Tài liệu Car washing system final project

Chương 1: Tổng quan Chương 1: Tổng quan 1.1. Giới thiệu Cuộc sống ngày càng phát triển, nhu cầu về sử dụng dịch vụ ngày một tăng cao. Ở các nước phát triển trên thế giới, công nghệ tự động hóa đã và đang được áp dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong số đó có thể kể đến là mô hình “Rửa xe tự động” – mô hình không thể thiếu ở những nước có mật độ sử dụng ô tô lớn. Hệ thống rửa xe tự động ra đời góp phần mang lại sự chuyên nghiệp hơn trong dịch vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống công nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng. Đối với nước ta là một nước đang phát triển nên dịch vụ này còn tương đối mới mẻ. Nhìn chung, hình thức rửa xe cổ điển phụ thuộc vào nhân công vẫn còn khá phổ biến. Cụ thể trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh hiện tại, khi mà số lượng ô tô đang tăng lên nhanh chóng đã kéo theo dịch vụ chăm sóc xe mà cụ thể là các trạm rửa xe mọc lên ở mọi ngóc ngách. Tuy nhiên phần lớn các trạm rửa xe chưa có sự đầu tư về mặt công nghệ để nâng cao chất lượng rửa xe, giảm thời gian rửa cũng như tiết kiệm chi phí nhân công. Qua khảo sát ở TP. Hồ Chí Minh hiện tại, nhận thấy có các hình thức rửa xe ô tô như sau: - Rửa xe theo phương thức truyền thống (Hình 1.1) giống như rửa xe gắn máy, trong đó thợ rửa xe sẽ đảm nhiệm toàn bộ quy trình rửa xe và thời gian rửa xong một chiếc xe khoảng 20-30 phút. Đây là hình thức rửa xe thủ công và phổ biến nhất hiện nay. 1 Chương 1: Tổng quan Hình 1.1. Rửa xe ô tô theo phương thức truyền thống - Rửa xe bằng cách kết hợp sử dụng cầu nâng xe 1 trụ (Hình 1.2). Đây là phương thức rửa xe được đầu tư áp dụng trong khoảng 2-3 năm trở lại đây. Các trạm rửa xe chuyển sang lắp đặt cầu nâng trụ vì chi phí đầu tư cho hệ thống này không lớn, tuy nhiên thời gian rửa xe trung bình cũng khoảng 20-30 phút/xe, chi phí nhân công lớn, năng suất không cao. Hình 1.2. Mô hình rửa xe dùng cầu nâng xe 1 trụ - Đầu tư xây dựng hệ thống rửa xe tự động bằng cách mua các dây chuyền rửa xe hiện đại của Ấn Độ, Trung Quốc,…Hiện tại ở Việt Nam đã có một số công ty chuyên phân phối và thi công lắp đặt hệ thống rửa xe tự động từ các hãng của nước ngoài hay một số công ty khác đã trực tiếp sản xuất và thi công như công ty sản xuất hệ thống rửa xe tự động Go & Go (Hình 1.3). Tuy nhiên, số lượng các trạm rửa xe tự động vẫn 2 Chương 1: Tổng quan còn rất ít do chi phí đầu tư ban đầu lớn. Thực tế cho thấy, mô hình rửa xe tự động mang lại rất nhiều ưu điểm như: + Tiết kiệm thời gian rửa xe chỉ từ 3,5-6 phút/xe, cho phép rửa trung bình khoảng 100 xe/8 giờ; + Tự động hóa hoàn toàn quy trình giúp tiết kiệm nhân công, đồng thời giảm đáng kể giá thành rửa xe; Hình 1.3. Hệ thống rửa xe tự động được thi công bởi công ty Go & Go Như vậy, xuất phát từ nhu cầu của con người mong muốn tiết kiệm thời gian, công sức cùng với xu thế phát triển của công nghệ tự động hóa, mô hình rửa xe tự động đang dần phổ biến ở những nước đang phát triển như Việt Nam. 1.2. Phân loại mô hình rửa xe tự động Hiện nay trên thế giới có những mô hình rửa xe tự động sau: 1.2.1. Hệ thống rửa ô tô tự động kiểu vòi phun áp lực a) Hệ thống rửa dùng hai cánh tay robot 3 Chương 1: Tổng quan Hệ thống rửa xe ô tô với tên gọi Touchless Car Wash của hãng Schumak - Ấn Độ (Hình 1.4) được thiết kế sử dụng hai cánh tay robot mang vòi phun áp lực cao để rửa thân xe và hệ thống rửa gầm bên dưới xe. Hệ thống có đặc điểm như sau: - Được trang bị cảm biến sử dụng điện áp 24VDC giúp giới hạn hành trình di - chuyển và có nút dừng khẩn cấp, đèn báo; Hệ thống vòi phun áp lực được bố trí dọc theo cánh tay robot và bên dưới gầm xe - bao gồm 14 vòi phun nước và 14 vòi phun xà phòng; Hệ thống được lập trình bằng PLC, bảng điều khiển có 2 chế độ tự động và thủ - công; Có hệ thống cảm biến siêu âm cho phép xác định chiều dài xe; Lượng nước tiêu thụ: 110 lít/xe; Lượng xà phòng tiêu thụ: 7 ml/xe (tỉ lệ pha loãng 1:700); Áp suất hoạt động: 22 bar; Thời gian rửa xe: 3,5 phút/xe; Hình 1.4. Hệ thống rửa xe Touchless Car Wash - Hãng Schumak (Ấn Độ) [1] b) Hệ thống rửa dùng một cánh tay robot 4 Chương 1: Tổng quan Hình 1.5. Hệ thống rửa xe Magicwash 360 – Hãng Nissan Clean (Ấn Độ) Magicwash 360 (Hình 1.5) là mô hình rửa xe tự động được thiết kế bởi hãng Nissan Clean (Ấn Độ). Cánh tay robot mang vòi phun sẽ chuyển động dọc theo xe, cung cấp áp lực nước khoảng 80 bar. Hệ thống được trang bị thêm thiết bị sấy khô ở phía trên với thời gian sấy khoảng 1 phút. Người vận hành sẽ căn cứ vào kích cỡ xe để chọn gói rửa xe phù hợp trên màn hình điều khiển. Thông thường: - Lượng nước tiêu thụ: 100-150 lít/xe; - Lượng xà phòng tiêu thụ: 10-60 ml/xe; - Thời gian rửa: 3-6 phút/xe; 1.2.2. Hệ thống rửa xe tự động sử dụng chổi lô a) Hệ thống rửa xe Wash Master – Hãng Nissan Clean Ngoài mô hình rửa xe sử dụng vòi phun áp lực, hãng Nissan Clean còn cung cấp mô hình rửa xe kết hợp sử dụng chổi lô với tên gọi Wash Master (Hình 1.6). 5 Chương 1: Tổng quan Hình 1.6. Hệ thống rửa xe Wash Master – Hãng Nissan Clean (Ấn Độ) [2] Hệ thống có những đặc điểm sau: - Vận hành tự động qua màn hình HMI giao diện thân thiện dễ sử dụng; Hệ thống gồm có 5 chổi lô: 2 chổi dọc, 1 chổi ngang và 2 chổi dùng cho bánh xe. Chổi lô được làm từ vật liệu P.E mềm, bền, thân thiện với sơn xe; - Các hệ thống khác bao gồm: hệ thống phun nước áp lực, hệ thống phun bọt tuyết, - hệ thống sấy khô và toàn hệ thống chuyển động tịnh tiến trên 2 đường ray; Thời gian rửa: 10 phút/xe; Lượng nước tiêu thụ: 130 lít/xe; Áp lực nước: 3 bar; b) Hệ thống rửa xe hãng Zonda 6 Chương 1: Tổng quan Hình 1.7. Hệ thống rửa xe dùng chổi lô của hãng Zonda (Trung Quốc) - Chiều dài đường ray: 10000 mm; Chiều rộng đường ray: 3340 mm; Thời gian rửa: 4,5-6 phút/xe; Lượng nước tiêu thụ: 80-100 lít/xe; Áp lực khí nén: 5-8 bar; Hình 1.8. Hệ thống rửa xe dùng băng tải - Tốc độ băng tải: 5-6 m/phút; Lượng xe rửa tối đa: 60-80 xe/giờ; Lượng nước tiêu thụ: 100-120 lít/xe; Sử dụng khí nén: 5-8 bar; 7 Chương 1: Tổng quan 1.3. Giới thiệu dự án rửa xe tự động đã thực hiện Xuất phát từ nhu cầu cùng việc nhận thức được tiềm năng phát triển của mô hình rửa xe tự động tại TP.HCM , Anh Lê Gia Văn – khách hàng của công ty, đã đầu tư xây dựng mô hình thí điểm tại quận 7 và nếu thành công sẽ mở rộng mô hình trong tương lai. Theo kế hoạch, hệ thống rửa xe anh Văn muốn thực hiện tương tự như hệ thống rửa xe tự động của hãng Schumak (Ấn Độ). Toàn hệ thống bao gồm: - Hệ thống rửa thân xe gồm 2 cánh tay robot mang vòi xịt nước và xà phòng được - cấp áp suất lớn. Hai cánh tay sẽ thực hiện hai chuyển động xoay và tịnh tiến; Hệ thống xịt gầm xe gồm các vòi xịt nước được cấp áp suất lớn; hệ thống thực - hiện chuyển động tịnh tiến; Cảm biến tiệm cận được bố trí để giới hạn hành trình di chuyển tối đa cho phép - của hai hệ thống trên; Yêu cầu hệ thống có thể rửa được các loại xe từ 4 đến 9 chỗ và thời gian rửa xe - trung bình là 3,5 phút/xe; Toàn hệ thống được lập trình bằng PLC và điều khiển trực tiếp trên màn hình HMI cho phép chọn loại xe rửa theo kích cỡ. Tuy nhiên ở giai đoạn đầu của dự án sẽ triển khai mô hình rửa xe kiểu bán tự động điều khiển qua nút nhấn trước, sau đó sẽ phát triển điều khiển bằng HMI. 1.4. Mục tiệu, nhiệm vụ và phạm vi của luận văn 1.4.1. Mục tiêu luận văn Hệ thống rửa xe tự động ra đời mang tính tất yếu và thực sự cần thiết khi mà số lượng ô tô ngày càng tăng cao và mọi người có nhu cầu rửa xe một cách nhanh chóng, tiện lợi. Do đó, mô hình thí điểm dự án rửa xe có ý nghĩa thiết thực không chỉ đáp ứng nhu cầu của người sử dụng ô tô mà còn giúp tăng tính tự động hóa, giảm chi phí nhân công. Dựa trên dự án thực tế được triển khai, mục tiêu của luận văn là: phân tích và thiết kế hệ thống rửa xe bán tự động. Cụ thể: - Áp dụng cho các loại xe ô tô từ 4 chỗ đến 9 chỗ; - Thao tác rửa xe bao gồm rửa ngoài và xịt gầm; - Thời gian rửa xe trung bình: 3,5 phút/xe; 1.4.2. Nhiệm vụ của luận văn a) Phần cơ khí 8 Chương 1: Tổng quan - Tính toán, thiết kế cụm truyền động xoay cánh tay robot và chọn động cơ có - công suất phù hợp; Tính toán, thiết kế cụm truyền động tịnh tiến cánh tay robot và tịnh tiến hệ thống xịt gầm, chọn động cơ có công suất phù hợp; - Tính toán áp lực nước, chọn bơm có công suất phù hợp; b) Phần điện - Lựa chọn biến tần cho motor, cảm biến tiệm cận, encoder đếm xung; - Tính toán, lựa chọn CB, contactor, relay nhiệt, bộ lọc nhiễu,.. cho mạch động lực; - Tính toán, lựa chọn cầu chì, dây điện cho mạch điều khiển và động lực; - Thiết lập sơ đồ kết nối các thiết bị điện trong tủ điện; c) Phần điều khiển - Thiết lập lưu đồ giải thuật điều khiển theo trình tự rửa xe, các thông số vận tốc và - chiều dài hành trình di chuyển sẽ thay đổi phù hợp với từng loại xe rửa; Viết chương trình điều khiển dùng PLC FX-3U; 1.4.3. Phạm vi của luận văn - Phân tích và thiết kế hệ thống rửa xe bán tự động điều khiển thông qua nút nhấn; - Thi công, lắp đặt phần điện và điều khiển cho hệ thống; - Các loại xe rửa từ 4 chỗ đến 9 chỗ. Qua tìm hiểu các dòng xe phổ biến ở TP.HCM hiện nay: Toyota, Hyundai, Ford, Chevrolet, KIA, Mazda,… ta có các thông số kích thước như sau: + Chiều dài min: 3,5 m; chiều dài max: 5,3 m + Bề rộng min: 1,5 m; bề rộng max: 1,9 m + Chiều cao min: 1,45 m; chiều cao max: 2 m - Thời gian rửa xe trung bình là 3,5 phút/xe. Các công đoạn rửa theo trình tự sau: Xịt nước rửa ngoài (30s) xịt xà phòng mỏng (20s) nghỉ (10s) xịt nước rửa (35s) xịt xà phòng dày (30s) nghỉ (15s) phun nước rửa + rửa gầm (70s) 1.5. Tổ chức luận văn Chương 2: Phân tích, tính toán và thiết kế các cụm truyền động của hệ thống bao gồm: bộ truyền động cho cơ cấu cánh tay robot chuyển động xoay và tịnh tiến, bộ truyền động cho hệ thống rửa gầm xe. Chương 3: Tiến hành tính toán và chọn các khí cụ điện phù hợp, chọn cảm biến giới hạn hành trình, encoder đếm xung, van điện từ. Sau đó xây dựng sơ đồ kết nối các thiết bị điện bao gồm mạch điều khiển và mạch động lực để tiến hành thi công tủ điện. 9 Chương 1: Tổng quan Chương 4: Thiết kế giải thuật và chương trình điều khiển sử dụng PLC FX3U64MR theo trình tự các công đoạn rửa xe. Chương 5: Tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống, đánh giá kết quả và sửa chữa lỗi để hoàn thiện hệ thống chạy đúng theo yêu cầu đặt ra. Chương 6: Tổng kết, nghiệm thu và bàn giao hệ thống; đồng thời nêu phương hướng phát triển đề tài. 10