giai thuat thang may dung PLC

Giải thuật thang máy dùng PLC

Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN . 1 CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY . 8 1.1. NHỮNG TÍN HIỆU TRONG THANG MÁY 8 1.1.1. Tín hiệu an toàn .8 1.1.2. Chế độ hoạt động 8 1.1.2.1. Chế độ chạy kiểm tra (hand) 8 1.1.2.2. Chế độ chạy tự động (auto) 9 1.1.3. Thiết bò đếm tầng 10 1.1.4. Tín hiệu mở cửa .10 1.1.5. Tín hiệu đóng cửa 11 1.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: . 12 CHƯƠNG 2: CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 16 2.1 HỆ THỐNG MÁY KÉO THANG MÁY 16 2.2 HỆ THỐNG MÔTƠ KÉO CỬA BUỒNG THANG 19 2.3 THIẾT BỊ HIỂN THỊ VÀ NÚT NHẤN GỌI TẦNG . 21 2.3.1 Thiết bò hiển thò vò trí buồng thang . 21 2.3.2 Nút nhấn gọi tầng 22 2.3.3 Nút nhấn kích thang chạy chế độ hand 23 2.4 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT ĐIỀU KHIỂN . 23 2.4.1 Chọn relay điều khiển .23 2.4.2 Chọn công tắc 24 2.4.2.1 Công tắc chọn chế độ hoạt động 24 2.4.2.2 Công tắc dừng khẩn .24 2.4.2.3 Công tắc hành trình (Công tắc giới hạn) 25 2.4.3 CHỌN CÁC SENSOR QUANG: 26 2.4.3.1 Thiết bò đếm tầng 26 Thiết bò phát hiện có người ở cửa buồng thang . 27 2.5 CHỌN CONTACTOR .28 2.5.1 Chọn contactor đóng ngắt ở ngõ ra của biến tần Altivar 38 .28 2.5.2 Chọn contactor đóng ngắt cho thắng điện (#MB) 28 2.6 CHỌN MÁY BIẾN THẾ 28 2.7 CHỌN CB BẢO VỆ 29 2.7.1 Chọn CB bảo vệ cho biến tần môtơ kéo chính 29 2.7.2 Chọn CB bảo vệ cho moto kéo cửa và biến tần Altivar 11 29 2.7.3 Chọn CB bảo vệ cho biến thế T1 . 30 2.8 CHỌN PLC 31 2.9 QUI ĐỊNH CÁC NGÕ RA VÀO 32 2.9.1 Các tín hiệu ngõ vào input 32 2.9.2 Các tín hiệu ngõ ra relay output . 33 Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh C C H H Ư Ư Ơ Ơ N N G G 3 3 : : GIỚI THIỆU PLC S7 – 200 36 3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7 – 200 CPU 214 . 36 3.1.1 CPU 214 bao gồm: .36 3.1.2 Mô tả các đèn báo trên S7 – 200, CPU 214 37 3.1.3 Cổng truyền thông .37 3.1.4 Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC . 38 3.1.5 Chỉnh đònh tương tự .38 3.1.6 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ . 38 3.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ . 39 3.2.1 Phân chia bộ nhớ: 39 3.2.2 Vùng dữ liệu: .40 3.2.3 Vùng đối tượng: . 41 3.2.4 Mở rộng ngõ vào/ra: 42 3.2.5 Thực hiện chương trình: 43 3.2.6 Cấu trúc chương trình của S7 – 200 . 44 3.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7 – 200 . 47 3.3.1 Phương pháp lập trình: 47 3.3.2 Các toán hạng giới hạn cho phép của CPU 214 49 3.3.3 Một số lệnh cơ bản: . 50 3.3.3.1 Lệnh vào/ra: . 50 3.3.3.2 Các lệnh ghi/xóa giá trò cho tiếp điểm: 51 3.3.3.3 Các lệnh logic đại số Boolean: . 52 3.3.3.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt ড় NOT ├ ড় P ├ ড় N ├ .54 3.3.3.5 Các lệnh so sánh 54 3.3.3.6 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con 55 3.3.3.7 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 56 3.3.3.8 Các lệnh điều khiển Timer . 57 3.3.3.9 Các lệnh điều khiển Counter 59 3.3.3.10 Các lệnh di chuyển nội dung ô nhớ 60 3.3.3.11 Sử dụng bộ đếm tốc độ cao: 61 Kích bộ đếm với kiểu làm việc đã ghi trong byte điều khiển bằng lệnh HSC. 65 Ví dụ như kích bộ đếm HSC1 theo SMB47 bằng cách thực hiện lệnh sau trong STL: HSC K1 65 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 66 CHƯƠNG 5: BẢNG VẼ KẾT NỐI HỆ THỐNG 95 5.1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN ĐỘNG LỰC: 95 5,2 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN ĐIỀU KHIỂN: 96 5.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA CPU 224: . 97 5.4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA CPU 224 VÀ CÁC MODUL MỞ RỘNG: 98 5.5 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA CÁC BIẾN TẦN: 100 5.6 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA CÁC SENSOR: 101 CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THANG MÁY 103 Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh 6.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC TẾ: 103 6.2 TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐƯC THỂ HIỆN TRÊN BẢNG PANEL: 104 6.3 HỆ THỐNG MOTOR MÁY KÉO VÀ MOTOR CỬA CABIN CỦA MÔ HÌNH: 105 6.4 MÔ HÌNH THANG MÁY: .106 CH ƯƠ NG 7: GIỚI THIỆU WINCC VÀ KẾT NỐI PLC S7-200 .108 7.1 GIỚI THIỆU: . 108 7.1.1 Giới thiệu: 108 7.1.2 Kí hiệu: . 109 7.2 HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT: . 109 7.2.1 Cấu hình đòi hỏi(hardware): . 109 7.2.2 Môi trường hoạt động: .110 7.2.3 Cài đặt WinCC (Installation): . 110 7.2.3.1 Cài đặt WinCC: Đăng kí (Registration) .111 7.2.3.2 Cài đặt Wincc: Lựa chọn ngôn ngữ(Language) . 112 7.2.3.3 Cài đặt WinCC: Lựa chọn thành phần (Components) .112 7.2.3.4 Cài đặt Wincc: Cấp Phép (Authorization) . 114 7.2.4 Cài đặt Wincc: Mô phỏng Tags (Tags Simulator) . 115 7.2.5 Gỡ bỏ Wincc (Deinstallation) . 116 7.2.6 Xử lý sự cố và sửa lỗi: . 117 7.3 DỰ ÁN WINCC (WINCC PROJECT) . 118 7.4 HIỆU CHỈNH HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH (PROCESS PICTURES) : . 123 7.4.1 Tạo hình ảnh quá trình : 123 7.4.1.1 Tạo một hình ảnh quá trình : . 123 7.4.1.2 Tạo một hình ảnh quá trình thứ 2 : . 124 7.4.2 Hình ảnh quá trình 126 7.4.3 Khi chương trình đã chạy ta có các hình ảnh sau: .130 TÀI LIỆU THAM KHẢO .132 Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 1 TÓM TẮT LUẬN VĂN Về lòch sử phát triển, thang máy đã ra được phát minh từ rất lâu. Qua nhiều giai đoạn, từ những chiếc thang máy đơn giản với độ tin cậy về an toàn và kỹ thuật thấp thì ngày nay với kỹ thuật tiên tiến con người đã tạo ra những thang máy với độ an toàn cao, thẩm mỹ và mang tính kinh tế. Từ những chiếc thang máy sử dụng hệ điều khiển bằng contactor, relay thực hiện việc khởi động và giảm tốc bằng cách giảm áp (qua điện trở, cuộn kháng,…) tiêu hao năng lượng rất lớn, thì ngày nay với sự ra đời và phát triển của thiết bò điều khiển hiện đại như PLC, biến tần, và các thiết bò hiện đại khác, việc điều khiển trở nên đơn giản hơn, việc tăng tốc giảm tốc êm nhẹ và ít tốn năng lượng. Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về quy trình và giải thuật điều khiển thang máy, ứng dụng lập trình PLC điều khiển thang máy với số điểm dừng là 4, thực hiện và chạy thử trên mô hình. Hướng vào mục tiêu đó, luận văn được chia làm 7 chương với các nội dung chính: Chương 1: Tìm hiểu những tín hiệu cơ bản và xử lý các tín hiệu trong thang máy, thực hiện lưu đồ điều khiển. Chương 2: Chọn các thiết bò bò đóng ngắt điều khiển ở mạch động lực và mạch điều khiển cho thang máy thực. Chương 3: Giới thiệu bộ PLC của SIMATIC S7-200 CPU 214: tìm hiểu về cấu trúc phần cứng và một số tập lệnh sử dụng trong lập trình. Chương 4: Thực hiện lập trình trên phần mềm STEP7 MICROWIN để điều khiển thang máy. Chương 5: Thực hiện bản vẽ kết nối hệ thống điện. Chương 6: Giới thiệu mô hình thực hiện. Chương 7: Giới thiệu Wincc và kết nối với PLC S7-200 Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 2 NỘI DUNG CHÍNH ĐỀ TÀI  Tìm hiểu quy trình và giải thuật điều khiển thang máy  Lập trình trên PLC  Thử nghiệm trên mô hình  Kết luận Chương 1: TÌM HIỂU VỀ QUY TRÌNH VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY  Tìm hiểu những tín hiệu cơ bản trong thang máy:  Tín hiệu an toàn từ các công tắc hành trình giới hạn chiều chạy tầng cao và thấp nhất, công tắc dừng khẩn, công tắc của thiết bò chống vượt tốc …  Tín hiệu từ thiết bò đếm tầng.  Tín hiệu mở cửa.  Tín hiệu mở cửa trở lại (tín hiệu REOPEN).  Tín hiệu đóng cửa.  Tìm hiểu về chế độ hoạt động của thang: chế độ chạy tự động (AUTO), chế độ chạy kiểm tra bằng tay (HAND).  Tìm hiểu nguyên tắc xử lý các tín hiệu gọi thang khi thang hoạt động ở chế độ AUTO.  Quá trình thang thực hiện RESET.  Thực hiện lưu đồ điều khiển thang máy. Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 3 Chương 2 : CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG Tìm hiểu và chọn thiết bò điều khiển phần điện cho hệ thống thang máy  Tìm hiểu môtơ kéo chính của thang máy: đặc điểm loại môtơ, công suất, thiết bò thắng điện. Tìm hiểu và chọn thiết bò điều khiển môtơ kéo chính là biến tần Altivar 71 của Telemecaniqe.  Tìm hiểu môtơ kéo hệ thống cửa buồng thang. Tìm hiểu và chọn thiết bò điều khiển môtơ kéo cửa buồng thang là biến tần Altivar 11 của Telemecaniqe.  Tìm hiểu chọn thiết bò hiển thò vò trí buồng thang là LED 7 đoạn loại catod chung và đèn báo chiều chạy thang là loại đèn PILOT.  Chọn nút nhấn gọi tầng cho thang máy là loại nút nhấn có 1 tiếp điểm thường hở, sau khi tác động thì nút nhấn trở lại vò trí thường hở ban đầu, bên trong nút nhấn có đèn hiển thò sử dụng điện áp nguồn 24 VDC. Chọn các thiết bò nút nhấn của Telemecaniqe.  Chọn các công tắc: chọn công tắc chọn chế độ hoạt động (AUTO hoặc HAND), công tắc dừng khẩn thang (EST), công tắc hành trình giảm tốc độ (UL1, DL1), công tắc hành trình không cho phép thang chạy lên hoặc xuống (UL2, DL2), công tắc hành trình ngắt nguồn điều khiển (UL3, DL3) thang khi thang chạy lên tầng cao và thấp nhất. Chọn công tắc hành trình cho cửa thoát hiểm thang máy (ES), các công tắc hành trình giới hạn việc đóng mở cửa buồng thang (GOL, GCL), công tắc quá tải (NO), các công tắc cửa tầng (DS) và cửa buồng thang (GS). Chọn các thiết bò của Telemecaniqe.  Tìm hiểu và chọn các sensor quang: chọn các sensor quang cho thiết bò đếm tầng chiều xuống và chiều lên, chọn sensor quang cho thiết bò phát hiện có người ở cửa buồng thang. Chọn sensor quang của Telemecaniqe.  Chọn contactor đóng ngắt ngõ ra biến tần Altivar 71 (contactor #MC) và cho thắng điện (contactor #MB), chọn loại contactor LC1-D của Telemecaniqe; chọn relay trung gian điều khiển, chọn relay Zelio của Telemecaniqe. Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 4  Chọn biến thế cấp nguồn cho mạch điều khiển.  Chọn các CB bảo vệ cho ngõ vào của biến tần Altivar 71, CB bảo vệ ngõ vào và ngõ ra của biến thế.  Chọn PLC xử lý điều khiển hoạt động thang máy: Chọn PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 của SIEMENS và các Modul mở rộng: 1 Modul EM 222 8 ngõ ra relay, 1 Modul EM 221 có 8 ngõ vào DC, 1 Modul EM 223 có 4 ngõ vào và 4 ngõ ra relay.  Qui đònh các ngõ vào và ngõ ra thực hiện việc kết nối điều khiển thang máy. Chương 3 : GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 CPU 214  Tìm hiểu về cấu trúc phần cứng của CPU 214  Chức năng, ý nghóa các đèn báo trên CPU  Các chế độ làm việc của CPU: RUN, STOP, TERM  Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 phục vụ cho việc ghép nối với thiết bò lập trình hoặc các trạm PLC khác.  Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình của S7-200 CPU 214  Phương pháp lập trình  Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 214 bao gồm các phương pháp truy nhập dạng bit, byte, từ đơn (word), từ kép (double word).  Tìm hiểu 1 số tập lệnh dùng trong lập trình:  Các lệnh vào ra của tiếp điểm tiêu chuẩn và các lệnh tiếp điểm đặc biệt (tiếp điểm chuyển đổi âm N, tiếp điểm chuyển đổi dương P), lệnh ngõ ra OUTPUT (=))  Các lệnh điều khiển đònh thì (Timer): tìm hiểu các Timer kiểu có nhớ (TONR) và Timer kiểu không nhớ (TON, TOF) với độ phân Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 5 giải 1ms, 10 ms, 100 ms. Tổng số bộ đònh thì là 128 (từ T0 đến T128).  Các lệnh điều khiển bộ đếm (Counter): được chia làm 3 loại bộ đếm tiến, bộ đếm lùi, bộ đếm vừa thực hiện chức năng vừa đếm tiến vừa đếm lùi. Tổng số bộ đếm là 128 (từ C0 đến C128).  Các lệnh dòch chuyển thanh ghi: lệnh quay trái và quay phải 1 từ đơn (ROL_W, ROR_W ).  Các lệnh nhân (MUL), chia (DIV) hai số nguyên.  Các lệnh so sánh 2 số nguyên.  Lệnh tăng nội dung 1 từ đơn (INC_W), lệnh giảm nội dung 1 từ đơn (DEC_W).  Lệnh khai báo nhãn (LBL), và lệnh nhảy đến nhãn (JMP).  Các lệnh dòch chuyển nội dung ô nhớ bao gồm các lệnh: MOVE_B, MOVE_W, MOVE_DW, MOVE_R. Chương 4 : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY Dựa vào lưu đồ điều khiển với các yêu cầu đã đặt ra và áp dụng các tập lệnh đã tìm hiểu thực hiện lập trình trên phần mềm STEP7 MICROWIN để điều khiển thang máy. Thực hiện lập trình dưới dạng sơ đồ bậc thang (LADDER). Chương 5 : BẢN VẼ KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN Thực hiện các sơ đồ kết nối:  Sơ đồ kết nối phần động lực.  Sơ đồ kết nối phần điều khiển.  Sơ đồ kết nối của CPU 224.  Sơ đồ kết nối của CPU 224 và các Modul mở rộng.  Sơ đồ kết nối của các biến tần.  Sơ đồ kết nối của các sensor. Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 6 Chương 6 : GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC HIỆN Để mô tả các vấn đề trong lập trình, em đã thực hiện mô hình thang máy thu nhỏ với những đặc điểm sau:  Số điểm dừng: 04  Môtơ kéo chính là loại môtơ sử dụng nguồn điện 1 chiều, thực hiện việc đảo chiều quay môtơ quay thuận hay ngược để kéo buồng thang di chuyển lên hay xuống bằng cách thay đổi cực tính của điện áp cung cấp.  Thực hiện đóng mở cửa tự động bằng môtơ sử dụng nguồn điện 1 chiều và thay chiều quay thuận hay ngược bằng cách thay đổi cực tính của điện áp nguồn cung cấp.  Môtơ kéo chính thực hiện truyền động kéo buồng thang và đối trọng lên hoặc xuống thông qua 1 cáp thép và được giảm tốc qua một hệ thống ròng rọc.  Hiển thò số tầng di chuyển và chiều chuyển động bằng Led 7 đọan. Thực hiện việc đếm tầng bằng các sensor quang.  PLC điều khiển là loại SIMATIC S7-200 CPU 224 và Modul mở rộng loại EM221 có 8 ngõ vào DC và Modul mở rộng 222 có 8 ngõ ra relay.  Thực hiện đóng ngắt điều khiển là các relay điều khiển có điện áp nguồn cung cấp là 24VDC. Thể hiện tốc độ của thang bằng các đèn báo. Chương 7 : GIỚI THIỆU WINCC VÀ KẾT NỐI PLC S7-200  Giới thiệu về WINCC  Hướng dẫn cài đặt WINCC  Dự án WINCC (Wincc project)  Hiệu chỉnh hình ảnh quá trình (Process Pictures) Luận văn tốt nghiệp đại học TP. Hồ Chí Minh, 07/2007 GVHD: Phan Nguyễn Phục Quốc SVTH: Nguyễn Như Thanh Trang 7 KẾT LUẬN Mô hình thưc hiện đã thể hiện được các yêu cầu cần được lập trình:  Hiển thò vò trí đúng tầng đang dừng cũng như tầng đang di chuyển.  Thực hiện đóng mở cửa tự động.  Xử lý được các tín hiệu REOPEN.  Xử lý thành công tín hiệu ưu tiên gọi theo chiều di chuyển và các tín hiệu xuất ra đèn nút nhấn khi chấp nhận tín hiệu gọi cũng như xóa tín hiệu đèn nút nhấn khi thang đã đáp ứng tín hiệu gọi đó.  Xử lý điều khiển thang chạy lên hay xuống với tốc độ thay đổi đúng theo yêu cầu đã được lập trình.  Thao tác và vận hành thang máy bên ngoài thông qua mô hình được xây dựng trên máy tính. . lên Thang chạy lên tốc độ V1 Cấp t/h thang chạy xuống Thang chạy xuống tốc độ V1 N N Thang hiển thò “    ” Hiển thò “H” Thang chạy chế độ Hand Cửa thang. cửa nhanh (DCB) thang sẽ đóng cửa ngay. Thang chỉ di chuyển khi tất cả các cửa thang đã đóng kín và cửa thang tuyệt đối không được mở ra khi thang đang di