KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LÊ VĂN CƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7 - 1200 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG CHO BÀI THỰC TẬP TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA TRƯỜNG
Trang 1KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
LÊ VĂN CƯỜNG
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7 - 1200 ĐIỀU KHIỂN
MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG CHO BÀI THỰC TẬP TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến thầy KS.Mai Văn Công đã chỉ bảo và
hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án Em xin cảm ơn nhà trường, khoa
Điện – Điện Tử đã cho phép cũng như tạo điều kiện để em thực hiện đồ án tại
phòng thực hành của khoa trong thời gian qua Chân thành biết ơn các thầy cô giáo
trong và ngoài khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình
học tập, cung cấp những kỹ năng, kiến thức chuyên ngành hữu ích
Cảm ơn gia đình và các bạn trong lớp 52Đ-ĐT đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo động
lực cho mình trong quá trình thực hiện đồ án Đặc biệt cảm ơn thầy Ths.Bùi Thúc
Minh đã chỉ bảo và cho em những lời khuyên bổ ích nhất
Thông qua đồ án này em đã tự kiểm tra lại kiến thức mình đã học được ở trường,
đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết vấn đề đặt ra Và đây cũng là
dịp để em tự khẳng định mình trước khi ra trường tham gia các hoạt động sản xuất
của xã hội
Em xin chân thành cảm ơn
Nha Trang, tháng 6 năm 2014 Sinh viên
Lê Văn Cường
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x
MỞ ĐẦU 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 5
1.1 BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 5
1.2 BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG 7
1.3 GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 10
1.3.1 Hệ thống thang máy – robot (TM – RB) 10
1.3.2 Hệ thống cổng trục – dịch chuyển ngang (CT – DN) 11
1.3.3 Hệ thống thang nâng – quay vòng ngang (TN – QN) 12
1.3.4 Hệ thống thang cuốn – quay vòng đứng (TC – QD) 14
1.3.5 Hệ thống thang nâng – quay vòng tròn (TN – QT) 15
1.3.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN – DN) 15
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL V12 17
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-1200 17
2.2 CÁC MODULE TRONG HỆ S7-1200 18
2.3 CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA PLC 22
2.4 PHẦN MỀM TIA PORTAL V12 24
2.4.1 Giới thiệu SIMATIC Step 7 Basic 24
2.4.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP 24
2.4.3 Cách tạo một Project 24
2.4.4 TAG của PLC/TAG local 27
2.5 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH 28
Trang 42.5.1 Vòng quét chương trình 28
2.5.2 Cấu trúc lập trình 29
2.5.2.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 30
2.5.2.2 Hàm chức năng – FUNCTION 30
2.6 GIỚI THIỆU CÁC TẬP LỆNH 31
2.6.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) 31
2.6.1.1 Tiếp điểm thường mở 31
2.6.1.2 Tiếp điểm thường đóng 31
2.6.1.3 Lệnh OUT 31
2.6.1.4 Lệnh OUT đảo 31
2.6.1.5 Lệnh logic NOT 32
2.6.1.6 Lệnh SET 32
2.6.1.7 Lệnh Reset 32
2.6.2 Các khối logic 32
2.6.2.1 Các mạch chốt của bit Set trội và Reset trội 32
2.6.2.2 Các mạch chốt của bit Set trội và Reset trội 32
2.6.2.3 Bộ dò quá độ dương 33
2.6.2.4 Bộ dò quá độ âm 33
2.6.2.5 Bộ định thì TP, TON, TOF 33
2.6.2.6 Bộ định thì TONR 33
2.6.2.7 Bộ đếm lên 33
2.6.2.8 Bộ đếm xuốn 34
2.6.2.9 So sánh 34
2.6.2.10 So sánh trong khoảng 34
2.6.2.11 So sánh ngoài khoảng 34
2.6.3 Phần mềm giám sát và điều khiển WinCC V7.0 35
2.6.3.1 Các bước thiết lập giao diện wincc căn bản 35
2.6.3.2 Các lệnh cơ bản thường sử dụng trong wincc ( xem phần phụ lục ) 42
Trang 5CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN PHẨM 44
3.1 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 44
3.1.1 Cơ cấu thang nâng, hạ xe ôtô 44
3.1.2 Cơ cấu dịch chuyển theo chiều ngang của thang nâng hạ 45
3.1.3 Khoang cất lấy xe 46
3.1.4 Cơ cấu lấy xe, cất xe ôtô 47
3.1.5 Tủ điện điều khiển hệ thống 47
3.1.6 Các thiết bị trong mô hình 48
3.1.6.1 CPU 1214C AC/DC/Rơlay của PLC Seimens S7-1200 48
3.1.6.2 Động cơ 24VDC giảm tốc 48
3.1.6.3 Relay trung gian Omron LY2N AC220/240 49
3.1.6.4 Cảm biến quang 49
3.1.6.5 Bộ đổi nguồn 220VAC - 12VDC 50
3.1.6.6 Aptomat 50
3.1.6.7 Cầu chì 51
3.1.6.8 Nút nhấn 51
3.1.6.9 Đèn báo 51
3.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 52
3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI S7-1200 52
3.3.1 Sơ đồ mạch động lực 52
3.3.2 Sơ đồ kết nối S7-1200 53
3.4 PHÂN ĐỊA CHỈ VÀO RA 53
CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH PLC VÀ GIAO DIỆN WINCC CHO BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG 55
4.1 PHẦN LẬP TRÌNH PLC 55
4.1.1 Chương trình khởi động hệ thống 55
4.1.1.1 Lưu đồ thuật toán 55
4.1.1.2 Chương trình PLC 56
4.1.2 Chương trình chế độ 1 58
Trang 64.1.2.1 Lưu đồ thuật toán 58
4.1.2.2 Chương trình điều khiển ( Xem phần phụ lục 2 ) 58
4.1.3 Chương trình chế độ 2 59
4.1.3.1 Lưu đồ thuật toán 59
4.1.3.2 Chương trình điều khiển: ( Xem phần phụ lục 2 ) 59
4.1.4 Chương trình chính của hệ thống 60
4.1.4.1 Lưu đồ thuật toán 60
4.1.4.2 Chương trình PLC 61
4.1.5 Chương trình con lấy xe trước 69
4.1.5.1 Lưu đồ thuật toán 69
4.1.5.2 Chương trình PLC ( Xem phần phụ lục 3 ) 69
4.1.6 Chương trình con lấy xe sau 70
4.1.6.1 Lưu đồ thuật toán 70
4.1.6.2 Chương trình PLC ( Xem phần phụ lục 3 ) 70
4.1.7 Chương trình con cất xe trước 71
4.1.7.1 Lưu đồ thuật toán 71
4.1.7.2 Chương trình PLC ( Xem phần phụ lục 3 ) 71
4.1.8 Chương trình con cất xe sau 72
4.1.8.1 Lưu đồ thuật toán 72
4.1.8.2 Chương trình PLC ( Xem phần phụ lục 3 ) 72
4.2 GIAO DIỆN WINCC CHO BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG 73
4.2.1 Giao diện khách hàng 73
4.2.2 Giao diện giám sát hệ thống 73
4.2.3 Giao diện xe trong các khoang 74
4.2.4 Giao diện Pallet lấy cất xe 74
CHƯƠNG 5 ĐỀ XUẤT TẬP HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 75
5.1 HỆ THỐNG GIAO TIẾP GIỮA KHÁCH HÀNG VÀ BÃI ĐỖ XE 75
5.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BÃI ĐỖ XE 75
5.2.1 Chế độ 1 khoang 75
Trang 75.2.2 Chế độ nhiều khoang 75
5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH 76
5.3.1 Hướng dẫn dowload chương trình xuống S7-1200 76
5.3.2 Kết nối S7-1200 với Wincc qua KEPServerEX 5 Configuration 77
5.3.3 Bảng điều khiển 81
5.4 ỨNG DỤNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH 82
5.4.1 Các bài tập cơ bản 82
5.4.2 Bài tập nâng cao 84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
PHỤ LỤC 88
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Một số cổng vào ra của bãi đỗ xe tự động 5
Hình 1.2 Mô hình hoạt động 6
Hình 1.3 Cấu hình hệ thống 6
Hình 1.4 Bãi đỗ xe cao tầng nổi 7
Hình 1.5 Bãi đỗ xe cao tầng ngầm 8
Hình 1.6 Thiết kế nhỏ gọn của cổng vào 9
Hình 1.7 Mặt bằng của một bãi đỗ 10
Hình 1.8 Sơ đồ vận chuyển xếp rỡ hệ thống thang máy – robot 11
Hình 1.9 Sơ đồ vận chuyển hệ thống cổng trục – dịch chuyển ngang (CT – DN) 12
Hình 1.10 Sơ đồ vận chuyển hệ thống thang nâng – quay vòng ngang (TN – QN) 13 Hình 1.11 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang cuốn – quay vòng đứng 14
Hình 1.12 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng – quay vòng tròn (TN – QT) 15
Hình 1.13 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN – DN) 16
Hình 2.1 Các modun mở rộng 20
Hình 2.2 Sign board 21
Hình 2.3 Modun mở rộng 21
Hình 2.4 Cấu trúc cơ bản của PLC 22
Hình 2.5 Chu kỳ quét của PLC 28
Hình 2.6 các khối chương trình trong S7-1200 29
Hình 3.1 Thang nâng hạ của hệ thống 44
Hình 3.2 Cơ cấu dịch chuyển sang hai chiều trái phải 45
Hình 3.3 Khoang chứa xe hệ thống 46
Hình 3.4 Pallet lấy cất xe của hệ thống 47
Hình 3.5 Modun PLC S7-1200 trong tủ điện 47
Hình 3.6 PLC S7-1200 48
Hình 3.7 Động cơ 24VDC kéo Visme 48
Hình 3.8 Động cơ 24VDC kéo Pallet 48
Trang 9Hình 3.9 Rơe trung gian và sơ đồ nối dây 49
Hình 3.10 Cảm biến quang 50
Hình 3.11 Nguồn 12V DC 50
Hình 3.12 Aptomat 220VAC /50Hz 50
Hình 3.13 Cầu chì 51
Hình 3.14 Nút nhấn 51
Hình 3.15 Đèn 220VAC 51
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình khởi động 55
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình chế độ 1 58
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán chương trình chế độ 2 59
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán chương trình chính của hệ thống 60
Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán chương trình con lấy xe trước 69
Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán chương trình con lấy xe sau 70
Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán chương trình con cất xe trước 71
Hình 4.8 Lưu đồ thuật toán chương trình con cất xe sau 72
Hình 4.9 Giao diện nhập Pass của khách hàng 73
Hình 4.10 Giao diện điều khiển hệ thống 73
Hình 4.11 Giao diện giám sát vị trí xe trong khoang 74
Hình 4.12 Giao diện giám sát Pallet lấy cấy xe 74
Trang 10DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các module trong hệ S7-1200 18
Bảng 2.2 Các module mở rộng của S7-1200 19
Bảng 2.3 So sánh giá trị giữa IN1 và IN2 34
Bảng 3.1 Phân mục địa chỉ vào ra của CPU 53
Bảng 5.1 Quy định vị trí khoang trong hệ thống ở mỗi tầng 81
Trang 11DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Trang 12MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
Trước sự phát triển nhanh chóng của kinh tế - xã hội, nền công nghiệp ôtô ngày càng tiến bộ và số lượng ôtô tăng lên từng giờ Nhưng càng hiện đại và phát triển thì vấn đề về không gian bãi đỗ xe rất là nan giải Xây dựng một bãi đỗ xe cao tầng
sẽ đem lại rất nhiều lợi ích: tiết kiệm thời gian; giảm ùn tắc; tạo cho khách hàng tiện nghi, thoải mái; tiết kiệm nhiên liệu; giảm nguy cơ va chạm, hao mòn xe, giảm khí thải ô nhiễm Song song với điều đó thì tự động hóa cũng phát triển, nhất là trong lĩnh vực lập trình điều khiển tự động Trong đó, PLC là bộ phận điều khiển chủ chốt Hầu như tất cả các nhà máy tự động hóa ở nước ta đều sử dụng PLC bởi tính
ổn định, thích nghi với điều kiện môi trường làm việc áp lực cao của nó
Để hoàn thành mục tiêu xây dựng bãi đỗ xe tiết kiệm không gian thì việc ứng dụng sức mạnh điều khiển của PLC là rất hợp lý và cần thiết, giúp bãi đỗ xe hoạt động một cách ổn định và tự động hoàn toàn
Hiện tại phòng thí nghiệm thực hành truyền động điện của trường vẫn chưa có
mô hình thực hành Bãi đỗ xe tự động
Vì vậy, đồ án tốt nghiệp em đã chọn đề tài là: Nghiên cứu ứng dụng PLC
S7-1200 điều khiển mô hình bãi đỗ xe cao tầng cho bài thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện của Trường Đại học Nha Trang
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài:
+ Mục tiêu: Thiết kế mô hình Bãi đỗ xe tự động phục vụ thực hành tại phòng thí
nghiệm truyền động điện trường Đại học Nha Trang
+ Phạm vi nghiên cứu: Nội dung đồ án chủ yếu là sử dụng phần mềm TIA
PORTAL V12 lập trình cho PLC S7-1200 điều khiển hệ thống bãi đỗ xe cao tầng và giám sát bằng phần mềm Wincc V7.0 Từ đó đưa ra một tập hướng dẫn để làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các khóa sau thực hành
Phương pháp nghiên cứu:
+ Tìm hiểu về thiết bị S7-1200 của siemens, phần mềm TIA Portla V12 và WinccV7.0
Trang 13+ Thu thập tài liệu và tìm hiểu các mô hình đồ án của các sinh viên khóa trước
+ Thiết kế mô hình thực nghiệm
Ứng dụng, nhu cầu thực tế của đề tài:
Mô hình trước tiên sẽ được ứng dụng vào thực hành tại phòng thí nghiệm, giúp
sinh viên có được kiến thức cơ bản về lập trình và cách điều khiển các thiết bị điện
khác ngoài PLC như role, cảm biến hay động cơ Sau đó cũng sẽ áp dụng cho tình
hình giao thông của nước ta hiện nay nếu được hoàn thiện hơn ngoài thực tế
Bố cục đồ án:
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Tổng quan về bãi đỗ xe tự động
Chương 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và phần mềm Tia Portal V12
Chương 3: Giới thiệu mô hình sản phẩm
Chương 4: Lập trình PLC và giao diện Wincc cho bãi đỗ xe cao tầng
Chương 5: Đề xuất tập hướng dẫn thực hành
Trong quá trình làm đồ án em đã vận dụng hết tất cả kiến thức của mình và
những lời khuyên từ mọi người xung quanh nhưng không tránh khỏi sai sót, mong
thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến thêm để đề tài được hoàn thiện hơn
Trang 14TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Ngày nay bãi đỗ xe cao tầng được xây dựng rất phổ biến trên thế giới, nhưng tất
cả đều có các điểm chung là:
+ Sau khi đưa xe vào phòng xe, hệ thống lập trình PLC sẽ tự động đưa xe vào
vị trí đỗ, người lái xe không cần thao tác bất kỳ động tác nào ngoài việc bấm nút số
+ Khi có rủi ro hỏa hoạn, vì bãi đỗ xe tự động không có người nên nguy cơ chết người không thể xảy ra Hệ thống đỗ xe tự động có thể lắp đặt nổi trên mặt đất hoặc ngầm bên dưới
Ở nước ta hiện tại đã có hai nơi đã xây dựng bãi đỗ xe cao tầng là thủ đô Hà Nội với quy mô 126 , cao 5 tầng, gồm 4 block có sức chứa 30 xe, sử dụng công nghệ Hàn Quốc và TP.Hồ Chí Minh rộng hơn 32.000 gồm 9 tầng để xe, một tầng trệt được dùng làm khu bảo trì bảo dưỡng và rửa xe Công trình được đầu tư 570 tỷ đồng do Samco xây dựng, sức chứa 1.000 ôtô và 800 xe máy
Trước đây có một số đề tài liên quan đến xây dựng bãi đỗ xe cao tầng mà các sinh viên các khóa trước thực hiện như:
+ Đồ án xây dựng mô hình bãi đổ xe tự động dùng PLC S7200 của sinh viên
Hà Duy Hải ở hải phòng thực hiện [1] Đồ án chỉ sử dụng cảm biến quang để phát hiện xe ra xe vào nên sức chứa của bãi nhỏ và còn mất rất nhiều diện tích, nhưng rất kinh tế
+ Đồ án mô hình bãi giữ xe ôtô tự động sử dụng PLC Mitsubishi của Võ Quốc Vinh, Nguyễn Vinh Hiền, Lê Hoàng Việt thực hiện [2] Mặc dù thiết kế bãi khá
Trang 15nhiều tầng và nhiều khoang nhưng số khoang vẫn chỉ được thiết kế một phía, Pallet cất lấy xe không dịch chuyển về hai phía được
+ Luận văn xây dựng một bãi đỗ xe tự động hiện đại theo dạng tầng cao ốc hoặc hầm ngầm [3] Luận văn chỉ nêu khái quát mô hình trên máy tính nhưng chưa làm sản phẩm thực nên số liệu tính toán thiết kế vẫn chỉ ở trên giấy
Bãi đỗ xe cao tầng đồ án của em được xây dựng với sức chứa 16 khoang trên 3 tầng, thiết kế khoang ở cả hai phía Cơ cấu lấy cất xe là điều khiển Pallet với hai động cơ Pallet và một động cơ Xích đều là 12V DC Cơ cấu nâng hạ và đưa qua trái, qua phải được điều khiển bằng Visme do động cơ DC 24V thực hiện Hai khung nhôm đặt đối xứng qua cơ cất nâng hạ, mỗi khung gồm 3 tầng, mỗi tầng có 3 khoang, mỗi khoang được xác định bằng một mã Pass nhất định
Hệ thống sử dụng cảm biến quang gồm 8 cảm biến SHARP GP1A73A1 phát hiện khoảng cách 10mm thay thế cho công tắc hành trình và hai cảm biến E3F-DS4C30 loại NPN phát hiện được 30cm dùng đếm số lượng xe vào ra Các loại cảm biến này phải sử dụng mạch kích để đưa 24V DC đến đầu vào của PLC
Hệ thống được điều khiển bằng PLC S7-1200 của hãng Simen và giám sát bằng phần mềm Wincc V7.0 Phần mềm lập trình cho PLC là TIA Portal V12
Hệ thống hoạt động với hai chế độ là chế độ 1 khoang và chế độ nhiều khoang: + Chế độ một khoang được sử dụng nếu bãi đỗ xe được xây dựng tại các công
ty, bệnh viện Mỗi khoang sẽ được thiết kế giành riêng cho mỗi xe, xác định bằng cách dùng mật mã thay cho quét thẻ từ
+ Chế độ nhiều khoang được sử dụng nếu được xây dựng tại các bãi biển, sân vận động Các xe nếu vào cất xe thì nhập mật mã bất kỳ thay cho quét thẻ từ, nhưng cần phải nhớ mật khẩu để nhập đúng nó khi lấy xe
Trang 16CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
Trang 17tiên tiến nhất Các bãi giữ xe thường kết hợp giữa hệ thống điều khiển thông minh (PLC), Camera theo dõi và cảm biến phát hiện xe Từ đó giúp kiểm soát phương tiện vào ra – Quản lý phương tiện bằng thẻ từ – Nhận diện biển số – Giám sát bằng camera – Kiểm soát hình thức gửi xe
Hình 1.2 Mô hình hoạt động
Hình 1.3 Cấu hình hệ thống
Trang 181.2 BÃI ĐỖ XE CAO TẦNG
Công nghệ xếp xe tự động hoạt động theo nguyên lý sau khi đưa xe vào phòng,
hệ thống sẽ tự động đưa vào vị trí đỗ, người lái xe không cần làm gì khác ngoài việc bấm nút số xe Khi có bất kỳ sự cố nào, hệ thống sẽ báo động tức thời về trung tâm
xử lý Do xe không tự vận hành nên không gây ra các ô nhiễm do chất thải của xe, tránh nguy cơ cháy nổ Khi có rủi ro hỏa hoạn, nguy cơ thương vong cũng không xảy ra vì bãi đỗ xe tự động không có người
Hình 1.4 Bãi đỗ xe cao tầng nổi Trên cùng một diện tích, số lượng ôtô đỗ được theo kiểu tự động có thể tăng từ gấp đôi đến gấp 20 lần so với số lượng ôtô đỗ theo kiểu tự lái thông thường
Bãi đậu xe nhiều tầng có ưu điểm là thời gian thi công nhanh (trung bình khoảng
5 tháng), việc xây dựng dưới dạng khung lắp ghép thành một tầng, hai tầng hoặc nhiều hơn tùy thuộc vào địa điểm và không gian cho phép
Trang 19Khi xe đi vào bãi, việc đưa xe vào và lấy ra đều được điều khiển bằng thiết bị nên có thể cho phép nâng, xoay, dịch chuyển ngang, dọc theo sự bố trí của bãi xe Ngoài ra, vốn đầu tư thấp hơn nhiều so với việc xây dựng các bãi đậu xe ngầm
Hình 1.5 Bãi đỗ xe cao tầng ngầm Đối với các hộ gia đình thiếu hoặc không có chỗ đỗ xe có thể triển khai lắp đặt
hệ thống đỗ xe gia đình, tận dụng không gian nổi hoặc ngầm, trong nhà hoặc ngoài sân Tại các địa điểm kinh doanh như nhà hàng, cửa hàng, siêu thị, văn phòng thì tận dụng những khu đất, vị trí còn trống trong khuôn viên lắp đặt hệ thống đỗ xe tự động với quy mô nhỏ (dưới 50 xe) nhằm gia tăng số chỗ đỗ xe lên nhiều lần
Những địa điểm tập trung khác như các cơ quan, chung cư hiện đang thiếu chỗ
đỗ xe trầm trọng cần nâng cấp tầng hầm để tăng thêm vị trí đỗ xe (nếu chiều cao cho phép) hoặc tận dụng những khoảng không gian bên ngoài tòa nhà để lắp đặt hệ thống thiết bị tương ứng Đối với các địa điểm công cộng áp dụng các trạm đỗ xe tự động theo quy mô và vị trí của bãi đỗ
Trang 20Hình 1.6 Thiết kế nhỏ gọn của cổng vào
Do có thiết kế nhỏ gọn và linh hoạt, các trạm đỗ xe này có thể dễ dàng tìm được các vị trí thích hợp trong khu đô thị và khi xây dựng, đưa vào hoạt động không ảnh hưởng đến mỹ quan cũng như cơ sở hạ tầng hiện hữu Tính linh động, thi công lắp ráp nhanh, hệ thống bãi đỗ xe tự động có thể được xây dựng trong thời gian rất ngắn
để nhanh chóng đưa vào sử dụng, giúp giải quyết các vấn đề giao thông cấp bách hiện nay
Với các bãi đỗ xe nổi trên mặt đất, chọn giải pháp nâng cao tầng để tăng hiệu quả sử dụng mặt bằng, công trình dạng ngầm thì diện tích trên mặt đất bên trên hoàn toàn có thể sử dụng vào mục đích khác
Chi phí đầu tư tùy thuộc vào quy mô từng trạm bãi đỗ xe tự động cụ thể Các bãi
đỗ xe tự động sẽ tập trung vào quy mô nhỏ và vừa, rải đều tại nhiều vị trí Bằng khả năng làm chủ công nghệ cùng với chủng loại thiết bị đa dạng với mức giá khoang từ 3.000-25.000 USD/ vị trí đỗ
Trang 21Hình 1.7 Mặt bằng của một bãi đỗ Đây là một sản phẩm mới và hiện tại đang được các tập đoàn, công ty lớn của Việt Nam áp dụng
Một hệ thống bãi đỗ xe cao tầng có thể xây dựng trên một khu vực trống, thậm trí bên trong tòa nhà Có nhiều loại hệ thống khác nhau, phù hợp với nhiều kích thước khác nhau của khu vực đỗ xe Chủ đầu tư có thể lựa chọn phương án phù hợp nhất cho công trình của mình Vì vây có thể nói sử dụng bãi đỗ xe cao tầng là phương án tối ưu nhất hiện nay và cần được nhân rộng
1.3 GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
1.3.1 Hệ thống thang máy – robot (TM – RB)
- Thang máy: có nhiệm vụ nâng hạ robot tự hành từ vị trí bắt đầu đến các tầng và đảm bảo dừng chính xác tại địa điểm mà hệ thống điều khiển chỉ định
Robot tự hành: có nhiệm vụ từ vị trí đỗ (trên bàn thang máy) di chuyển trên đường ray của mỗi tầng đến vị trí xác định (vị trí lưu đỗ) xếp hai bên đường ray Tại địa điểm lấy xe ra này, cánh tay robot di chuyển đến vị trí bánh xe ôtô rồi thực hiện thao tác: kẹp – nâng – kéo ôtô về bàn đỗ của robot, xong rồi thang máy đưa xe xuống nơi tra xe Tại địa điểm gửi xe vào thì thao tác ngược lại
Trang 22Hình 1.8 Sơ đồ vận chuyển xếp rỡ hệ thống thang máy – robot
Đặc điểm:
+ Hệ thống này được sử dụng rất rộng rãi cho lưu kho và đỗ xe có quy mô lớn,
hệ số an toàn cao Đặc biệt hệ thống này là giải pháp tiết kiệm năng lượng lưu chuyển
Trang 23Hình 1.9 Sơ đồ vận chuyển hệ thống cổng trục – dịch chuyển ngang (CT – DN)
Đặc điểm:
+ Hệ thống này có kết cấu nguyên lý đơn giản dễ điều khiển và thông dụng, thích hợp với mô hình vừa và nhỏ do hạn chế về chiều cao của cổng trục
+ Hệ thống sử dụng diện tích k = 2/3
1.3.3 Hệ thống thang nâng – quay vòng ngang (TN – QN)
- Thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy hoặc vận thăng
- Cơ cấu vận chuyển thang trên 1 tầng theo phương pháp đẩy/ kéo trượt ngang các pallet theo một vòng tròn khép kín (pallet có thể dịch chuyển theo 2 phương nằm ngang)
- Cơ cấu công tác thực hiện việc xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc tháo khớp truyền lực giữa các pallet với nhau
Trang 24Hình 1.10 Sơ đồ vận chuyển hệ thống thang nâng – quay vòng ngang (TN – QN)
Đặc điểm: Hệ thống này cho hệ số sử dụng diện tích khá cao (>80%) thường sử dụng cho bãi đỗ ngầm
Nhược điểm của hệ thống này là chi phí năng lượng riêng lớn
Trang 251.3.4 Hệ thống thang cuốn – quay vòng đứng (TC – QD)
- Thang cuốn ở đây thuốc loại xích tải nó có thể nâng/ hạ pallet liên tục theo vòng tròn đứng
- Việc dịch chuyển trên mỗi tầng được thực hiện nhờ cơ cấu đẩy kéo chuỗi pallet theo từng nhịp (mỗi bước dịch chuyển bằng chiều rộng của pallet) chúng dừng lại khi thẳng hàng với pallet trên thang cuốn
- Cơ cấu công tác ở đây là cơ cấu tháo khớp Khớp liên kết truyền lực giữa pallet liên kề khi chúng thẳng hàng Khi thang cuốn dịch chuyển thì khớp tự phân khai Đường lưu chuyển của hệ thống này là vòng tròn khép kín giữa tầng này với tầng khác kết hợp với 2 thang cuốn
Hình 1.11 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang cuốn – quay vòng đứng
- Đặc điểm: Hệ thống này sử dụng nhiều bộ truyền động, chi phí năng lượng riêng cao
Trang 261.3.5 Hệ thống thang nâng – quay vòng tròn (TN – QT)
- Thang nâng hệ thống này thực hiện 2 chuyển động: nâng hạ theo phương thẳng đứng và quay quanh trục của nó
- Cơ cấu công tác: thực hiện thao tác xếp vào/ lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot Khi thang nâng, nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc
Hình 1.12 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng – quay vòng tròn (TN – QT)
Đặc điểm: Hệ thống này được sử dụng ở mọi địa hình, sử dụng ít không gian, thời gian lấy xe ngắn
1.3.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN – DN)
- Thang nâng ở đây thường sử dụng kiểu vận thăng ròng rọc kép di chuyển trên
4 đường ray theo phương thẳng đứng
- Cơ cấu móc kéo thực hiện việc xếp vào/ lấy ra khỏi vị trí đỗ, cơ cấu này được đặt cố định trên trên bàn của thang nâng Khi thang nâng dừng ở vị trí xác định thì
cơ cấu móc kéo đẩy/ kéo pallet theo phương ngang vào vị trí đỗ trên sàn hay bàn thang nâng
Trang 27Hình 1.13 Sơ đồ lưu chuyển hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang (TN – DN)
Đặc điểm: Hệ thống này kết cấu đơn giản, dễ thi công, thường sử dụng cho bãi
đỗ kiểu tháp cao Hệ số sử dụng diện tích k = 2/ 3 – 4/ 5
Trang 28CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
TIA PORTAL V12
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal v12 của Siemens
Trang 29Chức năng các bộ phận:
1 Bộ phận kết nối nguồn
2 Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
3 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
2.2 CÁC MODULE TRONG HỆ S7-1200
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là 0,1µs,
Có 6 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 4 ngõ ra số
Có thể mở rộng lên đến 3 mô đun giao tiếp
và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz
1211 CPU DC/DC/DC
1211 CPU DC/DC/Rly
AC/DC/Rly
Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm) CPU 1212C nhỏ gọn, bộ nhớ chương trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ
1212 CPU
Trang 30Có thể mở rộng lên đến 3 mô đun giao tiếp,
2 mô đun tín hiệu và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz
1211 CPU DC/DC/Rly
AC/DC/Rly
Kích thước: 110 x 100 x 75 (mm) CPU 1214C nhỏ gọn, bộ nhớ chương trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 50Kb, bộ nhớ tải 2Mb
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là 0,1µs,
Có 14 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 10 ngõ ra số
Có thể mở rộng lên đến 3 mô đun giao tiếp,
8 mô đun tín hiệu và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz
1214 CPU DC/DC/DC
1211 CPU DC/DC/Rly
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module mở rộng
Bảng 2.2 Các module mở rộng của S7-1200
Trang 318 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In / 8 x DC Out
8 x DC In / 8 x Relay Out
Module tín
hiệu (SB)
16 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay Out
Kiểu tương
Bảng tín hiệu
(SB)
Kiểu tương
Trang 32 Board tín hiệu của S7-1200
Board tín hiệu – một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu
ít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng số lượng tín hiệu ít Gồm các board: 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (± 10VDC, 0-20mA), 2 cổng tín hiệu vào và 2 cổng tín hiệu ra
vào/ra được gắn trực tiếp vào phía
bên phải của CPU Với dải rộng các
loại module tín hiệu vào/ra số và
analog, giúp linh hoạt trong sử dụng
S7-1200 Tính đa dạng của các
module tín hiệu vào/ra sẽ được tiếp
tục phát triển
Module truyền thông
Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng được 3 moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt Tại thời điểm giới thiệu S7-200 ra thị trường, có các module RS232 va RS485, hỗ trợ các protocol truyền thông như modbus, USS
Hình 2.2 Sign board
Hình 2.3 Modun mở rộng
Trang 332.3 CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA PLC
Hình 2.4 Cấu trúc cơ bản của PLC
Mô đun nguồn: Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều
Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các can nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến…
Mô đun xuất (Output Module):
Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập
Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc
256 ngõ ra Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A
Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT, Aptomat, Triac…
Thiết bị lập trình
Mô đun nhớ
CPU
Mô đun nguồn
Mô đun vào/ra Đầu vào
Đầu ra
Trang 34 Bộ xử lý trung tâm (CPU):
Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay tương
tự Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU
Mô đun nhớ:
Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn
bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ Thông thường các bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU Thông tin chứa trong bộ nhớ
sẽ xác định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ được gọi là bit Mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1 Đơn vị thông dụng của
bộ nhớ là K, 1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit Các PLC thường có
bộ nhớ từ 1K đến 64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển Trong các PLC hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau Các kiểu
bộ nhớ này có thể xếp vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện Nếu chương trình điều khiển chứa trong bộ nhớ có thể thay đổi mà bị mất điện đột xuất
do tuột dây, mất điện nguồn thì chương trình phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ
Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ nhớ thay đổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay
cả khi mất điện Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC gồm:
+ ROM (Read Only Memory)
+ RAM (Random Access Memory)
+ PROM (Programable Read Only Memory)
+ EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
+ EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)
+ Bộ nhớ flash
Trang 352.4 PHẦN MỀM TIA PORTAL V12
2.4.1 Giới thiệu SIMATIC Step 7 Basic
Phần mềm TIA PORTAL V12 cung cấp cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đồ án, như các thiết bị PLC và HMI Step 7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình là LAD và FBD để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển ứng dụng và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng
2.4.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP
- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
2.4.3 Cách tạo một Project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V12
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Trang 36Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create
Bước 4: Chọn Configure a device
Bước 5: Chọn Add new device
Trang 37Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add
Bước 7: Project mới được hiện ra
Trang 382.4.4 TAG của PLC/TAG local
Tag của PLC
- Phạm vi ứng dụng: giá trị Tag có thể sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
- Ứng dụng: binary I/O, Bits of memory
- Định nghĩa vùng: Bảng tag của PLC
- Miêu tả: Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép
Tag Local
- Phạm vi ứng dụng: giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau
- Ứng dụng: tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời
- Định nghĩa vùng: khối giao diện
- Miêu tả: Tag được đại diện bằng dấu #
Sử dụng Tag trong hoạt động:
- Layout: bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project
- Colum: mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình
- Name: chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU
- Data type: kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
- Address: địa chỉ của tag
Trang 39- Retain: khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại
- Comment: comment miêu tả của tag
Nhóm tag: Tạo nhóm tag bằng cách chọn Add new tag table
2.5 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
2.5.1 Vòng quét chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bọ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ
và kiểm tra lỗi
Quét chương trình
Bắt đầu chu kỳ
Hình 2.5 Chu kỳ quét của PLC
Trang 40Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như các công tắc, cảm biến…
Trạng thái của các tín hiệu vào được lưu tạm thời vào bảng ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mãng nhớ để xác định các đầu ra sẽ được nạp năng lượng hay không Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 ms Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC
2.5.2 Cấu trúc lập trình
Hình 2.6 các khối chương trình trong S7-1200