đề tài thiết kế chế thang máy 4 tầng sử dùng plc s7 1200

Mục đích nghiên cứu: Mục đích chính của chúng em khi làm đề tài này chính là mong muốn nâng cao kiến thức của mình trong lĩnh vực tự động hoá nói chung cũng như các lĩnh vực có sử dụng P

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: “Thiết kế, chế thang máy 4 tầng sử dùng PLC S7-1200”

Giáo viên hướng dẫn: Trần Ngọc Thái

Sinh viên thực hiện: Lưu Quý Mạnh-Lê Đức Minh Lớp: 110191A

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo thang máy 4 tầng sử dùng PLC S7-1200”

Giáo viên hướng dẫn: Trần Ngọc Thái

Sinh viên thực hiện: Lưu Quý Mạnh- Lê Đức Minh Lớp: 110191A

Nhận xét của giáo viên phản biện:

THƯ CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay em đã hoàn đề

tài nghiên cứu khoa học : “Thiết kế, chế tạo thang máy 4 tầng sử dụng PLC S7-1200” Do thấy Trần Ngọc Thái hướng dẫn đã được hoàn thiện

Trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài, em đã gặp không ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu của thầy

Để hoàn thành bản đồ án, đầu tiên cho phép em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ ích trong thời gian học tập tại trường, để giúp em có thể hoàn thành đồ án và nền tảng kiến thức chuyên môn vững chắc

Em xin được trân trọng cảm ơn Thầy cô đã luôn tận tình giúp đỡ, chỉ đạo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đề tài này

MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2

A PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Mục đích nghiên cứu: 10

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài 10

3 Phương án nghiên cứu 10

4 Ý nghĩa đề tài nghiên cứu 11

B NỘI DUNG 12

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHI TIẾT HỆ THỐNG THANG MÁY 12

1.1 Giới thiệu về hệ thống: 12

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy: 12

1.1.2 Yêu cầu chung đối với thang máy 13

1.1.3 Vai trò của thang máy 13

1.2 Phân loại thang máy: 14

1.2.1 Phân loại theo công dụng: 14

1.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin: 17

1.2.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời treo: 18

1.2.4 Phân loại theo hệ thống vận hành: 19

1.2.5 Phân loại theo các thông số cơ bản: 19

2.2.1 Giới thiệu chung: 25

Các module của PLC S7–1200 phổ biến nhất hiện nay: 25

2.2.3 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7 – 1200: 29

2.2.4 Đèn tín hiệu: 30

2.3 Giới thiệu phần mềm TIA portal V15.1: 30

CHƯƠNG 3: CẤU TẠO CỦA THANG MÁY VÀ CÁC CHỨC NĂNG 34

3.1 Một số kiểu thang máy thường gặp: 34

3.2 Cấu trúc điển hình của thang máy: 35

3.2.1 Tổng quát về cơ khí thang máy: 35

3.2.2 Sơ bộ về chức năng của một số bộ phận: 36

3.2.3 Chọn thang máy: 41

3.3 Nhận xét: 42

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO THANG MÁY 43

4.1 Yêu cầu thiết kế: 43

4.1.1 Yêu cầu an toàn: 43

4.1.2 Yêu cầu về tối ưu thuật toán: 43

4.1.3 Yêu cầu về dừng chính xác: 44

4.1.4 Yêu cầu các hệ truyền động dùng trong thang máy: 45

4.2 Nguyên tắc sử dụng thang máy: 46

4.2.1 Sử dụng thang máy: 46

4.2.2 Nguyên tắc hoạt động của thang máy: 47

4.3 Lựa chọn các thiết bị tự động hóa: 49

4.6 Sơ đồ nối dây hệ thống: 64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

DANH MỤC THAM KHẢO 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Kết cấu của thang máy 13

Hình 1 2 Thang máy chở người 15

Hình 1 3 Thang máy trong bệnh viện 16

Hình 1 4Thang máy chở hàng hóa 17

Hình 1 5 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang 17

Hình 1 6 Thang máy thủy lực 18

Hình 1 7 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang 19

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý của PLC 23

Hình 2 2 PLC S7 – 1200 1212C AC/DC/RLY 27

Hình 2 3 Module nguồn nuôi 27

Hình 2 4 Module mở rộng tín hiệu vào/ra 28

Hình 2 5 Module truyền thông 28

Hình 2 6 Module Analog 29

Hình 2 7 Giao diện khởi động phần mềm TIA portal V15.1 31

Hình 2 8 Cấu hình PLC S7-1200 31

Hình 2 9 Một số hàm so sánh 33

Hình 3 1 Sơ đồ thang máy thường gặp 34

Hình 3 2 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy 36

Hình 3 4 Tủ điện 37

Hình 3 5 Cabin 38

Hình 4 9 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang 46

Hình 4 12 Sơ đồ vị trí đặt các nút điều khiển tầng 49

Hình 4 13 Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy 49

Hình 4 15 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp 52

Hình 4 16 Sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển PLC 52

Hình 4 17 Biến tần SV-IE5 53

Hình 4 18 Sơ đồ đấu nối biến tần 53

Hình 4 22 Rơ le trung gian 24V DC 54

Hình 4 23 Cảm biến quang tiệm cận và nguyên lý làm việc 55

Hình 4 25 Khởi động bằng aptomat 3 pha 55

Hình 4 27 CPU 1212C AC/DC/RLY 57

Hình 4 28 Module SM 1221 DC 16DI 58

Hình 4 30 Sơ đồ nối dây của plc S7 1200 AC/DC/RL 59

Hình 4 31 Sơ đồ khối hệ thống thang máy 59

Hình 4 32 Lưu đồ thuật toán chính của hệ thống 61

Hình 4 35 Chương trình con kiểm tra, cập nhập lệnh gọi các tầng 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Các biến on/off 32

Bảng 2 2 Đầu ra điều khiển 32

Bảng 4 1 Phân công đầu vào 63

Bảng 4 2 Phân công đầu ra 64

A PHẦN MỞ ĐẦU 1 Mục đích nghiên cứu:

Mục đích chính của chúng em khi làm đề tài này chính là mong muốn nâng cao kiến thức của mình trong lĩnh vực tự động hoá nói chung cũng như các lĩnh vực có sử dụng PLC- một thiết bị thường gặp hiện nay tại các nhà máy nói riêng Thông qua việc nghiên cứu chế tạo một mô hình thang máy 4 tầng, chúng em hy vọng sẽ đúc kết được nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế, chế tạo một mô hình thực tế, từ đó tạo tiền đề cho những kiến thức trong công việc thực tế sau này Trong nghiên cứu của chúng em bao gồm:

• Nghiên cứu hoạt động và cấu tạo của thang máy • Thiết kế mạch nguồn cho hệ thống thang máy • Thiết kế cơ cấu chuyển động lên xuống

• Thiết kế khối nút nhấn gọi tầng

• Thiết kế khối cảm biến ở cửa ra vào và xác định vị trí dừng của thang máy

• Thiết kế mô hình

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài • Các hệ thống thang máy sử dụng plc • Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7-1200

• Nghiên cứu mô hình hoạt động mô phỏng hệ thống để thi công mô

hình

• Nghiên cứu các đề tài, công trình khoa học về hệ thống thang máy sử

dụng plc theo hướng sang triển đề tài 3 Phương án nghiên cứu

• Tham khảo 1 số tài liệu liên quan đến tự động hóa, mô hình thang máy

và PLC thông qua internet và sách tại thư viện

• Tham khảo một số mô hình thực tế trong và ngoài nước để đưa ra

phương án thiết kế đề tài

• Về lý thuyết: thiết kế sơ đồ mạch điện, mô phỏng, xây dựng code • Về thực nghiệm: thi công và thử nghiệm trên mô hình

4 Ý nghĩa đề tài nghiên cứu

• Ý nghĩa khoa học: là tiền đề, cơ sở ban đầu để sinh viên trường đại học Duy Tân tiếp xúc với công nghệ chế tạo máy và ứng dụng Từ đó sinh

viên có nhiều ý tưởng hay hơn được áp dụng vào đời sống và sản xuất

• Ý nghĩa thực tiễn: bước đầu trong việc làm chủ công nghệ, tiền đề cho việc áp dụng công nghệ vào thực tế để tăng năng suất, chất lượng đời

sống con người, đồng thời giảm thời gian và công sức cho người sử dụng

• Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi thêm các kiến thức Nhưng do khả năng bản thân còn hạn chế nên sẽ có những sai sót mong nhận được sự thông cảm và giúp đỡ từ quý thầy

cô

B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHI TIẾT HỆ THỐNG THANG MÁY 1.1 Giới thiệu về hệ thống:

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy:

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để dùng vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu, thực phẩm, giường bệnh, v.v… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng một tuyến đã định sẵn

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, và các đài quan sát, tháp truyền hình trong các nhà máy, công xưởng đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở liên tục

Hiện nay thang máy là thiết bị rất quan trọng, đặc biệt là nhà cao tầng vì nó giúp người ta không phải dùng sức chân để leo cầu thang và được sử dụng thay cho cầu thang bộ Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Tùy theo đối tượng nâng, chuyển khác nhau mà thang máy có cấu tạo phù hợp

Nhưng thang máy có thể phân thành 2 phần chính: – Buồng thang: Cabin, đối trọng, hố giếng

– Buồng máy (nơi đặt phần máy, bố trí ở trên cùng của giếng thang) – Ngoài ra hệ thống thang máy còn có các bộ phận như giá đỡ thang máy, động cơ, rơle, công tắc hành trình, môđun và bộ xử lý PLC Công tắc hành trình đóng vai trò là con mắt của thang máy, có nhiệm vụ nhận tín hiệu

Hình 1 1 Kết cấu của thang máy

1.1.2 Yêu cầu chung đối với thang máy

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm thang máy cần phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn của cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hoả khi mất điện nguồn…

1.1.3 Vai trò của thang máy

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng đứng Sự ra đời của thang máy xuất phát từ nhu cầu đi lại, vận chuyển nhanh của con người từ vị trí thấp đến vị trí cao và ngược lại Thang máy giúp cho việc tăng năng suất lao động, giảm chi phí về thời gian và sức lực

lao động của con người Vì vậy, thang máy được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân

Trong công nghiệp thang máy dùng để vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu và đưa công nhân đến làm việc ở những nơi có độ cao khác nhau Trong một số ngành công nghiệp như khai thác hầm mỏ, xây dựng, luyện kim thì thang máy đóng một vai trò quan trọng không thể thiếu được Ngoài ra, thang máy còn được sử dụng rộng rãi và không kém phần quan trọng trong các nhà cao tầng, cơ quan, bệnh viện, khách sạn Thang máy giúp cho con người tiết kiệm thời gian, sức lực, tăng năng suất công việc Hiện nay, thang máy là một yếu tố quan trọng trong việc cạnh tranh xây dựng kinh doanh các hệ thống xây dựng Về mặt giá trị đối với các toà nhà cao tầng, từ 25 tầng trở lên thì thang máy chiếm hoảng 7-10% tổng giá trị công trình Chính vì vậy, thang máy đã ra đời và phát triển rất sớm ở các nước tiên tiến Các hãng thang máy lớn trên thế giới luôn tìm cách đối với sản phẩm để đáp ứng các yêu cầu và đòi hỏi của con người ngày một cao hơn

Ở Việt nam từ trước tới nay, thang máy được chủ yếu sử dụng trong công nghiệp để chở hàng và đang ở dạng thô sơ Trong hoàn cảnh hiện nay, nền kinh tế đang có bước phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội ngày càng tăng

1.2 Phân loại thang máy:

Thang máy hiện nay đã được chế tạo và thiết kế rất đa dạng với nhiều

kiểu loại khác nhau để phù hợp với từng mục đích sử dụng của từng công trình Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau

1.2.1 Phân loại theo công dụng:

1.2.1.1 Thang máy chuyên chở người (sinh hoạt):

Loại này để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà

Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

Hình 1 2 Thang máy chở người

1.2.1.2 Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm:

Loại này thường dùng trong siêu thị, các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại…

1.2.1.3 Thang máy chuyên chở người bệnh nhân:

Loại này dùng cho các bênh viện, các khu điều dưỡng Đặc điểm của nó là kích thước thông thuỷ cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường của bênh nhân cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm

Thang máy sử dụng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện

Hình 1 3 Thang máy trong bệnh viện 1.2.1.4 Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm:

Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, kho, thang dùng cho nhân viên khách sạn vv Chủ yếu chở hàng nhưng có người đi kèm để phục vụ

1.2.1.5 Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm (công nghiệp):

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được sử dụng trong nhà ăn, thư viện Đặc điểm của loại này là chỉ có điều khiển ở ngoài cabin, đòi hỏi cao về việc dừng chính xác cabin để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động Vận chuyển hàng hóa cồng kềnh với khối lượng lớn trong các tòa nhà cao tầng trung tâm thương mại là điều khiến con người sợ hãi Sự ra đời của thang máy tải hàng nhằm mục đích phục vụ cho việc chuyên chở hàng hóa đồ đạc đã giải quyết tối ưu vấn đề trên Thang máy tải hàng thường được lắp đặt ở các tòa nhà, trung tâm thương mại cao tầng có nhu cầu vận chuyển hàng hóa với khối lượng lớn

Hình 1 4Thang máy chở hàng hóa

1.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin:

1.2.2.1 Thang máy dẫn động điện:

Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc puli ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế

Ngoài ra còn có loại thang dẫn động ca bin lên xuống nhờ bánh răng, thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây xựng các công trình cao tầng)

Hình 1 5 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang

a,b: Dẫn động cabin bằng puli masat

c:Dẫn động cabin bằng tang cuốn

1.2.2.2 Thang máy dẫn động thủy lực

Hình 1 6 Thang máy thủy lực

a, Pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabin; b, Pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabin

c, Pittông kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin

Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dười lên nhờ pít tông - xylanh thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thuỷ lực với hành trình tối đa là 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm đựơc chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồng thang máy đặt ở tầng trệt

1.2.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời treo:

Đối với thang máy điện:

- Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang (h1.1) - Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang (h1.3)

Hình 1 7 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang

a, cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin b, cá p vòng qua đáy cabin

Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng, thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin

Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt

1.2.4 Phân loại theo hệ thống vận hành:

1.2.4.1 Theo mức độ tự động:

- Loại bán tự động - Loại tự động

1.2.4.2 Theo tổ hợp điều khiển:

- Điều khiển đơn - Điều khiển kép

- Điều khiển theo nhóm

1.2.4.3 Theo vị trí điều khiển:

1.2.5 Phân loại theo các thông số cơ bản: 1.2.5.1 Theo tốc độ di chuyển của ca bin:

- Loại tốc độ thấp: V < 1m/s Thường dùng trong hộ gia đình

- Loại tốc trung bình: V=1 - 2,5m/s Thường dùng cho các nhà có số tấng từ 6 + 12 tầng

- Loại tốc độ cao: V=2,5 - 4m/s Thường dùng cho các nhà có số tầng mt >16 tầng

- Loại tốc độ rất cao: V > 4m/s Thường dùng trong các toà tháp cao tầng

1.2.5.2 Theo khối lượng vận chuyển của ca bin:

- Loại nhỏ: Q < 500kg

- Loại trung bình: Q = 500 - 1000kg - Loại lớn: Q =1000 - 1600kg

- Loại rất lớn: Q > 1600kg

1.3 Nhận xét:

Như đã trình bày ở trên thang máy ngày nay với nhiều cấu trúc đa dạng và phong phú lên việc chọn lựa cũng đòi hỏi khắt khe về kinh tế, cũng như sự an toàn cho người sử dụng với sự phát triển kinh tế ở Việt Nam như hiện nay để có thể chọn lựa cấu trúc hợp lý em xin trình bày ở phần sau: Các chi tiết chính trong thang máy

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC S7 – 1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V15.1

2.1 Giới thiệu về PLC: 2.1.1 Khái niệm về PLC:

PLC viết tắt của Progammable Logic Control là thiết bị điều khiển logic khả trình 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 Trên cơ sở phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tin học, cụ thể là kỹ thuật máy tính, kỹ thuật điều khiển lôgíc khả lập trình đã phát triển mạnhvà ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam, kỹ thuật Rơle trước kia mà chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác như chức năng chuẩn đoán v.v Kỹ thuật này điều khiển có hiệu quả với từng máy làm việc độc lập cũng như với các hệ thống máy sản xuất linh hoạt phức tạp khác Căn cứ theo lịch sử phát triển của kỹ thuật máy tính và cấu trúc chung của một bộ điều khiển khả trình PLC (dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý) chúng ta có thể thấy rằng kỹ thuật điều khiển sử dụng PLC ra đời vào khoảng những năm 1960 - 1970 Và từ đó kỹ thuật này đã từng bước phát triển và tiếp cận dần tới các nhu cầu công nghiệp Trong giai đoạn đầu thì các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải nắm vững kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao như ngày nay thì các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao và đang dần được thay thế cho hệ thống điều khiển Rơle và các hệ thống điều khiển lôgíc cổ điển khác Ngày nay khi lĩnh vực điều khiển được mở rộng đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thống điều khiển tổng thể với các mạch vòng kín, đến các hệ thống xử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung hoá Hệ thống điều khiển lôgíc thông thường không thể thực hiện điều khiển tổng thể được Do vậy các bộ điều khiển khả lập trình hoặc điều khiển bằng máy vi tính đã trở nên cần thiết và chúng ta sẽ gặp nhiều ứng dụng của các thiết bị này trong

các thiết bị sản xuất tự động cũng như những hệ thống điều khiển hiện đại khác

Đặc trưng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần mềm do người sử dụng lập nên và cài đặt vào Chính do đặc tính này mà người sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một bộ điều khiển và hầu như không phải biến đổi gì ngoài việc nạp những chương trình khác nhau 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 môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan) Để thực hiện một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như là bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý của PLC

2.1.2 Vai trò của PLC:

Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC Nó điều khiển trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra

PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp Hiện nay các dòng PLC được sử dụng nhiều nhất gồm Siemens, Schneider và Mitsubishi Đây là những dòng PLC không chỉ được Việt Nam

Cổng ngắt và đếm tốc độ

Cổng vào ra ONBOARD

vi x

+ Hệ

Bus củaP

Quản lý ghép nối

Bit cờ Bộ đếm

Timer

điều ử lý Khối trung tâm

điều hành Bộ nhớ chương trình

Bộ đệm

mà các nước khác trên thế giới cũng ưa chuộng Trong đó PLC Siemens được ưa chuộng và sản xuất nhiều nhất

PLC Siemens có nhiều dòng sản phẩm khác nhau và có nhiều tính năng tốt phục vụ tốt cho các nhu cầu về nhà máy, khu công nghiệp như:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Có thể giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Module mở rộng

- Giá cả rẻ hơn so với các hãng khác

Các dòng PLC Siemens được sử dụng phổ biến hiện nay:

- PLC Siemens S7-200: là dòng sản phẩm kế cận của LOGO Siemens

xếp S7-200 vào dòng PLC cỡ nhỏ (Micro PLCs) Tuy nhiên nó cung cấp khả năng đủ cho nhiều loại ứng dụng điều khiển khác nhau PLC S7-200 hỗ trợ đầy dủ các lệnh như logic, bộ đếm, bộ định thời, các phép tính toán học phức tạp và các hàm truyền thông

- PLC Siemens S7-300: đây dòng PLC cỡ trung, với khả năng tính

toán nhanh hơn, quản lý số lượng I/O nhiều hơn nên phù hợp với các ứng dụng vừa và lớn, thường dùng cho dây chuyền, hệ thống vừa và lớn

- PLC Siemens S7-400: được thiết kế cho các giải pháp tích hợp hệ

thống trong các nhà máy sản xuất và tự động hoá

- PLC Siemens S7-1200: đây là dòng PLC thay thế S7-200, thuộc

dòng PLC nhỏ, được dùng cho máy móc, dây chuyền nhỏ hoặc các hệ thống nhỏ, được trang bị các chức năng đầy đủ như truyền thông, analog, HSC,

PWM/PTO,…Tính năng đầy đủ, lập trình đơn giản và giá thành rẻ nên 1200 có mức độ phổ biến cao, được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp.

- PLC Siemens S7-1500: có thể hiểu là phiên bản hiện đại hơn của S7-

S7-300, với các chức năng mạnh mẽ, CPU tốc độ cao, khả năng mở rộng I/O lớn, hỗ trợ nhiều tính năng về OPC, Web server,… nên PLC S7 1500 có thể là lựa chọn thay thế cho S7-300 trong 1 số trường hợp cần khai thác các thế mạnh của tính năng mới

2.1 Giới thiệu PLC S7-1200: 2.2.1 Giới thiệu chung:

Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng psang triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen, … và có nhiều hãng khác nữa nhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khác biệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng sẽ quyết định nên dùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình mà thôi

Để thực hiện được một chương trình điều khiển thì PLC cũng phải có chức năng như là một chiếc máy tính nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và có các cổng vào/ra để còn trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài Ngoài ra để thực hiện các bài toán điều khiển số thù PLC còn có các bộ Timer, Counter và các hàm chuyên dụng khác nữa Đã tạo thành một bộ điều khiển rất linh hoạt

Để đi vào chi tiết sau đây xin giới thiệu loại PLC S7 – 1200 của hãng Siemen đang được sử dụng khá phổ biến hiện nay

2.2.2 Các module của PLC S7–1200 phổ biến nhất hiện nay:

Việc áp dụng PLC vào thực tế như tại trường học, các nhà máy, xí nghiệp đều có những nhiệm vụ và yêu cầu riêng vì vậy việc lựa chọn các thiết bị phần cứng là cũng khác nhau Dể đáp ứng phù hợp với những yêu cầu đó mà không gây lãng phí tiền của PLC đã được chia nhỏ ra thành các module riêng lẻ để cho PLC không bị cứng hóa về cấu hình

Hiện tại bộ module đã được tích hợp sẵn cổng thời gian thực RTC, cổng truyền thông như RS485 cũng như các cổng truyền thông mở rộng như Modbus, Profibus, Devicenet

S7-1200 hiện có các module CPU như: - SIMATIC S7-1200 CPU 1211C - SIMATIC S7-1200 CPU 1211C - SIMATIC S7-1200 CPU 1214C - SIMATIC S7-1200 CPU 1215C

- SIMATIC S7-1200 CPU 1217C

Hình 2 2 PLC S7 – 1200 1212C AC/DC/RLY

Sử dụng module nguồn PM 1207 có các thông số: Input: 220/230V AC 50/60Hz, 1.2A/0.7A Output: 24V DC / 2.5A

Hình 2 3 Module nguồn nuôi Module mở rộng: Gồm có 5 loại:

- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A - Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự

- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng

- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng

- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 2 4 Module mở rộng tín hiệu vào/ra

Module truyền thông:

Module được giao tiếp với RS 232/RS 485

Hình 2 5 Module truyền thông

Module Analog:

SM – tín hiệu module cho các đầu vào và đầu ra Analog (cho CPU 1212C tối đa của 2 SM có thể sử dụng, cho 1214C tối đa là 8)

Hình 2 6 Module Analog

Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ:

Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:

• BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1 Đây là kiểu dữ liệu có biến 2 trị

• BYTE: Gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255 Hoặc mã ASCII của một ký tự

• WORD: Gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535

• INT: Có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767

• DINT: Gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647 REAL: Gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động

• S5T: Khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili giây • TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

• DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày • CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

2.2.3 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7 – 1200:

Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau PLC S7 – 1200 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản

• Ngôn ngữ STL (Statement List): Ngôn ngữ “Liệt kê lệnh”, dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính, một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc chung “ tên lệnh + thuật toán ”

• Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram): Ngôn ngữ “ hình khối ” là ngôn ngữ đồ họa cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số

• Ngôn ngữ LAD (Ladder Diagram): Đây là ngôn ngữ lập trình “ hình thang ”, dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp cho những người quen thiết kế mạch điều khiển logic

2.2.4 Đèn tín hiệu:

Có 3 loại đèn báo hoạt động:

• Run/Stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động

• Error: đèn báo lỗi

• Main: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1 Có 2 loại đèn chỉ thị:

• Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào • Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra

2.3 Giới thiệu phần mềm TIA portal V15.1:

Siemens giới thiệu TIA Portal – phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện

Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ

Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens

Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này

Hình 2 7 Giao diện khởi động phần mềm TIA portal V15.1

Hình 2 8 Cấu hình PLC S7-1200

Giới thiệu các hàm được dùng trong hệ thống:

Các lệnh vào ra

Tiếp điểm thường mở được đóng nếu n=1

n: I, Q, M, L, D, T, C

Tiếp điểm thường

đóng sẽ mở khi n=1 n: I, Q, M, L, D, T, C

Bảng 2 1 Các biến on/off

Cuộn dây đầu ra được kích thích khi được cấp dòng điều

Sự so sánh ở ngõ ra và ngõ vào tương ứng với các loại sau:

Hình 2 9 Một số hàm so sánh

CHƯƠNG 3: CẤU TẠO CỦA THANG MÁY VÀ CÁC CHỨC NĂNG 3.1 Một số kiểu thang máy thường gặp:

a, b,

c,

Hình 3 1 Sơ đồ thang máy thường gặp

- Thang máy có thêm puly dẫn hướng cáp đối trọng (hình 3.1 a)

Có lắp thêm puly dẫn hướng (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 puly dẫn cáp (hoặc tang cuốn cáp) một cách trực tiếp xướng dưới

- Thang máy có sự bố trí bộ tời bên dưới (hình 3.1 b)

Có bộ tời (1) được bố trí ở phần bên hông hoặc phần bên dưới cửa đáy giếng nhờ đó có thể làm giảm tiếng ồn của thang máy khi làm viếc Dùng dùng sơ đồ này sẽ làm tăng tải trọng tắc dụng lên giếng thang cũng như tăng chiều dài và các điểm uốn của cáp nâng dẫn đến tăng độ mòn của cáp nâng