Ứng dụng bộ điều khiển PLC thiết kế và xây dựng cho hệ thống điều khiển tự động cho thang máy 3 tầng sử dụng trong bệnh viện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG TRONG BỆNH VIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG TRONG BỆNH VIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thọ Chân Người hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đức Minh HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thọ Chân – MSV :1412104013 Lớp : ĐC1801 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Ứng dụng điều khiển PLC thiết kế xây dựng cho hệ thống điều khiển tự động cho thang máy tầng sử dụng bệnh viện NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đức Minh Trường Đại học dân lập Hải Phòng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày 13 tháng 08 năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng 11 năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Thọ Chân Th.S Nguyễn Đức Minh Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Ngày trước phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi mặt quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trò quan trọng khơng giảm nhẹ sức lao dộng cho người mà góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, ngành tự dộng hóa ngày khẳng định vị trí vai trò ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống cơng nghiệp tồn giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vai trò quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơ le trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Xuất phát từ thực tế đó, q trình học tập trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, bảo hướng dẫn tận tình thầy khoa Điện Công Nghiệp đặc biệt thầy giáo, TH.S ”Nguyễn Đức Minh”, em nhận đồ án với đề tài: “Ứng dụng điều khiển PLC thiết kế xây dựng cho hệ thống điều khiển tự động cho thang máy tầng sử dụng bệnh viện”.Để giúp cho sinh viên có thêm hiểu biết vấn đề Chương 1:Giới Thiệu Tổng Quan Về PLC PLC S7-200 1.1 Giới thiệu PLC Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển thiết bị máy công nghiệp… người ta thực kết nối linh kiện điều khiển rời (relay, timer, contactor ) lại với tùy theo mức độ yêu cầu thành hệ thống điện điều khiển.Công việc phức tạp thi cơng, sửa chữa, bảo trì giá thành cao Khó khăn cần thay đổi hoạt động hay thay đổi cơng nghệ Một hệ thống điều khiển ưu việt mà phải chọn điều khiển cho máy sản xuất cần phải hội đủ yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt…Từ hệ thống điều khiển cóthể lập trình PLC (Progammable Logic Controller) đời để giải vấn đề Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Progammable Controller Handle) đời vào năm 1969 Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển Trong trình vận hnh, cc nh thiết kế đ bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn dạng lập trình biểu đồ hình thang Trong năm đầu thập niên 70, hệ thống PLC cũ kĩ có khả vận hành với thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với liệu cập nhật” (Data manipulation) Do phát triển loại hình dng cho my tính (Cathod Ray Tube: CTR), nên việc giao tiếp người điều khiển lập trình cho hệ thống cng trở nn thuận tiện Ngoài nhà thiết kế cịn tạo kỹ thuật kết nối với hệ thống PLC ring lẻ Tốc độ xử lý hệ thống cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh lm cho hệ thống PLC xử lý tốt với hệ thống phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn Một PLC có đầy đủ chức như:bộ đếm, định thời, ghi (Register) tập lệnh cho phép thực yêu cầu điều khiển phức tạp khác Hoạt động PLC hồn tồn phụ thuộc vào chương trình nằm nhớ, liệu cập nhật tín hiệu đầu vào, xử lý tín hiệu để điều khiển đầu 1.2 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC 1.2.1 Khái niệm vềPLC PLC chữ viết tắt từ : Programmable Logic Controller Theo hiệp hội quốc gia sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) PLC thiết bị điều khiển mà trang bị chức logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung tính tốn cho phép điều khiển nhiều loại máy móc xử lý Các chức đặt nhớ mà tạo lập xếp theo chương trình Nói cách ngắn gọn PLC máy tính cơng nghiệp để thực dãy trình 1.2.2 Cấu trúc điều khiển PLC Một PLC gồm có modul: - Modul nguồn: nhận từ lưới điện công nghiệp tạo nguồn điện chiều cung cấp cho PLC hoạt động - Modul xử lý trung tâm CPU: gồm nhiều hệ thống vi xử lý bên Có hai loại đơn vị xử lý trung tâm đơn vị xử lý bít đơn vị xử lý từ ngữ - Modul nhớ chương trình: chương trình điều khiển hành lưu nhớ chương trình phận lưu trữ: RAM, EPROM Chương trình tạo với trợ giúp đơn vị lập trinh chun dụng, sau chuyển vào nhớ chương trình Bên có nguồn điện dự phòng cho RAM để trì chương trình điện - Modul đầu vào: có nhiệm vụ chuẩn bị tín hiệu bên ngồi chuyển vào PLC có chứa lọc thích ứng lượng Các modul đầu vào thiết kế để nhận nhiệu đầu vào bổ sung 10 I1.0 + I1.1 + I1.2 I0 I1 I0 I0 Q0.0 Q0.1 Hình 3.10: Sơ đồ tay gạt + Tín hiệu điều khiển từ cảm biến: I1.0,I1.1,I1.2 + Tín hiệu dừng vị trí: I0.0, I0.1,I0.2 + Tín hiệu điều khiển chiều động cơ: Q0.0, Q0.1 3.4.2 Lưu đồ thuật toán 65 I1.0 + I1.11 Begin Cabin đến vị trí gọi? Cabin mở cửa, cho khách vào cabin S Cabin rảnh chiều tầng gọi Đ Điều khiển động đưa CB đến tầng gọi S Đk động đưa CB di chuyển hết yêu cầu quay lại phục vụ lệnh end Chương trình di chuyển ca bin đến tầng gọi 66 Begin S Lưu đồ đóng mở phục vụ cabin CB dừng tâng Đ S Có tín hiệu mở cửa Đ Điều khiển mở cửa S Cửa mở Đ Delay 5s khách vào chọn tầng Điều khiển đóng cửa Có tải có lệnh mở cửa Đ S Đ Mở cưỡng S Đ Đóng cưỡng S S Cửa đóng hồn tồn Đ S Có chọn tầng Đ Điều khiển động đưa cabin đến tầng gọi End 67 3.4.3 Sơ đồ mạch kết nối PLC chương trình điều khiển SƠ ĐỒ MẠCH KẾT NỐI PLC 68 69 70 71 72 Chương trình điều khiển thang máy tầng dùng PLC SIEMENS S7-200 73 3.5 Phụ lục hình ảnh Hình 1: Sơ đồ cấp điện đấu dây biến tần 74 Hình Sơ đồ mạch động lực Hình Mạch đảo chiều động 75 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp,dưới hướng dẫn tận tình thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh, đến tác giả hoàn thành đồ án Nội dung đồ án bao gồm: Phần kiến thức: * Tìm hiểu PLC họ PLC S7 200 hãng Simen * Tìm hiểu quy trình cơng nghệ thang máy Phần thiết kế thi công: * Xây dựng sơ đồ khối * Viết chương trình điều khiển Đề tài trình bày theo dạng mơ hình mơ Nên qtrình thực luận văn khơng tránh khỏi sai sót mong đề tài bạn sinh viên khoá sau tiếp tục nghiên cứu khắc phục mặt hạn chế đề tài để tạo sản phẩm tối ưu phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội Em xin bảo, góp ý thầy để đề tài em hoànthiện Cuối em xin trân trọng cảm ơn thầy Hiệu trưởng, Ban Giám hiệu nhà trường, phòng ban chức năng, thầy trƣởng khoa điện, thầy cô khoa điện đặc biệt thầy Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh người trựctiếp hướng dẫn em thực đề tài Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Thọ Chân 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thành Bắc (2001), Giáo trình thiết bị điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phan Quốc Phô - Nguyễn Đức Chiến (2008), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất giao thơng vận tải Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hoá SIMATIC S7–200 -Nhà xuất nông nghiệp https.luanvan.com 77 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………… Chương 1: Giới thiệu tổng quan PLC 1.1 Giới thiệu PLC……………………………………………………… 1.2 Tổng quản điều khiển logic khả trình PLC…………………… 1.2.1 Khái niệm PLC…………………………………………………… 1.2.2 Cấu trúc điều khiển……………………………………………… 1.2.3 Ưu nhược điểm hệ thống PLC………………………… …… 1.2.4 Cấu trúc nhớ PLC………………………………………………… 1.3 Giới thiệu điều khiển logic khả trình PLC S7-200……………… 1.3.1 Giới thiệu chung……………………………………………………… 1.3.2 Cấu trúc chương trình……………………………………………… 1.3.3 Đặc điểm thơng số số loại CPUS7-200……………………… 1.3.4 Cấu trúc nhớ S7-200……………………………………………… Chương 2: Giới thiệu chung thang máy……………………………… 2.1 Giới thiệu tổng chung thang máy………………………………… 2.2 Phân loại thang máy………………………………………………… 2.3 Các chi tiết thang máy………………………………………… 2.4 Cấu trúc điển hình thang máy………………………………… 2.4.1 Cấu tạo chung thang máy……………………………………… 2.4.2 Các thiết bị an toàn thang máy………………………………… 2.5 Vi điều khiển AVR Atmega128…………………………………… 2.5.1 Vi điều khiển ………………………………………………… 2.5.2 Vi điều khiển Atmega128………………………………………… 2.5.3 Sơ đồ khối………………………………………………………… 2.5.4 Cấu hình chân…………………………………………………… Chương 3: Thiết kế xây dựng mơ hình…………………………… 3.1 u cầu thiết kế…………………………………………………… 3.1.1 Yêu cầu an toàn…………………………………………………… 3.1.2 Yêu cầu dừng xác………………………………………… 3.1.3 Yêu cầu tối ưu thuật toán………………………………… 3.1.4 Yêu cầu gia tốc, tốc độ……………………………………… 3.1.5 Yêu cầu hệ truyền động dùng thang máy…………………… 3.2 Nguyên tắc sử dụng thang máy…………………………………… 3.2.1 Cách sử dụng thang máy………………………………………… 3.2.2 Nguyên tắc hoạt động thang máy………………………………… 3.3 Lựa chọn thiết bị tự động hóa…… ………………………… 3.3.1 Động cơ……………………………………………………… 3.3.2 Lựa chọn biến tần để điều khiển động cơ……………………… 3.4 Xây dựng chương trình điều khiển…………………………… 3.4.1 Các đầu vào ra…………………………………………………… 3.4.2 Lưu đồ thuật toán…………………………………………………… 3.4.3 Sơ đồ mạch kết nối PLC chương trình điều khiển……………… 3.5 Phụ lục hình ảnh……………………………………………………… KẾT LUẬN … TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………… ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG TRONG BỆNH VIỆN... Đức Minh”, em nhận đồ án với đề tài: Ứng dụng điều khiển PLC thiết kế xây dựng cho hệ thống điều khiển tự động cho thang máy tầng sử dụng bệnh viện .Để giúp cho sinh viên có thêm hiểu biết vấn... Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Ứng dụng điều khiển PLC thiết kế xây dựng cho hệ thống điều khiển tự động cho thang máy tầng sử dụng bệnh viện NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải