Mô phỏng điều khiển thang máy dùng simatic protoolwincc và s7-300

Mô phỏng điều khiển thang máy dùng simatic protoolwincc và s7-300

LỜI CẢM ƠN

Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, em và các bạn trong lớp 49DDT đã được các thầy cô trong bộ môn cũng như toàn thể giảng viên trong toàn trường truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em

Vì vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên đã truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm qua

Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, người đã trực

tiếp và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy

Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè Những người

đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt

đồ án này Xin chân thành cảm ơn mọi người

Nha Trang, tháng 6 năm 2011

Sinh viên

Lê Minh Tưởng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Phân loại thang máy 2

1.2.1 Phân loại theo chức năng 2

1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển 3

1.2.3 Phân loại theo tải trọng 3

1.2.4 Theo hệ thống vận hành 3

1.3 Trang thiết bị cơ khí của thang máy 4

1.3.1 Tổng thể thang máy 4

1.3.2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy 6

1.3.2.1 Cơ cấu nâng 6

1.3.2.2 Tủ điện 6

1.3.2.3 Puli dẫn hướng 2 6

1.3.2.4 Bộ phận hạn chế tốc độ 4 6

1.3.3 Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy 7

1.3.4 Các thiết bị lắp trong giếng thang 7

1.3.4.1 Ray dẫn hướng 7

1.3.4.2 Cabin và các thiết bị liên quan 7

1.3.4.3 Hệ thống cân bằng trong thang máy 9

1.3.4.4 Thiết bị an toàn cơ khí 10

1.3.4.5 Cảm biến vị trí 11

1.4 Nguyên tắc hoạt động và sử dụng thang máy 13

1.4.1 Nguyên tắc hoạt động của thang máy 13

1.4.2 Cách sử dụng thang máy 14

1.4.2.1 Gọi thang máy từ bên ngoài buồng thang 14

1.4.2.2 Gọi thang từ bên trong buồng thang 15

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC SIMATIC S7-300 17

2.1 Mở đầu 17

2.2 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 18

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-300 18

2.2.2 Giới thiệu các module PLC S7-300 18

2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ CPU 22

2.3 Phần mềm STEP 7 24

2.3.1 Chức năng của phần mềm STEP 7 24

2.3.2 Ngôn ngữ lập trình 24

2.3.3 Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển 24

2.4 Ưu điểm và các ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC 27

2.4.1 Ưu điểm của hệ thống điều khiển PLC 27

2.4.2 Các ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC 28

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 29

3.1 Giới thiệu 29

3.1.1 Các đặc điểm chính 29

3.1.2 Các thiết lập trong WinCC 31

3.1.3 Giao diện đồ họa trong WinCC Explorer 33

3.1.4 Các công cụ hỗ trợ của WinCC 33

3.2 Giao tiếp giữa WINCC và PLC S7-300 35

3.3 Các tính năng nổi trội của phiên bản WinCC 7.0 36

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TRÊN SIMATIC S7-300 37

4.1 Yêu cầu hoạt động của thang máy 37

4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển thang máy 38

4.2.1 Lưu đồ Reset buồng thang khi hệ thống bắt đầu hoạt động 38

4.2.2 Lưu đồ hoạt động của thang máy 39

4.2.3 Lưu đồ đóng mở cửa buồng thang 40

4.2.4 Lưu đồ dừng hệ thống buồng thang và sự cố 41

4.3 Các tập lệnh dùng trong chương trình điều khiển thang máy 41

4.3.1 Các tiếp đểm và cuộn dây trong Bit Logic 41

4.3.2 Lệnh so sánh bằng trong nhóm lệnh so sánh COMPARATOR 45

4.3.3 Lệnh chuyển đổi BCD_I trong nhóm lệnh CONVERTER 46

4.3.4 Bộ đếm lên-xuống S_CUD trong nhóm lệnh COUNTER 47

4.3.5 Lệnh MOVE 48

4.3.6 Bộ định thời gian S_ODT (On Delay S5 Timer) trong bộ TIMER 49

4.4 Chương trình lập trình Lader trên Simatic S7_300 50

4.4.3 Các bước thực hiện trên Simatic S7-300 54

4.4.4 Chương trình điều khiển thang máy hoàn chỉnh và giải thích hoạt động của các Network 56

CHƯƠNG 5: GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG THANG MÁY TRÊN WINCC 57

5.1 Tổng thể về giao diện mô phỏng thang máy 57

5.2 Các bước thực hiện trên WinCC 58

5.1.2 Các bước tạo liên kết giữa WinCC và S7-300 58

5.1.2 Thiết kế giao diện mô phỏng chương trình 62

5.3 Chạy mô phỏng với WinCC 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

1.Kết luận 88

2 Kiến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

PLC Programmable Logic Control

WINCC Window Control Center

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

OLE Object Linking and Embeding

OPC OLE for Process Control

ODBC Open Data Base Connectivity

ERP Enterprise Resource Planning

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hình dáng tổng thể của thang máy 1

Hình 1.2: Các thiết bị của một thang máy 5

Hình 1.3: Cơ cấu nâng thang 6

Hình 1.4: Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm 11

Hình 1.5: Cảm biến vị trí kiểu cơ khí 11

Hình 1.6: Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng 12

Hình 1.7: Cảm biến vị trí kiểu quang điện 13

Hình 1.8: Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang 14

Hình 1.9: Bảng điều khiển bên trong thang máy 15

Hình 21: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình 17

Hình 2.2: Cấu hình cứng của trạm PLC 18

Hình 2.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300 19

Hình 2.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300 19

Hình 2.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300 20

Hình 2.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300 20

Hình 2.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300 21

Hình 2.8: Hình ảnh module FM của PLC S7-300 21

Hình 2.9: Hình ảnh module CP của PLC S7-300 22

Hình 2.10: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính 25

Hình 2.11: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc .26

Hình 3.1: Sự kết hợp giữa Siemens và Microsoft 29

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đồ án

Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, cũng như trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và chất lượng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều

Nếu như trước đây hệ thống điều khiển tự động dựa trên các rơle thì ngày này chúng được thay thế bằng các bộ PLC với những ưu điểm vượt trội như: sự hoạt động tin cậy, dễ lập trình, dễ chuẩn hóa và PLC đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong hệ thống tự động ngày nay Thang máy, một thiết bị vận chuyển đòi hỏi nghiêm ngặt những yêu cầu như điều khiển linh hoạt, ổn định, chính xác cao…, và hiện nay ở nước ta đã có rất nhiều tòa nhà cao tầng, thang máy là một phần không thể thiếu để đáp ứng việc đi lại cũng như tăng thêm nét thẩm mỹ của tòa nhà Các tòa nhà lớn thì không thể chỉ có một thang máy và các thang máy sẽ chia thành các nhóm ở các khu vực khác nhau trong tòa nhà Vậy vận hành các nhóm thang máy này sao cho phù hợp, tạo sự thỏa mái cho khách hàng, tiết kiệm quảng đường di chuyển nhằm tiết kiệm thời gian của khách cũng như năng lượng hao phí sẽ giảm

Từ những vần đề này, em đã chọn đồ án “MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY DÙNG SIMATIC PROTOOL/WINCC VÀ S7-300” để thực hiện đồ

án tốt nghiệp

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu tổng thể về thang máy: tìm hiểu về các trang thiết bị của thang máy, các cảm biến cần thiết trong thang máy, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng thang máy

Tìm hiểu về PLC Simatic S7-300: nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc

bộ nhớ của PLC S7-300, tìm hiểu cách sử dụng phần mềm S7-300 dùng để lập trình cho họ PLC Simatic S7-300

Tìm hiểu về mềm phềm Wincc: xây dựng giao diện mô phỏng trong phần mềm Wincc, cách liên kết các biến giữa S7-300 va Wincc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu về phần mềm S7-300 và Wincc, các tập lệnh sử dụng để điều khiển thang máy trong phần mềm đó

Viết chương trình điều khiển thang máy đơn năm tầng và làm mô hình mô phỏng tĩnh thang máy đơn năm tầng

Phạm vi nghiên cứu

Dựa vào yêu cầu của đồ án nên đồ án chỉ tập trung đi sâu vào lập trình trên phần mềm S7-300 để điều khiển thang máy đơn năm tầng và xây dựng mô hình mô phỏng tĩnh trên Wincc để mô phỏng điều khiển thang máy đơn năm tầng trên màn hình máy tính

Tìm hiểu tổng quan thang máy về mặt lý thuyết

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về PLC S7-300 và phần mềm Wincc

Mô phỏng thực nghiệm điều khiển lập trình thang máy đơn năm tầng từ việc lập trình trên S7-300 và trên giao diện của Wincc

5 Bố cục của đồ án

Đồ án này được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:

Chương 1: Tổng quan về thang máy

Chương 2: Giới thiệu PLC Simatic S7-300

Chương 3: Giới thiệu phần mềm WINCC

Chương 4: Chương trình điều khiển thang máy trên Simatic S7-300 Chương 5: Tạo giao diện và mô phỏng trên WINCC

Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng do kiến thức

và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong được

sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn

Em xin trân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 Giới thiệu chung

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15° so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Thang máy và máy nâng được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy và máy nâng được sử dụng

để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau…Nó đã thay thế cho sức lực của con người và mang lại năng suất cao Hình

dáng tổng thể của thang máy được giới thiệu tại hình 1.1

Hình 1.1: Hình dáng tổng thể của thang máy

Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được 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 người tiết kiệm được 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 được trang bị thang máy để đảm bảo cho người 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 trước đây thang máy chủ yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp để chở hàng hoá và ít được phổ biến Nhưng trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân và cơ sở hạ tầng càng ngày việc

sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên

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 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 được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

1.2 Phân loại thang máy

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

1.2.1 Phân loại theo chức năng

- Thang máy chở người: Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: Gia tốc tối ưu 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 ưu về độ

êm khi dịch chuyển, và thời gian dịch chuyển, và tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện…

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của môi trường làm việc: Độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn…

- Thang máy chở hàng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp kinh doanh …

nó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang đảm bảo cho việc vận chuyển

hàng hóa lên xuống thang máy được dễ dàng thuận tiện

1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển

1.2.3 Phân loại theo tải trọng

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

- Thang máy loại trung bình: Q = 500÷1000 Kg

- Thang máy loại lớn: Q = 1000÷1600 kg

- Thang máy loại rất lớn: Q > 1600 Kg

1.2.4 Theo hệ thống vận hành

- Theo mức độ tự động:

+ Loại nửa tự động

+ Loại tự động

- Theo tổ hợp điều khiển:

+ Điều khiển đơn

+ Điều khiển kép

+ Điều khiển theo nhóm

- Theo vị trí điều khiển:

+ Điều khiển trong cabin

+ Điều khiển ngoài cabin

+ Điều khiển cả trong và ngoài cabin

1.3 Trang thiết bị cơ khí của thang máy

1.3.1 Tổng thể 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 được 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 (dưới mức sàn tầng 1)

Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2: Các thiết bị của một thang máy

1 Động cơ điện; 2 Puli; 3 Cáp treo; 4 Bộ hạn chế tốc độ; 5 Buồng thang;

6 Thanh dẫn hướng; 7 Hệ thống đối trọng; 8 Trụ cố định ; 9 Puli dẫn hướng;

10 Cáp liên động; 11 Cáp cấp điện; 12 Động cơ đóng mở cửa buồng thang

1.3.2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy

1.3.2.1 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 được lắp đặt trên tấm đế bằng thép Trong thang máy thường dùng hai cơ

cấu nâng như 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 thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao

Hình 1.3: Cơ cấu nâng thang

Làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm bằng cáp liên động 10 để hạn chế tốc

đọ di chuyển của buồng thang

1.3.3 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 và đối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình di chuyển xuống bị sự cố (không hoạt động)

1.3.4 Các thiết bị lắp trong giếng thang

1.3.4.1 Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hướng 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 hướng nằm ngang trong quá trình chuyển động Ngoài ra ray dẫn hướng còn phải đủ cứng vững để trọng lượng của cabin và tải trọng trong cabin tựa lên dẫn hướng cùng các thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trường hợp bị đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép)

Giảm chấn:

Giảm chấn được lắp đặt dưới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đối trọng trong trường hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dưới vượt quá vị trí đặt của công tắc hành trình cuối cùng Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dưới phù hợp cho người có trách nhiệm thực hiện kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa

1.3.4.2 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 hướng, 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 người phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng

Khung cabin

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

- Ngàm dẫn hướng

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

- Hệ thống treo cabin

Do cabin và đối trọng được 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 như nhau Trong trường hợp ngược lại, sợi cáp chịu lực căng lớn nhất sẽ bị quá tải còn sợi cáp chùng sẽ trượt 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 được 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 được khi đã điều chỉnh độ căng của các cáp như nhau Hệ thống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng trong hệ thống chịu lực của cabin

- 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 hưởng lớn đến chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa cabin và cửa tầng được 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 được mở ra Tương 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

Buồng cabin

Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời được 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 được các yêu cầu cần thiết về mặt kỹ thuật cũng như mặt

mỹ thuật

1.3.4.3 Hệ thống cân bằng trong thang máy

Việc chọn sơ đồ động học và trọng lượng các bộ phận của hệ thống cân bằng

có ảnh hưởng 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

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, người ta chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng của cabin và một phần tải trọng nâng, cáp điện mà không dùng cáp hoặc xích cân bằng

Xích và cáp cân bằng

Khi thang máy có chiều cao trên 45m hoặc trọng lượng cáp nâng và cáp điện

có giá trị trên 0,1Q thì người ta phải đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần trọng lượng của cáp nâng và cáp điện chuyển từ nhánh treo cabin sang nhánh treo đối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt động, đảm bảo mômen tải tương đối

ổn định trên puly ma sát Xích cân bằng thường được dùng cho thang máy có tốc độ dưới 1,4 m/s Đối với thang máy có tốc độ cao, người ta thường dùng cáp cân bằng

và có thiết bị kéo căng cáp cân bằng để không bị xoắn Tại thiết bị kéo căng cáp cân bằng phải có tiếp điểm điện an toàn để ngắt mạch điều khiển của thang máy khi cáp cân bằng bị đứt hoặc bị dãn quá lớn và khi có sự cố với thiết bị kéo căng cáp cân bằng

Cáp nâng

Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 – 1800 N/mm2 Trong thang máy thường dùng từ 3 đến 4 sợi cáp bện Cáp nâng được chọn theo điều kiện sau:

S

SMAX *n ≤ d

Trong đó:

Smax: Lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy

S d: Tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo xác định và cho trong bảng cáp tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạn bền của vật liệu sợi thép bện cáp

n: Hệ số an toàn bền của cáp, lấy không nhỏ hơn giá trị quy định trong tiêu chuẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ, loại thang máy và loại cơ cấu nâng

Bộ kéo tời

Tuỳ theo sơ đồ dẫn động mà bộ tời kéo được đặt ở trong phòng máy dẫn động nằm ở phía trên, phía dưới hoặc nằm ở cạnh giếng thang Bộ tời kéo dẫn động điện gồm có hộp giảm tốc và loại không có hộp giảm tốc Đối với thang máy có tốc

độ lớn người ta dùng bộ tời kéo không có hộp giảm tốc

1.3.4.4 Thiết bị an toàn cơ khí

Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho thang máy và hành khách trong trường hợp xảy ra sự cố như: Đứt cáp, cáp trượt trên rãnh puly ma sát, cabin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm có:

Phanh hãm điện từ

Phanh bảo hiểm

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

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm (hình 1.4) dùng để hãm êm

- Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp

Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm 2 trượt dọc theo hai thanh dẫn hướng 1 Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5 gắn chặt vối hệ thống truyền lực trực vít và tang - bánh vít 4 Hệ truyền lực bánh vít - trục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, còn phần bên trái là ren trái Khi tốc

độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm 5 ở hai đầu của trục vít ở vị trí xa nhất so với tang - bánh vít 4, làm cho hai gọn kìm 2 trượt bình thường dọc theo thanh dẫn hướng 1 Trong trường hợp tốc độ của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép, tang - bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để kéo dài hai đầu nêm

5 về phía mình, làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào thanh dẫn hướng, kết quả sẽ

hạn chế được tốc độ di chuyển của buồng thang và trong trường hợp bị đứt cáp treo,

sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh dẫn hướng

Hình 1.4: Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm

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

4 Tang – bánh vít ; 5 Nêm

1.3.4.5 Cảm biến vị trí

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

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

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

- Xác định vị trí của buồng thang:

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

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

Hình 1.5: Cảm biến vị trí kiểu cơ khí

1 Tấm cách điện; 2 Tiếp điểm tĩnh; 3 Tiếp điểm động; 4 Cần gạt;

5 Vòng đệm cao su

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí Khi buồng thang di chuyển đi lên, dưới tác dụng của vấu gạt (lắp ở mỗi tầng) sẽ gạt tay gạt sang bên phải, cặp tiếp điểm 2 bên trái kín, khi buồng thang di chuyển theo chiều đi xuống, vị trí tay gạt ở bên trái, cặp tiếp điểm 2 ở vị trí giữa, cả hai cặp tiếp điểm 2 đều hở

- Ưu điểm: có kết cấu đơn giản, thực hiện đủ ba chức năng của bộ phận cảm

biến vị trí

- Nhược điểm:

+ Tuổi thọ làm việc không cao, đặc biệt là đối với thang máy tốc độ cao

+ Gây tiếng ồn lớn, gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến

Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Hình 1.6: Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

a) Cấu tạo của cảm biến; b) Sơ đồ nguyên tố của bộ cảm biến

1 Mạch từ; 2 Cuộn dây; 3 Tấm sắt chữ TS Đối với thang máy tốc độ cao, nếu dùng bộ cảm biến kiểu cơ khí, làm giảm

độ tin cậy trong quá trình làm việc Bởi vậy trong các sơ đồ khống chế thang máy tốc độ cao thường dùng các bộ cảm biến không tiếp điểm: kiểu cảm ứng, kiểu điện dung và kiểu quang điện

Cảm biến vị trí kiểu quang điện

Hình 1.7 Cảm biến vị trí kiểu quang điện

Nguyên lý làm việc của bộ cảm biến kiểu quang điện như sau: khi buồng thang chưa đến đúng tầng, ánh sáng chưa bị che khuất, transito quang TT thông, transito T1 khoá và transito T2 thông, rơle trung gian RTr tác động, còn khi buồng thang đến đúng tầng, ánh sáng bị che khuất, transito quang TT khoá, transito T1 thông, transito T2 khoá, rơle trung gian RTr không tác động

1.4 Nguyên tắc hoạt động và sử dụng thang máy

1.4.1 Nguyên tắc hoạt động của thang máy

Thang máy hoạt động theo các nguyên tắc sau:

Reset buồng thang khi đóng nguồn: Dù cho buồng thang đang ở bất kỳ vị trí hoặc trạng thái nào, thì khi đóng nguồn đều được reset và đưa về tầng trệt

Nguyên tắc di chuyển lên xuống, đóng và mở cửa

- Buồng thang chỉ hoạt động khi cửa đã hoàn toàn đóng

- Cửa chỉ mở khi buồng thang dừng đúng tầng

- Cửa sẽ tự động mở hoặc đóng sau khi nhận được các yêu cầu

- Cửa buồng thang sẽ ở chế độ mở thường trực khi thang không hoạt động

Nguyên tắc đến tầng: Để xác định vị trí hiện tại của thang nhờ cảm biến ở mỗi cửa tầng Khi buồng thang ở tầng nào thì cảm biến nhân tín hiệu ở tầng đó và

đưa về điều khiển

1.4.2 Cách sử dụng thang máy

1.4.2.1 Gọi thang máy từ bên ngoài buồng thang

Hình 1.8: Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang

Gọi thang: ở mỗi tầng mà thang phục vụ, gần ngay cửa tầng đều có bảng điều khiển phục vụ cho việc gọi thang bao gồm:

+ Hai nút ấn: Một nút để gọi cho thang đi lên , một nút để gọi thang đi xuống Riêng ở tầng dưới cùng và tầng trên cùng chỉ có một nút (là gọi cho thang đi lên hoặc đi xuống)

+ Đèn báo tầng và báo chiều cho biết vị trí và chiều hoạt động hiện của cabin thang máy Khi muốn gọi thang, hành khách chỉ cần ấn vào nút gọi tầng theo chiều muốn đi, tín hiệu đèn sẽ sáng lên, đèn báo hiệu hệ thống đã ghi nhận lệnh gọi

Đáp ứng của thang sau lệnh gọi: Nếu buồng thang đang ở một vị trí nào đó khác với tầng mà hành khách vừa gọi, thang sẽ di chuyển đến tầng đó theo thứ tự

ưu tiên như sau:

+ Nếu thang di chuyển cùng chiều với lệnh gọi thang và di chuyển ngang qua tầng mà hành khách khách đang đứng gọi, thì khi đến tầng được gọi, thang sẽ dừng lại và đón khách

+ Nếu thang đang di chuyển theo chiều ngược với chiều hành khách muốn

đi, hoặc cùng chiều nhưng không đi ngang qua, thì sau khi đáp ứng hết các nhu cầu của chiều đó, thang sẽ quay trở lại đón khách

+ Nếu buồng thang đang ở ngay tại tầng mà hành khách vừa gọi, buồng thang sẽ mở cửa đón khách

1.4.2.2 Gọi thang từ bên trong buồng thang

Trong buồng thang có bảng điều khiển phục vụ cho việc đi thang của khách (Car Operating Panel) còn gọi là hộp Button Car Bao gồm các nút có chức năng sau:

Hình 1.9: Bảng điều khiển bên trong thang máy

+ Các nút mang số: Đại diện cho các tầng mà thang phục vụ

+ Nút (DO – Door Open): Dùng để mở cửa (chỉ có tác dụng khi

thang dừng tại tầng)

+ Nút (DC – Door Close): Dùng để đóng cửa (chỉ có tác dụng khi

thang dừng tại tầng)

+ Nút Interphone hoặc Alarm : Dùng để liên lạc với bên ngoài khi thang gặp các sự cố về điện, hoặc đứt cáp treo

+ Công tắc E.Stop (Emergency Stop) nếu có: Để dừng thang khẩn cấp khi

có sự cố xảy ra

Khi đã vào bên trong buồng thang, muốn đến tầng nào, khách ấn nút chỉ định tầng đó, thang máy sẽ lập tức di chuyển và tuần tự dừng tại các tầng mà nó đi qua Cửa buồng thang và cửa tầng được thiết kế đóng mở tự động Khi buồng thang di chuyển đến một tầng nào đó, sau khi ngừng hẳn, cửa buồng thang và cửa tầng sẽ tự động mở để khách có thể ra (vào) buồng thang, sau vài giây cửa sẽ tự động đóng lại

Sau đó thang máy sẽ thực hiện lệnh tiếp theo Nếu không muốn chờ hết khoảng thời gian cửa đóng lại, khách có thể ấn nút DC (Door Close) để đóng cửa buồng thang Trong trường hợp khẩn cấp muốn dừng thang, khách có thể ấn nút E.Stop (nếu có) trên bảng điều khiển trong buồng thang Khi có sự cố mất điện, khách ấn vào nút Interphone hoặc Alarm để yêu cầu giúp đỡ từ bên ngoài

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PLC SIMATIC S7-300

2.1 Mở đầu

Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Programmable Logic Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, mà ta không cần phải thực hiện các thuật toán đó trên các mạch số Như vậy với việc có chương trình chứa trong mình, PLC đã thực sự là 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 đều được ghi trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình như (khối OB, FB hoặc FC) Chương trình được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan)

Để PLC có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ liệu và giao tiếp với các đối tượng điều khiển

Hình 21: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình

PLC còn được bổ xung thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm thời gian (Timer), bộ đếm (Counter), các cổng vào ra tương tự và những khối hàm chuyên dụng khác

2.2 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-300

S7-300 là PLC cỡ vừa của hãng Siemens, gồm module CPU và các module được sắp xếp trên các thanh ray (rack) Mỗi rack chứa nhiều nhất 8 module (trừ module CPU và module nguồn), mỗi CPU làm việc nhiều nhất với 4 rack

Hình 2.2: Cấu hình cứng của trạm PLC

2.2.2 Giới thiệu các module PLC S7-300

Module CPU: Module CPU có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các

bộ Timer, Counter, cổng truyền thông RS485 và có thể một cổng vào ra số Các cổng vào ra số trên module CPU gọi là cổng vào ra OnBoard Trong PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314,

315, 316, 318 CPU có thêm các hàm chức năng được gọi tên IFM (Integrated Function Module), CPU có cổng để nối mạng phân tán gọi là DB Trong hệ thống

sử dụng module CPU 314 có ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0

̶ Module này có:

+ Vùng nhớ làm việc: 24KB

+ Thời gian xử lí 1 khối lệnh: 0.3ms/KAW

+ Sử dụng trong nối mạng MPI

Hình 2.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300

Module nguồn PS (Power Supply): Module nguồn cho S7-300 biến đổi tín

hiệu đầu vào 220 (110)AC thành tín hiệu 24v DC, PS của S7-300 gồm có 3 loại:

- PS 307-10A

- PS 307 5A

- PS 307 2A

Hình 2.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300

Module IM (Interface module): Module ghép nối, đây là loại module

chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lí chung bởi một module CPU Các module mở rộng được gắn liền với nhau trên một thanh đỡ Rack Trên thanh đỡ này gắn được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể CPU và nguồn nuôi) Một module CPU của S7-300 có thể làm việc trực tiếp với 4 rack còn S7-400 thì có thể làm việc với 8 rack

Module mở rộng SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra:

- Module DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số, số các cổng

vào có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module

Hình 2.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300

- Module DO (Digital Output): Module DO là module mở rộng các cổng ra

số, số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module

Hình 2.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300

- Module DI/DO (Digital Input/ Digital Output): Là loại module mở rộng

các cổng vào ra số, số các cổng vào ra số có thể là 8 vào, 8 ra hoặc 16 vào, 16 ra tùy từng loại module

Hình 2.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300

- Module AI (Analog Input): là loại module mở rộng các cổng vào tương tự

Nó là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit tức là mỗi tín hiệu tơng tự được chuyển thành một tín hiệu số có độ dài 12 bit Số các cổng vào tương tự có thể là 2,

4 hoặc 8 tuỳ từng loại module

- Module AO (Analog output): Module AO là module mở rộng các cổng ra

tương tự Chúng là những bộ chuyển đổi số sang tương tự (Digital to Analog

Converter) Số các cổng tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy từng module

- Module AI/AO (Analog Input/ Analog output): Là module mở rộng các

cổng vào/ra tương tự Số các cổng ra tương tự có thể là 4vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy từng loại module

Module chức năng FM (Function Module): Module có chức năng điều

khiển riêng, ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín…

Hình 2.8: Hình ảnh module FM của PLC S7-300

Module CP (Communication): module phục vụ truyền thông trong mạng

giữa các PLC với nhau hoặc giữa các PLC với máy tính

Hình 2.9: Hình ảnh module CP của PLC S7-300

2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ CPU

Bộ nhớ của S7- 300 được chia làm 3 vùng chính:

a Vùng chứa chương trình ứng dụng Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền

- OB (Organisation bok): Miền nhớ chương trình tổ chức

- FC (Funtion): Miền nhớ chương trình tổ chức thành hàm có biến hình thức

để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

- FB (Funtion blok): Miền nhớ chương trình con, được tổ chức thành hàm có

khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Các dữ

liệu này phải xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data blok)

b Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau bao gồm

- I (Process image input): Miền các dữ liệu cổng vào số trước khi bắt đầy thực

hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của các cổng đầu vào và cất giữ trong vùng nhớ I Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ nhớ I

- Q (Process image output): Miền bộ nhớ đệm các cổng ra số Kết thúc giai

đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các

cổng ra số thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra

mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q

- M (Bit memory): miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ

này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bits (M), bytes (MB), từ (MW) hay từ kép (MD)

- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV – Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị logic thời gian của bộ thời gian

- C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước

(PV – Preset value) giá trị đếm tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị

logic thời gian của bộ đếm

- PI: Miền địa chỉ cổng vào của các Module tương tự (I/O External intput) Các giá trị tương tự tại cổng vào của Module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng bytes (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kép (PID)

- PQ: Miền địa chỉ ra cho các module tương tự chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng bytes (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từng

từ kép (PQD)

c Vùng chứa các khối lượng dữ liệu được chia thành 2 loại

- DB (Data blok): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối kích thước

cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định phù hợp với từng bài toán điều khiển chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bits (DBX), bytes (DBB), bytes (DBW) hoặc từ kép (DBD)

- L (Local data blok) Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB,

FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu cảu biến hình thức với những khối lượng chương trình đã gọi nó Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bits (L), bytes (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD)

2.3 Phần mềm STEP 7

2.3.1 Chức năng của phần mềm STEP 7

- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400

- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng như thủ tục truyền thông giữa chúng

- Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm

- Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chương trình

Ngoài ra Step7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp Online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử dụng Step 7, về cú pháp lệnh trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm, của một mạng gồm nhiều trạm PLC…

2.3.2 Ngôn ngữ lập trình

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”-STL (Statement list) Đây là dạng ngôn ngữ lập trình

thông thờng của máy tính Một chơng trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “Tên lệnh” + “toán hạng”

- Ngôn ngữ “hình thang” – LAD (Ladder logic) Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa

thích hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic

- Ngôn ngữ “hình khối” – FBD (Function block diagram) Đây cũng là ngôn

ngữ đồ họa dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số

Ngôn ngữ STL bao hàm cả ngôn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD

2.3.3 Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển

Khai báo phần cứng

Bước 1: Vào SIMATIC manager /File /New (Vào một Project mới ) hoặc vào File/Open (Với trường hợp mở một Project có sẵn)

Bước 2: Vào Insert/Station/Simatic 300-Hardware

Bước 3: Kích đúp vào Hardware-Simatic 300(1)

- Rack- Rail

- Chọn nguồn – PS thích hợp

- Chọn CPU

- Chọn SM: DI; DO; DI/DO; AI; AO; AI/AO

Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứng dụng, ta chọn : Insert/ Program/S7 Program

Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau

Lập trình tuyến tính (Linear programming): Kỹ thuật lập trình tuyến tính

là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứng dụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1 Kỹ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ

Hình 2.10: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính

Do toàn bộ chương trình điều khiển chỉ nằm trong khối OB1, nên khối OB1

sẽ gần như là được thường trực trong vùng nhớ Work memory, trừ trường hợp khi

hệ thống phải xử lý các tín hiệu báo ngắt Ngoài khối OB1 trong vùng nhớ Work memory còn có miền nhớ địa phương (Local Block) cấp phát cho OB1 và những khối DB được OB1 sử dụng

Local Block của OB1: Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một

Local Block có kích thước mặc định là 20 Bytes trong Work memory để OB1 có thể

lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành Mặc dù kích thước chỉ là 20 Bytes mặc định, nhưng người sử dụng có thể mở rộng local block để sử dụng thêm các biến nhớ cho chương trình Tuy nhiên, phải để ý rằng do loacl block được giải phóng ở cuối mỗi vòng quét và được cấp lại ở đầu vòng quét sau, nên các giá trị có trong local block của vòng quét trước cũng bị mất khi bắt đầu vòng quét mới Do đó, tốt nhất chỉ nên sử dụng local block cho việc lưu giữ các biến nháp tạm thời trong tính toán của một vòng quét Cách sử dụng localblock giống với sử dụng vùng biến cờ

M (Bit memory)

Lập trình có cấu trúc: Phương pháp lập trình có cấu trúc (Structure

Programming): là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chương trình điều khiển

được chia thành các khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riêng và được quản

lý chung từ những khối OB (xem hình 3.11) Kiểu lập trình này rất phù hợp cho bài

toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng như cho việc sửa chữa, gỡ rối sau này

Hình 2.11: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc

 PLC S7 –300 có 4 loại khối cơ bản

- Loại khối OB (Organization Block) : là khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển như: OB1, OB35, OB40…

- Loại khối FC (Program block): là khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm như: FC1, FC2…

- Loại khối FB (Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng - Data Block: FB1 ,FB2…

- Loại khối DB (Data Block): là khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB như: DB1, DB2… Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chơng trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra

Một nhiệm vụ điều khiển con có thể được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác Điều cần chú ý là không bao giờ một khối chương trình con lại gọi đến chính nó Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không được tổ chức chương trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU được sử dụng cho phép Ví dụ như đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8 Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép , PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi

2.4 Ưu điểm và các ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC

2.4.1 Ưu điểm của hệ thống điều khiển PLC

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển của các hệ thống tự động, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau:

- Giảm 80% Số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vỡi phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

2.4.2 Các ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC

Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:

- Hệ thống nâng vận chuyển

- Dây chuyền đóng gói

- Các ROBOT lắp giáp sản phẩm

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

- Sản xuất xi măng

- Công nghệ chế biến thực phẩm

- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

- Dây chuyền lắp giáp Tivi

- Điều khiển hệ thống đèn giao thông

- Quản lý tự động bãi đậu xe

- Hệ thống báo động

- Dây truyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Dây chuyền sản xuất xe Ôtô

- Sản xuất vi mạch

- Kiểm tra quá trình sản xuất

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC

3.1 Giới thiệu

Thông thường một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) yêu cầu một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu Phần

mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục đích này

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho PC

Hình 3.1: Sự kết hợp giữa Siemens và Microsoft

3.1.1 Các đặc điểm chính

Công nghệ phần mềm tiên tiến

WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất, nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoft, người dùng yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu

Hệ thống khách chủ với chức năng SCADA

Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi những hình ảnh (Picture), các cảnh báo (Alarm), đồ thị trạng thái (Trend), các báo cáo (Report)

có thể dễ dàng được xác lập

Có thể nâng cấp và mở rộng từ đơn giản đến phức tạp

WinCC là module trong hệ thống tự động, vì thế có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp, từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống có nhiều máy giám sát hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (Server)

Có thể phát triển theo từng lĩnh vực công nghiệp, từng yêu cầu công nghệ WinCC hổ trợ các module mở rộng cho từng ứng dụng hay công nghệ

Cơ sở dữ liệu được tích hợp sẵn

Cơ sở dữ liệu SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC Tất cả dữ liệu cấu hình về hệ thống và các dữ liệu về quá trình điều khiển đều được lưu trữ trong dữ liệu này Người dùng có thể truy cập dễ dàng tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity) Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows

Các giao thức chuẩn mạnh

WinCC tích hợp những giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ACTIVE X, OPC) Các diện chuẩn như DDE OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows

Ngôn ngữ vạn năng

WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C

Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ liệu Tất cả các mô đun của của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API) Điều đó có nghĩa là

người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WinCC và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của người sử dụng

Giao diện lập trình API mở

Tất cả các module của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình ngôn ngữ C Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WinCC và các hàm thực hiện vào một chương trình của người dùng WinCC hổ trợ ngôn ngữ lập trình vạn năng - lập trình chuẩn ANSI_C, giao diện lập trình API mở cho việc truy cập dữ liệu tới các hàm của WinCC và cả dữ liệu giúp cho người sử dụng lập trình theo ý mình một cách dễ dàng

Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến bằng WIZARDS

Người thực hiện việc cài đặt cấu hình hệ thống có một thư viện đầy đủ cùng với các hộp thoại và Wizards Tại giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống, các thay đổi có thể thực hiện trực tuyến (online)

Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ

Phần mềm WinCC được thiết kế trên cở sở nhiều ngôn ngữ Nghĩa là, người dùng có thể chọn tiếng Anh, Đức, Pháp hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng Các ngôn ngữ này cùng có thể thay đổi trực tuyến

Giao tiếp với hầu hết các PLC

WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như Profibus DP, DDE hay OPC Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung

3.1.2 Các thiết lập trong WinCC

Driver kết nối giữa WinCC và PLC: là phần giao tiếp giữa WinCC và thiết

Các Tag với gía trị được cung cấp bởi qui trình được xem như các Tag xử lý hay các Tag ngoại trong WinCC Trong trường hợp các Tag xử lí, Tag Management xác định các Driver giao tiếp bằng cách WinCC được kết nối tự động với hệ thống

và làm cách nào thay đổi dữ liệu đang thay đổi Các Tag tương thích được tạo ra trong cấu trúc thư mục của Driver giao tiếp đó

Dữ liệu được chuyển tải trong một Project WinCC bằng các Tag Mỗi Tag có một địa chỉ dữ liệu và một tên tượng trưng, chúng được sử dụng trong Project Địa chỉ dữ liệu được sử dụng để giao tiếp với hệ thống tự động

WinCC làm việc với hai loại Tag:

- External tags (tag ngoại)

- Internal tags (tag nội)

WinCC đơn giản việc vận hành các Tag bằng hai loại đối tượng:

- Tags Groups (các nhóm tag)

- Structure Types (các cấu trúc)

External tags (Tag ngoại)

External Tags: còn gọi là “Process Tags” hay “Power Tags” Tag này được kết nối trực tiếp vào các địa chỉ ô nhớ của PLC hay thiết bị tương tự

Các tag trong WinCC cần phải được định địa chỉ truy xuất dữ liệu đặc trưng trong một AS Những tag cần phải kết nối với một AS, được xem như tag ngoại Những tag không có liên kết qui trình nào, được gọi là tag nội

Internal tags (Tag nội)

Internal Tags: là loại Tag được cung cấp bởi Data Manager trong WinCC Những Tag này không được kết nối vào những ô nhớ của PLC Internal Tags có thể được dùng để tính toán và hiệu chỉnh trực tiếp trên WinCC hoặc lưu trữ những thông tin chung như thời gian

Các tag nội là tag không được liên kết với một qui trình

Bạn dùng tag nội để xử lý dữ liệu trong một Project hay để chuyển dữ liệu tới một tập tin lưu trữ

Bạn có thể thiết lập các thuộc tính sau cho tag nội:

• Tên