Đề tài Thiết kế mô hình bãi đậu xe tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Khoa Điện ------ *** ------ KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên: Đỗ Văn Mẫn Lớp: 08Đ2 Khoa: Điện Nghành: Kỹ thuật điện Đề tài: Thiết kế mô hình bãi đậu xe tự động Số liệu: Khoa điện trường cao đẳng công nghệ Nội dung thiết kế: Chương I: TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG Chương II: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Chương III: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ BÃI ĐẬU XE Chương IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG Chương V: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG Các bảng vẽ được mô phỏng trên máy vi tính Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN ANH DUY Ngày giao đề tài: Ngày 22 tháng 2 năm 2011 Ngày nộp đề tài: Ngày 28 tháng 5 năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Cán bộ duyệt Cán bộ hướng dẫn Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Chủ nhiệm khoa Chủ tịch hội đồng Ngày tháng năm 2011 Tổ trưởng bộ môn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG 1.1 Yêu cầu thực tế 7 1.2 Giới thiệu vài nét về bãi đậu xe tự động chuẩn 8 1.2.1 Hình ảnh một số bãi đậu xe trên thế giới...................................................17 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 2.1 Đặc điểm bộ lập trình ..................................................................................19 2.2 Những khái niệm cơ bản.............................................................................20 2.2.1 PC hay PLC........................................................................................... 21 2.2.2 So sánh với các hệ thống điều khiển khác............................................. 21 2.3 Cấu trúc phần cứng của PLC........................................................................ 22 2.3.1 Bộ xử lý trung tâm.................................................................................. 23 2.3.2. Bộ nhớ và bộ phận khác........................................................................ 24 2.4 Lợi ích của việc sử dụng plc......................................................................... 25 2.5. Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng plc..................................................... 25 Khái niệm cơ bản về vấn đề lập trình plc.....................................................26 2.6.1. Giải thích chương trình ladder................................................................27 2.6.2. Ngõ vào và ngõ ra.................................................................................. 27 2.6.3. Rơ le (---( )---).......................................................................................28 2.6.4. Thanh ghi (Register)................................................................................28 2.6.5. Bộ đếm.....................................................................................................29 2.6.6. Bộ định thời gian (Timer)........................................................................29 2.6.7. Tập lệnh trong PLC..................................................................................30 2.7 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên plc.....................................................30 2.7.1. Cơ chế hoạt động......................................................................................31 2.7.2. Phương pháp xử lý....................................................................................31 2.7.2.1 Phương pháp cập nhật liên tục................................................................33 2.7.2.2. Phương pháp xử lý 1 khối......................................................................33 2.8 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7 - 200......................................................33 2.8.1 Cấu hình cứng...........................................................................................35 2.8.1.1 CPU 226................................................................................................35 2.8.1.2. Cổng truyền thông................................................................................35 2.8.1.3. Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC.............................................37 2.8.1.4. Chỉnh định tương tự.............................................................................37 2.8.1.5. Nguồn nuôi bộ nhớ và nguồn pin....................................................... 37 2.8.2. Cấu trúc bộ nhớ.............................................................................................37 2.8.2.1. Phân chia bộ nhớ...................................................................................37 2.8.2.2. Vùng dữ liệu.........................................................................................38 2.8.2.3. Vùng đối tượng.....................................................................................40 2.8.3. Thực hiện chương trình................................................................................40 2.9 Ngôn ngữ lập trình của S7-200..........................................................................41 2.9.1 Phương pháp lập trình...............................................................................41 2.9.1.1. Định nghĩa về LAD............................................................................42 2.9.1.2. Định nghĩa về STL..............................................................................42 2.9.2. Tập lệnh của S7-200...............................................................................43 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ BÃI ĐẬU XE 3.1 Giới thiệu bộ cảm biến......................................................................................44 3.1.1. Định nghĩa .............................................................................................44 3.1.2. Cảm biến quang.............................................................................................44 3.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................44 3.1.2.2. Nguồn sáng..........................................................................................45 3.1.2.2.1 Led hồng ngoại..................................................................................45 3.2 Phân loại cảm biến......................................................................................47 3.2.1 Cảm biến phát hiện những chùm tia truyền qua .....................................47 3.2.2 Cảm biến phát hiện những chùm tia phản xạ...........................................47 3.2.3 Cảm biến phản xạ khuếch tán...................................................................47 3.2.4 Cảm biến sử dụng sợi dẫn.........................................................................48 3.3 Các ứng dụng của cảm biến quang thường gặp trong thực tế............................48 3.4 Các thông số kỹ thuật của E3JM-10M4............................................................ 49 3.5 Giới thiệu về timer và counter........................................................................ 49 3.5.1 Lệnh điều khiển Timer........................................................................... 49 3.5.2 Lệnh điều khiển Counter..........................................................................51 3.6. Cấu tạo động cơ điện một chiều .................................................................... 53 3.7 Bộ nguồn...........................................................................................................53 3.8 Mô hình bãi đậu xe thực tế................................................................................54 CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CẤU HÌNH MẠNG CHO BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG 4.1 Yêu cầu công nghệ của bãi đậu xe được thiết kế 55 4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bãi đậu xe được thiết kế 55 4.3 Giao diện chính bãi giữ xe của đề tài thiết kế 56 CHƯƠNG 5 : CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG 5.1 Lưu đồ thuật toán 57 5.1.1 Lưu đồ thuật toán ở mỗi cổng khi có xe vào 57 5.1.2 Lưu đồ thuật toán ở mỗi cổng khi có xe ra 58 5.2 Giản đồ thời gian............................................................................................... 59 5.2.1 Giản đồ thời gian khi có xe vào..............................................................59 5.2.2 Giản đồ thời gian khi có xe ra ............................................................... 60 5.3 Bảng phân công đầu vào đầu ra........................................................................ 61 5.4 Chương trình điều khiển....................................................................................62 Lời nói đầu Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hoá hoàn toàn trong mọi lĩnh vực. Có thể nói tự động hoá đã trở thành xu hướng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ nào. Ngôn ngữ lập trình PLC đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: Chế biến thực phẩm, sản xuất xi măng, gạch... gắn liền với các tên tuổi hàng đầu trong việc chế tạo các thiết bị tự động hoá như CNC... là các hãng như :Siemens, Honeywell, Alen Bradley, ABB, Mitsubishi, Omron... và các hệ thống mạng kèm theo là : Hệ thống sản xuất linh hoạt(FMS), hệ thống điều khiển phân tán (DCS)... đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt trong nền sản xuất công nghiệp. Hiện nay ở nước ta, PLC đã được đưa vào sử dụng trong nhiều nhà máy, xí nghiệp để giám sát chặt chẽ các quy trình công nghê, kỹ thuật hết sức phức tạp, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành, đáp ứng kịp thời yêu cầu ngày càng cao của xã hội. Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn ở nước ta (như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ôtô), một nhu cầu về bãi đậu đỗ cho các phương tiện giao thông là yêu cầu cấp bách. Một mặt, giảm tắt nghẽn giao thông, nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện đại. Với lý do đó, nhóm chúng em đã khảo sát thiết kế một mô hình bãi đậu xe tự động Qua một thời gian hơn 3 tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài nhờ được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS. Nguyễn Anh Duy và các thầy cô trong Bộ môn tự động hoá -Đo lường, chúng em đã hoàn thành đề tài. Mặc dù đã hết sức cố gắng song chắc chắn đề tài còn có nhiều thiếu sót. Kính mong được sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo. Chúng em xin chân thành cảm ơn . Đà nẵng, ngày 10 tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện Đỗ Văn Mẫn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG 1.1. Yêu cầu thực tế. Từ thực trạng thiếu các bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông , khiến các phương tiện này phải chiếm lòng, lề đường để tạm thời làm nơi đậu đỗ. Tình hình đó dễ gây ra ùn tắt giao thông, tai nạn giao thông và mất vẻ mỹ quang của thành phố. Bên cạnh đó, tình trạng này càng gia tăng khi số lượng phương tiện giao thông đang mỗi ngãy một tăng lên. Hình 1.1: Thực trạng giao thông ở thành phố lớn hiện nay Theo báo Thanh niên (ra ngày Thứ Năm, 02/06/2005), thì đây là thực trạng đang diễn ra hằng ngày ở TP. HCM. Theo thống kê sơ bộ của Sở Giao thông- Công chính TP.HCM(GTCC), cuối năm 2004, tại các quận trung tâm thành phố chỉ có thể bố trí khoảng 3500 chỗ đậu xe, kể cả chỗ đậu được phép trên lề đường và trong các bãi đậu xe công cộng. Trong khi đó hằng ngày có hơn 5800 xe có nhu cầu về chỗ đậu, điều này dẫn đến tình trạng các tài xế có thể tìm bất cứ chỗ nào để đậu, kể cả lòng lề đường gây cản trở giao thông. Chỉ tính riêng khu vực trung tâm Q1, nhu cầu đậu đỗ xe trung bình là 1200 xe/ngày, nhưng các bãi đậu xe công cộng chỉ đáp ứng khoảng 350 xe, các bãi đậu xe của khách sạn, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng là 500 xe. Ông Trần Quang Phượng- Phó giám đốc Sở GTCC TP.HCM cho biết toàn thành phố có khoảng 2.6 triệu phương tiện giao thông, trong đó trên 200000 xe 4 bánh. Mức tăng trưởng phương tiện giao thông, đặc biệt là xe tư nhân đã tăng từ 12% năm 2003 lên 20%năm 2004. Như vậy nhu cầu để có bãi đỗ xe là nhu cầu cấp thiết hiện nay . 1.2. Giới thiệu vài nét về một bãi đậu xe tự động chuẩn. Hình 1.2.1: Phòng điều khiển trung của một bãi đậu xe Một bãi đậu xe cạnh tranh phải có không khí thân thiện cho khách hàng, tiện lợi về vị trí và đội ngũ lao động làm việc đặc biệt hiệu quả. Các công ty hiện đại tập trung đội ngũ nhân viên, nếu có thể, tại vị trí trung tâm mà các nhân viên có thể thuận lợi về không gian quản lý. Để làm điều này, nó phải phối hợp một cách thông minh các kỹ thuật mới trong quản lý tự động, kỹ thuật âm thanh(audio) và hình ảnh (video) kỹ thuật trong nước (domestic)và truyền thông tin số. Kỹ thuật này tạo điều kiện tốt nhất cho các khách hàng quan tâm đến giao tiếp bằng thính giác và thị giác, giữa các khách hàng và trung tâm điều khiển giám sát có quyền trợ giúp từ xa các vấn đề đang diễn ra, hay các sự kiện bất thường. Các hoạt động vệ sinh và bảo trì được thực hiện xung quanh khu vực đậu xe phải cần có kế hoạch và cần thiết. Các công ty điều hành bãi đậu xe chuyên nghiệp tại các sân bay quốc tế là một ví dụ về việc quản lý không gian đậu xe hiệu quả và chuyên nghiệp. Thực sự cách đây nhiều năm, nó đã chính thức thực hiện việc kết nối với trung tâm điều khiển để quản lý điều hành tất cả khu vực đậu xe với số lượng nhân viên hạn chế để thực hiện hàng loạt chức năng quản lý bằng kỹ thuật tốt và hữu ích.Cho đến bây giờ, ở các nơi này, các bãi đậu xe được kết nối một cách dễ dàng, nó có thể phải dùng nhiều đường dữ liệu, hình ảnh giọng nói mà không thay đổi kết nối. Nói cách khác, trạm trung tâm ở địa phương và của cả nước có thể kết nối đồng bộ với nhau dựa vào kỹ thuật truyền dữ liệu, hình ảnh, giọng nói mà sử dụng các mạng tiêu chuẩn quốc tế và do đó giá thành truyền thông sẽ nhỏ nhất. Trung tâm điều khiển của bãi đỗ xe với số lượng nhân sự thấp gồm có các đặc điểm như sau: Hệ thống đầy đủ là một hệ thống điều khiển tin cậy và dễ hiểu . Hệ thống điều khiển tự động hổ trợ cho các nhà vận hành và tránh bị căng thẳng . Hệ thống truyền thông và thông tin đề cao tính lưu động và tốc độ phản hồi nhanh Công nghệ sử dụng phải kinh tế và có khả năng mở rộng . Hệ thống giám sát và chuẩn đoán lỗi phản ứng nhanh chóng, tin cậy và liên tục thông báo tình trạng của hệ thống. Tạo môi trường làm việc thân thiện và khả năng thực hiện cao. Công ty Scheidt & Bachmann(một công ty hoạt động lâu năm trong lĩnh vực thiết kế bãi đỗ xe tự động) đặt ra một chuẩn mới cho một bãi đỗ xe ít nhân sự tại trung tâm điều khiển là: Hình 1.2.2: Cơ cấu nâng, hạ xe Phối hợp kỹ thuật quản lý bãi đỗ xe, ky î thuật nâng và hệ thống hướng dẫn giao thông, kỹ thuật an ninh, kỹ thuật khoá (locking mechanisms), truyền thông trực quan, hệ thống trình tự, hệ thống điều khiển video, kỹ thuật nhận dạng và kỹ thuật định lượng, hệ thống kỹ thuật gia dụng (kỹ thuật chiếu sáng, kỹ thuật thông gió, thang máy, hệ thống cung cấp nguồn điện, hệ thống báo cháy ...). Các dịch vụ (cho chăm sóc, vệ sinh, bảo trì ...) và nhiều hơn nữa. Các thiết bị kỹ thuật ở hệ thống đậu xe tại địa phương với khả năng truyền thông ở mức cao giữa khách hàng và trung tâm điều khiển. Hệ thống gồm nhiều máy tính chủ đặt tại nhiều nơi, làm việc thì hoàn toàn giống nhau và có cùng quyền điều hành. Màn hình tiếp xúc(touch screen) tại nơi làm việc, điều hành nhanh chóng và rõ ràng. Có sự phân chia điều hành và quản lý ở mức điều khiển, cũng như ở khoảng cách xa. Thiết bị mạng kỹ thuật số thông thường cho dữ liệu hình ảnh và âm thanh. Chức năng vượt qua hệ thống (Cross-system ), như là chương trình điều khiển trong trường hợp nguy hiểm. Quản lý báo động thông thường với hệ thống báo động phân tán. Giám sát và điều khiển thông thường thông qua hệ thống. Quản lý thông qua dịch vụ( Cross-service ) kết nối với trung tâm đường dây nóng. Trợ giúp khách hàng trong trường hợp có vấn đề ở lối vào và lối thoát ở, trạm trả tiền tự động và các điểm nhạy cảm khác bằng tiếp xúc hình ảnh, giọng nói. Tận dụng các phương thức trả tiền và phương thức nhận dạng. Điều khiển rõ ràng và tin cậy. Hỗ trợ toàn diện khách hàng với các công cụ cần thiết. Bao gồm cả” đậu xe trên đường” (on-street parking ) thông qua kỹ thuật nối mạng không dây. Mở rộng cho các ý tưởng đổi mới và mở rộng Tăng khả năng di động cho đôi ngũ nhân viên với các thiết bị di động nhỏ như (PDA, Pocket-PC, Handheld). An toàn cho người và thiết bị trong việc quản lý khu vục đậu xe An ninh là một yêu cầu quan trọng đầu tiên với cảm giác an toàn, tin cậy và thoải mái. Nếu mọi người tự do quyết định, họ sẽ bị lôi cuốn vào nơi mà họ cảm thấy an toàn.Việc quản lý hiện đai và thu hút ở khu vực đậu xe là ấn tượng tốt để mọi ngưòi cảm thấy an toàn trong khu vực quản lý. Kỹ thuật an toàn không được gây khó chịu và tạo ấn tượng như là bị giám sát, nhưng phải tin cậy trong trường hợp nguy hiểm. Khái niệm an toàn hiện đại bao gồm hàng loạt các thiết bị kỹ thuật kèm theo Vấn đễ an toàn được xem xét trước hết khi thiểt kế bãi đậu xe. Sạch sẽ, sáng sủa , màu thân thiện là tất cả các đặc điểm chính của bãi đỗ xe. Vấn đễ này đạt được bằng cách sắp xếp rõ ràng, lối đi phải phẳng, chiếu sáng và màu đèn dễ chịu, nền khô và sạch sẽ chống lại việc bị trượt, lối đi bộ, cầu thang và cẩu trục phải được sắp xếp sao cho sạch sẽ. Hình 1.2.3:Hình ảnh khách hàng đi vào đậu xe. Ngoài ra, hệ thống hướng dẫn giao thông cho tài xế hoặc khách đi bộ là đặc điểm chính của sự an toàn và yên tĩnh. Các cài này cũng bao gồm hệ thống hướng dẫn có màu. Sự bố trí màu sáng của các thông tin về vị trí và số xe cũng cần thiết. Tuy nhiên, cảm giác gần gũi với nhân viên giám sát trong trường hợp khẩn cấp và sẵn sàng can thiệp là những điều mà làm yên khách hàng và làm cho họ có cảm giác là an toàn. Điều này được nâng cao bởi hệ thống camera, các loại đèn cao áp và nhiều nút ấn khẩn cấp đặt khắp nơi. An toàn cho ngưòi và thiết bị trong hệ thống đậu xe cần rất nhiều hệ thống an toàn tự động, hệ thống điều khiễn, cảnh báo tại chỗ và nhanh chóng bởi đội ngũ nhân viên trợ giúp điều khiển từ xa rất tin cậy với các thiết bị hỗ trợ bên dưới: Camera giám sát kỹ thuật số bao quát tất cả các phần được quản lý. Lưu giữ hình ảnh kỹ thuật số trong các bộ nhớ sẽ lưu giữ ngày tháng, thời gian và số lượng camera. Cảm biến chuyển động như là các đơn vị dò riêng rẽ . Các cảm biến chuyển động bằng phân tích hình ảnh kỹ thuật số khi hình ảnh camera đang di chuyển. Nút ấn trong trường hợp khẩn cấp nhiều dãy với truy xuất hình ảnh tự động. Các loa cho việc thông báo. Bộ kết nối âm thanh và video với trung tâm giám sát tại tất cả lối đi và lối thoát, tại tẩt cả trạm trả tiền tự động động, tất cả các hành lang (chẳng hạn ở cửa chính), trong cầu thang và thang máy và tại các điểm nhạy cảm khác. Hệ thống đèn chiếu, đèn thông báo và còi, được điều khiển từ xa bằng tay hay cảnh báo tự động. Đồng hồ chỉ dẫn để xác định chắc chắn đường đi hoặc hướng dẫn lái xe trong trường hợp nguy hiểm. Việc ghi lại và báo cáo tình trạng trộm cắp, bairier bị hư và giám sát trạng thái của cửa thoát. Chương trình trong tình trạng khẩn cấp ngăn cản các barier ở lối vào, các barier ở lối thoát, cửa và cổng và điều khiển giải quyết sự cố. Hệ thống nguồn điện và đèn trong tình trạng khẩn cấp. Các thiết bị báo cháy và lọc không khí. Trung tâm giám sát lưu động và hệ thống điều khiển để dò tìm hư hỏng nhanh chóng và trực tiếp. An toàn cho người và thiểt bị được gia tăng thêm bằng các chức năng bên dưới: Hệ thống camera quay và lưu giữ toàn mặt đất. So sánh hình ảnh mọi thiết bị rời đi với các hình ảnh được lưu giữ khi đi vào có đúng hay không. Hệ thống tự động công nhận các biển báo xe LPR (License Plate Recognition) của mọi thiết bị khi rời đi, mà được lưu giữ khi đi vào lối vào(thu thập đồng thời dữ liệu hình ảnh có thể trong trường hợp này ). Giám sát sinh trắc học (Biometric supervision) ví dụ như bằng dấu vân tay hoặc hệ thống theo dõi tình trạng của khuôn mặt (face contours )củ