Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy

ĐẶNG THÀNH CÔNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG THÀNH CÔNG CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO THANG MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ ĐIỆN TỬ KHOÁ 2009 Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO THANG MÁY Chuyên ngành: C¥ §IƯN Tư LN V¡N TH¹C SÜ KHOA HäC … NG¦êI H¦íNG DÉN KHOA HäC: TS NGUYỄN TRỌNG DOANH Hµ Néi – 2012 Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………………… DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 1.1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Kết cấu hoạt động thang máy 1.1.4 Các hệ truyền động điện thang máy 17 1.1.5 Một số hệ thống điều khiển thang máy 18 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN PLC, BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300 29 1.2.1 Tổng quan điều khiển PLC 29 1.2.2 Bộ điều khiển PLC S7-300……………………………………………… 37 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY CABIN TẦNG…………………………………………………………………………… 41 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI SƠ BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY CABIN TẦNG 41 2.2 LỰA CHỌN GHÉP NỐI BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ 44 2.3 THIẾT KẾ NÚT GỌI TẦNG, GỌI THANG, SENSOR, GHÉP NỐI PLC – BIẾN TẦN 48 CHƯƠNG CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY, XÂY DỰNG LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN 56 3.1 LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI 56 3.1.1 Khái niệm chung hệ thống hàng đợi………………………………………… 56 3.1.2 Các đặc trưng hàng đợi……………………………………………………… 56 3.1.3 Các thành phần hệ thống hàng đợi…………………………………… 56 3.2 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 58 3.2.1 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi thang xuống thang máy dừng………… 59 3.2.2 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi thang xuống thang máy chạy lên 60 3.2.3 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi xuống thang máy xuống…………… 61 HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học 3.2.4 Lưu đồ thuật toán có phím gọi lên thang dừng………………………… 62 3.2.5 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi lên thang máy hành trình xuống… 63 3.2.6 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi lên thang máy hành trình lên…… 64 3.2.7 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi tầng thang máy dừng………………… 65 3.2.8 Lưu đồ thuật tốn có phím gọi tầng thang máy chạy xuống…………… 66 3.2.9 Lưu đồ thuật tốn tổng qt……………………………………………………… 68 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TRÊN STEP 5.5 73 4.1 CHƯƠNG TRÌNH STEP VÀ CÁC NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH 73 4.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………………………… 73 4.1.2 Các ngôn ngữ lập trình hàm bản……………………………………… 73 4.2 THIẾT LẬP CÁC NGÕ VÀO RA VÀ KHỞI TẠO CHƯƠNG TRÌNH TRÊN STEP 87 4.2.1 Thiết lập Ngõ vào ra………………………………………………………… 87 4.2.2 Khởi tạo chương trình SimaticManager Step V5.5……………………… 90 4.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 93 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ LUẬN BÀN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy” tự thực hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Trọng Doanh Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm điều khơng thật Học viên thực Đặng Thành Công HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo chung thang máy Hình 1.2 Cảm biến vị trí kiểu khí Hình 1.3 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng Hình 1.4 Cảm biến quang Hình 1.5 Cảm biến điện dung Hình 1.6 Cảm biến điện cảm Hình 1.7 Phần tử HALL Hình 1.8 Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(F-Đ) Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống biến đổi tĩnh-động chiều Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ biến tần -động khơng đồng Hình 1.13 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình Hình 1.14 Cấu trúc PLC Hình 1.15 Chu kỳ quét PLC Hình 1.16 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị Hình 1.16 Sơ đồ kết nối PLC S7-300 Hình 1.17 Các cổng giao tiếp PLC S7-300 Hình 1.18 Sơ đồ phân bố racks Hình 1.19 Cấu hình tổng quát PLC S7-300 với bốn thành rack nối với nhờ module IM cáp nối 386 Hình 2.1 Sơ đồ khối sơ hệ thống điều khiển thang máy cabin tầng Hình 2.2 Sơ đồ đầu nối điều khiển Hình 2.3 Sơ đồ ghép nối biến tần – động Hình 2.4 Sơ đồ tạo mã bàn phím Hình 2.5 Nút ấn đến tầng cabin Hình 2.7 Sơ đồ ghép nối PLC – Biến tần SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển đô thị, khu nhà cao tầng phục vụ nhu cầu nhà văn phòng làm việc ngày xuất nhiều kéo theo nhu cầu loại thang máy vận chuyển người hàng hóa theo phương thẳng đứng đa dạng chủng loại, từ loại thang vận chuyển với số lượng tốc độ từ đến 15 tầng, đến loại thang máy phục vụ cho tòa nhà lên tới hàng chục tầng với tốc độ cao Thời gian đầu, đa số loại thang máy nhập toàn từ nước thương hiệu lớn ThyssenKrupp, Mitsubishi, Sanyo, Fuji…, đặt nhà máy sản xuất Việt nam Mitsubishi công nghệ chế tạo hoàn toàn nước Thời gian gần trường đại học, viện nghiên cứu công ty Việt nam học hỏi, nghiên cứu tiến tới bước chế tạo thang máy thương hiệu Việt Nam Ban đầu đơn nhập toàn linh kiện lắp ráp, sau công ty chế tạo phận buồng thang chi tiết khí Hiện nay, số đề tài nghiên cứu kỹ sư số công ty nghiên cứu thiết kế chế tạo phận điều khiển đa số thường sử dụng phương pháp tích hợp mạch điều khiển thiết kế sẵn nhập khẩu, ví dụ như: cơng ty thang máy Thiên Nam, cơng ty thang máy An Bình… Với luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy” học viên thực mong muốn tìm hiểu, thử nghiệm ứng dụng cơng nghệ điều khiển PLC ứng dụng điều khiển thang máy Trong khuôn khổ luận văn này, chưa có điều kiện áp dụng để chế tạo thang máy thực tế, nhiên, học viên ln cố gắng tìm hiểu, thiết kế dựa liệu thực tế đề mơ hình điều khiển thang máy 07 tầng cabin làm sở cho toán điều khiển Qua trình thực luận văn, học viên thu nhận nhiều kiến thức hữu ích phương pháp luận thiết kế ứng dụng điều khiển PLC vào toán thực tế Được hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn Ts Nguyễn Trọng Doanh, đến em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù trang bị kiến HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học thức bản, khả với hiểu biết thực tế hạn chế, nên luận văn tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót mặt kỹ thuật nội dung Vì em mong nhận ý kiến thầy, cô để luận văn em tốt bổ sung kiến thức thiếu nhằm đáp ứng yêu cầu thạc sỹ điện tử Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn, tập thể thầy giáo Viện khí giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2012 Học viên Đặng Thành Công HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 1.1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1.1 Định nghĩa Thang máy thiết bị sử dụng để vận chuyển người, đồ vật lên xuống theo phương thẳng đứng Thang máy sử dụng hầm lị, cơng trường, phổ biến tịa nhà Ngày thang máy ln coi phận hệ thống giao thông nội (local traffic system) bao gồm hành lang (corridor), thang (stair), thang (escalator), thang máy (elevator, lift) nhằm phục vụ nhu cầu di chuyển hạng mục siêu thị, tịa nhà văn phòng vv Theo tiêu chuẩn BS EN81:1998 thang máy vận chuyển tối đa người/m2 cao nhiều so với thang bộ, thang cuốn… Khả Số người/m2 TT Phương tiện Chiều vận chuyển Hành lang Ngang 84 1,4 Cầu thang Mặt nghiêng 60 Thang Mặt nghiêng 75 2,5 Thang máy Thẳng đứng 50 vận chuyển Bảng 1.1 Năng lực vận chuyển số phương tiện giao thông nội Thang máy thường dùng cho tòa nhà cao tầng - Thang máy tốc độ: v= ÷ 2,5 m/s Thường dùng cho nhà có số tầng từ ÷ 12 tầng - Thang máy tốc độ:v =2,5 ÷ m/s Thường dùng cho nhà có số tầng trung bình >16 tầng - Thang máy tốc: v = 5m/s Thường dùng tồ tháp cao tầng HVTH: Đặng Thành Cơng Luận văn thạc sỹ khoa học Đối với thang máy chở người yêu cầu cao Không phải đảm bảo thẩm mỹ tiện lợi buồng thang (cabin) đẹp, sang trọng, thơng thống , êm mà cịn phải đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng điện,điện thoại nội bộ(interphone), chuông báo,bộ hãm bảo hiểm, an tồn cabin (đối trọng), cơng tắc an tồn cửa buồng thang, khố an tồn cửa tầng, cứu hộ nguồn điện… 1.1.2 Phân loại Tùy theo quan điểm, thang máy phân loại sau: Phân loại theo chức năng: - Thang máy chuyên chở người - Thang máy chở người có hàng kèm - Thang máy chuyển chở hàng có người kèm - Thang máy bệnh viện - Thang máy chuyên chở hàng Phân loại theo hệ dẫn động - Thang máy dẫn động điện - Thang máy thủy lực - Thang máy khí nén Phân loại theo hệ thống điều khiển, khống chế - Điều khiển rơle - Điều khiển PLC - Điều khiển máy tính Phân loại theo tốc độ dịch chuyển - Thang máy chạy chậm v = 0,5m/s - Thang máy tốc độ trung bình v = (0, ÷ 2m/s) - Thang máy tốc độ cao (2 ÷ 5m/s) 1.1.3 Kết cấu hoạt động thang máy Thang máy có nhiều loại khác nhau, nhìn chung bao gồm phận hình 1.1 HVTH: Đặng Thành Công Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 102 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 103 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 104 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 105 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 106 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 107 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 108 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 109 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 110 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 111 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 112 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 113 Luận văn thạc sỹ khoa học HVTH: Đặng Thành Công 114 Luận văn thạc sỹ khoa học Kết nghiên cứu luận bàn Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy” đề tài có tính ứng dụng cao Trong trình làm luận văn em tìm hiểu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy 07 tầng cabin bao gồm thiết kế sơ đồ điều khiển tổng quát, thiết kế, lựa chọn khối điều khiển biến tần, sensor, thiết kế kết nối khối hệ thống điều khiển, xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển lập trình điều khiển PLC S7 300 phần mềm Step 5.5 Định hướng phát triển: tiếp tục nghiên cứu phát triển hướng điều khiển thang máy nhóm (Group control) thuật toán sử dụng PLC kết hợp với PC sử dụng phương thức truyền thông công nghiệp: + Nghiên cứu truyền thông PC PLC mạng cơng nghiệp + Nghiên cứu thuật tốn điều khiển thơng minh sử dụng điều khiển nhóm thang máy Do thời gian kiến thức cịn có hạn nên luận văn em tránh khỏi sai sót, em hy vọng khóa sau thực có hội để hồn thiện đề tài Trong trình làm luận văn em nhận giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo TS Nguyễn Trọng Doanh thầy cô giáo môn công nghệ chế tạo máy Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô toàn thể bạn giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2012 HVTH: Đặng Thành Công 115 Luận văn thạc sỹ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Barney, G.C (2003) Elevator Traffic Handbook: theory and practice, Taylor & Francis Routled, London and New York Phan Xuân Minh, Nguyễn Dỗn Phước (2000) Tự động hóa với PLC S7 300, Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Trong Doanh Bài giảng điều khiển PLC, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Trọng Thuần (2001), Điều khiển Logic Ứng dụng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Trịnh Đồng Tính, Máy nâng chuyển, Bộ mơn sở thiết kế máy robot Đại học Bách Khoa Hà Nội HVTH: Đặng Thành Công 116 ... cơng ty thang máy An Bình… Với luận văn tốt nghiệp: ? ?Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy? ?? học viên thực mong muốn tìm hiểu, thử nghiệm ứng dụng cơng nghệ điều khiển PLC ứng... thang máy gồm có: - Hệ thống điều khiển phẩn tử khí, phần tử có tiếp điểm - Điều khiển phần tử logic cứng - Điều khiển PLC - Điều khiển vi xử lý Hệ thống điều khiển thang máy máy tốc độ trung bình... truyền động điện thang máy 17 1.1.5 Một số hệ thống điều khiển thang máy 18 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN PLC, BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300 29 1.2.1 Tổng quan điều khiển PLC