PLC MỞ CỬA TỰ ĐỘNG KHU A ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

đóng mở cửa tự động khu A ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Chương I TÌM HIỂU VỀ ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG

Xã hội hiện đại, nhu cầu đa dạng và đòi hỏi về sự tiện nghi của cuộcsống không ngừng được nâng lên, các toà nhà văn phòng cao ốc hiện đạitiện nghi ngày càng nhiều việc ứng dụng khoa học công nghệ vào quátrình quản lý điều hành là rất cần thiết cho việc giảm thiểu nhân sự tiếtkiệm thời gian, tiền bạc Đứng trước yêu cầu đó các công ty và các hãngsản 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 khuynhhướng thiết kế của thời đại mới bởi các ưu điểm vượt trội của nó như: kảnăng sử dụng với mật độ lưu thông cao, tốc độ đóng mở nhanh và tnh antoàn, tiết kiệm diện tích

Hiện nay cửa trượt tự động còn vươn lên tầm cao mới với các kỹ thuậthiện đại như khả năng vận hành bằng điều khiển từ xa hay mắt điện tửthông minh

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

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

5/Tính an toàn :Cửa sẽ tự động khởi động lại khi gặp vật cản, sensor vậtcản

I.4 CẤU TẠO CHUNG

1 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 bịnóng Với moment xoắn lớn cộng với hệ thống gá được chế tạo đặc biệtgiúp cho sự vận hành của cửa hết sức nhẹ nhàng không bị rung Tảitrọng tối đa cho 02 cánh cửa lên tới 250 kg hoặc 150 kg cho cửa 1 cánh

3 Bộ điều khiển (MICIM Controler) Sử dụng PLC , lập trình hệ thốngcho 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 sẽdừng lại và đổi chiều sau đó sẽ từ từ đóng lại hoặc mở ra Nếu sau 3 lầngặp vật cản cửa sẽ giữ nguyên ở vị trí mở và sẽ hoạt động trở lại khi cótín hiệu từ sensor

4 Mắt cảm biến hồng ngoại

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

5 Hộp kỹ thuật (Rail base) Được chế tạo từ hợp kim nhôm với độ cứngcao giúp cho khung cửa chắc khỏe và đặc biệt không bị mài mòn trongquá trình sử dụng

 Các phụ kiện

- 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, trườnghợp đặc biệt có thể lập trình mở với chế độ tự động (automatic)

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

- Đèn LED báo ngu ồn điện chính: ON – OFF

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

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

I.4.4 Công tắc hành trình

Hình 1.4.5 : Công Tắc Hành Trình

chuyển động cơ thành tín hiệu điện.Tín hiệu của công tắc hành trình phục vụ

cho quá trình điều khiển và giám sát

phát hiện các vật chuyển động bằng tia hồng ngoại

Sử dụng an toàn cho người đi

Chương II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC

II.1 Cấu trúc phần cứng

PLC (Programmable Logic Controler) là thiết bị điều khiển lập trìnhđược hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điềukhiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Thực chất nó là một hệ vi

xử lý có những ưu điểm mà các hệ vi xử lý khác không có được và đượccài đặt sẵn hệ điều hành với chức năng có thể lập trình điều khiển được.a) Hệ điều hành

Chứa chương trình hệ thống dùng để xác định các cách thức thực hiệnchương trình của người sử dụng, quản lý các đầu vào ra, phân chia bộnhớ RAM trong và quản lý dữ liệu

b) Bộ nhớ chương trình

Lưu giữ chương trình điều khiển, khi PLC hoạt động nó sẽ đọc và thựchiện chương trình được nghi trong bộ nhớ này

c) Bộ đệm đầu vào ra (buffer)

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

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

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

Timer: TON, TOFF, TOR…

Counter: CT, CU, CD, CUD

Bộ vi xử lý gọi các lệnh trong bộ nhớ chương trình để thực hiện mộtcách tuần tự theo chương trình.

e) Bus vào ra

Trong PLC dữ liệu trao đổi giữa bộ vi xử lý và các Module vào ra thôngqua bus vào ra Hệ thống bus được chia làm 3 loại: Bus địa chỉ, bus dữliệu và bus điều khiển

Hình 2.1 : Thành phần Hệ Thống Điều Khiển PLC

II.2 Phân loại:

a Micro PLC:

Có cấu trúc Onboard và thường sử dụng trong các ứng dụng nhỏ nhưchiếu sáng, mở cửa, trong một máy phát điện tự động nhưng tuy là nhỏnhưng 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 chứcnăng 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…

Hình 2.2b : Mini PlC

c Medium: PLC:

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

từ máy PC sang PLC hoặc ngược lại

- Chế độ chạy (Run mode): Ở chế độ này PLC thực hiện chế độ điềukhiển 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 bằngphần 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

b.Vòng quét (Scan)

PLC thực hiện chương trình theo vòng quét như hình

II.4 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA PLC S7-200.

- PLC S7-200 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản là: LAD, FBD và STL

- LAD (Ladder logic) là ngôn ngữ lập trình dạng hình thang hay là ngônngữ đồ họa Thành phần cơ bản của LAD tương tự như thành phần cơbản của điều khiển rơle: có tiếp điểm thường mở, tiếp điểm thường đóng,cuộn dây đầu ra, các hàm chức năng (thời gian, đếm)

- STL (Statement list) là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính,thể hiện chương trình dưới dạng các câu lệnh Một chương trình đượcghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếmmột hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”

- FBD (Function Block Diagram) là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với ngườiquen thiết kế mạch điều khiển số Việc chuyển đổi giữa ba ngôn ngữLAD, FBD và STL là hoàn toàn tự động

Scan Time

Dữ liệu từ DI/AI vào vùng đệm đầu vào

Thực hiện chương trình

Truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Đưa dữ liệu từ bộ

đệm tới đầu ra

Start mode

HÌNH 2.3 : Thành phần Hệ Thống Điều Khiển PLC

 Bộ thời gian (Timer):

Bộ thời gian có chức năng tạo thời gian trễ giữa tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu Vào.

Nguyên lý: khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng thời gian trễ mong muốn thì bộ timer có giá trị logic 1.

Có hai loại bộ thời gian là: bộ thời gian không có nhớ (TON) và bộ thời gian có nhớ (TONR) trạng thái đầu vào Độ phân giải của bộ timer là thời gian cập nhật giá trị đếm tức thời, trong PLC S7-200 có 3 loại độ phân giải: 1ms, 10ms, 100ms Số lượng bộ thời gian phụ thuộc vào chủng loại CPU.

Timer Độ phân giải Giá trị max CPU 212 CPU 214

10ms 327,67s T33 – T36

T33 – T36/ T97 – T100

T37 – T63/ T101 – T127

IN: V, T, C, I, Q, M, SM

MW, SMW, AC, AIW, const

IN: V, T, C, I, Q, M, SM

MW, SMW, AC, AIW, const

Thời gian trễ mong muốn = giá trị độ phân giải * giá trị đặt (PT).

Với bộ TON có hai cách để reset đó là cho đầu vào về 0 hoặc dùng lệnhRESET Còn với bộ TONR thì chỉ có một cách để reset đó là dùng lệnhRESET.

Giá trị đếm: đếm tiến CTU (từ 0 đến 32767); đếm tiến lùi CTUD (từ

-32768 đến 32767)

Lệnh:

CU: đếm tiến; CD: đếm lùi; R: reset; PV: giá trị đặt

PV: word (VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, const)

II.5 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH STEP7.

Để thiết kế chương trình điều khiển đèn giao thông bằng PLC S7-200 ta

dùng phần mềm STEP7 Microwin V4 Sau khi cài đặt phần mềm, trên

màn hình desktop sẽ xuất hiện biểu tượng của STEP7

Đồng thời trong menu Start của Windows cung có thư mục Simatic với

tất cả các tên của những thành phần liên quan

Cấu trúc cửa sổ lập trình của STEP7 Microwin như sau:

HÌNH 2.5B: GIAO DIỆN PHẦN MỀM

Vùng soạn thảo chứa một chương trình, được chia thành từng Network Các thông số nhập được kiểm tra lỗi cú pháp Nội dung cửa sổ “ Program Block” tùy thuộc ngôn ngữ lập trình đã lựa chọn Có thể nhấn đúp vào phần

tử lập trình cần thiết trong danh sách để chèn chúng vào chương trình soạn thảo, cũng có thể chèn các phần tử cần thiết bằng cách nhấn và nhả chuột Các công cụ thường sử dụng:

- New (File Menu): tạo mới một chương trình soạn thảo.

- Open (File Menu): mở một chương trình đã soạn thảo.

- Cut, Copy, Paste (Edit Menu): cắt, sao chép và dán.

- Download (PLC Menu): tải xuống chương trình điều khiển.

- Network (Insert): chèn network mới.

- Program Elements (Insert): mở cửa sổ các phần tử lập trình.

- Clear/Reset (PLC): xóa chương trình hiện thời trong PLC.

- LAD, STL, FBD (view): hiển thị dạng ngôn ngữ yêu cầu Các phần tử lập trình thường dùng (ngôn ngữ LAD):

 Các lệnh logic tiếp điểm Các lệnh so sánh

Các loại Counter Các loại Time

II.6 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRONG PLC S7 – 200.

S7 – 200 Simulator 2.0 Ing English là một trong những phần mềm dùng

để mô phỏng hoạt động của PLC sau khi được nạp chương trình Chúng

ta có thể mô phỏng chương trình đã viết bằng cách sử dụng phần mềmnày mà không cần đến PLC thật Để thực hiện mô phỏng, ta chỉ cần thựcthi file S7 –200.exe, sau khi khởi động ta được giao diện như sau:

Trình tự thực hiện khi mô phỏng một chương trình điều khiển:

 Viết chương trình bằng phần mềm Step 7 Microwin

 Biên dịch chương trình: File/Export

 Đặt tên tập tin và chọn Save (*.awl)

 Khởi động phần mềm mô phỏng S7-200.exe

 Chọn loại CPU: Configuration /CPU Type/Chọn loại CPU cần mô phỏng

 Mở File cần mô phỏng: Program/Load Program/ Chọn Accept/Chọn file

*.awl

 Chạy mô phỏng: PLC / Run hoặc biểu tượng Run trên thanh công cụ

 Thay đổi trạng thái ngõ vào bằng các công tắc trên bảng điều khiển màuxanh

 Quan sát các đèn báo trạng thái ngõ vào ra trên PLC

Dừng chương trình: PLC / Stop hoặc biểu tương Stop trên thanh công cụ.

Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA TỰ

ĐỘNG SỬ DỤNG S7 200

III.1 Yêu cầu công nghệ

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

Trong thời gian từ 22h00-6h00 2 cổng đều đóng và không mở được dù

có xe vào ra Hệ thống cảnh báo nếu cố tình ra vào (đột nhập) được hoạtđộng

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 xera/vào thì cổng ra/vao không được tự động mở và xe cố tình ra/vào sẽ cócảnh báo

III.2 Lựa Chọn Thiết Bị

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

III.2.2 Cảm biến hồng ngoại

* Giới thiệu chung

Trong chế tạo robot

Trong điều hòa nhiệt đọ ứng dụng Intelligen eye là một cảm biến có khảnăng dò hoạt động của con người trong phòng Khi không có chuyểnđộng cảm biến sẽ điều chỉnh bằng cách tăng hoặc giảm 2 độ C để tiếtkiệm 20% năng lượng đối với chế đọ làm lạnh và 30% năng lượng đốivới chế độ sưởi ấm.Việc cũng sẽ làm giảm lãng phí năng lượng nếu nhưbạn 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:

HÌNH 2: CẢM BIẾN KÍCH HOẠT CỬA

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

III.2.3 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 chọnb/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 nghệTrue Online Double Conversion, bộ lưu điện 1KVA cùng các thiết bị tùychọn sẽ cung cấp một giải pháp tổng thể, an toàn, tối ưu và hiệu quả cho

Một chú ý hết sức quan trọng là bạn không được lợi dụng việc lưu điệncủa 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 lâuhợn

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

- 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

III.2.4 Chọn sử dụng PLC S7-200 CPU 224 để điều khiển hệ thống.

HÌNH 3.2.4 : 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

 Số lượng I/O tối đa : 128 in, 128 out

 Tốc độ thực thi lệnh : 0.22 micro giây/lệnh