Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thang máy

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi có tính an toàn cao, bởi vì nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng của con người vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

BÙI XUÂN TIẾN

Ứ NG D NG LÝ THUY T ĐI U KHI N VÀO THANG MÁY Ụ Ế Ề Ể

LUẬ N VĂN TH C SĨ K Ạ HOA HỌC

K Ỹ THUẬ ĐIỆN TỬ TIN HỌ T C

Hà Nội, 2011

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205300341000000

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

BÙI XUÂN TIẾN

Ứ NG D NG LÝ THUY T ĐI U KHI N VÀO THANG MÁY Ụ Ế Ề Ể

LUẬ N VĂN TH C SĨ K Ạ HOA HỌC

K Ỹ THUẬ ĐIỆN TỬ TIN HỌ T C

NGƯỜI HƯ Ớ NG D N KHOA H C: Ẫ Ọ

TS.HOÀNG MẠNH THẮNG

Hà Nội, 2011

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo

TS Hoàng Mạnh Thắng Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Để hoàn thành bản luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã được ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không được liệt kê ở phần tài liệu tham khảo

Học viên

Bùi xuân Tiến

Bảng 5 1 Bảng phân công địa chỉ đầu vào , ra……… - 66

3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Hình 2-1 Kết cấu thang máy ……… ……… ….………… 11

Hình 2-2 Cơ cấu nâng……… 12

Hình 2-3 Phanh bảo hiểm kiểu kìm……… ……… 14

Hình 2-4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ v, gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian……… ………… 15

Hình 3-1 Cấu trúc của PLC……… …….………… 21

Hình 3-2 Vòng quét cơ bản ……… …… ………… 22

Hình 3-3 Vòng quét phụ……… ……… 23

Hình 3-4 Các model thông dụng S7 – 200……….………… 25

Hình 3 5 CPU 224……….…… - ……… 26

Hình 3-6 Cổng truyền thông của PLC……….…….……… 27

Hình 3-7 Bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài của PLC S7 – 200……… 29

Hình 4-1 Lưu đồ điều khiển thang máy……… ………… 63

Hình 6-1 Sơ đồ khối của mô hình thang máy 4 tầng……… 82

Hình 6-2: Hình dáng bên ngoài của mô hình thang máy……… 83

Hình 6-3 Hình ảnh biến tần IC5……… ……… 84

Hình 6 - 4 Sơ đồ kết nối biến tần………… 85

4

MỤC LỤC MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan……… 1

.Danh mục các bảng 2

Danh mục các hình vẽ 3

Mục lục……… 4

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU……… 7

1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn ……… 7

1.2 Mục đích của đề tài: ……….……… 7

CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY………… 8

2.1 Tổng quan về thang máy……… 8

2.2 Phân loại thang máy……… 8

2.2.1 Phân loại theo công dụng ……… 8

2.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin……… 9

2.2.3 Đặc diểm của thang máy chở khách……… 10

2.3 Kết cấu cơ bản của thang máy……… 11

2.3.1 Thiết bị lắp trong buồng máy ……… 11

2.3.2 Thiết bị lắp trong giếng thang máy ……… 12

2.3.3.Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy ……… 13

2.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy ……… 13

2.4.1 Phanh hãm điện từ: ……… 13

2.4.2 Phanh bảo hiểm ( phanh dù)……… 13

2.4.3 Cảm biến vị trí……… 14

2.5 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và dộ giật ………

đối với hệ truyền động thang máy… 15 CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC……… 17

3.1 Tổng quan về PLC……… 17

3.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển……… 17

3.1.2 Sơ lược về lịch sử của PLC……… 17

3.1.3 Khái niệm hệ điều khiển logic dùng PLC ……… 18

5

3.1.4 Tính ưu việt của PLC trong các bài toán điều khiển logic và quá trình 20

3.2 Các thành phần và hoạt động của PLC……… 20

3.3 Nguyên tắc làm việc của PLC……… 22

3.3.1 Khái niệm vòng quét……… 22

3.3.2 Chu kỳ quét và các nhân tố ảnh hưởng tới chu kỳ quét 23

3.4 Phân loại PLC……… 25

3.5 Cấu hình cứng của bộ PLC……… 26

3.6 Cấu trúc bộ nhớ S7-200……… 28

3.6.1 Phân chia bộ nhớ……… 28

3.6.2 Vùng nhớ dữ liệu, đối tượng và cách truy cập……… 29

3.6.3 Mở rộng cổng vào ra……… 32

3.6.4 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành ……… 33

3.7 Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình……… 33

3.7.1 Định nghĩa về LAD……… 34

3.7.2 Định nghĩa về STL:……… 34

3.8.Tập lệnh S7-200……… 35

3.8.1 Tập lệnh bit……… 35

3.8.2 TIMER……… 38

3.8.3 Counter……… 39

3.8.4 Lệnh move (di chuyển dữ liệu)……… 40

3.8.5 Lệnh chuyển khối……… 41

3.8.6 Các hàm số học……… 42

3.8.7 Lệnh tăng giảm……… 44

3.8.8 Lệnh so sánh……… 45

3.8.9 Lệnh chuyển đổi dữ liệu………… 46

3.8.10 Lệnh làm việc với bảng……… 47

3.8.11 Lệnh đảo byte, word, doubleword……… 51

3.8.12 Các lệnh dịch, xoay………… 52

3.8.13 Lệnh điều khiển chương trình……… 53

CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY………… 58

4.1 Tối ưu hóa chương trình điều khiển thang máy……… 58

6

4.1.1 Vấn đề tối ưu hóa trong điều khiển thang máy……… 58

4.2 Lý thuyết hàng đợi……… 58

4.1.1 Khái niệm chung……… 58

4.1.2 Các đặc trưng cho hàng đợi……… 59

4.1.3 Các thành phần chính của hệ thống hàng đợi……… 59

4.3 Thuật toán tối ưu điều khiển thang máy……… 62

4.4 Giải thuật điều khiển thang máy……… 63

CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY……… 65

5.1 Quy ước về đầu vào, ra cho PLC……… 65

5.2 Chương trình chính……… 66

5.3 Chương trình con xác định vị trí cabin……… 67

5.4 Chương trình con hiển thị vị trí cabin……… 68

5.5 Chương trình con xử lý phím gọi tầng……… 68

5.6 Chương trình xử lý so sánh vị trí ca bin……… 69

5.7 Chương trình xử lý điều khiển buồng thang……… 72

5.8 Chương trình con xử lý điều khiển đèn chiếu sáng cabin……… 74

5.9 Chương trình con xử lý cảnh báo quá tải……… 75

5.10 Chương trình đóng mở cửa ca bin……… 77

5.11 Chương trình con reset……… 80

5.12 Chương trình con xóa lệnh……… 81

CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG THANG MÁY……… 82

6.1 Sơ đồ khối của mô hình thang máy bốn tầng……… 82

6.2 Lựa chọn động cơ điện……… 83

6.3 Lựa chọn biến tần……… 83

6.4 Lựa chọn các cảm biến……… 85

6.5 Điều chỉnh tốc độ buồng thang……… 85

Kết luận……… 87

Phụ lục……… 88

7

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn

Công nghệ bán dẫn đã có những bước phát triển vượt bậc từ đó làm cho các

hệ thống điều khiển trong công nghiệp, dân dụng cũng có sự phát triển mạnh mẽ Đầu tiên để điều khiển các loại động cơ điện, các hệ thống người ta dùng rơ le để điều khiển Đây là một kỹ thuật điều khiển đáp ứng được những yêu cầu điều khiển đơn giản với số lượng I/O nhỏ Sự phát triển của kỹ thuật đòi hỏi phải giải quyết những bài toán điều khiển phức tạp hơn Một giải pháp đó là kỹ thuật điều khiển không tiếp điểm dùng các linh kiện bán dẫn Tuy nhiên công nghệ ngày càng phát triển đòi hỏi những bộ điều khiển có tính tự động cao hơn, linh động hơn, đòi hỏi phải có khả năng tính toán do vậy kỹ thuật điều khiển cũng theo đó phát triển hơn

Đó là các hệ thống điều khiển dùng PLC, hoặc mạng PLC làm việc độc lập hoặc với

sự giám sát điều khiển của máy tính

Vấn đề đặt ra là vận dụng, ứng dụng các lý thuyết điều khiển đó vào thực tế để điều khiển vận hành một máy, hệ thống nào đó sao cho có hiệu quả Giải quyết được những vấn đề về kỹ thuật và kinh tế phù hợp với điều kiện của nước ta

Thang máy là một thiết bị máy móc khá quen thuộc với chúng ta tuy nhiên hiện nay ngành xây dựng rất phát triển, ngày càng nhiêu ngôi nhà cao tầng mọc lên Chính vì vậy thang máy là không thể thiếu trong các nhà cao tầng

Ngoài những chức năng chính như vận chuyển hành khách, vận chuyển hàng hoá, thang máy còn làm cho toà nhà đó tăng thêm vẻ mỹ quan Hơn nữa việc hoàn thiện những tính năng tự động hoá cao hơn nữa cho thang máy nhằm đảm bảo tính kinh tế, thuận tiện an toàn, nâng cao hiệu suất của thang máy là một việc làm cần thiết

:

Xuất phát thực tế đó nên em lựa chọn đề tài Ứng dụng lý thuyết điều khiển

vào thang máy

1.3 Mục đích của đề tài:

- Tìm hiểu phân tích kết cấu, yêu cầu, trang bị điện của thang máy

- Tìm hiểu, lập trình cho bộ điều khiển PLC

- Vận dụng lý thuyết điều khiển khống chế, điều khiển thang máy chở khách

- Mô phỏng thang máy

8

CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY

2.1 Tổng quan về thang máy

Thang máy là thiết bị nâng vận tải dùng để vận chuyển hàng hoá và người theo phương thẳng đứng Thang máy được lắp đặt trong các nhà cao tầng, trong các khách sạn siêu thị, công sở, bệnh viện

Phụ tải của thang máy thay đổi trong một phạm vi rất rộng, phụ tải thang máy phụ thuộc vào lưu lượng khách đi lại trong một ngày đêm và hướng vận

chuyển hành khách

Đặc điểm của vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển nhỏ tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi có tính an toàn cao, bởi vì nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng của con người vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế lắp đặt vận hành sử dụng và sủa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

Ngoài những tiêu chuẩn về mỹ quan như ca bin đẹp, sang trọng thông thoáng, êm dịu thì cần phải có đầy đủ các thiết bị an toàn như nguồn điện dự phòng, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm phanh bảo hiểm, an toàn ca bin, khoá an toàn cửa cabin, cửa tầng

2.2 Phân loại thang máy

Hiện nay thang máy được thiết kế và chế tạo rất đa dạng và phong phú với nhiều kiểu dáng để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình

Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

2.2.1 Phân loại theo công dụng

Theo TCVN3 thang máy được chia làm 5 loại

- Thang máy chở người

Loại này chuyên dùng để vận chuyển hành khách tại các công sở trường học khu chung cư

Thang máy loại này được điều khiển cả trong và ngoài ca bin

- Thang máy chở người và hàng hoá kèm trong cabin

9

Loại thang máy này được sử dụng trong các siêu thị , các khu trung tâm triển lãm

Thang máy loại này được điều khiển cả trong và ngoài ca bin

- Thang máy chở bệnh nhân

Thường được lắp đặt trong bệnh viện loại này thường phải có kích thước ca bin lớn để có thể chứa được cả cáng, băng ca bác sỹ y tá cùng với các dụng cụ cấp , , cứu đi kèm

Thang máy loại này được điều khiển cả trong và ngoài ca bin

- Thang máy chuyên chở hàng nhưng có người đi kèm

Loại thang máy này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn

Thang máy loại này được điều khiển cả trong và ngoài ca bin

- Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

Loại này dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể.Thang máy loại này chỉ điều khiển ngoài ca bin ( Trước cửa các tầng)

2.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin

- Thang máy dẫn động điện

Loại này ca bin di chuyển lên xuống nhờ động cơ điện thông qua hộp số giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang quấn cáp

- Ngoài ra còn có thang máy dẫn động bằng bánh răng thanh răng chuyên - dùng cho thang máy vận chuyển người ở công trình xây dựng

- Thang máy dẫn động bằng thuỷ lực

Loại này cabin được dẫn động bằng phương pháp đẩy từ dưới lên nhờ xi lanh pitton thuỷ lực Thang máy loại này bị hạn chế về hành trình (tối đa là 18 mét.) Nhưng an toàn, chuyển động êm, kết cấu đơn giản, tiết diện của giếng thang nhỏ

Ngoài một số cách phân loại như trên chúng ta còn một số phương pháp phân loại như

- Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo

- Phân loại theo hệ thống vận hành

- Phân loại theo các thông số cơ bản như tốc độ buồng thang, tải trọng buồng thang

10

Trong luận văn chủ yếu nghiên cứu hệ thống điều khiển cho thang máy chở khách

2.2.3 Đặc diểm của thang máy chở khách

- Thang máy chở khách là phương tiện chở người nên công tác an toàn được đặt lên hàng đầu

- Vận tốc, gia tốc và độ giật của thang máy ảnh hưởng đến tình trạng sức khoẻ tức thời của hành khách ( nếu độ giật, gia tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách như chóng mặt, buồn nôn, sợ hãi) do vậy cần phải điều khiển buồng thang sao cho gia tốc của cabin không vượt quá 2m/sP

2 P

Một đại lượng khác ảnh hưởng đến sự làm việc êm của cabin là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi dừng máy hay chính là độ giật Khi gia tốc đạt yêu cầu 2m/sP

2 P

thì trị số độ giật tối ưu là ρ < 20m/sP

3 P

Quá trình di chuyển của buồng thang được chia thành 5 giai đoạn đó là tăng tốc di chuyển với tốc độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Như vậy nếu dùng hệ truyền động động cơ một chiều, hoặc hệ biến tần động

cơ KĐB thì sẽ đạt được tối ưu các giai đoạn làm việc của buồng thang

- Cần thiết phải khống chế cabin dừng chính xác khi đến sàn tầng Độ lêch tối đa cho phép khi buồng thang dừng phải nhỏ hơn 20mm

- Phải có hệ thống điều khiển cả ở trong và ngoài buồng thang Trong buồng thang có một bàn phím gồm các nút đến tầng đóng mở cửa nhanh, dừng khẩn cấp, báo chuông khi có sự cố Ngoài buồng thang tại các cửa tầng có một hoặc hai nút ấn tuỳ theo từng tầng Tầng thượng chỉ có nút gọi xuống, tầng trệt chỉ có nút gọi lên các tầng còn lại đều có hai nút ấn gọi xuống và gọi lên

Các tín hiệu này tác động vào hệ thống không theo một quy luật nào cả

Do đó một vấn đề đặt ra là: Cần phải có một luật điều khiển sao cho thoả mãn được các yêu cầu công nghệ vừa đáp ứng được tối ưu về quãng đường mà buồng thang phải dịch chuyển

Thời gian phục vụ cũng như năng lượng tiêu tốn đồng thời mọi hành khách cảm thấy thoải mái khi sử dụng thang máy

11

Như vậy một vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể phục vụ đựợc tất cả hành khách một cách tối ưu nhất, có thể nhớ được nhiều tín hiệu gọi cabin và xử lý các tín hiệu này theo một luật tối ưu nhất

2.3 Kết cấu cơ bản của thang máy

Hình 2-1: Kết cấu thang máy

Trang thiết bị chính của thang máy hoặc máy nâng gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển

Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu của tầng 1), trong buồng máy (trên trần của tầng cao nhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng) Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 9-3

Các thiết bị thang máy gồm: 1 động cơ điện; 2 Puli; 3 Cáp treo;

4 Bộ phận hạn chế tốc độ; 5 Buồng thang; 6 Thanh dẫn hướng;

7 Hệ thống đối trọng; 8 Trụ cố định; 9 Puli dẫn hướng; 10 Cáp liên động; 11 Cáp cấp điện; 12 Động cơ đóng, mở cửa buồng thang

2.3.1 Thiết bị lắp trong buồng máy

+ Cơ cấu nâng

12

Trong buồng máy lắp hệ thống tời nâng hạ buồng thang 1(cơ cấu nâng) tạo -

ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng

Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận: bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp), hộp giảm tốc, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động Tất cả các bộ phận trên được lắp trên tấm đế bằng thép Trong thang máy thường dùng hai cơ cấu nâng:

- Cơ cấu nâng có hộp tốc độ (H.2 2 a)

Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ (H.2-2b)

Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao

+ Tủ điện: trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ và rơle trung gian

Hình: 2- 2 Cơ cấu nâng.

a) Cơ cấu nâng có hộp tốc độ; b) Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ

1 Động cơ truyền động; 2 Phanh hãm điện từ; 3 Hộp tốc độ; 4 Bộ phận kéo cáp

13

+ Buồng thang: trong quá trình làm việc, buồng thang 5 (h.2 1) di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng 6 Trên nóc buồng thang có lắp đặt thanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng mở cửa buồn- g thang 12 Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc liên động với sàn của buồng thang và điện thoại liên lạc với bên ngoài trong trường hợp thang mất điện Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm 11

-+ Hệ thống cáp treo 3 là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với buồng thang

và đầu còn lại nối với đối trọng 7 cùng với puli dẫn hướng 9

+ Trong giếng của thang máy còn lắp đặt các bộ cảm biến vị trí dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chế hành trình nâng - hạ của thang máy

2.3.3.Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy

Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc là hệ thống giảm xóc

và giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang và đối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình xuống bị

2.4.2 Phanh bảo hiểm ( phanh dù)

Có nhiệm vụ là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo Về kết cấu và cấu tạo, phanh bảo hiểm có ba loại:

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm (h 2 3) dùng để hãm êm

Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp

14

Hình 2-3: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

1 Thanh dẫn hướng; 2 Gọng kìm; 3 Dây cáp liên động cơ với bộ hạn chế tốc độ

-

4 Tang bánh vít; 5 Nêm Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm 2 trượt dọc theo hai thanh dẫn hướng 1.Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5 gắn

chặt với hệ truyền lực trục vít và tang bánh vít 4 Hệ truyền lực bánh vít trục vít - -

có hai dạng ren: bên phải là ren phải, còn phần bên trái là ren trái Khi tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm 5 ở hai đầu của trục vít ở

vị trí xa nhất so với tang bánh vít 4, làm cho hai gọng kìm 2 trượt bình thường dọc - theo thanh dẫn hướng 1 Trong trường hợp tốc độ của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép, tang bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để kéo dài hai đầu nêm 5 về phía - mình, làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào thanh dẫn hướng, kết quả sẽ hạn chế được tốc độ di chuyển của buồng thang và trong trường hợp bị đứt cáp treo, sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh dẫn hướng

2.4.3 Cảm biến vị trí

Trong máy nâng và thang máy, các bộ cảm biến vị trí dùng để:

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác

- Xác đinh vị trí của buồng thang

Hiện nay, trong sơ đồ khống chế thang máy và máy nâng thường dùng 3 loại cảm biến vị trí :

+ Cảm biến vị trí kiểu cơ khí (công tắc chuyển đổi tầng)

15

+ Cảm ứng vị trí kiểu cảm ứng

+ Cảm biến vị trí kiểu quang điện

2.5 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và dộ giật đối với hệ truyền động thang máy

Hình 2-4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s,

tốc độ v, gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang di chuyển êm Buồng thang di chuyển êm hay không phụ thuộc chủ yếu vào trị số gia tốc của buồng thang khi mở máy và hãm dừng Những tham số chính đăc trưng cho chế đô làm việc của thang máy là: tốc độ di chuyển buồng thang v [m/s], gia tốc a [m/sP

2 P

] và độ dật ρ [m/sP

3 P

]

Trên hình 2-4 biểu diễn các đường cong: quãng đường đi của thang máy s, tốc độ v, gia tốc a và độ dật theo hàm thời gian t Như vậy trị số tốc độ di chuyển buồng thang quyết định năng suất của thang máy, trị số tốc độ có ý ngĩa quan trọng đối với thang máy trong các nhà cao tầng Những thang máy tốc độ cao (v = 3,5m/s) phù hợp với chiều cao nâng lớn, số lần dừng ít Trong trường hợp này thời gian khi tăng tốc và giảm tốc rất nhỏ so với thời gian di chuyển của buồng thang với tốc độ cao, trị số tốc độ trung bình của thang máy gần đạt bằng tốc độ định mức cuả thang máy Mặt khác, trị số tốc độ di chuyển của buồng thang tỉ lệ thuận với giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy thêm v = 0,75m/s giá thành của thang máy tăng lên (4 ÷ 5) lần Bởi vậy tuỳ thuộc vào độ cao của nhà mà thang máy phục

16

vụ để chọn trị số di chuyển của thang máy phù hợp với tốc độ tối ưu, đáp ứng đầy

đủ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật

Trị số tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian tăng tốc và giảm tốc của hệ truyền đông thang máy có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng khi buồng thang di chuyển với gia tốc quá lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, cảm giác sợ hãi và nghẹt thở v.v…) Bởi vậy, trị số gia tốc được chọn tối ưu là a ≤ 2m/sP

2 P

Một đại lượng khác quyết định sự di chuyển

êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm nói cách khác đó là độ giật ρ Khi gia tốc a < 2m/sP

2 P

, trị số độ giật tốc

độ tối ưu là ρ < 20m/sP

3 P

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy với tốc độ cao được biểu diễn trên hình 2-4 Biểu đồ này có thể phân thành 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ di chuyển của buồng thang: tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng Biểu đồ tối ưu sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều hoặc dùng hệ biến tần động cơ xoay chiều.-

Như vậy khi lựa chọn hệ truyền động cho thang máy ta có thể lựa chọn một trong các hệ truyền động chiều hoặc dùng hệ biến tần động cơ xoay chiều.-

Trong luận văn em sử dụng hệ biến tần động cơ xoay chiều cho truyền –

động nâng hạ cabin của thang máy

17

CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 3.1 Tổng quan về PLC

3.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển :

Một hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt

kết quả tốt nhất ở sản phẩm đầu ra thì được gọi là Hệ thống điều khiển

Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

+ Điều khiển nối cứng

+ Điều khiển logic khả trình

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau:

- Khối vào:

Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog)

- Khối xử lý điều khiển –

Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng yêu cầu điều khiển

- Khối ra:

Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển Các tín hiệu này được sử dụng tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra là: động cơ điện, xy lanh, solenoid, van, role…

3.1.2 Sơ lược về lịch sử của PLC :

Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học…Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ điều khiển lập trình PLC

Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968(Công ty General Motor Mỹ), với các chỉ tiêu kỹ -thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển :

+ Dễ lập trình và thay đổi chương trình

18

+ Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa

+ Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất

Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang

Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng :

+ Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông

+ Bộ nhớ lớn hơn

+ Nhiều loại Module chuyên dùng hơn

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực

Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ

Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn

3.1.3 Khái niệm ệ điều khiển logic dùng PLC h

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số

19

Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với các PLC khác hoặc máy tính khác Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong

bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét (scan)

Về bản chất PLC là một hệ vi xử lý được thiết kế tương tự như máy tính số Với ngôn ngữ lập trình riêng phù hợp với người sử dụng, được ứng dụng trong các bài toán điều khiển logic Hạt nhân của hệ là bộ vi xử lý thực hiện các phép tính số học và logic cùng với các thành phần cấu thành hệ như bộ nhớ, các cổng vào / ra PLC thường được đặt tại các máy móc, dây truyền sản xuất kết hợp cùng với các thành phần hệ thống để điều khiển trực tiếp một quá trình công nghệ Do vậy PLC làm việc trong môi trường khắc nghiệt ( nhiệt độ cao, độ ẩm lớn thời gian hoạt động liên tục) và gắn liền với người vận hành thiết bị

Như vậy PLC thường được chế tạo với các chuẩn đặc biệt về độ bền, tính Modull hóa, ngôn ngữ lập trình phù hợp thân thiện hơn với người dùng

Ban đầu PLC chỉ là thiết bị điều khiển các đại lượng logic Tuy nhiên do sự phát triển của các bộ vi xử lý hiện nay PLC có khả năng tính toán, được sử dụng như bộ điều khiển quá trình liên tục và rời rạc

Ngoài chức năng điều khiển PLC còn có khả năng thu nhận dữ liệu, xử lý dữ liệu trong các hệ Scanda và là một nút trong hệ thống điều khiển phân tán Như vậy PLC được coi là thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển

Khi tìm hiểu PLC chúng ta cần tìm hiểu hai phần đó là phần cứng và phần mềm

Phần cứng: Là các thiết bị vật lý cấu thành hệ thống, nguồn, modull, các sen

so, cơ cấu chấp hành… Các thiết bị vật lý được kết nối, đấu lắp với nhau thành cấu hình của hệ thống

Phần mềm bao gồm hệ điều hành và chương trình Hệ điều hành là phần do nhà sản xuất cung cấp đượ cài đặt sẵn trong bộ nhớ Chương trình ứng dụng do c người dùng lập bằng ngôn ngữ lập trình để thực hiện một chương trình điều khiển

20

giữa phần cứng và phần mềm có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Một chương trình ứng dụng được thiết lập trên một cấu hình cụ thể Ngược lại hệ thống chỉ được thực hiện đúng thuật toán điều khiển nếu chương trình đó được thiết kế phù hợp với cấu hình của hệ thống

3.1.4 Tính ưu việt của PLC trong các bài toán điều khiển logic và quá trình

+ Dễ dàng trong việc lập trình và lập trình lại Cho phép nhanh chóng thay đổi chương trình điều khiển

Trong các hệ thống điều khiển có tiếp điểm và không tiếp điểm nếu thay đổi thuật toán điều khiển, chúng ta cần phải thay đổi toàn bộ cấu hình hệ thống tức là chúng ta phải đấu lắp, nối dây lại Nói cách khác là phải thay đổi cấu trúc hệ thống

+ Có nhiều modull chức năng cho phép thực hiện các điều khiển phức tạp

+ Có khả năng truyền thông cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ

+ Đơn giản trong bảo dưỡng và sửa chữa

+ Làm việc tin cậy lâu dài trong môi trường công nghệp

+ Cấu trúc nhỏ gọn và giá thành ngày càng thấp

+ Có thể tiến hành mô phỏng khi khảo sát và thiết kế hệ thống

3.2 Các thành phần và hoạt động của PLC

Thành phần cơ bản của PLC gồm có:

- Khối xử lý trung tâm CPU (central processing unit)

- Các module vào / ra

- Module nguồn power supply unit

- Thiết bị lập trình programming device

Có thể trình bày cấu trúc tổng thể của một PLC theo sơ đồ như hình 3.1

Chương trình được soạn thảo trong thiết bị lập trình và được nạp vào bộ nhớ của PLC Các moldul vào / ra là các cổng ghép nối với thiết bị bên ngoài

Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi thích ứng giữa nguồn tín hiệu và PLC, giữa PLC và nguồn tín hiệu cung cấp cho các cơ cấu chấp hành

21

Hình 3-1 Cấu trúc của PLC

Thực tế có hai loại các cổng vào / ra

Loại được gắn cố định cổng vào ra được gắn cố định trên CPU không thay đổi , được vị trí Thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ Ưu điểm của chúng là giá thành hạ Muốn tăng thêm số lượng cổng vào ra cần phải thêm modul mở rộng tương ứng

Ngoài ra có thêm loại được modul hóa theo tiêu chuẩn Loại này có thể tháo lắp một cách dễ dàng trên khe cắm (Slot) và rãnh (rack) Cấu trúc kiểu này người ta

có thể lắp các khối nguồn, khối vào ra, khối mở rộng, ….(bảng mạch Bus) và trao đổi thông tin với nhau

Khối nguồn cung cấp nguồn một chiều cho các khối được lắp đặt trong bảng mạch Bus Công suất khối nguồn tùy thuộc vào cấu hình hệ thống

Khối CPU là bộ não của PLC hạt nhân là bộ vi xử lý 8bit, 16 bit… quyết định tính chất và khả năng của PLC như tốc độ xử lý Khả năng quản lý vào ra, đưa ra các quyết định và trao đổi thông tin với bên ngoài

Thiết bị lập trình được sử dụng để soạn thảo chương trình, nạp vào bộ nhớ của

PLC Ngoài ra thiết bị lập trình còn thực hiện trao đổi thông tin, giám sát hệ thống

22

Thiết bị lập trình có thể là bộ lập trình cầm tay, máy tính cá nhân có phầm mềm lập trình, thiết bị lập trình chuyên dụng

3.3 Nguyên tắc làm việc của PLC

PLC làm việc dựa trên nguyên tắc quét vòng (Scan) Trong một vòng quét chia làm

ba giai đoạn cơ bản được gọi là vòng quét cơ bản Có thể trình bày như hình 3.2

3.3.1 Khái niệm vòng quét

Ở trạng thái hoạt động PLC đọc trạng thái đầu vào thiết lập ảnh trạng thái đầu ra trên cơ sở thực hiện chương trình Quá trình đó lặp đi lặp lại liên tục Quá trình đó được gọi là vòng quét

dữ liệu thực hiện chương trình (PLC đọc một lượt 8 bít đầu vào)

Gai đoạn hai: Thực hiện chương trình Từ những dữ liệu có được từ ảnh đầu vào PLC sẽ thực hiện xử lý dữ liệu trong bộ nhớ Đưa ra những quyết định điều khiển được lưu trong bộ nhớ để phục vụ vòng quét sau hoặc gửi đến modul ra

Vòng Quét

23

Giai đoạn ba: Gửi tín hiệu ra

Ở giai đoạn này PLC gửi dữ liệu đã được xử lý (Các quyết định điều khiển) tới vùng ảnh đầu ra Ở đây dữ liệu ra được chuyển thành tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành ở cổng ra

Khi một vòng quét được hoàn thành vòng quét tiếp theo được thực hiện Quá trình thực hiện một cách liên tục

Quá trình đọc tín hiệu vào, gửi tín hiệu ra được gọi là quá trình quét vào/ ra

Thời gian thực hiện một vòng quét được gọi là chu kỳ quét

Ngoài ra còn có vòng quét phụ trong một vòng quét cơ bản

b) Vòng quét phụ

Hình 3-3: Vòng quét phụ

Khi PLC ở trạng thái đang làm việc ngoài những tín hiệu tác động cơ bản còn

có một số tín hiệu tác động vào chương trình như các chương trình ngắt, Chuyển đổi song song nối tiếp của các hệ thống phân tán, Xử lý truyền thông thời gian đọc ghi vào ra v v Lúc này các chương trình khác bị dừng lại để PLC thực hiện chương trình ngắt hoặc các chương trình khác

3.3.2 Chu kỳ quét và các nhân tố ảnh hưởng tới chu kỳ quét

Vòng Quét

Start

Gửi tín hiệu ra

Thực hiện chương trình

Đọc tín hiệu vào

24

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị hạn chế là phải trong giai đoạn thực hiện chương trình Ví

dụ : Nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm ngừng việc truyền thông và kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu báo ngắt xuất hiện trong vòng quét Để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong hai giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I và giai đoạn chuyển dữ liệu từ Q tới cổng ra do hệ điều hành CPU quản lý Ngoài ra ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống

sẽ cho dừng mọi công việc khác (cả chương trình xử lý ngắt) để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian các vòng quét là khác nhau, có vòng quét thực hiện lâu,có vòng quét thực hiện nhanh, tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, khối lượng dữ liệu được truyền thông, trong vòng quét đó Thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gian thực của chương trình càng cao

Như vậy bài toán điều khiển PLC chỉ được chấp nhận khi chu kỳ quét của PLC

đủ nhỏ so với hằng số thời an của hệ điều khiển.gi

Vòng quét đầu tiên cần phải được quan tâm khi tìm hiểu quét vòng của PLC

Do ở vòng quét đầu tiên các dữ liệu chưa sẵn sàng hệ thống đang ở chế độ khởi tạo Nếu quá trình khởi tạo của hệ thống không ảnh hưởng gì đến hệ thống thì có thể bỏ qua Nhưng một số chương trình bị ảnh hưởng thì nhất thiết phải quan tâm đến vòng

25

quét đầu tiên PLC có cờ trạng thái báo vòng quét đầu tiên (First scan flag) Người

sử dung có thể dùng cờ trạng thái này để thực hiện khởi tạo và tiến hành thiết lập

các điều kiện ban đầu cho hệ thống

ra Có thể chia làm ba loại loại nhỏ, loại vừa , loại lớn

Loại nhỏ có dung lượng bộ nhớ tới 2KB, số lượng I/O quản lý được là 128 Được ứng dụng trong các bài toán nhỏ cần ít đầu vào ra

Loại vừa có dung lương bộ nhớ tới 32KB quản lý đến 20408 đầu vào/ra Có khả năng xử lý thông tin và điều khiển quá trình

PLC cỡ lớn có thể quản lý tới 16000 đầu vào /ra và dung lương bộ nhớ có thể đến 2MB PLC loại này có thể điều khiển quá trình hay có thể điều khiển cả một phân xưởng một nhà máy

Thang máy là thiết bị có số lượng vào ra không nhiều lắm do vậy trong đề tài

em sử dung PLC loại nhỏ của hãng Siemen là S7 – 200

Hình 3-4 Các model thông dụng S7 – 200CPU 21x: 210; 212; 214; 215 2DP; 216.-CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM

26

3.5 Cấu hình phần cứng của bộ PLC

Các thành phần của một PLC thường có các modul phần cứng sau:

1 Modul nguồn Có thể tích hợp cùng với CPU

2 Modul đơn vị xử lý trung tâm CPU

3 Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu

4 Modul đầu vào

5 Modul đầu ra

6 Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)

7 Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)

PLC -200 tS7 huộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây là loại PLC hỗn hợp vừa đơn khối vừa đa khối Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản (CPU) sau đó có thể ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải Có các module mở rộng tiêu chuẩn Những module ngoài này bao gồm những đơn vị chức năng mà có thể tổ hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể

CPU của PLC S7 200 (CPU - 224) như hình 3.5

Hình 3 5 CPU 224 -

a Các đèn trạng thái:

-• Đèn Ix.x màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

-• Đèn Qx.x màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra- số

b Port truyền thông nối tiếp:

RS 485 protocol, 9 chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp

Tốc độ truyền nhận dữ liệu theo kiểu PPI ở tốc độ chuẩn là 9600 baud - Tốc độ truyền nhận dữ liệu theo kiểu Freeport là 300 ÷ 38400 baud.-

Cấu trúc cổng truyền thông như sau:

Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off

28

Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng để download chương trình người dùng

d Vít chỉnh định tương tự:

Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 270°, dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình

e Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:

Sử dụng tụ vạn năng và pin Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ pin

Bảng 3.1: Mã số và các thông số về điện áp nguồn và I/O của các loại CPU

3.6 Cấu trúc bộ nhớ S7-200:

3.6.1 Phân chia bộ nhớ:

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có số chỉ đọc,

số còn lại có thể đọc/ghi được

• Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh

chương trình Vùng này thuộc kiểu non valatie đọc/ghi được

-• Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm cũng

giống như vùng chương trình, vùng này thuộc kiểu (non valatile) đọc/ghi được

-29

• Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết

quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông

• Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra

tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

Vùng này không thuộc kiểu non valatile nhưng đọc/ghi được

-Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

Hình 3-7 Bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài của PLC S7 – 200 3.6.2 Vùng nhớ dữ liệu, đối tượng và cách truy cập:

Vùng nhớ dữ liệu là vùng nhớ động, nó có thể truy cập theo từng bit, byte,

từ đơn (worrd), từ kép (double word) và cũng có thể truy nhập được với mảng dữ liệu Được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình

như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của Counter hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của counter, Timer, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi AC (Accumulator)

30

Bảng 3.2 Giới hạn của các vùng nhớ tương ứng với từng CPU

Vùng nhớ dữ liệu và đối tượng được chia ra nhiều miền nhớ nhỏ với những

ứng dụng khác nhau Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu của tên tiếng Anh Thông số, chức năng, giới hạn của các vùng nhớ tương ứng với từng CPU

Địa chỉ truy nhập được quy ước với công thức:

• Truy nhập theo bit:

- Viết: tên miền (+) địa chỉ byte (+).(+) chỉ số bit (từ 0÷7)

- Đọc: ngược lại, ví dụ: V12.7_bit 7 của byte 12 trong vùng nhớ V

M8.2_bit 2 của byte 8 trong vùng nhớ M

• Truy nhập theo byte:

- Viết: tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền

- Đọc: ngược lại, ví dụ: VB32_byte 32 trong vùng nhớ V

• truy nhập theo Word (từ đơn):

- Viết: tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền

- Đọc: ngược lại, ví dụ: VW180_Word 180 trong vùng nhớ V, từ này gồm có 2 byte 180 và 181

31

Truy nhập theo double Word (từ kép):

- Viết: tên miền (+) D (+)địa chỉ byte cao của từ cao trong miền

- Đọc: ngược lại, ví dụ: VD8_double Word 8 trong vùng nhớ V, từ kép này bao gồm 4 byte 8, 9, 10, 11

Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập bằng con trỏ Con trỏ quy định trong vùng nhớ V, L hoặc các thanh ghi AC1, AC2, AC3 Mỗi con trỏ

gồm 4 byte, dùng lệnh MOVD Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau:

• Truy nhập con trỏ địa chỉ:

U

& địa chỉ byte (cao) Ulà toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ đang chỉ vào Ví dụ:

- AC1=&VB10, thanh ghi AC1 chứa địa chỉ của byte 10 thuộc vùng nhớ V

- VD100=&VW110, từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB110) của từ đơn VW110

- AC2=&VD150, thanh ghi AC2 chứa địa chỉ của byte cao (VB150) của từ kép VD150

• Truy nhập con trỏ dữ liệu:

*Con trỏ dữ liệu là toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ đang chỉ vào Ví dụ như đối phép gán địa chỉ trên thì:

- *AC1 = VB10, lấy nội dung của byte VB10

- *VD100 = VW110, lấy nội dung của từ đơn VW110

- *AC1 = VD150, lấy nội dung của từ kép VD150

Phép gán địa chỉ và sử dụng con trỏ như trên cũng có tác dụng với những thanh ghi 16 bit của Timer, bộ đếm thuộc vùng đối tượng hay các vùng nhớ I, Q, V,

M, AI, AQ, SM

32

Giao tiếp với mạng công nghiệp:

• Nếu là mạng PPI thì chỉ cần đầu nối và nối trực tiếp vào Port truyền thông của CPU

• Nếu là mạng Profibus DP phải có thêm modul EM 277 -

• Nếu là mạng Ethernet hoặc internet phải có thêm modul CP 243-1/ CP 243 1IT

-• Nếu là mạng AS I phải có thêm modul CP 243- -2

• Ngoài ra còn có thêm TD200 (Text Display) dùng để hiển thị và thông báo bằng text, có thể điều chỉnh trực tiếp giá trị của biến trong chương trình người dùng, đóng vai trò như một panel vận hành

TP070 loại này là Touch panel, được thiết kế đặc biệt cho S7 200, có chức năng như HMI (Human Mechanical Interface)

-Chú ý: Gói phần mềm STEP 7 Micro/Win32 V3.x cũng được chia ra nhiều modul Modul chính dùng để thực hiện những chức năng cơ bản, một số modul chuyên dụng như: USS hay Modbus, S7-200 Toolbox: TP_Desinger cho OP 070 (để cấu hình cho TO 070), Microcomputing limited, ActiveX components để hỗ trợ việc truyền thông giữa PC với PLC qua các ngôn lập trình khác S7-200 OPC server for random OPC clients cũng sủ dụng cho việc truy xuất dữ liệu với S7-200

3.6.3 Mở rộng cổng vào ra:

Số module mở rộng tuỳ thuộc vào từng loại CPU, số module tương ứng với từng loại CPU được trình bày theo bảng 3.2 Cách mắc nối các module mở rộng được mắc nối tiếp (theo một móc xích) về phía bên phải của module CPU

33

Các module số hoặc tương tự đều chiếm chỗ trên bộ đệm vào/ra tương ứng với đầu vào/ra của module Ví dụ về cách khai báo địa chỉ trên các module mở rộng:

3.6.4 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành:

S7-200 có hai loại cơ bản:

- AC/DC/RLY điện áp nguồn cung cấp từ 85 ÷ 264VAC, tần số 47 ÷ 63 Hz;

Điện áp vào: có nguồn cung cấp điện áp chuẩn cho sensor là 24VDC

Điện áp ra: loại này sử dụng nguồn điện ngoài, có thể là DC hoặc AC nhưng không vượt quá 220V Nếu sử dụng đối với những thiết bị tiêu thụ có công suất bé khoảng chừng vài Woat thì có thể lấy trực tiếp nguồn của cảm biến

- DC/DC/DC_Nguồn nuôi 24VDC

Nguồn nuôi cảm biến 24VDC

Đầu ra Transitor hở colector nguồn cung cấp 24VDC

3.7 Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình:

Lập trình cho S7 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp cơ bản:

Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD)

Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD)

Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List _ STL)

Chương này sẽ giới thiệu các thành phần cơ bản của ba phương pháp và cách

sử dụng chúng trong lập trình

Nếu chương trình được viết theo ngôn ngữ LAD (hoặc FBD) thì có thể chưyển sang ngôn ngữ STL hay FBD (hoặc LAD) tương ứng Nhưng không phải bất cứ

Bảng 3.3 Ghép n i CPU 224XP v i module mở r ng ố ớ ộ

34

chương trình viết theo STL nào cũng chuyển sang ngôn ngữ LAD hay FBD được

Bộ tập lênh STL được trình bày trong giáo án này đều có một chức năng như các tiếp điểm, cuộn dây, các hộp (trong LAD) hay IC số trong FBD

Những lệnh này phải phối hợp được trạng thái các tiếp điểm để quyết định về giá trị trạng thái đầu ra hoặc giá trị logic cho phép hoặc không cho phép thực chức năng của một (hay nhiều) cuộn dây hoặc hộp Trong lập trình lôgic thường hay sử dụng hai ngôn ngữ LAD và STL vì nó gần gũi hơn đối với chuyên ngành điện Sau đây là những định nghĩa cần phải nắm khi bắt tay vào thiết kế một chương trình: 3.7.1 Định nghĩa về LAD:

LAD là ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa Nhữnh thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle

+ Tiếp điểm có hai loại: Thường đóng

Thường hở + Cuộn dây (coil):

+ Hộp (box): Mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có tín hiệu đưa đến hộp Có các nhóm hộp sau: hộp các bộ định thời, hộp các bộ đếm, hộp di chuyển dữ liệu, hộp các hàm toán học, hộp trong truyền thông mạng

+ Mạng LAD: Là mạch nối các phần tử thành một mạng hoàn thiện, các phần

tử như cuộn dây hoặc các hộp phải được mắc đúng chiều Nguồn điện có hai đường chính, một đường bên trái thể hiện dây nóng, một đường bên phải là dây trung tính (neutral) nhưng không được thể hiện trên giao diện lập trình Một mạch làm việc được khi các phần tử được mắc đúng chiều và kín mạch

3.7.2 Định nghĩa về STL:

Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Để tạo

ra một chương trình bằng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit trong ngăn xếp (stack) logic của S7 200

Ngăn xếp là một khối 9 bit chồng lên nhau từ S0÷S8, nhưng tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và S1) của ngăn xếp giá trị logic mới có thể được gởi hoặc nối thêm vào ngăn xếp Hai bit S0 và S1 phối hợp với nhau thì ngăn xếp được kéo lên một bit

Ngăn xếp của S7 200 (logic stack):

35

S0 Stack0 bit đầu tiên của ngăn xếp

S1 Stack1 bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Stack2 bit thứ ba của ngăn xếp

S3 Stack3 bit thứ tư của ngăn xếp

S4 Stack4 bit thứ năm của ngăn xếp

S5 Stack5 bit thứ sáu của ngăn xếp

S6 Stack6 bit thứ bảy của ngăn xếp

S7 Stack7 bit thứ tám của ngăn xếp

S8 Stack8 bit thứ chín của ngăn xếp

Bảng 3 Ngăn xếp của S7-4 - 200 3.8.Tập lệnh S7-200:

Tập lệnh của S7 200 được chia làm 3 nhóm:

-1 Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị

logic của bit đầu tiên trong ngăn xếp (gọi là nhóm lệnh không điều kiện)

2 Các lệnh chỉ thực hiện khi bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị bằng 1 (gọi là nhóm lệnh có điều kiện)

3 Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh (gọi là nhóm lệnh điều khiển chương trình) Các ngôn ngữ sử dụng chữ I (Immediately) để chỉ ý nghĩa tức thời.

36

Lệnh OUTPUT

Dạng STL: (=) bit lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp

vào bit được chỉ định trong lệnh

n: IB, QB, MB, VB, SMB, SB, LB, AC, Constant, ∗VD, ∗AC,∗ LD

Khi gặp lệnh S nếu các bit có giá trị 1 thì các giá trị của bit chỉ được về 0 khi gặp lệnh R

Lệnh RS và SR:

Lệnh RS

Ngõ vào: S1,R : Kiểu Bool (I,Q,M,T,C,V,S,SM,L) Ngõ ra : OUT : Kiểu Bool (I,Q,M,T,C,V,S,SM,L) Cấu trúc: S1 R OUT

0 0 giữ nguyên trạng thái

0 1 0

1 0 1

1 1 1

Lệnh SR

37

Ngõ vào: S1,R : Kiểu Bool (I,Q,M,T,C,V,S,SM,L) Ngõ ra : OUT : Kiểu Bool (I,Q,M,T,C,V,S,SM,L) Cấu trúc: S R1 OUT

0 0 giữ nguyên trạng thái

0 1 0

1 0 1

1 1 0 Ngoài ra S7-200 còn có một số lệnh cho phép tạo lập các mạch logic không

có nhớ để biểu diễn trong STL Ở dạng Lad thì lệnh này được thể hiện trong cấu trúc mạch mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm

Lệnh AND : A; AND NOT: AN

Lệnh OR : O; OR NOT: ON

Lệnh AND LOAD: ALD

Lệnh tổ hợp giá trị đầu tiên và giá trị của bit thứ hai trong ngăn xếp bằng phép tính ^ Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp Giá trị còn lại được kéo lên 1 bit

Lệnh kéo ngăn xếp lên 1 bit theo nguyên tắc bit sau đè lên bit trước

Một số lệnh dùng để phát hiện trạng thái của sườn xung đưa vào ngăn xếp đó

là các lệnh EU lệnh phát hiện sườn lên, ED lệnh phát hiện sườn xuống, lệnh NOT đảo giá trị bit của ngăn xếp

Để khởi tạo sự hoạt động của chương trình hoặc tạo các xung nhịp với chu

kỳ nào đó, hoặc là các cờ (flag) báo trạng thái chúng ta có một số bit đặc biệt trong vùng nhớ đặc biệt SM đó là

SM0.4 bít có giá trị 1 với chu kỳ 1 phút

SM0.4 bít có giá trị 1 với chu kỳ 1 giây.v.v

3.8.2 TIMER

TON: Delay On

TOF: Delay Off

TONR: Delay On có nhớ

Trong S7_200 có 256 Timer, ký hiệu từ T0-T255

Các số hiệu Timer và độ phân giải của timer trong S7_200 như sau:

Bảng 3-5 Số hiệu timer và độ phân giải của timer trong S7_200

Chú ý: Không thể cùng một lúc sử dụng cả 2 bộ TON và TOF cho cùng 1 địa chỉ

a TON

IN: BOOL: Cho phép timer

PT: Int: Giá trị đặt cho timer (VW, IW, QW, MW,

SW, SMW, LW, AIW, T, C, AC, Constant, *VD,

*LD, *AC) Txxx: Số hiệu Timer

b TOF

IN: BOOL: Cho phép timer

PT: Int: Giá trị đặt cho timer (VW, IW,

QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C,

AC, Constant, *VD, *LD, *AC) Txxx: Số hiệuTimer