thiết kế và dựng mô hình thang máy sử dụng biến tần - động cơ kđb

Hình 1.5.4.1:Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang Đáp ứng của thang sau lệnh gọi: Nếu buồng thang đang ở một vị trí nào đó khác với tầng mà hành khách vừa gọi, thang sẽ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN THANG MÁY

1.1 Lịch Sử Phát Triển Của Thang Máy:

Từ thời xa xưa qua thời Trung cổ và cho đến thế kỷ thứ 13, sức mạnh

của người và vật là nguồn lực chính cho các thiết bị nâng Vào năm 1850,

những chiếc thang máy thủy lực và hơi nước đã được giới thiệu, nhưng

năm 1852 là năm mà một sự kiện quan trọng diễn ra: phát minh thang

máy an toàn đầu tiên trên thế giới của Elisa Graves Otis

Hình 1.1:Thiết bị nâng thời trung cổ

Vào năm 1873 hơn 2000 chiếc thang máy đã được trang bị cho các

cao ốc, văn phòng khách sạn, cửa hàng tổng hợp trên khắp nước Mỹ và 5

năm sau đó, chiếc thang thủy lực đầu tiên của Otis được lắp đặt Kỷ

nguyên của những tòa nhà chọc trời đã theo sau đó và vào năm 1889 lần

đầu tiên Otis chế tạo thành công động cơ bánh răng truyền động trực tiếp

đầu tiên

Năm 1903, Otis đã giới thiệu một thiết kế mà về sau đã trở thành nền

tảng cho nghành công nghiệp thang máy: thang máy dùng động cơ điện

không hộp số, mang đầy tính công nghệ, được thử thách để cùng tồn tại

với bản thân cao ốc Nó đã mở ra một thời kỳ mới cho kết cấu nhà cao

tầng

Những cải tiến của Otis trong điều khiển tự động đã có hệ thống

kiểm soát tín hiệu, hệ thống kiểm soát hoạt động cao điểm, hệ thống điều

khiển tự động và cơ chế phân vùng Otis đi đầu trong việc phát triển công

nghệ điện toán và công ty đã làm một cuộc cách mạng trong công nghệ

điều khiển tự động thang máy,đưa ra những cải tiến quan trọng đáp ứng

các cuộc gọi và các điều kiện vận hành thang

1.2. Khái Niệm Chung về Thang Máy:

- Thang máy là thiết bị vận tải chuyên dùng để chở người và hàng

hóa theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15º so với

phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn Những loại thang máy

hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động, hệ thống khống chế

phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn Tất cả các

thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng máy Buồng máy

thường bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy

- Thang máy được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, bệnh

viện, công sở Ngoài tính tiện nghi khi sử dụng, thang máy còn làm tăng

thêm tính mỹ quan cho công trình

- Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm

ngặt, do nó có liên quan trực tiếp với tính mạng và tài sản của người sử

dụng Do đó yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, lắp đặt, vận

hành và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về

kỹ thuật an toàn đã được qui định, phải đầy đủ các thiết bị bảo vệ, thiết bị

an toàn, đảm bảo độ tin cậy như bộ bảo hiểm, công tắc hạn chế trên, hạn

chế dưới, điện chiếu sáng khi mất điện

Hình 1.2 :Thang máy tải khách

1.3 Phân Loại Thang Máy:

Thang máy được phân thành 5 loại [tài liệu 1].

1.3.1 Phân loại theo chức năng:

- Thang máy chuyên chở người

- Thang máy chuyên chở hàng nhưng có người đi kèm

- Thang máy chuyên chở người nhưng có hàng đi kèm

- Thang máy bệnh viện

- Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

1.3.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin:

- Thang máy dẫn động điện

- Thang máy thủy lực

- Thang máy khí nén.

1.3.3 Phân loại theo hệ thống điều khiển:

- Điều khiển bằng rơ le

- Điều khiển bằng PLC

- Điều khiển bằng máy tính

1.3.4 Phân loại theo trọng tải:

- Thang máy loại nhỏ Q < 500 kg

- Thang máy trung bình Q = 500 1000 kg

- Thang máy loại lớn Q > 1000 kg

1.3.5 Phân loại theo tốc độ di chuyển cuả cabin:

- Thang máy chạy chậm v < 1m/s

- Thang máy tốc độ trung bình v = (1 2,5) m/s

- Thang máy tốc độ lớn v > 4 m/s

1.4. Cấu Tạo Chung Của Thang Máy.

1.4.1 Cấu tạo chung.

Thang máy có nhiều loại khác nhau, nhưng nhìn chung gồm có các

bộ phận chính như hình 1.4.1

- Cabin (4) trong đó có chứa người hoặc hàng hóa Cabin chuyển động

trên cáp dẫn hướng thẳng đứng (5) nhờ có các bộ guốc trượt (9) lắp vào

cabin Cáp nâng (10) trên đó có treo cabin được treo vào tang hoặc vắt

qua puli dẫn cáp của bộ tời nâng (1) Trọng lượng thang máy và trọng

lượng vật nâng được cân bằng bởi đối trọng (7) treo trên các dây cáp đi ra

từ puli dẫn cáp hoặc từ tang Buồng thang máy và đối trọng khi di chuyển

sẽ trượt trên thanh ray dẫn hướng nhờ các guốc trượt

- Để an toàn, cabin được lắp trong giếng thang (6) Phần trên của giếng

thang thường được lắp buồng máy (11) Trong buồng thang có lắp bộ tời

và khí cụ điều khiển chính (tủ phân phối, bộ hạn chế tốc độ …) Phần

dưới của giếng thang (hố giếng thang) có bố trí các bộ giảm chấn cabin và

giảm chấn đối trọng (8) Ở phần trên cùng và dưới cùng của giếng thang

có lắp các bộ hạn chế hành trình làm việc của giếng thang

- Để tránh trường hợp thang bị rơi khi cáp bị đứt, do gặp sự cố mất

điện hoặc do cơ cấu nâng bị hỏng, trên cabin có lắp bộ bảo hiểm

(governor) như hình 1.4.1.4 Trong trường hợp này, thiết bị kẹp của nó sẽ

kẹp vào các dẫn hướng và giữ chặt cabin Bộ hãm bảo hiểm thường được

dẫn động từ một cáp phụ (3), cáp này vắt qua puli của bộ hạn chế tốc độ

kiểu li tâm (2) Khi tốc độ buồng thang cao hơn tốc độ giới hạn cho phép

thì bộ hạn chế tốc độ sẽ phanh puli và làm dừng cáp

1 Tời nâng

2 Bộ hạn chế tốc độkiểu ly tâm

3 Cáp phụ

4 Cabin

5 Cáp dẫn hướngthẳng đứng

6 Giếng thang

7 Đối trọng

8.Giảm chấn đốitrọng

9 Guốc trượt

10 Cáp nâng

11 Buồng máy

Hình 1.4.1:Cấu tạo chung của thang máy.

Hình 1.4.1.1 :Một số dạng cabin của thang máy

Hình 1.4.1.2 : Biên dạng guốc trượt kiểu lăn của hãng MITSUBISHI

Bộ điều khiển

Guốc trượt kiểu con lăn Bộ kích

Bộ đogia tốc

Dòngđiệnđiềukhiể

Rãnhtrượt trênthanh ray

Hình 1.4.1.3 : Biên dạng guốc kiểu trượt của hãng NINGBO XINGDA

cơ khí)

Hình 1.4.1.5:Bộ tời thang máy

1.4.2 Một số sơ đồ thang máy thường gặp:

1.4.2.1. Thang máy có puli dẫn hướng

(hình 1.4.2.1): Có lắp thêm puli phụ (2) để

dẫn hướng cáp đối trọng Sơ đồ này thường

được dùng khi kích thước cabin lớn, cáp

đối trọng không thể dẫn hướng từ puli dẫn

cáp (hoặc tang) một cách trực tiếp xuống

dưới

Hình 1.4.2.1

1.4.2.2. Thang máy có sự bố trí bộ tời bên

dưới có bộ tời (1) được bố trí ở phần bên

hông hoặc phần dưới của đáy giếng (hình

1.4.2.2)nhờ đó có thể làm giảm tiếng ồn

của thang máy khi làm việc Dùng sơ đồ

này sẽ làm tăng tải trọng tác dụng lên giếng

thang, cũng như tăng chiều dài và số điểm

uốn của cáp nâng, dẫn đến tăng độ mòn của

cáp nâng Kiểu bố trí bộ tời như thế này chỉ

sử dụng trong trường hợp đặc biệt khi mà

buồng máy không thể bố trí được phía trên

giếng thang và khi có yêu cầu cao về giảm

độ ồn khi thang máy làm việc

Hình 1.4.2.2

1.4.2.3. Thang máy kiểu đẩy :cáp nâng (1)

tên đó có treo cabin (2), được uốn qua các

puli (6) lắp tên khung cabin, sau đó đi qua

puli phía trên (3) đến puli dẫn cáp (5) dẫn

cáp (5) của bộ tời nâng Trọng lượng của

cabin và một phần vật nâng được cân bằng

bởi đối trọng(4) Các dây cáp của đối trọng

uốn qua puli dẫn hướng phụ (hình 1.4.2.3)

Hình 1.4.2.3

1.5 Nguyên Lý Hoạt Động và cách sử dụng thang máy

Thang máy hoạt động theo các nguyên tắc sau :

1.5.1 Reset buồng thang khi đóng nguồn: Dù cho buồng thang đang

ở bất kỳ vị trí hoặc trạng thái nào, thì khi đóng nguồn đều được reset và

đưa về tầng trệt (tầng thấp nhất)

1.5.2 Nguyên tắc di chuyển lên xuống, đóng và mở cửa :

- Buồng thang chỉ hoạt động khi cửa đã hoàn toàn đóng

- Cửa chỉ mở khi buồng thang dừng đúng tầng

- Cửa sẽ tự động mở hoặc đóng sau khi nhận được các yêu cầu

- Cửa buồng thang sẽ ở chế độ mở thường trực khi thang không hoạt

động

1.5.3 Nguyên tắc đến tầng: Để xác định vị trí hiện tại của thang nhờ

cảm biến ở mỗi cửa tầng Khi buồng thang ở tầng nào thì cảm biến nhận

tín hiệu ở tầng đó và đưa về điều khiển

1.5.4 Sử dụng thang máy:

1.5.4.1. Gọi thang máy từ bên ngoài buồng thang ở các tầng (hình

1.5.4.1)

 Gọi thang: ở mỗi tầng mà thang phục vụ, gần ngay cửa tầng

đều có bảng điều khiển (Hall Call Panell), còn gọi là hộp Button tầng mục

đích phục vụ cho việc gọi thang bao gồm:

-Hai nút ấn: Một nút để gọi cho thang đi lên , một nút để gọi

thang đi xuống Riêng ở tầng dưới cùng chỉ có một nút là đi lên và tầng

trên cùng là đi xuống

- Đèn báo tầng và báo chiều cho biết vị trí và chiều hoạt động

hiện của cabin thang máy Khi muốn gọi thang, hành khách chỉ cần ấn vào

nút gọi tầng theo chiều muốn đi, tín hiệu đèn sẽ sáng lên, đèn báo hiệu hệ

thống đã ghi nhận lệnh gọi

Hình 1.5.4.1:Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang

Đáp ứng của thang sau lệnh gọi: Nếu buồng thang đang ở một

vị trí nào đó khác với tầng mà hành khách vừa gọi, thang sẽ di chuyển đến

tầng đó theo thứ tự ưu tiên như sau :

- Nếu thang di chuyển cùng chiều với lệnh gọi thang và di chuyển

ngang qua tầng mà hành khách khách đang đứng gọi, thì khi đến tầng

được gọi, thang sẽ dừng lại và đón khách

- Nếu thang đang di chuyển theo chiều ngược với chiều hành khách

muốn đi, hoặc cùng chiều nhưng không đi ngang qua, thì sau khi đáp ứng

hết các nhu cầu của chiều đó, thang sẽ quay trở lại đón khách

- Nếu buồng thang đang ở ngay tại tầng mà hành khách vừa gọi,

buồng thang sẽ mở cửa đón khách

Báo vị tríthang

Báochiềuthang

Bảng điềukhiển

1.5.4.2 Gọi thang từ bên trong buồng thang: Trong buồng thang có

bảng điều khiển phục vụ cho việc đi thang của khách (Car Operating

Panel) còn gọi là hộp Button Car như hình 1.5.4.2 Bao gồm các nút có

chức năng sau :

 Các nút mang số : Đại diện cho các tầng mà thang phục

vụ

 Nút (DO – Door Open): Dùng để mở cửa (chỉ có tác dụng

khi thang dừng tại tầng)

 Nút (DC – Door Close): Dùng để đóng cửa (chỉ có tác dụng

khi thang dừng tại tầng)

Nút Interphone hoặc Alarm : Dùng để liên lạc với bên ngoài

khi thang gặp các sự cố về điện, hoặc đứt cáp treo

Công tắc E.Stop (Emergency Stop) (nếu có): Để dừng thang khẩn

cấp khi có sự cố xảy ra

Hình 1.5.4.2:Bảng điều khiển bên trong thang máy

Khi đã vào bên trong buồng thang, muốn đến tầng nào, khách ấn nút

chỉ định tầng đó, thang máy sẽ lập tức di chuyển và tuần tự dừng tại các

tầng mà nó đi qua Cửa buồng thang và cửa tầng được thiết kế đóng mở tự

động Khi buồng thang di chuyển đến một tầng nào đó, sau khi ngừng

hẳn, cửa buồng thang và cửa tầng sẽ tự động mở để khách có thể ra (vào)

buồng thang, sau vài giây cửa sẽ tự động đóng lại

Sau đó thang máy sẽ thực hiện lệnh tiếp theo Nếu không muốn chờ

hết khoảng thời gian cửa đóng lại, khách có thể ấn nút DC để đóng cửa

buồng thang Trong trường hợp khẩn cấp muốn dừng thang, khách có thể

ấn nút E.Stop (nếu có) trên bảng điều khiển trong buồng thang Khi có sự

cố mất điện, khách ấn vào nút Interphone hoặc Alarm để yêu cầu giúp đỡ

từ bên ngoài

1.6 Các Yêu Cầu An Toàn Trong lắp đặt và sử dụng Thang Máy:

1.6.1 Yêu cầu về mặt an toàn :

Đòi hỏi người thiết kế thang máy phải giải quyết chính xác và triệt để các

yêu cầu về kỹ thuật này :

-Các yêu cầu về an toàn ,đây là những yêu cầu rất quan trọng ví dụ như

thang máy chỉ được phép vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đó đóng hay khi

thang máy quá tải thì không vận hành ,Các công tắc giới hạn trên cùng và

dưới cùng được đảm bảo, bảo đảm an toàn khi đứt dây, trượt cáp hoặc mất

điện , Các công tắc an toàn và vận hành trong buồng thang hoạt động tốt

-Các yêu cầu về điều khiển vị trí cabin : khi dừng thang máy đòi hỏi phải

dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng đúng tại

sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất

-Các yêu cầu về điều khiển gia tốc và vận tốc ,phải đảm bảo sinh lý cho

hành khách đi trên thang máy Người điều khiển phải điều chỉnh tốt tốc độ ,gia

tốc của thang máy sao cho không gây nên tâm lý hoảng loạn ,thiếu tin cậy ở

khách hàng

1.6.2. Yêu cầu về kĩ thuật lắp đặt :

1.6.2.1 Vị trí buồng máy : Vị trí buồng máy có thể đặt bên trên hoặc

bên dưới đường hầm tùy theo yêu cầu và diện tích cho phép của buồng

máy

1.6.2.2 Thanh ray dẫn hướng : Trong khi chuyển động ,buồng thang

và đối trọng sẽ trượt dọc trên thanh ray dẫn hướng Ray dẫn hướng đảm

bảo cho cabin và đối trọng luôn nằm và chuyển động theo đúng vị trí đã

được thiết kế trong giếng thang, không cho chúng dịch chuyển theo

phương ngang trong quá trình dịch chuyển Ray dẫn hướng được lắp đặt ở

hai bên cabin và đối trọng với độ chính xác theo yêu cầu cần thiết (đòi hỏi

độ chính xác về độ thẳng đứng của ray, khoảng cách các đầu ray…)

1.6.2.3 Công tắc hành trình: Để đảm bảo an toàn cho người sử

dụng và các thiết bị trong mạch điều khiển, người ta bố trí các thiết bị bảo

vệ liên động, các tiếp điểm hành trình để đảm bảo cho thang máy dừng

chính xác, không vượt khỏi phạm vi giới hạn (các loại công tắc hạn chế

hành trình trên, hạn chế hành trình dưới, công tắc chuyển đổi tầng, công

tắc đến tầng…)

1.6.2.4 Cáp nâng cabin và đối trọng: Phải đảm bảo chịu lực

nâng và lực ma sát với puli theo đúng tiêu chuẩn an toàn cho phép trong

lắp đặt thang máy Có thể dùng cáp thép hoặc cáp thép có phủ nhựa bên

ngoài để kéo cabin thang máy

Cáp thép phủ nhựa có sự linh hoạt và khả năng kéo tải tốt hơn so

với loại cáp thép thông thường.(Hình 1.7.2.4)

- Đối với loại cáp thép truyền thống, sự hao mòn gây ra là bởi nhiều

yếu tố, đó là ảnh hưởng của sự mài mòn của các sợi cáp khi chúng bị chèn

vào bên trong và bị kéo ra khỏi rãnh kéo, do có sự bám bụi trên sợi cáp

nên càng làm tăng thêm sự mài mòn sợi cáp, giảm thời gian sử dụng của

cáp rất đáng kể

- Đối với loại cáp thép phủ nhựa, nhờ có lớp nhựa nên nó bám chặt

bánh đà, tạo nên sự ma sát thích hợp, không có sự mài mòn nào gây ra

thêm giữa các rãnh, các sợi cáp thép được phủ nhựa nên tránh được bụi

bám, nhờ đó tránh bị hao mòn Tuy nhiên sự giảm khả năng chịu lực của

dây thép theo thời gian sử dụng vẫn xảy ra, nhưng ta có thể biết trước

được sự giảm tuổi thọ của cáp nhờ vào tính toán và do nhà sản xuất cung

cấp

Lớp phủ nhựa bên ngoài

Hình 1.7.2.4: Cáp thép phủ nhựa của hãng OTS 1.6.2.5 Hệ thống phanh bảo hiểm :

Buồng thang còn được trang bị thêm các bộ phận phanh bảo vệ

phòng khi cáp treo bị đứt, bị mất điện, khi tốc độ buồng thang vượt quá

20%  40% tốc độ định mức, phanh sẽ tác động

 Thường có 3 loại phanh:

Phanh kiểu nêm

Phanh kiểu lệch tâm

Phanh bảo hiểm kiểu kìm

Trong đó, phanh bảo hiểm kiểu kiềm(hình 1.7.2.5) được sử dụng

rộng rãi hơn cả, nó bảo đảm cho buồng thang dừng tốt hơn so với các

loại phanh khác Phanh bảo hiểm thường được đặt phía dưới buồng

thang, có gọng kìm trượt theo thanh dẫn hướng

Lõi dây cáp bằng thép

Hình 1.7.2.5: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

1.6.2.6 Bộ giảm chấn(Hình1.7.2.6.1&Hình 1.7.2.6.2): Dưới đáy

giếng có bố trí thêm các bộ giảm chấn nhằm tránh hiện tượng va đập quá

mạnh khi công tắc hạn chế hành trình không tác động, hoặc khi thang bị

đứt cáp treo…, dùng để chống sốc hoặc va chạm mạnh gây ảnh hưởng đến

an toàn cho hành khách đang sử dụng thang máy, đồng thời tránh hư hỏng

cho cabin và đối trọng thang máy

Hình 1.7.2.6.1:Giảm chấn thuỷ lực Hình 1.7.2.6.2:Giảm chấn lò xo

Hình 1.7.2.6.3:Vị trí lắp đặt hệ thống giảm chấn trong giếng thang

Chuyển động của buồng thang phải êm, không gây sốc, gây cảm giác

khó chịu cho hành khách Phải dừng chính xác đến tầng để không gây

nguy hiểm và trở ngại cho hành khách khi ra vào buồng thang

1.6.2.7 Hệ thống cảm biến cửa(Hình 1.7.2.7): Hệ thống cảm

biến cửa là mạng lưới tia hồng ngoại bao phủ ngay vị trí cửa ra vào cabin,

điều khiển hoạt động của cửa nhằm bảo vệ an toàn cho hành khách và

hàng hóa khi ra vào buồng thang.Ngoài ra nó còn làm giảm sự hư hỏng

của thang trong trường hợp di vận chuyển vật nặng hoặc di chuyển ra vào

chậm Tăng cường khả năng tin cậy của hệ thống

- Đặc tính: Hệ thống cảm biến cửa sử dụng thiết bị thu và phát tia

hồng ngoại tạo ra một mạng lưới cắt ngang khung cửa, hệ thống quét liên

tục để phát hiện bất cứ tia hồng ngoại nào bị gián đoạn, nếu có, hệ thống

tải

sẽ mở cửa ngay lập tức và không gây va chạm cho hành khách (hoặc hàng

hóa) với cửa

Hình 1.7.2.7:Mô hình hệ thống cảm biến cửa 1.6.2.8 Hệ thống tự động bảo vệ bằng điện (Automatic

Rescue Divide) (hình 1.7.2.8):

Khi thang máy có sự cố hoặc gặp lỗi không mong muốn, hành khách

có thể bị mắc kẹt bên trong buồn thang Khi đó thiết bị bảo vệ tự động sẽ

tác động ngay lập tức, nó được cấp nguồn từ nguồn điện dự trữ (hệ thống

acqui,…), buồng thang khi đó sẽ được điều khiển đưa đến tầng gần nhất

và hệ thống cửa sẽ được tự động mở ra

Lĩnh vực ứng dụng: Bộ ARD được dùng vận hành cho trường hợp

khẩn cấp cần bảo vệ tự động cho thang máy, được kết nối với hộp số

thang máy (dùng nguồn 3 pha AC), cùng các bộ phanh (dùng nguồn DC)

Tuỳ theo yêu cầu, hệ thống truyền động mở cửa có thể vận hành bằng

dòng điện AC hoặc DC

Mạnglưới tia hồngngoại

Buồng

CửaCửaKhu vực tác

Hành KháchLối vào

- Nguyên lý hoạt động: Bộ ARD tự

hoạt động khi thang máy bị mất điện, khi

đó nó sẽ điều khiển tay quay của hộp số

đưa cabin thang máy về đến tầng gần

nhất và tự động mở cửa buồng thang

Hình 1.7.2.8:Tủ điện ARD

Nguồn ắcqui

tự cấp

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC (SIEMENS )

2.1 Giới Thiệu Về Thiết Bị Điều Khiển Khả Trình.

2.1.1 Giới thiệu tổng quan:

- Hệ thống điều khiển công nghiệp được tạo ra từ một nhóm bao gồm

các thiết bị điện và điện tử, nó mang đến sự chính xác, hiện đại và tránh

được các hư hại trong sản xuất Hệ thống điều khiển bao gồm nhiều dạng

khác nhau, khác từ nguồn năng lượng sử dụng, cách thức vận hành cho

đến máy móc thiết bị

- Khi thời đại công nghiệp bắt đầu, đặc biệt vào những năm 60-70,

những bộ tiếp điểm rơle được dùng để tự động vận hành các máy móc

thiết bị, kèm theo đó là việc sử dụng dây điện để kết nối chúng với nhau

trong bảng điều khiển

- Có những bảng điện điều khiển to bằng cả vách tường Khi đó,

muốn tìm ra được lỗi xảy ra trong hệ thống sẽ gây mất rất nhiều thời gian,

đặc biệt là với những hệ thống công nghiệp mang tính phức tạp Đồng

thời, tuổi thọ của các bộ tiếp điểm rơle là có giới hạn nên nó cần phải

được thay thế Khi đó, toàn bộ máy móc phải tạm dừng và kể cả toàn hệ

thống sản xuất

- Đôi khi, bảng điện điều khiển không còn đủ khoảng trống để có thể

thay đổi hoặc lắp đặt thêm nhằm mục đích nâng cấp yêu cầu sử dụng, vì

nó chỉ dùng cho một mục đích nên không dễ thích nghi với yêu cầu của

một hệ thống mới Bên cạnh đó, người thợ điện khi thực hiện công việc

bảo trì cũng đòi hỏi có những kỹ năng tay nghề cao mới có thể tìm ra

được lỗi một cách tương đối nhanh chóng

Do đó tính linh hoạt của bảng điện điều khiển truyền thống là không

cao

+ Tốn khá nhiều công sức cho việc kết nối dây điện

+ Khó khăn cho việc thay thề và sửa chữa

+ Khó xác định lỗi nhanh chóng, muốn vậy đòi hỏi người thợ phải có

kỹ năng tay nghề cao

+ Khi có sự cố về điện xảy ra, cần phải tạm ngưng sản xuất để xác

định lỗi và tiến hành sửa chữa

Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một thiết bị máy công

nghiệp… người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (relay,

timer, contactor ) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ

thống điện điều khiển.Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa

chữa, bảo trì do đó giá thành cao Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một

hoạt động nào đó hay thay đổi công nghệ mới

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn điều khiển

cho một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi

công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt…Từ đó hệ thống

điều khiển có thể lập trình được PLC (Progammable Logic Controller) ra

đời để giải quyết vấn đề trên

Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay

(Progammable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969.

Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản

thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển Trong quá

trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra một tiêu chuẩn mới

cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là dạng lập trình biểu đồ hình thang Trong

những năm đầu thập niên 70, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng

vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ

liệu cập nhật” (Data manipulation) Do sự phát triển của loại màn hình

dùng cho máy tính (Cathod Ray Tube: CTR), nên việc giao tiếp giữa

người điều khiển lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn

Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với hệ thống PLC

riêng lẻ Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan)

nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những hệ thống phức tạp,

số lượng cổng vào/ra lớn hơn

Một PLC có đầy đủ các chức năng như:bộ đếm, bộ định thời, các

thanh ghi (Register) và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển

phức tạp khác nhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương

trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu

để điều khiển ngõ ra

khiển, chỉ cần lập trình mới thay cho chương trinh cũ

Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càngthông dụng Để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản

xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ

để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng

Để đánh giá một bộ PLC người tư dựa vào hai tiêu chuẩn chính:

• Dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó

• Các chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữlập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra

Với PLC, việc giải quyết các bài toán tự động hoá khác nhau nhưng

không biến đổi gì về cơ cấu ngoài việc thay đổi chương trình điều khiển

sao cho phù hợp PLC có khả năng tuyệt đối về khả năng linh động, mềm

dẻo và hiệu quả về giải quyết các bài toán cao hơn so với các kỹ thuật cổ

điển

Mỗi phần tử, hoặc thiết bị của một hệ thống điều khiển công nghiệp

bất chấp kích thước của nó là nhỏ hay lớn đều có vai trò hết sức quan

trọng trong quá trình điều khiển Chẳng hạn như, nếu không các thiết bị

cảm biến, bộ PLC sẽ không biết chính xác cái gì đang xảy ra trong quá

trình

Trong hệ thống tự động hóa, bộ điều khiển PLC là phần tử trung tâm

của cả hệ thống điều khiển Bằng việc thực hiện các chương trình đã

được lưu trữ trong bộ nhớ, PLC còn liên tục theo dõi trạng thái của cả

hệ thống thông qua các tín hiệu được đưa vào Dựa vào các thuật toán

logic được thực hiện bên trong chương trình, PLC sẽ xác định những

hoạt động nào cần thiết đưa ra cung cấp cho các thiết bị

Nếu muốn các hoạt động phức tạp cao cấp hơn, cần có nhiều bộ

PLC kết nối với máy tính trung tâm

2.1.2 Các ứng dụng chính của PLC.

Simatic S7- 200 cung cấp hầu hết các giải pháp khác nhau cho các hệ

thống thống tự động hóa như:

• Kỹ thuật sản xuất (Production engineering)

• Công nghiệp ô tô (Automobile industry)

• Điều khiển máy chuyên dụng trong xây dựng (Specializedmachine construction).

• Xử lý nhựa (Processing of plastics)

• Công nghiệp đóng gói (Packing industry)

• Thức ăn và nước uống công nghiệp (Food and drink industry)

• Xử lý công nghiệp (Processing engineering)

2.1.3 Giá vận hành thấp:

Card nhớ vi nhỏ (MMC - Micro Memory Card) làm nhiệm vụ

lưu trữ dữ liệu và chương trình khi bị mất nguồn MMC này có thể hiệu

chỉnh hoàn thành một dự án (project) bao gồm các biểu tượng và chú

thích để cho việc quản lý dể dàng hơn

MMC này có thể cập nhật chương trình dễ dàng, nó cho phép

truy cập đọc và ghi trong quá trình thực hiện chương trình Chính vì vậy

mà việc đo các giá trị lưu trữ hay xử lý chúng được thực hiện dễ dàng

hơn

2.1.4 Giao tiếp đa chức năng: (MPI – Multi-point Interface).

Giao tiếp đa chức năng là giải pháp rẻ nhất cho truyền thông

thiết bị và lập trình máy tính (PC) Hệ thống giao diện với người máy

HMI (Human Machine Interface) và một vài chương trình điều khiển

khác của S7/C7/WinAC Có tổng cộng 125 trạm MPI có thể kết nối

đường truyền với tốc độ 187,5 kbit/s

2.2 PLC S7-200:

PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ vi xử lý chuyên

dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động tổ hợp các thiết bị điện hoặc các

quá trình sản xuất trong công nghiệp

 Ưu điểm :

Lập trình mềm dẻo

Phối ghép đơn giản thuận tiện giữa hệ thống điều khiển và hệ thống động lực

Với dòng PLC S7 - 200, SIEMEN có các họ CPU cơ bản sau:

 + Họ 21x: 212, 214, 216, 218 Với họ CPU này do có nhiều nhược

điểm không còn phù hợp với các hệ thống điều khiển hiện đại nên đã ít

được sử dụng

 + Họ 22x: 222, 224, 226, 228 Đây là dòng CPU được sử dụng rất nhiều

hiện nay vì tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ trợ truyền thông

mạnh, có cấp bảo vệ chịu được môi trường công nghiệp như rung, bụi,

các nhiễu từ trường…

2.3.CẤU TẠO CHÍNH CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC.

Hình 2.3:Mô hình một bộ điều khiển lập trình PLC

2.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit):

- Đơn vị xử lý trung tâm được xem như là não của bộ điều khiển

PLC Thông thường, đơn vị xử lý trung tâm là một loại vi điều khiển,

Máy tính dùng

để lập trình

Kết nối ngõ vào

Nguồ n

CP

U

Kết nối ngõ ra

như vi điều khiển 8051 có 8 bit và ngày nay chúng lên đến 16 bit hay 32

bit.(hình 2.3.1.1)

- Đơn vị xử lý trung tâm chú trọng phần truyền thông giữa các bộ

phận của bộ điều khiển PLC với nhau như việc lập trình, quản lý bộ

nhớ, quan sát trạng thái ngõ vào và ngõ ra Đơn vị xử lý trung tâm

thường thực hiện việc kiểm tra vùng nhớ của bộ điều khiển PLC để bảo

đảm rằng bộ nhớ không bị lỗi, không bị hỏng, nhờ đó mà các lỗi nếu có

sẽ sớm được phát hiện

Hình 2.3.1.1:Bộ xử lí trung tâm CPU Nguyên lý vận hành của một đơn vị xử lý trung tâm CPU được

mô tả như sau:

- Các thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên

tuần tự vì đã được điều khiển và kiểm sóat bằng bộ đếm chương trình

do đơn vị xử lý trung tâm khống chế Bộ xử lý liên kết các tín hiệu

riêng lẻ lại với nhau và từ đó cho ra kết quả điều khiển tại ngõ ra Sự

thao tác tuần tự của chương trình tạo nên một khoảng thời gian trễ gọi

là thời gian quét, vì tính tuần tự của nó nên ta có thể gọi l chu kỳ quét,

chu kỳ quét này phụ thuộc vào chương trình (số lượng ngõ vào, ngõ ra,

và những thông tin yêu cầu khác) Chính đơn vị xử lý trung tâm quyết

CPU (Bộ xử lí trungtâm)

định thời gian quét, chức năng và khả năng của một bộ PLC.(Hình

- Vùng nhớ được PLC sử dụng cho một quá trình điều khiển công

nghiệp Người ta thường sử dụng bộ nhớ EPROM với việc lập trình cần

được thực hiện trên máy lập trình còn khi muốn xóa bỏ dữ liệu cần

chiếu tia tử ngoại vào, hoặc dữ liệu cũng có thể được xóa bằng năng

lượng điện Nếu muốn phát triển thêm các ứng dụng khác của chương

trình điều khiển ta chỉ cần thực hiện lập trình lại cho bộ điều khiển

thông qua sợi cáp kết nối.(Hình 2.3.2.1)

- Bộ nhớ thường được chia thành các khối với những chức năng đặc

biệt khác nhau Một số vùng của bộ nhớ dùng cho việc lưu trữ trạng thái

ngõ vào và ngõ ra Trạng thái của một ngõ vào được lưu trữ dưới dạng

bit nhớ đặc biệt, thường là ‘1’ hoặc ‘0’ Bit nhớ của mỗi trạng thái vào

hoặc ra cũng sẽ có trạng thái tương tự

- Những phần khác của bộ nhớ được dùng cho việc lưu trữ các nội

dung có giá trị cần thiết cho việc lập trình, ví dụ như gái trị rơle thời

gian, giá trị counter… được lưu trữ trong phần này Thế mạnh của bộ

điều khiển lập trình PLC đó là có bộ nhớ có thể thay đổi một cách

nhanh chóng

- Tụ điện đặc biệt: được gọi l tụ điện đặc biệt do nó có khả năng tích

trữ năng lượng trong một thời gian dài, giúp lưu trữ dữ liệu trong RAM

khi không có điện Loại RAM thông thường có thời gian lưu dữ liệu đến

50 giờ, cũng có thể lên đến 72 giờ (Hình 2.3.2.1)

- RAM (Random Access Memory): RAM được sử dụng như 1 vùng

nhớ tạm thời Vùng nhớ của RAM không ổn định, các dữ liệu lưu trên

nó sẽ bị mất đi khi bị mất điện Do đó, thường có 1 nguồn dự trữ để đề

phòng trường hợp RAM bị mất điện trong 1 thời gian dài

- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Nó được

thiết kế sao cho dữ liệu có thể được đọc dễ dàng, nhưng khó có thể thay

Hình 2.3.2.1:Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ PLC

Vùng nhớ lựa chọncủa EFPROM EFROM

RAM

Tụ điện

Đặc biệt

đổi Để thay đổi dữ liệu của EPROM cần có phương pháp đặc biệt Đối

với UVEPROM, dữ liệu có thể được thay đổi bằng cách chiếu tia cực

tím (Ultraviolet Light) vào Nhưng đối với EPROM thông dụng thì có

thể dùng điện để xóa dữ liệu

- Firmware: Là một phần mềm đặc biệt để đưa dữ liệu vào

EPROM Do đó EPROM có thể được xem như một bộ phận của phần

cứng của PLC, nó cho phép PLC sử dụng các chức năng cơ bản của nó

Hình 2.3.2.2:Hình dạng tiêu biểu của EPROM và RAM

2.3.4 Nguồn điện cung cấp:

- Điện cấp vào được dùng cho đơn vị xử lý trung tâm CPU, đa số các

bộ điều khiển PLC sử dụng nguồn điện 24 VDC hoặc 220 VAC

- Người sử dụng cần nắm rõ số lượng đầu vào và đầu ra để bảo đảm

thiết bị được cấp điện một cách chính xác Mỗi modul khác nhau thì khả

năng sử dụng điện khác nhau Nguồn điện cung cấp này không được

dùng để khởi động cho các thiết bị kết nối phía bên ngòai tại ngõ vào,

hoặc ngõ ra Người sử dụng phải cấp điện cho các thiết bị tại đầu vào

hoặc đầu ra phải được tiến hành một cách riêng biệt Có như vậy mới

bảo đảm được rằng những ảnh hưởng của các thiết bị máy móc dùng

trong cơng nghiệp không gây hư hại cho bộ điều khiển PLC Đối với

một số bộ điều khiển PLC loại nhỏ, chúng cấp nguồn cho các thiết bị

Hình dạng tiêu biểucủa EFROM và RAM

kết nối tại ngõ vào bằng điện áp được lấy từ một nguồn nhỏ đã được

tích hợp vào bộ điều khiển PLC.(Hình 2.3.4)

Hình 2.3.4 :Nguồn 24VDC lấy từ PLC

2.3.5 Module ngõ vào:

- Làm nhiệm vụ khối ghép, chuyển đổi tín hiệu đầu vào thành tín

hiệu số (digital) bên trong PLC Kết quả của việc xử lý được lưu trữ

trong vùng nhớ của ngõ vào

- Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch bên trong PLC

nhờ các diode quang và photo diode (thường gặp l diode 4N28) do đó

mọi hư hỏng ở mạch đầu vào đều không ảnh hưởng đến hoạt động của

PLC (Hình 2.3.5.1)

- Các thiết bị đầu vào có thể là nút nhấn, công tắc, công tắc hành

trình, tiếp điểm (thường mở, thường đóng), các bộ cảm biến…Ký hiệu:

Hình 2.3.5.1 Giao diện tại ngõ vào PLC

Diotquang

PhototranzitoNg

I0.0 là ngõ vào thứ 1, I0.1 là ngõ vào thứ 2… Một bộ PLC có thể có

nhiều ngõ vào.(Hình 2.3.5.2)

- Ngõ vào cũng có thể được điều khiển bằng trạng thái của các yêu

cầu cụ thể của một chương trình điều khiển (Hình 2.3.5.3 và 2.3.5.4)

Hình 2.3.5.2 Mô hình kết nối tại ngõ vào

Ngõ vào kết nối với cácThiết bị ngoại vi

Côngtắc

Nútnhấn

Hình 2.3.5.3 Điều khiển bơm chất lỏng dùng PLC

Thiết bị

đo

Mực nướcTrongbồn

Trong các sơ đồ trên, tín hiệu của các thiết bị (thiết bị đo mực nước,

cảm biến xung, bàn cân khối lượng) đều được kết nối với tín hiệu ngõ

vào của bộ PLC

2.3.6 Module ngõ ra:

- Lm nhiệm vụ biến đổi các mức logic bên trong PLC thành các tín

hiệu điều khiển đưa ra bên ngoài Tương tự như tại ngõ vào, ngõ ra của

PLC cũng được cách ly về điện đối với các thiết bị bên ngoài bằng

diode quang và photo transitor.(Hình 2.3.6.1)

Hình 2.3.5.4 Hệ thống chọn lựa sản phẩm dùng

Cảm biếnXung

Bàn Cân Khối

lượng

- Ngõ ra của PLC được gọi là ngõ ra kỹ thuật số, nó kết nối với các

thiết bị cần điều khiển như van điện từ, cuộn dây công tắc tơ (bộ khởi

động từ), bóng đèn…(Hình 2.3.6.2 và hình 2.3.6.3)

- Ký hiệu tại mỗi ngõ ra của PLC la Q0.0, Q0.1, Q0.2 …

Hình 2.3.6.1 Giao diện ngõ ra PLC

- Số lượng ngõ vào và ngõ ra của mỗi bộ PLC là có giới hạn, nhưng

ta có thể tăng số lượng của chúng lên nhờ bộ PLC có module mở rộng,

tức là ta có thể ghép nối giữa các bộ PLC với nhau

Hình 2.3.6.2 Mô hình kết nối tại ngõ ra

Hình 2.3.6.3 Sơ đồ kết nối ngõ ra

2.4 Lập trình cho bộ điều khiển PLC:

Cách thông dụng nhất để lập trình cho bộ điều khiển PLC làthông qua máy tính đã được cài đặt phần mềm lập trình, tuy nhiên cũng

có thể tiến hành lập trình bằng tay Ngày nay, việc sử dụng máy tính

cho việc lập trình và tái lập trình cho những bộ PLC dùng trong các nhà

máy rất phổ biến, nó giữ vai trị rất quan trọng trong công nghiệp

Đối với PLC S7-200, SIEMEN đã xây dựng một phần mềm

để có thể lập trình cho họ PLC loại này Phần mềm này có tên là

STEP7- MicroWIN4.0

Ngoài việc phục vụ lập trình cho PLC S7-200, phần mềmnày còn có rất nhiều các tính năng khác như các công cụ gỡ rối, kiểm

tra lỗi, hỗ trợ nhiều cách lập trình với các ngôn ngữ khác nhau…

Phần mềm này cũng đã được xây dựng một phần trợ giúp(Help) có thể nói là rất đầy đủ, chi tiết và tiện dụng Người dùng có thể

tra cứu các vấn đề về PLC S7-200 một cách rất nhanh chóng, rõ ràng và

dễ hiểu

2.5 Ngoài Những Bộ phận Chính Nói Trên, Bộ Điều Khiển Lập

Trình PLC Cũng Có Thêm Một Số Bộ Phận Phụ Sau:

- Cáp nối (PC/PPI): Dùng để kết nối giao diện máy tính với giao

diện bộ PLC Trên cáp, có công tắc DIP cho phép chọn lựa tốc độ

truyền thông tin thích hợp giữa máy tính và bộ PLC.(Hình 2.5.1)

- Việc kiểm tra trạng thái của chương trình lập trình PLC không cần

thiết phải lấp các thiết bị điều khiển tại đầu vào, ta có thể tiến hành

Hình2.5.1:Sơ đồ cáp nối máy tính với bộ PLC

Côngtắc

kiểm tra bằng bộ công tắc thay thế cho các tiếp điểm trên thực tế Bộ

công tắc này sẽ cung cấp mức logic 0/1 cho bộ PLC.(Hình 2.5.2)

- Ngồi việc dùng máy tính để lập trình cho bộ PLC, ta cũng có thể

tiến hành lập trình hoặc thay đổi chương trình của bộ PLC bằng một số

thiết bị cầm tay.(Hình2.5.3)

- Lắp đặt: Để lắp đặt PLC lên bảng điện, ta có thể dùng thanh ray

DIN hoặc bắt vít trực tiếp lên bảng điện.(Hình2.5.4)

Hình 2.5.2:Bộ công tắc kiểm tra chương trình lập trình

Bộ Công tắc kiểmtra

Cáp lập

Hình2.5.3:Bộ lập trình cầm tay TD200 cho PLC S7-200

TD 200