Thiết kế thang máy sử dụng PLC S7 1200. Trong file này có chứa file Tia Portal và file báo cáo word. Thiết kế thang máy chỉ dựa trên giao diện Scada với nhiều chức năng khác nhau. Ngoài ra còn mô phỏng thêm sự cố mất điện.Trong file word có cơ sở lý thuyết, thiết kế phần cơ khí, thiết kế phần điện, lưu đồ giải thuật, thiết kế chi tiết phần Scada
Cơ sở lý thuyết
Phân loại thang máy
Tuỳ thuộc vào tính chất, chức năng của thang máy Thang máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất, ví dụ như phân loại theo hệ dẫn động cabin, theo vị trí đặt bộ kéo rời, theo hệ thống vận hành, theo công dụng… dưới đây là một số phân loại:
Phân loại theo chức năng
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: Gia tốc tối ưu là a< 2m/s 2
- Thang máy dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật…
- Thang máy dùng trong bệnh viện: Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện
- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của môi trường làm việc: độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn…
Thang máy chở hàng Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh…Nó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy được dễ dàng thuận tiện…
Phân loại theo tốc độ dịch chuyển
- 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 mt
- Thang máy tốc độ rất cao (Siêu tốc): v = 5m/s Thường dùng trong các toà tháp cao tầng.
Phân loại theo tải trọng
- 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.
Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo rời
- Đối với thang máy điện
Thang máy có bộ kéo rời đặt phía trên giếng thang
Thang máy có bộ rời 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.
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
Cấu tạo của thang máy
Thang máy là một hệ thống di chuyển dọc theo trục thẳng, được sử dụng để chở người hoặc hàng hóa giữa các tầng trong các tòa nhà cao tầng Cấu tạo của thang máy bao gồm các thành phần chính sau đây:
Cabin: Đây là nơi người sử dụng thang máy hoặc hàng hóa được vận chuyển. Cabin có thể được thiết kế theo nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng Cabin thường được làm bằng thép hoặc hợp kim nhẹ, và có cửa mở ra bên trong hoặc bên ngoài.
Cabin thang máy bao gồm một số thiết bị phụ khác:
- Đầu cửa cabin thang máy
- Khung bao cửa thang máy
- Photocell cảm biến vật cản
- Khóa cửa an toàn cho thang
Tủ điều khiển: Là hệ thống điều khiển của thang máy được lập trình tự động khiến thang máy hoạt động một cách trơn tru không gặp phải sự cố Nó được thiết kế bao gồm các phần điện tử và thiết bị điện tử Để đảm bảo an toàn và tính thẩm mỹ cho công trình nên toàn bộ các thiết bị này sẽ được lắp đặt tại phòng máy nằm trên cùng của cabin Với hệ thống điều khiển mới thì bạn có thể cùng lúc thực hiện
Hệ thống điều khiển này mang đến năng suất cao cho hoạt động cầu thang máy Liên kết giữa các nút ấn tới hệ thống điều khiển, từ đó phát lệnh cho các thiết bị cơ học hoạt động nhịp nhàng Ngoài ra thang máy còn được lắp thêm hệ thống đèn tín hiệu ở cửa tầng và cả trong cabin chúng ta có thể nhận biết được tình trạng hoạt động của thang và vị trí của thang máy.
Động cơ: Thang máy sử dụng một động cơ để tạo ra sức mạnh cần thiết để di chuyển cabin lên và xuống Động cơ thường là động cơ điện và được điều khiển bởi bộ điều khiển.
Hình 2.3 Động cơ thang máy
Trên nóc giếng thang thường lắp motor đây là động cơ của thang máy Thiết bị này khâu dẫn động đến hộp giảm tốc theo một vận tốc cho sẵn, từ đó làm quay puly để kéo cabin hoạt động lên xuống Đối trọng và cabin được liên kết với nhau nhờ hoạt động của motor đối trọng, trong khi đó người ta sử dụng hệ thống puly ma sát treo cabin kết hợp với sợi cáp nâng Do cấu tạo thang máy mà chuyển động lên xuống phần lớn dựa vào cabin và đối trọng nhờ cáp nâng khi có các chuyển động từ cáp nâng nhờ puly ma sát quay, nguyên do chính là motor kéo tạo nên dây chuyền hoạt động Cho nên motor kéo hoạt động là một điều hết sức quan trọng Sẽ có tủ điều khiển riêng để đặt hệ thống điều khiển, để thuận tiện cho việc điều chỉnh.
Thắng cơ (Bộ giảm tốc, giảm chấn): Thiết bị khống chế vượt tốc hay còn gọi là phanh cơ khí (thắng cơ) Thắng cơ (Governor) là thiết bị bắt buộc phải có đối với thang máy Do cấu tạo thang máy có thể di chuyển quá nhanh hoặc quá chậm cho nên các nhà thiết kế đã đặc biệt xử lý tình huống này bằng bộ hạn chế tốc độ Nó xuất hiện như là bộ phận đảm bảo tốc độ thang máy luôn trong mức an toàn.
Hình 2.4 Thắng cơ của thang máy
Giảm chấn: Khi di chuyển đôi lúc ta có thể cảm nhận được thang máy đang rung chuyển, hay lúc gần dừng tầng thì thang máy hơi rung lắc Hiện tượng này sẽ được khắc phục với thang máy có lắp giảm chấn, nó được lắp ở dưới thang máy Hoạt động chính đó là dừng đỡ cabin làm giảm sự rung lắc do dừng tầng của thang máy.
Hình 2.5 Giảm chấn của thang máy
Đối trọng thang máy: Trong thang máy sử dụng cáp kéo thì đối trọng thang máy là thiết bị không thể thiếu được Nguyên tắc hoạt động của thang máy là 1 bên đối trọng, một bên cabin, 2 bên cân bằng với nhau Trọng lượng của đối trọng được tính bằng tải trọng tĩnh và tải trọng động của cabin nhân với 150%.
Hình 2.6 Đối trọng của thang máy Đối trọng trong thang máy thường được làm bằng bê tông đúc kết hợp với vỏ bọc nhựa tạo nên vẻ ngoài bắt mắt.
Rail thang máy: Để thang máy di chuyển đúng hướng, đối trọng của thang máy đúng và không bị lệch ra khỏi thiết kế thì người ta đã thiết kế ray dẫy đường, nó được lắp dọc theo giếng thang khi lắp đặt thang máy.
Hình 2.7 Rail của thang máy
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống thang máy gồm có 4 tầng Hệ thống bao gồm các thành phần chính như cabin thang máy, cửa và nút nhấn tại các tầng, tủ điều khiển, động cơ kéo, ray dẫn hướng, giảm chấn Về nguyên lý hoạt động thì khi nhấn nhấn nút gọi tầng, tín hiệu điều khiển được đưa về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển tiếp nhận tín hiệu điều khiển, xử lý và điều khiển động cơ quay, động cơ truyền lực kéo cabin thang máy đến vị trí nhận tín hiệu điều khiển, thang máy dừng và mở cửa Khi cửa thang máy được điều khiển đóng lại, khách hàng ấn nút gọi tầng, tín hiệu điều khiển sẽ được gửi đến vi xử lý – bộ điều khiển trung tâm, phân tích xem tầng nào gần nhất, tầng nào xa nhất, điều khiển động cơ kéo cabin, dừng tầng chính xác Quá trình lặp đi lặp lại như vậy.
2.2 Lý thuyết chung về PLC
Khái niệm
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện.
PLC được lập trình để thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau, sử dụng các ngôn ngữ lập trình như ladder logic, instruction list, function block diagram và structured text.
PLC có thể được kết nối với các thiết bị đầu vào và đầu ra để giám sát và điều khiển các tín hiệu và trạng thái của các thiết bị khác nhau, bao gồm cả cảm biến, van, động cơ và các thiết bị khác.
Với khả năng lập trình và tính linh hoạt, PLC đã trở thành một công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp để cải thiện hiệu suất sản xuất và độ tin cậy của các quá trình tự động hóa.
Cấu trúc cơ bản của PLC
PLC bao gồm các thành phần cơ bản sau đây:
- CPU (Central Processing Unit): Là trung tâm của hệ thống PLC, thực hiện các tác vụ lập trình, điều khiển và xử lý dữ liệu CPU có thể được chia thành các phần khác nhau, bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ và các giao diện đầu vào/đầu ra.
- Các đầu vào (Inputs): Các tín hiệu từ các cảm biến và các thiết bị đầu vào khác được gửi đến PLC thông qua các đầu vào Các tín hiệu này được xử lý bởi CPU để điều khiển các thiết bị đầu ra.
- Các đầu ra (Outputs): Các tín hiệu điều khiển được gửi đến các thiết bị đầu ra, bao gồm các động cơ, van và các thiết bị khác thông qua các đầu ra Các đầu ra này được điều khiển bởi CPU dựa trên các tín hiệu đầu vào.
- Nguồn cung cấp điện: Là nguồn cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống PLC.
- Giao diện lập trình: Là phần mềm lập trình được sử dụng để lập trình và cấu hình PLC.
- Bộ nhớ: Là nơi lưu trữ các chương trình điều khiển, các tham số cấu hình và các giá trị lưu trữ khác.
Module vào/ra của PLC được phân loại
- Tương tự (Coutinuous/Analog Signals)
- Tín hiệu ra từ các loại cảm biến: số và tương tự.
- Cảm biến tiệm cận (Proximity Senso): cảm biến điện cảm, điện dung, quang (Tín hiệu là logic PLC là gì? Tín hiệu logic là 0 và 1, dạng đúng – sai, có – không).
- Khóa chuyển mạch (Switchs): đóng mở cơ khí Tín hiệu logic
- Potentiometer: đo vị trí góc dùng điện trở Tín hiệu liên tục.
- LVDT (Linear variable differential Transformer): tín hiệu liên tục.
Hình 2.10 Sơ đồ mạch điện đầu vào của PLC
Các phần tử chấp hành:
- Van điện từ (Solenoid Valves): logical outputs
- Bóng đèn (Lights): logical outputs
- Khởi động động cơ (Motor starter): logical output
- Động cơ bước (Servo Motor): Countinuous outputs (Tốc độ, vị trí)
Phân loại theo cấu tạo có 2 loại:
- Relay (dry contacts): DC và AC Thời gian đáp ứng >= 10ms Ứng dụng: khi yêu cầu dòng lớn (2 ampe) hoặc điện trở tải rất nhỏ.
- Solid state: Tranzitor (DC), Triac (AC) (switches outputs) Thời gian đáp ứng
Dải điện áp đầu ra PLC
Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện đầu ra của PLC
Vùng chứa chương trình ứng dụng: chia thành 3 miền
- OB1(organisation block): chứa chương trình tổ chức, chương trình chính.
- Subroutine: chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu Chương trình được thực hiện khi có lệnh gọi trong OB1.
- Interrupt: được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ 1 khối dữ liệu nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi sự kiện ngắt xảy ra.
Vùng chứa tham số của hệ điều hành: I, Q, M, T, C Vùng chứa các khối dữ liệu:
- DB (Data Block): miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối.
- L (Local Data Block): miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình ứng dụng tổ chức và sử dụng cho các biến tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó.
Hình 2.12 Cấu trúc bộ nhớ PLC
Chu kì quét và thời gian quét PLC
Mỗi chu kì gồm các bước làm việc của CPU như sau:
Hình 2.13 Vòng quét của PLC
Ngôn ngữ lập trình của PLC
Ngôn ngữ lập trình PLC là thuật ngữ dùng để nói đến việc con người sử dụng những ngôn ngữ mà PLC hiểu được để giao tiếp với nó, điều khiển nó hoạt động theo ý đồ mà người lập trình đề ra nhằm đáp ứng những yêu cầu trong thực tiễn
Các PLC trước kia được lập trình bằng kỹ thuật sử dụng các sơ đồ nối dây relay.
Do đó không cần phải hướng dẫn nhiều cho các thợ điện, kỹ thuật viên, kỹ sư cách lập trình trên máy tính, nên đây cũng là kỹ thuật lập trình thông dụng cho PLC ngày nay.
Có 3 loại ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụng nhiều nhất hiện nay là:
- Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)
- Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)
- Ngôn ngữ lập trình STL (Statement List)
Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)
Ngôn ngữ LAD cho phép bạn viết chương trình tương tự như mạch tương đương của sơ đồ nối dây mạch điện.
Chương trình LAD cho phép CPU mô phỏng di chuyển của dòng điện từ nguồn, qua một loạt các điều kiện ngõ vào để tác động đến ngõ ra.
Các lệnh khác nhau được biểu diễn bằng các ký hiệu đồ họa, gồm có các dạng cơ bản:
- Tiếp điểm: Biểu diễn các điều kiện logic ngõ vào, như các công tắc, nút nhấn, trạng thái của cảm biến… gồm (tiếp điểm thường đóng và thường hở)
- Cuộn dây (coil): biểu diễn cho kết quả logic ngõ ra, như đèn, động cơ, cuộn dây của relay, …
- Hộp (box): Biểu tượng cho các hàm khác nhau, nó hoạt động khi có dòng điện chạy đến hộp Ví dụ ở hình trên, hộp
- (Mov_B) chỉ hoạt động khi tiếp điểm I2.1 thông (tức là có dòng điện chạy qua tiếp điểm I2.1 cấp cho hộp box Mov B
- Các dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp box gồm các bộ đếm thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Cuộn dây và các hàm phải mắc đúng chiều toán học.
Hình 2.14 Ngôn ngữ lập trình LAD dùng cho PLC S7-200
Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)
Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean.
Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách trực tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic Để tạo ra logic cho các vận hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các hộp.
Hiểu thêm về EN và ENO:
- Cả ngôn ngữ LAD và FBD đều sử dụng “dòng tín hiệu” (EN và ENO) đối với một vài lệnh “hộp”.
- Các lệnh cố định (như lệnh toán học và lệnh di chuyển) hiển thị các thông số cho EN và ENO.
- Các thông số này liên quan đến dòng tín hiệu và xác định khi nào lệnh được thực thi trong suốt lần quét đó.
Hình 2.15 Ngôn ngữ lập trình FBD
Ngôn ngữ lập trình STL (Statement List)
Ngôn ngữ PLC STL cho phép ta viết chương trình điều khiển bằng các lệnh gợi nhớ Soạn thảo bằng STL phù hợp cho người có kinh nghiệm lập trình cơ bản và đã quen với PLC cũng như cách lập trình logic Soạn thảo bằng ngôn ngữ STL cũng cho phép ta tạo ra các chương trình mà các ngôn ngữ LAD và FBD không thực hiện được.
Vì STL là cách lập trình theo ngôn ngữ tự nhiên của CPU, trong khi các phương pháp khác là lập trình đồ họa.
Hình 2.16 Ngôn ngữ lập trình STL
Vai trò của PLC
PLC (Programmable Logic Controller) có vai trò quan trọng trong việc điều khiển các quy trình tự động trong nhiều ngành công nghiệp Dưới đây là một số vai trò chính của PLC:
- Điều khiển quy trình: PLC được sử dụng để điều khiển và quản lý các quy trình tự động trong ngành công nghiệp, như quá trình sản xuất, quy trình lắp ráp, quy trình đóng/mở hệ thống, và nhiều ứng dụng khác PLC có thể thực hiện các chương trình logic phức tạp để điều khiển các thiết bị và đảm bảo các quy trình hoạt động chính xác và hiệu quả.
- Giao tiếp và liên kết hệ thống: PLC được sử dụng để giao tiếp và liên kết các thiết bị và hệ thống khác nhau trong một dây chuyền sản xuất hoặc quy trình tự động PLC có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu vào/đầu ra khác nhau, như cảm biến, mạch điều khiển, bộ trung tâm, và các hệ thống máy tính khác.
- Xử lý tín hiệu: PLC có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và thiết bị khác Các tín hiệu này có thể là tín hiệu analog (như nhiệt độ, áp suất) hoặc tín hiệu số (như công tắc, nút nhấn) PLC xử lý các tín hiệu này và dựa trên chương trình logic để ra quyết định và điều khiển các thiết bị đầu ra tương ứng.
- Quản lý lỗi và bảo vệ: PLC được sử dụng để phát hiện và quản lý các lỗi trong quy trình hoạt động Nó có thể kiểm tra và giám sát các điều kiện hoạt động, báo động và xử lý các lỗi nếu có PLC cũng có khả năng bảo vệ hệ thống khỏi các tình huống nguy hiểm và vấn đề an toàn.
- Lưu trữ dữ liệu: PLC có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu liên quan đến quá trình hoạt động Nó có thể ghi nhật ký sự kiện, các dữ liệu đo lường và thông tin khác để phân tích và quản lý hiệu suất hệ thống.
Trên thực tế, PLC có thể có nhiều vai trò khác nhau tùy thuộc vào ngành công nghiệp và ứng dụng cụ thể Với tính linh hoạt và khả năng lập trình, PLC đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc tự động hóa và điều khiển trong các ngành công nghiệp như sản xuất, điều khiển quá trình, năng lượng, vận chuyển, và hệ thống an ninh, để chỉ đơn giản là một số ví dụ.
Ưu điểm của bộ điều khiển PLC
Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) có nhiều ưu điểm, giúp nó trở thành một công cụ phổ biến trong ngành công nghiệp Dưới đây là một số ưu điểm chính của PLC:
- Độ tin cậy cao: PLC được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, với khả năng chống nhiễu, chống rung, chống sốc và chịu được biến động điện áp Điều này đảm bảo rằng PLC hoạt động một cách đáng tin cậy và ổn định trong các ứng dụng quan trọng.
- Linh hoạt và dễ dàng lập trình: PLC có khả năng lập trình linh hoạt để thực hiện các chương trình logic phức tạp, điều khiển các quy trình tự động Người dùng có thể sử dụng ngôn ngữ lập trình dựa trên đồ thị (ladder diagram), ngôn ngữ đánh giá biểu thức (structured text), hoặc các ngôn ngữ khác tương tự để lập trình PLC Điều này giúp giảm thời gian và công sức cần thiết để phát triển và thay đổi chương trình điều khiển.
- Tính mở và dễ dàng tích hợp: PLC có khả năng kết nối và giao tiếp với nhiều thiết bị và hệ thống khác nhau trong một dây chuyền sản xuất hoặc quy trình tự động Nó có thể kết nối với các cảm biến, bộ trung tâm, mạch điều khiển, màn hình hiển thị, và các thiết bị khác để truyền thông và trao đổi dữ liệu Điều này giúp tích hợp hệ thống tự động hoá một cách dễ dàng và linh hoạt.
- Dễ dàng bảo trì và sửa chữa: PLC có khả năng tự động kiểm tra và báo động lỗi, giúp dễ dàng xác định vấn đề và đưa ra biện pháp khắc phục Ngoài ra, với khả năng lưu trữ và ghi nhật ký sự kiện, PLC cung cấp thông tin hữu ích để phân tích hiệu suất và xác định nguyên nhân gây ra sự cố Điều này giúp giảm thời gian dừng máy và tăng tính sẵn sàng của hệ thống.
- Tính linh hoạt trong mở rộng và nâng cấp: PLC cho phép dễ dàng mở rộng và nâng cấp hệ thống Người dùng có thể thêm các mô-đun đầu vào/đầu ra bổ sung hoặc thay đổi chương trình mà không cần thay đổi toàn bộ hệ thống Điều này giúp thích ứng với nhu cầu mở rộng và cải tiến trong quá trình phát triển công nghiệp.
Tóm lại, PLC có nhiều ưu điểm quan trọng như độ tin cậy cao, linh hoạt lập trình, tính mở và dễ tích hợp, dễ bảo trì và nâng cấp Nhờ vào những ưu điểm này, PLC đã trở thành công cụ không thể thiếu trong việc điều khiển và tự động hóa các quy trình trong ngành công nghiệp.
Phạm vi ứng dụng của bộ điều khiển PLC
Ngày nay PLC được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trong các tủ bảng điện tự động hóa của các hệ thống như: cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, sản xuất chế biến, đóng gói, giám sát dây chuyền sản xuất, công nghiệp nặng
Dùng để điều khiển Robot: ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bị vào băng tải, thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…
Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ,dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản phẩm bằng các sensor,công tắc hành trình hoặc các sensor,…
Các loại PLC phổ biến trên thị trường
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều dòng PLC khác nhau của nhiều hãng như: Siemens, Mitsubishi, Delta, Rockwell, Scheneider, Omron, … Mỗi dòng thì sẽ có các ưu nhược điểm và phù hợp với từng mục đích sử dụng khác nhau.
PLC Siemens: Đây sẽ là cái tên quen thuộc của những ai có trong lĩnh vực tự động hóa, bởi chúng xuất hiện từ lâu tại thị trường, với nhiều dòng sản phẩm khác nhau, khả năng đáp ứng tốt với các dòng PLC phổ biến là:
- PLC Siemens S7 – 400 được thiết kế cho các giải pháp tích hợp hệ thống trong các nhà máy sản xuất và tự động hoá.
- PLC Siemens S7 – 300 Hệ thống mô đun PLC nhỏ cho dải đặc tính làm việc nhỏ đến trung bình.
- PLC Siemens S7 – 1200 Bộ điều khiển gọn nhẹ có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình.
- PLC Siemens S7 – 1500 với nhiều tính năng cải tiến cho sự tối ưu hóa hoạt động, dễ dàng sử dụng trong hoạt động.
Hình 2.17 Các dòng PLC của Siemens
Các ưu điểm của PLC Siemens:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng.
PLC Mitsubishi là sản phẩm của tập đoàn Mitsubishi Nhật Bản PLC Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển các hệ thống trong công nghiệp, từ đơn giản đến phức tạp.
Hình 2.18 Các dòng PLC của Mitsubishi
Các ưu điểm của PLC Mitsubishi:
- Có thế mạnh về điều khiển rời rạc và điều khiển truyền động.
- Số câu lệnh phong phú, có các câu lệnh chuyên dùng để điều khiển các ứng dụng tốc độ cao.
- Có cấu trúc chương trình theo chiều dọc, chỉ thực hiện từ trên xuống dưới.
Là nhãn hàng đến từ Đài Loan với mạng lưới phân phối rộng rãi, với khả năng đáp ứng thị trường Delta cũng đã đáp ứng thị hiếu từ khách hàng thông qua hai dòng PLC chủ đạo là dạng khối và dạng Slim.
Hình 2.19 Các dòng PLC của Delta
Ưu điểm của PLC Delta:
- Giá thành sản phẩm rẻ nhưng chất lượng tốt, hoạt động bền bỉ.
- Chống bụi, chống nhiễu cao không thua kém các dòng PLC tương đương.
- Khả năng đáp ứng đa dạng các cấu hình theo yêu cầu cao Đây là điểm đặc biệt mà nhiều thương hiệu PLC khác không có.
- Hỗ trợ ít nhất 2 cổng giao tiếp truyền thông RS232/RS485 phổ biến trên cùng một PLC.
- Tích hợp bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao.
- Hỗ trợ các module đọc nhiệt độ, Analog, Loadcell.
- Người dùng không cần phải chi thêm tiền để mua phần mềm do phần mềm được cung cấp miễn phí.
- Hệ thống dùng PLC làm bộ điều khiển chính vì PLC có những ưu điểm vượt trội so với bộ điều khiển bằng Relay như:
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản và sửa chữa.
- Giao tiếp được với máy tính.
- Hoạt động ổn định và bền bỉ.
Tổng quan về dòng PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-
1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội.
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
- 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Hình 2.20 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7-1200
Các dòng chính của PLC S7-1200
S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
- PLC S7-1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory Lưu ý không mở rộng được modul I/O
- PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory.
- PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory.
- PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory.
- PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.
Bảng 1: Thông số tổng quan các dòng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để mở rộng chức năng của CPU Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác Module mở rộng I/O S7-1200 được thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt Nó phù hợp cho một loạt các ứng dụng Module mở rộng có một giao diện truyền thông đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông CN.
Nó có đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ, tích hợp sẵn Có thể nói module S7-
1200 là một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện.
Hình 2.21 CPU chính được lắp thêm module mở rộng
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất.
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
Hình 2.22 Cấu hình giao tiếp của PLC S7-1200
S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point).
- Các thiết bị lập trình
- Các bộ điều khiển SIMATIC khác
Hỗ trợ các giao thức kết nối:
2.3 Xử lý Analog, đếm xung và phát xung tốc độ cao trong PLC
Xử lý Analog
Tín hiệu analog hay còn được gọi là tín hiệu liên tục / tín hiệu tương tự, được truyền đi trong không gian / vật chất dưới dạng dòng điện mA hoặc mV Đồ thị biểu hiện tín hiệu analog thường ở dạng liên tục, như hình Cos hoặc Sin hay đường cong liên tục bất kỳ Tín hiệu analog sẽ liên tục, không bị gián đoạn, nhưng khác nhau về cường độ ở các thời điểm khác nhau.
Khi làm việc với PLC, có 2 loại tín hiệu cần quan tâm: tín hiệu số (Digital) và tín hiệu tương tự (Analog).
Tín hiệu số thì khá đơn giản, bản chất của tín hiệu số là chỉ có 2 trạng thái Logic
0 và 1 tương ứng với mức điện áp logic của PLC (ví dụ mức điện áp 0 V ứng với mức Logic 0, mức điện áp 24V ứng với mức Logic 1).
Nhưng để xử lý tín hiệu tương tự thì không đơn giản như vậy Tín hiệu tương tự có một dải giá trị chứ không phải chỉ có 2 giá trị như tín hiệu số Tín hiệu tương tự sử dụng với PLC có 2 dạng: điện áp và dòng điện Tín hiệu kiểu điện áp có thể là: 0 ~ 10V, -5V ~ 5V,… Tín hiệu dòng điện có thể là 0 ~ 20mA, 4 ~ 20mA,…
Hình 2.23 Sơ đồ xử lý tín hiệu Analog
PLC là một thiết bị điện tử, hoạt động trên nguyên lý nhị phân, chỉ xử lý được các tín hiệu ở dạng 0/1 Nhưng khi ghép nhiều bit vào với nhau, giá trị số lưu trữ được (dạng nhị phân) sẽ tăng lên Do đó cần phải có những Module biến đổi tín hiệu tương tự thành những giá trị số chứa trong một chuỗi bit giúp cho PLC hiểu được Để đọc, ghi được các tín hiệu tương tự này, PLC có các Module Analog đầu vào (Analog Input) và Analog đầu ra (Analog Output).
Xử lý tín hiệu Analog đầu vào trong PLC Đo một đại lượng thực tế cần đo đếm (nhiệt độ, áp suất, mức,…) bằng thiết bị đo tương ứng Thiết bị đo này chuyển giá trị đại lượng đo thành tín hiệu đầu ra dạng tương tự Tín hiệu tương tự này được đưa vào module Analog input của PLC để biến đổi thành giá trị số Tuy nhiên người lập trình không thể sử dụng giá trị số này mà phải quy đổi tín hiệu số này về khung giá trị của đại lượng cần đo Từ đó mang giá trị này đi xử lý trong logic điều khiển (so sánh, tính toán,…)
Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC Đại lượng cần điều khiển (tần số động cơ, độ mở van tuyến tính,…) được điều khiển bằng thiết bị điều khiển trực tiếp (biến tần, mạch điều khiển van) Thiết bị điều khiển này nhận tín hiệu tương tự xuất ra từ PLC (từ module Analog Output) Tuy nhiên module này chỉ hiểu được các giá trị số, không thể nhập trực tiếp giá trị 50 Hz hay 10V vào được Người lập trình sẽ phải quy đổi giá trị đặt tương ứng thành giá trị số theo dải biến đổi của Module)
Đếm xung và phát xung tốc độ cao
Trong hệ thống thì sẽ cần đến việc điều khiển chuyển động, kiểm soát tốc độ và vị trí Thì phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) hoặc PTO (Pulse Train Output) là giải pháp tối ưu nhất Một đầu ra PLC được chỉ định sử dụng PWM hoặc PTO (chỉ một trong hai, không phải cả hai)
PWM là một kỹ thuật điều chế được sử dụng để mã hóa một thông số thành một tín hiệu xung Mặc dù kỹ thuật điều chế này có thể được sử dụng để mã hóa thông tin để truyền tải, nhưng công dụng chính của nó là cho phép điều khiển công suất cung cấp cho các thiết bị điện, đặc biệt là đối với tải quán tính như động cơ PWM thường được dùng để điều khiển trong điều khiển động cơ một chiều, bộ gia nhiệt hay điều khiển biến tần
PTO dùng để định vị chính xác hoặc kiểm soát vận tốc chính xác PTO thường được dùng để phát xung điều khiển cho Driver của Servo Motor hay Stepper Motor. Ứng dụng thường gặp nhất cho lệnh này đó chính là dùng để điều khiển một số thiết bị mà tín hiệu điều khiển ở dạng xung ví dụ như driver servo, driver step và một số loại biến tần có chức năng nhận xung.
Thiết kế hệ thống
Rail dẫn hướng
Hình 3.2 Bộ phận Rail dẫn hướng
Hình 3.3 Bản vẽ kích thước rail dẫn hướng
Tủ điện
Hình 3.4 Bộ phận tủ điện thang máy
Hình 3.5 Bản vẽ kích thước tủ điện thang máy
Cửa thang máy
Hình 3.6 Bộ phận cửa thang máy
Cabin thang máy
Hình 3.8 Bộ phận cabin thang máy
Hình 3.9 Bản vẽ kích thước cabin thang máy
Cáp tải
Hình 3.10 Bộ phận cáp tải kéo cabin thang máy
Lựa chọn thiết bị cho từng khối
Thông số kỹ thuật: Điện áp cấp vào 24V DC Độ bền cơ khí 500,000 lần thao tác
Chế tạo Bằng vật liệu polycarbonate không ảnh hưởng tới tần ozon Đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60947-1, IEC 60947-5-1, IEC 60947-5-5,
Dùng để khởi động hệ thống, gửi tín hiệu điều khiển vào PLC để khởi động hệ thống.
Dùng để dừng hệ thống, gửi tín hiệu điều khiển vào PLC để dừng hệ thống.
Nút nhấn trong cabin, nút bên ngoài buồn thang
Chọn nút nhấn thang máy loại LA3024
Hình 3.14 Nút nhấn trong và ngoài cabin Điện áp cấp vào 24V DC Độ bền cơ khí 500,000 lần thao tác
Chế tạo Bằng vật liệu polycarbonate không ảnh hưởng tới tần ozon Đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60947-1, IEC 60947-5-1, IEC 60947-5-5,
Hình 3.15 Bản vẽ kích thước nút nhấn trong và ngoài cabin
- Tiếp điểm điện: Là 1 tiếp điểm thường hở, khi ta ấn nút thì tiếp điểm đó đóng lại
- Led: Làm đèn báo cho nút, khi ta gọi thang thì đèn báo sáng Đèn báo có rất nhiều màu như màu đỏ, xanh,…vv
Nút nhấn thang máy LA3024 có nguyên lý đơn giản khi ta nhấn tiếp điểm điện bên trong nút từ trạng thái NO sang NC lúc này nút nhấn gửi một tín hiệu điện vào board điều khiển của thang, kích cho thang chạy. Đồng thời nút nhấn sáng đèn báo hiệu cho người sử dụng thang biết thang đang chạy Khi thang bằng tầng nút nhấn không sáng
- Điện áp/ dòng điện: 24V DC, 15mA
- Có đèn nhớ phát sáng
- Tuổi thọ trung bình: 3 triệu - 12 triệu lần nhấn
- Ánh sáng phát ra: ánh sáng đỏ
- Chất liệu: vỏ nhựa + phần thép không gỉ b) Khối cảm biến
Cảm biến dừng tầng thang máy
Khái niệm: Cảm biến dừng tầng là thiết bị quan trọng xác định vị trí dừng thang chính xác, để cửa cabin thang máy ăn khớp với vị trí cửa tầng
Cảm biến dừng tầng – Móng ngựa – Cảm biến quang thang máy là 1 trong các thiết bị rất quan trọng trong thang máy giúp thang máy vận hành và dừng tầng chính xác tránh tình trạng dừng không đúng tầng hay sàn cabin và sàn không bằng nhau,… Đây là thiết bị cơ bản nhất mà mọi thang máy đều có, giúp hoạt động được chính xác phục vụ con người trong quá trình di chuyển
Sau khi người dùng ấn nút gọi tầng bộ phận cảm biến dừng tầng hoạt động Khi đến tầng gọi bộ phận này sẽ nhận biết và xác định được tầng cần đến, bộ phận này sẽ dừng đúng tầng sao cho giếng thang và mặt sàn tầng bằng nhau, tạo thuận lợi cho hành khách di chuyển.
Ta chọn loại sensor quang có hình chữ U của Telemecaniqe:
Hình 3.16 Cảm biến dừng tầng thang máy
- Khoảng cách nhận dạng: 30 mm
- Loại 3 dây, ngõ ra NPN hoặc PNP, có công tắc chọn loại ngõ ra trên
- Điện áp cung cấp 24 VDC
- Phạm vi điện áp họat động: 19 - 38 VDC
- Mã hiệu sản phẩm: XUV J0312
Sơ đồ kết nối theo đề nghị của nhà sản xuất:
Hình 3.17 Sơ đồ các chân của cảm biến dừng tầng
- BK: ngõ ra của sensor
Cảm biến cửa thang máy
Photocell thang máy hay còn được gọi với nhiều tên khác như: cảm biến cửa thang máy, mành hồng ngoại, mành cửa của cabin, photocell thanh, cảm quan cửa thang máy….
Photocell thang máy – cảm biến cửa thang máy là bộ phận phát hiện vật cản một cách thông minh được tích hợp ngay tại cửa thang máy Là một linh kiện an toàn có thể giúp thang máy vận hành ổn định trong quá trình vận chuyển hàng hóa, con người đặc biệt là kiểm soát một cách tối đa các sự cố về cửa, bảo đảm sự an toàn hàng đầu cho hành khách khi sử dụng thang máy.
Khi thang máy bắt đầu vận hành và cửa của thang máy đóng mở cũng là lúc mà cảm biến cửa thang máy được kích hoạt Trong quá trình cửa của thang máy đóng mở thì bộ phận photocell sẽ rà soát, kiểm tra phát hiện ra các vật cản mắc ở cửa của thang máy Nếu không phát hiện ra vận cản nào trong một thời gian nhất định thì thang máy sẽ hoạt động bình thường trở lại.
Nếu trường hợp cảm biến cửa thang máy phát hiện ra được vật cản thì thang máy sẽ tạm dừng hoạt động và thiết bị photocell sẽ phát ra tín hiệu để cảnh báo, và cho đến khi vật cản được xử lý xong thì thang máy mới tiếp tục được hoạt động.
Ta chọn loại sensor quang của Telemecaniqe:
Hình 3.18 Cảm biến cửa thang máy
- Khoảng cách nhận dạng cho phép: 3 m
- Loại 3 dây, ngõ ra NPN, PNP có thể chọn được nhờ công tắc chọn trên sensor
- Điện áp cung cấp 12 -24 VDC
- Phạm vi điện áp họat động: 10 -30 VDC
- Mã hiệu sản phẩm: XUM J03353
Sơ đồ kết nối theo đề nghị của nhà sản xuất:
Hình 3.19 Sơ đồ các chân của cảm biến cửa thang máy
- BK của phần nhận (receiver): ngõ ra PNP
WH của phần nhận (receiver): ngõ ra NPN
Cảm biến trọng lượng thang máy
Mỗi thang máy đều có tải trọng quy định, nếu vượt quá tải trọng thang sẽ không hoạt động và phát ra tín hiệu báo quá tải Vậy vì sao thang có thể nhận biết được quá tải trọng cho phép? Đó chính là nhờ bộ phận cảm biến trọng lượng của thang.
Khái niệm: Cảm biến tải trọng là một bộ cảm biến được sử dụng để tạo ra một tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ thuận với lực đo được Có nhiều loại cảm biến tải trọng khác nhau bao gồm thủy lực, khí nén và biến dạng.
Bộ phận cảm biến trọng lượng được lắp đặt bên dưới sàn, hoạt động tương tự như một chiếc cân di động Bộ phận này được kết nối với thiết bị cảnh báo của thang, khi quá tải trọng quy định thang sẽ dừng hoạt động và phát ra tín hiệu báo quá tải Chỉ khi trọng lượng nằm trong tải trọng cho phép thang mới tiếp tục hoạt động bình thường.
Cảm biến trọng lượng thang giúp giảm tối đa tình trạng quá tải, tiềm ẩn nguy cơ rơi tự do, đứt cáp gây mất an toàn cho người sử dụng và ảnh hưởng đến chính độ bền của thang máy.
Ta dùng cảm biến tải trọng nâng thang máy 800kg
Hình 3.20 Cảm biến tải trọng thang máy
- Mã hiệu sản phẩm: RJ-6910
Tải trọng định mức 800kg
Tổng sai số ±0.5%F.S Độ nhạy 2.0±0.02%mV/V Độ lặp lại ±0.5%F.S
Khối lượng quá tải của vật cân mà cân có thể chịu được ±0.05%F.S/30min Độ cân bằng điểm không ±1%F.S
Trở đầu ra 1000±2Ω Điện trở cách điện ≥5000MΩ
TC SPAN ±0.02%F.S/10℃ Điện áp nguồn cung cấp ≤15VDC Điện áp tối đa 15VDC
Phạm vi nhiệt độ hoạt động -30~70℃
Cấp bảo vệ IP67/IP68
Chất liệu cấu tạo Hợp kim nhôm đặc biệt
Hình 3.21 Bản vẽ kích thước cảm biến tải trọng
Sơ đồ kết nối theo đề nghị của nhà sản xuất:
Hình 3.22 Sơ đồ các chân của cảm biến tải trọng
Công tắc hành trình nhận biết đóng mở cửa thang máy
Công tắc hành trình cũng tương tự như công tắc thường Tuy nhiên chúng được trang bị thêm 1 cần gạt để giới hạn hành trình đi hoặc dùng để điều khiển một loại thiết bị điện nào khác Ví dụ như khi tác động vào công tắc hành trình thì thiết bị sẽ dừng ngay tại vị trí đó hoặc cấp điện cho một loại thiết bị khác.
Hình 3.23 Cấu tạo công tắc hành trình
Công tắc hành trình gồm các bộ phận chính như:
- Cò đá (hay cần gạt) ở bên ngoài, ở bên trong sẽ có 3 chân và 1 Relay đóng ngắt.
- Chân giữa: Thường đóng và sẽ mở khi nhấn nút.
- Chân phải: Thường mở và sẽ đóng khi nhấn nút.
Công tắc hành trình dùng để đóng mở mạch điện ở trong lưới điện Nếu đối với các loại công tắc thường, ta ấn nút bằng tay nhưng đối với công tắc hành trình sẽ được tương tác với 1 bộ điều khiển và Reley Reley này sẽ chuyển thông tin về bộ điều khiển Sau đó thì tín hiệu đóng ngắt mạch điện sẽ tự động phản hồi lại.
Ta chọn loại cảm biến hành trình Hanyoung HY-M904
Hình 3.24 Công tắc hành trình
- Các bộ truyền động khác nhau (8 loại) cung cấp ứng dụng rộng rãi.
- Cấu trúc bảo vệ IP67.
- Kiểm tra trạng thái hoạt động bằng đèn báo hoạt động.
Mã HY-M900 / HY-LM900 series
Cấu trúc Thiết bị đầu cuối siết vít M4, loại kép 2 mạch (1a1b)
Cấu trúc bảo vệ IP67
Chỉ báo hoạt động a.c: Đèn neon, d.c: LED (chỉ với dòng
HY-LM) Định mức hiện tại (le) 6 A 250 V a.c (AC-15, DC-13)
Chất điện môi 2.000 V a.c 50/60 Hz trong 1 phút (giữa thiết bị đầu cuối và phần kim loại không nối lại)
Vật liệu chống điện Tối thiểu 100 mΩ (ohm kế cách điện 500
Tiếp xúc kháng Tối đa 50 mΩ (giá trị mặc định) Điện áp định mức (Ue) 250 V a.c, 30 V d.c
Cường độ thiết bị truyền động Lớn hơn 5 lần so với O.F (lực cần thiết để vận hành) 1 phút đối với hướng vận hành
Rung động Biên độ kép 1,5mm, tần số 10 ~ 55 Hz, liên tục 2 giờ
Shock 1.000 m/s2 (độ bền), 300 m/s2 (trục trặc)
Tốc độ hoạt động cho phép 0,1 ~ 1 m/s (không làm hỏng bộ truyền động)
Tuổi thọ Cơ học: Tối thiểu 1 triệu lần (tần số đóng
/ mở 120 lần / phút) Điện: Tối thiểu 300 nghìn lần (tần suất đóng / mở 20 lần / phút)
Nhiệt độ môi trường xung quanh -10 ~ 80 oC Độ ẩm môi trường xung quanh 45 ~ 95 % R.H.
Hình 3.25 Bản vẽ kích thước của công tắc hành trình c) Khối động cơ
Động cơ kéo cabin Động cơ thang máy (hay còn gọi là máy kéo thang máy) là bộ phận tạo lực kéo dây cáp giúp thang máy di chuyển lên xuống Đây là bộ phận quan trọng bậc nhất trong cấu tạo của tất cả sản phẩm thang máy Lựa chọn loại động cơ tốt thì thang máy mới có thể vận hành tốt, đảm bảo chất lượng và an toàn tuyệt đối Hiện nay, động cơ thang máy có hai loại là loại có hộp số và loại không có hộp số.
Động cơ có hộp số
Hình 3.26 Động cơ thang máy có hộp số
Sơ đồ nối dây thiết bị
Sơ đồ nối dây vào module 6ES7214-1AG40-0XB0
- Ngõ vào được đấu theo kiểu Sinking, chân 1M nối vào cực âm
- Ngõ ra được đấu theo kiểu Sourcing
Hình 3.63 Sơ đồ nối dây vào module chính
Sơ đồ nối dây của 2 công tắc hành trình đóng mở cửa
Hình 3.64 Mạch điều khiển tiếp điểm đóng mở cửa
Sơ đồ nối dây vào module DI 6ES7223-1BL30-0XB0
Hình 3.65 Sơ đồ nối dây vào module phụ
Sơ đồ nối dây giữa cảm biến tải trọng, module khuếch đại tín hiệu và module 6ES7214-1AG40-0XB0
Hình 3.66 Sơ đồ nối dây cảm biến tải trọng vào bộ khuếch đại
Sơ đồ nối dây mạch động lực
Hình 3.67 Sơ đồ nối dây điều khiển đèn báo tín hiệu
Hình 3.68 Sơ đồ nối dây mạch động lực động cơ kéo thang máy
Hình 3.69 Sơ đồ nối dây mạch động lực động cơ mở cửa cabin
3.4 Thiết kế lưu đồ điều khiển
Lưu đồ giải thuật tổng quát điều khiển thang máy
Hình 3.70 Lưu đồ giải thuật tổng quát của hệ thống thang máy
Lưu đồ đóng mở cửa cabin
Hình 3.71 Lưu đồ đóng mở cửa cabin
Lưu đồ thực hiện các yêu cầu gọi tầng bên ngoài cabin
Hình 3.72 Lưu đồ thực hiện yêu cầu ngoài cabin
Lưu đồ thực hiện các yêu cầu gọi tầng bên trong cabin
Hình 3.73 Lưu đồ thực hiện yêu cầu trong cabin
3.5 Thiết kế giao diện Scada
Giới thiệu về SCADA và các công cụ
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ,là một hệ thống quản lý, giám sát và điều khiển tự động được sử dụng trong các ngàng công nghiệp để quản lý và điều khiển các quy trình và thiết bị SCADA kết hợp với các thành phần phần cứng và phần mềm, cho phép thu thập dữ liệu từ các thiết bị và hệ thống khác nhau, giám sát trạng thái hoạt động và điều khiển từ xa các quy trình sản xuất.
Công cụ và chức năng của SCADA
- HMI (Human-Machine Interface): HMI là một công cụ quan trọng trong SCADA, cung cấp giao diện trực quan cho người dùng để tương tác với hệ thống SCADA HMI hiển thị thông tin từ các thiết bị và quy trình, cho phép người dùng theo dõi và điều khiển các hoạt động của hệ thống Giao diện HMI cần phải đơn giản, dễ sử dụng hỗ trợ người dùng có thông tin một cách rõ ràng và nhanh chóng.
- PLC (Programmable Logic Controller): PLC là một công cụ được sử dụng rộng rãi trong SCADA để điều khiển các quy trình sản xuất PLC được lập trình để thực hiện các chức năng điều khiển và thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị trong quy trình Nó làm việc như một bộ não của hệ thống SCADA và giúp thực hiện các quyết định điều khiển dựa trên thông tin thu thập được.
- RTU (Remote Terminal Unit - Đơn vị Trạm từ Xa): RTU là một thiết bị thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa trong hệ thống SCADA Nó được đặt tại các vị trí xa trung tâm giám sát và thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị RTU gửi dữ liệu đến trung tâm SCADA và nhận lệnh điều khiển từ trung tâm để thực hiện các hoạt động điều khiển.
- Công cụ Quản lý Dữ liệu: SCADA cung cấp các công cụ quản lý dữ liệu để thu thập, lưu trữ và xử lý các dữ liệu thu thập được từ các thiết bị và cảm biến. Công cụ này giúp phân tích và hiển thị dữ liệu một cách trực quan, đồng thời lưu trữ các thông tin quan trọng để phục vụ cho việc giám sát, bảo trì và phân tích sau này.
- Công cụ Báo cáo và Phân tích: SCADA cung cấp các công cụ báo cáo và phân tích cho phép người dùng tạo ra báo cáo đáp ứng nhu cầu quản lý và phân tích dữ liệu Các công cụ này giúp người dùng xác định xu hướng, phát hiện sự cố và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Các công cụ và chức năng trong SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý, giám sát và điều khiển các quy trình và thiết bị Chúng tăng cường hiệu suất, đảm bảo an toàn, quản lý dữ liệu và phân tích thông tin, và tăng cường quản lý và bảo trì hệ thống Với sự phát triển liên tục của công nghệ, các công cụ và chức năng này ngày càng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong các ngành công nghiệp hiện đại.
Kết nối HMI với PLC
Hình 3.75 Sơ đồ kết nối HMI với PLC
Giới thiệu tổng quan về chương trình PLC
Các tag được sử dụng trong lập trình
Bao gồm có các tag:
Hình 3.76 Các tag bắt xung cạnh lên
Hình 3.77 Các tag mô phỏng hay các biến nhớ
Hình 3.78 Các tag ngõ vào
Hình 3.79 Các tag ngõ ra
- Dữ liệu mang tên Thang_máy
Hình 3.80 Dữ liệu kiểu Thang_máy
- Khối dữ liệu Data Block Thang máy
Hình 3.81 Khối DataBlock dữ liệu Thang máy
Hình 3.82 List các chương trình con và chính
Ta có thể thấy gồm 1 chương trình chính và 7 chương trình con:
- Chương trình con Các nút nhấn: chương trình này thực hiện các câu lệnh về các nút nhấn trong cabin và ngoài cabin, nút gọi tầng sau đó gửi các tín hiệu về cho các chương trình khác xử lý
- Chương trình con Mô phỏng: thực hiện cách thức thang máy lên xuống, đóng mở cửa các tầng
- Chương trình con Nút cảnh báo, gọi điện: nhận tín hiệu từ 2 nút Alarm và Telephone sau đó rồi về trung tâm xử lý
- Chương trình con Nút sự cố và sửa sự cố: nhận tín hiệu từ 2 nút Sự cố và sửa sự cố sau đó đưa qua các chương trình khác để thực hiện các lệnh theo yêu cầu
- Chương trình con Thang máy vận hành: thực hiện các chế độ ưu tiên của thang máy, logic thang máy xem tầng nào đến trước tầng nào đến sau.
- Chương trình con Bộ cứu hộ: chương trình này được thực thi khi thang máy gặp sự cố mất điện.
Thiết kế giao diện SCADA
Nhóm chúng em thết kế hệ thống scada gồm có 6 screens Tích hợp những chức năng mà chúng em đã được học như phân quyền, Alarm, Data Logs và Trend View, Text and graphic lists và còn nhiều chức năng khác.
Phân quyền là một chức năng quan trọng trong SCADA, giúp quản lý quyền truy cập và thao tác của người dùng đối với các thiết bị và thông tin được giám sát Điều này giúp bảo vệ hệ thống tránh khỏi các cuộc tấn công từ bên ngoài hoặc lỗi của người sử dụng bên trong hệ thống Ngoài ra, phân quyền cũng cho phép quản lý quyền sử dụng, giám sát và kiểm soát hoạt động của các người dùng bên trong hệ thốngSCADA.
Hình 3.83 Giao diện ban đầu
Tại giao diện đầu tiên, nhóm có thiết lập phân quyền tại nút Đăng nhập, với quyền truy cập là User administration
Hình 3.84 Thiết lập chức năng phân quyền cho nút đăng nhập
Dưới đây là các User groups trong đó ta có thể thấy Admin có quyền hạn lớn nhất trong đó có cả 3 quyền là User administration, Monitor, Operate
Giả sử một thành viên trong group Admin có tên tài khoản là PLC và mật khẩu: 123 sẽ có thể truy cập được các trang tiếp theo nắm giữ quyền vận hành và giám sát thang máy
Hình 3.86 Thiết lập quyền hạn cho người truy cập
Dưới đây là cần graphic lists được dùng trong việc thiết kế hệ thống thang máy
Hình 3.87 Các graphic lists được sử dụng
Control Display là một thành phần quan trọng trong hệ thống SCADA, chịu trách nhiệm quản lý và điều khiển các thiết bị và quy trình sản xuất Chức năng chính của Control Display là cung cấp một giao diện trực quan và thông tin chi tiết về trạng thái của các thiết bị, quy trình và hệ thống liên quan đến quá trình sản xuất.
Với Control Display, người sử dụng có thể dễ dàng nhìn thấy trạng thái hoạt động của các thiết bị, cũng như các thông số quan trọng.
Ngoài việc hiển thị thông tin, Control Display cũng cung cấp các chức năng điều khiển cho người sử dụng Chức năng này cho phép người dùng thực hiện các thao tác điều khiển, như bật/tắt thiết bị, thay đổi thông số và cài đặt Người sử dụng có thể tương tác với các nút bấm, thanh trượt, ô nhập liệu và các công cụ điều khiển khác trên giao diện Control Display để thực hiện các thao tác điều khiển theo ý muốn. Đặc biệt, Control Display cần được thiết kế sao cho dễ sử dụng và trực quan. Người sử dụng cần có khả năng nhanh chóng nhận thức và sử dụng các chức năng mà hệ thống cung cấp Tổ chức hợp lý và giao diện đơn giản giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm và truy cập thông tin, đồng thời tối ưu hóa khả năng tương tác và điều khiển.
Tóm lại, Control Display đóng vai trò quan trọng trong quản lý và điều khiển quan và chức năng điều khiển, Control Display giúp người sử dụng nắm bắt thông tin và thực hiện các thao tác điều khiển một cách hiệu quả và thuận tiện.
Sau khi qua bước đăng nhập, sẽ vào phần giao diện vận hành và giám sát hệ thống
Hình 3.88 Màn hình chính dùng để điều khiển và giám sát
Qua màn hình này ta có thể thấy gồm các phần như sau:
- Màn hình giám sát thang máy 4 tầng
- Mô phỏng bên trong cabin
- Nút truy cập vào Alarm
- Nút truy cập vào Trendview
- Nút Exit a) Màn hình giám sát thang máy 4 tầng
Hình 3.89 Màn hình giám sát thang máy vận hành
Hình 3.90 Động cơ kéo thang máy
Phần thiết lập cho động cơ
Hình 3.91 Thiết lập thông số cho động cơ
Khi tag Động cơ ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list ĐỘNG CƠ KÉO
Phần thiết lập cho ARD
Hình 3.93 Thiết lập thông số cho bộ ARD
Phần ARD được hiển thị với chế độ Appearance, được gắn tag Bộ ARD và khi tag này lên mức 1 thì hiển thị ra màu xanh dương.
Thiết lập bộ cabin thang máy
Hình 3.95 Thiết lập thông số cho bộ cabin
Bộ cabin này được đưa vào hiệu ứng Vertical movement chuyển động theo hướng lên trên, được gắn tag Kéo thang máy cho range từ 0 đến 30.
Hình 3.96 Cảm biến dừng tầng
Có 4 cảm biến dừng tầng được đặt ngay tại vị trí các tầng để mở cửa cabin
Thiết lập các cảm biến
Hình 3.97 Thiết lập thông số cho cảm biến
Khi các tag Cảm biến dừng tầng 1,2,3,4 ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list CẢM BIẾN
Chuyển động cửa thang máy
Hình 3.98 Hệ thống cửa cabin
Thiết lập bộ phận cửa
Hình 3.99 Thiết lập thông số cho cửa
Hệ thống cửa thang máy gồm có 1 cánh bên phải và 1 cánh bên trái tương ứng với 4 tầng Các cánh bên trái được gắn hiệu ứng chuyển động là Horizontal movement di chuyển từ phải qua trái và được gắn các tag Đóng mở cửa tầng 1,2,3,4 tương ứng mỗi tầng và các cánh bên phải cũng tương tự như vậy nhưng sẽ có hiệu ứng chuyển động từ trái sang phải.
Hệ thống nút nhấn gọi tầng bên ngoài cabin
Hình 3.100 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn tầng 1
Khi tag Đèn tầng 1 đi lên ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Lên
Hình 3.101 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 1 được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 1 đi lên
Hình 3.102 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi lên tầng 2
Khi tag Đèn tầng 2 đi lên ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Lên
Hình 3.103 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 2 đi lên được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 2 đi lên
Nút nhấn đi xuống ở tầng 2
Hình 3.104 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi xuống tầng 2
Khi tag Đèn tầng 2 đi xuống ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Xuống
Hình 3.105 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 2 đi xuống được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 2 đi xuống
Nút nhấn đi lên ở tầng 3
Hình 3.106 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi lên tầng 3
Khi tag Đèn tầng 3 đi lên ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Lên
Hình 3.107 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 3 đi lên được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 3 đi lên
Nút nhấn đi xuống ở tầng 3
Hình 3.108 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi xuống tầng 3
Khi tag Đèn tầng 3 đi xuống ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Xuống
Hình 3.109 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 3 đi xuống được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 3 đi xuống
Nút nhấn đi xuống ở tầng 4
Hình 3.110 Thiết lập phần hiển thị nút nhấn tầng 4
Khi tag Đèn tầng 4 đi xuống ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Xuống
Hình 3.111 Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 4 được tác động Ở phần Events ta cài đặt khi nhấn nút thì SetBit khi nhả ra thì ResetBit theo tag Nút nhấn tầng 4 đi xuống
Hiển thị số tầng và trạng thái lên xuống bên ngoài cabin
Hình 3.112 Bảng hiển thị tầng và trạng thái lên xuống
Thiết lập phần hiển thị số tầng
Ta dùng I/O field để hiển thị số tầng hiện tại của cabin
Hình 3.113 Thiết lập IO field hiển thị tầng
Phần này được gắn với tag Vị trí thang máy và với kiểu Output
Thiết lập phần hiển thị trạng thái lên xuống
Hình 3.114 Thiết lập IO field hiển thị chiều
Phần này được gắn với tag Mũi tên và khi tag Mũi tên ở mức 0 hoặc 1 thì sẽ hiển thị ra graphic khác nhau trong Graphic list Mũi tên b) Phần công tắc thang máy
Gồm 2 nút ON và OFF
Thiết lập cho nút ON
Hình 3.116 Thiết lập chức năng khi nút ON được tác động Ở phần Events khi nhấn thì Nút On lên 1 và khi nhả ra nút On xuống 0
Thiết lập cho nút OFF
Hình 3.117 Thiết lập chức năng khi nút OFF được tác động Ở phần Events khi nhấn thì Nút OFF lên 1 và khi nhả ra nút OFF xuống 0 c) Phần đèn báo tín hiệu
Gồm có 2 đèn Run và Sự cố
Thiết lập cho đèn Run
Kết quả thực hiện
Màn hình giao diện ban đầu của hệ thống
Hình 4.1 Màn hình đăng nhập vào hệ thống thang máy Đây là giao diện ban đầu trước khi đăng nhập vào hệ thống, yêu cầu người dùng phải có quyền truy cập thì được phép giám sát và điều khiển hệ thống thang máy.
Màn hình chính
Hình 4.2 Giao diện chính của hệ thống Đây là giao diện chính của hệ thống điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng, thực hiện các chức năng giám sát và điều khiển hệ thống.
4.3 Màn hình thông báo sự cố
Hình 4.3 Màn hình chức năng Alarm
Người dùng có thể truy cập vào giao diện này để có thể biết được hệ thống có đang gặp các cảnh báo quá tải hoặc sự cố mất điện hay không.
Hình 4.4 Màn hình Trendview vị trí thang máy
Màn hình trên có chức năng quan sát được vị trí thang máy dưới dạng biểu đồ, đồng thời biết chính xác được thời gian thực.
Hình 4.5 Màn hình Trenview tải trọng thang máy
Màn hình Trendview về tải trọng giúp ta có thể biết được tải trọng lượng người trong thang máy tại từng thời điểm khác nhau là bao nhiêu để dễ dàng kiểm soát được sự cố quá tải của thang.
Hình 4.6 Màn hình Trendview sự cố thang máy
Màn hình này giúp chúng ta biết được tại thời điểm nào đã xảy ra sự cố mất điện của hệ thống thang máy để dễ dàng khắc phục và sữa chữa hệ thống thang máy.