LVDA thiết kế và mô phỏng thang máy với plc doãn hoàng mai

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com I Môc lôc Môc lôc Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu tróc thang m¸y I Giíi thiƯu thang m¸y II Phân loại thang m¸y Phân loại theo chức Phân loại theo tốc độ dịch chuyển Phân loại theo t¶i träng Phân loại theo vị trí ®Ỉt bé kÐo têi Theo hƯ thèng vËn hµnh .6 III Trang thiết bị khí thang máy Tỉng thĨ khí thang máy Thiết bị lắp đặt buång m¸y Thiết bị lắp giếng thang máy .9 ThiÕt bÞ lắp đặt hố giếng thang máy Các thiết bị cố định giÕng thang 10 5.1 Ray dÉn híng 10 5.2 Gi¶m chÊn .10 Cabin thiết bị liên quan 10 6.1 Khung cabin 10 6.2 Ngµm dÉn híng .10 6.3 HÖ thèng treo ca bin 10 6.4 Buång cabin 11 6.5 Hệ thống cửa cabin cửa tầng 11 HƯ thèng c©n b»ng thang m¸y 11 7.1 §èi träng .11 7.2 XÝch vµ cáp cân .12 7.3 Cáp nâng 12 7.4 Bé kÐo têi 12 Thiết bị an toàn c¬ khÝ 13 8.1 Phanh h·m ®iƯn tõ : 13 8.2 Phanh b¶o hiĨm : 13 Cảm biến vị trÝ .14 IV Hệ thống mạch điện thang m¸y 16 Mạch động lực: 16 Mạch điều khiển: 16 M¹ch tÝn hiƯu: 17 M¹ch chiÕu s¸ng: 17 Mạch an toàn: .17 Chơng II: khảo sát đặc tính thang máy yêu cầu điều khiển 17 a Khảo sát đặc điểm thang .17 b TÝnh chän c«ng suÊt động chuyền động thang máy 21 c Các hệ truyền động dùng thang máy 25 d Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc hệ truyền động thang máy 26 e ảnh hởng tốc độ, gia tốc độ giật hệ truyền động thang máy .27 f Dừng xác buồng thang .28 g hệ biến tần động hệ thống ®iỊu khiĨn pLc 32 Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com sơ đồ khối hệ biến tần động .33 Giíi thiƯu vỊ biÕn tÇn 3g3mv cđa omron 33 1.1 Đặt vấn ®Ò 33 1.2 Tỉng quan vỊ biÕn tÇn 3G3MV chức hoạt động .34 35 2.1 35 chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển lập trình điều khiển thang máy 35 I Phơng pháp mô tả mạch trình tự 35 II Tổng hợp mạch trình tù 37 III Xây dựng khối chức cña thang 38 Xác định yêu cầu phục vụ lu giữ yêu cầu .39 toán xác định vị trí buồng thang 39 Bài toán xác định hành trình buồng thang(đang nâng hay ®ang h¹) .39 Nâng hạ buång thang 39 §iỊu khiĨn dõng bng thang 39 Bài toán đóng mở cửa 42 Bài toán điều khiển đèn quạt buồng thang 45 Bài toán xử lý cố xảy ®èi víi thang 45 IV PLC 45 2.2 sơ đồ tỉng qu¸t cđa PLC 46 2.3 CÊu tróc bé nhí cđa CPU .49 2.4 Vòng quét chơng trình 51 2.4 Kü thuËt lËp tr×nh 52 2.5 Ngôn ngữ lập trình 55 chơng IV: xây dựng mô hình mô thang máy 56 I Xác định vấn đề m« pháng .56 II Xây dựng kết cấu cho mô hình mô pháng 56 III Xây dựng kế hoạch mô kiểm nghiệm thực tế 56 Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy I Giới thiệu thang máy Thang máy thiết bị vận tải dùng để chở ngời hàng hoá theo phơng thẳng đứng nghiêng góc nhỏ 150 so với phơng thẳng đứng theo tuyến đà định sẵn.Thang máy máy nâng đợc sử dụng rộng rÃi ngành sản xuất kinh tế quốc dân nh ngành khai thác hầm mỏ,trong ngành xây dựng,luyện Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com kim,công nghiệp nhẹở nơi thang máy máy nâng đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá,sản phẩm,đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhauNó đà thay cho sức lực ngời mang lại suất cao.Hình dáng tổng thể thang máy đợc giới thiệu hình Hình 1.1 : hình dáng tổng thể thang máy Trong sinh hoạt dân dụng,thang máy đợc lắp đặt sử dụng rộng rÃi nhà cao tầng,trong khách sạn,siêu thị,công sở bệnh viện.Hệ thống thang máy đà giúp ngời tiết kiệm đợc nhiều thêi gian vµ søc lùc… Svth: Do·n Hoµng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Nhiều quốc gia giới đà quy định nhà cao tầng trở lên phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời lại thuận tiện,tiết kiệm thời gian tăng suất lao động.Giá thành thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% hợp lý Việt Nam trớc thang máy chủ yếu đợc sử dụng ngành công nghiệp để chở hàng hoá đợc phổ biến.Nhng giai đoạn với phát triển mạnh mẽ kinh tế quốc dân đời sống nhân dân ngày nâng cao,việc sử dụng thang máy lĩnh vực ngày tăng lên Phụ tải thang máy thay đổi phạm vi rộng ,nó phụ thuộc vào lợng hành khác lại ngày đêm hớng vận chuyển hành khách.Nh thang máy lắp đặt nhà hành chính,buổi sáng đầu làm việc hành khách nhiều theo chiều lên.còn buổi chiều ,cuối làm việc,hành khách theo chiều xuống nhiều Thang máy thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt ,nó liên quan trực tiếp đến tài sản tính mạng ngời ,vì yêu cầu chung hệ thống thang máy thiết kế ,chế tạo ,lắp đặt ,vận hành,sử dụng sửa chữa phải tuân thủ cách nghiêm ngặt yêu cầu kỹ thuật an toàn đợc quy định tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm Thang máy có cabin đẹp ,sang trọng,thông thoáng , êm dịu cha đủ điều kiện để đa vào sử dụng mà phải đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng điện,điện thoại nội bộ(interphone), chuông báo,bộ hÃm bảo hiểm, an toàn cabin(đối trọng), công tắc an toàn cửa cabin,khoá an toàn cửa tầng, cứu hộ nguồn điện Lựa chọn thang máy không đơn xem xét vấn đề kỹ thuật mà phải xem xét yếu tố kinh tế Hiển nhiên nhiều thang máy có tải định mức lớn,tốc độ định mức cao,hệ điều khiển đại tạo điều kiện thuận lợi cho khách hàng sử dụng nh rút ngắn thời gian chờ đợi,giảm thời gian tốc độ định mức,một mặt đòi hỏi vốn đầu t cho thang lớn,mặt khác làm tăng diện tích chiếm chỗ,tăng chi phí xây dựng cho giếng thangNh điều kiện thuận lợi cho hành khách vốn đầu t hai tiêu tỷ lệ nghịch với nhau.Quá trình lựa chọn thang máy trình xác định số thang,tính kỹ thuật thang (tải ,tốc độ định mức,phơng pháp điều khiển),các kích thớc thang vị trí đặt Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com thang phù hợp với đặc điểm ,mục đích sử dụng nhà với vốn đầu t chấp nhận đợc Đối với nhà sử dụng nhiều thang, bên cạnh việc chọn tính kỹ thuật phải bố trí chúng thành nhóm cho hợp lý để tận dụng suất tối u thang nh tạo thuận lợi cho khách Đối với nhà cao tầng có lợng hành khách cần vận chuyển lớn ngời ta thờng chi thang máy làm nhóm riêng phục vụ thành phần khác theo chiều cao nhà.Các thang m¸y ë c¸c nhãm kh¸c cã thĨ cã tÝnh kỹ thuật khác nhau,thờng thang phục vụ cho tầng cao có tảI tốc độ định mức lớn thang phục vụ phần thấp II Phân loại thang máy Tuỳ thuộc vào tính chất,chức thang máy.Thang máy phân loại thành nhiều loại tuỳ thuộc vào tính chất.ví dụ nh phân loại theo hệ dẫn động cabin,theo vị trí đặt kéo tời,theo hệ thống vận hành,theo công dụng.dới số phân loại: Phân loại theo chức + Thang máy chở ngời Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác hành khách :Gia tốc tối u a< 2m/s2 ã Thang máy dùng nhà cao tầng : loại có tốc độ trung bình lớn,đòi hỏi vận hành êm,an toàn có tính mỹ thuật ã Thang máy dùng bệnh viện:Phải đảm bảo an toàn,sự tối u độ êm dịch chuyển,thời gian dịch chuyển ,tính u tiên theo yêu cầu bệnh viện ã Thang máy dùng hầm mỏ ,xí nghiệp:Đáp ứng đợc điều đợc điều kiện làm việc nặng nề công nghiệp nh tác động môI trờng làm việc:độ ẩm,nhiệt độ,thời gian làm việc,sự ăn mòn + Thang máy chở hàng Đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp,trong kinh doanhNó đòi hỏi cao việc dừng xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ dµng thn tiƯn… Svth: Do·n Hoµng Mai Líp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Phân loại theo tốc độ dịch chuyển ã Thang máy tốc độ thấp : v < m/s ã Thang máy tốc độ trung bình: v= ữ 2,5 m/s Thờng dùng cho nhà có số tầng từ ữ 12 tầng ã Thang máy tốc độ cao:v =2,5 ữ m/s Thờng dùng cho nhà có số tầng mt >16 tầng ã Thang máy tốc độ cao(Siêu tốc) : v = 5m/s Thờng dùng tháp cao tầng Phân loại theo tải trọng ã Thang máy loại nhỏ :Q < 500 Kg.Hay dùng th viện,trong nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách thực phẩm ã Thang máy loại trung bình : Q = 500 ữ 1000 Kg ã Thang máy loại lớn : Q = 1000 ữ 1600 kg ã Thang máy loại lớn Q > 1600 Kg Phân loại theo vị trí đặt kéo tời thang máy điện Thang máy có kéo tời đặt phía giếng thang Thang máy có tời kéo đặt dới giếng thang thang máy dẫn động cabin lên xuống bánh tời dẫn động đặt cabin Đối với thang máy thuỷ lực : Buồng đặt tâng trƯt Theo hƯ thèng vËn hµnh a) Theo mức dò tự động : + loại nửa tự động + loại tự động ; b ) theo tổ hợp ®iỊu khiĨn : + ®iỊu khiĨn ®¬n ; + ®iỊu khiĨn kÐp ; + ®iỊu khiĨn theo nhãm ; c ) theo vị trí điều khiển : + điều khiển cabin ; + điều khiển cabin ; + điều khiển cabin ; Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com III Trang thiết bị khí thang máy Tổng thể khí thang máy Các thiết bị thang máy gồm có : buồng thang ,tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động truyền động, phanh hÃm điện từ thiết bị điều khiển khác Tất thiết bị thang máy đợc giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần tầng cao đến mức sâu tầng 1), buồng máy (trên sàn tầng cao ) hố buồng thang (dới mức sàn tầng 1) Bố trí cá thiết bị thang máy đợc biểu diễn hình 1.2 Các thiết bị thang gồm có : Động điện ; Puli ; Cáp treo; Bộ hạn chế tốc độ ; 5.Bng thang ; Thanh dÉn híng ;7 HƯ thèng ®èi träng ; Trơ cè ®Þnh ; Puli dẫn hớng ; 10 cáp liên động ; 11 Cáp cấp điện ; 12 Động đóng mở cửa buồng thang Thiết bị lắp đặt buồng máy + Cơ cấu nâng Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang (cơ cấu nâng) (trên hình 1.2) tạo lực kéo chuyển động buồng thang đối trọng Cơ cấu nâng gồm có phận sau : phận kéo cáp (puli tang quấn cáp ), hộp giảm tốc độ, phanh hÃm điện từ động truyền động Tất phận đợc lắp đặt đế thép Trong thang máy thờng dùng hai cấu nâng (hình 1.3) : - cấu nâng có hộp tốc độ (hình 1.3 a) - cấu nâng không dùng hộp tốc độ (hình 1.3 b) Cơ cấu nâng hộp tốc độ thờng đợc sử dụng thang máy tốc độ cao + Tủ điện : tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì loại, công tắc tơ loại rơle trung gian Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com + Puli dÉn híng (h×nh 1.2) Hình 1.2 :các thiết bị khí lắp thang + Bộ phận hạn chế tốc độ (hình 1.2) làm việc phối hợp với phanh boả hiểm cáp liên động 10 để hạn chế tốc độ di chuyển cđa bng thang Svth: Do·n Hoµng Mai Líp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Thiết bị lắp giếng thang máy + Buồng thang : Trong trình làm việc, buồng thang (hình 1.2) di chun giÕng thang m¸y däc theo c¸c dÉn hớng (hình 1.2) Trên buồng thang có lắp đặt phanh bảo hiểm, động truyền động đóng - mở cửa buồng thang 12 (hình 1.2) Trong buông thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc liên động với sàn buồng thang điện thoại lên lạc với bên trờng hợp thang máy điện Cung cấp điện cho buồng thang dây cáp mềm 11 (hình 1.2) + Hệ thống cáp treo (hình 1.2) hệ thống cáp hai nhánh đầu nối với buồng thang đầu lại nối với đối träng cïng víi puli dÉn híng + Trong giếng thang máy lắp đặt cảm biến vị trí dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang tầng hạn chế hành trình nâng hạ thang máy Thiết bị lắp đặt hố giếng thang máy Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc (hình 1.2) hệ thống giảm xóc dùng lò xo giảm xóc thuỷ lực tránh va đập buồng thang vò đối trọng xuống sàn giếng thang máy trờng hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình di chuyển xuống bị cố (không hoạt động) Hình 1.3 : Cơ cấu nâng thang Svth: DoÃn Hoàng Mai Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Các thiết bị cố định giếng thang 5.1 Ray dẫn hớng Ray dẫn hớng đợc lắp ®Ỉt däc theo giÕng thang ®Ĩ dÉn híng cho cabin đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hớng đảm bảo cho cabin đối trọng n»m ë vÞ trÝ thiÕt kÕ cđa chóng giÕng thang không bị dịch chuyển theo phớng nằm ngang trình chuyển động Ngoài ray dẫn hớng phải đủ cứng vững để trọng lợng cabin tải trọng cabin tựa lên dẫn hớng thành phần tải trọng động hÃm bảo hiểm làm việc (trong trờng hợp bị đứt cáp cabin xuống với tốc độ lớn giá trị cho phép) 5.2 Giảm chấn Giảm chấn đợc lắp đặt dới đáy hố thang để dừng đỡ cabin đối trọng trờng hợp cabin đối trọng chuyển động xuống dới vợt bị trí đặt công tắc hành trình cuối Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn để caibin đối trọng tỳ lên có đủ khoảng trống cần thiết phía dới phù hợp cho ngời có trách nhiệm thực kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa Cabin thiết bị liên quan Cabin phận mang tải thang máy.Cabin phải có kết cấu cho tháo rời thành phận nhỏ.Theo cấu tạo,cabin gồm phần:kết cấu chịu lực(khung cabin) vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin.Trên khung cabin có lắp ngàm dẫn hớng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn hÃm bảo hiểm, hệ thống cửa cấu đóng mở cửa.Ngoài ra,cabin thang máy chở ngời phải đảm bảo yêu cầu thông gió, nhiệt độ ánh sáng 6.1 Khung cabin Khung cabin phần xơng sống cabin thang máy Đợc cấu tạo thép chịu lực lớn Khung cabin phải đảm bảo cho thiết kế chịu đủ tải định mức 6.2 Ngàm dẫn hớng Ngàm dẫn hớng có tác dụng dẫn hớng cho cabin đối trọng chuyển động dọc theo ray dẫn hớng khống chế dịch chuyển ngang cabin đối trọng giếng thang không vợt giá trị cho phép Có hai loại ngàm dẫn hớng : ngàm trợt(bạc trợt) ngàm lăn 6.3 Hệ thống treo ca bin Do cabin đối trọng đợc treo nhiều sợi cáp riêng biệt phải có hệ thống treo để đảm bảo cho sợi cáp nâng riêng biệt có độ căng nh nhau.Trong trờng hợp ngợc lại ,sợi cáp chịu lực căng lớn bị tải sợi cáp chùng trợt Svth: DoÃn Hoàng Mai 10 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Các biến yêu cầu tầng(YCT),cảm biến hành trình đóng(CBDC),cảm biến vật cản(CBVC) phải luôn giữ trạng thái cố định.Nh lại biến đóng cỡng bức(DCB),thời gian(T) ta cần tổ hợp Bảng dới thể tổ hợp trạng thái đầu vào đầu ra: DCB 0 T 0 1 CBT 1 1 CBDC 0 0 CBVC 0 0 DC 1 Sau tổ hợp ta đợc phơng trình logic cho trạng thái đóng cửa(DC) là: ( DC = CBDC * CBT * CBVC * DCB * T + DCB * T + DCB * T ) ⇒ DC = CBDC * CBT * CBVC * ( DCB * T + T ) ⇒ DC = CBDC * CBT * CBVC * ( DCB + T ) *víi trêng hỵp tỉ hỵp cho mở cửa biến tổ hợp đầu vào tơng tự với trờng hợp đóng cửa nhiên thêm biến yêu cầu tầng: - biến đầu vào trêng hỵp më cưa bao gåm - Më cìng bøc(MCB) - Thời gian phép mở cửa(T) - Cảm biến tầng(cảm biến cho phép dừng xác tầng)(CBT) - Cảm biến hành trình mở hết cửa(CBMC) - Yêu cầu tầng(YCT) - Cảm biến vật cản(CBVC) - biến ta thấy biến cảm biến tầng = ,cảm biến mở hết cửa cảm biến mở hết cửa =1 không cần mở cửa,và cảm biến vật cản = cửa đợc mở cảm biến vật cản cửa đóng lại biến thay đổi ta tổ hợp trạng thái đầu vào cho đầu mở cửa.Dới bảng trạng thái tổ hợp: MCB 0 1 T 0 1 Svth: Do·n Hoµng Mai YCT 0 0 CBT 1 1 43 CBMC 0 0 CBVC 1 1 MC 1 1 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 0 1 1 1 1 -tæ hợp ta đợc phơng trình trạng thái mở cửa nh sau: 1 1 1 MC = CBT * CBMC * CBVC * ( ( MCB + T + YCT ) ) Bài toán điều khiển đèn quạt buồng thang Bài toán xử lý cố xảy thang IV PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật toán mạch số Bộ điều khiển logic khả trình ý tởng nhóm kỹ s hÃng General Motors vào năm 1968 họ đà đề tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển công nghiệp: ã Dễ lập trình dễ thay đổi chơng trình điều khiển, sử dụng thích hợp nhà máy ã Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì sửa chữa ã Tin cậy môi trờng sản xuất nhà máy công nghiệp ã Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thớc nhỏ gọn mạch role chức tơng đơng ã Giá thành có khả cạnh tranh cao Đặc trng kỹ thuật PLC việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin Các ghép nối logic cần thiết trình điều khiển đợc xử lý phần mềm ngời sử dụng lập nên cài đặt vào Chính đặc tính mà ngời sử dụng giải nhiều toán tự động hóa khác điều khiển hầu nh biến đổi việc nạp chơng trình khác Nh vậy, với chơng trình điều khiển mình, PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh (với PLC khác với máy tính) Toàn chơng trình ®iỊu khiĨn ®ỵc lu nhí bé nhí cđa PLC dới Svth: DoÃn Hoàng Mai 44 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com dạng khối chơng trình (khối OB, FC FB) đợc thực lặp theo chu kỳ vòng quét (scan) Để thực chơng trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức nh máy tính nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lu chơng trình điều khiển, liệu phải có cổng vào để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh Bên cạnh để phục vụ toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác nh đếm (Counter), thời gian (Timer) khối hàm chuyên dụng Sự tăng ứng dụng PLC công nghiệp đà thúc đẩy nhà sản xuất giới hoàn chỉnh họ PLC với mức độ khác khả năng, tốc độ xử lý hiệu xuất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, với 20 ngõ vào/ra dung lợng nhớ chơng trình 500 bớc đến module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả chức chuyên dùng: ã Xử lý tín hiệu liên tục (Module Analog) ã Điều khiển động Servo, động bớc ã Truyền thông Cùng với phát triển kỹ thuật vi mạch, kỹ thuật PLC đà có bớc tiến vợt bậc Có thể nói kỹ thuật PLC tự động hóa ngành công nghiệp 2.2 sơ đồ tổng quát PLC Hầu hết họ PLC hÃng sản xuất giới cã c¸c module chÝnh nh sau: - Bé xư lý trung tâm CPU: nÃo PLC, xử lý chơng trình điều khiển - Bộ vào/ra (Input/Output Module): nhận tÝn hiƯu vµo vµ gưi tÝn hiƯu - Bé nhớ (Memory Module): dùng để chứa chơng trình điều khiển liệu Svth: DoÃn Hoàng Mai 45 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.2 : Nguyên lý chung vỊ cÊu tróc cđa mét bé ®iỊu khiĨn logic khả trình PLC Thông thờng để tăng tính mềm dẻo ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu nh chủng loại tín hiệu vào/ khác mà điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá cấu hình Chúng đợc chia nhỏ thành module Số module đợc sử dụng nhiều hay tuỳ theo toán, song tèi thiĨu bao giê cịng ph¶i cã mét module module CPU Các module lại module nhận/truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển, module chức chuyên dụng nh PID, điều khiển động Chúng đợc gọi chung module mở rộng Tất module đợc gá ray (Rack) 2.2.1 Module CPU Module CPU loại module có chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, thời gian, đếm , cổng truyền thông (RS485) có vài cổng vào/ra số Các cổng vào/ra số có module CPU đợc gọi lµ cỉng vµo onboard Trong hä PLC S7-300 cã nhiều loại module CPU khác Nói chung chúng đợc đặt tên theo vi xử lý có nh module CPU312, CPU314, CPU315… Svth: Do·n Hoµng Mai 46 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.3: Module CPU314 2.2.2 Module më réng C¸c module më rộng đợc chia thành loại chính: 1) PS (Power supply): Module nguồn nuôi Có loại 2A, 5A 10A 2) SM (Signal module): Module më réng cæng tÝn hiƯu vµo/ra, bao gåm: a) DI (Digital input): Module më rộng cổng vào số Số cổng vào số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module b) DO (Digital output): Module më réng c¸c cỉng sè Sè c¸c cỉng số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module c) DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng cổng vào/ra số Số cỉng vµo/ra sè më réng cã thĨ lµ vµo/ ra, 16 vào/16 tuỳ thuộc vào loại module d) AI (Analog input): Module më réng c¸c cỉng vào tơng tự Về chất chúng chuyển đổi tơng tự số 12 bits (AD), tức tín hiệu tơng tự đợc chuyển thành tín hiệu số (nguyên) có độ dài12 bits Số cổng vào tơng tự 2, tuú tõng lo¹i module e) AO (Analog output): Module mở rộng cổng tơng tự Về chất chúng chuyển đổi số tơng tự Svth: DoÃn Hoàng Mai 47 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com (DA) Số cổng vào tơng tự 2, tuỳ loại module f) AI/AO (Analog input/Analog out):Module më réng c¸c cỉng vào/ra tơng tự Số cổng vào/ra tơng tự đầu vào/ ra, vào/4 tuú tõng lo¹i module 3) IM (Interface module): Module ghép nối Đay loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối nhóm module mở rộng lại với thành khối đợc quản lý chung module CPU Thông thờng module mở rộng đợc gá liền với đỡ gọi rack Trên rack gá đợc nhiỊu nhÊt module më réng (kh«ng kĨ module CPU, module ngn nu«i PS) Mét module CPU S7-300 cã thĨ làm việc trực tiếp đợc với nhiều racks rack phải đợc nối với module IM 4) FM (Function module): Module có chức ®iỊu khiĨn riªng, vÝ dơ nh module ®iỊu khiĨn ®éng bớc, module điều khiển động servo, module PID, module điều khiển vòng kín 5) CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông mạng PLC với m¸y tÝnh 2.3 CÊu tróc bé nhí cđa CPU Bé nhớ S7-300 đợc chia làm miền chính: 1) Vùng chứa chơng trình ứng dụng Vùng nhớ chơng trình đợc chia thành miền: ã OB (Organisation block): Miền chứa chơng trình tổ chức ã FC (Function): Miền chứa chơng trình đợc tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu với chơng trình đà gọi ã FB (Function block): Miền chứa chơng trình con, đợc tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chơng trình khác Các liệu phải đợc xây dựng thành khối liệu riêng (gọi DB-Data block) Svth: DoÃn Hoàng Mai 48 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2) Vùng chứa tham số hệ điều hành chơng trình ứng dụng, đợc phân chia thành miền khác nhau, bao gồm: ã I (Process image input): Miền đệm liệu cổng vào số Trớc bắt đầu thực chơng trình, PLC đọc giá trị logic tất cổng đầu vào cất giữ chúng vùng nhớ I Thông thờng chơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic cổng vào số mà lấy liệu cổng vào từ ®Ưm I • Q (Process image output): MiỊn bé ®Ưm liệu cổng số Kết thúc giai đoạn thực chơng trình, PLC chuyển giá trị logic đệm Q tới cổng số Thông thờng chơng trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng mà chuyển chúng vào đệm Q ã M: Miền biến cờ Chơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ để lu giữ tham số cần thiết truy nhập theo địa bit(M), byte(MB), từ (MW) hay từ kép (MD) • T: MiỊn nhí phơc vơ bé thêi gian (Timer) bao gồm việc lu giữ giá trị thời gian đặt trớc(PV-Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời(CV-Current value) nh giá trị logic đầu thời gian ã C: Miền nhớ phục vụ đếm (Counter) bao gồm việc lu giữ giá trị đặt trớc(PV-Preset value), giá trị đếm tức thời(CV-Current value) giá trị logic đầu đếm ã PI: Miền địa cổng vào module tơng tự (I/O External input) Các giá trị tơng tự cổng vào module tơng tự đợc module đọc chuyển tự động theo địa Chơng trình ứng dụng truy nhËp miỊn nhí PI theo tõng byte (PIB), tõng tõ (PIW) hc theo tõng tõ kÐp (PID) Svth: Do·n Hoàng Mai 49 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com ã PQ: Miền địa cổng cho module twong tự (I/O External output) Các giá trị theo địa đợc module tơng tự chuyển tới cổng tơng tự Chơng trình ứng dơng cã thĨ truy nhËp miỊn nhí PQ theo tõng byte (PQB), tõng tõ (PQW) hc tõng tõ kÐp (DBD) 3) Vùng chứa khối liệu, đợc chia thành loại: ã DB(Data block): Miền chứa liệu đợc tổ chức thành khối Kích thớc nh số lợng khối ngời sử dụng quy định, phù hợp với toán điều khiển Chơng trình truy nhËp miỊn nµy theo tõng bit (DXB), byte (DBB), từ (DBW) theo từ kép (DBD) ã L (Local data block): Miền liệu địa phơng,đợc khối chơng trình OB, FC, FB tổ chức sử dụng cho biến nháp tức thời trao đổi liệu biến hình thức với khối chơng trình ®· gäi nã Néi dung cđa mét sè d÷ liƯu miền nhớ bị xoá kết thúc chơng trình tơng ứng OB, FC, FB Miền đợc truy nhập từ chơng trình theo bit (L), byte(LB), từ (LW) từ kép(LD) 2.4 Vòng quét chơng trình PLC thực chơng trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp đợc gọi vòng quét (scan) Mỗi vòng quét đợc bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, giai đoạn thực chơng trình Trong vòng quét, chơng trình đợc thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1 (Block end) Sau giai đoạn thực chơng trình giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo Q tới cổng số Vòng quét đợc kết thúc giai đoạn truyền thông nội kiểm lỗi Thời gian cần thiết để PLC thực đợc vòng quét gọi thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức vòng quét đợc thực khoảng thời gian nh Có vòng quét đợc thực lau, có vòng quét đợc thực nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh chơng trình đợc thực hiện, vào khối liệu đợc truyền thông vòng quét Svth: DoÃn Hoàng Mai 50 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Nh việc đọc liệu từ đối tợng để xử lý, tính toán việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tợng có khoảng thời gian trễ thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét định tính thời gian thực chơng trình điều khiển PLC Thời gian vòng quét ngắn, tính thời gian thực chơng trình cao 2.4 Kỹ thuật lập trình Chơng trình cho S7-300 đợc lu nhớ PLC vùng dành riêng cho chơng trình đợc lập với hai dạng cấu trúc khác nhau: ã Lập trình tuyến tính (linear programming): Toàn chơng trình điều khiển nằm khối nhớ Loại hình cấu trúc tuyến tính phù hợp với toán tự động nhỏ, không phức tạp Khối đợc chọn phải khối OB1, khối mà PLC quét thực lệnh thờng xuyên, từ lệnh đến lệnh cuối quay lại lệnh Khối nàyđợc hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách mà phụ thuộc vào độ dài chơng trình Các loại khối chơng trình khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét Các khối OB khác không tham gia vào vòng quét mà đợc gọi tín hiệu báo ngắt S7-300 có nhiều loại tín hiệu báo ngắt nh tín hiệu báo ngắt có cố nguồn nuôi, tín hiệu báo ngắt có cố chập mạch module mở rộng, tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian loại tín hiệu báo ngắt nh có khả gọi loại khối OB định Mỗi xuất tín hiệu báo ngắt hệ thống tạm dừng công việc thực lại, chẳng hạn nh tạm dừng việc thực chơng trình xử lý ngắt khối OB tơng ứng ã Lập trình có cấu trúc (structure programming): kỹ thuật cài đặt thuật toán điều khiển cách chia nhỏ thành khối chơng trình FC hay FB với khối thực nhiệm vụ cụ thể toán điều khiển chung toàn khối chơng trình lại đợc quản lý mét c¸ch thèng nhÊt bëi khèi OB1 Trong OB1 có lệnh gọi khối chơng trình theo thứ tự phù hợp với toán điều khiển đặt Hoàn toàn tơng tự, nhiệm vụ điều khiển đợc chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ cụ thể nữa, khối chơng trình đợc gọi từ khối chơng trình khác Duy có điều cấm kỵ ta Svth: DoÃn Hoàng Mai 51 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com cần phải tránh không khối chơng trình lại gọi đến Ngoài ra, có hạn chế ngăn xếp module CPU nên không đợc tổ chức chơng trình gọi lồng số lần mà module CPU đợc sử dụng cho phép PLC S7-300 có bốn loại khối bản: * Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức quản lý chơng trình điều khiển Có nhiều loại khối OB với chức khác nhau, chúng đợc phân biệt với số nguyên sau nhóm ký tự OB, vÝ dơ nh OB1, OB35, OB40… * Lo¹i khèi FC(Program block): Khối chơng trình với chức riêng giống nh chơng trình hàm (chơng trình có biến hình thức) Một chơng trình ứng dụng có nhiều khối FC khối FC đợc phân biệt với số nguyên sau nhóm ký tự FC Chẳng hạn nh FC1, FC2 * Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả trao đổi lợng liệu lớn với khối chơng trình khác Các liệu phải đợc tổ chức thành khối liệu riêng có tên gọi Data block Một chơng trình ứng dụng có nhiều khối FB khối FB đợc phân biệt với số nguyên sau nhóm ký tự FB Chẳng h¹n nh FB1, FB2 … *Lo¹i khèi DB (Data block): Khối chứa liệu cần thiết để thực chơng trình Các tham số khối ngời dùng tự đặt Một chơng trình ứng dụng có nhiều khối DB khối DB đợc phân biƯt víi b»ng mét sè nguyªn sau nhãm ký tự DB Chẳng hạn nh DB1, DB2 Chơng trình khối đợc liên kết với lệnh gọi khối, chuyển khối Xem phần chơng trình khối nh chơng trình S7-300 cho phép gọi chơng trình lồng nhau, tức từ chơng trình gọi chơng trình khác từ chơng trình đợc gọi lại gọi tới chơng trình thứ Số lệnh gọi lồng phụ thuộc vào chủng loại module CPU mà ta sử dụng Ví dụ nh ®èi víi module CPU314 th× sè lƯnh gäi lång nhiỊu nhÊt cã thĨ cho phÐp lµ NÕu sè lần gọi khối lồng mà vợt số giíi h¹n cho phÐp, PLC sÏ tù chun sang chÕ độ STOP đặt cờ báo lỗi Svth: DoÃn Hoàng Mai 52 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com H×nh 1.5: LËp tr×nh cã cÊu tróc H×nh 1.6: Thùc hiÖn gäi khèi FC10 Nh vËy, thùc hiÖn lệnh gọi khối con, hệ điều hành sẽ: ã Chuyển khối đợc gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory ã Cấp phát cho khối phần nhớ Work memory để làm local block Cấu trúc local block đợc quy định soạn thảo khối ã Truyền tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT local block ã Sau khèi thùc hiƯn xong nhiƯm vơ vµ ghi kết dới dạng tham trị đầu cho biến OUT, IN-OUT local block, hệ điều hành chuyển tham trị cho khối mẹ giải phãng khèi cïng local block khái vïng Work memory Svth: DoÃn Hoàng Mai 53 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2.5 Ngôn ngữ lập trình Các loại PLC nói chung thờng có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ đối tợng sử dụng khác PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình Đó là: ã Ngôn ngữ liệt kê lệnh, ký hiệu STL (Statement list) Đây dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng máy tính Một chơng trình đợc ghép nhiều câu lệnh theo thuật toán định, lệnh chiếm hàng có cấu trúc chung tên lệnh + toán hạng ã Ngôn ngữ hình thang, ký hiệu LAD (Ladder logic) Đây dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic ã Ngôn ngữ hình khối, ký hiệu FBD (Function block diagram) Đây kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số Một chơng trình viết LAD FBD chuyển sang đợc dạng STL, nhng ngợc lại kh«ng Trong STL cã nhiỊu lƯnh kh«ng cã LAD hay FBD Step7 phần mềm hỗ trợ: - Khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400 - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 nh thủ tục truyền thông chúng - Soạn thảo cài đặt chơng trình điều khiển cho nhiều trạm - Quan sát việc thực chơng trình điều khiển trạm PLC gỡ rối chơng trình Ngoài Step7 có th viện đầy đủ với hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online mạnh có khả trả lời câu hỏi ngời sử dơng vỊ c¸ch sư dơng Step7, vỊ có ph¸p lƯnh lập trình, xây dựng cấu hình cứng mét tr¹m cịng nh cđa mét m¹ng gåm nhiỊu tr¹m PLC Svth: DoÃn Hoàng Mai 54 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com V chơng IV: xây dựng mô hình mô thang máy I Xác định vấn đề mô II Xây dựng kết cấu cho mô hình mô III Xây dựng kế hoạch mô kiểm nghiệm thực tế thực tế có đầy đủ thiết bị nên ta xây dựng toán mô với đầy đủ chức thang máy.Nhng mô mô hình em với điều kiện hiên có phòng thí nghiệm thị trờng.Mô hình thùc tÕ cđa em cã thĨ kh«ng thĨ m« pháng đợc hết tính thang.Một số thiết bị không giống thiết bị thật, cảm biến đợc thay tơng đơng Với hệ thống lý thuyết đà đợc nghiên cứu chơng trớc, đà thiết lập đợc hệ thống thang máy lý thuyết nhng có điểm tất đợc mô tả lý thuyết cha đợc đa vào kiểm nghiệm Để tăng thêm tính sát thực đồ án tăng thêm tính thuyết phục Xuất phát từ điểm đó, em vào xây dựng mô hình thang máy chở ngời tầng đơn giản đợc đơn giản hoá bớt chức so với tính xây dựng Mặc dù không mô tả đợc hết tính thang máy nhng phần mô tả đợc tính điều khiẻn buồng thang Với mô hình vận dụng phơng pháp tổng hợp hệ điều khiển logic Cấu trúc chi tiết mô hình đợc mô tả: Svth: DoÃn Hoàng Mai 55 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com + Bên buồng thang có nút điều khiển ( tạm gọi nút yêu cầu đến tầng - DT: DT1, DT2, DT3, DT4) đèn tơng ứng minh hoạ cho trạng thái yêu cầu nút ấn + Bên buồng thang có nút ấn đèn tơng ứng mô tả trạng thái yêu cầu nút ấn : - Tầng có nút ấn để yêu cầu lên tầng ( 1GTL), có đèn trạng thái (DENL1) minh hoạ cho yêu cầu nút ấn : nút 1GTL đợc nhấn DENL1 sáng, đến buồng thang dừng tầng DENL1 sáng nhấp nháy, sau khoảng thời gian thiết lập tắt - Tầng có nút ấn gọi tầng (2GTL, 2GTX) đèn trạng thái - Tầng có nút ấn gọi tầng (3GTL, 3GTX) đèn trạng thái - Tầng có nút ấn gọi tầng (4GTX) đèn trạng thái + Cơ cấu truyền động để nâng, hạ buồng thang dùng động điện chiều hộp giảm tốc, buồng thang đợc kéo cáp gắn puly trục hộp giảm tốc qua dòng dọc gắn cấu + Một cấu để ®ãng më cưa tÇng bng thang ®Õn tÇng cÇn phục vụ ( dùng động chiều có đảo chiều) + Để điều khiển cấp điện cho động : động truyền động nâng - hạ buồng thang, động để truyền động đóng - mở cửa tầng, dùng rơle ®Ĩ ®iỊu khiĨn cho ®éng c¬ øng víi chiều chuyển động(nâng-hạ, đóng-mở) + Tơng ứng tầng có gắn công tắc tầng (cảm biến tầng) để xác định vị trí buồng thang + Nguồn điện sử dụng cho mô hình : - Dùng nguồn 5V DC 12V DC cấp cho động truyền ®éng (I