báo cáo đồ án môn học điều khiển hệ thống điện công nghiệp thiết kế hệ thống điện cho thang cuốn tự động

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊNHọ và tên sinh viên thực hiện: Phan Minh Trí & Võ Trần Chí Lớp:191421 Chuyên ngành: CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬNội dung: Báo cáo môn học Đồ án Điều khiển hệ thống đi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO THANG CUỐN TỰ ĐỘNG

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

Họ và tên sinh viên thực hiện: Phan Minh Trí & Võ Trần Chí Lớp:191421

Chuyên ngành: CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Nội dung: Báo cáo môn học Đồ án Điều khiển hệ thống điện công nghiệp

GV hướng dẫn và đánh giá: TS.Trần Quang Thọ

Nhiệm vụ của đồ án :Nhiệm vụ của đồ án mà nhóm lựa chọn đó là thiết kế

hệ thống điện cho thang cuốn tự động với:

Tải trọng tối đa 1000kg (16 người) Thông số thang cuốn: Rộng 1,4m.

Sử dụng các cảm biến phát hiện an toàn và báo cháy chửa cháy tự động.

NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng 12 năm 2022 GIẢNG VIÊN ĐÁNH GIÁĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022

o0o 1

TS.Trần Quang Thọ

2

3.2) Lưu đồ thực hiện trong PLC 9

3.3) Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu điện bên ngoài 9

3.4) Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H 10

3.5) Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PLC Status Indicators) 11

3.6) Định địa chỉ bộ nhớ các đầu vào ra (I/O ALLOCATION - IR BIT) 12

3.7) Các vùng nhớ trong CP1L/1H 16

3.8) Bước đầu với lập trình (Programming) 18

3.8.1) Các chế độ làm việc của PLC 18

3.8.2) Ví dụ về một mạch tự giữ (self-holding) 18

3.8.3) Lập trình bằng SƠ ĐỒ BẬC THANG (LADDER DIAGRAM) 19

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN THANG CUỐN TỰ ĐỘNG 21

4.1) Phương án thiết kế thang cuốn 21

4.2) Tính toán lực đỡ của xà gồ, dầm đỡ (support beam) 23

4.3) Tính toán công suất tải trên trục của động cơ 24

4.4) Tính toán công suất động cơ 25

4.5) Mô phỏng động cơ trên Matlab/Simulink 26

4.6) Thiết bị đóng cắt 27

4.7) Quy trình chọn và cài đặt biến tần 28

3

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG PLC MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA THANG

5.1) Lưu đồ thuật toán 30

5.2) Sơ đồ bậc thang của mô hình mô phỏng thang cuốn 32

5.3) Giao diện điều khiển hệ thống điện thang cuốn 36

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN 37

CHƯƠNG VII: TÀI LIỆU THAM KHẢO

4

CHƯƠNG I: LỜI NÓI ĐẦU1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay với sự phát triên mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số ngày càng tăng và nhằm đô thị hóa ở các thành phố lớn Bên cạnh đó dân số của các đô thị ngày càng tăng dần đên mật độ dân số ngày càng tăng cao Do đó vấn đề nhà ở và các nơi làm việc được đặt ra một nhu cầu chủ yếu phục vụ cho cuộc sống cũng như các hoạt động xã hội Như vậy các nhà cao tầng sẽ được mọc lên đế có thể đáp ứng được nhu cầu này Đi đôi với việc xây dựng các tòa nhà cao tầng tại các thành phố và trung tâm công nghiệp thì vấn đề chở người và vận chuyển hàng là một việc hêt sức quan tâm.

Đối với một số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển chở người, hàng hóa từ thấp lên cao là lại là một công việc lớn quyết định đến năng suất lao động, điều đó hết sức quan trọng trong thời buổi hiện nay Vì vậy vấn đề đặt ra là thiết kế một thiết bị có khả năng chở người cũng như chở hàng để phục vụ cuộc sống là rất cân thiết và một trong những thiết bị đáp ứng được yêu cầu đó chính là thang cuốn Truyền động điện là công đoạn cuôi cùng của một công nghệ sản xuất Trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong vięc nâng cao sản xuất và chất lượng sản phẩm Ngày nay với sự tiên bộ của công nghiệp điện tử công suất và tin học, các hệ truyên động cũng ngày càng phát triên và có nhiêu thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những công nghệ trên Cụ thể là không những các hệ truyên động đáp ứng tộc độ nhanh, độ chính xác cao mà còn có giá thảnh thấp hơn nhiêu thê hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việc đáp ứng những kết quả nghiên cứu kỹ thuật vào thực tế sản xuất Vấn đề thang máy cũng yêu cầu có một công nghệ phù hợp với những yêu cầu được đặt ra

Sau khi nghiên cứu và học tập môn “Điều khiển hệ thống điện công nghiệp”nhóm em quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điện cho thang

cuốn tự động” Nhằm mục đích hiểu sâu sắc môn học cũng như tìm hiểu một

công nghệ phổ biến và phát triển mạnh ở nước ta.

-Nội dung 1: Tổng quan về thang cuốn và PLC

-Nội dung 2: Giả lập động cơ trên phần mềm matlab/ simulink

-Nội dung 3: Mô phỏng hệ thống điện thang cuốn bằng phần mềm CXONE của hãng OMROM

-Nội dung 4: Kết luận và nhận xét

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Thực tế cho thấy, hệ thống chính là một sự vật mang tính chất thực sự phức tạp và con người khó có thể hiểu được hết những hoạt động cũng như là sự tương tác trong hệ thống đó mà không có một mô hình mô phỏng nào phù hợp Do đó việc mô phỏng lại hệ thống thang cuốn giúp cho người nhìn có được cái nhìn sâu sắc nhất về những hoạt động của nó

1.5 BỐ CỤC

Chương 1: lời mở đầu Chương 2

6

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN CHO THANGCUỐN TỰ ĐỘNG

2.1 Sơ lược về thang cuốn

Thang cuốn, trong một số trường hợp cũng được gọi là thang máy hay cầu thang máy, là một thiết bị vận chuyển người, dạng băng tải Thang cuốn gồm hệ thống những bước thang có thể chuyển lên trên hay xuống dưới liên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép kín, và ăn khớp với nhau bằng những khe sâu trên bề mặt

Đường đi của thang cuốn phổ biến là đường thẳng nhưng một số khác được thiết kế dạng xoắn ốc để tiết kiệm diện tích Thang cuốn thường được lắp đặt ở các sân bay siêu thị trung tâm thương mại, , , các ga tàu điện Thang cuốn hiện đại được sử dụng từng đôi với một chiều lên và một chiều xuống

2.1.1 Ứng dụng

Thang cuốn được sử dụng để vận chuyển người và hàng hóa tại những nơi như siêu thị, trung tâm thương mại, ga tàu, sân bay… Hiện nay thang cuốn còn được sử dụng trong lĩnh vực nhà dân dụng, trong các biệt thự sang trọng Ngoài ý nghĩa là thiết bị vận chuyển thì thang cuốn còn là yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi của mỗi công trình

2.1.2 Phân loại

Thang cuốn hiện nay được thiết kế chế tạo rất đa dạng và phong phú với nhiều kiểu dáng và chủng loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của công trình.

- Phân loại theo công dụng: 7

Cầu thang cuốn bậc thang dùng để vận chuyển người Cầu thang cuốn băng tải để vận chuyển người và hàng hóa - Phân loại theo đường đi:

Cầu thang cuốn di chuyển thẳng (thường phổ biến trong siêu thị, trung tâm thương mại…)

Cầu thang cuốn di chuyển dạng xoắn ốc - Phân loại theo thông số cơ bản:

Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha khi được khởi động sẽ quay Khi đó, thông qua hộp giảm tốc sẽ đưa tốc độ cao của động cơ về tốc độ thấp Tốc độ thấp này sẽ được đưa đến bánh chủ động thông qua bộ truyền xích của thang cuốn Bánh dẫn động mắc xích của thang cuốn ăn khớp với băng tải thang theo kiểu xích con lăn Cụm mắc xích bậc thang sẽ nhờ vào các băng dẫn hướng và khuôn dẫn hướng sẽ dẫn hướng con lăn, cùng với khe sâu ăn khớp của bậc thang và tạo ra các bậc thang trên đoạn làm việc của thang.Điều chỉnh chiều quay của động cơ ta sẽ điều chỉnh chiều lên hoặc xuống của băng tải thang đưa hành khách đi lên hoặc đi xuống

8

CHƯƠNG III : SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PLC

3.1) Cấu trúc của PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt làPLC):

Về cơ bản, PLC có thể được chia làm 5 phần chính như sau : Phần giao diện đầu vào (Input)

Phần giao diện đầu ra (Output) Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ nhớ dữ liệu và chương trình (Memory) Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply)

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngoài thành mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC (thông thường là 220VAC € 5VDC hoặc 12VDC).

Phần giao diện đầu vào biến đổi các đại lượng điện đầu vào thành các mức tín hiệu số (digital) và cấp vào cho CPU xử lý.

Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra, Nội dung của bộ nhớ được mã hoá dưới dạng mã nhị phân.

Bộ xử lý trung tâm (CPU) tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa ra kết quả kết xuất hoặc điều khiển cho phần giao diện đầu ra (output).

Phần giao diện đầu ra thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số bên trong PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số-tương tự,

Thông thường PLC có kiến trúc kiểu module hoá với các thành phần chính ở trên có thể được đặt trên một module riêng và có thể ghép với nhau tạo thành một hệ thống PLC hoàn chỉnh.

9

Riêng loại Micro PLC như CPM1/2(A) và CP1L/1H là loại tích hợp sẵn toàn bộ các thành phần trong một bộ.

3.2) Lưu đồ thực hiện trong PLC

Hình 2 dưới là lưu đồ thực hiện bên trong PLC, trong đó 2 phần quan trọng nhất là thực hiện chương trình và cập nhật đầu vào ra Quá trình này được thực hiện liên tục không ngừng theo một vòng kín gọi là scan hay cycle hoặc sweep Phần thực hiện chương trình gọi là program scan chỉ bị bỏ qua khi PLC chuyển sang chế độ PROGRAM.

Hình 2: Lưu đồ thực hiện trong PLC

3.3) Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu điện bên ngoài

Hình 3: Các bit đầu vào

Các bit trong PLC phản ánh trạng thái đóng mở của công tắc điện bên ngoài như trên hình Khi trạng thái khoá đầu vào thay đổi (đóng/mở), trạng thái các bit tương ứng cũng thay đổi tương ứng (1/0) Các bit trong PLC được tổ chức thành từng word; ở ví dụ trên hình, các khoá đầu vào được nối tương ứng với

10

word 000

Hình 4 : Các bit đầu ra và thiết bị điện bên ngoài

Trên hình 4 là ví dụ về các bit điều khiển đầu ra của PLC Các bit của word 0100 (từ 100.00 đến 100.15) sẽ điều khiển bật tắt các đèn tương ứng với trạng thái ("1" hoặc "0") của nó.

3.4) Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H

Các địa chỉ dạng bit trong trong PLC được biểu diễn dưới dạng như sau :

11

Trong đó tiền tố là ký hiệu của loại địa chỉ bộ nhớ Ví dụ : SR cho Special Relay, LR cho Link Relay, IR cho Internal Relay, Riêng vùng nhớ Internal Relay và CIO là các bit vào ra I/O không cần có tiền tố IR hay CIO khi tham chiếu Special Relay cũng thường được coi là Internal Relay và không cần có tiền tố.

VD :

00.00 là bit thứ nhất của word 000 00.01 là bit thứ hai của word 000

.

000.15 là bit thứ 16 của word 000

Dấu chấm phân cách giữa địa chỉ word và bit đổi khi có thể được bỏ đi;

nhưng khi nhập thì dấu chấm vẫn nên phải nhập vào để tránh nhầm lẫn Sau đây là ví dụ về 2 trong số những bộ nhớ đặc biệt trong PLC của OMRON

3.5) Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PLC Status Indicators)

POWER(màu xanh)

BậtPLC đang được cấp điện bình thường

TắtPLC không được cấp điện bình thường (không có điện, điện yếu, )

12

(màu xanh) MONITOR.

TắtPLC đang ở chế độ PROGRAM hoặc bị dừng

PLC gặp lỗi nghiêm trọng (chương trình PLCngừng chạy), bao gồm cả lỗi FALS hay lỗi

SángĐang truyền thông qua cổng USB

TắtHiện không có truyền thông qua cổng USB

INH(Vàng)

Bit tắt đầu ra (A500.15) bật.

Lúc này tất cả các đầu ra trên PLC sẽ tắt, bất kểchương trình điều khiển

TắtHoạt động như bình thường

BKUP(Vàng)

Chương trình, thông số hay bộ nhớ dữ liệuđang được ghi vào bộ nhớ flash hay card nhớ.

Chương trình, thông số hay bộ nhớ dữliệu đang được đọc lại từ bộ nhớ ngòaisau khi bật điện

Lưu ý: không tắt điện trong khi đèn này đangsáng

TắtHoạt động như bình thường

Khi gặp một sự cố trầm trọng, các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào sẽ thay đổi như sau :

- Khi có lỗi CPU hay lỗi với bus vào/ ra (CPU Error/ I/O Bus Error) : các LED đầu vào sẽ tắt.

- Khi có lỗi với bộ nhớ hoặc lỗi hệ thống (Memory Error/ System Error) : các LED đầu vào vẫn giữ trạng thái của chúng trước khi xảy ra lỗi cho dù trạng thái thực đầu vào đã thay đổi.

3.6) Định địa chỉ bộ nhớ các đầu vào ra (I/O ALLOCATION - IR BIT)

Các đầu vào ra (I/O) trên PLC đều được định (assign) một địa chỉ bộ nhớ xác định trong vùng nhớ IR để tham chiếu trong chương trình Các đầu nối vào ra này được đánh số sẵn và được định địa chỉ theo bảng dưới đây.

13

Trên bảng 2 là địa chỉ bộ nhớ của các loại PLC họ CP1L/1H.

Địa chỉ bộ nhớ trên module mở rộng

Word trên module mở rộng sẽ sử dụng word tiếp theo của vùng nhớ input hay output tương ứng chưa sử dụng bởi module mở rộng trước đó hoặc module

point I/O unit0 CH, 1 CH100 CH, 101 CH3point I/O unit0 CH, 1 CH100 CH, 101 CH3point I/O unit0 CH, 1 CH, 2CH100 CH, 101 CH, 102 CH3

Bảng 3: Các loại module mở rộng loại CPM1A của họ CP1L/1H

14

Analog I/O UnitsCPM1A-MAD01

Analog Input Units CP1W-AD041

CPM1A-AD041 4 analog inputs 0 đến 5 V/1 đến5 V/0đến

DeviceNet I/O Link

UnitCPM1A-DRT21 As a DeviceNet Slave, 32 inputs & 32 outputs are allocated.

-Không có Không có8 bit1 wordCIO n (bit 00 đến 07)

Module với 16 relay

m là ký hiệu của word đầu vào mở rộng n là ký hiệu của word đầu ra mở rộng

3.7) Các vùng nhớ trong CP1L/1H

Bộ nhớ trong PLC được chia thành các vùng (area) khác nhau với các chức năng riêng biệt như sau:

CIO area

Input area Các bit này có thể được gán cho các đầu dây vào ra I/O.

Output area

1:1 link areaDùng cho kết nối 1:1 với 1 PLC khác.Serial PLC link areaDùng cho kết nối 1:n với 1 PLC khác.

Work areaWork bit có thể được sử dụng tuỳ ý trong chương trìnhSR areaCác bit này phục vụ cho các chức năng riêng biệt như

cờ báo và các bit điều khiển.

TR areaCác bit này lưu dữ liệu và lưu trạng thái ON/OFF tạm thời tại các nhánh rẽ chương trình.

HR area2Các bit này lưu dữ liệu và lưu lại trạng tháiON/OFF của chúng khi ngắt điện.

AR area2Các bit này phục vụ cho các chức năng riêng biệt như cờ báo và các bit điều khiển.

Timer/Counter area Các số này có thể được dùng cho cả timers vàcounters.DM areaRead/Write2Dữ liệu lưu ở vùng bộ nhớ DM chỉ có thể được

truy cập theo word Giá trị của các word tự lưu giá trị khi mất điện.

Error log4Dùng để lưu thời gian xuất hiện và mã của lỗi Các word này có thể được dùng như là các word DM đọc/ghi thông thường khi chức năng lưu lỗihiện không được sử dụng.

Read-only4Chương trình không thể ghi đè lên các word nàyPC Setup4Dùng lưu các thông số khác nhau điều khiển hoạt

động của PLC.

Ghi chú :

Các bit CIO Area và LR khi không được dùng cho các chức năng đã định của chúng có thể được dùng như bit tự do trong chương trình (work bit).

18

Nội dung của các thanh ghi HR, LR, counter, và vùng bộ nhớ DM đọc/ghi được nuôi bằng pin Ở nhiệt độ 250C, pin có thể lưu nội dung bộ nhớ trong vòng 5 năm.

Khi truy cập giá trị hiện hành (PV) của timer và counter, các số của timer và counter (ví dụ C001, T005) được dùng như là các dữ liệu dạng word; khi truy cập bit cờ báo kết thúc (Completion Flag) của timer và counter, chúng được dùng như là các bit trạng thái.

Dữ liệu ở các thanh ghi từ DM6144 đến DM6655 không thể bị ghi đè bởi chương trình nhưng chúng có thể được thay đổi từ thiết bị ngoại vi.

Các ký hiệu hằng số:

#0000 đến 9999 (BCD)Các giá trị của Timer/counter, Lệnh số học BCD,

#0000 đến FFFF (Hex) Giá trị so sánh cho các lệnh so sánh, copy dữ liệu, Lệnh số học BIN,

&0 đến 65535Ký hiệu số thập phân không dấu

Chỉ có 1 số lệnh đặt biệt dùng kiểu dữ liệu này.

3.8) Bước đầu với lập trình (Programming)3.8.1) Các chế độ làm việc của PLC

PLC có thể được đặt một trong 3 chế độ từ phần mềm lập trình CX- Programmer.

3 chế độ làm việc của PLC:

PROGRAM mode : Là chế độ dùng khi viết chương trình hay thực hiện

các thay đổi hoặc sửa đổi đối với chương trình hiện hành

MONITOR mode : Là chế độ được dùng khi thay đổi nội dung bộ nhớ

trong khi PLC đang chạy (Run).

RUN mode: Là chế độ dùng để thực hiện (chạy) chương trình mà ta đã lập

và nạp vào PLC Chương trình bên trong PLC không thể được thay đổi khi đang ở trong chế độ này.

19