Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con người.Là một sinh viên nghành Kỹ thuật Điều Khiển Tự Động Hóa mỗi sinh viên chúng em đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa.Trong suốt quá trình học tập của mình thì em đã nhận được rất nhiều các bài học bổ ích từ quý thầy cô trong Viện Kỹ Thuật Công Nghệ. Học được rất nhiều đức tính tốt từ bạn bè, thầy cô.Với sự hướng dẫn tận tình, được tạo mọi điều kiện tốt nhất của giáo viên hướng dẫn và các thầy trong nghành Kỹ Thuật ĐK TĐH thì em đã hoàn thành xong đồ án: Ứng dụng PLC S7 300 và WinCC để điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG PLC S7 - 300 VÀ WINCC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THANG MÁY TẦNG Người hướng dẫn: Người phản biện: Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: Lớp: ThS Hoàng Võ Tùng Lâm PGS.TS Nguyễn Hoa Lư Nguyễn Văn Hà 145D5202160033 55K2 - KTĐK&TĐH Nghệ An - 2/2019 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ .8 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 13 1.1.Khái niệm chung thang máy 13 1.2.Lịch sử phát triển thang máy 13 1.3 Phân loại thang máy 14 1.4.Các yêu cầu thang máy 18 1.4.1.Yêu cầu an toàn điều khiển thang máy 18 Hình 1.1 Phanh bảo hiểm kiểu kìm 19 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc hạn chế tốc độ 20 1.4.2 Dừng buồng thang xác 21 Bảng 1.1 Đưa tham số hệ truyền động với độ không xác dừng σ 23 Hình 1.3 Dừng xác buồng thang 23 1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ, gia tốc độ giật hệ truyền động thang máy 23 Bảng 1.2 Tham số gia tốc tối ưu cho hệ thống thang máy 24 Hình 1.4 Các đường cong biểu diễn phụ thuộc quãng đường s, .25 tốc độ v, gia tốc a độ dật ρ theo thời gian 25 1.5.Kết cấu chung thang máy 25 1.5.1.Giếng thang .25 1.5.2.Cabin 26 1.5.3.Các thiết bị khác 26 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC .29 2.1 Giới thiệu PLC (Programmable Logic Controller) 29 2.1.1 Các thành phần PLC 30 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống 30 Hình 2.2 Giao diện vào PLC 31 2.1.2 Ưu nhược điểm PLC 31 2.1.3 Ứng dụng hệ thống sử dụng PLC 33 2.2 Giới thiệu điều khiển lập trình loại Simatic S7-300 .33 2.2.1 Cấu trúc phần cứng 33 Hình 2.3 Cách ghép nối module rack 34 Hình 2.4 Cách ghép nối rack hệ PLC S7-300 34 Hình 2.5 Địa mặc định modul hệ PLC S7-300 34 2.3 Kiểu liệu phân chia nhớ 36 2.3.1 Kiểu liệu 36 2.3.2 Phân chia nhớ 36 2.4 Vịng qt chương trình PLC S7-300 37 2.5 Cấu trúc chương trình PLC S7- 300 .38 2.5.1 Lập trình tuyến tính 38 Hình 2.6 Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính 38 2.5.2 Lập trình có cấu trúc 38 Hình 2.7 Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc .40 2.6 Các khối OB đặc biệt 40 2.7 Ngơn ngữ lập trình PLC 41 Hình 2.8 Các ngơn ngữ lập trình .41 2.7.1 Ngơn ngữ lập trình LAD 41 2.7.2 Các lệnh dạng LAD PLC S7-300 42 2.8 Tổng quan phần mềm WinCC Explorer 48 2.8.1 Các khái niệm thường dùng WinCC Explorer 49 Hình 2.9 Giao diện WinCC Explorer 49 Hình 2.10 Giao diện Tag Managerment 51 Hình 2.12 Cửa sổ Alarm Logging .51 2.8.2 Hàm WinCC Explorer 52 2.8.3 Truyền thông WinCC Explorer .54 Hình 2.13 Mơ hình truyền thơng wincc máy tính 54 Hình 2.14 Mơ hình truyền thơng qua mạng MPI 56 Hình 2.15 Mơ hình truyền thơng qua mạng Profibuss DP 57 Hình 2.16 Mơ hình truyền thơng qua Profibus FMS 58 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 59 3.1 Thiết kế mơ hình thang máy tầng .59 3.1.1 Khái quát mơ hình .59 3.1.2 Các thiết bị dùng thang máy 59 Hình 3.1 Động DC có giảm tốc 63 Hình 3.2 Rơ le trung gian chân MY2N-GS 24VDC .64 Hình 3.3 Nút nhấn chân 64 3.2 Thống kê đầu vào hệ thống thang máy tầng 65 Bảng 3.1: Đầu vào đối tượng chương trình Step .65 Bảng 3.2: Đầu đối tượng chương trình Step7 65 Hình 3.4 Mơ hình thang máy tầng 68 Hình 3.5 Cabin thang máy 69 Hình 3.6 Cảm biến khí gas 69 3.3 Giám sát thang máy WinCC .70 KẾT LUẬN .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ .8 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 13 1.1.Khái niệm chung thang máy 13 1.2.Lịch sử phát triển thang máy 13 1.3 Phân loại thang máy 14 1.4.Các yêu cầu thang máy 18 1.4.1.Yêu cầu an toàn điều khiển thang máy 18 Hình 1.1 Phanh bảo hiểm kiểu kìm 19 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc hạn chế tốc độ 20 1.4.2 Dừng buồng thang xác 21 Bảng 1.1 Đưa tham số hệ truyền động với độ khơng xác dừng σ 23 Hình 1.3 Dừng xác buồng thang 23 1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ, gia tốc độ giật hệ truyền động thang máy 23 Bảng 1.2 Tham số gia tốc tối ưu cho hệ thống thang máy 24 Hình 1.4 Các đường cong biểu diễn phụ thuộc quãng đường s, .25 tốc độ v, gia tốc a độ dật ρ theo thời gian 25 1.5.Kết cấu chung thang máy 25 1.5.1.Giếng thang .25 1.5.2.Cabin 26 1.5.3.Các thiết bị khác 26 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC .29 2.1 Giới thiệu PLC (Programmable Logic Controller) 29 2.1.1 Các thành phần PLC 30 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống 30 Hình 2.2 Giao diện vào PLC 31 2.1.2 Ưu nhược điểm PLC 31 2.1.3 Ứng dụng hệ thống sử dụng PLC 33 2.2 Giới thiệu điều khiển lập trình loại Simatic S7-300 .33 2.2.1 Cấu trúc phần cứng 33 Hình 2.3 Cách ghép nối module rack 34 Hình 2.4 Cách ghép nối rack hệ PLC S7-300 34 Hình 2.5 Địa mặc định modul hệ PLC S7-300 34 2.3 Kiểu liệu phân chia nhớ 36 2.3.1 Kiểu liệu 36 2.3.2 Phân chia nhớ 36 2.4 Vịng qt chương trình PLC S7-300 37 2.5 Cấu trúc chương trình PLC S7- 300 .38 2.5.1 Lập trình tuyến tính 38 Hình 2.6 Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính 38 2.5.2 Lập trình có cấu trúc 38 Hình 2.7 Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc .40 2.6 Các khối OB đặc biệt 40 2.7 Ngơn ngữ lập trình PLC 41 Hình 2.8 Các ngơn ngữ lập trình .41 2.7.1 Ngôn ngữ lập trình LAD 41 2.7.2 Các lệnh dạng LAD PLC S7-300 42 2.8 Tổng quan phần mềm WinCC Explorer 48 2.8.1 Các khái niệm thường dùng WinCC Explorer 49 Hình 2.9 Giao diện WinCC Explorer 49 Hình 2.10 Giao diện Tag Managerment 51 Hình 2.12 Cửa sổ Alarm Logging .51 2.8.2 Hàm WinCC Explorer 52 2.8.3 Truyền thông WinCC Explorer .54 Hình 2.13 Mơ hình truyền thơng wincc máy tính 54 Hình 2.14 Mơ hình truyền thơng qua mạng MPI 56 Hình 2.15 Mơ hình truyền thơng qua mạng Profibuss DP 57 Hình 2.16 Mơ hình truyền thông qua Profibus FMS 58 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 59 3.1 Thiết kế mơ hình thang máy tầng .59 3.1.1 Khái qt mơ hình .59 3.1.2 Các thiết bị dùng thang máy 59 Hình 3.1 Động DC có giảm tốc 63 Hình 3.2 Rơ le trung gian chân MY2N-GS 24VDC .64 Hình 3.3 Nút nhấn chân 64 3.2 Thống kê đầu vào hệ thống thang máy tầng 65 Bảng 3.1: Đầu vào đối tượng chương trình Step .65 Bảng 3.2: Đầu đối tượng chương trình Step7 65 Hình 3.4 Mơ hình thang máy tầng 68 Hình 3.5 Cabin thang máy 69 Hình 3.6 Cảm biến khí gas 69 3.3 Giám sát thang máy WinCC .70 KẾT LUẬN .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ .8 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 13 1.1.Khái niệm chung thang máy 13 1.2.Lịch sử phát triển thang máy 13 1.3 Phân loại thang máy 14 1.4.Các yêu cầu thang máy 18 1.4.1.Yêu cầu an toàn điều khiển thang máy 18 Hình 1.1 Phanh bảo hiểm kiểu kìm 19 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc hạn chế tốc độ 20 1.4.2 Dừng buồng thang xác 21 Bảng 1.1 Đưa tham số hệ truyền động với độ khơng xác dừng σ 23 Hình 1.3 Dừng xác buồng thang 23 1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ, gia tốc độ giật hệ truyền động thang máy 23 Bảng 1.2 Tham số gia tốc tối ưu cho hệ thống thang máy 24 Hình 1.4 Các đường cong biểu diễn phụ thuộc quãng đường s, .25 tốc độ v, gia tốc a độ dật ρ theo thời gian 25 1.5.Kết cấu chung thang máy 25 1.5.1.Giếng thang .25 1.5.2.Cabin 26 1.5.3.Các thiết bị khác 26 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC .29 2.1 Giới thiệu PLC (Programmable Logic Controller) 29 2.1.1 Các thành phần PLC 30 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống 30 Hình 2.2 Giao diện vào PLC 31 2.1.2 Ưu nhược điểm PLC 31 2.1.3 Ứng dụng hệ thống sử dụng PLC 33 2.2 Giới thiệu điều khiển lập trình loại Simatic S7-300 .33 2.2.1 Cấu trúc phần cứng 33 Hình 2.3 Cách ghép nối module rack 34 Hình 2.4 Cách ghép nối rack hệ PLC S7-300 34 Hình 2.5 Địa mặc định modul hệ PLC S7-300 34 2.3 Kiểu liệu phân chia nhớ 36 2.3.1 Kiểu liệu 36 2.3.2 Phân chia nhớ 36 2.4 Vòng quét chương trình PLC S7-300 37 2.5 Cấu trúc chương trình PLC S7- 300 .38 2.5.1 Lập trình tuyến tính 38 Hình 2.6 Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính 38 2.5.2 Lập trình có cấu trúc 38 Hình 2.7 Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc .40 2.6 Các khối OB đặc biệt 40 2.7 Ngơn ngữ lập trình PLC 41 Hình 2.8 Các ngơn ngữ lập trình .41 2.7.1 Ngơn ngữ lập trình LAD 41 2.7.2 Các lệnh dạng LAD PLC S7-300 42 2.8 Tổng quan phần mềm WinCC Explorer 48 2.8.1 Các khái niệm thường dùng WinCC Explorer 49 Hình 2.9 Giao diện WinCC Explorer 49 Hình 2.10 Giao diện Tag Managerment 51 Hình 2.12 Cửa sổ Alarm Logging .51 2.8.2 Hàm WinCC Explorer 52 2.8.3 Truyền thông WinCC Explorer .54 Hình 2.13 Mơ hình truyền thơng wincc máy tính 54 Hình 2.14 Mơ hình truyền thơng qua mạng MPI 56 Hình 2.15 Mơ hình truyền thơng qua mạng Profibuss DP 57 Hình 2.16 Mơ hình truyền thơng qua Profibus FMS 58 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 59 3.1 Thiết kế mơ hình thang máy tầng .59 3.1.1 Khái qt mơ hình .59 3.1.2 Các thiết bị dùng thang máy 59 Hình 3.1 Động DC có giảm tốc 63 Hình 3.2 Rơ le trung gian chân MY2N-GS 24VDC .64 Hình 3.3 Nút nhấn chân 64 3.2 Thống kê đầu vào hệ thống thang máy tầng 65 Bảng 3.1: Đầu vào đối tượng chương trình Step .65 Bảng 3.2: Đầu đối tượng chương trình Step7 65 Hình 3.4 Mơ hình thang máy tầng 68 Hình 3.5 Cabin thang máy 69 Hình 3.6 Cảm biến khí gas 69 3.3 Giám sát thang máy WinCC .70 KẾT LUẬN .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 10 * Nhóm hàm WinCC: - OnErrorExecute: Dùng để đọc lỗi chạy thời gian thực * Nhóm hàm Windows: - ProgramExecute: Dùng để gọi trình ứng dụng khác chạy thời gian thực Tham số gọi hàm chương trình ứng dụng chạy Windows có phần mở rộng *.exe * Nhóm hàm cho Alarm Dùng để quản lý việc hiển thị thông báo, định vị lối, nguyên nhân gây lỗi * Nhóm hàm cho Split Screen maneger: Dùng để quản lý việc chia hình giám sát * Nhóm hàm cho Tag Logging Dùng để tạo chức hiển thị bảng lưu trữ biến trình, hiển thị dạng đồ thị biến q trình b) Nhóm hàm (Internal function) * Nhóm hàm đọc giá trị tag - GetTagBit: Đọc nội dung tag có dạng liệu Binary - GetTagByte: Đọc nội dung tag có dạng liệu 1Byte - GetTagWord: Đọc nội dung tag có dạng liệu từ - GetTagchar: Đọc nội dung tag có dạng liệu kí tự - GetTagDouble: Đọc nội dung tag có dạng liệu số double - GetTagFloat: Đọc nội dung tag có dạng liệu số thực * Nhóm hàm gán giá trị cho tag - SetTagBit: Đặt giá trị G l cho Tag có dạng Binary - SetTagbyte: Đặt giá trị cho tag dạng Byte - SetTagWord: Đặt giá trị cho tag có dạng liệu l từ - SetTagchar: Đặt giá trị cho tag có dạng liệu ký tự - SetTagDouble: Đặt giá trị cho tag có dạng liệu số double - SetTagFloat: Đặt giá trị cho tag có dạng liệu số thực * Nhóm hàm cho Graphics - Nhóm hàm gán giá trị cho thuộc tính đối tượng đồ hoạ - Nhóm hàm đọc giá trị thuộc tính đối tượng đồ hoạ 53 c) Dynamic Wizard Ngoài hàm mà WinCC Explorer hỗ trợ, trình soạn thảo Graphics designer cịn có cửa sổ Dynamic Wizard hỗ trợ chức đặc biệt đặt cấu hình cho dự án thoát khỏi WinCC Explorer, thoát chế độ runtime, in hình runtime (hard copy), gọi trình ứng dụng khác Các hàm chức cửa sổ gán cho đối tượng đồ hoạ cách đánh dấu đối tượng sau nháy đúp chuột vào hàm liệt kê cửa sổ Sau xuất hộp thoại cho ta chọn tham số ấn nút finish để kết thúc, lúc đối tượng gán hàm mà ta không cần phải gọi hàm biên dịch gán hàm cho đối tượng 2.8.3 Truyền thông WinCC Explorer Truyền thông thuật ngữ dùng để mô tả truyền liệu hai đối tác truyền thơng Dữ liệu truyền phục vụ nhiều mục đích khác Trong trường hợp PC PLC liệu sử dụng để: - Điều khiển đối tác truyền thông - Hiển thị trạng thái đối tác truyền thông - Báo cáo trạng thái bất thường đối tác truyền thông - Lưu trữ Trong công nghiệp, tuỳ theo yêu cầu mạng khác có sẵn cho việc phục vụ truyền thông công nghiệp, loại mạng sau liệt kê theo thứ tự tăng dần quy mô phạm vi sử dụng tuỳ thuộc tốn truyền thơng: - MPI - PROFIBUS - Industrial Ethernet Hình 2.13 Mơ hình truyền thơng wincc máy tính 54 Mạng MPI: MPI (giao diện đa điểm) thích hợp cho mạng kích thước nhỏ Nó sử dụng phối hợp với SIMATIC S7 Mạng MPI sử dụng giao diện MPI card xử lý trung tâm PLC cho truyền thông Giao diện thiết kế giao diện lập trình nhanh chóng đạt đến giới hạn thực với yêu cầu truyền thơng ngày tăng Một PC truy nhập mạng MPI card MPI cài Những xử lý truyền thông cung cấp truy nhập tới PROFIBUS sử dụng Mạng Profibus: PROFIBUS mạng thiết kế cho mức ô trường, mạng mở PROFIBUS sử dụng để chuyển số lượng liệu từ nhỏ tới vừa số đối tác truyền thông Với giao thức DP, PROFIBUS sử dụng cho truyền thông tới thiết bị trường thông minh Kiểu truyền thông có đặc điểm truyền liệu nhanh, theo chu kỳ Mạng Ethernet Cơng nghiệp: mạng thích hợp cho mức quản lý Nó sử dụng để chuyển số lượng lớn liệu qua khoảng cách dài số lớn trạm Ethernet Công nghiệp mạng mạnh sẵn sàng cho truyền thông công nghiệp Nó định hình mở rộng dễ dàng mà không cần công sức lớn a) Truyền thông mạng MPI * Bộ xử lý truyền thông Để thực kết nối truyền thông với mạng MPI, trạm WinCC phải có xử lý truyền thơng thích hợp Bộ xử lý truyền thơng xử lý để kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE: Trình điều khiển truyền thơng SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cung cấp việc truyền thông tới PLC SIMATIC S7-300 S7400 xử dụng kênh truyền thông khác Trong số có sẵn kênh MPI để truyền thơng qua *Đối tác truyền thơng Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép truyền thơng với PLC SIMATIC S7-300 S7-400 Theo hình minh hoạ cho biết đối tác truyền thơng kênh MPI 55 Hình 2.14 Mơ hình truyền thơng qua mạng MPI * Dữ liệu truyền thông Kênh MPI hỗ trợ việc truyền thông thông qua modul Hardnet Softnet Mỗi PC sử dụng modul truyền thông MPI b) Truyền thông mạng PROFIBUS *Bộ xử lý truyền thông Để thực kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS, trạm WinCC phải có xử lý truyền thơng thích hợp phần mềm điều khiển (driver software) phù hợp cài đặt cho giao thức truyền thơng mong muốn Có hai loại xử lý truyền thơng có sẵn cho WinCC Đó Hardnet Softnet Sự khác chủ yếu hai module là, module Hardnet tích hợp vi xử lý nên làm giảm tải CPU máy tính, cịn Sofnet khơng có Hardnet: - Toàn phần mềm giao thức chạy module - Có thể đồng thời hoạt động hai giao thức (multi-protocol operation) - Module mạnh module Sofnet Sofnet: - Toàn phần mềm giao thức chạy CPU máy tính - Chỉ hoạt động giao thức thời điểm (single-protocol operation) - Giá thành module rẻ modul Harnet * Trình điều khiển truyền thơng (Communication Driver) Trong WinCC, có nhiều trình điều khiển truyền thơng có sẵn cho phép truyền thông thông qua mạng PROFIBUS 56 *PROFIBUS DP: Thơng qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP, trạm WinCC truyền thơng với tất PLC thiết bị trường, thiết bị hoạt động DP slave ứng dụng trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP WinCC cho khả làm việc tốt, có khối lượng nhỏ liệu truyền thông tới số lượng lớn thiết bị cấp Có thể cập nhật tag nhanh liệu bị phân tán Đối tác truyền thơng: Thơng qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP, liên kết truyền thông với tất PLC thiết bị trường, thiết bị hoạt động DP slave Theo mơ tả hình cho biết đối tác truyền thơng Hình 2.15 Mơ hình truyền thơng qua mạng Profibuss DP Truyền thơng liệu: Trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP cung cấp riêng cho truyền thông thông qua xử lý truyền thông CP 5412 A2 Trong trạm WinCC xử dụng từ tới module truyền thông Mỗi xử lý truyền thông CP 5412 A2 truyền thơng với 62 DP slave có Repeater, khơng có Repeater kết nối tối đa 32 trạm *PROFIBUS FMS: Thơng qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS FMS, trạm WinCC truyền thông với PLC hỗ trợ giao thức FMS Trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS FMS dược sử dụng để tuyền thông với thiết bị cung cấp nhà sản xuất khác Truyền thơng loại quản lý số lượng lớn liệu 57 Đối tác truyền thông: Thơng qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS FMS, WinCC truyền thơng với PLC hỗ trợ giao thức FMS Theo hình vẽ mơ tả cho biết đối tác truyền thơng Hình 2.16 Mơ hình truyền thơng qua Profibus FMS 58 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 3.1 Thiết kế mơ hình thang máy tầng 3.1.1 Khái qt mơ hình Mơ hình thang máy tầng mô gần giống hệ thống thang máy thực gồm phận sau: - Động kéo thang máy: đặt khu mơ hình thang máy - Động đóng mở cửa cabin: đặt cabin - Cabin treo dây xích xe máy vắt qua hệ thống bánh động DC có giảm tốc, phần cịn lại dây xích nối với đối trọng - Cabin đối trọng trượt ray - Khối thị, nút ấn, đèn báo gắn phía trước mơ hình để tiện quan sát ấn nút gọi lệnh - Khối nguồn, cầu nối, rơle, module, mạch điện tử bố trí khu mơ hình - Nguồn cấp cho động kéo cabin chúng em dùng nguồn ngoài, cụ thể dùng ắc quy 12V-40A để cấp nguồn cho động 3.1.2 Các thiết bị dùng thang máy a) Tính tốn thơng số động dùng thang máy Hệ thống thang máy có thơng số sau đây: - Số tầng: n= - Chiều cao tầng:h0 =3m - Tốc độ chuyển động: v= 1m/s - Gia tốc cực đại: amax= 1.5m / s - Trọng lượng cabin: G0 = 500kg - Trọng lượng tải trọng max: Gdm = 300kg - Tỉ số truyền i= 30 - Hiệu suốt cấu η = 0.75 - Bán kính puli: 0.2m 59 - Hiệu suất cân α = 0.4 Ta có: G = Gdm = 3000 (N) Nên Gdt = G0 +αGdm = 500 + 0.4*300 = 620 (kg) Trong : Gdt khối lượng đối trọng (kg) G0 khối lượng cabin (kg) Gdm khối lượng cực đại (kg) Tính lực nâng, hạ - Giả sử hbt = hdt = 3m (chiều cao buồng thang đối trọng nhau) Gdt = G0 + α Gdm Ta có cơng thức Lực nâng tính theo công thức: Fn = F1 − F2 = G0 + G − Gdt + g (hdt − hbt ) = G − α Gdm = 3000 − 0.4*3000 = 1800( N ) - Lực hạ tính theo cơng thức: Fh = α Gdm − G = 0.4*3000 − 3000 = −1800( N ) Tính momen nâng, hạ - Momen nâng: Mn = Fn R 1800*0.2 = = 16( N m) i.η 30*0.75 - Momen hạ: Mh = Fh R −1800*0.2 η = *0.75 = −9( N m) i 30 Tổng thời gian hành trình nâng, hạ mơ hình thang máy v t t tm th - Thời gian mở máy từ tầng lên tầng 2: v = v0 + atm => tm = v = = 0.67( s) a 1.5 60 - Khi quảng đường mở máy là: S mm = v0 tm + atm2 1.5*0.67 = = 0.34(m) 2 - Giả sử thời gian mở máy thời gian hãm máy nên quảng đường mở máy hãm máy - Khi thời gian cần thiết để từ tầng lên tầng là: h0 − S mm − S hm − 0.34 − 0.34 = = 2.32( s ) v t= - Giả sử thời gian đóng mở cửa thang máy 12s, lúc thời gian làm việc từ tầng lên tầng là: tlv = 2.32 + 0.34 + 0.34 = 3( s) - Mơ hình thang máy có số tầng số lần dừng tầng md = thời gian đóng, mở cửa tầng 12s thời gian chu kỳ lên thang máy là: Tck = 12* + 2.32*3 = 54.96( s) Nên tổng thời gian lên xuống quảng đường là: ∑T ck = 54.96* = 109.92( s ) - Dựa vào số liệu ta tính momen đẳng trị theo cơng thức sau: M dt = M n2 Tckn + M h2 Tckh 162 *54.96 + 92 *54.96 = = 12.98( N m) 109.92 ∑ Tck - Hệ số tiếp điện tính theo công thức: TD%= ∑T lv Tck = 3* 2*3 *100% = 16.38% 109.92 Vì khơng có hệ số tiếp điện tiêu chuẩn nên ta phải quy đổi hệ số tiếp điện tiêu chuẩn 15% Vậy động chọn phải thỏa mãn yêu cầu sau: M dm > Mdt %TDTh 16.38 = 12.98* = 13.56( N m) %TDtc 15 Tính chọn tốn cơng suất động - Công suất nâng: Pn = - Công suất hạ: Ph = (G + G0 ) * (300 + 500)*1 = = 1.07( KW ) 1000η 1000*0.75 (G0 + G ) (300 + 500) * vh *(1 − ) = *1*(1 − ) = −0.27( KW ) 1000 η 1000 0.75 - Công suất đẳng trị: 61 Pdt = Ta có: Pn2 tckn + Ph2 tckh 1.07 *54.96 + 0.27 *54.96 = = 0.61( KW ) = 610(W ) 109.92 ∑ tck Pdm > Pdt %TDth 16.38 = 610* = 637(W ) %TDtc 15 Vậy chọn động có cơng suất định mức lớn 637W phù hợp với yêu cầu toán Trong đề tài em sử dụng động không đồng roto lồng sóc có kiểu type : 3K112S8 với thông số sau: - Công suất định mức: 750W - Điện áp định mức: Udm = 220V - Tốc độ định mức: 735 vòng/phút - Tần số định mức: f = 50(Hz) - Hiệu suất : η = 0.68 - Khối lượng động cơ: 33kg - Hệ số công suất: 0.64 Giới thiệu động chiều gồm thành phần sau: • Cực từ: Tương tác hai từ trường tạo quay động chiều Động chiều có cực tự đứng yên phần ứng (đặt ổ đỡ) quay không gian cực từ Một động chiều đơn giản có cự từ: cực bắc cực nam Các đường sức từ chạy theo khoảng mở từ cực bắc tới cực nam Với động phức tạp lớn hơn, có vài nam châm điện, nam châm cấp điện từ bên ngồi đóng vai trị hình thành cấu trúc từ trường • Phần ứng: Khi dòng điện qua, phần ứng trở thành nam châm điện Phần ứng có dạng hình trụ, nối với trục để kéo tải Với động chiều nhỏ, phần ứng quay từ trường nhỏ cực tạo cực bắc cực nam hốn đổi vị trí tương ứng với góc quay phần ứng Khi hốn đổi hồn tất, dịng điện đảo chiều để xoay chiều cực bắc nam phần ứng • Cổ góp: Bộ phận thường có động chiều Cổ góp có tác dụng để đảo chiều dịng điện phần ứng Cổ góp hỗ trợ truyền điện phần ứng nguồn điện 62 - Hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi, thường kèm với động khuấy, có tác dụng chính: • Giảm tốc: Vì động thường có tốc độ cao, nhu cầu sử dụng thực tế lại thấp, cần tới hộp giảm tốc để điều chỉnh vòng quay đạt tốc độ ý muốn • Tăng tải: Lắp hộp giảm tốc vào động làm tăng momen xoắn từ làm tăng khả tải trọng độ khỏe trục hộp giảm tốc Hình 3.1 Động DC có giảm tốc b) Rơ-le trung gian Rơ le trung gian kiểu nam châm điện có tích hợp them hệ thống tiếp điểm Rơ le trung gian hay gọi rơ le kiếng công tắc chuyển đổi hoạt động điện Gọi cơng tắc rơ le có hai trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào dịng điện chạy qua hay khơng 63 Hình 3.2 Rơ le trung gian chân MY2N-GS 24VDC - Cấu tạo rơ le trung gian: Thiết bị nam châm điện có cấu tạo gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh cuộn dây Cuộn dây bên cuộn cường độ, cuộn điện áp, cuộn cường độ cuộn điện áp Lõi thép động gang lò xo định vị vít điều khiển Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch tiếp điểm thuận - Ngun lý hoạt động:Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều tùy vào thiết kế c) Nút nhấn Nút nhấn nút điều khiển loại khí cụ điện dung để đóng ngắt từ xa thiết bị điện khác nhau, dụng cụ báo hiệu để chuyển đổi mạch điều khiển tín hiệu, liên động, bảo vệ… Nút nhấn dung mạch điện chiều điện áp đến 440V mạch điện xoay chiều điện áp lên tới 500V Nút nhấn loại khí cụ điện kết hợp với số thiết bị khí cụ điện khác cơng tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian… đóng hay ngắt mạch điện từ xa, để khởi động, dừng, đảo chiều quay động điện, chuyển đổi, liên động mạch điều khiển tín hiệu Nút nhấn thường đặt bảng điện điều khiển, tủ điện, hộp nút ấn Nút nhấn thường chế tạo để làm việc mơi trường khơng ẩm ướt, khơng có hóa chất bụi Hình 3.3 Nút nhấn chân Phân loại: - Theo hình dạng bên ngồi nút nhấn phân thành loại hở, loại kín, loại chống nước, chống bụi, chống nổ… 64 - Theo chức có loại nút nhấn đơn, nút nhấn kép, nút nhấn thường hở nút nhấn thường đóng… - Theo yêu cầu điều khiển chia loại nút nhấn, nút nhấn nút nhấn - Theo kết cấu bên có loại nút nhấn có đèn loại nút nhấn không đèn 3.2 Thống kê đầu vào hệ thống thang máy tầng a) Đầu vào Bảng 3.1: Đầu vào đối tượng chương trình Step STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Symbol B_START B_STOP B_GOI_T1 B_TOI_T1 B_GOI _L_T2 B_GOI_X_T2 B_TOI_T2 B_GOI _L_T3 B_GOI_X_T3 B_TOI_T3 B_GOI_T4 B_TOI_T4 HT_T1 HT_T2 HT_T3 HT_T4 HT_MO HT_DONG B_MO B_DONG SS_KHIGA Bit I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 Giải thích Nút nhấn start từ mơ hình Nút nhấn Stop từ mơ hình Nút nhấn gọi tầng tầng Nút nhấn tới tầng từ cabin Nút gọi lên từ tầng Nút gọi xuống từ tầng Nút nhấn tới tầng từ cabin Nút nhấn lên từ tầng Nút nhấn xuống từ tầng Nút nhấn tới tầng từ cabin Nút nhấn gọi tầng tầng Nút nhấn tới tầng từ cabin Công tắc hành trình tầng Cơng tắc hành trình tầng Cơng tắc hành trình tầng Cơng tắc hành trình tầng Cơng tắc hành trình mở cửa Cơng tắc hành trình đóng cửa Nút mở cửa cabin Nút đóng cửa cabin Cảm biến khí gas b) Đầu Bảng 3.2: Đầu đối tượng chương trình Step7 STT 10 Symbol L_START L_STOP DC_LEN DC_XUONG LED_T1 LED_T2 LED_T3 LED_T4 DC_MO DC_DONG Bit Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Giải thích Đèn báo Start từ mơ hình Đèn báo stop từ mơ hình Điều khiển ĐC lên Điều khiển động xuống Xuất tín hiều led tầng Xuất tín hiều led tầng Xuất tín hiều led tầng Xuất tín hiều led tầng Điều khiển mở cửa Điều khiển đóng cửa 65 11 ALAM Q1.2 Cảnh báo khí gas cố c) Sơ đồ kết nối dây cắm từ mơ hình vào mơ hình PLC S7-300 IN OUT B _START I0.0 Q0.0 L_START B_STOP I0.1 Q0.1 L_STOP B_GOI _T1 I0.2 Q0.2 DC_LEN B_TOI_T1 I0.3 Q0.3 DC_XUONG B_GOI_L _T2 I0.4 Q0.4 LED_T1 B_GOI_X_T2 I0.5 Q0.5 LED_T2 B_TOI_T2 I0.6 Q0.6 LED_T3 B_GOI_L_T3 I0.7 Q0.7 LED_T4 B_GOI_X_T3 I1.0 Q1.0 DC_MO B_TOI_T3 I1.1 Q1.1 DC_DONG B_GOI_T4 I1.2 Q1.2 ALAM B_TOI_T4 I1.3 HT_T1 I1.4 HT_T2 I1.5 HT_T3 I1.6 HT_T4 I1.7 HT_MO I2.0 HT_DONG I2.1 B_MO I2.2 B_DONG I2.3 SS_KHIGAS I2.4 PLC S7-300 CPU 313C 66 d) Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Lỗi = Đ Lệnh = 0? S Đ Đọc vị trị buồng thang Đọc lệnh vị trị < lệnh vị trí > lệnh So sánh vị trí tầng Thang Lên Thang xuống vị trí=lệnh Điều khiển cửa Có lệnh Đ Có lệnh S Xóa lệnh Lưu lệnh Lưu lệnh S Đi chiều S Vị trí=lệnh Vị trí=lệnh Đ Vị trí=lệnh chiều Đ Đ Đ Dừng vị trí =lệnh Dừng vị trí =lệnh Dừng vị trí lệnh chiều Đi chiều Đ Vị trí=lệnh chiều Đ Dừng vị trí lệnh chiều Điều khiển cửa Điều khiển cửa Điều khiển cửa Điều khiển cửa Xóa lệnh Xóa lệnh Xóa lệnh chiều Xóa lệnh chiều 67 ... cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (thang máy chở bệnh nhân); - Cánh c? ?a dạng (panen ), hai cánh mở l? ?a hai ph? ?a (thang máy chở thức ăn); - Cánh c? ?a dạng (panen ), hai ba cánh mở l? ?a ph? ?a. .. lớn, cabin rộng, c? ?a cabin có bốn cánh mở l? ?a 17 hai ph? ?a (mỗi bên hai cánh) Loại thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ph? ?a sau cabin; - Cánh c? ?a dạng (panen ), hai ba cánh mở bên, l? ?a ph? ?a. .. hai ba cánh mở bên, l? ?a ph? ?a Loại thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (thang máy chở bệnh nhân); - Cánh c? ?a dạng (panen ), hai cánh mở l? ?a hai ph? ?a (thang máy chở thức ăn);