BTL PLC S7 200 điều khiển hệ thống đóng mở cửa tự động cho cổng ra vào

CÓ FILE LẬP TRÌNH KÈM THEO, PASS GIẢI NÉN Ở TRANG CUỐILập trình tự động đóng mở cảnh báo đột nhập cổng vào ra tự động.sử dụng PLC s7 200 của Siemens. Đề tài : Ứng dụng PLC S7200 của Siemens điều khiển hệ thống đóng mở cửa tự động cho cổng ra vào khu A ĐHCNHNMô tả : Điều khiển tự động đóng mở của ra vào khi có người hoặc xe ra vào , có khả năng đếm số lượng người và xe ra vào, cảnh báo khi có người đột nhập ngoài giờ làm việc, có các thiết bị bảo vệ động cơ ( khi mất pha, sự cố do kẹt cửa …)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Bài tập lớn : Điều khiển lập trình

Lớp: ĐH Điện 2 Khóa : 8 Khoa: Điện

Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Khánh Hòa

NỘI DUNG

Đề tài : Ứng dụng PLC S7-200 của Siemens điều khiển hệ thống đóng mở cửa

tự động cho cổng ra vào khu A ĐHCNHN

Mô tả : Điều khiển tự động đóng mở của ra vào khi có người hoặc xe ra vào ,

có khả năng đếm số lượng người và xe ra vào, cảnh báo khi có người đột nhập ngoài giờ làm việc, có các thiết bị bảo vệ động cơ ( khi mất pha, sự cố do kẹt cửa …)

PHẦN THUYẾT MINHYêu cầu về bố cục nội dung

1

Chương 1 : Tìm hiểu về đóng mở cửa tự động < 10 trang.

Chương 2 : Giới thiệu về PLC S7-200 < 10 trang

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động đóng mở cửa tự động3.1 Yêu cầu công nghệ

3.2 Lựa chọn thiết bị( cảm biến, rơ le, công tắc hành trình, nút ấn, PLC …)3.3 Sơ đồ đấu nối ( mạch điều khiển, mạch lực )

3.4 Giản đồ thời gian ( lưu đồ thuật toán)

Chương 4 : Kết luận

2

Mục lục

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG

I)

Giới thiệu chung về Cửa tự động (Automatic door)

Xã hội hiện đại, nhu cầu đa dạng và đòi hỏi về sự tiện nghi của cuộc sống không ngừng được nâng lên, các toà nhà văn phòng cao ốc hiện đại tiện nghi ngày càng nhiều việc ứng dụng khoa học công nghệ vào quá trình quản lý điều hành là rất cần thiết cho việc giảm thiểu nhân sự tiết kiệm thời gian, tiền bạc Đứng trước yêu cầu đó các công ty và các hãng sản xuất đã tạo ra những bộ cửa có tính tự động hóa cao đáp ứng nhu cầu đi lại của con người Ngày nay, cửa trượt đang dần trở thành khuynh hướng thiết kế của thời đại mới bởi các

ưu điểm vượt trội của nó như:

khả năng sử dụng với mật độ lưu thông cao, tốc độ đóng mở nhanh và

tính an toàn, tiết kiệm diện tích Hiện nay cửa trượt tự động còn vươn

lên một tầm cao mới với các kỹ thuật hiện đại như khả năng vận hành bằng điều khiển từ xa hay mắt điện tử thông minh

II ) Các đặc tính vượt trội của cửa trượt tự động:

1/Tính đơn giản:

Lắp đặt dễ dàng, thuận tiện, dễ điều chỉnh

2/Tính kỹ thuật: Tối ưu hóa trình tự hoạt động, nâng cao khả năng

3

chống gió, tăng cường giảm thiểu tiếng ồn.

3/Độ tin cậy: Kêt cấu bộ điều khiển được tối ưu hoá, bền và ít xảy ra sự

cố, đóng mở ổn định

4/Tính linh hoạt: Bằng việc kết hợp chức năng của các bộ phận, người sử

dụng có thể thực hiện được thêm nhiều chức năng khác

Với kỹ thuật

lần đầu tiên được ápdụng là thêm cơ năng vào bộ phận điều

khiển, cửa trượt tự động có thể thực hiện thêm các chức năng mới như hoạt động liên thông nhiều cửa, hiển thị nhắc nhở chuông cửa, điều chỉnh ngữ

âm và điều khiển trung ương

- Với bộ điều khiển kết hợp với bộ tắt mở gắn ngoài, có thể mở rộng

cửa từ 20-90%, tiết kiệm năng lượng tối đa

5/Tính an toàn :Cửa sẽ tự động khởi động lại khi gặp vật cản, sensor vật cản III, Một số hệ thống của tự động

1. Hệ cửa tự động tự trượt thẳng 2,3, hoặc 4 cánh:

4

sẽ linh hoạt hơn và phạm vi điều chỉnh sẽ được mở rộng, dễ mở khi mất điện

5

2 Hệ cửa tự động mở quay 02, 03 hoặc 04 cánh.

6

IV) Cấutạo

1/ Đặc điểm chung

Là hệ thống cửa trượt tự động cao cấp có thể đáp ứng được các yêu cầucao về cấu hình cũng như kích cỡ theo yêu cầu của khách hàng, dòng sảnphẩm này bao gồm nhiều chủng loại Hệ thống bao gồm :

Khung bao

- Bằng nhôm định hình

- Được thiết kế lắp đặt treo tường hoặc trần nhà

- Kích thước : axb mm (caoxrộng)

- Ray trượt bằng plastic gia cường, chống ồn

Nắp hộp khung bao

- Bằng nhôm định hình

- Được thiết kế liên kết với khung bao để mở một cách dễ dàng và êm

ái, có dây cáp an toàn bằng thép chống rơi và giá đỡ khi mở nắp (option )

7

Bộ phận vận hành cửa trượt bao gồm: motor , bộ phận điều khiển

(PLC), mắt cảm biến hồng ngoại, hộp kỹ thuật, dây codoa

2 Mô tơ: (DC Brushless Motor ) đây là loại mô tơ điện một chiều không sử

dụng chổi than cho phép cửa hoạt động với tần suất cao mà không bị nóng Với moment xoắn lớn cộng với hệ thống gá được chế tạo đặc biệt giúp cho sự vận hành của cửa hết sức nhẹ nhàng không bị rung Tải trọng tối đa cho 02 cánh cửa lên tới 250 kg hoặc 150 kg cho cửa 1 cánh

8

3 Bộ điều khiển (MICIM Controler) Sử dụng PLC , lập trình hệ thống cho

phép đảm bảo nhiều chức năng đóng mở có thể, kết hợp với các thiết bị khác như đầu đọc thẻ, sensor, an toàn và đảm bảo độ an toàn cao Trong khi đang mở cửa hoặc đóng cửa, nếu gặp chướng ngại vật của sẽ dừng lại

và đổi chiều sau đó sẽ từ từ đóng lại hoặc mở ra Nếu sau 3 lần gặp vật cản cửa sẽ giữ nguyên ở vị trí mở và sẽ hoạt động trở lại khi có tín hiệu từ sensor

4 Mắt cảm biến hồng ngoại

Toàn bộ hệ thống cửa tự động đều dung mắt cảm biến hồng ngoại HORTON của Nhật hay của Thụy điển, Bỉ cho phép cửa có tầm quét xa nhạy và liên tục

5 Hộp kỹ thuật (Rail base) Được chế tạo từ hợp kim nhôm với độ cứng cao

giúp cho khung cửa chắc khỏe và đặc biệt không bị mài mòn trong quá trình sử dụng

V/ Các phụ kiện

1/Khoá cơ điện

- Bảo đảm cánh cửa được khoá ở vị trí đóng

- Trọn bộ với board điều khiển và đầu nối gắn với

board xử lý E100

- Được kích hoạt bằng nút mở từ phía trong và thiết kế

kết nối thiết bị mở từ phía ngoài

- Sự vận hành tiêu chuẩn : mở cửa với chế độ1 chiều ban đêm, trường

hợp đặc biệt có thể lập trình mở với chế độ tự động (automatic)

2/Giám sát khoá

- Thiết bị từ tính kiểm soát chính xác sự hoạt động của khoá và thẩm tra tình trạng khoá cánh cửa

- Trong trường hợp khoá hoạt động không bình thường, một tín hiệu báo lỗi thể hiện trên bàn phím (có thể kết nối

với đèn nháy hoặc còi báo )

- Đèn LED báo tình trạng: sạc đầy, đang sạc

- Đèn LED báo nguồn điện chính: ON – OFF

- Được thiết kế cho hoạt động

•Mở một lần

•Đóng một lần

•Sử dụng liên tục (với lựa chọn đóng hoặc mở lần cuối cùng)

4/Tia an toàn (photocell )

- Bao gồm bộ phát &bộ nhận và dây cáp (5m )

- Nguồn cấp :24VAC– 24VDC

c) Bộ đệm đầu vào ra (buffer)

Là vùng nhớ đệm cho các đầu vào ra, các vùng này chiếm một phần của RAM

d) Bộ định thời (timmer), bộ đếm (counter).

Trong CPU có các bộ định thời, các bộ đếm có nhiều chức năng khác nhau Từ chục đến vài trăm

Timer: TON, TOFF, TOR…

Counter: CT, CU, CD, CUD

2. Phân loại:

a Micro PLC:

Có cấu trúc Onboard và thường sử dụng trong các ứng dụng nhỏ như chiếu sáng, mở cửa, trong một máy phát điện tự động nhưng tuy là nhỏ nhưng Micro PLC được ứng dụng dất nhiều và đa dạng

Ví dụ: Logo, Zen, MicroSmart Relay…

Logo (Siemens) Zen(Omron)

b Mini PLC:

Có cấu trúc Onboard nghĩa là trên CPU có thể tích hợp toàn bộ các chức năng như: Module nguồn, module vào/ra, cổng đọc tốc độ cao HSC (Hight Speed Counter), bộ Timer/Counter và các bộ pin nhớ

Ví dụ: Như các loại S5 – 900/950, S7 – 200 hoặc MicroSmart IDEC, CPM1 Omron, FX Mitsubishi…

c Medium: PLC:

S7 – 300 Siemens, A1SHCPU Mitsubishi, FA IDEC,…Có cấu trúc module và được sử dụng trong các hệ thống vừa và trung bình Các module mở rộng cũng bao gồm các module như ở PLC cỡ lớn

3 Chế độ làm việc và vòng quét

a Chế độ làm việc

- Chế độ nghỉ (Stop mode): Ở chế độ này dừng không sử lý các chương trình điều khiển và người lập trình có thể cài đặt chương trình điều khiển từ máy PC sang PLC hoặc ngược lại

- Chế độ chạy (Run mode): Ở chế độ này PLC thực hiện chế độ điều khiển và làm việc theo chu trình vòng quét:

- Chế độ làm việc trung gian giữa chế độ chạy và chế độ nghỉ, khi ở chế độ này (Term) thì ta có thể chuyển sang chế độ RUN hoặc STOP bằng phần mềm (bấm chuột trên thanh công cụ trên màn hình PC)

- Lỗi (Error): là một chế độ làm việc đăc biệt để báo lỗi chương trình, truyền thông hoặc phần cứng vật lý của hệ thống

Start mode

4. Các thiết bị phụ trợ.

Là các thành phần: phần cứng, phần mềm giúp PLC giao tiếp với con người và đối tượng điều khiển hay với một thiết bị điều khiển khác

a Phần cứng;

+ Máy tính (PC)

+ Cáp truyền thông giữa PC và PLC

+ Card truyền thông

+ Máy quét (scaner)

+ Cảm biến (Sensor)

………

b Phần mềm:

Để lập trình PLC thì chúng ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng của các hãng sản xuất và phù hợp với loại PLC chúng ta dùng

Ví dụ: Step 7, GX, WinLDR, SysWin, RSlogix 500…

5. Ngôn ngữ lập trình

Một số phần mềm lập trình hỗ trợ cả 3 ngôn ngữ lập trình STL, LAD, FBD nhưng phần còn lại chỉ thường hỗ trợ 1 hoặc 2 ngôn ngữ LAD và STL

- STL (Statement List): Liệt kê lệnh

- LAD (Ladder Diagram): Ngôn ngữ hình thang

- FBD (Function Block Diagram): Khối chức năng

6 Cấu trúc chương trình điều khiển

a Chương trình tuyến tính

Toàn bộ chương trình điều khiển được viết trong một khối lớn → tính thời gian thực không cao vì trên một vòng quét PLC phải thực hiện tất cả các lệnh được

viết trong chương trình Phương án viết chương trình tuyến tính thường được lựa trọn khi mới làm quen lập trình Chỉ nên áp dụng cho các bài toán nhỏ.

- Ưu điểm: Quan sát toàn bộ chương trình điều khiển một cách dễ dàng đối với chương trình nhỏ, ngắn

- Nhược điểm: Các thuật toán lặp lại nhiều lần thì sơ đồ cấu trúc tuyến tính không phù hợp với những bài toán phức tạp trở nên khó quan sát được toàn bộ, thực hiện mất nhiều thời gian tín thời gian thực bị ảnh hưởng

b Chương trình có cấu trúc:

Ngoài chương trình chính (Main Programme) thì có các chương trình con (Subroutine) Chương trình con được gọi bởi các trường trình chính hoặc một chương trình con khác Mỗi chương trình con thường được viết để thực hiện một chức năng và có thể được chương trình mẹ gọi tới nhiều lần trong một vòng quét =>Tổ chức chương trình mẹ đơn giản, có thể thời gian của vòng quét được rút gắn Chương trình rễ hiểu, dễ bảo chì…

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 3.1.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

Đặc điểm đối tượng:

Cổng vào ra riêng biệt: trạng thái bình thường đều đóng

Trong thời gian từ 22h00-6h00 2 cổng đều đóng và ko mở được dù có xe vào ra

Hệ thống cảnh báo nếu cố tình ra vào (đột nhập) được hoạt động

Từ 6h00-22h00 hệ thống đóng mở cửa tự động, có đếm số lượng xe ra, vào nếu nhân viên Bảo Vệ muốn cho xe ra vào, nếu không muốn cho xe ra/vào thì cổng ra/vao không được tự động mở và xe cố tình ra/vào sẽ có cảnh báo

3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

3.2.1 Tính toán các thiết bị cần dùng

Bộ lưu điện(UPS) (phòng khi mất điện) 1

- Trong chế tạo robot

- Trong điều hòa nhiệt đọ ứng dụng Intelligen eye là một cảm biến có khả năng dò hoạt động của con người trong phòng Khi không có chuyển động cảm biến sẽ điều chỉnh bằng cách tăng hoặc giảm 2 độ C để tiết kiệm 20% năng lượng đối với chế đọ làm lạnh và 30% năng lượng đối với chế độ sưởi ấm.Việc cũng sẽ làm giảm lãng phí năng lượng nếu như bạn quên không tắt điều hòa

- Trong ứng dụng chế tạo cửa tự động ,thang máy…

* Lựa chọn cảm biến

Cảm biến kích hoạt cửa HR942D do hang HOTRON nhật bản sản xuất có bảng thông số kỹ thuật như sau:

Trong đó : 2 cáp màu xám(Gray) được nối với nguồn điện, 2 cáp màu vàng được nối với đầu ra

Với Wide là bể rộng nhất của chum tia cảm biến có thể phat hiên và Narrow là vùng làm việc phát hiện chum tia tốt nhất của cảm biến(hay bề hẹp)

3.2.2.2/Bộ lưu điện UPS

a/Vấn đề đặt ra

Để ngăn chặn các sự cố về an toàn dữ liệu và an toàn hệ thống khi có sự cố điện

từ nguồn điện lưới, bộ lưu điện UPS là giải pháp được lựa chọn

b/Các loại UPS

UPS bao gồm hai dòng chính online và offline :

Dòng offline: khi nguồn điện lưới còn đáp ứng được, nó sẽ được đưa thẳng tới thiết bị sử dụng Trường hợp có sự cố về nguồn điện lưới, bộ chuyển mạch sẽ chuyển sang chế độ dùng ắc quy, dòng điện một chiều từ ắc quy sẽ được biến đổi thành dòng xoay chiều phù hợp cho thiết bị sử dụng Với nguyên lý hoạt động như trên, ta thấy dòng offline có nhược điểm là khi chuyển mạch dòng xoay chiều sẽ có độ trễ nên các thiết bị có sự nhạy cảm cao sẽ không phù hợp với loại ổn áp này

Dòng online: ngay cả khi nguồn điện lưới còn đáp ứng được nó cũng không được đưa thẳng tới thiết bị sử dụng mà phải đưa qua bộ chuyển mạch thành dòng một chiều nạp vào ắc quy, rồi từ ắc quy dòng điện môt chiều lại được biến đổi trở lại thành dòng xoay chiều và cấp cho thiết bị sử dụng Với nguyên lý hoạt động này, nguồn điện cung cấp cho thiết bị sử dụng luôn được lấy từ ắc quy nên có độ ổn định cao và không bị trễ như loại offline Ngoài ra dòng

online còn có phần mềm quản lý đi kèm, có màn hình LCD giúp người sử dụng thiết lập các thông số cho UPS hoạt động đúng theo nhu cầu hiện tại của mình như hẹn giờ tắt mở, điều chỉnh điện áp…

c/Lựa chọn bộ UPS cho bài toán đóng mở cửa tự động dùng PLC

Chọn loại: Santak UPS online 1 KVA w/Software

Santak UPS online 1 KVA w/Software Được thiết kế dựa trên công nghệ True Online Double Conversion, bộ lưu điện 1KVA cùng các thiết bị tùy chọn sẽ cung cấp một giải pháp tổng thể, an toàn, tối ưu và hiệu quả cho các thiết bị có yêu cầu khắt khe về năng lượng Thiết bị thường dùng lưu điện cho các máy chủ chuyên dụng nhỏ.Với Ăcqui tùy chọn có thể nâng thời gian lưu điện hoàn toàn đáp ứng mọi nhu cầu khách hàng

d/Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng

- Một chú ý hết sức quan trọng là bạn không được lợi dụng việc lưu điện của UPS để tiếp tục làm việc mà hãy tranh thủ thời gian lưu các tài liệu và tắt

máy trước khi UPS hết điện, điều này giúp tuổi thọ UPS được lâu hợn

- Không để hở đầu ra UPS vì điện áp ra là dòng xoay chiều 100-240v rất nguy hiểm

- Để UPS nơi thoáng mát, tránh nơi có độ ẩm cao

- Khi nối thiết bị tải điện với UPS, phải tắt thiết bị tải điện trước khi được nối Sau đó, bật từng thiết bị tải điện lên

Tất cả các ổ cắm điện đều phải được nối đất để bảo vệ

Cho dù dây điện có được cắm vào ổ điện nguồn hay không, thì vẫn có dòng điện tại ổ cắm đầu ra của UPS Tắt UPS bảo đảm rằng không còn dòng điện ở các bộ phận bên trong của UPS Ðể đảm bảo không còn dòng điện ở ổ cắm đầu ra của UPS, thì UPS phải được tắt trước tiên, sau đó ngắt nguồn cung cấp điện

- Ðối với loại chuẩn (standard model), nên nạp điện cho ắc quy trong vòng 8 giờ trước khi sử dụng Chỉ cần dùng dây điện nối ổ cắm đầu vào của UPS với một ổ cắm điện nguồn gần đó, khởi động UPS, UPS sẽ tự động nạp điện cho ắc quy UPS có thể sử dụng được ngay mà không cần nạp điện cho ắc quy trước nhưng thời gian trữ điện sẽ ít hơn mức chuẩn

Trong trường hợp cần phải nối UPS với thiết bị tự cảm điện như mô-tơ, thiết bị chỉ báo hoặc một máy in laser, thì dòng điện dùng để khởi động phải phù hợp với công suất của UPS, vì sự tiêu hao điện để khởi động loại thiết bị này có thể rất lớn khi nó bắt đầu hoạt động

- Việc nối với máy phát điện phải được thực hiện theo các bước sau:Khởi động máy phát điện và chờ cho tới khi máy vận hành ổn định trước khi nối ổ cắm đầu ra của máy phát điện với UPS (phải chắc chắn rằng UPS đang ở chế độ không làm việc) Sau đó, bật UPS theo quy trình khởi động Sau khi UPS được bật lên, mới kết nối từng thiết bị tải điện một với UPS.Nên lựa chọn máy phát điện AC có công suất gấp 1.5 của UPS

3.2.2.3.Hệ thống cửa trượt tự động 2 cánh GEZE (có tích hợp kèm theo động

cơ đảo chiều cảm biến hồng ngoại )

thông số kỹ thuật như sau:

3.2.2.4.Chọn sử dụng PLC S7-200 CPU 224 đểđiều khiển hệ thống.

S7-200 CPU 224

• Kích thước : 120.5 x 80 x 62

• Bộ nhớ chương trình: 8192 bytes

• Bộ nhớ dữ liệu: 8192 bytes

• Thời gian lưu dữ liệu 100 giờ

• Ngõ vào ra số :14 In/10 Out

• Ngõ vào ra tương tự: 2 In/1 Out