyền dữ liệu xe qua mạng không dây.
- Giao diện người dùng: Tích hợp màn hình cảm ứng HMI phục vụ việc theo dõi trạng thái, cài đặt thông số trạm dừng và chẩn đoán lỗi trực quan.
- Thương mại hóa: Hoàn thiện kết cấu công nghiệp hướng đến sản phẩm thương mại hoàn chỉnh.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, kỹ sư ngành Cơ điện tử, Tự động hóa, Kỹ thuật Điều khiển và Kỹ thuật Cơ khí với các nội dung trọng tâm:
- Tham khảo cấu hình phần cứng: Quy trình phối hợp ngõ ra Transistor của PLC Mitsubishi (lệnh phát xung PWM) với IC logic 74HC04, 74HC08 và module cầu H L298N để điều khiển vận tốc/chiều quay động cơ DC.
- Tham khảo thuật toán điều khiển: Phương pháp xây dựng sơ đồ Ladder trên GX Works 2 để xử lý logic đa cảm biến bám line, quản lý chuỗi trạm dừng bằng bộ định thời Timer/Bit nhớ nội và lập trình đáp ứng an toàn.
- Tham khảo thiết kế hệ thống: Quy trình thiết kế tổng thể từ cơ khí khung gầm, chọn lựa dung lượng pin Lithium 6S, lập bảng phân cổng I/O công nghiệp và phương pháp kiểm thử thực tế.
Câu hỏi thường gặp
1. Đồ án sử dụng loại PLC nào và vì sao cần chọn ngõ ra Transistor thay vì Relay?
Đồ án sử dụng PLC Mitsubishi FX3G-60MT/DS (nguồn 24V DC, 36 ngõ vào, 24 ngõ ra). Cần sử dụng ngõ ra định dạng Transistor vì chương trình điều khiển sử dụng lệnh phát xung PWM tần số cao để điều khiển tốc độ động cơ. Ngõ ra Relay cơ khí có tốc độ đóng cắt chậm, sai số lớn và sẽ bị hỏng tiếp điểm rất nhanh nếu phát xung liên tục.
2. Nguyên lý phân cấp tốc độ khi xe AGV chuyển hướng bám đường được thực hiện như thế nào?
Hệ thống sử dụng cơ cấu chuyển hướng vi sai bằng cách cấp các mức điện áp khác nhau cho 2 động cơ:
- Đi thẳng: Cả hai động cơ nhận mức điện áp $15\text{V} - 15\text{V}$.
- Rẽ trái nhẹ: Động cơ phải $15\text{V}$, động cơ trái giảm xuống $12\text{V}$.
- Rẽ trái hoàn toàn: Động cơ phải $12\text{V}$, động cơ trái dừng hẳn ($0\text{V}$).
- Rẽ phải nhẹ / hoàn toàn: Áp dụng ngược lại tương ứng ($12\text{V} - 15\text{V}$ và $0\text{V} - 12\text{V}$).
3. Khối mạch logic trung gian (74HC04 và 74HC08) đóng vai trò gì giữa PLC và mạch cầu H L298N?
Mạch logic tiếp nhận đồng thời tín hiệu xung PWM (từ chân Y00, Y02) và tín hiệu chọn chiều chuyển động (Y04, Y05, Y06, Y07) từ PLC, sau đó thực hiện các hàm logic đảo (NOT) và nhân (AND) để tạo ra các tổ hợp tín hiệu logic tương thích cấp vào các chân INA, INB, INC, IND của driver L298N, giúp điều khiển chính xác chiều quay và tốc độ của từng động cơ mà không gây xung đột tín hiệu.
4. Cơ chế nhận diện và dừng đỗ tại các trạm làm việc được thiết lập ra sao?
Tại mỗi trạm dừng trên đường chạy, người thiết kế dán một dải băng kim loại nằm ngang có kích thước bao phủ toàn bộ 4 cảm biến tiệm cận đầu xe. Khi xe đi vào trạm, cả 4 cảm biến kim loại đồng thời chuyển trạng thái logic lên mức 1 (1-1-1-1), kích hoạt khối lệnh dừng xe trong $20\text{ giây}$ và phát còi báo Y14. Hết $20\text{ giây}$, bộ đếm thời gian trong PLC ngắt trạng thái dừng và cho xe tiếp tục di chuyển qua tổng cộng 5 trạm của chu trình.
5. Hệ thống an toàn của xe xử lý tình huống gặp chướng ngại vật như thế nào?
Khi có vật cản xuất hiện trong phạm vi phát hiện ($35 - 140\text{ mm}$) của cảm biến quang SICK GTB6-N1211, tín hiệu từ chân ngõ vào (X10 hoặc X11) gửi về PLC sẽ lập tức kích hoạt còi báo Y14 và ngắt toàn bộ xung điều khiển động cơ để dừng xe. Sau khi chướng ngại vật được dọn khỏi quỹ đạo, hệ thống duy trì trạng thái dừng an toàn thêm một khoảng thời gian ngắn trước khi tự động kích hoạt lại chương trình di chuyển.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Đức Tùng đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển mô hình xe tự hành AGV dẫn đường bằng cảm biến kim loại sử dụng PLC Mitsubishi FX3G-60MT/DS. Kết quả thử nghiệm thực tế chứng minh xe vận hành ổn định trên đường chạy khép kín, thực hiện chính xác quy trình dừng $20\text{ giây}$ tại 5 trạm đỗ và đáp ứng tốt các yêu cầu an toàn dừng khẩn cấp cũng như tránh vật cản. Các định hướng nâng cấp sang động cơ BLDC, cảm biến LiDAR 2D và tích hợp truyền thông không dây là cơ sở giá trị để tiếp tục phát triển mô hình hướng tới ứng dụng công nghiệp thực tế.
