Xây dựng bộ điều khiển thang máy 3 tầng sử dụng PLC và giám sát qua giao diện Wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH Đề tài: Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc Sinh viên thực : Vũ Hoàng Hải (DTC16HD5103030003) Lớp : CNTĐH-K15A Giáo viên hướng dẫn : Th.s VŨ THẠCH DƯƠNG Thái Nguyên năm 2020 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành tự động hóa phát triển mạnh mẽ chiều rộng chiều sâu Ngành tự động hóa ngày hồn thiện đại hóa Đồng thời khơng ngừng thâm nhập vào ngành kinh tế quốc dân như: Luyện kim, khí, hóa chất, khai thác mỏ, giao thơng vận tải… Xã hội ngày phát triển nhu cầu điện tự động hóa ngày cao, nhiệm vụ quan trọng hàng đầu đặt người thiết kế phải biết vận dụng kiến thức học vào thực tế cách sáng tạo khoa học Là sinh viên ngành tự động hóa em giao đề tài thực tập “ Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc” Trong thời gian làm đề tài em giúp đỡ tận tình thầy giáo VŨ THẠCH DƯƠNG bảo thầy cô giáo mơn tự động hóa với giúp đỡ bạn bè Đến đề tài em hoàn thành đầy đủ nội dung yêu cầu Với khả có hạn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong có bảo thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thiết kế Vũ Hoàng Hải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích u cầu cơng nghệ hệ thống .5 1.1.1 Giới thiệu chung thang máy 1.1.2 Chức phận dùng thang máy 1.1.3 Phân tích u cầu cơng nghệ 1.2 Lựa chọn phương án thực 1.2.1 Phương án hoạt động thang máy 1.2.2 Lựa chọn thiết bị điện CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, MÔ TẢ HỆ THỐNG, THIẾT KẾ HÀM LOGIC 11 2.1 Phân tích chọn biến vào 11 2.1.1 Đầu vào 11 2.1.2 Đầu .12 2.2 Mô tả hệ thống thiết kế hàm logic .13 CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PLC, ĐẶT ĐỊA CHỈ VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ .20 3.1 Phân tích lựa chọn PLC 20 3.1.1 Giới thiệu PLC 20 3.1.2 Phân tích PLC 20 3.1.3 Giới thiệu phần cứng PLC S7 300 21 3.1.4 Các thông số PLC SIEMENS CPU314 IFM 6ES7 314-5AE01 22 3.1.5 Module mở rộng 23 3.2 Đặt địa cho biến vào hệ 24 3.2.1 Đầu vào 24 3.2.2 Đầu 25 3.2.3 Biến trung gian biến thời gian 26 CHƯƠNG IV : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM SÁT QUA GIAO DIỆN WINCC 28 4.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lí 28 4.1.1 Nguồn điện cung cấp cho hệ 28 4.1.2 Sơ đồ nguyên lí 30 4.1.3 Đấu nối cài đặt thông số cho biến tần 31 4.2 Nguyên lí làm việc 32 4.3 Lưu đồ thuật toán 34 4.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển buồng thang (cabin) 34 4.3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển cửa buồng thang (cửa cabin) .35 4.4 Kiểm tra đánh giá hệ thống 36 4.5 Thử nghiệm mô 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình thang máy .5 Hình 2.2a: Hệ thống động máy kéo buồng thang (cabin) .13 Hình 2.2b: Hệ thống động cửa buồng thang (cửa cabin) 17 Hình 3.1a: PLC SIEMENS CPU314 IFM 6ES7 314-5AE01 21 Hình 3.1b: Thân PLC S7 300 CPU 314 IFM .22 Hình 3.1c: Module mở rộng SM323 DI16/DO16x24VDC .23 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống 1.1.1 Giới thiệu chung thang máy Thang máy thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu v.v theo phương thẳng đứng nghiêng góc nhỏ 15 so với phương thẳng đứng theo tuyến định sẵn Thang máy gồm loại thang máy sử dụng máy kéo thang máy thủy lực, đề tài thang máy tầng em chọn thang máy sử dụng máy kéo làm đối tượng thiết kế thang máy sử dụng máy kéo loại phổ biến thị trường giá thành rẻ đảm bảo chất lượng Hình 1.1: Mơ hình thang máy 1.1.2 Chức phận dùng thang máy a Cabin: Là phần tử chấp hành quan trọng thang máy, nơi chứa hàng, chở người đến tầng, phải đảm bảo yêu cầu đề kích thước, hình dáng, thẩm mỹ tiện nghi b Động cơ: Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động sử dụng thang máy động pha rơto dây quấn rơto lồng sóc c Phanh điện từ: Là khâu an tồn, thực nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im vị trí dừng tầng, khối tác động hai má phanh kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn đồng trục với trục động Hoạt động đóng mở phanh phối hợp nhịp nhàng với q trình làm việc đơng d Động mở cửa: Là động chiều hay xoay chiều tạo momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng tầng, rơle thời gian đóng mạch điều khiển động mở cửa tầng hoạt động theo quy luật định đảm bảo q trình đóng mở êm nhẹ khơng có va đập Nếu khơng may vật hay người kẹp cửa tầng đóng cửa mở tự động nhờ phận đặc biệt gờ cửa có găn phản hồi với động qua xử lý trung tâm e Cửa: Gồm cửa cabin cửa tầng Cửa cabin để khép kín cabin q trình chuyển động khơng tạo cảm giác chóng mặt cho khách hàng ngăn khơng cho rơi khỏi cabin thứ Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn giếng thang thiết bị Cửa cabin cửa tầng có khố tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời f Các phím gọi đến tầng: Bên ngồi cửa tầng thường có hai nút để gọi cho thang lên hay xuống Riêng tầng có nút gọi thang theo chiều lên tầng có nút gọi thang theo chiều xuống Bên buồng thang có nút hiển thị tầng mà hành khách muốn đến muốn đến tầng hành khách việc ấn số tương ứng với tầng muốn đến Ngồi cịn có phím đóng mở cửa nhanh phím dùng để liên lạc với bên ngồi có cố với thang máy g Cảm biến dùng thang máy: Trong đề tài em sử dụng: - Cảm biến quang “Móng ngựa” để đếm tầng dừng tầng xác - Cảm biến quang để phát vật thể người cửa thang máy - Cảm biến loadcell để phát trạng thái tải thang máy 1.1.3 Phân tích u cầu cơng nghệ Hệ thống thang máy chia làm hệ nhỏ: hệ điều khiển buồng thang (cabin), hệ thống điều khiển cửa cabin  Các trạng thái tồn hệ thống: a) Hệ thống điều khiển buồng thang (cabin): Trạng thái Trạng thái Trạng thái Trạng thái Trạng thái Trạng thái Trạng thái dừng Trạng thái cabin lên với tốc độ chậm Trạng thái cabin lên với tốc độ nhanh Trạng thái cabin xuống với tốc độ chậm Trạng thái cabin xuống với tốc độ nhanh Trạng thái cabin tải b) Hệ thống điều khiển cửa cabin: Trạng thái Động quay thuận (mở cửa cabin) Trạng thái Trạng thái Động quay ngược (đóng cửa cabin) Trạng thái dừng 1.2 Lựa chọn phương án thực 1.2.1 Phương án hoạt động thang máy - Tại cửa buồng thang bố trí nút gọi tầng, ấn nút lên thang máy hiểu ta muốn lên tầng trên, tương tự với việc ấn nút thang máy hiểu ta muốn xuống tầng Khi nhận tín hiệu thang máy điều khiển động đến tầng bấm nút gọi tầng - Đóng mở cửa thang máy hoạt động theo nguyên lí thang máy đến tầng gọi chọn mở cửa thang sau 10s kể từ lúc khơng có vật thể qua cửa buồng thang cửa thang máy đóng lại Khi đóng lại mà xuất vật cản cửa thang máy cửa thang mở lặp lại quy trình đóng mở cửa - Khi cabin tải (lúc thang máy có 10 người) cảnh báo đèn tải không cho động chạy 1.2.2 Lựa chọn thiết bị điện 1.2.2.1 Mạch điều khiển hệ thống thang máy Trong đề tài thiết kế vào số lượng đầu đầu vào để tối ưu tốn mặt kinh tế lần kĩ thuật em lựa chọn dòng PLC S7 300 CPU 314IFM 1.2.2.2 Biến tần Biến tần sử dụng để điều chỉnh tốc độ động máy kéo động mở cửa thang máy, u cầu tốn cơng nghệ điều chỉnh tốc độ nên hầu hết biến tần thị trường phù hợp việc lựa chọn theo công suất tải phù hợp với công suất biến tần Trong đề tài em lựa chọn biến tần hãng OMRON cơng ty Sam Sung, Canon, Glonics sử dụng loại biến tần em định sử dụng biến tần hãng OMRON đề tài Biến tần em sử dụng : + 3G3MX2-A2055: có cơng suất 5,5 KW + 3G3MX2-A2022: có cơng suất 2,2 KW 1.2.2.3 Động truyền động cho hệ thống - Động phần tử quan trọng hệ thống, thường xuyên phải làm việc với nhiều trạng thái khởi động (quá trình độ), trạng thái tải, trạng thái hãm - Qua phân tích nhận xét loại động em thấy loại động có ưu điểm riêng cho loại phụ tải giá thành môi trường làm việc Căn vào yêu cầu thiết kế đề tài thấy chọn động không đồng pha làm động cho hệ thống vì: Động khơng đồng pha sử dụng rộng rãi công nghiệp từ cơng suất nhỏ đến cơng suất trung bình lớn Sở dĩ vậy: động không đồng có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều pha, kinh tế giá thành nhỏ so với động chiều => Vì em chọn động khơng đồng pha roto lồng sóc làm động truyền động hệ thống 1.2.2.3 Cảm biến => Trong đề tài em sử dụng cảm biến quang – cảm biến dừng tầng xác – móng ngựa để xác định vị trí cabin dừng tầng xác, cảm biến quang để phát vật thể cửa thang máy, cơng tắc hành trình để xác định giới hạn mở cửa đóng cửa 1.2.2.4 Nút ấn Nút ấn (nút điều khiển) khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa thiết bị điện từ khác nhau, chuyển đổi mạch điều khiển Nút ấn có hai loại: + Nút ấn thường hở: + Nút ấn thường kín: => Trong đề tài em chọn nút ấn thường hở cho nút ấn gọi tầng, nút ấn chọn tầng, cơng tắc hành trình cảm biến 1.2.2.5 Các phận khác thang máy Trong hệ thống thang máy có nhiều thiết bị điện thiết bị tùy vào yêu cầu kĩ thuật, đảm bảo an tồn, tính kinh tế mà chọn thiết bị phù hợp cho phận 10 Khi thang máy xuống, khơng có chọn xuống tầng khơng có gọi thang máy xuống tầng Vì thang máy tiếp tục xuống tầng với tốc độ không đổi: Q2.7 = 54 Khi gặp cảm biến tầng 1, động bắt đầu chạy chậm lại: Q2.6 = Sau thang máy tầng 1: I1.3 = I1.4 = Động kéo cabin dừng: Q2.6 = Q2.1 = Cửa thang máy bắt đầu mở: Q3.0 = 55 Q2.7 = Sau cửa thang máy mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q0.7 = Để tiết kiệm thời gian chờ, người thang máy bấm nút đóng cửa: I2.4 = Cửa thang máy bắt đầu đóng lại: Q3.1 = 56 Lúc người thang máy bấm chọn tầng 2: I0.5 = Đèn báo chọn tầng sáng: Q1.0 = Đồng thời có người gọi thang máy xuống từ tầng 2: I0.2 = Đèn báo gọi tầng xuống sáng: Q0.5 = 57 Sau thang máy đóng cửa hồn tồn: I0.7 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.1 = Động kéo cabin lên chậm: Q2.4 = Đèn báo thang máy lên sáng: Q2.0 = 58 Sau khoảng thời gian T1 = 2s động kéo thang máy lên nhanh hơn: Q2.5 = Q2.4 = Sau gặp cảm biến sàn tầng 2: I1.5 = Động kéo cabin lên chậm lại: Q2.4 = 59 Q2.5 = Sau thang máy vị trí tầng 2: I1.5 = I2.0 = Đèn báo vị trí tầng sáng: Q0.1 = Thang máy bắt đầu mở cửa: Q3.0 = 60 Sau cửa mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q1.0 = Đèn báo gọi tầng xuống tắt: Q0.5 = 61 Sau thời gian T2 = 10s cửa thang máy bắt đầu đóng lại: Q3.1 = Lúc người thang máy bấm chọn xuống tầng 1: I0.4 = Đèn báo chọn tầng sáng: Q0.7 = 62 Sau cửa thang máy đóng hồn toàn: I0.7 = Q3.1 = Động kéo cabin xuống với tốc độ chậm: Q2.6= Đèn báo thang máy xuống sáng: Q2.1 = 63 Sau thời gian T1 = 2s động kéo cabin xuống quay nhanh hơn: Q2.7 =1 Q2.6 = Khi thang máy đến trần tầng động kéo cabin xuống chậm lại: Q2.6 = Q2.7 = 64 Sau thang máy đến tầng 1: I1.3 = I1.4 =1 Đèn báo vị trí tầng sáng: Q0.0 = Cabin bắt đầu mở cửa: Q3.0 = 65 Sau thang máy mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động mở cửa thang máy dừng lại: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q0.7 = Sau thời gian T2 = 10s cửa bắt đầu đóng lại: Q3.1 = 66 Sau thang máy đóng cửa hồn tồn: I0.7 =1 Động đóng/mở cửa thang máy dừng lại: Q3.1 = Kết thúc trình thử nghiệm mô 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7 300 năm 2010 (Th.S Châu Chí Đức) [2] Tự động hóa với SIMATIC S7 300 năm 2014 (Trần Văn Hiếu) [3] Tự động hóa công nghiệp với Wincc năm 2011 (TS Trần Thu Hà – KS Phạm Quang Huy) [4] Hướng dẫn sử dụng biến tần OMRON năm 2015 (Công ty công nghệ tự động Tân Tiến) [5] Điều khiển thang máy năm 2012 (Nguyễn Quang Đoàn) [1] 68 ... M3.0 Q11 M3.1 Q22 M3.2 Q 33 M3 .3 Q44 M3.4 Q55 M3.5 NMC M3.6 NDC M3.7 UTL M4.0 UTX M4.1 TG1 T1 TG2 T2 TG3 T3 CHƯƠNG IV : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM SÁT QUA GIAO DIỆN... định sẵn Thang máy gồm loại thang máy sử dụng máy kéo thang máy thủy lực, đề tài thang máy tầng em chọn thang máy sử dụng máy kéo làm đối tượng thiết kế thang máy sử dụng máy kéo loại phổ biến thị... biết vận dụng kiến thức học vào thực tế cách sáng tạo khoa học Là sinh viên ngành tự động hóa em giao đề tài thực tập “ Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc? ??