Thiết kế thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC s7 1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ - THI CƠNG MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ơ
TƠ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200

GVHD:TRẦN KẾ THUẬN
SVTT: NGUYỄN NGỌC QUÝ
MSSV:15142096
SVTT: NGÔ HỮU NGHĨA
MSSV 15142078

SKL 0 0 5 7 8 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang phụ bìa

THIẾT KẾ - THI CƠNG MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ
TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200
SVTH 1: NGUYỄN NGỌC Q

MSSV: 15142096

SVTH 2: NGƠ HỮU NGHĨA

MSSV: 15142078

Khóa: 2015
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện - Điện tử
GVHD: Ths. TRẦN KẾ THUẬN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Quý
Họ và tên sinh viên 2: Ngô Hữu Nghĩa
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Trần Kế Thuận
Ngày nhận đề tài: 04/03/2019
1. Tên đề tài:

MSSV: 15142096
MSSV: 15142078
Lớp: 15142CL2
ĐT: 0969 069 009
Ngày nộp đề tài: 10/07/2019

Thiết kế - Thi công mô hình bãi giữ xe ơ tơ tự động sử dụng PLC S7-1200

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, 2015.
 Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật, 2015.
 S7-1200 System Manual
3. Nội dung thực hiện đề tài:

 Thiết kế - Thi cơng mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động
 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng PLC S7-1200
 Thiết kế giao diện điều khiển bằng phần mềm WinCC Professional
 Thiết kế giao diện Windows Form bằng ngôn ngữ C# để nhận diện biển số xe
và lưu trữ dữ liệu của hệ thống vào cơ sở dữ liệu SQL Server
4. Sản phẩm:

 Mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động kiểu tầng hầm điều khiển bằng PLC S7-1200,
có sử dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe.
 Quyển báo cáo đề tài
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên 1:
Nguyễn Ngọc Quý
MSSV: 15142096
Họ và tên Sinh viên 2:
Ngô Hữu Nghĩa
MSSV: 15142078
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử
Tên đề tài: Thiết kế - Thi cơng mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động sử dụng PLC S7-1200
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths. Trần Kế Thuận
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:

.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:.......................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng 07 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Quý
MSSV: 15142096
Họ và tên Sinh viên 1: Ngô Hữu Nghĩa
MSSV: 15142078
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử
Tên đề tài:
Thiết kế - Thi cơng mơ hình bãi giữ xe ơ tô tự động sử dụng PLC S7-1200
Họ và tên Giáo viên phản biện: TS. Nguyễn Thị Lưỡng
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
Nội dung Đồ án đầy đủ, ở mức Khá.
2. Ưu điểm:

Giải pháp đưa ra có tính mới.
Tính ứng dụng Cao.
Phương pháp nghiên cứu rất phù hợp.
Đồ án có tham khảo từ các nguồn khác có trích dẫn đầy đủ.

3. Khuyết điểm:
Tác giả nên tập trung giới thiệu PLC S7-1200 được sử dụng trong mơ hình (có thể bỏ bớt
phần giới thiệu các loại PLC khác).
Bổ sung phần kết quả thực hiện mơ hình, sơ lần gửi xe, số lần lấy xe, độ chính xác của
mơ hình.
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
Được bảo vệ nhưng cần chỉnh sửa ít
5. Đánh giá loại:
Khá
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:.......................................................................................)
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đồ án này, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía
thầy cơ, cơng ty, bạn bè và nhà trường.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Kế Thuận, người
đã dạy nhóm em từ lý thuyết đến thực hành, tận tâm dẫn các em đến cơng ty bên
ngồi để hiểu được cơng nghệ bên ngồi như thế nào để từ đó định hướng được đề
tài tốt nghiệp. Cảm ơn thầy đã ln tận tình chỉ bảo, đưa ra nhiều gợi ý để đồ án chúng
em hồn thiện hơn.
Xin gửi lời cảm ơn đến cơng ty ESTEC đã nhận nhóm em vào thực tập, từ đó nhóm
em đã học được nhiều kiến thúc về chun mơn, những hướng dẫn và những lời tư
vấn từ các anh chị trong cơng ty để đồ án chun nghiệp hơn.
Nhóm bày tỏ lòng biết ơn đến các giảng viên khoa Điện - Điện tử trường đại học
Sư phạm kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức lẫn kinh
nghiệm, đặc biệt là những lời động viên, những định hướng rất tâm huyết của thầy

cô.
Đặc biệt nhóm em rất biết ơn các bạn cùng lớp 15142CL2 đã chia sẽ không gian
chật chội của nhà trọ để nhóm em thi cơng mơ hình; cảm ơn vì những lời tư vấn,
những kiến thức các bạn học được mà khơng ngại chia sẻ.
Đề tài đã được đóng góp với sự nỗ lực và tận tâm nhất của nhóm nhưng với điều
kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi những sai
sót. Nhóm em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cơ để nhóm
có thể bổ sung thêm cho đề tài hoàn hảo hơn.

i


TĨM TẮT
Đề tài “Thiết kế - Thi cơng mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động sử dụng PLC S7-1200”
được thực hiện nhằm xây dựng một mơ hình bãi giữ xe mô phỏng hệ thống giữ xe ô
tô tự động kiểu tầng hầm. Nội dung của đề tài tập trung vào việc lựa chọn hệ thống
giữ xe, thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế phần mềm, giao diện điều khiển và giám
sát hệ thống.
Việc lựa chọn thiết kế cho mơ hình của đề tài là dựa trên các hệ thống bãi giữ xe ô
tô tự động đã được xây dựng ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Mơ hình bãi giữ xe ô tô tự động thực hiện việc lấy cất xe từ tín hiệu quét thẻ từ của
người dùng. Đồng thời có chức năng nhận diện biển số để đảm tính an ninh của hệ
thống.
Đề tài sử dụng phần mềm WinCC Professional để thiết kế giao diện vận hành,
giám sát, thiết kế giao diện Windows Forms lập trình bằng ngôn ngữ C# để xây dựng
các chức năng quét thẻ từ, xử lý ảnh, lưu trữ, xử lý dữ liệu.

ii

ABSTRACT
The objective of the project is to construct an automatic car parking system model.
The system is underground. The Automatic Car Parking System type is one of types
which were used in the world.
The content of project just focus on choosing the suitable system type and
constructing control system. The problems need to be solved in the project are
choosing system type; building the control program; creating connection between plc
and RFID Reader, Image processing program; managing data and designing Interface
Monitoring.
The main devices and softwares in project are PLC S7-1200, TIA Portal, WinCC
Professional, Microsoft Visual Studio (C# Windows Forms), Microsoft SQL Server.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i
TÓM TẮT .............................................................................................................. ii
ABSTRACT.......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH - BIỂU ĐỒ ....................................................... ix
Chương 1

TỔNG QUAN ..................................................................................1

1.1 Lý do chọn đề tài ........................................................................................1
1.2 Mục tiêu đề tài ............................................................................................2
1.3 Giới hạn đề tài ............................................................................................2

1.4 Cấu trúc đề tài ............................................................................................3
Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................4

2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động .................................4
2.1.1

Thực trạng bãi giữ xe ô tô hiện nay .................................................4

2.1.2

Lựa chọn phương án ......................................................................10

2.2 Mục tiêu mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động ................................................10
2.2.1

Tóm tắt ngun lý hoạt động của mơ hình ....................................10

2.2.2

Các vấn đề cần giải quyết ..............................................................11

2.2.3

Phương hướng giải quyết ...............................................................11

2.3 Thiết bị điều khiển lập trình được (PLC) .................................................12
2.3.1

PLC là gì?.......................................................................................12

2.3.2

Nguyên lý hoạt động của PLC [5] .................................................12

2.3.3

PLC S7-1200 [6] ............................................................................13

2.3.3.1 Một số dịng CPU S7-1200 thơng dụng .....................................14
2.3.3.2 Vùng nhớ và kiểu dữ liệu của PLC S7-1200..............................16
2.3.3.3 Phần mềm lập trình PLC S7-1200..............................................18
iv


2.3.3.4 Ngơn ngữ lập trình PLC S7-1200 ..............................................18
2.4 Phần mềm Tia Portal [7] ..........................................................................19
2.5 Phần mềm SCADA WinCC Professional [7] ..........................................19
2.6 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) [8] ...........................20
2.7 Truyền thông nối tiếp UART [9] .............................................................21
2.8 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C# và nền tảng .NET Framework ........21
2.8.1

Nền tảng .NET Framework [10] ....................................................21

2.8.2

Ngơn ngữ lập trình C# [11] ............................................................22

2.9 Xử lý ảnh [12] ..........................................................................................22
2.10

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ Microsoft SQL Sever ............23

2.11

Thư viện S7.Net [17] ............................................................................23

Chương 3

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ........................................24

3.1 Tổng quan về cơ khí của mơ hình ............................................................24
3.1.1

Các ô chứa xe .................................................................................24

3.1.2

Cơ cấu khung nâng.........................................................................25

3.2 Thiết kế điều khiển cho mơ hình ..............................................................27
3.3 Lựa chọn thiết bị ......................................................................................28
3.3.1

PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC .........................................28

3.3.2

Mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 ..........................28

3.3.3

Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại .............................................29

3.3.4

Cơng tắc hành trình ........................................................................30

3.3.5

Module 4 Relay 5V ........................................................................30

3.3.6

Mạch cầu H ....................................................................................30

3.3.7

Mạch Opto cách ly quang ..............................................................31

3.3.8

Mạch giảm áp LM2596HVS ..........................................................32

3.3.9

Thiết bị đọc thẻ từ ..........................................................................33

3.3.10

Camera ...........................................................................................34

3.3.11

Động cơ ..........................................................................................34

3.3.12

Nguồn .............................................................................................35
v


3.4 Sơ đồ kết nối các thiết bị và bản vẽ..........................................................35
Chương 4

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH ........................................45

4.1 Sơ đồ mối quan hệ giữa các thành phần...................................................45
4.2 Lưu đồ thuật tốn điều khiển mơ hình .....................................................45
4.2.1

Quy ước trục và các vị trí tác động của cảm biến ..........................45

4.2.2

Thuật tốn điều khiển cho PLC .....................................................47

4.2.3

Thuật tốn chương trình C# ...........................................................60

4.3 Thiết kế giao diện điều khiển ...................................................................62
4.3.1

Giao diện điều khiển WinCC Professional ....................................62

4.3.2

Giao diện Windows Forms ............................................................65

4.4 Cơ sở dữ liệu SQL Sever..........................................................................67
4.4.1

Bảng dữ liệu các ô chứa của bãi ....................................................67

4.4.2

Bảng dữ liệu lịch sử gửi xe ............................................................68

Chương 5

KẾT QUẢ VÀ NHỮNG HẠN CHẾ .............................................69

5.1 Kết quả đạt được ......................................................................................69
5.2 Hình ảnh mơ hình .....................................................................................69
5.3 Những hạn chế .........................................................................................72
5.3.1

Cơ khí mơ hình...............................................................................72

5.3.2

Hoạt động của mơ hình ..................................................................72

5.3.3

Hoạt động của tồn bộ hệ thống ....................................................72

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................................74

6.1 Kết luận ....................................................................................................74
6.2 Hướng phát triển ......................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................76

vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
RFID

: Radio Frequency Identification

PLC

: Programmable Logic Controller

SQL

: Structured Query Language

AGV

: Automated Guided Vehicle

PWM

: Pulse Width Modulation

Tia Portal

: Totally Intergrated Automation Portal

CPU

: Central Processing Unit

GPRS

: General Packet Radio Service

HMI

: Human Machine Interface

SCADA

: Supervisory Control And Data Aquisition

HTML

: HyperText Markup Language

UART

: Universal Asynchronous Receiver Transmitter

CLR

: Common Language Runtime

IDE

: Integrated Development Environment

PID

: Proportional-Integral-Derivative

CM

: Communication Module

PTO

: Pulse Train Output

SM

: Signal Module

CP

: Communications Processor

MMC

: MultiMediaCard

BCD

: Binary-Coded Decimal

KTP

: Key Touch Panel

FBD

: Function Block Diagram

SCL

: Structure Language Control

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông tin về CPU 1211C/1212C .........................................................14
Bảng 2.2: Thông tin về CPU 1214C/1215C .........................................................15
Bảng 2.3: Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200 ............................................................17
Bảng 3.1: Thông số PLC [18] ...............................................................................28
Bảng 3.2: Thông số mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 [19] [20] .29
Bảng 3.3: Thông số mạch cảm biên tiệm cận hồng ngoại [19] ............................29
Bảng 3.4: Thông số Module 4 Relay 5V [19] [21] ...............................................30
Bảng 3.5: Thông số IC L298N [19] [22] ..............................................................31
Bảng 3.6: Thông số mạch giảm áp LM2596HVS [19].........................................32
Bảng 3.7: Thông số mạch đọc thẻ RFID RC522 13.56MHz [19] [23] ................33
Bảng 3.8: Thông số camera [24]...........................................................................34
Bảng 4.1: Thông số khối CTRL_PWM ................................................................59

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH - BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Bãi giữ xe ơ tơ truyền thống ...................................................................4
Hình 2.2: Bãi giữ xe kiểu tịa nhà ...........................................................................4
Hình 2.3: Hệ thống giữ xe tự động AVG ...............................................................5
Hình 2.4: Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng ....................................................6
Hình 2.5: Hệ thống giữ xe tự động Puzzle .............................................................6
Hình 2.6: Hệ thống giữ xe tự động Shuttle .............................................................7
Hình 2.7: Hệ thống giữ xe tự động Silo ..................................................................8
Hình 2.8: Hệ thống giữ xe tự động Tower ..............................................................9
Hình 2.9: Hệ thống giữ xe tự động Rotary .............................................................9
Hình 2.14: PLC S7-1200 ......................................................................................13
Hình 2.16: Minh họa về hệ thống SCADA với WinCC Professional ..................20

Hình 3.1: Hình ảnh thực tế mơ hình .....................................................................24
Hình 3.2: Thiết kế các ơ chứa xe ..........................................................................24
Hình 3.3: Cơ cấu khung nâng ...............................................................................25
Hình 3.4: Động cơ di chuyển khung nâng theo trục X .........................................25
Hình 3.5: Động cơ di chuyển tấm nâng theo trục Y .............................................26
Hình 3.6: Động cơ quay khung nâng ....................................................................26
Hình 3.7: Động cơ điều khiển tấm nâng theo trục Z ............................................26
Hình 3.8: Cảm biến nhận biết có xe ở trạm vào/ra ...............................................27
Hình 3.9: Cảm biến xác định vị trí trục X ............................................................27
Hình 3.10: Camera nhận diện biển số xe ..............................................................28
Hình 3.11: Mạch cảm biến phản xạ hồng ngoại TCRT 5000 ...............................28
Hình 3.12: Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại ..................................................29
Hình 3.13: Cơng tắc hành trình.............................................................................30
Hình 3.14: Module 4 Relay 5V .............................................................................30
Hình 3.15: Mạch cầu H .........................................................................................31
Hình 3.16: Sơ đồ khối IC L298N [22] ..................................................................31
Hình 3.17: Mạch 8 Opto cách li quang PC817 .....................................................32
Hình 3.18: Mạch điện opto cách ly quang ............................................................32
Hình 3.19: Mạch giảm áp LM2596HVS ..............................................................32
Hình 3.20: Mạch đọc thẻ RFID RC522 13.56MHz ..............................................33
Hình 3.21: Vi điều khiển Arduino Uno R3...........................................................33
Hình 3.22: Camera ................................................................................................34
Hình 3.23: Động cơ DC24V giảm tốc 45rpm ......................................................34
ix


Hình 3.24: Nguồn xung 24V 10A.........................................................................35
Hình 3.25: Bản vẽ Sơ đồ khối kết nối thiết bị ......................................................36
Hình 3.26: Bản vẽ 1 ..............................................................................................37
Hình 3.27: Bản vẽ 2 ..............................................................................................38

Hình 3.28: Bản vẽ 3 ..............................................................................................39
Hình 3.29: Bản vẽ 4 ..............................................................................................40
Hình 3.30: Bản vẽ 5 ..............................................................................................41
Hình 3.31: Bản vẽ 6 ..............................................................................................42
Hình 3.32: Bản vẽ 7 ..............................................................................................43
Hình 3.33: Bản vẽ 8 ..............................................................................................44
Hình 4.1: Sơ đồ liên kết giữa các thành phần .......................................................45
Hình 4.2: Quy ước hướng và vị trí trục x, trục y ..................................................45
Hình 4.3: Quy ước vị trí trục z ..............................................................................46
Hình 4.4: Quy ước vị trí trục r ..............................................................................46
Hình 4.5: Quy ước vị trí các ơ chứa tầng 1 ...........................................................46
Hình 4.6: Quy ước vị trí các ơ chứa tầng 2 ...........................................................47
Hình 4.7: Thuật tốn tổng quan điều khiển hệ thống ...........................................47
Hình 4.8: Thuật tốn chương trình điều khiển PLC .............................................48
Hình 4.9: Thuật tốn xử lý vị trí trục z .................................................................49
Hình 4.10: Giải thích thuật tốn xủ lý vị trí trục z................................................49
Hình 4.11: Khối FB1 tính tốn vị trí trục nâng.....................................................50
Hình 4.12: Khối FC9 chế độ Auto_control ..........................................................51
Hình 4.13: Thuật tốn điều khiển khối FC9 .........................................................51
Hình 4.14: Khối FC10 chế độ Manual_control ....................................................52
Hình 4.15: Thuật tốn điều khiển khối FC10 .......................................................52
Hình 4.16: Khối FC8 chế độ Advaned_Manual_Control .....................................53
Hình 4.17: Thuật tốn điều khiển khối FC8 .........................................................53
Hình 4.18: Khối Moving_X_axis[FC4] ................................................................53
Hình 4.19: Thuật tốn điều khiển khối Moving_X_axis[FC4] ............................54
Hình 4.20: Khối Moving_Y_axis[FC5] ................................................................54
Hình 4.21: Thuật tốn điều khiển khối Moving_Y_axis[FC5] ............................54
Hình 4.22: Khối Moving_Z_axis [FC6] ...............................................................55
Hình 4.23: Thuật tốn điều khiển khối Moving_Z_axis [FC6] ............................55
Hình 4.24: Khối Moving_R_axis [FC7] ...............................................................55

Hình 4.25: Thuật tốn điều khiển khối Moving_R_axis [FC7] ............................56
Hình 4.26: Khối Di_chuyen_den_o_chua [FC1] ..................................................56
x


Hình 4.27: Thuật tốn điều khiển khối Di_chuyen_den_o_chua [FC1]...............57
Hình 4.28: Khối Di_chuyen_ban_nang [FC2]......................................................57
Hình 4.29: Thuật tốn điều khiển khối Di_chuyen_ban_nang [FC2] ..................58
Hình 4.30: Khối CTRL_PWM .............................................................................58
Hình 4.31: Cho phép sử dụng bộ phát xung .........................................................59
Hình 4.32: Cấu hình các thơng số cho bộ phát xung ............................................59
Hình 4.33: Lựa chọn ngõ ra phát xung .................................................................59
Hình 4.34: Địa chỉ thanh ghi giá trị độ rộng xung ...............................................60
Hình 4.35: Thuật tốn chường trinh C# ................................................................60
Hình 4.36: Giao diện WinCC - Trang giới thiệu ..................................................62
Hình 4.37: Giao diện WinCC - Trang chủ ............................................................62
Hình 4.38: Giao diện WinCC - Trang theo dõi chế độ Auto ................................63
Hình 4.39: Giao diện WinCC - Trang quan sát trạng thái hệ thống .....................63
Hình 4.40: Giao diện WinCC - Cửa sổ vận hành chế độ Manual ........................63
Hình 4.41: Giao diện WinCC - Cửa sổ vận hành chế độ Advanced Manual .......64
Hình 4.42: Cửa sổ đổi thẻ RFID ...........................................................................64
Hình 4.43: Bảng lịch sử Alarm .............................................................................64
Hình 4.44: Bảng lịch sử vận hành.........................................................................65
Hình 4.45: Giao diện Windows Forms - Trang giới thiệu ....................................65
Hình 4.46: Giao diện Windows Forms - Trang chủ .............................................65
Hình 4.47: Giao diện Windows Forms - Trang cấu hình kết nối thiết bị .............66
Hình 4.48: Giao diện Windows Forms - Trang quan sát trạng thái hệ thống.......66
Hình 4.49: Giao diện Windows Forms - Trang đổi thẻ RFID ..............................66
Hình 4.50: Giao diện Windows Forms - Giao diện quan sát dữ liệu các ô chứa .67
Hình 4.51: Giao diện Windows Forms - Trang quan sát lịch sử bãi giữ xe .........67

Hình 4.52: Bảng dữ liệu các ơ chứa của bãi .........................................................67
Hình 4.53: Bảng dữ liệu lịch sử gửi xe .................................................................68
Hình 5.1: Mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động ...........................................................69
Hình 5.2: Cơ cấu khung nâng ...............................................................................70
Hình 5.3: Mơ hình và tủ điện ................................................................................71
Hình 5.4: Lặp đặt tủ điện ......................................................................................71
Hình 5.5: Thiết bị đọc thẻ từ .................................................................................72

xi


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Hiện nay, các khu vực có cơ sở hạ tầng phát triển lâu đời đang gặp phải nhiều vấn
đề trong quá trình phát triển kinh tế, đô thị. Một trong những vấn đề cần quan tâm là
vấn đề quá tải bãi giữ xe. Vấn đề này đang ngày càng nghiêm trọng do sự gia tăng
nhanh của các phương tiện giao thông. Số liệu của Tổng cục Hải quan cho thấy, tính
từ đầu năm đến giữa tháng 3-2017, hơn 14.400 ô tô con nguyên chiếc dưới 9 chỗ
được nhập về Việt Nam, cao hơn 8.640 chiếc so với cùng kỳ 2016 [1]. Số xe nhập dự
kiến sẽ còn tăng mạnh bởi từ ngày 1-1-2018, thuế nhập khẩu cho các dòng xe dưới 9
chỗ từ các nước ASEAN về Việt Nam giảm xuống còn 0% [1]. Trong khi số lượng
phương tiện giao thông ngày càng tăng nhanh như vậy thì cơ sở hạ tầng ở trung tâm
các thành phố lại không thể thay đổi do đã được xây dựng từ lâu, không thể mở rộng
các khu vực giữ xe để đáp ứng yêu cầu.
Cụ thể, thành phố Hồ Chí Minh-thành phố lớn nhất Việt Nam, đồng thời cũng là
một trong những trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và giáo dục quan trọng nhất của
Việt Nam, là thành phố đã được tập trung phát triển từ thời Pháp thuộc. Do đó, cơ sở
hạ tầng được xây dựng vững chắc cùng với sự phát triển của kinh tế. Nhưng qua thời
gian, sự tăng trưởng về dân số và các phương tiện giao thông khiến cho các khu vực

giữ xe đã được xây dựng trở nên quá tải. Đặc biệt người dân chưa quen việc di chuyển
bằng các phương tiện công cộng nên các phương tiện giao thông cá nhân vẫn không
ngừng tăng lên. Để giải quyết vấn đề này, các mơ hình bãi giữ xe mới ra đời. Các bãi
giữ xe này tận dụng các khơng gian trên khơng hoặc dưới lịng đất bằng cách xây
dựng nhiều tầng giữ xe lên cao hoặc nhiều tầng hầm. Cách này giúp cho số lượng xe
có thể đỗ trên một diện tích đất tăng lên nhiều lần. Kết hợp với q trình phát triển
mạnh mẽ của cơng nghệ tự động hóa, các bãi giữ xe tiếp tục ứng dụng công nghệ vào
việc cất giữ xe với các hệ thống máy móc hồn tồn tự động, nhằm tiết kiệm tối đa
diện tích đất và dễ dàng cho việc quản lý, giám sát.
Với những kiến thức và kinh nghiệm đã tích lũy được về lĩnh vực tự động hóa
trong q trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh,
nhóm muốn vận dụng những kiến thức đã học được của mình để xây dựng một mơ
hình bãi giữ xe ơ tơ tự động, kết hợp các phương pháp, công nghệ quản lý, giám sát
hiện đại để việc giám sát bãi giữ xe thuận tiện, dễ dàng.

1


1.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài: Hoàn thành mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động với các đặc điểm sau:
 Bãi giữ xe kiểu tầng hầm
 Sử dụng công nghệ RFID để gửi/lấy xe
 Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống
 Điều khiển, giám sát hệ thống từ máy tính thơng qua phần mềm WinCC
Professional V14.0
 Lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
quan hệ Microsoft SQL Sever

1.3 Giới hạn đề tài
Đề tài “Thiết kế-thi cơng mơ hình bãi giữ xe ơ tơ tự động sử dụng PLC S7-1200”

có những giới hạn sau:
 Mơ hình bãi giữ xe chỉ thể hiện đặc trưng cấu trúc của hệ thống trong thực
tế, không mô phỏng hoàn toàn hệ thống.
 Các linh kiện, thiết bị trong hệ thống được lựa chọn để phù hợp với mô hình,
khơng phù hợp với hệ thống trong thực tế do có sự chênh lệch về các thơng
số điện áp, dịng điện, tính ổn định, tuổi thọ sản phẩm, sự khác nhau về đặc
điểm cơ khí.
 Đề tài khơng tính tốn thơng số động cơ, khơng tính tốn lực, độ bền của cơ
cấu truyền động, khơng tính tốn hệ thống cung cấp điện.
 Đề tài khơng tính tốn tốc độ di chyển của khung nâng và tải trọng của khung
nâng.
 Không tính tốn, thiết kế hệ thống phịng cháy chữa cháy.
 Việc giám sát hệ thống chỉ giới hạn ở số liệu gửi xe, thông tin xe, trạng thái
hoạt động cơ bản của động cơ (on/off), tiến trình làm việc của hệ thống, lịch
sử vận hành hệ thống.
 Khơng có camera giám sát bên trong bãi
 Chức năng nhận diện biển số xe của đề tài được kế thừa từ chương trình miễn
phí, chỉ nhận diện được các biển số xe trắng đen, trong điều kiện ánh sáng tốt
và biển số được chụp ở hướng trực diện, tốc độ xử lý thấp.
 Đề tài khơng có hệ thống an ninh để nhận diện người lấy xe và người gửi xe
là một.
 Đề tài không giải quyết vấn đề cách thức thanh tốn chi phí gửi xe.
 Đề tài khơng tính tốn tính kinh tế của hệ thống.
2


1.4 Cấu trúc đề tài









Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình
Chương 4: Lập trình điều khiển mơ hình
Chương 5: Kết quả và những hạn chế
Chương 6: Kết luận và hướng tham khảo
Tài liệu tham khảo

3


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động
2.1.1 Thực trạng bãi giữ xe ô tô hiện nay
 Bãi giữ xe truyền thống
Đây là phương pháp giữ xe đơn giản nhất. Loại bãi giữ xe này đã từng được xây
dựng phổ biến, nhưng ngày nay, số lượng phương tiện giao thông q nhiều và khơng
ngừng tăng lên khiến chúng khơng cịn phù hợp. Các bãi giữ xe truyền thống cần
được thay thế bằng các hệ thống giữ xe mới với việc gửi-lấy xe hiệu quả hơn, khả
năng đỗ xe tăng lên thay vì phải tăng diện tích đất.
 Ưu điểm:
 Vốn đầu tư, chi phí bảo trì thấp
 Xây dựng nhanh chóng, đơn giản
 Nhược điểm:

 Cần diện tích đất lớn
 Việc tìm xe khó khăn vì số lượng xe q nhiều
 Tốn thời gian lấy, gửi xe

Hình 2.1: Bãi giữ xe ơ tơ truyền thống
 Bãi giữ xe kiểu tịa nhà

Hình 2.2: Bãi giữ xe kiểu tịa nhà
4


Để tăng số lượng xe đỗ trên một đơn vị diện tích đất, các bãi giữ xe truyền thống
được thay thế bằng các bãi giữ xe nhiều tầng với cấu trúc là các tịa. Loại hình bãi giữ
xe này đã khắc phục được một số nhược điểm của bãi giữ xe truyền thông nhưng vẫn
chưa thực sự hiệu quả.
 Ưu điểm:
 Số lượng xe trên một đơn vị diện tích tăng nhiều lần.
 Cấu trúc không phức tạp.
 Nhược điểm:
 Thời gian gửi, lấy xe lâu
 Tận dụng không gian chưa thực sự hiểu quả vì khơng gian bên trong
tịa nhà cần đủ lớn để con người đi lại.
 Vẫn cịn khó khăn khi tìm xe
 Hệ thống giữ xe tự động AGV [2]

Hình 2.3: Hệ thống giữ xe tự động AVG
AGV là viết tắt của Automated Guided Vehicle, hệ thống đã được sử dụng làm
giải pháp lưu kho tự động trong nhiều thập kỷ. Hệ thống cất giữ xe dựa trên sự di
chuyển của cơ cấu AGV. Người điều khiển phương tiện sẽ đỗ xe trên các tấm pallet
ở trạm gửi xe, sau đó cơ cấu AGV nằm dưới tấm pallet sẽ di chuyển tấm pallet này

vào vị trí đỗ trong bãi. Nếu có nhiều yêu cầu gửi xe đồng thời, các AGV sẽ phối hợp
điều động với nhau đưa xe ra vào bãi. Hệ thống này áp dụng cho các bãi giữ xe kiểu
tòa nhà nâng cấp lên tự động, thời gian lấy cất xe nhanh nhưng chưa đáp ứng được
yêu cầu tối ưu về không gian.
 Ưu điểm:
 Số lượng xe trên một đơn vị diện tích lớn
 Lấy-gửi xe nhanh chóng, dễ dàng
 Người gửi xe khơng cần nhớ vị trí gửi xe
 Nhược điểm:
 Chưa tối ưu về không gian

5


 Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng [3]

Hình 2.4: Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng
Hệ thống giữ xe tự động Khung nâng bao gồm một cơ cấu nâng được đặt ở trung
tâm. Cơ cấu này có thể di chuyển đồng thời theo phương ngang và phương thẳng
đứng nên việc di chuyển giữa các ô chứa xe rất nhanh.
Để phục vụ cho việc di chuyển của khung nâng, hệ thống lắp đặt các thanh ray
theo phương ngang ở trần và sàn, đồng thời, một hành lang sẽ được dùng cho khung
nâng di chuyển. Vị trí đỗ xe nằm hai phía của hành lang này. Mỗi khung nâng chỉ có
thể di chuyển trong hành lang của mình, do đó, hệ thống sẽ khó khăn nếu xây dựng
nhiều hành lang khác nhau, các hành lang này sẽ hoạt động độc lập và không liên kết
được với nhau.
 Ưu điểm:
 Số lượng xe trên một đơn vị diện tích nhiều hơn hệ thống AGV
 Lấy-gửi xe nhanh chóng, dễ dàng
 Tận dụng không gian tốt hơn hệ thống AGV

 Nhược điểm:
 Chí phí đầu tư cao hơn so với hệ thống AGV
 Chỉ có một khung nâng phục vụ cả lấy và gửi xe nên chỉ có một nhiệm
vụ được thực thi tại một thời điểm.
 Hệ thống giữ xe tự động Puzzle [2]

Hình 2.5: Hệ thống giữ xe tự động Puzzle
6


Hệ thống Puzzle gồm nhiều tấm pallet được đặt vào một khung thép chắc chắn, có
từ 2 tầng trở lên và chỉ có một hàng. Mỗi pallet được trang bị các con lăn, dây đai và
động cơ để có thể di chuyển theo cả phương ngang và phương thẳng đứng. Mỗi tầng
thường có ít hơn 2 pallet so với số pallet tối đa để có các khoảng trống cho pallet di
chuyển. Nhờ các khoảng trống này, hệ thống có thể di chuyển để tiếp nhận xe và cất
xe tương tự như cách di chuyển của trò chơi Puzzle.
 Ưu điểm:
 Đây là hệ thống tận dụng không gian tốt nhất
 Mật độ xe có thể đỗ lớn nhất
 Diện tích xây dựng nhỏ
 Nhược điểm:
 Cấu trúc phức tạp
 Khó khăn khi xây dựng hệ thống lớn
 Thuật toán điều khiển phức tạp
 Hệ thống giữ xe tự động Shuttle [2]

Hình 2.6: Hệ thống giữ xe tự động Shuttle
Hệ thống giữ xe tự động Shuttle có cấu trúc gần giống với hệ thống Khung nâng,
gồm một hành lang trống ở giữa và các ô chứa xe nằm hai bên hành lang. Shuttle là
các tấm pallet có khả năng di chuyển tịnh tiến hai chiều dọc theo hành lang nhờ vào

hai thanh ray gắn hai bên hành lang ở mỗi tầng. Hệ thống sẽ có thang máy vận chuyển
ở một hoặc hai phía của hành lang. Shuttle có thể di chuyển từ tầng này sang tầng
khác nhờ vào thang máy này. Số lượng Shuttle có thể thay đổi linh hoạt tùy theo nhu
cầu và kinh phí. Đối với hệ thống sử dụng thang máy chỉ để di chuyển xe, mỗi tầng
đều phải trang bị một Shuttle và Shuttle chỉ hoạt động giới hạn trong tầng đó. Đặc

7


biệt, hệ thống này có thể trang bị hai hàng giữ xe ở mỗi bên hành lang, tuy nhiên thời
gian lấy xe sẽ giảm xuống.
 Ưu điểm:
 Có các ưu điểm của các hệ thống khung nâng
 Thời gian lấy-gửi xe nhanh hơn hệ thống khung nâng do có nhiều
Shuttle phối hợp hoạt động
 Nhược điểm:
 Chi phí xây dựng lớn
 Hệ thống giữ xe tự động Silo [2]

Hình 2.7: Hệ thống giữ xe tự động Silo
Hệ thống hình trụ với cơ cấu lấy xe là một trục thẳng đứng được đặt tại trung tâm
hệ thống. Tấm nâng gắn với trục có thể di chuyển xoay quanh trục, tịnh tiến theo
phương thẳng đứng, di chuyển vào ra ở các ô chứa giúp cho việc di chuyển xe giữa
các ô rất nhanh. Hệ thống thường chỉ lấy hoặc đỗ một chiếc xe tại một thời điểm nên
tốc độ lấy xe chưa cao. Hệ thống thông thường được đặt dưới mặt đất.
 Ưu điểm:
 Mật độ xe lớn
 Tốc độ lấy, gửi xe nhanh
 Diện tích xây dựng nhỏ
 Nhược điểm:

 Hệ thống chỉ có thể mở rộng bằng cách thêm tầng
 Mỗi tháp giữ xe hoạt động độc lập với nhau
 Cơ cấu phức tạp
 Chi phí xây dựng cao

8


 Hệ thống giữ xe tự động Tower [2]

Hình 2.8: Hệ thống giữ xe tự động Tower
Hệ thống Tower gồm một thang máy và các ô chứa xe nằm ở hai bên thang máy.
Xe sẽ được tiếp nhận ở tầng thấp nhất, sau đó thang máy sẽ đưa xe tới tầng có vị trí
đỗ, pallet trên thang máy sẽ di chuyển xe vào ơ chứa. Hệ thống có số lượng xe lưu
trữ thấp.
 Ưu điểm:
 Mật độ xe lớn
 Tốc đố lấy, gửi xe nhanh
 Nhược điểm:
 Chỉ phù hợp hệ thống nhỏ
 Khả năng mở rộng thấp
 Hệ thống giữ xe tự động Rotary [4]

Hình 2.9: Hệ thống giữ xe tự động Rotary
9