Đề tài Thiết kế bãi đỗ xe tự động

Đồ án môn tự động hoá quá trình công nghệ Đề tài thiết kế bãi đỗ xe tự động Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Đức Thuận Sinh viên thực hiện: Ngô Mạnh Cường NguyễnThành Chung Nguyễn Văn Kỳ Trần Đình Tiệp I. Tổng quan bãi đỗ xe tự động 1.Giới thiệu chung Trải qua nhiều thập kỷ ôtô đã trở thành một phương tiện gắn bó mật thiết đối với đời sống của con người.Và cho tới nay nền công nghiệp ôtô ngày càng phát triển và số lượng ôtô tăng chóng mặt từng ngày.Sự gia tăng ngày càng nhiều về số lượng xe ôtô điều này cũng phản ánh sự phát triển của một quốc gia. Song song với sự phát triển đó người ta đặt ra vấn đề là xây dựng những bãi đỗ xe phục vụ cho người dân trong việc đi lại thuận tiện. Đó là xây dựng một bãi đỗ xe tự động - hiện đại theo dạng tầng cao ốc hoặc hầm ngầm với cách giải quyết trên thực sự đã đem lại rất nhiều lợi ích như:  Tiết kiệm thời gian và giảm ùn tắc. Tạo cho khách hàng cảm giác tiện nghi, thoải mái. Tiết kiệm nhiên liệu, giảm nguy cơ va chạm, hao mòn xe, giảm lượng khí thải ô nhiễm. Tránh tình trạng xung đột, căng thẳng và giảm nguy cơ gây tai nạn. … Quy trình công nghệ bãi đỗ xe tự động Ban đầu cơ cấu kéo/ đẩy sẽ k bánh ôtô, khi kẹp xong thì cơ cấu xoay cùng với cơ cấu nâng – hạ kết hợp từ từ vừa xoay vừa nâng lên đúng tầng và vào đúng khoang mà nó đã định trước, chỉ mất khoảng 2 phút là chiếc xe của bạn đã yên vị trong gara. Tương tự như vậy, khi người khách trở lại lấy xe, chỉ cần nhập thông tin xe, và mã thẻ. Hệ thống sẽ tự động tìm vị trí của xe được yêu cầu, quy trình lấy xe cũng như vậy nhưng theo chiều ngược lại. và chiếc xe lại được tự động hạ xuống trả lại cho khách hàng. Không phải loay hoay tìm chỗ, không phải khéo léo luồn lách, quay, rẽ, lùi, tiến… đến toát mồ hôi để đưa chiếc xe ra. Khi có bất kì sự cố nào bất thường trong hệ thống( ví dụ như có người đột nhập, cửa xe bị bật ra…) thì hệ thống sẽ báo động tức thời về trung tâm xử lý Một số hình ảnh thực tế vẫn còn tồn tại hiện nay Phân loại bãi đỗ xe Phân loại hệ thống theo cơ cấu và cách thức lưu chuyển 1, Hệ thống cơ cấu nâng - hạ- robot ; (TM-RB) 2, Hệ thống cầu trục-dịch chuyển ngang ; (CT-DN) 3, Hệ thống Thang cuốn-quay vòng dứng ; (TC-QD) 4, Hệ thống Thang nâng-quay vòng ngang ; (TN-QN) 5, Hệ thống thang nâng- quay vòng tròn ; (TN-QT) 6, Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang : (TN-DN) * Các loại cơ cấu tác động xếp/rỡ (cơ cấu công tác) - Cơ cấu cánh tay robot (CRB) - Cơ cấu móc kéo (CMK) - Cơ cấu tháo khớp (CTK) II. Thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động 1. Thiết kế cơ khí Mô hình bãi đỗ xe gồm: 3 tầng, mỗi tầng sẽ có 3 khoang, kích thước của mô hình cao 1m, Khung ngoài của mô hình Gồm các thanh nhôm được ghép thành hình lập phương và chia khung thành 9 khoang để chứa xe trong mỗi khoang xẽ có hai thanh răng để giữ xe Cơ cấu gửi và lấy xe phải di chuyển chính xác theo 2 truc X Y để gửi hoặc lấy xe.Cơ cấu gồm một mặt đế có gắn các bánh xe nhằm mục đích di chuyển ngang (theo trục X),trên đó có thanh trụ, balet được gắn trên thanh trụ và có thể di chuyển lên xuống(theo trục Y) - Robot tự hành : có nhiệm vụ từ vị trí đỗ (trên bàn thang máy) di chuyển trên đường ray của mỗi tầng đến vị trí xác định (vị trí lưu đỗ) xếp hai bên đường ray. Tại địa điểm lấy xe ra này, cánh tay robot di chuyển đến vị trí bánh xe ôtô rồi thực hiện thao tác : kẹp – nâng – kéo xe ôtô về bàn đỗ của robot, xong rồi thang máy đưa xe xuống nơi trả xe. Tại địa điểm gửi xe vào thì thao tác ngược lại. Hình 1.1. Sơ đồ vận chuyển xếp rỡ hệ thống thang máy – robot + Hệ thống này được sử dụng rất rộng rãi cho lưu kho và đỗ xe có quy mô lớn, hệ số an toàn cao (do vị trí lưu đỗ là tĩnh tại). Đặc biệt hệ thống này là giải pháp tiết kiệm năng lượng lưu chuyển. + Hệ số sử dung diện tích k = 2/3 1.3.2. Hệ thố - Đặc điểm : ng cổng trục-dịch chuyển ngang (CT - DN) - Cổng trục : cổng trục có nhiệm vụ nâng hạ và dịch chuyển bàn thao tác (cơ cấu công tác) - Bàn thao tác : là cơ cấu móc kéo chuyển pallet (khay chứa xe ôtô) từ bàn thao tác vào/ra vị trí lưu đỗ. Hình 1.2. Sơ đồ vận chuyển hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang (CT - DN) - Đặc điểm : + Hệ thống này có kết cấu nguyên lý đơn giản dễ điều khiển và thông dụng, thích hợp với mô hình vừa và nhỏ do hạn chế về chiều cao của cổng trục. + Hệ số sử dụng diện tích k = 2/3 1.3.3. Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang (TN-QN) - Thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy hoặc vận thăng. - Cơ cấu vận chuyển trên 1 tầng theo phương pháp đấy/ kéo trượt ngang các pallet theo một vòng tròn khép kín (pallet có thể dịch chuyển theo 2 phương nằm ngang ). - Cơ cấu công tác thực hiện việc xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc tháo khớp truyền lực giữa các pallet với nhau. Hình 1.3. Sơ đồ vận chuyển hệ thống thang nâng - quay vòng ngang (TN-QN) - Đặc điểm : Hệ thống này cho hệ số sử dung diện tích khá cao (>80%) thường sử dụng cho bãi đỗ ngầm. Nhược điểm của hệ thống này là chi phí năng lượng riêng lớn. . Hệ thống thang nâng - quay vòng tròn (TN-QT) - Thang nâng ở hệ thống này thực hiện 2 chuyển động : nâng hạ theo phương đứng và quay quanh trục của nó - Cơ cấu công tác : thực hiện thao tác xếp vào/lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot. Khi thang nâng, nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc. Hình 1.5. Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng - quay vòng tròn (TN-QT) - Đặc điểm : Hệ thống này được sử dụng ở mọi địa hình, sử dụng ít không gian, thời gian lấy xe ngắn. 1.3.6. Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN - DN) - Thang nâng ở đây thường sử dụng kiểu vận thăng ròng rọc kép di chuyển trên 4 đường ray theo phương thẳng đứng. - Cơ cấu móc kéo thực hiện việc xếp vào/lấy ra khỏi vị trí đỗ, cơ cấu này được đặt có định trên bàn của thang nâng. Khi thang nâng dừng ở vị trí xác định thì cơ cấu móc kéo đấy / kéo pallet theo phương ngang vào vị trí đỗ trên sàn hay bàn thang nâng. Hình 1.5. Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN - DN) Đặc điểm: Hệ thống này kết cấu đơn giản, dễ thi công, thường sử dụng cho bãi đỗ kiểu tháp cao. Hệ số sử dung diện tích k = 2/3 - 4/5 1.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của bãi đỗ xe nhiều tầng 1.4.1 Ưu nhược điểm của bãi đỗ xe tự động. a.Ưu điểm Ưu điểm lớn nhất của hệ thống bãi đỗ xe tự động là giúp cho thời gian gửi và nhận xe nhanh chóng,tận dụng tối đa diện tích và tăng lượng xe đỗ trên cùng một diện tích ( số lượng ô tô đỗ được theo kiểu tự động có thể tăng từ gấp đôi đến gấp 20 lần so với số lượng xe ô tô đỗ theo kiểu tự lái thông thường ). b.Nhược điểm Tuy nhiên, việc áp dụng hệ thống đỗ xe tự động cho các công trình không phải chỉ đơn giản thích loại hệ thống nào thì lắp được hệ thống đó, mà có rất nhiều vấn đề phải xem xét và cân nhắc. Việc quan trọng trước tiên là thời gian lấy xe.Thời gian lấy xe tùy thuộc vào từng loại hệ thống. Đối với loại hệ thống 100 xe thông thường thì thời gian lấy xe nhanh nhất khoảng gần 2 phút / xe, lâu nhất 5,5 phút/xe, bình quân 1,5 phút /xe.Đối với các công trình nhà ở, siêu thị,các bãi xe công cộng…thì thông thường người sử dụng ít khi gửi xe hoặc lấy xe cùng một khoảng thời gian nên thời gian lấy trả xe 1,5 phút/xe không là vấn đề, thậm chí còn nhanh hơn so với bãi xe tự lái.Tuy nhiên đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị… thì việc mọi người ồ ạt đến gửi xe trong khoảng vài phút trước giờ làm việc, giờ khai mạc, và ồ ạt lái xe trong khoảng vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắt cục bộ , và người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lái xe so với bãi xe tự lái. 2. Thiết kế phần điện Mạch điều khiển - 2 đầu vào dùng cho 2 encorder có tác dụng phản hồi vị trí cho 2 cơ cấu nâng – hạ và di chuyển ngang. Encorder ở đây là encorde tương đối có thông số kỹ thuật 100 xung/vòng quay, điện áp đầu vào là 5V, hai pha xung ra có điện áp là xấp xỉ 5V. - 4 đầu còn lại dùng cho 4 CTHT trong đó 2 CTHT để xác định dừng vị trí lên xuống và về gốc , 2 CTHT để xác định dừng cho cơ cấu đẩy kéo Có 10 đầu ra : gắn vào cuộn hút của rơle trung gian 4 động cơ dùng trong mô hình là động cơ điện 1 chiều, có chổi than, kích từ nam châm vĩnh cửu.Từng cơ cấu của hệ thống mà tính được công suất cho từng động cơ truyền động đó. Tính toán công suất động cơ cho cơ cấu nâng – hạ + TÝnh c«ng suÊt cña ®éng c¬ (kh«ng dïng ®èi träng) : Trong ®ã: Gbt: Khèi l­îng ca bin (Kg); víi Gbt = 5 Kg G : Khèi l­îng vËt n©ng (Kg); víi G = 0,5 Kg V : Tèc ®é n©ng (m/s); víi v = 0,5 m/s g : Gia tèc träng tr­êng (m/s2); víi g = 9,81m/s2 η : HiÖu suÊt cña c¬ cÊu n©ng; víi η = 0,8 k : HÖ sè tÝnh ®Õn ma s¸t ; lÊy k = 1,5 Víi k ma s¸t ë : 4 thanh dÉn h­íng ( ma s¸t tr­ît) Puli vµ d©y quÊn Trôc quÊn d©y + TÝnh m« men cña c¬ cÊu khi kh«ng cã ®èi träng: Thiết bị điều khiển 3.1.1 - Giới thiệu phần cứng. PLC, viết tắt của Programmaable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình. S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hang siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Sơ Đồ cấu trúc của PLC PLC S7-200 gồm 3 phần chính: + Bộ xử lý trung tâm (CPU) + Bộ nhớ (Memory Area) + Bộ vào và ra (Input Area và Output Area) PLC và các thiết bị khác Bộ vào ra.PLC S7- 200 bao gồm các đầu vào tín hiệu số, các đầu ngắt và các đầu vào tương tự . Các đầu ra tín hiệu số kiểu rơ le và đầu ra tương tự . Các cổng truyền thông PLC S7-200 sử dụng cổng truyền thống nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PC 702 hoặc với máy thuộc họ PC7 xx khác có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua cổng MPI. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI và cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485 Chức năng của từng chân ngôn nhữ lập trình của S7-200. S7-200 biểu diễn một mạch vòng logic cứng khác một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm 1 tập dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở tập lệnh cuối trong một vòng. Một vòng như vậy gọi là vòng quét (Scan). Chu trình thực hiện là một chu trình lặp . Cách lập trình cho S7-200 nói riêng dựa trên 2 phương pháp cơ bản - Phương pháp hình thang (Laddes logic:viết tắt là LAD) - Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List: Viết tắt là STL) Phương pháp lập trình LAD. LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển kiểu role. Phương pháp lập trình STL. Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng PLC. KẾT LUẬN Sau một thời gian tập trung làm và hoàn thiện đồ án thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động nhiều tầng chúng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm trong việc thi công phần cứng cũng như lập trình phần mềm. Chúng em nhận thấy đề tài bãi đỗ xe tự động nhiều tầng là một đề tài hay, khả năng áp dụng trong thực tế rất cao,nhất là trong tình hình phát giao thông ngày càng phát triển như ngày nay. Đặc biệt là ở các đô thị lớn như Thủ đô Hà Nội,thành phố Hồ Chí Minh. Khi mà đời sống con ngưòi ngày càng được nâng cao, diện tích dất ngày càng bị thu hẹp, điều kiện kinh tế cho phép mọi người dùng ôtô làm phương tiện đi lại thì việc xây dựng các bãi giữ xe tự động như thế này càng nên được thực hiện. Nó đem lại nhiều lợi ích như là: -Tiết kiệm thời gian và giảm ùn tắc. -Tạo cho khách hàng cảm giác tiện nghi, thoải mái. -Tiết kiệm nhiên liệu, giảm nguy cơ va chạm, hao mòn xe, giảm lượng khí thải ô nhiễm. -Tránh tình trạng xung đột, căng thẳng và giảm nguy cơ gây tai nạn. …