Mô phỏng điều khiển thang máy dùng simatic protoolwincc và s7-300
i LỜI CẢM ƠN Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng thú vị, em bạn lớp 49DDT thầy cô môn toàn thể giảng viên toàn trường truyền thụ kiến thức thật quý giá bổ ích cho tất chúng em Vì lời em xin chân thành cảm ơn toàn giảng viên truyền đạt kiến thức cho chúng em năm qua Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, người trực tiếp tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Em xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân bạn bè Những người giúp đỡ mặt tinh thần vật chất nhiều để em hoàn thành tốt đồ án Xin chân thành cảm ơn người Nha Trang, tháng năm 2011 Sinh viên Lê Minh Tưởng ii 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 1.2 Phân loại thang máy 1.2.1 Phân loại theo chức 1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển 1.2.3 Phân loại theo tải trọng 1.2.4 Theo hệ thống vận hành 1.3 Trang thiết bị khí thang máy 1.3.1 Tổng thể thang máy 1.3.2 Thiết bị lắp đặt buồng máy 1.3.2.1 Cơ cấu nâng 1.3.2.2 Tủ điện 1.3.2.3 Puli dẫn hướng 1.3.2.4 Bộ phận hạn chế tốc độ .6 1.3.3 Thiết bị lắp đặt hố giếng thang máy 1.3.4 Các thiết bị lắp giếng thang 1.3.4.1 Ray dẫn hướng .7 1.3.4.2 Cabin thiết bị liên quan 1.3.4.3 Hệ thống cân thang máy 1.3.4.4 Thiết bị an toàn khí .10 1.3.4.5 Cảm biến vị trí 11 1.4 Nguyên tắc hoạt động sử dụng thang máy 13 1.4.1 Nguyên tắc hoạt động thang máy 13 iii 1.4.2 Cách sử dụng thang máy 14 1.4.2.1 Gọi thang máy từ bên buồng thang 14 1.4.2.2 Gọi thang từ bên buồng thang 15 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC SIMATIC S7-300 17 2.1 Mở đầu 17 2.2 Cấu trúc phần cứng PLC S7-300 18 2.2.1 Giới thiệu PLC S7-300 18 2.2.2 Giới thiệu module PLC S7-300 18 2.2.3 Cấu trúc nhớ CPU 22 2.3 Phần mềm STEP 24 2.3.1 Chức phần mềm STEP 24 2.3.2 Ngôn ngữ lập trình 24 2.3.3 Các bước thực để viết chương trình điều khiển 24 2.4 Ưu điểm ứng dụng hệ thống điều khiển PLC 27 2.4.1 Ưu điểm hệ thống điều khiển PLC 27 2.4.2 Các ứng dụng 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 29 3.1.2 Các thiết lập WinCC 31 3.1.3 Giao diện đồ họa WinCC Explorer 33 3.1.4 Các công cụ hỗ trợ WinCC 33 3.2 Giao tiếp WINCC PLC S7-300 35 3.3 Các tính trội phiên WinCC 7.0 36 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TRÊN SIMATIC S7-300 37 4.1 Yêu cầu hoạt động thang máy 37 4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển thang máy 38 4.2.1 Lưu đồ Reset buồng thang hệ thống bắt đầu hoạt động 38 4.2.2 Lưu đồ hoạt động thang máy 39 iv 4.2.3 Lưu đồ đóng mở cửa buồng thang 40 4.2.4 Lưu đồ dừng hệ thống buồng thang cố 41 4.3 Các tập lệnh dùng chương trình điều khiển thang máy 41 4.3.1 Các tiếp đểm cuộn dây Bit Logic 41 4.3.2 Lệnh so sánh nhóm lệnh so sánh COMPARATOR 45 4.3.3 Lệnh chuyển đổi BCD_I nhóm lệnh CONVERTER 46 4.3.4 Bộ đếm lên-xuống S_CUD nhóm lệnh COUNTER 47 4.3.5 Lệnh MOVE 48 4.3.6 Bộ định thời gian S_ODT (On Delay S5 Timer) TIMER 49 4.4 Chương trình lập trình Lader Simatic S7_300 50 4.4.3 Các bước thực Simatic S7-300 54 4.4.4 Chương trình điều khiển thang máy hoàn chỉnh giải thích hoạt động Network 56 CHƯƠNG 5: GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG THANG MÁY TRÊN WINCC .57 5.1 Tổng thể giao diện mô thang máy 57 5.2 Các bước thực WinCC 58 5.1.2 Các bước tạo liên kết WinCC S7-300 58 5.1.2 Thiết kế giao diện mô chương trình 62 5.3 Chạy mô với WinCC 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 Kết luận 88 Kiến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu v Vận tốc a Gia tốc Q Tải trọng L Cuộn cảm Danh mục chữ viết tắt PLC Programmable Logic Control WINCC Window Control Center SCADA Supervisory Control And Data Acquisition CB Cảm biến CPU Khối xử lý trung tâm BT Buồng thang YC Yêu cầu ĐC Động CTHT Công tắc hành trình GT Gọi thang DCDK Động điều khiển DC Đóng cửa MC Mở cửa ANSI-C American National Standardization Institute DDE Dynamic Data Exchange OLE Object Linking and Embeding OPC OLE for Process Control ODBC Open Data Base Connectivity ERP Enterprise Resource Planning vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hình dáng tổng thể thang máy .1 Hình 1.2: Các thiết bị thang máy 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 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 buồng thang 14 Hình 1.9: Bảng điều khiển bên thang máy 15 Hình 21: Nguyên lý chung cấu trúc điều khiển logic khả trình 17 Hình 2.2: Cấu hình cứng trạm PLC 18 Hình 2.3: Hình ảnh modul CPU PLC S7-300 19 Hình 2.4: Hình ảnh modul nguồn PLC S7-300 19 Hình 2.5: Hình ảnh module cổng vào số PLC S7-300 .20 Hình 2.6: Hình ảnh module cổng số PLC S7-300 20 Hình 2.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số PLC S7-300 21 Hình 2.8: Hình ảnh module FM PLC S7-300 21 Hình 2.9: Hình ảnh module CP PLC S7-300 .22 Hình 2.10: Hình mô tả quy trình thực chương trình điều khiển tuyến tính 25 Hình 2.11: Cấu trúc chương trình có cấu trúc 26 Hình 3.1: Sự kết hợp Siemens Microsoft 29 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đồ án Ngày nay, với phát triển công nghiệp hóa đại hóa đất nước, việc ứng dụng hệ thống điều khiển tự động dây chuyền sản xuất công nghiệp, thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt sản xuất chất lượng sản phẩm, phục vụ nhu cầu lợi ích người ngày nhiều Nếu trước hệ thống điều khiển tự động dựa rơle ngày chúng thay PLC với ưu điểm vượt trội như: hoạt động tin cậy, dễ lập trình, dễ chuẩn hóa PLC trở thành thành phần thiếu hệ thống tự động ngày Thang máy, thiết bị vận chuyển đòi hỏi nghiêm ngặt yêu cầu điều khiển linh hoạt, ổn định, xác cao…, nước ta có nhiều tòa nhà cao tầng, thang máy phần thiếu để đáp ứng việc lại tăng thêm nét thẩm mỹ tòa nhà Các tòa nhà lớn có thang máy thang máy chia thành nhóm khu vực khác tòa nhà Vậy vận hành nhóm thang máy cho phù hợp, tạo thỏa mái cho khách hàng, tiết kiệm quảng đường di chuyển nhằm tiết kiệm thời gian khách lượng hao phí giảm Từ vần đề này, em chọn đồ án “MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY DÙNG SIMATIC PROTOOL/WINCC VÀ S7-300” để thực đồ án tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu tổng thể thang máy: tìm hiểu trang thiết bị thang máy, cảm biến cần thiết thang máy, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động cách sử dụng thang máy Tìm hiểu PLC Simatic S7-300: nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc nhớ PLC S7-300, tìm hiểu cách sử dụng phần mềm S7-300 dùng để lập trình cho họ PLC Simatic S7-300 viii Tìm hiểu mềm phềm Wincc: xây dựng giao diện mô phần mềm Wincc, cách liên kết biến S7-300 va Wincc Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm S7-300 Wincc, tập lệnh sử dụng để điều khiển thang máy phần mềm Viết chương trình điều khiển thang máy đơn năm tầng làm mô hình mô tĩnh thang máy đơn năm tầng Phạm vi nghiên cứu Dựa vào yêu cầu đồ án nên đồ án tập trung sâu vào lập trình phần mềm S7-300 để điều khiển thang máy đơn năm tầng xây dựng mô hình mô tĩnh Wincc để mô điều khiển thang máy đơn năm tầng hình máy tính Tìm hiểu tổng quan thang máy mặt lý thuyết Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết PLC S7-300 phần mềm Wincc Mô thực nghiệm điều khiển lập trình thang máy đơn năm tầng từ việc lập trình S7-300 giao diện Wincc Bố cục đồ án Đồ án thực với nội dung chủ yếu sau: Chương 1: Tổng quan 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 Simatic S7-300 Chương 5: Tạo giao diện mô WINCC Mặc dù nỗ lực cố gắng trình thực đồ án kiến thức thời gian có hạn nên không tránh khỏi sai sót định Kính mong góp ý thầy cô bạn để đồ án hoàn chỉnh Em xin trân thành cảm ơn ! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 Giới thiệu chung Thang máy thiết bị vận tải dùng để chở người hàng hoá theo phương thẳng đứng nghiêng góc nhỏ 15° so với phương thẳng đứng theo tuyến định sẵn Thang máy máy nâng sử dụng rộng rãi ngành sản xuất kinh tế quốc dân ngành khai thác hầm mỏ, ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ…ở nơi thang máy máy nâng sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau…Nó thay cho sức lực người mang lại suất cao Hình dáng tổng thể thang máy giới thiệu hình 1.1 Hình 1.1: Hình dáng tổng thể thang máy Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy lắp đặt sử dụng rộng rãi nhà cao tầng, khách sạn, siêu thị, công sở bệnh viện… Hệ thống thang máy giúp người tiết kiệm nhiều thời gian sức lực… Nhiều quốc gia giới quy định nhà cao tầng trở lên phải trang bị thang máy để đảm bảo cho người lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian tăng suất lao động Giá thành thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% hợp lý Ở Việt Nam trước thang máy chủ yếu sử dụng ngành công nghiệp để chở hàng hoá phổ biến Nhưng giai đoạn với phát triển mạnh mẽ kinh tế quốc dân sở hạ tầng ngày việc sử dụng thang máy lĩnh vực ngày tăng lên Thang máy thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tài sản tính mạng người, yêu cầu chung hệ thống thang máy thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng sửa chữa phải tuân thủ cách nghiêm ngặt yêu cầu kỹ thuật an toàn quy định tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm 1.2 Phân loại thang máy Tuỳ thuộc vào tính chất, chức thang máy Thang máy phân thành nhiều loại tuỳ thuộc vào tính chất, ví dụ phân loại theo hệ dẫn động cabin, theo vị trí đặt kéo tời, theo hệ thống vận hành, theo công dụng….dưới số phân loại 1.2.1 Phân loại theo chức - Thang máy chở người: Gia tốc cho phép quy định theo cảm giác hành khách: Gia tốc tối ưu a < 2m/s2 - Thang máy dùng nhà cao tầng: Loại có tốc độ trung bình lớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn có tính mỹ thuật… - Thang máy dùng bệnh viện: Phải đảm bảo an toàn, tối ưu độ êm dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên theo yêu cầu bệnh viện… Dừng buồng thang thang xuống đến tầng tắt đèn báo yêu cầu phục vụ tầng Dừng buồng thang thang xuống đến tầng hai tắt đèn báo yêu cầu phục vụ tầng hai Dừng buồng thang thang xuống đến tầng ba tắt đèn báo yêu cầu phục vụ tầng ba Dừng buồng thang thang xuống đến tầng bốn tắt đèn báo yêu cầu phục vụ tầng bốn Bit nhớ trì cảm biến dừng tầng I3.5 Tín hiệu mở cửa nhanh BT Mở cửa BT ĐC mở cửa BT ngừng hoạt động chạm CTHT giới hạn mở cửa Tín hiệu để thực đóng cửa BT cảm biến cửa BT Yêu cầu đóng cửa BT nhanh ĐC đóng mở cửa BT thực đóng cửa BT ngừng chạm CTHT giới hạn đóng cửa Đoạn chương trình nhận biết tải BT xóa tải sau 20s ĐC điều khiển thang lên xuống Biến nhớ trì CB BT tầng đèn báo BT tầng Biến nhớ trì CB BT tầng hai đèn báo BT tầng hai Biến nhớ trì CB BT tầng ba đèn báo BT tầng ba Biến nhớ trì CB BT tầng bốn đèn báo BT tầng bốn Biến nhớ trì CB BT tầng năm đèn báo BT tầng năm Đèn báo nút yêu cầu BT đến tầng Đèn báo nút yêu cầu BT đến tầng hai Đèn báo nút yêu cầu BT đến tầng ba Đèn báo nút yêu cầu BT đến tầng bốn Đèn báo nút yêu cầu BT đến tầng năm Đoạn chương trình dừng hệ thống thang máy Reset tất biến nhớ Đoạn chương trình phát cố đưa BT xuống tầng một, xuống tầng dừng BT Reset tất biến nhớ [...]... 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 4 + Điều khiển ngoài cabin + Điều khiển cả trong và ngoài... thang sẽ ở chế độ mở thường trực khi thang không hoạt động 14 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. .. 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. .. 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... độ di chuyển - Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s - Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 ÷ 2,5 m/s Thường dùng cho các nhà có số tầng từ 6 ÷ 12 tầng - Thang máy tốc độ cao: v = 2,5 ÷ 4 m/s Thường dùng cho các nhà có số tầng lớn hơn16 - Thang máy tốc độ rất cao (siêu tốc): v =5m/s Thường dùng trong các toà tháp cao tầng 1.2.3 Phân loại theo tải trọng - Thang máy loại nhỏ: Q < 500 Kg Hay dùng trong thư viện,... 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... 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 xuống , một nút để gọi thang đi 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... 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... 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... (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 18 PLC còn được bổ xung thêm ... hợp điều khiển: + Điều khiển đơn + Điều khiển kép + Điều khiển theo nhóm - Theo vị trí điều khiển: + Điều khiển cabin 4 + Điều khiển cabin + Điều khiển cabin 1.3 Trang thiết bị khí thang máy. .. trình điều khiển thang máy đơn năm tầng làm mô hình mô tĩnh thang máy đơn năm tầng Phạm vi nghiên cứu Dựa vào yêu cầu đồ án nên đồ án tập trung sâu vào lập trình phần mềm S7- 300 để điều khiển thang. .. 1: Tổng quan 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 Simatic S7- 300 Chương 5: Tạo giao diện mô WINCC Mặc