Lập trình thang máy với PLC s7 300 siemens

Lập trình PLC điều khiển thang máy 4 tầng, thiết kế và mô phỏng thang máy với PLC S7300 siemens Lập trình mở cửa, lập trình đóng cửa, khi có người, khi đang di chuyển thì có lệnh yêu cầu, thực thi của thang máy mức độ ưu tiên khi hoạt động thang máy. Thang máy 4 tầng cơ cấu hoạt động.

CHUYÊN ĐỀ THỰC TẬP

GVHD: Trần Văn Khôi SVTH: Doãn Thị Vân

I Mục lục

Mục lục 1

Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy 2

I Giới thiệu thang máy 2

II Phân loại thang máy 5

1 Phân loại theo chức năng 5

2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển 6

3 Phân loại theo tải trọng 6

4 Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời 6

5 Theo hệ thống vận hành 6

III Trang thiết bị cơ khí của thang máy 7

1 Tổng thể cơ khí thang máy 7

2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy 7

3 Thiết bị lắp trong giếng thang máy 9

4 Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy 9

5 Các thiết bị cố định trong giếng thang 10

5.1 Ray dẫn hớng 10

5.2 Giảm chấn 10

6 Cabin và các thiết bị liên quan 10

6.1 Khung cabin 10

6.2 Ngàm dẫn hớng 10

6.3 Hệ thống treo ca bin 10

6.4 Buồng cabin 11

6.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng 11

7 Hệ thống cân bằng trong thang máy 11

7.1 Đối trọng 11

7.2 Xích và cáp cân bằng 12

7.3 Cáp nâng 12

7.4 Bộ kéo tời 12

8 Thiết bị an toàn cơ khí 13

8.1 Phanh hãm điện từ : 13

8.2 Phanh bảo hiểm : 13

9 Cảm biến vị trí 14

IV Hệ thống mạch điện của thang máy 16

1 Mạch động lực: 16

2 Mạch điều khiển: 16

3 Mạch tín hiệu: 17

4 Mạch chiếu sáng: 17

5 Mạch an toàn: 17

Chơng II: khảo sát đặc tính của thang máy và các yêu cầu điều khiển 17

a Khảo sát đặc điểm của thang 17

b Tính chọn công suất động cơ chuyền động thang máy 21

c Các hệ truyền động dùng trong thang máy 25

d Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ truyền động thang máy 26

e ảnh hởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy 27

f Dừng chính xác buồng thang 28

g hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển pLc 32

1 sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ 33

2 Giới thiệu về biến tần 3g3mv của omron 33

1.1 Đặt vấn đề 33

1.2 Tổng quan về biến tần 3G3MV và chức năng hoạt động 34

2 35

2.1 35

chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy 35

I Phơng pháp mô tả mạch trình tự 35

II Tổng hợp mạch trình tự 37

III Xây dựng các khối chức năng chính của thang 38

1 Xác định các yêu cầu phục vụ và lu giữ các yêu cầu đó 39

2 bài toán xác định vị trí hiện tại của buồng thang 39

3 Bài toán xác định hành trình hiện tại của buồng thang(đang nâng hay đang hạ) 39

4 Nâng hạ buồng thang 39

5 Điều khiển dừng buồng thang 39

6 Bài toán đóng mở cửa 42

7 Bài toán điều khiển đèn và quạt buồng thang 45

8 Bài toán xử lý các sự cố xảy ra đối với thang 45

IV PLC 45

2.2 sơ đồ tổng quát của PLC 46

2.3 Cấu trúc bộ nhớ của CPU 49

2.4 Vòng quét chơng trình 51

2.4 Kỹ thuật lập trình 52

2.5 Ngôn ngữ lập trình 55

chơng IV: xây dựng mô hình mô phỏng thang máy 56

I Xác định các vấn đề sẽ mô phỏng 56

II Xây dựng kết cấu cho mô hình mô phỏng 56

III Xây dựng kế hoạch mô phỏng và kiểm nghiệm trên thực tế 56

Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo phơng thẳng

đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến đã

định sẵn.Thang máy và máy nâng đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của

kim,công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy và máy nâng đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá,sản phẩm,đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau…Nó

đã thay thế cho sức lực của con ngời và mang lại năng suất cao.Hình dáng tổng thể của thang máy đợc giới thiệu tại hình 1

Hình 1.1 : hình dáng tổng thể của thang máy

Trong sinh hoạt dân dụng,thang máy đợc lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng,trong các khách sạn,siêu thị,công sở và trong các bệnh viện….Hệ thống thang máy đã giúp con ngời tiết kiệm đợc nhiều thời gian và sức lực…

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các toà nhà cao trên 6 tầng trở lên phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời đi lại thuận tiện,tiết kiệm thời gian

và tăng năng suất lao động.Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý

ở Việt Nam trớc đây thang máy chủ yếu đợc sử dụng trong các ngành công nghiệp

để chở hàng hoá và ít đợc phổ biến.Nhng trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân ngày càng nâng cao,việc sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên

Phụ tải của thang máy thay đổi trong một phạm vi rất rộng ,nó phụ thuộc vào lợng hành khác đi lại trong một ngày đêm và hớng vận chuyển hành khách.Nh thang máy lắp đặt trong nhà hành chính,buổi sáng đầu giờ làm việc hành khách đi nhiều theo chiều lên.còn buổi chiều ,cuối giờ làm việc,hành khách sẽ đi theo chiều xuống nhiều 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 ngời ,vì vậy yêu cầu chung đối với hệ thống 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 kỹ thuật an toàn đợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

Thang máy chỉ có cabin đẹp ,sang trọng,thông thoáng , êm dịu thì cha đủ điều kiện để đa vào sử dụng mà còn phải đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện,điện thoại nội bộ(interphone), chuông báo,bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin(đối trọng), công tắc an toàn của cửa cabin,khoá

an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện…

Lựa chọn thang máy không chỉ đơn thuần xem xét các vấn đề kỹ thuật mà còn phải xem xét cả các yếu tố kinh tế Hiển nhiên càng nhiều thang máy có tải định mức lớn,tốc độ định mức cao,hệ điều khiển càng hiện đại thì càng tạo điều kiện thuận lợi cho khách hàng sử dụng cũng nh rút ngắn thời gian chờ đợi,giảm thời gian đi tốc độ

định mức,một mặt đòi hỏi vốn đầu t cho thang lớn,mặt khác làm tăng diện tích chiếm chỗ,tăng chi phí xây dựng cho giếng thang…Nh vậy điều kiện thuận lợi cho hành khách và vốn đầu t luôn là hai chỉ tiêu tỷ lệ nghịch với nhau.Quá trình lựa chọn thang máy chính là quá trình xác định số thang,tính năng kỹ thuật của thang (tải ,tốc độ

định mức,phơng pháp điều khiển…),các kích thớc cơ bản của thang và vị trí đặt

thang phù hợp với đặc điểm ,mục đích sử dụng của toà nhà với vốn đầu t chấp nhận đ-ợc

Đối với nhà sử dụng nhiều thang, bên cạnh việc chọn tính năng kỹ thuật còn phải

bố trí chúng thành nhóm sao cho hợp lý để tận dụng năng suất tối u của thang cũng

nh tạo thuận lợi cho khách

Đối với các toà nhà cao tầng có lợng hành khách cần vận chuyển lớn ngời ta thờng chi thang máy ra làm các nhóm riêng phục vụ các thành phần khác nhau theo chiều cao của toà nhà.Các thang máy ở các nhóm khác nhau có thể có tính năng kỹ thuật khác nhau,thờng các thang phục vụ cho các tầng cao có tảI và tốc độ định mức lớn hơn các thang phục vụ phần thấp hơn

Tuỳ thuộc vào tính chất,chức năng của thang máy.Thang máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất.ví dụ nh phân loại theo hệ dẫn động cabin,theo vị trí đặt bộ kéo tời,theo hệ thống vận hành,theo công dụng….dới đây là một số phân loại:

1 Phân loại theo chức năng

+ Thang máy chở ngời

Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác của hành khách :Gia tốc tối u là a< 2m/s2

• Thang máy dùng trong các toà nhà cao tầng : loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn,đòi hỏi vận hành êm,an toàn và có tính mỹ thuật…

• Thang máy dùng trong bệnh viện:Phải đảm bảo rất an toàn,sự tối u về độ êm khi dịch chuyển,thời gian dịch chuyển ,tính u tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện

• Thang máy dùng trong các hầm mỏ ,xí nghiệp:Đáp ứng đợc các điều đợc các

điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động của môI trờng làm việc:độ ẩm,nhiệt độ,thời gian làm việc,sự ăn mòn…

+ Thang máy chở hàng

Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,trong kinh doanh…Nó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ dàng thuận tiện…

2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển.

• Thang máy tốc độ thấp : v < 1 m/s

• Thang máy tốc độ trung bình: v= 1 ữ 2,5 m/s Thờng dùng cho các nhà

có số tầng từ 6 ữ 12 tầng.

• Thang máy tốc độ cao:v =2,5 ữ 4 m/s Thờng dùng cho các nhà có số

tầng mt >16 tầng

• Thang máy tốc độ rất cao(Siêu tốc) : v = 5m/s Thờng dùng trong các toà tháp cao tầng

3 Phân loại theo tải trọng

• Thang máy loại nhỏ :Q < 500 Kg.Hay dùng trong th viện,trong các nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm

• Thang máy loại trung bình : Q = 500 ữ 1000 Kg.

• Thang máy loại lớn : Q = 1000 ữ 1600 kg.

• Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg

4 Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời

đối với thang máy điện

Thang máy có bộ kéo tời đặt phía trên giếng thang

Thang máy có bộ tời kéo đặt dới giếng thang

đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn

động đặt ngay trên nóc cabin

Đối với thang máy thuỷ lực : Buồng đặt tại tâng trệt

5 Theo hệ thống vận hành.

a) Theo mức dò tự động :

+ loại nửa tự động

+ loại tự động ;

b ) theo tổ hợp điều khiển :

+ điều khiển đơn ;

+ điều khiển kép ;

+ điều khiển theo nhóm ;

c ) theo vị trí điều khiển :

+ điều khiển trong cabin ;

+ điều khiển ngoài cabin ;

+ điều khiển cả trong và ngoài cabin ;

III Trang thiết bị cơ khí của thang máy

1 Tổng thể cơ khí thang máy

Các thiết bị chính của thang máy 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 khác

Tất cả các thiết bị của thang máy đợc trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy (trên sàn tầng cao nhất ) và hố buồng thang (dới mức sàn tầng 1) Bố trí cá thiết bị của một thang máy đợc biểu diễn trên hình 1.2

Các thiết bị thang gồm có : 1 Động cơ điện ; 2 Puli ; 3 Cáp treo; 4 Bộ hạn chế tốc độ ; 5.Buồng thang ; 6 Thanh dẫn hớng ;7 Hệ thống đối trọng ; 8 Trụ cố

định ; 9 Puli dẫn hớng ; 10 cáp liên động ; 11 Cáp cấp điện ; 12 Động cơ đóng

mở cửa buồng thang

2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy

+ Cơ cấu nâng

Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang (cơ cấu nâng) 1 (trên hình 1.2) tạo ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng

Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau : bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp ), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động Tất cả các bộ phận trên đợc lắp đặt trên tấm đế bằng thép Trong thang máy thờng dùng hai cơ cấu nâng (hình 1.3) :

- cơ cấu nâng có hộp tốc độ (hình 1.3 a)

- cơ cấu nâng không dùng hộp tốc độ (hình 1.3 b)

Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thờng đợc 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 các loại rơle trung gian

+ Puli dẫn hớng 2 (hình 1.2).

Hình 1.2 :các thiết bị cơ khí lắp trong thang

+ Bộ phận hạn chế tốc độ 4 (hình 1.2) làm việc phối hợp với phanh boả hiểm bằng cáp liên động 10 để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang

3 Thiết bị lắp trong giếng thang máy

+ Buồng thang : Trong quá trình làm việc, buồng thang 5 (hình 1.2) di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hớng 6 (hình 1.2) Trên nóc buồng thang có lắp đặt phanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở cửa buồng thang 12 (hình 1.2) Trong buông 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 lên lạc với bên ngoài trong trờng hợp thang máy mất điện Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm 11 (hình 1.2)

+ Hệ thống cáp treo 3 (hình 1.2) là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với buồng thang đầu còn lại nối với đối trọng 7 cùng với puli dẫn hớng

+ 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

4 Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy

Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc 8 (hình 1.2) là hệ thống giảm xóc dùng lò xo và giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang vò đối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trờng hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình di chuyển xuống bị sự cố (không hoạt động)

Hình 1.3 : Cơ cấu nâng thang

5 Các thiết bị cố định trong giếng thang

5.1 Ray dẫn hớng

Ray dẫn hớng đợc lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hớng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hớng đảm bảo cho cabin và đối trọng luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theo phớng nằm ngang trong quá trình chuyển động Ngoài ra ray dẫn hớng còn phải

đủ cứng vững để trọng lợng của cabin và tải trọng trong cabin tựa lên dẫn hớng cùng các thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trờng hợp bị đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép)

5.2 Giảm chấn

Giảm chấn đợc lắp đặt dới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đối trọng trong tr-ờng hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dới vợt quá bị trí đặt của công tắc hành trình cuối cùng Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn để khi caibin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dới phù hợp cho ngời có trách nhiệm thực hiện kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa

6 Cabin và các thiết bị liên quan

Cabin là bộ phận mang tải của thang máy.Cabin phải có kết cấu sao cho có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ.Theo cấu tạo,cabin gồm 2 phần:kết cấu chịu lực(khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin.Trên khung cabin

có lắp các ngàm dẫn hớng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn và bộ hãm bảo hiểm,

hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa….Ngoài ra,cabin của thang máy chở ngời phải

đảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng

6.1 Khung cabin

Khung cabin là phần xơng sống của cabin thang máy Đợc cấu tạo bằng các thanh thép chịu lực lớn Khung cabin phải đảm bảo cho thiết kế chịu đủ tải định mức

6.2 Ngàm dẫn hớng

Ngàm dẫn hớng có tác dụng dẫn hớng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo ray dẫn hớng và khống chế dịch chuyển ngang của cabin và đối trọng trong giếng thang không vợt quá giá trị cho phép Có hai loại ngàm dẫn hớng : ngàm tr-ợt(bạc trợt) và ngàm con lăn

6.3 Hệ thống treo ca bin

Do cabin và đối trọng đợc treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt cho nên phải có hệ thống treo để đảm bảo cho các sợi cáp nâng riêng biệt có độ căng nh nhau.Trong

tr-trên rãnh puly ma sát nên rất nguy hiểm.Ngoài ra ,do có sợi chùng sợi căng nên các rãnh cáp trên puly ma sát sẽ bị mòn không đều.Vì vậy mà hệ thống treo cabin phải

đ-ợc trang bị thêm tiếp điểm điện của mạch an toàn để ngắt điện dừng thang khi một trong các sợi cáp chùng quá mức cho phép để phòng ngừa tai nạn.Khi đó thang chỉ có thể hoạt động đợc khi đã điều chỉnh độ căng của các cáp nh nhau.Hệ thống treo cabin

đợc lắp đặt với dầm trên khung đứng trong hệ thống chịu lực của cabin

6.4 Buồng cabin

Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời đợc gồm trần, sàn và vách cabin.Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của cabin.Buồng cabin phải đảm bảo đợc các yêu cầu cần thiết về mặt kỹ thuật cũng nh mặt mỹ thuật

6.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin và cửa tầng là những bộ phận có vai trò rất quan trong trong việc đảm bảo an toàn và có ảnh hởng lớn đến chất lợng, năng suất của thang máy.hệ thống cửa cabin và cửa tầng đợc thiết kế sao cho khi dừng tại tầng nào thì chỉ dùng động cơ mở cửa buồng thang đồng thời hệ thống cơ khí gắn cửa buồng thang liên kết với cửa tầng làm cho cửa tầng cũng đợc mở ra.Tơng tự khi đóng lại thì hệ thống liên kết sẽ không tác động vào cửa tầng nữa mà buồng thang lại di chuyển đi đến các tầng khác

7 Hệ thống cân bằng trong thang máy

Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận của hệ thống cân bằng trong thang máy để cân bằng với với trọng lợng của cabin và tải trọng nâng.Việc chọn sơ đồ động học và trọng lợng các bộ phận của hệ thống cân bằng có

ảnh hởng lớn đến mômen tải trọng và công suất động cơ của cơ cấu dẫn động, đến lực căng lớn nhất của cáp nâng và khả năng kéo của puly ma sát

7.1 Đối trọng

Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng của thang

máy.Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, ngời ta chọn đối trọng sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng lợng của cabin và một phần tải trọng nâng ,cáp

điện và không dùng cáp hoặc xích cân bằng.Khi thang máy có chiều cao nâng lớn, trọng lợng của cáp nâng và cáp điện là đáng kể nên ngời ta phải dùng cáp hoặc xích