Mô hình thang máy 5 tầng sử dụng plc s7 1200 đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Sơn Hải Sinh viên thực : Bùi Đình Bách Ngày sinh : 02-08-1999 Lớp : DCTDH8.10 Khoa Khóa : : Điều khiển Tự động hóa K8 Mã sinh viên : 1752510303086 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐƠNG Á BÙI ĐÌNH BÁCH TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Sơn Hải Bắc Ninh, Tháng 11-2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .10 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 11 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ PLC S7-1200 13 Giới thiệu thang máy 13 1.1 Thang máy tải khách đặc điểm sản phẩm 13 1.2 Cấu tạo thang máy 14 Giới thiệu PLC .17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Chi tiết PLC .17 CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ KHÍ THANG MÁY 31 Định nghĩa phân loại thang máy 31 1.1 Tổng quan thang máy .31 1.2 Phân loại thang máy 32 Lựa chọn phương án thiết kế 36 2.1 Đặc tính kĩ thuật thang máy 36 2.2 Phân tích phương án chọn lựa phương án thiết kế 36 Kết cấu cabin đối trọng 46 3.1 Kết cấu cabin 46 3.2 Đối trọng .49 Tính cơng suất động 50 4.1 Yêu cầu động trang bị cho thang máy .50 4.2 Công suất động 51 4.3 Bộ tời 52 Hệ thống treo cabin đối trọng 54 5.1 Nguyên lí hoạt động 55 5.2 Tính tốn hệ thống treo 55 Bộ giảm chấn 57 6.1 Lực tác dụng lên giảm chấn .58 Cơ cấu mở cửa cabin 59 7.1 Cấu tạo 59 7.2 Nguyên lý hoạt động .60 7.3 Tính tốn dẫn động cửa 61 CHƯƠNG III THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN 63 Sơ đồ khối tủ điện 63 Tổng quan thiết bị tủ điều khiển 64 2.1 PLC S7-1200 Cpu 1212 Dc/Dc/Dc .64 2.2 Khối thiết bị bảo vệ .68 2.3 Khối điều khiển .71 2.4 Khối động nguồn điện 81 Nguyên lý hoạt động 82 3.1 Mạch nguồn 82 3.2 Mạch điều khiển 83 Thiết kế layout tủ điện 84 4.1 Bản vẽ nguyên lý 84 4.2 Bản vẽ thiết kế tủ điện 85 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 86 Giới thiệu phần mềm tia portal v15 86 1.1 Thời điểm mắt phần mềm tia portal v11 .86 1.2 Giới thiệu tổng quan phần mềm tia portal v15 87 Lưu đồ thuật toán tổng quan .102 Mô điều khiển thang máy PLC SIM 103 3.1 Giao diện điều khiển 103 3.2 Mô chế độ điều khiển Auto .104 3.3 Mô chế độ điều khiển manu .107 3.4 Khi PLC kết nối 108 CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-I-1 Hình ảnh thang máy chung cư 12 Hình 1-I-2 Hình ảnh khí thang máy 15 Hình 1-I-3 Hình ảnh tủ điều khiển thang máy 16 Hình 1-I-4 Cấu trúc PLC 18 Hình 1-I-5 Sơ đồ mạch điện đầu vào PLC .18 Hình 1-I-6 Sơ đồ mạch điện đầu PLC 19 Hình 1-I-7 Cấu trúc nhớ PLC .20 Hình 1-I-8 Vòng quét cpu PLC 21 Hình 1-I-9 Ngơn ngữ lập trình Ladder .23 Hình 1-I-10 Ngơn ngữ lập trình FBD .24 Hình 1-I-11 Ngơn ngữ lập trình STL .25 Hình 2-II-1 Hình vẽ thang máy 30 Hình 2-II-2 Dẫn động xilanh thủy lực 32 Hình 2-II-3 Bộ tời thang máy 34 Hình 2-II-4 Thang máy có tang cáp 36 Hình 2-II-5 Thang máy chuyển động nhờ vít-đai ốc .37 Hình 2-II-6 Các phương án bố trí sơ đồ dẫn động 38 Hình 2-II-7 Bộ truyền bánh vít trục vít 40 Hình 2-II-8 Các truyền động bánh 41 Hình 2-II-9 Bộ truyền đai 42 Hình 2-II-10 Phương án thiết kế khí 44 Hình 2-II-11 Khung cabin .45 Hình 2-II-12 Kết cấu khung cabin 47 Hình 2-II-13 Hình dạng đối trọng 49 Hình 2-II-14 Bộ tời động .51 Hình 2-II-15 Biến dạng rãnh puli dẫn động .51 Hình 2-II-16 Phanh sai .52 Hình 2-II-17 Hệ thống treo lò xo .53 Hình 2-II-18 Giảm chấn 56 Hình 2-II-19 Sơ đồ cấu tạo hệ thống mở cửa cabin tự động 58 Hình 2-II-20 Sơ đồ cấu tạo hệ thống mở cửa tầng 59 Hình 3-III-1 Sơ đồ khối tủ điều khiển 62 Hình 3-III-2 Ảnh thật PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC 63 Hình 3-III-3 Sản phẩm PLC S7-1200 gồm module mở rộng 64 Hình 3-III-4 Các loại module mở rộng cho PLC S7-1200 .65 Hình 3-III-5 Hình ảnh Aptomat pha 67 Hình 3-III-6 Áp tơ mát pha 220v 20a 68 Hình 3-III-7 Thiết bị bảo vệ ngắn mạch 69 Hình 3-III-8 Hình ảnh rơ le trung gian .71 Hình 3-III-9 Rơ le trung gian tủ điều khiển thang máy 72 Hình 3-III-10 Hình ảnh rơ le thời gian 14 chân omron 73 Hình 3-III-11 Sơ đồ chân rơ le thời gian h3y-4 dc24 5s 75 Hình 3-III-12 Cấu tạo cơng tắc hành trình .75 Hình 3-III-13 Hình ảnh cơng tắc hành trình chiều 76 Hình 3-III-14 Nút ấn công nghiệp 77 Hình 3-III-15 Nút nhấn dừng khẩn cấp 78 Hình 3-III-16 Các loại nút ấn đèn báo công nghiệp 80 Hình 3-III-17 Động giảm tốc 12vdc 80 Hình 3-III-18 Nguồn tổ ong 24V 1A 81 Hình 3-III-19 Nguồn Adapter 12V-2A .81 Hình 3-III-20 Layout tủ nguồn 83 Hình 4-IV-1 Tia portal V15 by Siemens 86 Hình 4-IV-2 Tạo project Tia V15 88 Hình 4-IV-3 Giao diện tổng quan trước lập trình 89 Hình 4-IV-4 Thêm thiết bị phần cứng để lập trình 89 Hình 4-IV-5 Mơ tả chi tiết cpu 1212dc/dc/dc 90 Hình 4-IV-6 Giao diện lập trình ladder khối lệnh .90 Hình 4-IV-7 Cách thêm hàm hàm 91 Hình 4-IV-8 Lập trình hàm function block 92 Hình 4-IV-9 Tất tag cpu lưu plc tags .92 Hình 4-IV-10 Cách thêm WINCC RT để điều khiển giám sát 94 Hình 4-IV-11 Cấu hình cổng IE WINCC RT ADVANCED 94 Hình 5-IV-12 Kết nối PLC WINCC RT ADVANCE 95 Hình 4-IV-13 Cáp ethernet để kết nối PLC máy tính 95 Hình 4-IV-14 Cấu hình cho hình WINCCC RT .96 Hình 4-IV-15 Thiết kế hình WINCC 96 Hình 4-IV-16 Tag nội WINCC RT ADVANCE 97 Hình 4-IV-17 Giao diện text and graphic lists 97 Hình 4-IV-18 Kết nối Tia portal với PLCSIM 98 Hình 4-IV-19 Chương trình chạy với PLCSIM 99 Hình 4-IV-20 Hệ SCADA công nghiệp 99 Hình IV-21 Lưu đồ thuật tốn tổng quan .101 Hình 4-IV-22 Giao diện điều khiển WINCC 102 Hình 4-IV-23 Thang máy di chuyển lên-chế độ Auto 103 Hình 4-IV-24 Cửa cabin mở chế độ Auto 103 Hình 4-IV-25 Thang máy di chuyển xuống chế độ Auto 104 Hình 4-IV-26 Mơ thang máy dừng lại 104 Hình 4-IV-27 Mơ lỗi tải 105 Hình 4-IV-28 Mơ chng báo động cứu hộ 105 Hình 4-IV-29 Thang máy lên chế độ Manu 106 Hình 4-IV-30 Thang máy xuống chế độ Manu .106 Hình 4-IV-31 Mở cửa chế độ Manu 107 Hình 4-IV-32 Khi PLC kết nối 107 Hình 5-V-1 Mơ hình thang máy hoàn thành 108 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Số thứ tự Từ Nội dung PLC Bộ điều khiển logic lập trình Auto Chế độ tự động Manu Chế độ tay CPU Phiên mã PLC PLC SIM Phần mềm mô PLC SCADA Hệ điều khiển thu thập giám sát liệu WinCC Màn hình điều khiển giám sát AC Nguồn điện 220V xoay chiều cấp cho PLC DC Nguồn điện 24V DC cấp cho PLC , ngõ vào ngõ PLC 10 RLY Ngõ relay PLC 11 I/O Ngõ vào Input, ngõ Output PLC 12 DI Ngõ vào tín hiệu số PLC 13 AI Ngõ vào tín hiệu tương tự PLC 14 DQ Ngõ tín hiệu số PLC 15 AQ Ngõ tín hiệu tương tự PLC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 10 Hình 4-IV-65 Cấu hình cho hình WINCCC RT Hình 4-IV-66 Thiết kế hình WINCC Thiết kế hình WinCC ta vào phần Toolbox để kéo thả thiết bị cần thiết vào hình, nút bấm, Text hay thư viện Symbol lybary để thiết kế 101 Hình 4-IV-67 Tag nội WINCC RT ADVANCE Hình 4-IV-68 Giao diện text and graphic lists Có số thiết bị, hình vẽ mà WinCC khơng có sẵn nên cần thêm hình vẽ bên ngồi vào Graphic lists để sử dụng Các hình vẽ bên ngồi có chức đầy đủ thiết bị WinCC hiển thị, di chuyển, tác động… 102 c) Chế độ mơ PLCSIM PLCSim Advanced giúp mô dễ dàng PLC S7-1200 ET200SP với đầy đủ tính Ngồi ra, cịn cung cấp thư viện API giúp PLC mơ kết nối với chương trình mơ khác Điểm bật PLCSIM Advanced V2.0: - Đồng hóa phiên S7-PLCSIM Nâng cao với công cụ đồng mơ phận xử lý hình ảnh OB theo chu kỳ (ví dụ: OB ngắt theo chu kỳ, MC-Servo) - Hỗ trợ dịch vụ theo chu kỳ (RDREC / WRREC) báo động (ví dụ: báo động phần cứng) - Có thể đọc ngắt phần cứng định cấu hình Cổng thơng tin TIA API - Dễ dàng lưu khơi phục cấu hình phần mềm phần cứng từ phiên PLCSIM Advanced Hình 4-IV-69 Kết nối Tia portal với PLCSIM 103 Hình 4-IV-70 Chương trình chạy với PLCSIM d) Giới thiệu hệ SCADA Hình 4-IV-71 Hệ SCADA công nghiệp SCADA hiểu theo nghĩa truyền thống hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa 104 Điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory control and data acquisition – SCADA) hệ thống phần mềm phần cứng cho phép tổ chức cơng nghiệp: - Kiểm sốt quy trình cơng nghiệp chỗ từ xa - Theo dõi, thu thập xử lý liệu thời gian thực - Tương tác trực tiếp với thiết bị cảm biến, van, máy bơm, động thông qua phần mềm giao diện người – máy (HMI) - Ghi lại kiện vào tệp nhật ký (log file) Hệ thống SCADA quan trọng tổ chức cơng nghiệp chúng giúp trì hiệu quả, xử lý liệu cho định thông minh truyền đạt vấn đề hệ thống để giúp giảm thiểu thời gian chết Kiến trúc SCADA bắt đầu điều khiển logic lập trình (PLC) thiết bị đầu cuối từ xa (RTUs) PLC RTU máy vi tính giao tiếp với loạt đối tượng máy nhà máy, HMI, cảm biến thiết bị đầu cuối, sau định tuyến thơng tin từ đối tượng đến máy tính có phần mềm SCADA Phần mềm SCADA xử lý, phân phối hiển thị liệu, giúp nhà khai thác nhân viên khác phân tích liệu đưa định quan trọng Hệ thống SCADA hoạt động tốt nhiều loại hình doanh nghiệp khác chúng từ cấu hình đơn giản đến cài đặt lớn, phức tạp Hệ thống SCADA xương sống nhiều ngành công nghiệp đại Đặc điểm giao tiếp người máy: Về phần giao tiếp người máy, hệ thống SCADA ngày trang bị khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit) VDU hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa q trình Ngồi cịn có kèm theo mouse, trackball, joystick bàn phím, nút điều khiển thay biểu tượng (Icon) hình Chúng tác động mouse, bàn phím hay tay lên biểu tượng hình hình cảm ứng 105 Các thiết bị giúp cho người điều hành có khả : - Nhanh chóng hốn đổi hiển thị - Nhanh chóng xem chi tiết thông tin cập nhật - Tạo sửa đổi hiển thị trực tiếp hình hệ thống - Có hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái nhận biết liệu Các hệ thống SCADA hiệu giúp tiết kiệm đáng kể thời gian tiền bạc Nhiều nghiên cứu điển hình cơng bố nêu bật lợi ích tiết kiệm việc sử dụng giải pháp phần mềm SCADA đại Radiflow Lưu đồ thuật tốn tổng quan Hình IV-72 Lưu đồ thuật tốn tổng quan 106 Mơ điều khiển thang máy PLC SIM 3.1 Giao diện điều khiển Hình 4-IV-73 Giao diện điều khiển WINCC Giao diện điều khiển phần chính: thang máy , trạng thái hiển thị động cơ, chọn chế độ điều khiển , nút gọi tầng bên bên buồng thang - Thang máy bao gồm có tầng, tầng gắn cơng tắc hành trình có cánh cửa để mở Có led hiển thị vị trí cabin - Bên tầng gồm nút , gọi tầng lên xuống, trừ tầng tầng có nút gọi tầng - Các chế độ điểu khiển : bao gồm nút dùng để chuyển chế độ Auto/Manu Chế độ Auto dùng để vận chuyển khách , chế độ Manu để kiểm tra hoạt động có động có ổn định khơng - Bên cabin có bảng điểu khiển để chọn tầng cần đến, có nút mở đóng cửa nhanh, có nút chng báo động không mở cửa, hiển thị trạng thái tải 107 - Các nút điều khiển bao gồm : nút mô reset tải, nút reset chuông, nút dừng thang nút reset tất hệ thống Ở chế độ Manu, ta có nút di chuyển thang lên xuống, nút dừng thang, nút đóng mở cửa cabin 3.2 Mơ chế độ điều khiển Auto Hình 4-IV-74 Thang máy di chuyển lên-chế độ Auto Thang máy có khách tầng 1, có lệnh di chuyển lên tầng 3,4 Thang di chuyển lên 108 Hình 4-IV-75 Cửa cabin mở chế độ Auto Đến vị trí tầng gọi, cửa cabin mở chờ khách vào, sau đóng cửa cabin tiếp tục di chuyển Trong lúc thang di chuyển không sử dụng nút mở cửa nhanh Chỉ thang dừng vị trí sử dụng Hình 4-IV-76 Thang máy di chuyển xuống chế độ Auto Thang máy tầng 5, có lệnh gọi thang từ tầng , thang di chuyển xuống Hình 4-IV-77 Mô thang máy dừng lại 109 Khi ấn nút STOP THANG, dừng hết hoạt động thang, vị trí nào, dừng thời gian đóng hay mở cửa Hình 4-IV-78 Mơ lỗi q tải Lỗi tải xảy khách vào nhiều , đèn cảnh báo tải nhấp nháy, cửa cabin khơng đóng thang khơng di chuyển Để Reset lỗi ta ấn vào “ Reset tải ” Thang máy hoạt động bình thường trở lại Hình 4-IV-79 Mơ chng báo động cứu hộ 110 Khi không mở cửa, ta ấn chuông để báo động cho bên cứu trợ sửa chữa thang máy 3.3 Mô chế độ điều khiển manu Hình 4-IV-80 Thang máy lên chế độ Manu Hình 4-IV-81 Thang máy xuống chế độ Manu 111 Ở chế độ Manu, ta kiểm tra hoạt động động có ổn định không cách cho thang lên xuống Hoặc dừng động nút STOP THANG Hình 4-IV-82 Mở cửa chế độ Manu Có thể sử dụng nút đóng mở cửa chế độ Manu để mở cửa , đóng cửa cabin Trên hình ảnh mơ điều khiển chế độ Auto Manu, để chuyển chế độ reset tất mặc định chế độ Auto , ta sử dụng nút RESET ALL thang máy xuống tầng chờ 3.4 Khi PLC kết nối 112 Hình 4-IV-83 Khi PLC kết nối Khi PLC bị kết nối hay điện hình SCADA khơng hiển vị trí tầng, không điều khiển CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 5-V-84 Mơ hình thang máy hồn thành - Kết : mơ hình hồn thành theo trình tự từ thiết kế khung khí, thiết kế nguyên lý mạch điện layout tủ điện, lập trình chương trình PLC Sau đó, lắp đặt thiết bị với tạo thành mơ hình hồn chỉnh - Đánh giá : hệ thống chạy ổn định, dừng xác vị trí tầng theo lệnh gọi tầng WinCC Tuy nhiên , phần cửa đóng mở chưa hết khung khí 113 - Hướng phát triển : để áp dụng thực tế , cần sử dụng thêm nhiều module mở rộng DI DQ để sử dụng nút gọi tầng, đèn led hiển thị vị trí tầng - Sử dụng module truyền thơng để truyền thông biến tần điều khiển tốc độ động với PLC Sử dụng thêm Loadcell để xác định tải, thêm cảm biến để biết xác cửa mở đúng, đóng chưa TÀI LIỆU THAM KHẢO [I] Nguyễn Danh Sơn, Thang máy, nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2003 [II] Vũ Liêm Chính- Phạm Quang Dũng – Hoa Văn Ngữ, Thang máy –cấu tạo, lựa chọn, lắp đặt sử dụng, Nhà xuất Khao Học Kĩ Thuật Hà Nội, 2000 [III] Lubomir Janovsky, Elevator Mechincal Desings, Ellis Horwood, 1993 [IV] Đỗ Kiến Quốc – Nguyễn Thị Hiền Lương – Lê Hồng Tuấn – Bùi Cơng Thành, Sức Bền Vật Liệu, Nhà suất Đại học quốc gia TPHCM, 2002 [V] Tài liệu PLC Siemens S7 1200, PLCTECH, 2018 114 BM-BVOFFL-10 Bản giải trình chỉnh sửa ĐA/KL TN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP (Theo yêu cầu Hội đồng đánh giá) Tên đề tài………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn:………………………………………………………………… Họ tên sinh viên: ………………………………….Ngày sinh:…………………… Mã sinh viên………………….,Ngành:…………………………….Lớp:……………… Ngày bảo vệ:………………………………………………………………………… Căn theo yêu cầu biên họp Hội đồng đánh giá ĐA/KLTN Tơi xin giải trình ĐA/KLTN chỉnh sửa nội dung sau: Bắc Ninh, ngày tháng năm… CHỦ TỊCH/THƯ KÝ HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) SINH VIÊN (Ký ghi rõ họ tên) 115