Xây dựng mô hình điều khiển cửa cuốn tự động dùng PLC

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển, ngành tự động hóa đạt đƣợc nhiều tiến Tự động hóa khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho ngƣời mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lƣợng sản phẩm Chính tự động hóa ngày khẳng định đƣợc vị trí nhƣ vai trị ngành cơng nghiệp đƣợc phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Khơng dừng lại đó, phát triển tự động hóa cịn đem lại nhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho ngƣời Một minh chứng rõ nét đời cửa tự động với nhiều tiện ích hơn, đa Để phục vụ tốt đời sống ngƣời thời điểm xã hội ngày đại phát triển nay, ln địi hỏi cải tiến cơng nghệ tính tiện ích cho cửa tự động.Việc ứng dụng thành công thành tựu lý thuyết điều khiển tối ƣu, cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ máy tính, công nghệ điện điện tử lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác năm ngần đẫn đến đời phát triển thiết bị điều khiển logic có khả lập trình ( PLC ) Cũng từ tạo cách mạng lĩnh vực kỹ thuật điều khiển Ngày biết rõ cơng nghệ PLC đóng vai trò quan trọng lƣợng làm não cho phận cần tự động hoá giới hố Do điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) cần thiết kỹ sƣ khí nhƣ kỹ sƣ điện , điện tử, từ giúp họ nắm đƣợc phạm vi ứng dụng rộng rãi kiến thức PLC nhƣ cách sử dụng thông thƣờng Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đƣợc giao nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: “Xây dựng mô hình điều khiển cửa tự động dùng PLC” Đây đề tài khơng hồn tồn nhƣng phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy đƣợc vai trị việc điều khiển tự động Xác định rõ nhiệm vụ em cố gắng hết sức, tập trung tìm hiểu Kết thu đƣợc chƣa nhiều bị hạn chế kiến thức, thời gian kinh nghiệm nhƣng giúp em có thêm kiến thức để sau trƣờng có tảng tiếp cận đƣợc với cơng nghệ Trong q trình làm đồ án trình độ hiểu biết em có hạn, nên nội dung đồ án khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong đƣợc bảo góp ý thầy cô nhƣ ngƣời quan tâm đến vấn đề Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đoàn Phong, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, giúp đỡ bảo cho em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Nhân em xin cảm ơn tất thày cô dạy dỗ em suốt bốn năm học vừa qua, nhờ thầy cơ, em có đƣợc kiến thức nhƣ ngày hơm Hải Phịng, tháng năm 2011 Sinh viên thực Phạm Thành Công CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CỬA TỰ ĐỘNG Xã hội đại, nhu cầu đa dạng đòi hỏi tiện nghi sống không ngừng đƣợc nâng lên, tào nhà văn phòng cao ốc đại tiện nghi ngày nhiều việc ứng dụng khoa học công nghệ vào trình quản lý điều hành cần thiết cho việc giảm thiểu nhân tiết kiệm thời gian, tiền bạc Ngày nay, cửa tự động dần trở thành khuynh hƣớng thiết kế thời đại ƣu điểm vƣợt trội nhƣ khả sử dụng với mật độ lƣu thông cao, tốc độ đóng mở nhanh tính an tồn, tiết kiệm diện tích Hiện cửa tự động cịn vƣơn lên tầm cao với kỹ thuật đại nhƣ khả vận hành điều khiển từ xa hay mắt điện tử thông minh Cửa tự động loại cửa ngƣời dùng tác động trực tiếp lên cánh cửa mà cửa tự động mở theo ý muốn Với tính này, cửa tự động mang lại thuận lợi lớn cho ngƣời sử dụng nhƣ: Nếu ngƣời dùng cửa bê vác vật cửa tự động khơng tạo cảm giác thỏa mái mà thực giúp ngƣời dùng hoàn thành công việc mà không bị cản trở Sử dụng cửa tự động giúp ngƣời dùng đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa Cửa tự động đem lại cảm giác thỏa mái cho ngƣời dùng, loại bỏ hoàn tồn cảm giác ngại, khó chịu nhƣ dùng cửa thƣờng Đặc biệt nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày phát huy ƣu điểm Đó cửa tự động giúp cho lƣu thơng qua cửa nhanh chóng dễ dàng, nhƣ giảm va chạm nhiều ngƣời sử dụng chung cánh cửa Thêm vào đó, hệ thống máy lạnh đƣợc sử dụng rộng rãi nơi công sở, công cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thƣờng phải đảm bảo cửa ln đóng khơng có ngƣời qua lại để tránh thất lạnh ngồi gây lãng phí Thế nhƣng điều thực tế lại khó thực ý thức ngƣời nơi công cộng khác Do đó, cửa tự động với tính chất ln đóng khơng có ngƣời qua lại đáp ứng đƣợc tốt u cầu Chính ƣu điểm bật cửa tự động mà phải phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến nâng cao chất lƣợng hoạt động cửa tự động để ngày đại hơn, tiện ích Đứng trƣớc u cầu cơng ty hãng sản xuất tạo cửa có tính tự động hóa cao đáp ứng nhu cầu lại ngƣời 1.2 CÁC YÊU CẦU CỦA MỘT HỆ THỐNG CỬA Trong cơng trình xây dựng xƣa cửa cổng yếu tố khơng thể thiếu Sự phát triển mạnh mẽ lĩnh vực kiến trúc, xây dựng, kéo theo phát triển đa dạng loại cửa cổng Chúng đƣợc kết hợp lại với để tạo cơng trình mang tính thẩm mỹ cao thuận tiện việc sử dụng Đặc biệt hệ thống cửa tự động ngày phát triển đƣợc sử dụng rộng rãi, chúng đƣợc lắp đặt cách gọn gàng thẩm mỹ Đối với hệ thống cửa nói chung hệ thống cửa tự động nói riêng phải ln ln đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cần thiết nhƣ: Tính bảo mật, tính đơn giản, tính thuận tiện, tính thẩm mỹ đặc biệt tính tự động hố… 1.2.1 Tính bảo mật Khi thiết kế nhà thiết kế chế tạo theo đơn đặt hàng khách hàng Khi khách hàng đặt loại tự động mà có yêu cầu tính bảo mật, tính bảo mật thể nhiều yếu tố, ví dụ nhƣ cửa có chức ngăn cách mơi trƣờng bên mơi trƣờng bên ngồi, hay có chức bảo vệ phịng hệ thống khố thƣờng… Còn sử dụng hệ thống cửa mà mang yếu tố bảo mật cao hệ thống cửa khố số đáp ứng tính này, có nghĩa ngƣời ngồi khơng thể mở đƣợc cửa biết đƣợc mã số cửa ngƣời cần bấm sai mã số lần có hệ thống cịi báo động Cửa đƣợc mở nhận mã số cài đặt từ trƣớc Hệ thống cửa tự động có sử dụng mã số thay đổi đƣợc mã cài đặt cài đặt đƣợc mã phụ để đảm bảo tính an tồn bảo mật 1.2.2 Tính đơn giản Một tiêu chuẩn mà nhà sản xuất kinh doanh phải xem xét tính đơn giản hệ thống Một sản phẩm đƣợc đƣa thị trƣờng đƣợc thị trƣờng chấp nhận phải đảm bảo ngƣời tiêu dùng dễ dàng sử dụng Chỉ vài hƣớng dẫn nhỏ làm chủ đƣợc sản phẩm Tính đơn giản thể dễ lắp đặt, dễ vận hành, dễ bảo dƣỡng Giống nhƣ loại cửa đƣợc sử dụng thị trƣờng nhƣ cửa sử dụng tia hồng ngoại, cửa dùng điều khiển từ xa (remote control), cửa dùng thể từ (magnetic card) để quét mã số có card, cảm biến an tồn (sensor) Vì vậy, loại cửa kể khơng cần dùng khố để khố mà loại hệ thống cửa chúng sử dụng khoá điện để khố 1.2.3 Tính thẩm mỹ Khi xã hội ngày văn minh ngƣời địi hỏi thẩm mỹ cao sản phẩm phục vụ ngƣời cần phải vô phong phú mang nặng tính mỹ quan Một sản phẩm đƣợc ăn khách đƣợc đƣa thị trƣờng đánh vào ý thức ngƣời hình thức bề ngồi sản phẩm Con ngƣời đại khơng cịn mang nặng quan niệm “ ăn mặc bền” mà đẹp làm trở nên có ý nghĩa Với tiêu chí hệ thống cửa nói chung phải đáp ứng thực tiễn Cửa tự động phù hợp với cửa sảnh văn phòng, khách sạn, nhà băng, phòng trƣng bày sản phẩm, biệt thự… Cửa tự động đƣợc vận hành nhờ mô tơ dùng điện thấp tiết kiệm điện năng, an tồn vận hành 1.2.4 Tính thuận tiện Hiện thị trƣờng có nhiều sản phẩm cửa mang tính tự động hố đƣợc nhiều nhà sản xuất cung cấp, ví dụ nhƣ cơng ty trách nhiệm hữu hạn khí Đa Phúc Với thiết bị nội địa hoá với giá thành ngày giảm Các loại cửa hoạt động đơn giản mà không cần ngƣời sử dụng nhiều thời gian, ví dụ muốn mở đƣợc cửa ngƣời sử dụng cần bấm mã số cửa tự động mở vào nhà sau 5(s) cửa tự động đóng lại Khi cửa đóng tức chúng tự động khố lại Ví dụ cửa sử dụng tia hồng ngoại sân bay quốc tế hay siêu thị… cần tiến tới gần cửa với khoảng cách định cửa tự động mở sau qua cửa cửa tự động đóng lại 1.2.5 Tính tự động Cửa có microprocessor đƣợc thiết kế đƣa vào điều khiển lập trình tự động cho cửa nhƣ: độ rộng cửa, tốc độ đóng mở cửa, tốc độ giảm tốc đóng cửa mở cửa gần hết đƣợc lập trình điều khiển đƣợc Chế độ đóng cửa đƣợc thiết kế tự động hồn tồn, cửa đƣợc đóng mở kịp thời hoàn toàn tự động Cùng với phát triển không ngừng công nghệ tiến khoa học kỹ thuật, thiết bị cổng cửa bƣớc đƣợc áp dụng tiến khoa học để giảm thiểu sức ngƣời đƣa sản phẩm đến tự động hố hồn tồn nhờ PLC, CNC… từ cánh cửa thô sơ đƣợc vận hành đƣợc khoá tay đƣợc lắp đặt mô tơ chạy điện, điều khiển từ xa, cảm biến quang, dùng thẻ từ để mở cửa tự động kiểm soát ngƣời qua lại Hiện ngành tự động hoá bƣớc đƣợc phát triển nên phải nhập ngoại số thiết bị nhƣ PLC CNC, nhƣng thiết bị đƣợc nội địa hoá để phát triển chất lƣợng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm với mục đích cung cấp cho ngƣời sử dụng sản phẩm cửa có chất lƣợng cao, mẫu mã đẹp, có nhiều tính đại, tự động nhƣng an toàn, bảo vệ chống đột nhập nhƣng lại để kiểm soát khẩn cấp 1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG Hiện có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trƣợt Nhƣng chúng thƣờng đƣợc sản xuất nƣớc bán việt nam với giá thành cao Vì chúng khơng đƣợc sử dụng rộng rãi 1.3.1 Cửa trƣợt Hình 1.1: Cửa trƣợt 04 cánh Hình 1.2: Cửa trƣợt 02 cánh Loại cửa có đặc điểm có rãnh trƣợt cố định cho phép cánh cửa trƣợt qua trƣợt lại Loại cửa thƣờng đƣợc sử dụng nhà hàng, khách sạn, sân bay hay nhà ga, quan, trung tâm thƣơng mại… Loại cửa có ƣu điểm kết cấu nhẹ nhàng, tạo cảm giác thoáng đạt thỏa mái lịch thích hợp với nơi cơng cộng, quan… 1.3.2 Cửa xoay Hình 1.3: Cửa tự động trƣợt xoay Đó hệ thống cửa đƣợc lắp đặt nhà hàng, viện bảo tàng, nhà chờ sân bay, ngân hàng… Hệ thống cửa hoạt động theo chiều định, có nghĩa ta nhìn cửa có hai cánh nhƣng thực chất cánh đƣợc ghép lại quay quanh trục cố định Hệ thống cửa có đƣờng riêng đƣờng vào riêng, khơng có chiều ngƣợc lại Hình 1.4: Cửa xoay dạng vịm cong Ƣu điểm bật hệ thống cửa thuận tiện việc vận hành dễ dàng kiểm sốt ngƣời vào nhờ có cấu khí hai trục đỡ, ví dụ ngày cửa quay vịng số ngƣời vào Nhƣng có nhƣợc điểm tốn diện tích đất sử dụng Nên hệ thống cửa lắp đặt thích hợp nơi cơng cộng 10 4.3.2 Trục quay Hình 4.2: Trục quay Trục quay sắt loại có sẵn, dài 55cm 4.3.3 Bánh Hình 4.3: Bánh 57 4.3.4 Vịng bi Ø0.7 cm Ø2.5 cm KG 609RS Hình 4.4: Vòng bi Vòng bi sắt đƣợc dùng loại có sẵn 4.3.5 Cánh cửa Hình 4.5: Cánh cửa 58 4.3.6 Xích Hình 4.6: Xích dùng mơ hình 4.4 CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN 4.4.1 Biến áp 59 Hình4.10: Biến áp Biến áp biến đổi điện xoay chiều thành chiều 4.4.2 Động điện Động điện chiều Điện áp làm việc : 6V- 24 V, Công suất: 30W Hình 4.7: Động điện chiều 4.4.3 Rơ le 60 Hình 4.8: Rơle 61 4.4.4 Cảm biến quang Hình 4.9: Cảm biến quang Thơng số kỹ thuật: Product Name IR Photoswitch Model E18-B01N1 Voltage DC 6-36V Current =< 300mA Sensory Distance 10cm Material Plastic Color Yellow, Black, Gray 62 Total Length 1.4M Weighr 57g Package Content x IR Photoswitch 4.4.5 PLC PLC sử dụng mơ hình loại S7 – 200 CPU 224 Hình 4.9: PLC S7- 200 CPU 224 63 MƠ HÌNH CỬA CUỐN TỰ ĐỘNG DÙNG PLC Hình 4.10: Mơ hình cửa 64 Hình 4.11: Nút ấn Start, Stop Hình 4.12: Hệ thống điều khiển 65 KẾT LUẬN Sau tháng kể từ nhận đề tài, với cố gắng nỗ lực thân, với bảo thầy giáo hƣớng dẫn em hoàn thành đồ án Đồ án em thực dựa sở nghiên cứu tìm hiểu cơng nghệ cửa thực tế Thông qua đề tài “Xây dựng mơ hình cửa tự động dùng PLC” thực giúp em nắm vững thực tế chuyên môn, nhằm củng cố thêm cho kiến thức đƣợc học nhà trƣờng Qua em đƣợc dịp mở rộng tầm hiểu biết mảng kiến thức PLC mà em đƣợc học, ứng dụng tối ƣu ngành tự động hoá Đối với em, đồ án thực phù hợp với kiến thức em tích luỹ đƣợc học nghành Điện dân dụng & cơng nghiệp Trong q trình làm đồ án trình độ hiểu biết em có hạn, nên nội dung đồ án khơng tránh khỏi sai sót Em mong thầy cô môn châm trƣớc hy vọng nhân đƣợc bảo tận tình thầy Đó kinh nghiệm, tri thức quý báu giúp em công việc thực tế sau Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đoàn Phong hƣớng dẫn giúp em hoàn thành đồ án Đồng thời em xin cảm ơn tất thày cô dạy dỗ em suốt bốn năm học vừa qua, nhờ thầy cơ, em có đƣợc kiến thức nhƣ ngày hôm 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Tuệ, Kỹ thuật học tổng hợp khí – Điện thiết bị điện điện tử, Dƣơng Minh Trí, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM Lê Văn Đoanh, Phạm Thƣợng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thanh Sơn, Đào Văn Tân, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nhà xuất khoa học kĩ thuật 2005 Th.S Châu Chí Đức,Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liêm, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, nhà xuất khoa học kỹ thuật KS.Trần Thị Phƣơng Thảo, Bản luận văn tốt nghiệp – 1999 67 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CỬA TỰ ĐỘNG 1.2 CÁC YÊU CẦU CỦA MỘT HỆ THỐNG CỬA 1.2.1 Tính bảo mật 1.2.2 Tính đơn giản 1.2.3 Tính thẩm mỹ 1.2.4 Tính thuận tiện 1.2.5 Tính tự động 1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG 1.3.1 Cửa trƣợt 1.3.2 Cửa xoay 1.3.3 Cửa 11 1.3.4 Cửa kéo 12 1.4 CÁC LOẠI CỬA CUỐN HIỆN NAY 13 1.4.1 Cửa truyền thống 13 1.4.2 Cửa suốt 14 1.4.3 Cửa liền 15 1.4.4 Cửa khe thoáng 17 CHƢƠNG 2.CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN VÀ CÁC PHẦN TỬ DÙNG TRONG MƠ HÌNH 18 2.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN 18 68 2.1.1 Phƣơng pháp dùng rơle - công tắc tơ 18 2.1.2 Phƣơng pháp dùng vi điều khiển 19 2.1.3 Phƣơng pháp dùng PLC 23 2.2 SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 24 2.2.1 Phƣơng pháp dùng Rơle – công tắc tơ 24 2.2.2 Phƣơng pháp dùng vi điều khiển 24 2.2.3 Phƣơng pháp dùng PLC 25 2.3 CÁC PHẦN TỬ DÙNG TRONG MƠ HÌNH 26 2.3.1 Rơle 26 2.3.2 Cảm biến quang 30 2.3.3 Động điện cho hệ truyền động 33 CHƢƠNG 3.ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 39 3.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA VÀ PLC 39 3.1.1 Sự phát triển TĐH 39 3.1.2 Sự phát triển PLC 39 3.2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 41 3.2.1 Giới thiệu chung họ PLC S7–200 41 3.2.2 Cấu trúc chung họ PLC S7 – 200 42 3.2.2.3 Cấu trúc nhớ PLC S7-200 45 3.2.3 Những thông số kỹ thuật PLC 46 3.3 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI PLC 47 3.4 LƢU ĐỒ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CHƢƠNG TRÌNH 50 69 3.5 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA 51 CHƢƠNG 4.LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG MƠ HÌNH 54 4.1 CÁC U CẦU CỦA MƠ HÌNH 54 4.1.1 Yêu cầu chƣơng trình chung 54 4.1.2 Yêu cầu khí 54 4.1.3 Yêu cầu điện 55 4.2 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC CHẾ TẠO MƠ HÌNH 55 4.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ 56 4.3.1 Khung mơ hình 56 4.3.2 Trục quay 57 4.3.3 Bánh 57 4.3.4 Vòng bi 58 4.3.5 Cánh cửa 58 4.3.6 Xích 59 4.4 CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN 59 4.4.1 Biến áp 59 4.4.2 Động điện 60 4.4.3 Rơ le 60 4.4.4 Cảm biến quang 62 4.4.5 PLC 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 70 71 ... gần cửa với khoảng cách định cửa tự động mở sau qua cửa cửa tự động đóng lại 1.2.5 Tính tự động Cửa có microprocessor đƣợc thiết kế đƣa vào điều khiển lập trình tự động cho cửa nhƣ: độ rộng cửa, ... Hiện cửa tự động cịn vƣơn lên tầm cao với kỹ thuật đại nhƣ khả vận hành điều khiển từ xa hay mắt điện tử thông minh Cửa tự động loại cửa ngƣời dùng tác động trực tiếp lên cánh cửa mà cửa tự động. .. cơng tắc tác động đến PLC, PLC điều khiển dừng đóng cửa 23 Cơ Tín kiệu PLC xử lý Tín hiệu cấu đầu tín hiệu điều khiển chấp vào hành Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống cửa tự động dùng PLC 2.2 SO SÁNH