1. Lý do chọn đề tài

Trước đây, các cơ sở rửa xe truyền thống chủ yếu thực hiện bằng phương pháp thủ công, đòi hỏi nhiều nhân công, thời gian và công sức. Hơn nữa, phương pháp này còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn điện, lãng phí nước và hóa chất, đồng thời hiệu quả làm sạch phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thực hiện. Chính vì vậy, việc tự động hóa quá trình rửa xe là một hướng đi cần thiết nhằm khắc phục những hạn chế nói trên, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo tính chuyên nghiệp trong dịch vụ.

Hệ thống rửa xe tự động sử dụng PLC S7-1200 được đề xuất nhằm thay thế con người trong các thao tác lặp lại, giúp điều khiển toàn bộ quá trình một cách chính xác và linh hoạt. PLC là thiết bị điều khiển lập trình có độ tin cậy cao, khả năng xử lý nhanh, dễ dàng mở rộng và bảo trì, rất phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và dịch vụ tự động.

Bên cạnh đó, việc kết hợp giám sát và điều khiển qua website mang lại khả năng quản lý từ xa, cho phép người vận hành theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống theo thời gian thực, ghi nhận dữ liệu, và can thiệp khi cần thiết mà không phải có mặt trực tiếp tại khu vực vận hành. Giải pháp này phù hợp với xu hướng chuyển đổi số và ứng dụng IoT trong công nghiệp hiện nay.

Vì vậy, việc thiết kế và chế tạo mô hình rửa xe tự động sử dụng PLC S7-1200 không chỉ mang ý nghĩa học tập, nghiên cứu, mà còn có giá trị thực tiễn cao, góp phần vào quá trình hiện đại hóa các mô hình dịch vụ trong nước, hướng đến sự tiện nghi, thông minh và hiệu quả trong cuộc sống hiện nay.

2. Mục tiêu nghiên cứu

• Thiết kế và chế tạo mô hình rửa xe tự động đảm bảo tính bền vững, vận hành ổn định và phù hợp với yêu cầu thực tiễn.
• Cải tiến qui trình vận hành tốt hơn so với các hệ thống có hiện nay
• Tăng năng suất và hiệu quả sản phẩm lên cao
• Ứng dụng công nghệ tiên tiến: Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển, mang lại giải pháp hiện đại và hiệu quả cao trong quản lý quy trình

3. Yêu cầu thiết kế

Để hệ thống rửa xe tự động hoạt động ổn định, chính xác và đạt hiệu quả cao, việc thiết kế mô hình cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và chức năng sau:

-  Yêu cầu về chức năng điều khiển

Hệ thống phải hoạt động hoàn toàn tự động, thực hiện đầy đủ các công đoạn: phun nước, phun xà phòng, chà rửa, xịt khô và thoát nước theo đúng trình tự đã được lập trình.

Cho phép chuyển đổi giữa chế độ tự động và thủ công, giúp người vận hành có thể can thiệp khi cần bảo trì hoặc thử nghiệm.

Các cảm biến được bố trí để phát hiện vị trí xe, xác định khi nào bắt đầu và kết thúc quá trình rửa.

Có khả năng tự động ngắt khi phát hiện lỗi, mất tín hiệu cảm biến hoặc xe rời khỏi khu vực rửa nhằm đảm bảo an toàn.

-  Yêu cầu về điều khiển và giám sát

Sử dụng PLC Siemens S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm, đảm nhiệm việc nhận tín hiệu cảm biến và điều khiển các cơ cấu chấp hành (bơm, van điện, động cơ, quạt, v.v...).

Hệ thống phải có khả năng kết nối mạng Ethernet để truyền dữ liệu và cho phép người dùng giám sát – điều khiển qua website.

Giao diện web cần hiển thị trạng thái hoạt động, cảnh báo lỗi, thời gian chu trình và các thông số cần thiết của hệ thống.

Cho phép điều khiển các chế độ hoạt động (khởi động, dừng, reset, chọn chế độ) từ xa qua mạng.

-  Yêu cầu về an toàn và bảo trì

Hệ thống phải đảm bảo an toàn điện và chống nước cho các thiết bị đặt trong khu vực ẩm ướt.

Có cơ chế dừng khẩn cấp (Emergency Stop) để xử lý khi xảy ra sự cố.

Thiết kế dễ tháo lắp, dễ bảo trì, đảm bảo tiện lợi trong việc thay thế thiết bị hoặc mở rộng hệ thống.

-  Yêu cầu về mô hình thực tế

Mô hình được chế tạo gọn, đẹp, dễ quan sát quá trình hoạt động, thể hiện rõ nguyên lý vận hành của hệ thống rửa xe thực tế.

Các linh kiện như bơm mini, động cơ DC, van điện từ, cảm biến hồng ngoại, relay, đèn báo, quạt sấy được chọn phù hợp với quy mô mô hình.

Có sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đấu nối chi tiết để phục vụ quá trình lắp ráp, vận hành và báo cáo.

-  Yêu cầu về tính mở rộng và ứng dụng

Hệ thống cần được thiết kế với khả năng nâng cấp và mở rộng, có thể tích hợp thêm các công nghệ mới như IoT, camera nhận dạng biển số, hệ thống thanh toán tự động hoặc SCADA trong tương lai.

Có thể áp dụng thực tế cho các trạm rửa xe nhỏ hoặc cải tiến thành mô hình rửa xe thông minh quy mô lớn.

4. Sơ đồ khôis hệ thống

Chức năng các khối mô hình hệ thống:

Nguồn tổ ong

Cung cấp nguồn DC ổn định (thường 24VDC) cho toàn bộ hệ thống.

Cấp nguồn cho:PLC S7-1200, cảm biến, nút nhấn, thiết bị điều khiển

Bảo đảm dòng và điện áp ổn định để hệ thống hoạt động tin cậy.

Cảm biến, nút nhấn:

Thu thập tín hiệu vào cho PLC.

Bao gồm: Cảm biến hồng ngoại, nút nhấn Start, Stop.

Gửi tín hiệu dạng ON/OFF hoặc tín hiệu điện về PLC để PLC xử lý và điều khiển.

PLC S7-1200:

Bộ xử lý trung tâm của hệ thống. Nhận tín hiệu từ cảm biến và nút nhấn.

Xử lý chương trình điều khiển do người lập trình (TIA Portal).

Xuất tín hiệu điều khiển đến thiết bị chấp hành: Động cơ, van điện từ, relay,

Giao tiếp với Website để hiển thị và giám sát. Được cấp nguồn từ nguồn tổ ong.

Thiết bị điều khiển:

Các phần tử chấp hành thực hiện lệnh của PLC.

Có thể bao gồm: Relay kiếng, động cơ, bơm, van điện từ, bộ điều tốc động cơ

Nhận tín hiệu từ PLC và chuyển thành hành động thực tế.

Website:

Phần mềm giám sát

Thực hiện: Giám sát trạng thái hoạt động của PLC. Hiển thị thông số, cảnh báo, lỗi. Cho phép người vận hành điều khiển hệ thống qua Web