Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và giải quyết các hệ thống tự động đóng cửa garage sử dụng PLC của Mitsubishi sử dụng phương pháp ladder để lập trình. Hệ thống dùng trong các bãi giữ xe, nhà ở hay trong trong các nhà máy xí nghiệp, bệnh viện... Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Mục Lục TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI MÔ TẢ HỆ THỐNG 2.1 MƠ TẢ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀO 2.2.1 Lựa chọn cảm biến 2.2.2 Lựa chọn công tắc hành trình 2.2.3 Lựa chọn nút nhấn 2.3 LỰA CHỌN NGÕ RA 2.3.1 Lựa chọn động 2.3.2 Lựa chọn đèn 2.3.3 Lựa chọn buzzer 10 2.3.4 Lựa chọn CONTACTOR pha 11 2.4 LỰA CHỌN PLC 11 2.5 SƠ ĐỒ NỐI DÂY 13 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 14 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 14 3.2 SƠ ĐỒ TRẠNG THÁI 14 3.3 CHƯƠNG TRÌNH PLC 15 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 18 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 5.1 KẾT LUẬN 23 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 I Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Các hệ thống đóng cửa garage tự động đòi hỏi phải có an tồn tuyệt đối, độ xác cao, hiệu xuất lớn, dễ giám sát, chịu rung động, môi trường làm việc ô nhiễm,… Để thực u cầu cơng ty, nhà thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC, với ưu điểm vượt trội mà điều khiển cổ điển dùng dây nối relay so sánh lập trình dễ dàng, gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển, lắp đặt, dể bảo quản sửa chữa, khả xử lý nhanh, hoạt động tốt môi trường công nghiệp,… 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu, thiết kế giải hệ thống tự động đóng cửa garage sử dụng PLC Mitsubishi sử dụng phương pháp ladder để lập trình Hệ thống dùng bãi giữ xe, nhà hay trong nhà máy xí nghiệp, bệnh viện, Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải MÔ TẢ HỆ THỐNG 2.1 Mơ tả quy trình cơng nghệ Cửa garage tự động hoạt động nguyên lý dùng cảm biến quang để xác định có xe tác động động quay thuận nghịch để đóng, mở cửa Sử dụng cơng tắc hành trình tác động để ngừng quay động Từ nguyên lý làm việc ta thấy muốn hệ thống hoạt động cần có động pha, cơng tắc hành trình loại thường hở, cảm biến quang loại thu phát Sau chu trình làm việc hình 2.1 Hình 2.1: Hệ thống đóng, mở cửa garage tự động Khi bật cơng tắc hệ thống đóng cửa kiểm tra xem có xe hay khơng Khi có xe đến cảm biến X2, đèn Y6 sáng lên, cửa garage lên lúc Buzzer Y7 hoạt động Cửa garage lên tác động cơng tắc hành trình dừng, lúc buzzer ngừng hoạt động Xe qua cửa qua cảm biến X3, đèn Y6 tắt, cửa garage xuống lúc buzzer Y7 hoạt dộng Cửa garage xuống công tắc hành trình tác đồng dừng, lúc buzzer ngừng hoạt động Đồng thời ta kết hợp hai nút nhấn UP X10 DOWN X11 để mở đóng cửa, có xe vùng xác định X2 X3 hai nút nhấn tác động Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải 2.2 Lựa chọn thiết bị vào Các thiết bị sử dụng ngõ vào PLC: - cảm biến quang - cơng tắc hành trình - nút nhấn 2.2.1 Lựa chọn cảm biến Các loại cảm biến dùng Cảm biến quang điện, cảm biến điện cảm,… Ở đề tài chọn cảm biến quang điện để xác định vị trí dịch chuyển xe tơ Mơ hình đóng mở cửa garage tự động dùng cảm biến quang Bảng 2.1: Lựa chọn cảm biến STT Số Cảm biến Công dụng Cảm biến phát Phát vật vật thể chuyển động Tên cảm biến : tầm BEN10M-TDT cảm biến (10m) Hình ảnh lượng Cấu tạo thông số kĩ thuật cảm biến BEN10M-TDT Cảm biến quang điện thu-phát thực tế hình 2.2 Hình 2.2: Cặp thu phát cảm biến Đầu NPN, có dây nối NPN cho phép dòng điện cảm biến vào điện áp chung Bình thường đầu cảm biến Transistor có vai trò khóa (khi sụt áp) Nếu cảm biến vừa phát đối tượng tạo dòng tác động Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải trực tiếp tới Transistor NPN Khi khơng có dòng tác động Transistor khơng cho phép dòng chạy cảm biến Khi có tác động Transistor mở khóa cho phép dòng chạy cảm biến tới cực chung Sau nguyên lý hoạt động PLC hình 2.3: Hình 2.3: Sơ đồ kết nối cảm biến với PLC Cảm biến chịu phản ứng tác nhân vật lý Nếu cảm biến không hoạt động, điện áp đường tác động thấp, Transistor khóa Có nghĩa đầu NPN khơng có dòng vào/ra Khi cảm biến hoạt động làm cho đường tác động có điện áp cao, Transistor mở khóa tác động đóng khóa Dòng chạy từ cảm biến tới đất Điện áp đầu NPN giảm xuống -V Kích thước 18mm Ngõ vào 10 – 24 VDC Khoảng cách phát 10m Dòng định mức 40mA Vỏ làm chất liệu ABS Chống nhiễu tốt Gọn tiết kiệm chỗ Bảo vệ chống ngắn mạch nối cực nguồn Chế độ hoạt động Ligh-ON Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Thông số kỹ thuật BEN10M-TDT: Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cảm biến BEN10M-TDT Tên thiết bị BEN10M-TDT Khoảng cách phát 10m Vật thể phát tiêu chuẩn - Giấy trắng 100 x 100mm Đặc tính trễ - Tối đa 20% khoảng cách phát Điện áp nguồn cấp - 12VDC - 24VDC +/- 10% kể xung tối đa 10%(p-p) Ngõ điều khiển - Ngõ transistor colector hở, tối đa 200mA, điện áp dư tối đa 1V Thời gian đáp ứng Tối đa 1ms Mức chiếu sáng môi trường Hoạt động ánh sáng mặt trời Max 11000lx, đèn chiếu sáng Max 3000lx Nhiệt độ mối trường - Hoạt động - 250C tới 550C (khơng đóng băng ngưng tụ) - Bảo quản - 250C tới 700C (khơng đóng băng ngưng tụ) Độ ẩm mơi trường - Hoạt động 35% đến 85%RH - Bảo quản 35% đến 95%RH Mức độ chịu rung - Biên độ rung 1,5mm tần số 10 55HZ theo x, y ,z Mức độ chịu sốc - Mức độ phá hủy 500m/s2 cho lần hướng x,y,z Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Sơ đồ đấu dây cảm biến hình 2.4 Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây cảm biến Dây nối cảm biến hình dạng thực tế hình 2.5 Hình 2.5: Hình dạng cảm biến 2.2.2 Lựa chọn cơng tắc hành trình Sử dụng cơng tắc hành trình tác động vào để cấu dừng hoạt động dễ điều khiển, có hai chế độ dẫn ngắt, có vật thể tác động vào dẫn, ngược lại ngắt Cơng tắc hành trình sử dụng cấu điều khiển để ngưng hoạt động động Chọn loại công tắc hành trình loại đầu dài có lăn để giảm hư hại vật thể tác động vào công tắc hành trình hình 2.6 loại D4MC-2000 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 2.6:Cơng tắc hành trình NC/NO omron Thơng số kỹ thuật D4MC-2000 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật D4MC-2000 Tên thiết bị - D4MC - 2000 Bánh xe cần dài - 63mm Cấp bảo vệ - IP67 Tuổi thọ hoạt động - 10.000.000 (tác động cơ), 500.000 lần (tác động điện) Tốc độ tác động - 0.05 mm/s ~ 0.5 m/s Cách điện - 100MΩ (ở 500VDC) Điện trở tiếp điểm - 15mΩ max Đấu nối - Kiểu terminal có bọc cao su bảo vệ độ kín Nhiệt độ mối trường - Hoạt động -100C tới 800C (không đóng băng) - Bảo quản - 250C tới 700C (khơng đóng băng ngưng tụ) Độ ẩm mơi trường - Bảo quản 35% đến 95%RH Mức độ chịu rung - Biên độ rung 1,5mm tần số 10 55HZ Mức độ chịu sốc - Mức độ phá hủy 500m/s2 cho lần hướng x,y,z Ngoài D4MC - 2000 có ưu điểm sau Nhiều kiểu dáng tác động, cho ứng dụng khác Đấu nối kiểu terminal có bọc cao su bảo vệ độ kín Đạt tiêu chuẩn UL/CSA and CCC Kiểu dáng lắp đặt đơn giản, giảm thời gian bảo trì, thay Sơ đồ dấu dây cơng tắc hình trình kết nối với PLC hình 2.7 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 2.7: Sơ đồ dấu dây cơng tắc hành trình 2.2.3 Lựa chọn nút nhấn Sử dụng nút nhấn để điều khiển cửa garage lên xuống tay khơng có xe hệ thống cảm biến có cố hay bảo trì Chọn nút nhấn đèn led màu xanh hình 2.8 để sáng lên nhấn nút điều khiển Hình 2.8: Nút nhấn có đèn loại tròn 24VDC Thơng số kỹ thuật nút nhấn có đèn, tròn AL6M - M24S: Bảng 2.4: Thơng số kỹ thuật nút nhấn Tên thiết bị - Nút nhấn có đèn, tròn AL6M - M24S Đường kính - 16mm Màu - Xanh Điện áp hoạt động - 24VDC 2.3 Lựa chọn ngõ Các thiết bị đươc sử dụng ngõ PLC: - Motor pha - đèn báo màu xanh, đèn báo màu đỏ - buzzer - contactor pha 2.3.1 Lựa chọn động Những loại động dùng - Động pha AC Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải - Động pha DC - Động ba pha AC - Động ba pha DC Thông số kỹ thuật động Teco Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật Motor Teco Tên thiết bị - Motor giảm tốc Teco Cấp bảo vệ - IP55 Màu - Xám Tần số - 50-60Hz Điện áp hoạt động - 380V Vân hành - Liên tục Nhiệt độ môi trường - - 150C tới 400C Tỉ số truyền - 1 ~ 120 Hình dạng động sử dụng hệ thống hình 2.9 Hình 2.9: Động có hộp giảm tốc 2.3.2 Lựa chọn đèn Có nhiều đèn báo cơng nghiệp với màu phổ biến màu đỏ, xanh cây, vàng với ứng dụng khác Chọn đèn báo màu xanh để báo hiệu có xe khu vực quy định, màu xanh để báo hiệu khu vực an toàn để xe qua Lựa chọn đèn ABB KL70 - 401G Light Element hình 2.10 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 2.10: Đèn ABB KL70-401G Light Element Thông số kỹ thuật đèn ABB KL70-401G Light Element Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật đèn ABB KL70-401G Light Element Tên thiết bị - Tín hiệu tháp ánh sáng Màu đèn - Xanh Tín hiệu - Liên tục Điện áp hoạt động - 220 VAC/VDC Đường kính - 5cm / 2.0’’ Đồng thời ta chọn thêm đèn ABB KL70-401R có thơng số màu đỏ để báo hiệu động dừng 2.3.3 Lựa chọn buzzer Buzzer hệ thống đóng cửa garage xe chủ yểu để cảnh báo cửa lên cửa xuống, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Ta chọn buzzer ABK875R5 hình 2.11 Hình 2.11: Buzzer báo động Thông số kỹ thuật Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật Buzzer ABK875-R5 Tên sản phẩm - ABK875-R5 Màu - Xám Âm loại - Âm báo động DB mét - 112 dB Kích thước tổng thể - 117 X W 124 x D 84 (mm) 10 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Tín hiệu - Liên tục Điện áp hoạt động - 230VAC Tần số - 350-400Hz Cân nặng - 2,1Kg Nhiệt độ môi trường - Hoạt động -350C tới 660C 2.3.4 Lựa chọn CONTACTOR pha Lựa chọn contactor công nghiệp phù hợp với động pha nên chọn contactor M65 New CJX2-1210 AC hình 2.12 Hình 2.12: Contactor cơng nghiệp 2.4 Lựa chọn PLC PLC phân loại theo cách o Hãng sản xuất gồm nhãn hiệu Siemen, Omron, Misubishi,… o Version: PLC Siemen có họ : S7-200, S7-300, S7-400, Logo PLC Misubishi có họ: FX, FX0, FXON Sử dụng PLC để điều khiển cửa garage nên chọn loại PLC Mitsubishi, dòng FX0S-30MR-DS thích hợp Cơ cấu máy nhỏ gọn, chi phí thấp, module hình khối mở rộng có hệ thống dễ dàng nâng cấp Đặc diểm PLC FX0S loại PLC có kích thước nhỏ gọn, phù hợp với ứng dụng với số lượng I/O nhỏ 30, giảm chi phí lao động kích cờ panel điều khiển Với việc sử dụng nhớ chương trình EEPROM cho phép liệu chương trình lưu lại nhớ trường hợp nguồn đột xuất, giảm thiều thời 11 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải gian bao hành sản phẩm Dòng FX0 tích họp sẵn bên đếm tốc độ cao tạo ngắt, cho phép xử lý tốt số ứng dụng phức tạp Nhược điểm dòng FX0 khơng có khả mở rộng số lượng I/O quản lý, khơng có khả nối mạng, khơng có khả kết nối với Module chuyên dùng, thời gian thực chương trình lâu (thời gian thực lệnh khoảng 1.6us – 3.6us, lệnh ứng dụng khoảng vài trăm us) Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật PLC FX0S-30MR-DS Dung lượng chương trình 8000 bước Sử dụng nhớ EEPROM bên Cấu hình Vào vào Tối đa 18 ngõ: X0 - X17 Trừ FX0S-30M có 16 ngõ Ra (I/O) Rơ le phụ Thông thường Tối đa 16 ngõ: Y0- Y15 Trừ FX0S-30M có 14 ngõ Số lượng: 512 Từ M0-M511 trợ (M) Chốt Số lượng: 11 (tập con) Từ M496-M511 Đặc biệt Số lượng:56 Từ M8000 - M8255 Rơ le trạng Thông thường Số lượng: 64 Từ S0-S63 thái (S) Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0-S9 Bộ định 100 ms Số lượng: 56 Từ T0-T55 thời Timer 10 ms (T ) Số lượng: 24 Từ T32-T55 (khi M8028 - Bộ đếm Thông thường Số lượng: 16 Từ C0-C15 (C) Chốt Số lượng: (tập con) Từ C14-C15 Bộ đếm pha Số Từ C235-C238 tốc độ cao (HSC) ON) Tần sổ đếm lừ lượng: 14kHz trở xuống pha hoạt động Số ngõ vào lượng: pha Số C241, C242, C244 Tần số đếm từ C246, C247, C249 lượng: 12 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Pha A/B 2kH/ trở xuống Số *Lưu ý: lượng: C251.C252.C254 đếm Thanh ghi Thông thường chốt Số lượng: 32 Từ D0-D31 dử liệu Số lượng: (tập con) Từ D0-D31 (D) Chốt Được điều chỉnh Số lượng:1 D8013 bên Đặc biệt Số lượng: 27 Từ D8000 - D8255 Chỉ mục Số lượng: V, Z Số lượng: 64 Từ P0-P63 Con trỏ (P) Dùng với lệnh CALL Dùng với ngắt Số lượng: Nguồn 24V DC +10% -15% cung cấp 2.5 Sơ đồ nối dây Mạch điều khiển hình 2.13 mơ tả kết nối vào với PLC PLC Brown Stop Blue While Buzzer DW Button UP Button Brown Blue Light L While N 220VAC Top LS Buttom LS OL KR KF GND L N 220VAC 24VDC 13 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 2.13: Mạch điều khiển kết nối với PLC hệ thống cửa garage xe tự động Mạch động lực kết nối với contactor điều khiển PLC hình 2.14 L1 L2 L3 CB KR KF OL M Hình 2.14: Mạch động lực kết nối với động hệ thống garage xe THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Yêu cầu thiết kế Hệ thống đóng cửa garage xe tự động có chế độ hoạt động o Cửa xuống, buzzer hoạt động nhấn nút xuống khơng có xe vùng làm việc cảm biến cửa xuống Chế độ tự động có xe điều khiển khơng có xe o Cửa lên, buzzer hoạt động: Khi có xe đến nhấn nút lên o Cửa dừng, buzzer ngừng hoạt động: Khi cửa garage không hoạt động 3.2 Sơ đồ trạng thái Hệ thống garage xe tự động mơ tả state diagram hình 3.1 14 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Cơng tắc hành trình M5 M6 Dừng, Buzzer off, đèn stop on DW X3, X2, công tắc hành trình = Cửa xuống, Buzzer on, đèn stop off X2 X3 công tắc hành trình = UP cơng Cơng tắc hành tắc hành trình trình = DW X3=0 X2=0 UP X2=1 X3=1 công tắc hành trình = Cửa lên, Buzzer on, đèn stop off M7 Hình 3.1: Sơ đồ trạng thái hoạt động hệ thống 3.3 Chương trình PLC Để mơ chương trình cửa garage tự động ta sử dụng phần mềm FXTraining hãng Mitsubishi o Các bước mô phỏng: B1: Mở giao diện phần mềm FX-Training chọn F1 hình 3.2 15 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 3.2: Chọn F1 giao diện garage xe B2: Phần mềm giao diện mô tiếp đến nhấn vào edit leader B3: Ta viết chương trình mở chương trình viết sẵn hình 3.3 Hình 3.3: Chọn file viết sẵn B4: Thực write to PLC hình 3.4 để mơ 16 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 3.4: Viết chương trình vào PLC để mô 17 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hệ thống hoạt động cấp nguồn hình 4.1 Hình 4.1: Khi vừa cấp nguồn cửa đóng lại Điều khiển cửa garage thông qua nút nhấn UP(X10) DOWN(X11) hình 4.2 hình 4.3 Hình 4.2: Nhấn nút up cửa lên 18 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 4.3: Nhấn nút down cửa xuống Khi có xe đến cảm biến X2 hệ thống tự hoạt động hình 4.4 nút nhấn bị vơ hiệu hóa có vật thể hình 4.5 Hình 4.4: Khi xe đến cửa cảm biến X2 lên mức [1] cửa lên 19 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 4.5: Khi có xe vùng giới hạn nút UP DOWN bị vơ hiệu hóa Xe phạm vi cảm biến X2 X3 cửa mở để đảm bảo an tồn hình 4.6 cảm biến hết tác động cửa garage đóng hình 4.7 Hình 4.6: Khi xe qua cửa đến cảm biến X3 lên mức [1] cửa mở 20 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 4.7: Khi xe qua cửa cảm biến X2 X3 xuống mức [0] cửa đóng lại Ta điều khiển nút nhấn cảm biến không tác động hình 4.8 Hình 4.8: Khi cảm biến X2 X3 xuống mức [0] sử dụng nút nhấn UP DOWN 21 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Chương trình PLC điều khiển cửa garage xe viết phần mềm FX-Training hãng Mitsubishi 22 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua tiểu luận nhóm đạt o Tìm hiểu phần cứng PLC Mitsubishi, công cụ hỗ trợ hệ thống cảm biến, nút nhấn, cơng tắc hành trình,… o Sử dụng phần mềm FX-Training, viết chương trình ngôn ngữ ladder, thiết kế thành công hệ thống cửa garage xe tự động o Hiểu kết nối phần cứng phần mềm plc 5.2 Hướng Phát triển đề tài o Thực mơ hình thực tế đề tài nhờ ở, bãi giữ xe, kho hàng cơng nghiệp,… o Thiết kế hình HMI để báo cáo hoạt động điều khiển hệ thống garage xe o Thêm vào chức báo tải để đảm bảo hệ thống hoạt động tốt o Thêm vào chứa thời gian bảo trì sau 30 ngày hoạt động o Có thể thay đổi nút nhấn remote smartphone để điều khiển garage o Thêm công tắc để vơ hiệu hóa chức tự động cho phép điều khiển tay 23 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO Slide giảng thầy Nguyễn Thanh Hải PROGRAMMING MANUAL THE FX SERIES OF PROGRAMMABLE CONTROLLER 24 ... B4: Thực write to PLC hình 3.4 để mơ 16 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Hình 3.4: Viết chương trình vào PLC để mơ 17 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải KẾT QUẢ MÔ PHỎNG... DOWN 21 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải Chương trình PLC điều khiển cửa garage xe viết phần mềm FX-Training hãng Mitsubishi 22 Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải KẾT... dụng ngõ PLC: - Motor pha - đèn báo màu xanh, đèn báo màu đỏ - buzzer - contactor pha 2.3.1 Lựa chọn động Những loại động dùng - Động pha AC Báo cáo tập PLC – Giảng Viên: Nguyễn Thanh Hải - Động