Thiết kế, chế tạo và điều khiển hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

GVHD: TS. VŨ QUANG HUY
SVTH: MAI KIM TOÀN
MSSV: 11146120
SVTH: PHAN THANH TOÀN
MSSV: 11146121
SVTH: ĐẶNG HOÀNG VƯƠNG
MSSV: 11146148

SKL 0 0 3 7 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:“THIẾT

KẾ, CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN HỆ

THỐNG BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG”

Giảng viên hướng dẫn: TS. VŨ QUANG HUY
MAI KIM TỒN

11146120
11146121

Lớp:

PHAN THANH TỒN
ĐẶNG HỒNG VƯƠNG
111462

Khóa:

2011 - 2015

Sinh viên thực hiện:

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 31 Tháng 07 Năm 2015

11146148


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Cơ điện tử

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy.
Sinh viên thực hiện:

Mai Kim Toàn.

MSSV: 11146120

Phan Thanh Toàn.

MSSV: 11146121

Đặng Hoàng Vương.

MSSV: 11146148

1. Tên đề tài:
Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
…………….………..……….……………………………………………………………

…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
3. Nội dung chính của đồ án:
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
1


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………
4. Các sản phẩm dự kiến
…………….………..……….……………………………………………………………
…………….………..……….……………………………………………………………

5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

Được phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

2


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động.
- GVHD: TS Vũ Quang Huy.
- Họ tên sinh viên: Mai Kim Toàn
- MSSV: 1114620
Lớp: 111462A
- Địa chỉ sinh viên:
36, đường 120, P.Tân Phú, Q.9
- Số điện thoại liên lạc:
01212760065
- Email:

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):
- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do

chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tơi khơng sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc.Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn
tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 07 năm 2015.
Ký tên

3


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

LỜI NĨI ĐẦU

Bốn năm là khoảng thời gian đầy ý nghĩa mà chúng em đã được gắn bó với ngơi trường
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM trong việc học tập và nghiên cứu . Nhận được rất nhiều sự
hướng dẫn và dạy dỗ tận tình của các thầy cơ giáo về chun mơn lẫn đạo đức. Luận văn tốt
nghiệp là thành quả của một trình lâu dài, là sự kết tinh của tất cả những kiến thức mà sinh
viên đã lĩnh hội được trong quá trình học tập tại trường cũng như những kiến thức tự học tập
của mỗi sinh viên.
Ngày nay, thời đại công nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ và thay đổi khơng ngừng,
thì con người ln có khuynh hướng kết hợp rất nhiều lĩnh vực công nghệ kỹ thuật để tạo ra
những sản phẩm tối ưu nhất mang lại lợi ích cho con người. Nói rõ hơn là sự kết hợp của
ngành cơ khí, tự động hóa, điện - điện tử, tin học… đã tạo nên sự mới mẻ và nhiều đột phá
lớn cho thời đại công nghiệp đương đại.
Đề tài “ Thiết kế, chế tạo và điều khiển mô hình bãi giữ xe ơ tơ tự động ” mang lại hai
ý nghĩa chính như sau. Thứ nhất đề tài được xem là một trải nghiệm thực sự để nhóm có thể
vận dụng những kiến thức đã được học tập và nghiên cứu trên ghế nhà trường; cùng với khả
năng tư duy, sáng tạo của mình để tạo ra sản phẩm tốt nhất, mang lại lợi ích cho con người.
Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm giải quyết vấn đề thiếu bãi giữ xe ô tô hiện nay.
Xã hội ngày càng phát triển và nhu cầu về phương tiện đi lại ngày càng lớn. Đặc biệt là sự

phát triển mạnh mẽ của xe ô tô trong thời kỳ hội nhập quốc tế. Các thành phố lớn với diện
tích đất chật hẹp mà để đáp ứng được nhu cầu bãi đỗ xe ơ tơ thì quả là một điều khó khăn.
Và đó cũng là lý do và mục đích đề ra để nhóm thực hiện đề tài đạt được.

4


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà khơng gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp
đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt
đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ
của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Cơ Khí Máy –
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền
đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong thời gian vẫn còn đang học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Vũ Quang Huy đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ
chúng em rất nhiều qua các buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài mà chúng em thực hiện.
Nếu khơng có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đề tài này của chúng em
rất khó có thể hồn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy.
Bài thu hoạch bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu nhu cầu cũng như đối tượng hướng tới.
Chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động” để làm đề tài
nghiên cứu. Kiến thức của chúng em còn hạn chế và cịn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh
khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp quý báu của quý Thầy Cơ để kiến thức của nhóm em trong lĩnh vực này được hồn thiện
hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2015

NHĨM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
MAI KIM TỒN
PHAN THANH TOÀN
ĐẶNG HOÀNG VƯƠNG

5


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ
ĐỘNG
GVHD: Ts. Vũ Quang Huy.
SVTH: Mai Kim Toàn

MSSV: 11146120

Phan Thanh Toàn

MSSV: 11146121

Đặng Hoàng Vương

MSSV:11146148

Trường: Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Khoa: Cơ khí chế tạo máy.
Bộ môn: Cơ điện tử.
Thời gian thực hiện: 15 tuần.

1. Mục tiêu:
Trên cơ sở tìm hiểu và nghiên cứu các bãi giữ xe ô tô tự động hiện có trên thế giới, đồng
thời dựa trên thực trạng thiếu chỗ giữ xe trầm trọng ở các thành phố lớn ở nước ta hiện nay,
từ đó thiết kế và chế tạo mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động nhằm đáp ứng nhu cầu rất lớn này.
Mơ hình có khả năng giữ được tổng cộng 45 xe, lấy và gửi xe một cách nhanh chóng, linh
hoạt.
2. Nội dung chính:
− Thiết kế toàn bộ phần khung.
− Thiết kế toàn bộ cơ cấu lấy xe.
− Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát.
− Chế tạo mơ hình thể hiện ngun lý hoạt động của bãi giữ xe ô tô tự động.
3. Kết quả chính đạt được:
− Lựa chọn được phương hướng và giải pháp phù hợp.
− Thiết kế được mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động.
− Chế tạo và điều khiển được mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động thể hiện được nguyên lý
hoạt động của hệ thống giữ xe trong thực tế (mơ hình có dạng hình trụ, bao gồm 3
tầng, mỗi tầng có 15 ngăn).

6


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

SUMMARY
PROJECT’S NAME: DESIGN, MANUFACTURING AND CONTROL
AUTOMATIC CAR PARKING.
Counsellor: Ph.D Vu Quang Huy.
Student:

Mai Kim Toan

Student’s ID: 11146120

Phan Thanh Toan

Student’s ID: 11146121

Dang Hoang Vuong

Student’s ID: 11146148

University: University of Technology and Education Ho Chi Minh City.
Faculty: Faculty of Mechanical Engineering.
Department: Mechatronics.
Execution time: 15 weeks.
2.1 Objectives:
We research an automatic car parking system in practise. Then, we synthetize, analyze
and evaluate the whole system to give a best decision to make appropriate model.
2.2 Main contents:
We has finished a whole automatic car parking model including frame, pick car structure
and control system which has used Step7 Microwin and WinCC to supervise.
2.3 Results obtained:
We manufacture an automatic car parking model with 3 floors, each floor has 15
compartments. But it is just a model, so we decide to make 6 compartments which can be
used to simulate the real system. This model can response flexibly ability of car parking and
picking. Its height is 0.8 meter. Its diameter is 0.9 meter. The whole model can be easily
controled and supervised by WinCC.

7

Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................................................... 1
LỜI CAM KẾT

............................................................................................................... 3

LỜI NÓI ĐẦU

............................................................................................................... 4

LỜI CẢM ƠN

............................................................................................................... 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................... 6
SUMMARY

............................................................................................................... 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. 11
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. 12
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... 15

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ................................................................................................ 16
1.1

Tính cấp thiết của đề tài: .................................................................................. 16

1.2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ........................................................ 16

1.3

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ....................................................................... 17

1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ................................................................... 17

1.4.1

Đối tượng nghiên cứu:...................................................................................... 17

1.4.2

Phạm vi nghiên cứu: ......................................................................................... 17

1.5

Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................. 17

1.5.1

Cơ sở phương pháp luận: ................................................................................. 17

1.5.2

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: ............................................................... 18

1.6

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp: ........................................................................... 18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 19
2.1

Bãi giữ xe xếp chồng (Auto Stacker): .............................................................. 19

2.2

Mơ hình bãi giữ xe nhiều tầng: ........................................................................ 19

2.3

Mơ hình bãi giữ xe hồn tồn tự động: ............................................................ 20
8


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP .............................................. 21
3.1

Yêu cầu của đề tài: ........................................................................................... 21

3.2

Phương pháp và giải pháp thực hiện: ............................................................... 21

3.2.1

Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại: .......................................................... 21

3.2.2

Bộ truyền động lên xuống: .............................................................................. 24

3.2.3

Bộ truyền động xoay: ....................................................................................... 25

3.3

Lựa chọn giải pháp: .......................................................................................... 27

3.3.1

Biên dạng ngoài: ............................................................................................... 27

3.3.2

Cơ cấu nâng: ..................................................................................................... 27

3.3.3

Cơ cấu lấy xe: ................................................................................................... 27

3.3.4

Bộ truyền động lên xuống: ............................................................................... 27

3.3.5

Bộ truyền động xoay: ....................................................................................... 27

3.4

Trình tự cơng việc tiến hành: ........................................................................... 27

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ ........................................................... 29
4.1

Thiết kế phần động học: ................................................................................... 29

4.1.1

Lựa chọn các thông số ban đầu: ....................................................................... 29

4.1.2

Thiết kế động học: ............................................................................................ 29

4.1.2.1

Xác định các chuyển động tạo hình: ................................................................ 29

4.1.2.2

Thiết kế các răng chuyển động:........................................................................ 30

4.1.2.3

Xác định vận tốc quay của trục và di chuyển lên xuống:................................. 30

4.2

Thiết kế phần động lực học: ............................................................................. 31

4.2.1

Xác định công suất động cơ: ............................................................................ 31

4.2.1.1

Xác định công suất động cơ quay trục chính: .................................................. 31

4.2.1.2

Xác định cơng suất động cơ di chuyển ra vào để lấy pallet: ............................ 32

4.2.1.3

Xác định công suất động cơ quay cuốn xe trên pallet:..................................... 32

4.2.1.4

Xác định công suất động cơ nâng: ................................................................... 33

4.2.2

Thiết kế bộ truyền đai răng: ............................................................................. 34
9


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

4.2.2.1

Tổng quan: ........................................................................................................ 34

4.2.2.2

Ưu, nhược điểm của bộ truyền đai: .................................................................. 35

4.2.2.3

Tính tốn, thiết kế:............................................................................................ 36

4.3

Lựa chọn thanh ray – con trượt: ....................................................................... 39

4.4

Lựa chọn ổ bi:................................................................................................... 39

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG....... 41
5.1

PLC:.................................................................................................................. 41

5.1.1

Tổng quan: ........................................................................................................ 41

5.1.2

Cấu trúc phần cứng: ......................................................................................... 42

5.2

Phần mềm giám sát WinCC: ............................................................................ 43

5.2.1

Tổng quan: ........................................................................................................ 43

5.2.2

Các mô đun sản phẩm: ..................................................................................... 43

5.2.3

Các chức năng thông thường của WinCC: ....................................................... 44

5.2.4

PC Access OPC ................................................................................................ 44

5.2.4.1

Khái niệm chung về OPC ................................................................................. 44

5.2.4.2

Phần mềm PC Access OPC .............................................................................. 45

5.3

Các khối điều khiển: ......................................................................................... 45

5.3.1

Mạch điều khiển Arduino:................................................................................ 45

5.3.1.1

Tổng quan: ........................................................................................................ 45

5.3.1.2

Phần cứng: ........................................................................................................ 46

5.3.1.3

Module mở rộng Shield:................................................................................... 46

5.3.1.4

Phần mềm: ........................................................................................................ 46

5.3.2

Khối quẹt thẻ từ: ............................................................................................... 47

5.3.3

Động cơ AC Servo: .......................................................................................... 48

5.3.3.1

Sơ đồ cấu trúc động cơ AC Servo: ................................................................... 48

5.3.3.2

Thông số kỹ thuật động cơ: .............................................................................. 49

5.3.3.3

Khả năng chịu tải của trục động cơ: ................................................................. 50
10


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

5.3.4

Bộ điều khiển (Driver) của động cơ Mr-j-10A Mitsubishi: ............................. 51

5.3.4.1

Thông số kỹ thuật của Driver: .......................................................................... 51

5.3.4.2

Hình dạng và sơ đồ kết nối Driver: .................................................................. 52

5.3.4.2.1

Hình dạng của Driver: ...................................................................................... 52

5.3.4.2.2

Sơ đồ kết nối Driver: ........................................................................................ 53

5.3.4.3

Thông số bộ điều khiển Driver động cơ Mitsubishi: ....................................... 56

5.3.5

Khối điều khiển động cơ AC Servo ................................................................. 61

5.3.6

Khối điều khiển đảo chiều động cơ DC hộp số................................................ 63

5.3.7

Mạch chuyển tín hiệu số 8 thành 3 ................................................................... 63

5.4

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển: ................................................................ 64

CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ ................................................................... 70
6.1

Phần cơ khí: ...................................................................................................... 70

6.2

Phần điện: ......................................................................................................... 72

6.2.1

Các board sau khi chế tạo:................................................................................ 72

6.2.2

Lắp mạch điện .................................................................................................. 73

6.3

Giao diện điều khiển, giám sát hệ thống .......................................................... 74

KẾT LUẬN…………………………………………………………………………………78
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………79
PHỤ LỤC...…………………………………………………………………………………80

11


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Phân tích các kiểu biên dạng ngồi của xe. ........................................................... 22
Bảng 3.2 Phân tích các cơ cấu chuyển động nâng. ............................................................... 23
Bảng 3.3 Phân tích các cơ cấu lấy xe. ................................................................................... 24
Bảng 3.4 Phân tích các cơ cấu truyền động tịnh tiến. ........................................................... 25
Bảng 3.5 Phân tích các cơ cấu truyền động xoay. ................................................................. 27
Bảng 5.1 Các thông số cài đặt cho driver. ............................................................................. 60

12


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Mơ hình bãi giữ xe kiểu xếp chồng. ....................................................................... 19
Hình 2.2 Bãi giữ xe nhiều tầng tại sân bay Hamburg. .......................................................... 20
Hình 2.3 Gara ơ tơ tự động Autostadt, Wolfsburg, Đức. ...................................................... 20
Hình 4.1 Bộ truyền đai thơng thường. ................................................................................... 34
Hình 4.2 Bộ truyền đai chéo và nửa chéo. ............................................................................ 34
Hình 4.3 Các thơng số hình học của đai răng. ....................................................................... 35
Hình 4.4 Thanh trượt TBI motion linear guide. .................................................................... 39

Hình 4.5 Ổ bi. ........................................................................................................................ 40
Hình 5.1 Thơng số và các đặc điểm kỹ thuật của Series 22X. .............................................. 41
Hình 5.2 Cấu trúc phần cứng của PLC. ................................................................................. 42
Hình 5.3 Chu trình hoạt động của Arduino. .......................................................................... 47
Hình 5.4 Sơ đồ khối điều khiển khối quẹt thẻ từ................................................................... 47
Hình 5.5 Thiết bị thực tế cho hệ thống quẹt thẻ. ................................................................... 48
Hình 5.6 Sơ đồ cấu trúc AC servo. ........................................................................................ 48
Hình 5.7 Động cơ AC servo. ................................................................................................. 49
Hình 5.8 Hình ảnh thực tế động cơ AC servo ....................................................................... 49
Hình 5.9 Ý nghĩa mơ đun trên động cơ. ................................................................................ 50
Hình 5.10 Khả năng chịu tải của trục động cơ. ..................................................................... 51
Hình 5.11 Hình ảnh driver và nhãn thơng số kỹ thuật. ......................................................... 51
Hình 5.12 Ý nghĩa model. ..................................................................................................... 52
Hình 5.13 Hình ảnh bên ngồi của Driver. ............................................................................ 52
Hình 5.14 Sơ đồ các chân của connector............................................................................... 53
Hình 5.15 Sơ đồ kết nối driver .............................................................................................. 54
Hình 5.16 Sơ đồ kết nối driver .............................................................................................. 55
Hình 5.17 Nhận xung tín hiệu bằng open collector transistor (TR). ..................................... 55
Hình 5.18 Các kiểu nhận xung tín hiệu. ................................................................................ 56
Hình 5.19 Sơ đồ khối nhận và phản hồi xung. ...................................................................... 61
Hình 5.20 Sơ đồ khối điều khiển AC Servo. ......................................................................... 61
Hình 5.21 PLC s7-200 CPU 226. .......................................................................................... 62
Hình 5.22 Driver và động cơ AC servo. ................................................................................ 62
13


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

Hình 5.23 Sơ đồ ngun lý mạch đệm open-collector. ......................................................... 63
Hình 5.24 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động cơ DC. .................................................... 63

Hình 5.25 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển tín hiệu 8 thành 3................................................. 64
Hình 5.26 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển. .................................................................... 64
Hình 5.27 Sơ đồ khối điều khiển bằng tay. ........................................................................... 65
Hình 5.28 Sơ đồ khối điều khiển auto. .................................................................................. 65
Hình 5.29a Sơ đồ khối chương trình con gửi xe tầng 1. ....................................................... 66
Hình 5.30a Sơ đồ khối chương trình con lấy xe tầng 1. ........................................................ 68
Hình 6.1 Tồn bộ mơ hình bãi giữ xe. ................................................................................... 70
Hình 6.2 Cơ cấu di chuyển lên xuống. .................................................................................. 70
Hình 6.3 Cơ cấu xoay trục chính. .......................................................................................... 71
Hình 6.4 Cơ cấu lấy xe. ......................................................................................................... 71
Hình 6.5 Mạch đảo chiều động cơ. ........................................................................................ 72
Hình 6.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu. ...................................................................................... 72
Hình 6.7 Mạch đệm Open-collector ...................................................................................... 73
Hình 6.8 Định vị các thiết bị. ................................................................................................ 73
Hình 6.9 Sau khi hồn thành lắp mạch điện. ......................................................................... 74
Hình 6.10 Giao diện điều khiển 1 .......................................................................................... 75
Hình 6.11 Giao diện điều khiển 2 .......................................................................................... 76
Hình 6.12 Giao diện điều khiển 3 .......................................................................................... 77

14


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programable Logic Controller.

CPU

Central Processing Unit.

WinCC

Windows Control Center.

OPC

OLE for Process Control

OLE

Object Linking and Embedding

HMI

Human Machine Interface.

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition.

MES

Manufacturing Excution System.

ERP

EnterpriseResource Planning.

VAMA

Vietnam Automobile Manufacturers Association

15


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay, nước ta đang bước vào cơng cuộc hiện đại hóa đất nước một cách mạnh mẽ,
theo mục tiêu mà đất nước đặt ra là: đến năm 2020, nước ta sẽ cơ bản trở thành một nước
công nghiệp theo hướng hiện đại. Đời sống của người dân ngày càng được nâng cao, qua đó
nhu cầu đi lại cũng phát triển một cách chóng mặt. Trong đó, đặc biệt là nhu cầu đi lại bằng
ơ tơ. Lấy ví dụ là cơng ty Toyota Việt Nam, riêng trong 10 tháng đầu năm 2013, doanh số
của Toyota đạt xấp xỉ 26400 xe, chiếm 34.7 % thị phần VAMA-Vietnam Automobile
Manufacturers Association ( Hiệp hội các nhà sản xuất ô tơ Việt Nam). Nhìn rộng ra, tính
đến năm 2013, sau khoảng 18 năm được thành lập tại Việt Nam, đã có gần 250000 xe ơ tơ
được xuất xưởng.
Cùng với sự phát triển ồ ạt của các phương tiện giao thông cá nhân tại các thành phố lớn
với tình trạng thừa ô tô, thiếu bãi đỗ, nên việc gửi xe đã trở thành nỗi khổ của nhiều người.
Chưa bao giờ việc tìm kiếm bãi đỗ xe ở các thành phố lớn lại khó khăn đến thế. Các bãi gửi
xe ln trong tình trạng quá tải với giá cả gửi xe rất lộn xộn. Các điểm giữ xe còn lại đa số là
tận dụng vỉa hè, lòng đường, chung cư và ngõ ngách.
Hiện nay, việc gia tăng đến chóng mặt của các phương tiện giao thông đang khiến thành
phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đứng trước khủng hoảng bãi giữ xe. Các bãi đỗ xe
trong thành phố mới chỉ đáp ứng được 30% nhu cầu giữ xe hiện tại, 70% còn lại là các bãi
giữ xe trái phép. Đây cũng chính là ngun nhân làm cho các lịng đường ngày càng bị thu

hẹp, giao thông trở nên tắc nghẽn. Vì vậy sự ra đời của các bãi đỗ xe thông minh là một giải
pháp vô cùng cần thiết và hợp lý cho tình trạng này tại các thành phố lớn.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Cùng với sự phát triển của xã hội và nhu cầu đi lại bằng ô tô ngày càng cao, nhưng cơ sở
vật chất lại chưa đáp ứng được một cách thỏa đáng. Trong đó, đặc biệt là nhu cầu giữ xe là
một vấn đề nhức nhối nhất. Vì diện tích để đậu xe là đã lớn, mà còn phải cần có một con
đường đủ rộng để ra vào. Do đó, tìm được một chỗ để đậu và gửi xe ở Việt Nam là cả một
kỳ cơng. Việc tìm được một chỗ đỗ xe đã khó, mà khi đã tìm được rồi thì vẫn chưa hết rắc
rối, do thiếu diện tích, nên diện tích đậu cho mỗi chiếc xe là rất nhỏ, khoảng cách giữa hai xe

16


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

cực kỳ nhỏ và cách sắp xếp không khoa học, đã gây ra rất nhiều khó khăn và ức chế cho
người gửi.
Do đó, nhu cầu về một bãi giữ xe ô tô tự động là một nhu cầu hết sức cần thiết và cấp
bách, nó vừa có thể giải quyết tốt được nhu cầu giữ xe rất cao, khơng tốn nhiều diện tích để
xây dựng và lấy xe một cách nhanh chóng và hiệu quả. Góp phần nâng cao cảnh quan, văn
minh đơ thị, góp phần làm cho đất nước ngày càng tươi đẹp và hiện đại hơn.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Trên cơ sở tìm hiểu, phân tích nhu cầu giữ xe ô tô hiện nay, các hệ thống giữ xe ô tơ tự
động trong thực tế. Từ đó, chế tạo hồn thiện mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động hình trụ với 3
tầng, mỗi tầng có 15 ngăn chứa xe, riêng tầng 1 có 14 ngăn chứa xe và 1 ngăn bắt đầu. Do
đó, mơ hình có khả năng giữ được tối đa 44 xe. Nhưng do giới hạn về chi phí, nên nhóm chỉ
sử dụng 6 ngăn chứa xe để mơ phỏng q trình hoạt động của hệ thống trong thực tế. Trên
hết, sẽ giúp nhiều sinh viên khơng có điều kiện tiếp xúc với hệ thống thực trong thực tế có
thể học hỏi, trải nghiệm với mơ hình, từ đó rút ra nhiều kinh nghiệm q báu.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu các hệ thống giữ xe ô tô tự động có trong thực tế. Đặc biệt là bãi giữ xe ô tô
tự động lớn trên thế giới “Autostadt” ở Đức…
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu trong một quy mô nhỏ, giới hạn về thời gian và chi phí nên đề tài chỉ dừng
lại ở việc tính tốn và thiết kế dựa trên mơ hình. Chế tạo mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động
hình trụ với 3 tầng, mỗi tầng có 15 ngăn chứa xe.
1.5 Phương pháp nghiên cứu:
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận:
Trước hết, tìm hiểu các loại mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động hiện có trong thực tế. Sau đó,
tiến hành phân tích đánh giá ưu, nhược điểm của từng loại và lựa chọn. Cuối cùng là tính
tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động.

17


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:
Nghiên cứu qua các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chun ngành
dùng trong việc tính tốn cũng như điều khiển, lập trình trên các trang web cũng như trên
các diễn đàn mạng Internet. Bao gồm những phương pháp cụ thể sau:
Tìm hiểu và tham khảo những sản phẩm có sẵn trên thị trường để thiết kế mơ hình 3D,
nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện – điện tử có sẵn vào việc điều khiển
cho hệ thống.
Sử dụng kiến thức hình họa vẽ kỹ thuật và phần mềm Solidworks để thiết kế các chi
tiết, cơ cấu cho toàn bộ mơ hình.
Áp dụng các kiến thức cơ sở ngành như: bộ truyền động trong nguyên lý – chi tiết
máy, cơ lý thuyết, … vào việc tính tốn thực tế. Ngồi ra, cịn tìm hiểu về kiến thức tự động
hóa cùng với các thiết bị tự động hóa như: CB, PLC S7-200, board Arduino Uno, động cơ

AC 1 pha, Driver điều khiển động cơ, …
Vận dụng kiến thức ngành lien quan như: kỹ thuật điện – điện tử, vi điều khiển, sử
dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển.
Chế tạo và lắp đặt mạch điện điều khiển cho tồn bộ hệ thống mơ hình bãi giữ xe ô tô
tự động.
Xây dựng giải thuật chương trình điều khiển. Lập trình điều khiển hệ thống dùng
Arduino Uno kết hợp PLC S7-200. Thiết kế giao diện giám sát hệ thống dùng WinCC.
1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp:
Đồ án tốt nghiệp được chia làm 3 phần:
Cơ khí: bao gồm tồn bộ phần khung thép, cơ cấu nâng sử dụng bộ truyền đai răng và
cơ cấu ra-vào để gửi-lấy xe.
Điện: bao gồm toàn bộ 2 động cơ AC Servo, 2 động cơ DC hộp số, PLC, Arduino,
mạch quét thẻ từ, rờ le, dây điện…
Điều khiển: giao diện giám sát WinCC và lập trình bằng PLC.

18


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Một số loại bãi giữ xe trên thế giới hiện nay:
2.1 Bãi giữ xe xếp chồng (Auto Stacker):
Là bãi giữ xe sử dụng kết hợp giữa băng chuyền và thang máy để đưa xe từ mặt đất lên
chỗ giữ xe. Bãi giữ xenày có dạng hình hộp, có kích thước vừa và nhỏ, phù hợp với diện tích
dài. Tuy nhiên, bãi giữ xe này phù hợp hơn với các bãi giữ xe nhỏ và hiệu quả kinh tế chưa
cao do số tầng có thể chứa xe khơng nhiều.

Hình 2.1 Mơ hình bãi giữ xe kiểu xếp chồng.

2.2 Mơ hình bãi giữ xe nhiều tầng:
Trong mơ hình này, người gửi xe phải tự lái xe vào vị trí gửi xe qua các con đường dốc,
mơ hình này tính tự động hóa chưa cao và có thể gây ơ nhiễm mơi trường do vẫn phải lãi xe
một đoạn đường. Tuy nhiên, ưu điểm của bãi giữ xe này là số lượng xe gửi đước lớn.

19


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động

Hình 2.2 Bãi giữ xe nhiều tầng tại sân bay Hamburg.
2.3 Mơ hình bãi giữ xe hồn tồn tự động:
Ưu điểm của mơ hình này là đã tự động hóa hồn tồn việc gửi xe, người gửi chỉ phải lái
xe vào khu vực quy định, rồi bước ra khỏi xe và xe sẽ được đưa đi gửi hồn tồn tự động.
Tồn bộ q trình gửi xe chỉ mất vài phút và tuyệt đối an toàn. Ngoài ra, do các xe được xếp
sát nhau nên đã tối ưu hóa diện tích và tăng tối đa số xe gửi được. Đây là mơ hình hiện đại
nhất và được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trên thế giới. Dưới đây là một số bãi giữ xe
thực tế.

Hình 2.3 Gara ô tô tự động Autostadt, Wolfsburg, Đức.
20


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
3.1 Yêu cầu của đề tài:

Xây dựng được một mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động, có khả năng lấy xe từ vị trí ban đầu,
đưa đến ngăn giữ xe theo chế độ auto hoặc manual, gửi xe vào ngăn chứa và quay trở về vị
trí ban đầu. Hệ thống phải hoạt động tương đối ổn định, được giám sát bằng WinCC trên
máy tính.
Mơ hình có kiểu dáng hình trụ, bao gồm 3 tầng giữ xe, mỗi tầng bao gồm 15 ngăn chứa
xe, do giới hạn về thời gian và kinh phí, nên tầng 1 sẽ có 3 ngăn giữ xe và 1 ngăn bắt đầu,
tầng 2 có 2 ngăn giữ xe và tầng 3 có 1 ngăn giữ xe.
3.2 Phương pháp và giải pháp thực hiện:
3.2.1 Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại:
Biên dạng ngồi:

Hình

Ưu điểm

Nhược điểm

Thích hợp cho

Tốn nhiều động cơ

hộp chữ khu vực có diện
nhật
tích vừa và có
dạng hình vng

Hình ảnh minh hoạ

điều khiển lấy xe,
chỉ triển khai ở quy

mô vừa và nhỏ.

hay hình chữ
nhật.

Hình trụ Tốn ít động cơ
trịn
điều khiển lấy xe,
triển khai ở quy

Cần diện tích lớn,
Khó triển khai
được ở qui mô

mô vừa và lớn tuỳ nhỏ.
vào nhu cầu, gửi
được nhiều xe, hệ
thống chắc chắn
và thuận tiện.

21


Thiết kế, chế tạo và điều khiển mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động

Dạng
đu quay

Triển khai được ở Số lượng xe gửi
diện tích nhỏ, dễ được ít, tốn nhiều

điều khiển.

nhiên liệu, lấy xe
cần nhiều thời gian
vì phải quay vịng
một lúc nhiều xe.

Kiểu

Chi phí giảm vì

Lỗi thời, người lái

xoắn ốc

không áp dụng
các hệ thống tự

xe tự lái vào vị trí
theo đường xoắn

động.

ốc gây nguy hiểm
cho người lái xe và
ơ nhiễm mơi
trường.
Bảng 3.1 Phân tích các kiểu biên dạng ngồi của xe.

Cơ cấu nâng:

Hình trụ trịn với hai Hình trụ trịn với hai Hình trụ trịn với trục xoay
thanh trượt hai bên (hai thanh trượt ở tâm (hai ở giữa
thanh trượt đứng yên)

thanh trượt đứng yên)

Ưu

Cơ cấu lấy xe chắc chắn,

Lấy xe nhanh và di

Tiết kiệm động cơ so với

điểm

có thể xoay đầu xe 1800

chuyển linh hoạt hơn.

hai phương án kia. Có 2

nên tiện lợi cho người

cửa gồm ra và vào mang

gửi xe.

đến sự tiện lợi cho người
gửi. Tiết kiệm chi phí và

năng lượng.

22


Thiết kế, chế tạo và điều khiển
n mơ hình bãi giữ
gi xe ô tô tự động

Tốn nhiều động
ng cơ
c hơn,

Tốn nhiều động cơ nên

l
Thời chi phí cao hơn. Tốn
Nhược chiếm diệnn tích lớn.
gian lấy xe chậm.
m.
nhiều năng lương hơn.
điểm

Tố
ốn năng lượng vì phải
chuy động cả trục.
chuyện

Hình
ảnh

minh
hoạ

Bảng
ng 3.2
3 Phân tích các cơ cấu chuyển động
ng nâng.

Cơ cấu lấy xe:
Cuốnn cả
c tấm pallet
Nguyên lý vận Cơ cấấu sẽ lấy pallet
hành
trên ngăn
ng để xe. Sau
đó sẽẽ đưa nguyên

Ưu điểm

Pallet dạng kẹp

Pallet dạng lược

Cơ cấu lấy và đưa xe
dựa theo nguyên tắc

Chỗ để xe và cơ cấu
lấy xe đều có dạng

kẹp 4 bánh xe.

lược nhưng các

pallet đang
đ
chứa xe

thanh lược so le

vào ngăn
ng để xe.

nhau.

Dễ dàng cho việc
vi di

Cơ cấu nhỏ, gọn, lấy

Cơ cấu đơn giản.

chuyểển xe với các

xe dễ dàng.

Đưa vào và lấy xe ra

kích thước
th
khác nhau.

Tính độ
đ ổn định cao.
Nhược điểm

một cách dễ dàng.

Cơ cấấu phức tạp. Tốn

Cơ cấu phức tạp. Tốn
n

Đòi hỏi độ chính

nhiềuu động
đ
cơ.

nhiều động cơ

xác về khoảng cách
giữa ngăn để xe và
cơ cấu lấy xe dạng
lược.

23