Nghiên cứu chế tạo mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG
KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ
-----------------------

LÊ TRƢỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH
BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ TỰ ĐỘNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điện – điện tử

NGƢỜI HƢỚNG DẪN: Th.S. Hà Duy Thái

Phú Thọ, 2017

ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tồn thể Q thầy
cơ Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng, Quý thầy cô khoa Kỹ thuật – Công nghệ đã
dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt bốn năm học
tập và rèn luyện tại trƣờng. Đặc biệt là thầy Hà Duy Thái, ngƣời đã tận tình
giúp đỡ chỉ bảo để em có thể hồn thiện đƣợc khóa luận này.
Tuy nhiên thời gian có hạn cùng với nhiều nguyên nhân khác, mặc dù
em đã nỗ lực hết mình xong khóa luận của em vẫn cịn nhiều thiếu sót và hạn
chế. Em rất mong nhận đƣợc sự thông cảm và sự chỉ bảo của Thầy Cơ để em
có thể hồn chỉnh đƣợc khóa luận của mình.
Em xin chân thành cảm ơn !
Việt Trì, Tháng 5 năm 2017

Sinh Viên

Lê Trường Giang

ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG


MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ............................................................... 1
Danh mục các bảng ........................................................................................... 2
Danh mục các hình ảnh ..................................................................................... 3
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 9
1.1. Lịch sử hình thành bãi đỗ xe trên thế giới ................................................. 9
1.1.1. Những bãi giữ xe tính phí đầu tiên ................................................. 9
1.1.2. Nhà giữ xe thuở sơ khai ................................................................ 10
1.1.3. Hệ thống đỗ xe tự động APS ........................................................ 11
1.2. Một số gara trên thế giới .......................................................................... 11
1.2.1. Autostadt Car Towers, Đức .......................................................... 11
1.2.2. Bãi đậu xe Eureka, Melbourne...................................................... 12
1.2.3. Garage Dubai ................................................................................ 13
1.2.4. Bãi đỗ xe Santa Monica Civic, Mỹ ............................................... 13
1.2.5. Bãi đỗ xe cao tầng ở Hà Nội, Việt Nam ....................................... 14
1.2.6. Bãi đỗ xe tại trung tâm thƣơng mại Vincom, Việt Nam............... 14
1.3. Ý tƣởng thiết kế mơ hình bãi đỗ xe.......................................................... 15
1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ......................................................... 15
1.5. Các phƣơng án thiết kế mạch điều khiển ................................................. 15
1.5.1. Với mạch dùng IC rời ................................................................... 15
1.5.2. Với mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển .......................................... 16

1.5.3. Với mạch dùng PLC...................................................................... 16
1.6. Tổng quan hƣớng nghiên cứu của đề tài .................................................. 17
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................. 19
2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ............................................................... 19
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 19
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu....................................................................... 19
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 19
ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG


2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 19
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu .................................................... 19
2.3.2. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 1 ............................................... 20
2.3.3. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 2. .............................................. 21
2.3.4. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 3 ............................................... 40
2.3.5. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 4 ............................................... 48
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƢỢC ................................. 49
3.1. Kết quả thiết kế, thi công và chế tạo phần cứng mơ hình bãi đỗ xe ........ 49
3.2. Kết quả thi cơng và lập trình phần mềm bãi đỗ xe. ................................. 52
3.3. Kết nối phần mềm TIA Portal, WinCC với PLC S7-1200 ...................... 58
3.4. Đánh giá sự ổn định của hệ thống ............................................................ 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 66
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 67

ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG


1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AC

Alternating Current

APS

Automatic Parking Systems

CM

Communication Module

DC

Direct Current

HMI

Human - Machine - Interface

I/O

In/Out

IC

Integrated Circuit

LAD

Ladder

PID

Proportional Integral Derivative

PLC

Programmable Logic Controller

PTO

Pulse Train Output

PWM

Pulse Width Modulation

SB

Signal Board

Scada

Supervisory Control And Data Acquisition

SM

Signal Module

TIA

Totally Integrated Automation


2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Điện áp của các thiết bị trong đề tài ............................................... 22
Bảng 2.2. Đặc tính của các CPU S7-1200 ...................................................... 27
Bảng 2.3. Thông số các kiểu module của PLC S7-1200 ................................ 28
Bảng 3.1. Hoạt động của các thiết bị cổng vào so với yêu cầu công nghệ ..... 62
Bảng 3.2. Hoạt động của các thiết bị cổng ra so với yêu cầu công nghệ ....... 63
Bảng 3.3. Đánh giá ổn định của hệ thống ....................................................... 63


3

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. Ơ tơ đậu nhiều trên vỉa hè và lịng đƣờng tại TP.Việt Trì ................... 6
Hình 1.1. Bãi giữ xe tính phí đầu tiên ............................................................... 9
Hình 1.2. Nhà giữ xe thuở sơ khai .................................................................. 10
Hình 1.3. Hệ thống đỗ xe tự động ................................................................... 11
Hình 1.4. Bãi đậu xe Autostadt Car Towers, Đức .......................................... 12
Hình 1.5. Bãi đậu xe Eureka, Melbourne........................................................ 12
Hình 1.6. Bãi đậu xe ở Dubai .......................................................................... 13
Hình 1.7. Santa Monica Civic, Mỹ ................................................................. 13

Hình 1.8. Bãi đỗ xe cao tầng ở Hà Nội, Việt Nam ......................................... 14
Hình 1.9. Bãi đậu xe tại Vincom ..................................................................... 14
Hình 2.1. Giao diện phần mềm SolidWords ................................................... 20
Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 21
Hình 2.3. Nguồn tổ ong ................................................................................... 22
Hình 2.4. Cấu tạo cảm biến ánh sáng .............................................................. 24
Hình 2.5. Cơng tắc hành trình ......................................................................... 25
Hình 2.6. PLC S7-1200 ................................................................................... 26
Hình 2.7. Các khối chức năng CPU S7-1200 ................................................. 26
Hình 2.8. Sơ đồ kết nối CM, SB, SM với PLC S7-1200 ................................ 28
Hình 2.9. Kết nối vào/ra của PLC với các thiết bị ngoại vi ............................ 29
Hình 2.10. Giao diện phầm mềm TIA Portal 13 ............................................. 30
Hình 2.11. Khả năng mở rộng của S7-200 và S7-1200 .................................. 30
Hình 2.12. Cấu hình I/O của S7-200 và S7-1200 ........................................... 31
Hình 2.13. Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC của S7-200 và S7-1200 ........... 31
Hình 2.14. Cấu trúc lập trình trên S7-200 và S7-1200 ................................... 32
Hình 2.15. Cấu trúc chƣơng trình con trên S7-200 và S7-1200 ..................... 32
Hình 2.16. Cấu trúc chƣơng trình con FC....................................................... 33
Hình 2.17. Cấu trúc dữ liệu kiểu mới trên S7-1200 ........................................ 33
Hình 2.18. Giao diện phần mềm WinCC Explorer ......................................... 35


4

Hình 2.19. Cửa sổ soạn thảo Graphics Designer ............................................ 37
Hình 2.20. Cấu tạo Module L298 ................................................................... 37
Hình 2.21. Sơ đồ nguyên lý L298 ................................................................... 38
Hình 2.22. Rơle trung gian .............................................................................. 39
Hình 2.23. Đế của rơle trung gian ................................................................... 39
Hình 2.24. Cấu tạo động cơ DC ...................................................................... 40

Hình 2.25. Máy cƣa gỗ cầm tay, thƣớc cuộn, bút và búa ............................... 41
Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.............................................................. 41
Hình 2.27. Máy hàn thiếc, máy khoan ............................................................ 42
Hình 2.28. Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình chính........................................... 44
Hình 2.29. Lƣu đồ thuật tốn cửa vào ............................................................. 45
Hình 2.30. Lƣu đồ thuật tốn cửa ra ............................................................... 46
Hình 2.31. Lƣu đồ thuật tốn khởi động, dừng............................................... 47
Hình 3.1. Thiết kế 3D mơ hình bãi đỗ xe trên SolidWords ............................ 49
Hình 3.2. Thiết kế 3D đế mơ hình bãi đỗ xe trên SolidWords ....................... 49
Hình 3.3. Lắp các thiết bị khối cảm biến và khối trung gian, động cơ trên mơ
hình .................................................................................................................. 50
Hình 3.4. Đi dây kết nối PLC với các thiết bị vào/ra...................................... 50
Hình 3.5. Lắp và đi dây khối nguồn................................................................ 51
Hình 3.6. Hồn thiện phần cứng mơ hình ....................................................... 51
Hình 3.7. Giao diện tạo Project trên phần mềm TIA Portal ........................... 52
Hình 3.8. Chọn CPU S7-1200 ......................................................................... 52
Hình 3.9. Giao diện lập trình của TIA Portal .................................................. 53
Hình 3.10.a. Tạo project trên phần mềm WinCC Explorer ............................ 54
Hình 3.10.b. Tạo project trên phần mềm WinCC Explorer ............................ 54
Hình 3.11.a. Mở giao diện liên kết PLC với WinCC...................................... 55
Hình 3.11.b. Liên kết PLC với WinCC........................................................... 55
Hình 3.12.a. Mở giao diện thiết kế trên WinCC Explorer .............................. 56
Hình 3.12.b. Giao diện thiết kế trên phần mềm WinCC Explorer.................. 56
Hình 3.13.a. Mở phần lập trình Global Script trên WinCC Explorer ............. 57


5

Hình 3.13.b. Giao diện lập trình C trên WinCC Explorer .............................. 57
Hình 3.14. Kết quả thiết kế trên phần mềm WinCC Explorer ........................ 58

Hình 3.15. Kết nối máy tính với PLC qua cổng Ethernet ............................... 58
Hình 3.16.a. Kết nối máy tính với PLC .......................................................... 59
Hình 3.16.b. Kết nối máy tính với PLC .......................................................... 59
Hình 3.16.c. Kết nối máy tính với PLC .......................................................... 60
Hình 3.17.a. Kết nối phần mềm WinCC với PLC .......................................... 60
Hình 3.17.b. Kết nối phần mềm WinCC với PLC .......................................... 61
Hình 3.17.c. Kết nối phần mềm WinCC với PLC .......................................... 61
Hình 3.18. Hệ thống hoạt động và màn hình giám sát .................................... 62


6

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bãi đỗ xe hiện đã trở thành một trong những yếu tố cấu thành giá trị của
bất kỳ một bất động sản nào tại các đơ thị lớn “Có chỗ đỗ xe hay không ?”
đang trở thành một câu hỏi lớn đối với những ngƣời mua nhà, những ngƣời đi
mua sắm, những ngƣời đến văn phòng, những ngƣời đến nhà hàng, hay đi vui
chơi giải trí v.v… Việc có chỗ đỗ xe đã và đang trở thành một lợi thế đối với
bất kì hoạt động kinh doanh nào tại trung tâm thành phố, hơn thế nữa việc có
đƣợc một dịch vụ đỗ xe chuyên nghiệp sẽ lại càng là thế mạnh để các khu nhà
ở, khu mua sắm, khu văn phòng, khu ẩm thực cạnh tranh với các đối thủ của
mình. Do vậy, để giữ đƣợc lợi thế kinh doanh và thu hút khách hàng đến sử
dụng dịch vụ và mua sản phẩm của mình, việc đáp ứng đủ chỗ đỗ xe cũng
nhƣ dịch vụ trông giữ xe chuyên nghiệp sẽ luôn là một trong những yếu tố
quan trọng. Khảo sát thực tế cho thấy, tại thành phố Việt Trì chƣa có bãi đỗ
xe nào dành cho ô tô, phần lớn ô tô đậu xe trên vỉa hè, lòng đƣờng gây cản trở
giao thơng.

Hình 1. Ơ tơ đậu nhiều trên vỉa hè và lịng đường tại TP.Việt Trì

Trên đƣờng Nguyễn Du hay đƣờng Đại Nải có rất nhiều cửa hàng, quán
ăn lớn nhƣng khơng có lấy một bãi đỗ xe nào, phƣơng tiện để tràn lan trên vỉa
hè, ơ tơ thì xếp dọc bên lòng đƣờng. Ở trung tâm thƣơng mại lớn nhƣ Vincom
cũng chỉ có hầm để xe cho xe máy, xe đạp, cịn ơ tơ thì đỗ trật kín hai lề
đƣờng làm ảnh hƣởng lƣu thông trên đƣờng phố và gây mất mỹ quan đô thị.


7

Với mong muốn xây dựng một khái niệm mới, quan niệm mới và hình ảnh
mới về dịch vụ đỗ xe trong thành phố, và việc vận dụng các công nghệ tiên
tiến để quản lý, vận hành bãi đỗ xe một cách chuyên nghiệp, góp phần giải
quyết áp lực về vấn đề giao thông trong thành phố. Hệ thống áp dụng vào
thực tế sẽ giải quyết vấn đề tiết kiệm chi phí chi trả cho nhân cơng trong quản
lý và đặc biệt là tính an tồn, tiện dụng của hệ thống.
Hiện nay, cùng với sự phát triển của hệ thống hiện đại có các thiết bị
điện ứng dụng cơng nghệ tân tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển hệ
thống điện với sự trợ giúp đắc lực của các thiết bị tự động [4]. Một trong
những thiết bị đó là PLC, bộ điều khiển trung tâm PLC là thiết bị trung gian
giúp cho ngƣời quản lý thu nhận dữ liệu, thông tin đầy đủ và điều khiển hệ
thống.
Bộ điều khiển PLC đƣợc ứng dụng rộng rãi ở nƣớc ta, sử dụng nhiều
trong công nghiệp hay những hệ thống tự động phức tạp. PLC có thể khắc
phục đƣợc những nhƣợc điểm của bộ điều khiển bằng dây nối (bộ điều khiển
bằng Rơle) [1]:
- Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa
- Dung lƣợng bộ nhớ lớn để có thể chứa đƣợc chƣơng trình phức tạp
- Hồn tồn tin cậy trong môi trƣờng công nghiệp

- Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thơng minh nhƣ: máy tính, nối mạng,
modul mở rộng
Từ những vấn đề trên, nên em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo
mơ hình bãi đỗ xe ơ tơ tự động” để làm khóa luận tốt nghiệp của mình.
2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Sử dụng PLC kết nối truyền thơng với màn hình giám sát giúp ngƣời
quản lý vận hành, điều khiển hệ thống một cách nhanh chóng, hiệu
quả.
- Làm mơ hình học tập cho sinh viên thực hành trong xƣởng điện của
bộ môn.


8

3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ứng dụng hệ thống tự động hóa vào các bãi đỗ xe giúp cho việc quản lý
xe chặt chẽ, hiệu quả. Ngoài ra, cịn góp phần vào việc xây dựng nếp sống
văn minh đơ thị, khơng cịn tình trạng lấn chiếm vỉa hè, lịng đƣờng hay ảnh
hƣởng đến giao thơng đơ thị. Mơ hình có thể áp dụng đƣợc ở những nơi có số
lƣợng xe trung bình và giảm đƣợc số lƣợng nhân công.
4. Mục tiêu của đề tài
Thiết kế thành công mô hình bãi đỗ xe ơ tơ tự động


9

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Lịch sử hình thành bãi đỗ xe trên thế giới
Tìm hiểu lịch sử ra đời và phát triển bãi đỗ xe tự động trên thế giới sẽ giúp
chúng ta có cái nhìn tổng quan về giải pháp cơng nghệ cao đang góp lớn vào

cuộc sống hiện đại tiện nghi của con ngƣời. Từ những năm 20 của thế kỷ
trƣớc, hệ thống đỗ xe ô tô tự động cũng đã xuất hiện nhằm đáp ứng nhu cầu
về chỗ đỗ xe ô tô. Thời điểm đó, hệ thống đỗ xe tự động mới chỉ có tại các
nƣớc Bắc Mỹ, Tây Âu, đến nay chúng đã trở thành một phần không thể thiết
trong giao thông công cộng ở các nƣớc đang phát triển.
1.1.1. Những bãi giữ xe tính phí đầu tiên
Trƣớc khi các bãi giữ xe đƣợc xây dựng và trang bị công nghệ tự động
thơng minh thì mọi ngƣời đỗ chúng trên đƣờng phố hoặc đỗ chúng ở bất cứ vị
trí nào cho đến khi họ xong việc. Tại các khu mua sắm hầu hết chỗ đậu xe đều
đã bị chiếm đóng bởi nhân viên làm việc, khơng có chỗ cho các khách hàng
tiềm năng. Vấn đề tắc nghẽn giao thông thƣờng xuyên xảy ra tại các thành
phố lớn. Cho đến khi vấn đề này gây ra những thiệt hại về kinh tế một cách rõ
rệt thì ngƣời ta mới bắt đầu nghĩ cách điều chỉnh thời gian đậu xe và xây dựng
khu đỗ xe một cách bài bản.

Hình 1.1. Bãi giữ xe tính phí đầu tiên


10

Vào những năm 20-30 của thế kỷ XX, tại thành phố Oklahoma của Hoa
Kỳ - một trong những thành phố đông dân nhất, khi các thƣơng gia phàn nàn
về vấn đề giao thông, các nhà chức trách đã tổ chức cuộc thi thiết kế sản phẩm
đồng hồ đỗ xe tại các bãi đỗ xe của trung tâm thành phố. Cuối cùng, bãi đậu
xe tự động đầu tiên đƣợc thiết kế bởi Holger George Thuessen và Gerald A
Hale. Hale và Thuessen bắt đầu làm việc với các đồng hồ đỗ xe vào năm 1935
và các dự án đƣợc giao bởi Carl Magee. Nhƣ vậy bãi đậu xe có đồng hồ đầu
tiên đƣợc lắp đặt tại thành phố Oklahoma vào ngày 16 tháng 7 trong năm
1935 (Hình 1.1).
Những bãi đỗ xe có đồng hồ đếm giờ sẽ khiến mọi ngƣời phải trả phí khi

muốn đỗ xe, từ đó họ có trách nhiệm hơn với việc dừng đỗ xe của mình.
1.1.2. Nhà giữ xe thuở sơ khai
Khi xe hơi ngày một nhiều lên, sẽ cần có nhiều khơng gian hơn, một bãi
đỗ xe đƣợc xây dựng cẩn thận với đầy đủ trang thiết bị trở thành một vấn đề
lớn và các nhà lãnh đạo lại bắt đầu đi tìm giải pháp.

Hình 1.2. Nhà giữ xe thuở sơ khai

Những chiếc xe hơi đầu tiên không đƣợc làm từ các chất liệu cao cấp nhƣ
ngày nay. Vào thời đó, xe hơi rất “nhạy cảm” và không thể chống chịu với
thời tiết mƣa, nắng, lạnh giá thất thƣờng. Do đó họ phải đậu xe trong khu vực
có mái che đƣợc bảo vệ khỏi các điều kiện thời tiết. Các bãi đậu xe đƣợc rào


11

chắn trong các khu phố, sẽ thấy nó rất sơ sài, chƣa có trang thiết bị cao cấp
nào đƣợc lắp đặt trong những nhà để xe sơ khai nhƣ thế này (Hình 1.2).
1.1.3. Hệ thống đỗ xe tự động APS (Automatic Parking Systems)

Hình 1.3. Hệ thống đỗ xe tự động

Các nhà đỗ xe tự động đầu tiên đƣợc xây dựng vào năm 1905 tại thủ đô
Paris của Pháp. Khi diện tích đất tại thành phố Paris ngày một bị thu hẹp bởi
sự phát triển chóng mặt của kinh tế, văn hóa thì thách thức đặt ra với các bãi
đỗ xe ngày càng lớn. Ngƣời ta nghĩ rằng sẽ phải sử dụng một nhà đỗ xe tầng
là xe này chồng lên xe kia, việc di chuyển xe phải sử dụng thang máy. Khách
gửi xe chỉ việc giao xe tại khu vực chỉ định, nhân viên bãi giữ xe tự động sẽ
có nhiệm vụ sử dụng thang máy để đƣa xe lên vị trí đỗ. Khơng chỉ tiết kiệm
về mặt diện tích, mà sau này các APS còn đƣợc trang bị nhiều thiết bị hiện đại

với mục đích bảo vệ mơi trƣờng, thanh lọc khơng khí do khí thải từ lƣợng xe
ơ tô quá lớn.
1.2. Một số gara trên thế giới
1.2.1. Autostadt Car Towers, Đức
Tháp để xe nằm trong khu vực dành cho khách tham quan gần nhà máy
sản xuất của Volkswagen (Wolfsburg, Đức). Tháp cao 20 tầng với sức chứa
800 xe. Autostadt Car Towers giống nhƣ một tác phẩm “ khoa học giả tƣởng”.
Một bãi đậu xe khổng lồ 20 tầng, xe ô tô đƣợc nâng bằng thang máy và đƣa
vào chỗ đậu bằng hệ thống robot thông minh.


12

Hình 1.4. Bãi đậu xe Autostadt Car Towers, Đức

1.2.2. Bãi đậu xe Eureka, Melbourne

Hình 1.5. Bãi đậu xe Eureka, Melbourne

Sự kết hợp độc đáo của những vạch kẻ sơn trên tƣờng và sàn tạo nên
một chức năng chỉ dẫn vị trí của bạn trong bãi xe Eureka. Nhà thiết kế Axel
Peemoeller đã phát triển “hệ thống chỉ đƣờng” bằng cách đƣa ra những chỉ
dẫn cho khách và cũng là điểm nhấn trang trí cho hầm xe. Những vạch kẻ dài
kết hợp với màu sắc phù hợp nhƣ chỉ lối ra (out) màu đỏ, lối vào (in) màu
xanh lá, đi lên (up) màu xanh, đi xuống (down) màu vàng, …


13

1.2.3. Garage Dubai

Hình 1.6. Bãi đậu xe ở Dubai

Lối vào của garage này tại Dubai trông nhƣ chỉ đủ chỗ cho một chiếc
xe. Nhƣng bên trong là bãi đỗ xe tự động rộng nhất thế giới với sức chứa 765
xe và có thể di chuyển 250 xe mỗi giờ. Những chiếc xe đƣợc tự động xếp
cạnh nhau sao cho càng tiết kiệm không gian càng tốt.
1.2.4. Bãi đỗ xe Santa Monica Civic, Mỹ

Hình 1.7. Santa Monica Civic, Mỹ

Điểm nhấn đập vào mắt của bãi đỗ xe Santa Monica Civic chính là màu
sắc bắt mắt. Bãi đậu xe đƣợc gắn rất nhiều đèn LED nhấp nháy ấn tƣợng. Đây
là bãi đậu xe thân thiện với môi trƣờng nên đƣợc xây dựng bằng những vật
liệu bền vững. Bãi đỗ có thể chứa 900 xe thơng thƣờng. Ngồi ra, cịn có 14


14

chỗ dành cho ô tô điện và khu để xe đạp. Năng lƣợng thắp sáng hệ thống LED
lấy từ những tấm pin mặt trời nằm trên nóc tịa nhà.
1.2.5. Bãi đỗ xe cao tầng ở Hà Nội, Việt Nam
Đây là bãi đỗ xe cao tầng đầu tiên của Hà Nội. Gara rộng 126m2, cao 5
tầng, gồm 4 block có sức chứa tổng cộng 30 xe, cùng lúc có thể lấy đƣợc xe
tại các block trong khoảng thời gian từ 2-3 phút/xe; bãi đỗ xe này đƣợc sử
dụng công nghệ của Hàn Quốc.

Hình 1.8. Bãi đỗ xe cao tầng ở Hà Nội, Việt Nam

1.2.6. Bãi đỗ xe tại trung tâm thƣơng mại Vincom, Việt Nam

Hình 1.9. Bãi đậu xe tại Vincom


15

Bãi đỗ xe tại tòa nhà Vincom đặt dƣới tầng hầm, đây là tầng dành cho
xe ô tô, một thiết kế theo kiểu điển hình tại các tồ nhà lớn, khu chung cƣ hay
trung tâm thƣơng mại…
1.3. Ý tƣởng thiết kế mơ hình bãi đỗ xe
Một số bãi đỗ xe ô tô hiện đại bậc nhất thế giới kể trên về thẩm mỹ
cũng nhƣ tính năng tự động hóa của nó, qua đó chúng ta có thể tham khảo và
ứng dụng. Tuy nhiên với thời gian, kiến thức và kinh phí hạn hẹp việc thiết kế
một mơ hình bãi đỗ xe hiện đại là rất khó khăn vì vậy em sẽ thiết kế một mơ
hình bãi đỗ xe ơ tơ phù hợp, thiết kế theo bãi đỗ xe tòa nhà Vincom gồm một
cửa vào và một cửa ra, cùng với đó là những thanh ngang chắn cửa một thiết
kế điển hình cho bãi đỗ xe trƣớc đây. Ngồi ra, hệ thống bãi đỗ xe ô tô đƣợc
giám sát hiển thị thơng báo bãi đỗ có bao nhiêu xe, vị trí chỗ còn trống và
cảnh báo. Thiết kế này rất phù hợp cho những bãi đỗ xe với số lƣợng xe trung
bình nhƣ trung tâm thƣơng mại, siêu thị, …
1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Thời điểm hiện tại, có rất nhiều đề tài nghiên cứu về mơ hình bãi đỗ xe.
Bộ điều khiển chính trong các đề tài nghiên cứu chủ yếu là vi điều khiển và
PLC. PLC sử dụng chủ yếu là dòng S7-200 của Siemen [2,3,5]. Vi điều khiển
chủ yếu là các IC thuộc họ vi điều khiển MCS51[6].
Một số đề tài nghiên cứu cùng lĩnh vực:
[1]. Hà Duy Hải (2011), Xây dựng mơ hình bãi gửi xe tự động, Đại học dân
lập Hải Phòng.
[2]. Đỗ Văn Mẫn (2011), Thiết kế mơ hình bãi đậu xe tự động, Đại học Đà
Nẵng.

[3]. Nguyễn Tuấn Anh (2012), Điều khiển đóng mở cửa gara đếm số lượng
xe ơ tơ, Đại học dân lập Hải Phòng.
1.5. Các phƣơng án thiết kế mạch điều khiển
1.5.1. Với mạch dùng IC rời
- Ưu điểm:
+ Đảm bảo độ chính xác cao


16

+ Tần số đáp ứng của mạch nhanh
+ Tổn hao cơng suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc ắc quy
+ Khả năng đếm rộng
+ Giá thành thấp
+ Mạch đơn giản, dễ thực hiện
- Nhược điểm:
Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng đƣợc việc thay đổi
số đếm. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc phải thay
đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế
mà nhiều khi u cầu đó khơng thực hiện đƣợc bằng phƣơng pháp này vì việc
tính tốn các thuật toán rất phức tạp.
1.5.2. Với mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển [6]
- Ưu điểm:
Ngoài những ƣu điểm nhƣ đã liệt kê trong phƣơng pháp dùng IC
rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển cịn có những ƣu
điểm sau:
+ Mạch có thể thay đổi số đếm linh hoạt bằng việc thay đổi phần
mềm, không cần thay đổi phần cứng
+ Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn nên giá thành thấp hơn,
cơng suất tiêu thụ thấp hơn

+ Mạch đơn giản, dễ thực hiện hơn nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc tính
năng điều khiển mơ hình
- Nhược điểm:
+ Chống nhiễu kém
+ Hoạt động khơng ổn định trong mơi trƣờng nhiều tín hiệu nhiễu, có
nhiệt độ và độ ẩm cao
1.5.3. Với mạch dùng PLC [2,3,5]
- Ưu điểm:
+ Công suất tiêu thụ rất thấp


17

+ Có khả năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho việc sửa chữa nhanh
chóng, dễ dàng
+ Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình
+ Giảm thiểu số lƣợng rơle, timer và không hạn chế số lƣợng tiếp điểm
sử dụng trong chƣơng trình
+ Tốc độ xử lý cao, chu trình điều khiển hồn thành chỉ mất vài ms
+ Chức năng lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học
+ Dung lƣợng chƣơng trình lớn, có thể chứa đƣợc nhiều chƣơng trình
phức tạp
+ Dễ dàng kết nối đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: máy
tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng
+ Độ tin cậy cao, tỉ lệ hƣ hỏng rất thấp, hoạt động ổn định trong môi
trƣờng công nghiệp
- Nhược điểm:
+ Giá thành cao
Trong đề tài này, em chọn phƣơng pháp thiết kế mạch điều khiển sử dụng
PLC. Vì:

+ Kết nối truyền thơng giữa PLC và máy tính dễ dàng, đơn giản
+ Phần mềm và ngơn ngữ lập trình dễ học, dễ hiểu
+ Bộ điều khiển logic khả trình PLC đƣợc ứng dụng trong công
nghiệp, trong các hệ thống tự động hóa rất nhiều
+ Học thêm đƣợc nhiều kiến thức cần thiết về PLC để chuẩn bị tốt hơn
cho cơng việc liên quan đến tự động hóa sau khi ra trƣờng
1.6. Tổng quan hƣớng nghiên cứu của đề tài
Qua tìm hiểu về các đề tài nghiên cứu khoa học cùng lĩnh vực. Về cơng
nghệ, chủ yếu là đóng mở cửa tự động, đếm số lƣợng xe và cảnh báo, chƣa có
đề cập đến giám sát bãi đỗ xe. Về mơ hình, các đề tài này dùng cảm biến để
nhận biết xe vào ra, chƣa sử dụng cảm biến để nhận biết vị trí chỗ cịn trống
trong bãi đỗ xe.


18

Từ những vấn đề trên, đề tài của em sẽ tập trung nghiên cứu và sử dụng
dòng PLC S7-1200 của hãng Siemens làm bộ điều khiển trung tâm điều khiển
toàn bộ hệ thống và kết nối truyền thông với màn hình giám sát, thi cơng mơ
hình sử dụng cảm biến ở cổng vào/ra và từng vị trí chỗ để xe liên kết với PLC
để hiển thị thông tin và cảnh báo chính xác lên màn hình giám sát.


19

CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của khóa luận gồm:
+ Hệ thống cảm biến

+ Bộ điều khiển PLC S7-1200
+ Vật liệu chế tạo mô hình và cơ cấu chuyển động động cơ
+ Phần mềm lập trình cho PLC TIA Portal V13 của Siemens
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
+ Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của PLC S7-1200
+ Lập trình ứng dụng bộ điều khiển S7-1200
+ Phần mềm lập trình và thiết kế giao diện HMI Simatic WinCC
Explorer của Siemens
2.2. Nội dung nghiên cứu
+ Nội dung 1: Thiết kế xây dựng mơ hình bãi đỗ xe ô tô
+ Nội dung 2: Tìm hiểu lựa chọn thiết bị sử dụng cho mơ hình
+ Nội dung 3: Thi cơng mơ hình hệ thống bãi đỗ xe
+ Nội dung 4: Chạy thử và đánh giá kết quả hoạt động của mơ hình
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu
Tiến trình nghiên cứu gồm có 5 bƣớc:
Bƣớc 1: Khảo sát thực tế mơ hình bãi đỗ xe
Bƣớc 2: Thiết kế hệ thống mơ hình bãi đỗ xe
Bƣớc 3: Xây dựng và thi công phần cứng của mô hình
Bƣớc 4: Thiết kế, lập trình và thi cơng phần mềm mơ hình
Bƣớc 5: Chạy thử và đánh giá sự ổn định của hệ thống


20

2.3.2. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 1: Thiết kế xây dựng mơ hình bãi
đỗ xe ơ tơ
Với ý tƣởng xây dựng mơ hình theo bãi đỗ xe ơ tơ của tịa nhà Vincom.
Em đã thiết kế mơ hình bãi đỗ xe bằng phần mềm SolidWords.
Phần mềm Solidworks là một trong những phần mềm chuyên về thiết

kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và
nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay. Solidworks đƣợc
biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và đƣợc du nhập vào nƣớc ta với phiên
bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2012 và phần mềm này đã phát triển
đồ sộ về thƣ viện cơ khí, khơng những dành cho các xí nghiệp cơ khí mà cịn
dành cho các ngành khác nhƣ: kỹ thuật điện tử, kiến trúc, thiết kế nội thất, mỹ
thuật …

Hình 2.1. Giao diện phần mềm SolidWords

SolidWords là phần mềm đƣợc xây dựng với cơng nghệ thích nghi
cùng với các khả năng mơ hình hóa, sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực cơ khí và
kỹ thuật. SolidWords trang bị những công cụ mạnh, thông minh, quản lý các
đối tƣợng, trợ giúp các quá trình thiết kế, làm tăng năng suất chất lƣợng thiết
kế, từ việc vẽ ban đầu cho đến việc hình thành các bản vẽ cuối cùng.


21

2.3.3. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 2: Tìm hiểu lựa chọn thiết bị sử
dụng trong mơ hình.
Thiết bị sử dụng trong mơ hình ứng với các phần trong sơ đồ khối nhƣ sau:

Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống

Mỗi khối có một chức năng nhiệm vụ riêng:
+ Khối nguồn: gồm có nguồn 220V cấp nguồn cho PLC và 3 nguồn tổ
ong cấp nguồn một chiều phù hợp cho từng thiết bị.
+ Khối cảm biến: gồm có 8 cảm biến và 4 cơng tắc hành trình, khi cảm
biến và cơng tắc hành trình bị tác động sẽ phản hồi tín hiệu về khối xử

lý trung tâm.
+ Khối xử lý trung tâm: Bộ điều khiển PLC có nhiệm vụ nhận và xử lý
tín hiệu đầu vào, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến khối trung gian và
khối hiển thị.
+ Khối hiển thị: là một màn hình giám sát trên máy tính hiển thị số xe,
chỗ cịn trống, cảnh báo.