TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Khái niệm chung về thang máy
Thang máy là phương tiện vận chuyển thiết yếu, phổ biến trong các khu chung cư, nhà hàng, khách sạn và trung tâm thương mại Nó hoạt động với tần suất lưu thông không kém gì các loại phương tiện giao thông khác hiện nay.
Hiện nay, thang máy và máy nâng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành sản xuất của nền kinh tế, bao gồm khai thác hầm mỏ, xây dựng, luyện kim và công nghiệp nhẹ Chúng được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm và đưa công nhân đến nơi làm việc với tốc độ nhanh chóng Việc sử dụng thang máy và máy nâng không chỉ thay thế sức lao động của con người mà còn nâng cao năng suất làm việc.
Thang máy là thiết bị thiết yếu trong sinh hoạt dân dụng, được lắp đặt phổ biến tại các tòa nhà cao tầng, khách sạn, siêu thị, công sở và bệnh viện, giúp nâng cao sự tiện lợi và hiệu quả trong việc di chuyển giữa các tầng.
Hệ thống thang máy đã giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian và sức lực…
Thang máy không chỉ có vai trò vận chuyển mà còn góp phần tăng cường vẻ đẹp và tiện nghi cho công trình Nhiều quốc gia yêu cầu các tòa nhà cao từ 6 tầng trở lên phải trang bị thang máy nhằm đảm bảo sự thuận tiện và tiết kiệm thời gian cho người sử dụng, từ đó nâng cao năng suất lao động Chi phí lắp đặt thang máy chiếm khoảng 6% đến 7% tổng giá thành công trình, điều này được coi là hợp lý Đối với các công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy hay khách sạn, mặc dù có số tầng dưới 6, vẫn cần thiết phải lắp đặt thang máy để đáp ứng nhu cầu phục vụ.
Đối với các tòa nhà cao tầng, việc lắp đặt thang máy là điều cần thiết để đảm bảo việc di chuyển và vận chuyển hàng hóa diễn ra thuận lợi Nếu không giải quyết được vấn đề này, các dự án xây dựng nhà cao tầng sẽ không thể thành công.
Thang máy không chỉ cần có cabin đẹp, sang trọng và thông thoáng mà còn phải trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn để đảm bảo độ tin cậy Những thiết bị này bao gồm hệ thống điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone) và chuông báo động.
3 báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn của cửa cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện….
Lịch sử phát triển
1.2.1 Lịch sử phát triển thang máy thế giới
Thang máy đầu tiên xuất hiện trên thế giới được chế tạo dưới triều đại vua Louis
Vào năm 1743, công trình XV được xây dựng tại Versailles nhằm phục vụ riêng cho quốc vương Là công trình đầu tiên, kết cấu của nó vẫn còn thô sơ, sử dụng kỹ thuật đối trọng giúp tiết kiệm sức lực trong quá trình thi công.
Cuối thế kỷ 19, chỉ có một vài hãng thang máy như OTIS và Schindler ra đời, trong đó OTIS (Mỹ) chế tạo chiếc thang máy hiện đại đầu tiên vào năm 1853 Đến năm 1874, Schindler (Thụy Sĩ) cũng thành công trong việc chế tạo thang máy Thời kỳ đầu, thang máy chỉ có một cấp tốc độ, cabin đơn giản, cửa tầng mở bằng tay và tốc độ di chuyển thấp Đầu thế kỷ 20, nhiều hãng thang máy mới như KONE (Phần Lan), MSUBISI, NIPON, ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý) đã ra mắt các loại thang máy với tốc độ cao, tiện nghi hơn và vận hành êm ái hơn.
Đến năm 1975, tốc độ thang máy toàn cầu đã đạt 400m/phút, và những thang máy có khả năng tải trọng lên tới 25 tấn đã được phát triển thành công Sự cải tiến trong công nghệ thang máy đã dẫn đến sự ra đời của các sản phẩm tự động như băng chuyền và thang cuốn.
1.2.2 Lịch sử phát triển thang máy trong nước
Trước đây, thang máy tại Việt Nam chủ yếu được cung cấp bởi Liên Xô cũ và một số nước Đông Âu, chủ yếu phục vụ cho việc vận chuyển hàng hóa, thiết bị trong ngành công nghiệp và chuyên chở người trong các tòa nhà cao tầng cũng như bệnh viện Tuy nhiên, số lượng thang máy lúc bấy giờ vẫn còn rất hạn chế.
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng thang máy đã tăng mạnh, dẫn đến sự ra đời của nhiều hãng thang máy mới Những hãng này cung cấp và lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng chính.
- Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy nhưng giá thành rất cao
- Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác
Một số hãng thang máy nổi tiếng như OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc) và Techno (Italia) đã giới thiệu và phân phối sản phẩm thang máy tại Việt Nam Các hãng này không ngừng đổi mới công nghệ và cung cấp mẫu mã thang máy phổ biến với hai dạng chính.
- Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường
- Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thủy lực
1.2.3 Thang máy trong tương lai
Trong tương lại không xa với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, thang máy sẽ phát triển và nâng cấp đạt tầm cao mới
Thang máy mới do một công ty Đức phát triển sử dụng đệm từ trường của nam châm thay vì dây cáp truyền thống Ông Andreas Schierebeck, giám đốc điều hành Công ty thang máy Thyssenkrupp, cho biết đây là hệ thang máy đầu tiên không cần cáp, cho phép di chuyển không chỉ lên xuống mà còn sang trái và phải, đồng thời có nhiều cabin hơn.
Vào thế kỷ 19, khái niệm "thang máy vũ trụ" đã ra đời, mở ra giấc mơ cho nhân loại về một phương tiện có khả năng đưa con người vào không gian với chi phí cực kỳ thấp Hành khách sẽ sử dụng thang máy này để tiếp cận vũ trụ một cách dễ dàng và tiết kiệm.
Hình 1 1 Thang máy dùng đệm từ trường
5 máy chỉ mất 5 giờ đi từ mặt đất tới một vùng thuộc địa ngoài không gian, mang lại
"một trong những khung cảnh ấn tượng nhất mà từng thấy" khi Trái Đất cứ nhỏ dần lại lúc hành khách đi lên
Hình 1 2 Thang máy không gian.
Cấu trúc và trang thiết bị thang máy
Các thang máy hiện đại được thiết kế với cấu trúc phức tạp để nâng cao độ tin cậy, an toàn và tiện lợi trong quá trình vận hành Chúng bao gồm nhiều bộ phận chức năng khác nhau.
Cabin cùng hệ thống treo cabin
Cơ cấu đóng, mở cabin và hệ thống phanh an toàn khi thang máy gặp sự cố
Giảm cấn đặt ở đáy giếng
Ray dẫn hướng và đối trọng
Tủ điện và hệ thống điều khiển
Hệ thống các thiết bị an toàn và nhiều thiết bị khác
Tất cả các bộ phận được sắp xếp hợp lý nhằm nâng cao độ an toàn tuyệt đối của thang trong quá trình vận hành.
Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.3
Hình 1 3 Kết cấu cơ khí thang máy
1.Cabin; 2.Con trượt ray dẫn hướng; 3.Ray dẫn hướng cabin;
Thanh kẹp tăng cáp, cụm đối trọng, và ray dẫn hướng đối trọng là các thành phần quan trọng trong hệ thống thang máy Cụm dẫn hướng đối trọng cùng với cáp tải và cụm máy đảm bảo sự vận hành mượt mà Cửa xếp cabin và nêm chống rơi góp phần tăng cường an toàn cho người sử dụng Cơ cấu chống rơi và giảm chấn giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình hoạt động Cuối cùng, thanh đỡ, kẹp ray cabin, và giá ray cabin cùng với bulông bắt giá ray là những yếu tố thiết yếu để giữ cho hệ thống ổn định và an toàn.
18.Giá ray đối trọng; 19 Kẹp ray đối trọng
1.3.2 Trang thiết bị trong buồng máy
Cơ cấu nâng hạ buồng thang gồm có các bộ phận sau:
- Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha)
- Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp
- Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo)
- Phanh hãm điện từ, bánh răng sự cố
Thường lắp đặt ở phòng máy trên nóc giếng thang, là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống
Motor kéo kết nối cabin và đối trọng qua cáp nâng thông qua hệ thống puli ma sát Khi motor kéo hoạt động, puli ma sát quay, truyền động đến cáp nâng, giúp cabin và đối trọng di chuyển lên hoặc xuống trong giếng thang.
Hình 1 4 Máy kéo thang máy OTIS
Tủ điện thang máy đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của thang máy, được ví như "bộ não" điều khiển toàn bộ quy trình Tủ chứa các thiết bị như mạch điều khiển chính (PLC hoặc VDK), biến tần, cầu chì, công tắc tơ và rơle trung gian, giúp thực hiện các chức năng đóng ngắt, điều khiển và giám sát hoạt động của thang máy.
Tủ điện đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và phối hợp với các thiết bị khác, đảm bảo thang máy hoạt động an toàn và theo đúng yêu cầu của nhân viên kỹ thuật.
1.3.3 Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy
Buồng thang là không gian được bao quanh bởi bốn vách, nơi người dùng đứng hoặc đặt hàng hóa khi cần di chuyển lên xuống Buồng thang có chức năng di chuyển hàng hóa và người một cách thuận tiện.
Trong giếng thang máy, các thanh dẫn hướng được lắp đặt dọc theo chiều cao, trong khi bên trong buồng thang có các nút điều khiển chọn tầng với đèn báo hiệu, hệ thống chiếu sáng, loa thông báo trạng thái và nút báo sự cố Ngoài ra, buồng thang còn được trang bị phanh bảo hiểm và động cơ truyền động để mở - đóng cửa buồng thang.
Hình 1 5 Buồng thang máy(Cabin)
Hình 1 6 Cáp tải thang máy
Cáp nâng được cấu tạo từ sợi thép cacbon chất lượng cao với giới hạn bền từ 1400 đến 1800 N/mm2 Trong các thang máy, thường sử dụng từ 3 đến 6 sợi cáp được bện lại với nhau Việc lựa chọn cáp nâng thường dựa trên điều kiện Smax*n ≤ Sd.
SMax : Lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy
Tải trọng phá hỏng của cáp được xác định bởi nhà chế tạo và được ghi trong bảng tiêu chuẩn cáp, phụ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạn bền của vật liệu sợi thép bện cáp.
Hệ số an toàn bền của cáp không được nhỏ hơn giá trị quy định trong tiêu chuẩn, và nó phụ thuộc vào tốc độ, loại thang máy cũng như loại cơ cấu nâng.
Ray dẫn hướng là thiết bị quan trọng trong thang máy, giúp cabin và đối trọng di chuyển lên xuống theo phương đứng Bộ phận này đảm bảo rằng cabin và đối trọng luôn giữ vững vị trí, không bị dịch chuyển theo phương ngang trong suốt quá trình hoạt động.
1.3.3.4 Đối trọng Đối trọng là khối nặng treo vào đầu cáp tải để tạo lực ma sát giữa rãnh cáp của puly và cáp tải, đồng thời đối trọng còn có tác dụng cân bằng với khối lượng cabin và 50% tải Nhờ đó mà motor làm việc nhẹ hơn, hiệu suất cao
Cấu tạo đối trọng bao gồm: Khung đối trọng, shoe dẫn hướng, board gang, rail dẫn hướng, giảm chấn đối trọng
Hình 1 8 Đối trọng thang máy
Có hai loại ngàm dẫn hướng: ngàm trượt và ngàm con lăn Bộ phận này đảm bảo rằng đối trọng và cabin không bị dịch chuyển sang phương ngang quá mức cho phép trong quá trình hoạt động, đồng thời giúp dẫn hướng cho cabin và đối trọng theo phương thẳng đứng.
Giảm chấn thang máy là thiết bị an toàn quan trọng, được lắp đặt dưới hố thang để bảo vệ khi có sự cố xảy ra Khi thang máy chạy quá tốc độ theo chiều xuống, giảm chấn hoạt động như hệ thống an toàn cuối cùng, giúp giảm thiểu tác động trực tiếp đến cabin thang máy.
Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay có nhiều kiểu dáng và loại hình đa dạng, được thiết kế để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình Các thang máy có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như hệ dẫn động cabin, vị trí đặt bộ kéo tời, hệ thống vận hành và công dụng Dưới đây là một số phân loại phổ biến của thang máy.
Thang máy được chia làm 5 loại:
Thang máy chuyên chở người:
Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trưường học, tháp truyền hình
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách Gia tốc tối ưu là: a < 2m/s2
Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở người nhưng có tính đến hàng hóa mang kèm theo người:
Loại này thường được dùng cho các siêu thị, khu triển lãm…
Thang máy chuyên chở bệnh nhân:
Loại thang máy này được thiết kế đặc biệt cho bệnh viện và khu điều dưỡng, với kích thước cabin rộng rãi để chứa băng ca và giường bệnh, cùng với bác sĩ, nhân viên và dụng cụ cấp cứu Đảm bảo an toàn tuyệt đối, thang máy cần tối ưu độ êm và thời gian di chuyển, phù hợp với yêu cầu của bệnh viện Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất thang máy này theo tiêu chuẩn kích thước và tải trọng đồng nhất.
Thang máy thiết kế chuyên chở hàng hóa nhưng thường có người đi kèm theo:
Thang máy công nghiệp thường được sử dụng trong các nhà máy, công xưởng và kho, thiết kế để chịu đựng điều kiện làm việc khắc nghiệt như độ ẩm, nhiệt độ cao, thời gian hoạt động lâu dài và sự ăn mòn Đối với thang máy phục vụ nhân viên khách sạn, chúng chủ yếu được dùng để vận chuyển hàng hóa, nhưng cũng có khả năng chở người đi kèm để phục vụ nhu cầu.
Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:
Thang máy chở vật liệu và thức ăn thường được sử dụng trong khách sạn và nhà ăn tập thể, với đặc điểm nổi bật là chỉ có điều khiển bên ngoài cabin, tại các cửa tầng Khác với các loại thang máy khác, loại này không có điều khiển bên trong cabin.
1.4.2 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo
Đối với thang máy điện
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang
- Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang
- Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin
Đối với thang máy thuỷ lực
Buồng đặt tại tầng trệt
1.4.3 Phân loại theo thông số cơ bản
Theo tốc độ di chuyển của cabin
- Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s
- Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 2,5 m/s Thường dùng cho các nhà có số tầng từ 6 12 tầng
- Thang máy tốc độ cao: v = 2,5 4 m/s Thường dùng cho các nhà có số tầng lớn hơn 16 tầng
- Thang máy tốc độ rất cao (siêu tốc): v = 5m/s Thường dùng trong các toà tháp cao tầng
Theo khối lượng vận chuyển của cabin
- Thang máy loại nhỏ: Q < 500 kg Hay dùng trong thư viện, trong các nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm
- Thang máy loại trung bình: Q = 500 1000 Kg
- Thang máy loại lớn: Q = 1000 1600 kg
- Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg
1.4.4 Phân loại theo hệ thống vận hành
Theo mức dò tự động
Theo tổ hợp điều khiển
Theo vị trí điều khiển
- Điều khiển cả trong và ngoài cabin
1.4.5 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin
Thang máy dẫn động điện
Thang máy dẫn động cabin sử dụng động cơ điện để điều chỉnh chuyển động lên xuống thông qua hộp giảm tốc, kết nối với puly ma sát hoặc tang cuốn cáp, cho phép hành trình không bị giới hạn Ngoài ra, còn có loại thang máy sử dụng bánh răng thanh răng, thường được thiết kế để vận chuyển nhân viên trong các công trình xây dựng cao tầng.
Thang máy thủy lực sử dụng xylanh - pittông để đẩy cabin từ dưới lên, với hành trình tối đa khoảng 18m, nên không phù hợp cho các công trình cao tầng Loại thang này có cấu trúc đơn giản và tiết diện giếng thang nhỏ hơn so với thang máy dẫn động cáp khi cùng tải trọng Thang máy thủy lực mang lại chuyển động êm ái và an toàn, đồng thời giúp giảm chiều cao tổng thể của công trình khi phục vụ cùng số tầng, do buồng máy được đặt ở tầng trệt.
Trạng thái hoạt động của thang máy
1.5.1 Thang máy hoạt động bình thường
Cửa thang máy cần phải được đóng kín khi buồng thang đang di chuyển và chưa dừng hoàn toàn Sau khi mở cửa tại tầng yêu cầu để hành khách ra vào, cửa chỉ được đóng lại khi không còn khách hay hàng hóa nào di chuyển qua cửa và không bị quá tải Lực đóng cửa được thiết kế nhỏ để đảm bảo an toàn cho hành khách và không làm hư hỏng hàng hóa.
Khi mất điện, đèn chiếu sáng khẩn cấp trong cabin sẽ tự động bật lên Cabin được trang bị chức năng cứu hộ tự động, giúp di chuyển và dừng ở tầng gần nhất nhờ vào nguồn điện từ ắc quy Điều này cũng cho phép mở cửa cabin, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sơ tán hành khách.
Khi xảy ra hỏa hoạn, thang máy được trang bị chức năng hoạt động khẩn cấp sẽ nhận tín hiệu từ hệ thống báo động của tòa nhà Lúc này, tất cả các cabin trong nhóm thang máy sẽ tự động di chuyển đến tầng để tiến hành sơ tán hành khách một cách an toàn.
Yêu cầu kỹ thuật
Thang máy hoạt động ổn định, phục vụ tốt cho người sử dụng, cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:
An toàn: Đối tượng phục vụ của thang máy là phục vụ trực tiếp con người
Vì vậy an toàn là yêu cầu quan trọng nhất Nó đảm bảo tính mạng và sức
An toàn khi sử dụng thang máy là yếu tố hàng đầu, đòi hỏi phải xem xét mọi khả năng và tình huống có thể xảy ra Việc tính toán và đưa ra các biện pháp phòng ngừa, xử lý kịp thời là cần thiết để bảo vệ sức khỏe của người sử dụng.
Độ tiện nghi của thang máy hiện đại rất quan trọng, bao gồm các trang thiết bị như chiếu sáng, quạt thông gió và máy lạnh, nhằm mang lại sự thoải mái cho hành khách Bên cạnh đó, diện tích sử dụng mỗi người trong cabin cũng là yếu tố cần thiết để đảm bảo trải nghiệm tốt nhất.
Độ tin cậy của các bộ phận là yếu tố quan trọng, với tuổi thọ làm việc cao và tỷ lệ hư hỏng thấp Việc xử lý chính xác và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của người sử dụng là điều cần thiết Hơn nữa, các thiết bị và thành phần được điều khiển một cách đồng bộ và thống nhất, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Độ dừng chính xác của cabin thang máy là yếu tố quan trọng giúp giảm thời gian ra vào của khách hàng, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng Đối với thang máy chở hàng, việc bổ sung chức năng giữ tầng là cần thiết để tạo thêm thời gian cho quá trình bốc dỡ hàng hóa.
Thang máy cần thiết phải đáp ứng nhu cầu của hành khách từ các tầng khác nhau một cách tối ưu, ưu tiên phục vụ hiệu quả nhất Đặc biệt, trong giờ cao điểm, thang máy phải có khả năng phục vụ lượng hành khách lớn để đảm bảo sự thuận tiện và hài lòng cho người sử dụng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về PLC
PLC (Điều khiển Logic Lập trình) là thiết bị lập trình chuyên dụng trong công nghiệp, dùng để điều khiển các quy trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp Thiết bị này cho phép người điều khiển thực hiện nhiều chương trình hoặc sự kiện khác nhau, được kích hoạt bởi các ngõ vào (tác nhân kích thích), bộ định thời (Timer) hoặc bộ đếm Khi một sự kiện xảy ra, PLC sẽ bật ON, OFF hoặc phát ra chuỗi xung để điều khiển các thiết bị bên ngoài kết nối với ngõ ra của nó.
Currently, various manufacturers produce PLCs, including Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Allen Bradley, Schneider, and Hitachi In addition to PLCs, there are also supplementary devices available, such as AI (Analog Input) and DI (Digital Input) expansion ports, display units, and input modules.
2.1.2 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình
Sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình được (PLC) đã mang lại khả năng điều khiển máy móc và quy trình sản xuất một cách linh hoạt và dễ dàng Hệ thống này sử dụng CPU và bộ nhớ để thực hiện các lệnh logic cơ bản, cho phép thực hiện các tác vụ như định thời và đếm Nhờ đó, ngay cả những loại PLC nhỏ nhất cũng có thể tăng cường khả năng điều khiển cho các hoạt động phức tạp.
Việc sử dụng PLC giúp hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần thay đổi kết nối dây, chỉ cần thay đổi chương trình trong bộ nhớ qua thiết bị lập trình Điều này mang lại lợi thế về thời gian lắp đặt và vận hành nhanh hơn so với các hệ thống truyền thống, vốn yêu cầu nối dây phức tạp Tuy nhiên, khi điều khiển thiết bị có công suất lớn bằng PLC, cần phải bổ sung mạch điện tử công suất trung gian.
2.1.3 Một số loại PLC hiện nay
PLC Siemens cung cấp nhiều dòng sản phẩm đa dạng, đáp ứng hiệu quả nhu cầu của các nhà máy Với thiết kế gọn nhẹ và dung lượng lớn, việc lập trình trở nên dễ dàng hơn Ngoài ra, sản phẩm còn thuận tiện trong việc bảo quản và sửa chữa.
19 và có giá cả cạnh tranh PLC siemens có các dòng sản phẩm phổ biến : S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500
PLC Mitsubishi, sản phẩm của tập đoàn Mitsubishi Nhật Bản, được ứng dụng rộng rãi trong việc điều khiển các hệ thống công nghiệp từ đơn giản đến phức tạp Một số sản phẩm nổi bật của hãng bao gồm PLC MITSUBISHI FX1N và PLC MITSUBISHI FX2N.
PLC Schneider: được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, tiện lợi, dễ sử dụng nhất
Sức mạnh xử lý và dung lượng bộ nhớ của SoMachine rất phù hợp cho các ứng dụng hiệu suất cao Phần mềm lập trình này không chỉ mạnh mẽ mà còn rất trực quan, giúp người dùng dễ dàng phát triển và tối ưu hóa các giải pháp của mình.
Tạo ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả với 5 dòng sản phẩm chính của PLC Modicon: Modicon M2xx, Modicon M580 ePAC, Modicon M340, Modicon Quantum và Modicon Premium.
Giới thiệu PLC S7-1500
PLC S7-1500 là bộ điều khiển lập trình hiện đại của TIA PORTAL, đánh dấu bước tiến quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa Với nhiều tính năng nâng cao, S7-1500 mang lại hiệu quả tối ưu trong hoạt động, đồng thời dễ dàng trong việc sử dụng, bảo trì và sửa chữa.
Dòng sản phẩm SIMATIC S7-1500 được thiết kế dạng module với nhiều loại CPU, phù hợp cho nhiều cấp hiệu suất khác nhau Sản phẩm bao gồm các module tín hiệu vào ra và module công nghệ cho các chức năng đặc biệt như đếm, cùng với các module điều khiển tập trung và phân tán, phục vụ cho giao tiếp thiết bị trong nhà máy SIMATIC S7-1500 có cấp bảo vệ IP20 và được thiết kế để lắp đặt trong các tủ điều khiển.
Sử dụng SIMATIC S7-1500 giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng quy trình sản xuất với bus backplane, PROFINET hiệu suất cao, thời gian phản hồi ngắn và thời gian xử lý chỉ 1 ns.
Chuẩn đoán và sửa lỗi nhanh:
Tính đồng nhất trong hiển thị và chức năng chẩn đoán tích hợp trong hệ thống TIA Portal giúp đảm bảo rằng các thông báo lỗi được hiển thị dưới dạng văn bản thuần túy trên HMI, Web server và màn hình của CPU Khi có lỗi xảy ra, kênh chẩn đoán có khả năng xác định nhanh chóng và chính xác, từ đó giảm thời gian dừng máy và nâng cao hiệu suất của nhà máy.
Dễ dàng sử dụng và lắp đặt, sản phẩm này mang lại trải nghiệm người dùng tối ưu với khả năng xử lý đơn giản Nó cho phép mở rộng và tùy chỉnh lắp đặt linh hoạt, đồng thời có mức độ tương thích cao với các thiết bị khác.
Tích hợp chức năng bảo mật:
Tính năng bảo mật tích hợp trên thẻ nhớ SIMATIC ngăn chặn việc sao chép máy móc và đảm bảo nhà máy hoạt động hiệu quả Mỗi khối block trên thẻ được liên kết với số serial number của bộ nhớ gốc, giúp bảo vệ chương trình khỏi việc sao chép trái phép Bộ điều khiển CPU có khả năng phát hiện các thay đổi trong dữ liệu lập trình hoặc dữ liệu được truyền từ nguồn không hợp lệ.
Bộ điều khiển PID được tối ưu hóa cho các chức năng công nghệ điều khiển chuyển động và thu phát tín hiệu, cho phép mở rộng khả năng sử dụng với T-CPUs.
Tích hợp chức năng an toàn cho phép kết nối dễ dàng các thiết bị PROFIsafe Geroten thông qua PROFIBUS và PROFINET, ứng dụng cho tất cả các bộ điều khiển lập trình.
2.2.1 Tìm hiểu PLC CPU 1511C – 1PN
CPU 1511C – 1PN là sản phẩm với nhiều tính năng cải tiến cho sự tối ưu hóa như:
- Khả năng quản lý 32 module mở rộng
- CPU nhỏ gọn với đầu vào và đầu ra kỹ thuật số và analog tích hợp
Với các chức năng công nghệ tích hợp như bộ đếm tốc độ cao (HSC), đo tần số, đo thời gian, điều khiển động cơ bước, điều chế thời gian xung và đầu ra tần số, thiết bị này mang lại hiệu suất vượt trội và độ chính xác cao trong các ứng dụng công nghiệp.
- Giao diện PROFINET IO IRT với công tắc 2 cổng
- Bộ điều khiển PROFINET IO để vận hành I / O phân tán trên PROFINET
- PROFINET I-device để kết nối CPU như một thiết bị PROFINET thông minh trong bộ điều khiển IO PROFINET hoặc không phải của Siemens
- Chế độ đồng bộ (phân phối)
Tích hợp các chức năng điều khiển chuyển động giúp quản lý các trục định vị và điều chỉnh tốc độ, đồng thời hỗ trợ cho các bộ mã hóa bên ngoài, cam/rãnh và đầu dò.
Máy chủ và máy khách OPC UA cung cấp tùy chọn thời gian chạy linh hoạt, giúp kết nối dễ dàng giữa SIMATIC S7-1500 và các thiết bị hoặc hệ thống bên thứ ba Chức năng này hỗ trợ tích hợp hiệu quả, nâng cao khả năng tương tác trong các ứng dụng công nghiệp.
+ Truy cập dữ liệu OPC UA
+ Gọi phương thức OPC UA
+ Hỗ trợ thông số kỹ thuật của OPC UA Companion
2.2.2 Mặt trước sau của CPU 1511C – 1PN
Mặt trước có nắp che:
Hình 2 6 Mặt trước CPU 1511C - 1PN có nắp
(2) LED trạng thái module tương tự
(3) LED trạng thái module số
Mặt trước không có nắp che:
Hình 2 7 Mặt trước CPU 1511C - 1PN không đậy nắp
(2) LED trạng thái modude tương tự
(3) LED trạng thái module số
(4) Vị trí kết nối nguồn
(6) Đèn LED cho 2 cổng (X1 P1 và X1 P2) của giao diện profinet X1
(1) Bề mặt tiếp xúc giá đỡ
(2) Vị trí kết nối cắm điện
(1) Rãnh cắm thẻ nhớ Simatic
(3) Kết nối cung cấp điện áp
Hình 2 9 Phần đế của CPU
Các module I/O đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối bộ điều khiển với các thiết bị đầu vào và đầu ra Tín hiệu từ cảm biến, công tắc và nút nhấn được gửi đến các module ngõ vào, sau đó truyền tới bộ điều khiển để xử lý Kết quả xử lý sẽ được xuất ra các module ngõ ra nhằm điều khiển các cơ cấu chấp hành.
2.2.3 Chức năng công nghệ CPU
Bộ đếm tốc độ cao
Cpu nhỏ gọn có các đặc tính kỹ thuật sau:
16 đầu vào kỹ thuật số tốc độ cao (lên đến 100kHz), cách ly
6 bộ đếm tốc độ cao (bộ đếm tốc độ cao/HSC), 4 trong số đó có thể sử dụng làm A/B /N
Tín hiệu bộ mã hóa 24V tìm nguồn cung cấp hoặc bộ mã hóa và cảm biến kéo
Đầu ra cung cấp bộ mã hóa 24V, chống ngắn mạch
Tối đa có 2 đầu vào kỹ thuật số trên mỗi bộ đếm tốc độ cao cho các chức năng HSC DI có thể (Đồng bộ hóa, Chụp, Cổng)
1 đầu ra kỹ thuật số trên mỗi bộ đếm tốc độ cao để phản ứng nhanh với số đếm
Có thể định cấu hình chuẩn đoán và ngắt phần cứng
Các loại bộ mã hóa/tín hiệu được hỗ trợ
Bộ mã hóa tăng 24V (với 2 rãnh A và B, dịch chuyển pha 90 o , lên đến 4 bộ mã hóa tăng dần)
Bộ mã hóa xung 24V với tín hiệu hướng
Bộ mã hóa xung 24V không có tín hiệu hướng
Mỗi bộ mã hóa xung 24V cho xung chuyển tiếp và xung ngược
Bộ đếm là công cụ quan trọng để phát hiện và ghi nhận các sự kiện, yêu cầu đánh giá tín hiệu và xung mã hóa Bạn có thể chỉ định hướng đếm thông qua bộ mã hóa hoặc tín hiệu xung phù hợp Thông qua chương trình người dùng, bạn có thể kiểm soát quá trình đếm bằng các đầu vào kỹ thuật số, đồng thời chuyển đổi đầu ra kỹ thuật số chính xác tại các giá trị đếm xác định, bất kể chương trình sử dụng.
Các giới hạn đếm xác định phạm vi giá trị có thể đếm được và có thể được tùy chỉnh trong thời gian chạy bởi người dùng Giới hạn cao nhất là 2147483647 (231-1) và giới hạn thấp nhất là -2147483648 (-231) Bạn có thể cấu hình phản hồi của bộ đếm theo giới hạn đã thiết lập.
Tiếp tục hoặc dừng đếm (dừng cổng tự động) khi phạm vi giới hạn đếm
Đặt giá trị đếm thành giá trị bắt đầu hoặc ngược lại nếu giới hạn đếm khi vi phạm giới hạn đếm
Bạn có thể cấu hình giá trị bắt đầu cho giới hạn đếm, và giá trị này có thể được điều chỉnh trong thời gian chạy bởi chương trình người dùng Tùy thuộc vào việc gán tham số, CPU nhỏ gọn có khả năng đặt giá trị đếm hiện tại thành giá trị bắt đầu trong quá trình đồng bộ hóa, trong chức năng Chụp, khi vi phạm giới hạn đếm hoặc khi cổng được mở.
Tập lệnh được sử dụng
Kiểu dữ liệu Data Types
Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi giá trị của bit bằng 1 bit: I, Q, M,V,
Kiểu dữ liệu Data Types
Tiếp điểm thường mở sẽ mở khi giá trị của bit bằng 1 bit: I, Q, M,V,
Kiểu dữ liệu Data Types
- Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
-Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ bit: I, Q, M,V,
Kiểu dữ liệu Data Types
Giá trị của các bit địa chỉ n sẽ được thiết lập thành 1 khi lệnh đầu vào nhận giá trị 1 Ngược lại, nếu đầu vào của lệnh là 0, bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại Các bit bao gồm: I, Q, M, V.
VB, SMB, SB, LB,AC,Constant,
Kiểu dữ liệu Data Types
Giá trị của các bit địa chỉ n sẽ là 0 nếu đầu vào lệnh bằng 1 Ngược lại, khi đầu vào lệnh bằng 0, các bit I, Q, M, V sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
VB, SMB, SB, LB,AC,Constant,
Kiểu dữ liệu Data Types
Lệnh thực hiện chuyển dữ liệu từ byte IN vào byte OUT khi có sườn lên tín hiệu vào
IN: IB, QB, MB, VB, SMB, SB, LB,AC,Constant,
*VD, *AC, *LD OUT: IB, QB, MB,
Kiểu dữ liệu Data Types
Bộ đếm định thời hoạt động khi tín hiệu EN là ON
PT: IW, QW,MW, SMW,VW,LW, SW,AIW, T, C, AC,Constant, ∗ VD, ∗
Phần mềm lập trình TIA PORTAL
Hình 2 14 Phần mềm TIA PORTAL V15.1
Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), được phát triển bởi Siemens từ năm 1996, đã tạo ra bước đột phá lớn trong lĩnh vực tự động hóa khi tích hợp tất cả công cụ vào một bộ phần mềm duy nhất TIA Portal giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức cho kỹ sư trong các công đoạn thiết kế, thử nghiệm, vận hành và duy trì hệ thống tự động hóa Với giao diện thân thiện, phần mềm này phù hợp cho cả người mới và những chuyên gia dày dạn kinh nghiệm, cho phép người dùng dễ dàng cấu hình, lập trình, thử nghiệm và chẩn đoán các bộ điều khiển PLC và module HMI của Siemens.
Phiên bản TIA Portal V15.1, ra mắt vào cuối năm 2017, là phiên bản mới nhất từ Siemens Phiên bản này hỗ trợ đầy đủ các ngôn ngữ lập trình như LAD, FBD, SCL, STL và GRAPH, mang lại sự linh hoạt cho kỹ sư lập trình trong việc lựa chọn ngôn ngữ phù hợp cho bộ điều khiển hệ thống.
2.4.2 Làm việc với phần Tia Portal V15.1
Bước 1: Ở màn hình máy tính ta kích đúp chuột vào biểu tượng Tia Portal V15.1
Hình 2 15 Biểu tượng TIA Portal V15.1
Bước 2: Chọn vào Create new project để tạo dự án
Hình 2 16 Giao diện khởi đầu của Tia Portal V15.1
Bước 3: Đặt tên dự án vào Project name rồi chọn Create
Hình 2 17 Đặt tên dự án
Bước 5: Chọn Add New Device
Bước 6: Chọn CPU ► CPU 1511C-1 PN ► 6ES7 511-1CK01-0AB0, chọn
Version: V2.6, sau đó chọn Add
Hình 2 20 Chọn thông số CPU
Bước 7: Hiện ra Project cần tạo
Hình 2 18 Giao diện Configure a device
Hình 2 19 Giao diện Add New Device
Hình 2 21 Giao diện làm việc
Nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ để Download chương trình (thanh công cụ như hình 2.18)
Để kết nối với PLC, trước tiên hãy chọn card mạng phù hợp và nhấn “Start search” để quét các PLC đang kết nối Khi quá trình quét hoàn tất, nếu tìm thấy PLC, khu vực hiển thị PLC sẽ chuyển sang màu cam Tiếp theo, nhấn “Load” để thiết lập kết nối với PLC Cuối cùng, nhấn “Start All” và chọn “Finish” để hoàn tất quá trình.
Hình 2 23 Tìm và kết nối địa chỉ IP PLC
TIA PORTAL cung cấp nhiều ngôn ngữ lập trình đa dạng như LAD (Ladder Diagram), FBD (Function Block Diagram) và STL (Instruction List), cho phép người dùng linh hoạt trong việc chọn lựa ngôn ngữ phù hợp nhất để viết chương trình.
Ngôn ngữ LAD cho phép viết chương trình tương tự như mạch tương đương của sơ đồ nối dây mạch điện
Chương trình LAD cho phép CPU mô phỏng sự di chuyển của dòng điện từ nguồn qua nhiều điều kiện ngõ vào, ảnh hưởng đến ngõ ra Các lệnh được biểu diễn bằng ký hiệu đồ họa như tiếp điểm thường đóng, thường mở và cuộn dây, tạo thành các mạng lưới kết nối.
Ngôn ngữ LAD thích hợp cho người mới bắt đầu lập trình, biểu diễn đồ họa dể hiểu, thông minh và luôn chuyển được từ dạng LAD sang STL
Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD là một loại ngôn ngữ lập trình đồ họa, cho phép hiển thị mạch logic thông qua các biểu tượng logic đồ họa, dựa trên đại số Boolean.
Các hàm toán học và hàm phức có thể được tích hợp trực tiếp với các hộp logic Để xây dựng logic cho các thao tác phức tạp, cần chèn các nhánh song song giữa các hộp.
Ngôn ngữ lập trình PLC STL cho phép viết chương trình điều khiển thông qua các lệnh gợi nhớ, giúp giải quyết các bài toán điều khiển phức tạp Với STL, người dùng có thể tạo ra các chương trình mà các ngôn ngữ LAD và FBD không thể thực hiện, mang lại tính linh hoạt và hiệu quả cao trong việc lập trình điều khiển.
Chương trình này tương tự như lập trình bằng ngôn ngữ Assembler, trong đó CPU thực hiện các lệnh theo thứ tự từ trên xuống dưới và lặp lại quá trình này Việc chuyển đổi giữa chương trình STL và các ngôn ngữ LAD, FBD là khả thi, nhưng ngược lại sẽ gặp phải những hạn chế nhất định.
Tổng quan WinCC
WinCC (Windows Control Center) is software developed by Siemens, designed for creating Human Machine Interface (HMI) systems within SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) environments Its primary functions include data collection, monitoring, and controlling production processes.
WinCC là một trung tâm điều khiển hoạt động trên nền tảng Windows, cung cấp các công cụ phần mềm cần thiết để thiết lập giao diện điều khiển trên các hệ điều hành của Microsoft, bao gồm Windows NT, Windows 2000, XP và Vista 32bit (không bao gồm SP1).
Với WinCC, người dùng có thể lựa chọn nhiều giải pháp linh hoạt để thực hiện công việc, từ thiết kế cho hệ thống quy mô nhỏ đến lớn WinCC cho phép mô phỏng hình ảnh các sự kiện trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý hệ thống hiệu quả.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng đa dạng nhằm phục vụ cho việc hiển thị, thông báo, ghi báo cáo và xử lý thông tin đo lường cùng các tham số công thức.
- Sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất: Với sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoft, người dùng yên tâm với phát triền của công nghệ
Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA cho phép người dùng khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp một cách dễ dàng Việc thiết lập hệ thống này cũng rất thuận tiện và nhanh chóng.
WinCC cho phép nâng cấp và mở rộng hệ thống một cách linh hoạt, từ các cấu hình đơn giản với một máy tính giám sát đến các hệ thống phức tạp hơn với nhiều máy giám sát hoặc cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ.
- Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ
Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL tích hợp sẵn lưu trữ thông tin về cấu hình hệ thống và dữ liệu liên quan đến quá trình điều khiển.
- Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC)
- Giao tiếp với hầu hết các loại PLC
- Cài đặt cấu hình trực tuyến bằng các Wizards
Nhà thiết kế đồ họa: Dễ dàng thực hiện các chức năng mô phỏng và tương tác với các đối tượng đồ họa trong chương trình WinCC, Windows, I/O và các thuộc tính động (Dynamic).
Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi
Alarm Logging: Hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành
Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi
User Achivers cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu từ ứng dụng và trao đổi thông tin với các thiết bị khác Các công thức và ứng dụng có thể được soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống một cách hiệu quả.
Kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt
2.5.3 Tạo kết nối và thiết kế giao diện WinCC
Bước 1: Chọn “Add New Device” -> Chọn “PC Systems” -> Chọn SIMATIC
HMI application -> Chọn “WinCC RT Professional ” rồi chọn “ OK” như hình 2.26
Bước 2: Tại “Catalog”-> Chọn “Communications modules” -> “PROFINET /
Etherner ” -> “IE general”kéo sang vị trí số 2 như hình 2.27
Hình 2 26 Giao diện chọn WinCC
Bước 3: Chọn “Network view” -> kết nối như hình 2.28 ( nối 1 và 2) -> Chọn
“Conections”-> kết nối từ vị trí 2 sang 1 như hình2.29
Hình 2 28 Tạo kết nối Network
Hình 2 29 Tạo kết nối Connections
Bước 4: Tại cửa sổ Devices ta chọn “PC-system_1[SIMATIC PC station]” ->
“HMI_RT_1[WINCC RT Proessional]” -> “ Screens” -> “ Add new screen”
Sau khi thực hiện các bước trên chúng ta sẽ thiết kế giao diện Wincc tại cửa sổ
Screen_1 Tại cửa sổ Toolbox sử dụng các công cụ để thiết kế giao diện
Hình 2 31 Giao diện làm việc WinCC
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
Giới thiệu các thiết bị sử dụng
Mô hình sử dụng PLC S7-1500 Siemen CPU 1511C -1PN 6ES7511-1CK01-0AB0
3.1.2 Động cơ điện kéo cabin
Với kích thước cabin nhỏ và tải trọng nhẹ, việc sử dụng động cơ điện cho băng tải không đòi hỏi công suất lớn Động cơ được chọn là động cơ điện giảm tốc một chiều, loại động cơ phổ biến trong ứng dụng này.
Hình 3 2 Động cơ kéo cabin thang máy
3.1.3 Động cơ kéo cữa cabin Động cơ giảm tốc đóng mở của buồng thang
- Nguồn 220VAC cấp cho hệ thống: là nguồn xoay chiều lấy từ lưới điện có tần số 50Hz
- Nguồn 24VDC 10A cấp cho PLC, nút nhấn, đèn báo và relay
- Nguồn 12VDC 30 cấp cho động cơ kéo cabin và động cơ kéo cửa
Hình 3 3 Động cơ kéo cữa thang máy
Hình 3 5 Nguồn 24VDC 10A Hình 3 4 Nguồn 12VDC 30A
Relay là thiết bị chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng, có kích thước nhỏ gọn Chúng được lắp đặt ở vị trí trung gian giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn, đảm bảo cách ly mạch điều khiển với mạch động lực và cách ly cấp điện áp Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại relay đa dạng phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau.
- Mức điện áp hoạt động trong môi trường công nghiệp 5VDC, 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC
- Với loại 1 tiếp điểm, 2 tiếp điểm, 4 tiếp điểm, thường quy chuẩn chân như relay
Mô hình sử dụng 6 relay trung gian 24VDC, 8 chân để đảo chiều động kéo cabin thang máy, đóng/mở cửa và cấp điện đèn báo
Công tắc hành trình, hay còn gọi là công tắc giới hạn hành trình, là thiết bị dùng để giới hạn chuyển động của các bộ phận trong hệ thống cơ khí Nó có cấu tạo giống như công tắc điện thông thường với chức năng đóng và mở, nhưng được trang bị thêm cần tác động cho phép các bộ phận chuyển động thay đổi trạng thái tiếp điểm bên trong Đặc biệt, công tắc hành trình không duy trì trạng thái; khi không còn tác động, nó sẽ tự động trở về vị trí ban đầu.
Công tắc hành trình hoạt động tương tự như nút ấn tay, nhưng thay vì sử dụng lực tay, nó hoạt động dựa trên sự va chạm của các bộ phận cơ khí Điều này giúp chuyển đổi chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện, mang lại hiệu quả trong việc điều khiển và tự động hóa.
Hình 3 6 Relay trung gian 24VDC
Mô hình công tắc hành trình được sử dụng để điều khiển tín hiệu đầu vào của PLC, giúp nhận diện vị trí cabin và điều chỉnh việc đóng mở cửa thang máy.
Là loại công tắc đơn giản để đóng ngắt các thiết điện, máy móc hoặc điều khiển hoạt động các thiết bị điện tử…
Trong thang máy nút nhấn sử dụng để chọn tầng bên trong buồng thang hoặc gọi thang lên xuống ở từng tầng
3.1.8 Đèn báo Đèn báo led là một loại đèn báo hiệu được thiết kế nhỏ gọn Với mục đích sử dụng để báo hiệu trạng thái hoạt động của một hoặc nhiều thiết bị
Hình 3 9 Đèn báo trạng thái
Ròng rọc là một thiết bị nâng hạ đơn giản với cấu tạo gồm một bánh xe có rãnh để dẫn hướng dây cáp hoặc dây thừng chịu lực Bánh xe này quay quanh một trục cố định gắn với móc treo Khi sử dụng, người dùng chỉ cần gắn vật nặng vào một đầu dây cáp và kéo đầu còn lại, giúp nâng vật nặng lên cao một cách dễ dàng.
3.1.10 Load cell và mạch khuếch đại Được sử dụng ở buồng thang để xác định khối lượng hành khách lên tránh quá tải gây ra đứt cáp hoặc các vấn đề liên quan khác Ở mô hình sử dụng loadcell 5kg và module khuếch đại load cell JY-S60/E10 đầu ra 0-5V 0-10V 4-20mA Điện áp hoạt động của mạch 24VDC, độ nhạy 2mV/V
Hình 3 11 Load cell 5kg và mudule khuếch đại
Thi công mô hình
Mô hình gồm 4 tầng như hình
Mô hình sử dụng khung sắt chữ V lỗ, với thanh trượt nhôm được cố định hai bên, cho phép cabin và đối trọng trượt theo hướng đã định Bản điều khiển được lắp đặt ở tầng 4 để tối ưu hóa việc đi dây Hệ thống mạch động lực được lắp đặt và bảo vệ chắc chắn, ngăn ngừa rò điện, đảm bảo an toàn khi vận hành.
Cơ cấu nâng hạ buồng thang
Hệ thống truyền động nâng hạ buồng thang sử dụng động cơ 12VDC kết hợp với hộp giảm tốc, cùng hệ thống dây cáp và puly dẫn hướng Cabin được treo ở đầu dây cáp tại vị trí (1), trong khi đầu cáp đối diện gắn đối trọng Dây cáp vòng qua puly chính của động cơ và puly phụ dẫn hướng đối trọng Khi puly quay, một đầu dây cáp cuốn vào trong khi đầu còn lại duỗi ra, khiến cabin di chuyển lên và đối trọng đi xuống, và ngược lại Puly phụ (3) không chỉ giúp chuyển hướng cáp nâng mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển của cabin và đối trọng, đồng thời giảm moment kéo cho động cơ.
Hình 3 12 Thang máy hoàn thiện
Cơ cấu đóng – mở cửa buồng thang được thiết kế với vòng kín giữa động cơ 12VDC và hộp giảm tốc Hai cửa buồng thang được gắn cố định trên dây xích, một cửa ở trên và một cửa ở dưới, đảm bảo việc ra vào đồng thời Khi nhận tín hiệu mở cửa từ PLC, động cơ quay thuận đến vị trí mở cửa (CTHT mở cửa) và dừng lại Khi có tín hiệu đóng, động cơ sẽ đảo chiều quay ngược về vị trí đóng cửa (CTHT đóng cửa) để dừng lại.
Hình 3 13 Cơ cấu nâng/ hạ buồng thang
Hình 3 14 Cơ cấu đóng/ mở cửa buồng thang
Khối thiết bị này bao gồm 4 đèn báo trạng thái cho việc di chuyển lên/xuống, đèn báo hoạt động của thang máy, đèn cảnh báo quá trọng lượng cho phép, cùng với 4 nút chức năng để chọn tầng tương ứng.
Khối này được bố trí từ tầng 1 đến tầng 4
- Tầng 1 chỉ có một nút nhất gọi đi lên
- Tầng 2 và 3 gồm hai nút đi lên và xuống
- Tầng 4 chỉ có một nút nhấn đi xuống
Các khối được liên kết và điều khiển bởi bảng điều khiển với trung tâm điều khiển là PLC CPU 1511C – 1PN
Bảng điều khiển gồm: 1 aptomat đóng ngắt 220VAC, 1 khối nguồn 24VDC, 1 khối nguồn 12VDC, 6 relay và domino
Hình 3 16 Khối gọi tầng lên/ xuống Hình 3 15 Khối chọn tầng
Hình 3 17 Bảng mạch điều khiển hệ thống thang máy
3.2.2.5 Đối trọng thang máy Đối trọng thang máy là bộ phận dùng để cân bằng trọng lượng với trọng lượng cabin Được liên kết với cabin thông qua cáp tải
Hình 3 18 Đối trọng thang máy
3.2.3 Hình ảnh thang máy hoàn thiện
Ảnh mặt bên và mặt sau
Hình 3 20 Ảnh bên có cửa và mặt bên
Ảnh bên trong và domino
Module khuếch đại tín hiệu load cell được cố định trên buồng thang máy
Load cell được đặt trong buồng thang máy và các khối đồng mô phỏng cân nặng
Hình 3 22 Ảnh Load cell đo cân nặng
Hình 3 21 Ảnh bên trong và domino
SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
Sơ đồ thuật toán
4.1.1 Đưa thang máy về tầng 1 khi băt đầu hoạt động Đ s s
Kiểm tra đã đóng cửa
Thang máy đi xuống tầng 1
Hình 4 1 Sơ đồ thuật toán khi bắt đầu
4.1.2 Sơ đồ đóng - mở cửa
Hình 4 2 Sơ đồ đóng - mở cửa cabin
Dừng mở cửa 3s Đóng cửa
4.1.3 Gọi tầng khi đang ở tầng 1 Đ s
Bắt đầu Đóng cửa Đến đúng tầng gọi / chọn
Chọn / gọi đến tầng thứ I
Dừng thang và thực hiện đóng mở cửa
Hình 4 3 Sơ đồ chọn / gọi tầng
4.1.4 Ưu tiên chọn / chọn tầng Đ
Lưu vị trí và cho thang di chuyển
Thang di chuyển lên/xuống với ưu tiên trước đó Đảo chiều di chuyển cabin Ưu tiên cùng chiều di chuyển ưu tiên
Tầng cuối gọi đi lên/xuống
Hình 4 4 Sơ đồ ưu tiên
Qui định ngõ vào ra kết nối với PLC
4.2.1 Qui định ngõ vào, ra
Bảng 4 1 Qui định ngõ vào
STT Đầu vào Qui định tên
Bảng 4 2 Qui định ngõ ra
STT Đầu ra Qui định tên
4.2.2 Sơ đồ kết nối PLC
CPU 1511C – 1PN 6ES7511-1CK01-0AB0
Hình 4 5 Sơ đồ kết nối PLC
Nguyên lý hoạt động
Sau khi bật CB (Circuit Breaker) cấp điện cho toàn hệ thống PLC khởi động ta nạp chương trình rồi nhấn RUN trên PLC
Khi hành khách gọi thang máy từ tầng 1, cửa thang sẽ mở và đóng sau 5 giây Sau khi vào cabin, hành khách chọn tầng mong muốn, và thang máy sẽ di chuyển đến tầng đã chọn Quy trình này cũng tương tự khi thang máy ở các tầng 2, 3, và 4.
Khi thang máy ở tầng 1 và hành khách ở tầng 2, 3 muốn đi lên hoặc ở tầng 4 muốn đi xuống, thang máy sẽ ưu tiên di chuyển đến tầng gần nhất trước, sau đó tiếp tục đến các tầng còn lại Trong quá trình di chuyển lên, đèn báo thang máy sẽ sáng để thông báo trạng thái đi lên và sẽ tắt khi đến tầng yêu cầu Tương tự, khi thang máy đi xuống, đèn báo sẽ sáng để chỉ thị trạng thái đi xuống.
Sau khi đã đưa khách hàng đến tầng mong muốn thì thang sẽ reset gọi và chọn tầng trước đó
Khi thang máy hoạt động, nếu số lượng hành khách vào buồng thang quá đông dẫn đến khối lượng vượt quá mức cho phép, thang sẽ không thể đóng cửa Tuy nhiên, khi trọng lượng giảm xuống và nằm trong mức cho phép, thang sẽ tự động đóng cửa và hoạt động trở lại bình thường.
Chương trình điều khiển hệ thống
Network 2 Gán vị trí tầng
Network 3 Lệnh gọi lên / xuống từng tầng
Network 4 Lệnh chọn tầng 1 đến tầng 4
Network 5 Hướng lên của thang máy
Network 6 Động cơ đi lên
Network 7 Hướng xuống của thang máy
Network 8 Động cơ đi xuống
Network 9 Lệnh reset bit chọn / gọi tầng 1
Network 10 Lệnh reset bit chọn / gọi tầng 2
Network 11 Lệnh reset bit chọn / gọi tầng 3
Network 12 Lệnh reset bit chọn / gọi tầng 4
Network 17 Lệnh reset cấm mở cửa
Network 18 Chuyển dữ liệu sang Bcd 16
Network 19 Đèn báo trạng thái
Network 20 Lệnh reset cấm mở cửa cho WinCC
Network 21 Lệnh cân load cell
Network 22 Đèn báo quá trọng lượng và đèn báo hoạt động
Giao diện Wincc
4.5.1 Giao diện điều khiển và giám sát thang máy
Giao diện điều khiển và giám sát thang máy qua Wincc viết trên TIA PORTAL V15.1 với hình ảnh chân thật dễ quan sát và điều khiển
Hình 4 6 Giao diện trang chủ
Giao diện điều khiển và giám sát
Hình 4 7 Giao diện giám sát và điều khiển
4.5.2 Khởi động WinCC Để điều khiển và giám sát được giao diện thang máy trên WinCC trước hết cần set PG/ PC interface(32-bit) Ta chọn Control Panel -> All Control Panel Items -> Set PG/
Hình 4 8 Set PG/ PC interface(32-bit)
Sau đó chọn Card mạng giao tiếp giữa PC và PLC
Hình 4 9 Chọn Card mạng giao tiếp giữa PC và PLC
Nhấn chọn biểu tượng trên thanh công cụ để khởi động giao diện điều khiển và giám sát thang máy
4.5.3 Giải thích nguyên lý điều khiển và giam sát thang máy
Tại giao diện Trang chủ ta nhấn chọn CONTROL để chuyển sang giao diện điều khiển và giám sát
Giao diện điều khiển gồm 5 khối chính và 1 nút trở về trang chủ
Khối 1 gồm các nút gọi tầng, cửa thang máy và CTHT thang Khi ta nhấn gọi tầng, nút gọi tầng sẽ sáng lên thang máy sẽ chạy đến tầng được gọi và cửa buồng thang sẽ mở ra hai bên rồi đóng lại Nút gọi tầng sẽ trở về trạng thái ban đầu và đồng thời CTHT tầng đang dừng sẽ sáng lên
Khối 2 hiển thị tầng, khi gọi/ chọn tầng buồng thang sẽ dừng tại vị trí tầng được gọi và sau đó hiển thị vị trí trên khối này
Khối 3 khối gọi tầng Khối này đặt bên trong cabin, gồm 4 nút tương ứng tầng 1 đến tầng 4 Khi nhấn nút chọn tầng, nút chọn tầng sẽ sáng lên và thang máy sẽ di chuyển đến tầng được chọn Sau đó reset nút chọn tầng về trạng thái ban đầu
Khối 4 đèn báo trạng thái Đèn báo thang máy hoạt động khi PLC run Khi thang máy di chuyển lên đồng thời đèn báo trạng thái và động cơ kéo của khối 1 sẽ sáng lên cùng một màu đã định sẵn Tương tự đối với đèn báo xuống Đèn và động cơ kéo sẽ tắt nếu đến tầng được gọi Đèn báo quá trọng lượng
Khối 5 báo trọng lượng khi hành khách vào thang Nếu thang máy quá khối lượng qui định thì cửa thang sẽ không đóng lại, đồng thời thì đèn báo quá tải sẽ sáng lên Khi khối lượng giảm thì thang máy đóng cữa và hoạt động bình thường
