Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................................2
1.Tên đề tài:.................................................................................................................................2
2.Lý do chọn đề tài: ....................................................................................................................2
2.1. Yêu cầu nâng cao hiệu quả học tập các môn học thuộc lĩnh vực tự động hóa trong nhà
trường.......................................................................................................................................2
2.2. Tiếp tục hoàn thiện các mô hình phục vụ dạy học modun PLC của Viện Sư phạm kỹ
thuật..........................................................................................................................................2
3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:...........................................................................................3
3.1. Mục tiêu của đề tài............................................................................................................3
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................................................3
4. Nội dung của đề tài được chia thành 3 chương:......................................................................3
CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG.......................................4
1.1.Khái niệm về hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng...........................................................4
1.2.Một số loại bãi đỗ xe tự động................................................................................................4
1.2.1 Bãi đỗ xe tự động dùng thang máy.................................................................................4
1.2.2. Bãi đỗ xe tự động dạng xếp hình...................................................................................5
1.2.3. Bãi đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng.................................................................5
1.2.4. Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang.....................................................................6
1.2.5. Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System).................................................6
1.2.6. Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển.........................................................................7
1.3.Lựa chọn giải pháp cho bài toán thiết kế...............................................................................8
1.3.1. Bộ phận truyền động .....................................................................................................8
1.3.2. Bộ phận điều khiển........................................................................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI TẦNG....................9
2.1. Bài toán thiết kế....................................................................................................................9
2.1.1. Yêu cầu thiết kế.............................................................................................................9

2.Lý do chọn đề tài:
2.1. Yêu cầu nâng cao hiệu quả học tập các môn học thuộc lĩnh vực tự động hóa trong
nhà trường
Tự động hóa ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình sản xuất cũng
như trong đời sống của con người, góp phần to lớn trong giải phóng sức lao động của con
người, tăng năng suất trong lao động, là một trong những nhân tố quan trọng giúp cho thế
giới loài người ngày càng phát triển. Mà phần lớn các hệ thống dây chuyền sản xuất tự
động hóa hiện nay được điều khiển bằng bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Chính vì
vậy, ở hầu hết các trường kỹ thuật và trường nghề người học đều được trang bị các kiến
thức về PLC.
Tuy nhiên việc học trong nhà trường còn nặng tính lý thuyết, sinh viên ít được thực
hành, các phòng thực hành còn thiếu thốn về trang thiết bị nên hiệu quả việc dạy và học
của các môn thuộc lĩnh vực này còn rất hạn chế.
Một phương pháp để nâng cao hiệu quả việc dạy và học các môn thuộc lĩnh vực này
là bổ xung các mô hình thực hành gắn với các bài toán thực tế và tăng thời lượng thực
hành để nâng cao tay nghề của sinh viên, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận ngay với các
ứng dụng thực tế để có thể làm việc ngay khi tốt nghiệp mà không phải đào tạo lại.
2.2. Tiếp tục hoàn thiện các mô hình phục vụ dạy học modun PLC của Viện Sư phạm
kỹ thuật
Trong một vài năm gần đây, phương thức đào tạo trong hệ thống nghề nghiệp
chuyển sang phương thức đào tạo theo modul năng lực thực hiện. Một trong những điều
kiện quan trọng để có thể tiến hành tổ chức dạy học theo modul năng lực thực hiện đó là
đội ngũ giáo viên. Theo thống kê hiện nay số giáo viên trong các cơ sở dạy nghề đáp ứng
đủ điều kiện dạy học theo modul năng lực thực hiện chỉ chiếm 40%. Là một đơn vị đào
tạo giáo viên cho hệ thống dạy nghề, làm thế nào để sinh viên tốt nghiệp ra trường có
thể tiếp cận ngay với phương thức đào tạo theo modul năng lực thực hiện là một nhiệm
2


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29


3


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
1.1.

Khái niệm về hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng
Hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng được hình thành để giải quyết những hạn

chế của các bãi đỗ xe truyền thống hiện nay như: dễ bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ
xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời
gian để đưa xe vào vị trí đỗ xe chật hẹp (đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ), khó kiểm soát khí
thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe, người lái xe mất rất nhiều thời
gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe, tốn diện tích…
Hệ thống đỗ xe ô tô tự đông nhiều tầng là loại kết cấu có trang bị hệ thống nâng để
di chuyển xe ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ xe ở trên cao (đối với loại hệ thống nổi) hoặc
chuyển xe xuống điểm đỗ ô tô dưới lòng đất (đối với loại hệ thống ngầm) một cách hoàn
toàn tự động, không cần người lái. Sau khi đưa xe vào phòng xe, bộ phận điều khiển sẽ tự
động đưa xe vào vị trí đỗ, người lái xe không cần thao tác bất kỳ động tác nào ngoài việc
bấm nút số xe (hoặc nhận thẻ từ hệ thống). Khi cần lấy xe ra, hệ thống điều khiển nhận
thông tin từ người gửi để ra các quyết định thích hợp để đưa xe đến điểm trả xe cố định,
lái xe chỉ cần lấy xe ra từ điểm cố định này.
1.2.

Một số loại bãi đỗ xe tự động

trống để xếp hình (tức 1 vị trí
trống cho mỗi tầng).

Hình 1.2. Bãi đỗ xe tự động kiểu xếp hình

1.2.3. Bãi đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng
Đặc điểm :
Rất cơ động, tiết kiệm diện tích (30
m2)
Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống
xoay vòng đứng có thể xoay thuận
chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ
(hoặc 1 chiều)
Dễ tháo lắp
Hình 1.3. Bãi đỗ xe tự động kiểu xoay vòng đứng
Chỉ
thích
hợp
với
các
loại
xe
nhỏ
1.2.4. Bãi đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking

5


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29




Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng, nhưng
tùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe. Nhưng
thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe.
Số lượng xe tối ưu là 70 xe.
Đặc điểm:
- Loại tháp đỗ mỗi bên thang 1 xe là loại
hệ thống có thể lấy xe cực nhanh kể cả số lượng
xe nhiều (thời gian lấy xe tối đa cho hệ thống 60
xe là 1.5 phút, bình quân 1 phút / 1 xe)
- Hệ thống đỗ xe tự động sky parking tiết
kiệm diện tích đất hẹp, phía sau hoặc bên hông
nhà cao tầng
- Giá thành cao hơn các loại khác nhưng
vận hành êm, ít gây tiếng ồn.
- Lắp đặt nhanh chóng và có thể tháo dỡ di
chuyển khi cần
Hình 1.6. Hệ thống tháp xe
1.2.6. Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển
Đặc điểm:
- Sử dụng pallet hoặc robot.
- Bảo dưỡng dễ dàng hơn (do mỗi tầng
có 1 trolley hoạt động riêng biệt)
- Do mỗi tầng có 1 bộ trolley nên giảm
thiểu thời gian nhận và trả xe

Điều khiển mền có thể được thực hiện bằng PLC, vi điều khiển (μC-Micro Controller)
hay máy tính (PC-Personal Computer). Trong đó với μC và PC người lập trình có thể đưa
vào tất cả thiết kế của mình và như vậy công nghệ đáp ứng yêu cầu của người thiết kế,
không sẵn sàng đáp ứng trong môi trường công nghiệp còn PLC được chế tạo chuyên biệt
cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp.
Trong mô hình sử dụng bộ điều khiển PLC S7-200 của Siemens.

8


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI
TẦNG
2.1. Bài toán thiết kế
2.1.1. Yêu cầu thiết kế
Thiết kế mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng hoạt động theo nguyên lý sau:
- Thiết bị sẽ bắt đầu nâng nếu thỏa mãn 1 trong 2 điều kiện:
+ Ở khay dưới không có xe và cảm biến phát hiện có xe ở cửa trước của
thiết bị.

+Khay dưới đang ở dưới mặt đất và người dùng ấn nút nâng.
- Khi thiết bị đã nâng đủ chiều cao cho phép (bánh xe motor quay đủ quãng đường
xác định là x vòng) thì động cơ sẽ dừng nâng.

Trạng thái treo(Dừng nâng)
- Thiết bị sẽ bắt đầu hạ nếu thỏa mãn 1 trong 2 điều kiện:
+ Sau 5s kể từ khi các cảm biến xác nhận người dùng lấy xe ra khỏi khay

PLC S7-200, CPU 224
Rơle 24V

7

Lỗ cắm

Số lượng
3
2
1
1
1
2
10

Mục đích sử dụng
Phát hiện có xe
Chọn chế độ nâng/hạ buồng thang
Nâng/hạ buồng thang
Đếm số vòng quay của động cơ
Điều khiển hoạt động của mô hình
Rơle trung gian cấp nguồn cho động
cơ quay thuận/nghịch
Kết nối với mô hình khác

2.1.3. Giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7-200 của Siemens
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình của hãng Simens, nó được ra đời từ
những năm 70 của thể kỷ trước để thay thế cho các bộ điều khiển kiểu Rơle.
Ngay từ khi ra đời nó đã nhanh chóng thể hiện được những ưu thế vượt trội và được ứng

-

Module chức năng (FM): có vai trò thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó
như: điều khiển vị trí, điều khiển động cơ bước, động cơ servo, máy biến
tần…

Các module này được sử dụng với các mục đích khác nhau và được ghép nối
với CPU thông qua hệ thống Bus nội bộ:

Hình 2.1 Hình ảnh về PLC và các module của S7 - 200.
CPU S7-200 có hai loại : CPU 21x và CPU 22x. Hiện nay loại CPU 21x không
còn sản xuất nữa.
CPU 22x:
Đây là các loại CPU đã được cải tiến và tích hợp nhiều tính năng quan trọng để
phù hợp hơn với các ứng dụng khác nhau. Các CPU này có tốc độ xử lý cao, bộ nhớ được
mở rộng, số đầu vào ra lớn, có khả năng ghép nối được nhiều modul mở rộng khác. Họ
này bao gồm các CPU: CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 224XP, CPU 226, CPU
226XM
Thông số
Tốc độ xử lí
(ms/phép tính)
Bộ nhớ chương trình (kB)
Bộ nhớ dữ liệu (kB)
Vùng biến nhớ
Số đầu vào ra số(DI/DO)
Số modul mở rộng tối đa
Số đầu vào ra mở rộng

CPU 221


256 Counter(16 bit),

DI/DO:( 40DI và 38DO)
256 Counter(16 bit),

256 timer
256 timer
1 RS485 (MPI, PPI,COM)
1 RS485 (MPI, PPI,COM)
24VDC hoặc 220 VAC, 50 24VDC hoặc 220 VAC, 50
Hz
54 h đến 200 ngày;

Bộ đếm tốc độ cao
Cấp nguồn ra

MS: SPKT.10

24 VDCcó bảo vệ ngắn mạch

Hz
54 h đến 180 ngày
4 bộ 32 bit
(fmax =30kHz)
24 VDC có bảo vệ ngắn

Thông số
CPU 224
Tốc độ xử lí (ms/phép 0.22



DI/DO: (94DI và 74DO)
256 Counter(16 bit),

DI/DO: ( 94DI và 74DO)
256 Counter(16 bit),

Cổng truyền thông

256 timer
1 RS485

256 timer
2 RS485

Nguồn điện

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

Pin nhớ

220 VAC, 50 Hz
100 h đến 200 ngày

220 VAC, 50 Hz
54 h đến 180 ngày

Vùng biến nhớ
Số

đầu

vào

ra

32byte (M0.0=>M31.7)
số 40 (24DI/16DO) + 2 AI

(DI/DO)
Số đầu vào ra mở rộng AI/AO: ( 28AI và 7AO )

MS: SPKT.10

20
48
32byte (M0.0=>M31.7)
40(24DI/16DO) + 1AI
AI/AO: ( 28AI và 7AO )

tối đa

hoặc 14AO

hoặc 14AO

Số Timer/Counter

100 h đến 200 ngày
4 bộ 32 bit(fmax=30kHz)

+2 bộ 32 bit (fmax = 200kHz +2 bộ 32 bit (fmax =
Cấp nguồn ra

200kHz)
24 VDC có bảo vệ ngắn 24 VDCcó bảo vệ ngắn
mạch

mạch

2.2. Thiết kế mô hình
2.2.1. Phần cơ khí
-

Kết cấu 2 tầng

-

Khung: thép

-

Bệ đỡ,nắp,vỏ: tôn

2.2.2. Phần điện
2.2.2.1. Sơ đồ đấu nối đầu vào
13



MS: SPKT.10

17


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 3. BIÊN SOẠN TÀI LIỆU DẠY HỌC MODUN LÂP TRÌNH PLC CƠ
BẢN TRÊN MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI TẦNG

3.1. Những vấn đề chung về đào tạo nghề theo modun năng lực thực hiện
3.1.1. Khái niệm chung về modun
3.1.1.1 Khái niệm về modun
Mô đun có nguồn gốc từ thuật ngữ Latinh “ modulus” với nghĩa đầu tiên là mực
thước, thước đo. Trong kiến trúc xây dựng La mã nó được sử dụng như một đơn vị đo.
Đến giữa thế kỷ 20, thuật ngữ modulus mới được truyền tải sang lĩnh vực kỹ thuật. Nó
được dùng để chỉ các bộ phận cấu thành của các thiết bị kỹ thuật có các chức năng riêng
biệt có sự hỗ trợ và bổ sung cho nhau, không nhất thiết phải hoạt động độc lập.
Mô đun mở ra khả năng cho việc phát triển, hoàn thiện và sửa chữa sản phẩm.
Đặc điểm căn bản của Mô đun là: tính độc lập tương đối- tính tiêu chuẩn hoá và
tính lắp lẫn.
Mô đun đào tạo có nguồn gốc từ USA, lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1869
tại trường đại học Harward với mục tiêu: tạo điều kiện cho sinh viên có khả năng lựa
chọn các môn học ở các chuyên ngành.
Trong đào tạo có nhiều khái niệm về mô đun:
- Mô đun là một đơn vị học tập liên kết tất cả các yếu tố của các môn học lý thuyết ,
kỹ năng, các kiến thức liên quan để tạo ra một trình độ.

ngang. Một mô đun đơn lẻ có thể ghép nối vào cấu trúc của các mô đun trình độ khác
hoặc các hình thức đào tạo khác.
3.1.1.2. Mô đun kỹ năng hành nghề (MKH)
Mô đun kỹ năng hành nghề theo tiÕng Anh là Module of Employsble Skills (MES)
được xác định là một phần nội dung đào tạo của một hoặc một số nghề hoàn chỉnh, được
cấu trúc theo các mô đun tích hợp giữa lý thuyết với thực hành, sau khi học xong, học
sinh có thể ứng dụng để hành nghề trong xã hội.
Đây là một khái niệm linh hoạt, bởi lẽ phạm vi hành nghề của mỗi nghề là hết sức
đa dạng: diện nghề có thể là diện rộng, hẹp; trình độ nghề có thể cao thấp khác nhau, tuỳ
theo yêu cầu của người sử dụng lao động. Nói cách khác mô đun kỹ năng hành nghề linh
hoạt vì nó phụ thuộc vào tổ chức quy trình công nghệ (lao động) và sự phân công lao động
của từng giám đốc xí nghiệp cho mỗi người lao động.
Để thuận lợi cho quá trình cho quá trình giảng dạy và học tập cũng như dùng
chung một số các kiến thức, kỹ năng cho nhiều nghề khác nhau, MKH được chia thành
nhiều mô đun (Modular units-Mo). Mối mô đun tương ứng với mỗi công việc hợp thành
MKH. Cũng có những MKH đơn giản thì không cần chia nhỏ, nghĩa là bản thân nó chỉ có
một mô đun. Như vậy có thể định nghĩa:
Mô đun là một bộ phận của MKH, được phân chia một cách logíc theo từng công
việc hợp thành của một nghề nào đó, có mở đầu và kết thúc rõ ràng, và về nguyên tắc
công việc này không thể chia nhỏ hơn được nữa. Kết quả của công việc này là một sản
phẩm hay là một dịch vụ.
Cấu trúc của mô đun:
19


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Nội dung đào tạo của mỗi mô đun được chia thành từng phân tố gọi là đơn nguyên

mỗi Mô đun cụ thể giúp cho việc nâng cao trình độ của người thợ.

20


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

• Thời gian thực hiện Mô đun: cho biết thời gian dạy và học trong thời khoá biểu.
Thời gian của một mô đun là kết quả của cân nhắc sư phạm. Ở đó có sự lưu ý tới
việc truyền đạt tất cả các năng lực nghề cần thiết. Tổng thời gian của mô đun gồm
thời gian cho lý thuyết và thực hành nhằm giúp người học có khả năng luyện tập
đầy đủ theo mục tiêu của Mô đun năng lực thực hiện, điểm trọng tâm là thực hành.
Lý thuyết được trình bày khái quát cần thiết cho việc luyện tập các hoạt động nghề
thích hợp với chuẩn nghề.
• Mục tiêu học tập của Mô đun: mô tả kết quả học tập dự kiến của mô đun. Nếu
người học muốn thực hiện được tất cả mục tiêu của mô đun, họ phải sẵn sàng
luyện tập hoàn thiện các hoạt động nghề của Mô đun theo tiêu chuẩn nghề và
chuẩn năng lực. Việc mô tả mục tiêu học tập cần dựa vào các điểm chuẩn quan
trọng của tiêu chuẩn nghề.
• Nội dung : là nội dung học tập, với nội dung này để truyền đạt các năng lực nghề
phù hợp với mục tiêu học tập. Nội dung không chỉ đựa vào lý thuyết sẽ được
truyền đạt mà còn các kỹ năng thực hành và các phẩm chất đạo đức trong công
việc.
• Điều kiện đầu vào: là các năng lực, kinh nghiệm và các yêu cầu tâm sinh lý bắt
buộc đối với người tham gia học tập mô đun. Việc xác định các điều kiện đầu vào
giới hạn ở những điều kiện bắt buộc đối với người học, giúp họ tham gia vào học
tập mô đun thành công. Cần tránh việc mô tả điều kiện đầu vào một cách hình
thức để không làm hạn chế cơ hội của người học học các mô đun năng lực. Người

hoạch, thực hiện và đánh giá quá trình cũng như kết quả học tập.
Đào tạo nghÒ theo NLTH thể hiện ở chỗ nó gắn rất chặt chẽ với yêu cầu của chỗ
làm việc, của người sử dụng lao động, của các ngành kinh tế (gọi chung là công nghiệp).
Sơ đồ 1 dưới đây cho thấy điều đó thông qua mối quan hệ giữa các thành phần của hệ
thống GDKT&DN theo NLTH mà nhiều nước trong khu vực và trên thế giới đã và đang
tổ chức thực hiện.
CÔNG NGHIỆP
XD TIÊU CHUẨN KN NGHỀ
ĐÀO TẠO

Phát triển chương trình đào tạo
Kiểm định chương trình đào tạo
Thực hiện chương trình đào tạo

ĐÁNH GIÁ NGƯỜI HỌC,
NGƯỜI DỰ THI

Đánh giá NLTH của người tốt
nghiệp theo TCKNNđào tạo

CẤP VB CHỨNG CHỈ CHO
NGƯỜI ĐẠT

Sơ đồ 3.1: Quy trình đào tạo nghề theo năng lực thực hiện
22


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

thực hiện đòi hỏi giáo viên có khả năng mô tả nghề, phân tích chương trình, nắm bắt
được các mô đun, các bài, xây dựng các điều kiện để thực hiện mô đun cũng như những
vấn đề kiểm tra và đánh giá các năng lực thực hiện.

23


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Trang bị cho giáo viên dạy nghề những tri thức, những cách thức mới của hoạt
động phương pháp và tổ chức dạy học trong đào tạo nghề theo năng lực thực hiện giúp
giáo viên có thể tổ chức thành công dạy và học các mô đun năng lực thực hiện.
3.2. Biên soạn tài liệu dạy học mô đun PLC trên mô hình thiết kế
3.2.1. Giới thiệu mô đun « Đào tạo PLC cơ bản »
Mô đun đào tạo PLC cơ bản là mô đun nên học cuối cùng trong chương trình đào
tạo cao đẳng nghề điện công nghiệp. Thời gian dành cho việc học tập mô đun là 155h,
trong đó 45h lý thuyết và 110h thực hành.
Sau khi kết thúc mô đun, người học có năng lực:
- Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu nhược
điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cở nhỏ khác.
- Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ
điều khiển lập trình PLC.
- Phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi.
- Thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp.
- Phân tích luận lý một số chương trình đơn giản.
- Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi.
- Viết chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản
trong công nghiệp.