Ứng dụng PLC s7 300 cho điều khiển thang máy nhà cao tầng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PLC S7-300 CHO ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY NHÀ CAO TẦNG Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp Khóa : ThS Nguyễn Thị Phƣợng : Nguyễn Đức Nam : 1451081853 : 59 - CĐT : 2014 - 2018 Hà Nội - năm 2018 LỜI NĨI ĐẦU Cùng với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, cơng nghiệp hóa đại hóa ngày chiếm vị trí quan trọng đời sống xã hội Tự động hóa cao song song với việc sử dụng cách triệt để nguồn lƣợng, tăng suất lao động, nâng cao chất lƣợng sản phẩm, cải tiến môi trƣờng làm việc, cải thiện nhu cầu sống ngƣời Là sinh viên nghành điện tử ngồi ghế nhà trƣờng sinh viên chúng em đƣợc thầy cô trang bị cho tƣ duy, kiến thức tự động hóa hệ thống truyền động điện tự động Trong tập vừa qua em có dịp tiếp xúc tìm hiểu số thiết bị đại đƣợc ứng dụng nghành tự động hóa Do giai đoạn làm đồ án tốt nghiệp, đƣợc đồng ý giúp đỡ cô giáo hƣớng dẫn, em lựa chọn đề tài: “Ứng dụng PLC S7-300 cho điều khiển thang máy nhà cao tầng” Sau tháng liên tục đƣợc hƣớng dẫn tận tình giáo hƣớng dẫn thầy môn, với giúp đỡ bạn bè lớp, đến khóa luận em hoàn thành Qua em muốn gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo môn tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn để em hồn thành thiết kế Đồng thời em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo Nguyễn Thị Phƣợng, ngƣời trực tiếp đề tài hƣớng dẫn em suốt thời gian qua Mặc dù đƣợc đạo sát cô hƣớng dẫn, nỗ lực cố gắng Song kiến thức cịn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chứa có nhiều Nên khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót định Vậy em mong tiếp tục đƣợc bảo thầy cơ, góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Đức Nam NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan thang máy 1.1.1 Khái niệm chung thang máy 1.1.2 Phân loại thang máy 1.1.3 Kết cấu thang máy 1.1.4 Chức số phần tử thang máy 1.1.5 Các hệ truyền động dùng cho thang máy 14 1.1.6 Các yêu cầu thang máy 16 1.2 Tổng quan PLC S7-300 20 1.2.1 Cấu trúc nhớ PLC S7-300 20 1.2.2 Vòng quét PLC S7-300 27 1.2.3 Ngơn ngữ lập trình 28 1.3 Giới thiệu biến tần ứng dụng điều khiển động thang máy 33 1.3.1 Cấu tạo chung nguyên tắc hoạt động 33 1.3.2 Lắp đặt phần điện 34 1.3.3 Các yêu cầu sử dụng lựa chọn biến tần 35 CHƢƠNG XÂY DỰNG MẠCH ĐỘNG LỰC 36 2.1 Yêu cầu toán điều khiển thang máy nhà cao tầng 36 2.1.1 Các yêu cầu hệ thống truyền động điện thang máy 36 2.1.2 Các hệ truyền động cho thang máy 36 2.1.3 Chọn hệ thống truyền động cho thang máy 38 2.1.4 Kiểm tra lựa chọn công suất động 40 2.1.4.1 Tính lực kéo đặt lên puly 41 2.1.4.2 Tính momen động tƣơng ứng với lực kéo 42 2.2 Xây dựng mạch động lực 43 2.2.1 Một số hệ thống tự động khống chế thang máy 44 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 49 3.1 Xây dựng sơ đồ khối mạch điều khiển 49 3.1.1 Sơ đồ khối thang máy tầng 49 3.1.2 Khối cảm biến vị trí 49 3.1.3 Khối bàn phím 49 3.1.4 Khối xử lý trung tâm module mở rộng 49 3.1.5 Khối tín hiệu ngắt 50 3.1.6 Khối hiển thị 50 3.1.7 Khối đóng mở cửa 50 3.1.8 Khối chuông đèn báo 50 3.2 Giới thiệu chung toàn hệ thống 50 CHƢƠNG 4: LẬP CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TRÊN S7-300 52 4.1 Lƣu đồ thuật toán 52 4.2 Chƣơng trình điều khiển 52 4.2.1 Yêu cầu điều khiển buồng thang 52 4.2.2 Yêu cầu điều khiển cửa buồng thang 53 4.2.3 Các tín hiệu đèn báo 53 4.2.4 Mô hoạt động buồng thang 53 4.3 Quy ƣớc đầu vào PLC S7-300 53 4.3.1 Đầu vào 53 4.3.3 i n thời gi n 56 KẾT LUẬN 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Bảng 1.1 Các tham số hệ truyền động với độ xác dừng ∆s 18 Bảng 1.2 Bảng tốc độ, gia tốc với truyền động thang máy 19 Hình 1.1 Thang máy điện có tời đặt phía giếng thang: Hình 1.2 Thang máy điện có tời đặt phía dƣới giếng thang: Hình 1.3: Kết cấu khí thang máy Hình 1.4: Phanh bảo hiểm kiểu kìm Hình 1.5: Nguyên lý làm việc hạn chế tốc độ Hình 1.6: Cảm biến vị trí kiểu khí 10 Hình 1.7: Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng 11 Hình 1.8 Cảm biến quang 12 Hình 1.9 Cảm biến điện dung 12 Hình 1.10 Cảm biến điện cảm 13 Hình 1.11 Phần tử HALL 13 Hình 1.13: Dừng xác buồng thang 17 Hình 1.14: Các đƣờng cong biểu diễn phụ thuộc quãng đƣờng S, tốc độ v, gia tốc a độ dật p theo thời gian 20 Hình 1.15: Cách ghép nối modul rack 21 Hình 1.16: Hình khối mặt trƣớc CPU 314 23 Hình 1.16: Chu trình vịng qt 27 Hình1.17: Ba kiểu lập trình cho S7-300 28 Hình 1.19: Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc 32 Hình1.20: Đầu nối mạch lực 34 Hình 1.21: Đầu nối điều khiển biến tần MM440 34 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(f.d) 36 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống biến đổi tĩnh-động chiều 37 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ biến tần – động không đồng 38 Hình 2.4: Biến tần MM440 39 Hình 2.5: Biến tần MM420 40 Hình 2.6: Mơ hình động học hệ thơng máy 41 Hình 2.7: Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình 47 Hình 3.1: Sơ đồ hệ điều khiển thang máy tầng 49 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng PHẦN 1: TỔNG Q SVTH: Nguyễn Đức Nam N VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨ Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc liên quan đến đề tài khóa luận - Nhiều quốc gia giới quy định t a nhà cao tầng trở lên phải đƣợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngƣời lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian tăng suất lao động Giá thành thang máy trang bị cho cơng trình so với tổng giá thành cơng trình chiếm khoảng đến hợp lý Tình hình nghiên cứu nƣớc liên quan đến tài khóa luận - Ở Việt Nam trƣớc thang máy chủ yếu đƣợc sử dụng ngành cơng nghiệp để chở hàng hóa đƣợc phổ biến Nhƣng giai đoạn với phát triển mạnh m kinh tế quốc dân sở hạ tầng ngày việc sử dụng thang máy lĩnh vực ngày tăng lên Mục tiêu đề tài: Xây dựng đƣợc kết cấu phần cứng chƣơng trình điều khiển thang máy nhà cao tầng Nội dung nghiên cứu: - Đƣa đƣợc cấu trúc thang máy cấu trúc PLC S7-300 - Xây đựng đƣợc mạch động lực mạch điều khiển cho thang máy nhà cao tầng - Chạy chƣơng trình PLC S7-300 Đối tƣợng nghiên cứu: - Thang máy, PLC S7-300 Phạm vi nghiên cứu: - Điều khiển thang máy nhà tầng Phƣơng pháp nghiên cứu: - Phƣơng pháp tổng hợp dựa sở lý thuyết GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam PHẦN 2: NỘI NG HÓ ẬN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan thang máy 1.1.1 Khái niệm chung thang máy Thang máy thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ngƣời, hàng hóa, vật liệu.v.v theo phƣơng thẳng đứng nghiêng góc nhỏ 150 so với phƣơng thẳng đứng theo tuyến định sẵn Thang máy thƣờng đƣợc dùng khách sạn, công sở, chung cƣ, bệnh viện, nhà máy, v.v Nó có ƣu điểm so với phƣơng tiện vận chuyển khác thời gian kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn Ngồi ra, thang máy cịn yếu tố làm tăng đại, tiện nghi cơng trình Những quốc gia giới quy định, nhà cao tầng trở lên phải trang bị thang máy để đảm bảo cho ngƣời lại thuận tiện nhất, tiết kiệm thời gian tăng suất lao động Đối với cơng trình nhƣ bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v Tuy số tầng nhỏ nhƣng yêu cầu phục vụ phải đƣợc trang bị thang máy Thang máy thiết bị vận chuyển đ i hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tài sản tính mạng ngƣời nên phải thoả mãn yêu cầu an tồn đƣợc quy định tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm 1.1.2 Phân loại thang máy Thang máy đƣợc thiết kế chế tạo đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác để phù hợp với mục đích cơng trình Có thể phân loại thang máy theo nguyên tắc đặc điểm sau: 1.1.2.1 Theo công dụng Theo công dụng thang máy đƣợc phân theo thành loại: - Thang máy chuyên chở ngƣời: chuyên vận chuyển hành khách khách sạn, công sở, khu chung cƣ, trƣờng học v.v - Thang máy chun chở ngƣời có tính đến hàng kèm: dùng siêu thị, khu triển lãm v.v - Thang máy chuyên chở bệnh nhân: chuyên dùng bệnh viện khu điều dƣỡng… Đặc điểm kích thƣớc cabin phải đủ lớn để chứa băng cán GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam ầu STT Giải thích Symbol Bit Đèn báo hệ thống làm việc Q_DEN_LV Q 0.0 Động lên Q_UP Q 0.1 Động xuống Q_DOWN Q 0.2 Động cửa tầng mở Q_F1_OPEN Q 0.3 Động cửa tầng đóng Q_F1_CLOSE Q 0.4 Động cửa tầng mở Q_F2_OPEN Q 0.5 Động cửa tầng đóng Q_F2_CLOSE Q 0.6 Động cửa tầng mở Q_F3_OPEN Q 0.7 Động cửa tầng đóng Q_F3_CLOSE Q 1.0 10 Động cửa tầng mở Q_F4_OPEN Q 1.1 11 Động cửa tầng đóng Q_F4_CLOSE Q 1.2 12 Động cửa tầng mở Q_F5_OPEN Q 1.3 13 Động cửa tầng đóng Q_F5_CLOSE Q 1.4 14 Động cửa tầng mở Q_F6_OPEN Q 1.5 15 Động cửa tầng đóng Q_F6_CLOSE Q 1.6 16 Động cửa tầng mở Q_F7_OPEN Q 1.7 17 Động cửa tầng đóng Q_F7_CLOSE Q 2.0 iến th i gian STT Giải thích Symbol Bit Bit báo đóng mở cửa tầng F1_DOOR_BUSY M 5.0 BOOL Bit báo đóng mở cửa tầng F2_DOOR_BUSY M 5.1 BOOL Bit báo đóng mở cửa tầng F3_DOOR_BUSY M 5.2 BOOL Bit báo đóng mở cửa tầng F4_DOOR_BUSY M 5.3 BOOL Bit báo đóng mở cửa tầng F5_DOOR_BUSY M 5.4 BOOL bit giữ gọi tầng F1_UP_HOLD M 5.5 BOOL Bit giữ gọi tầng lên F2_UP_HOLD M 5.6 BOOL Bit giữ gọi tầng xuống F2_DOWN_HOLD M 5.7 BOOL 56 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam Bit giữ gọi tầng lên F3_UP_HOLD M 6.0 BOOL 10 Bit giữ gọi tầng xuống F3_DOWN_HOLD M 6.1 BOOL 11 Bit giữ gọi tầng lên F4_UP_HOLD M 6.2 BOOL 12 Bit giữ gọi tầng xuống F4_DOWN_HOLD M 6.3 BOOL 13 Bit giữ gọi tầng lên F5_UP_HOLD M 6.4 BOOL 14 Bit giữ gọi tầng xuống F5_DOWN_HOLD M 6.5 BOOL 15 Bit giữ gọi tầng lên F6_UP_HOLD M 6.6 BOOL 16 Bit giữ gọi tầng xuống F6_DOWN_HOLD M 6.7 BOOL 17 Bit giữ gọi tầng F7_DOWN_HOLD M 7.0 BOOL 18 Nút test chức BM_TES M 7.1 BOOL 19 Báo buông thang tầng TM_IN_F1 M 7.2 BOOL 20 Báo buông thang tầng TM_IN_F2 M 7.3 BOOL 21 Báo buông thang tầng TM_IN_F3 M 7.4 BOOL 22 Báo buông thang tầng TM_IN_F4 M 7.5 BOOL 23 Báo buông thang tầng TM_IN_F5 M 7.6 BOOL 24 Báo buông thang tầng TM_IN_F6 M 7.7 BOOL 25 Báo buông thang tầng TM_IN_F7 M 8.0 BOOL 26 Bit giữ hệ thống làm việc BIT_GIU M 8.1 BOOL 27 Bit delay thoi gian mo cua DELAY_OPEN M 8.2 BOOL 28 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F1_INSIDE_HOLD M 8.3 BOOL 29 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F2_INSIDE_HOLD M 8.4 BOOL 30 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F3_INSIDE_HOLD M 8.5 BOOL 31 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F4_INSIDE_HOLD M 8.6 BOOL 32 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F5_INSIDE_HOLD M 8.7 BOOL 33 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F6_INSIDE_HOLD M 9.0 BOOL 34 Bit giữ nút gọi tầng thang máy tầng F7_INSIDE_HOLD M 9.1 BOOL 35 Nút mở cửa thang máy BM_OPEN_INSIDE M 9.2 BOOL 36 Nút đóng cửa thang máy BM_CLOSE_INSIDE M 9.3 BOOL 37 Bit báo đóng mở cửa tầng F6_DOOR_BUSY M 9.4 BOOL 38 Bit báo đóng mở cửa tầng F7_DOOR_BUSY M 9.5 BOOL 57 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam 4.3.4 Chương trình điều khiển thang máy tầng Tồn chƣơng trình điều khiển đƣợc viết khối OB1 Khối OB1 khối PLC quét thực thƣờng xuyên từ lệnh đến lệnh cuối quay lại lệnh Điều đảm bảo cho tín hiệu vào, đƣợc ghi nhận xử lý *) Quá trình chạy chương trình -300: B1: Chạy SIMATIC Manager, chọn file -> Open, tìm đƣỡng dẫn đến file chƣơng trình điều khiển thang máy lƣu máy tính B2: Trên SIMATIC Manager, bật PLC SIM -> RUN B3: Trên SIMATIC Manager, kích chọn SIMATIC 300 Station -> kích chọn download -> yes -> yes B4: Gọi chƣơng trình chạy phần mềm 58 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam a) Chương trình từ tầng – 7: 59 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam b) Thang máy vị trí (Delay time mở cửa tầng 1-7): 60 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam 61 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng c) SVTH: Nguyễn Đức Nam t gọi từ tầng – 7: 62 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam d) Bộ đếm ưu tiên gọi tầng: : 63 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng e) SVTH: Nguyễn Đức Nam t pen C ose: 64 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam f) Cửa thang từ – 7: 65 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam g) Đ ng mở cửa bên trong: 66 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam h) hởi động hệ thống: 67 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam 68 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phượng SVTH: Nguyễn Đức Nam KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu khóa luận em hoàn thành “Ứng dụng PLC S7.300 cho điều khiển thang máy nhà cao tầng” Khóa luận bƣớc đầu thiết kế tính tốn đƣợc: - Mạch động lực - Mạch điều khiển - Lập trình phần mềm Về mặt hạn chế khóa luận dùng lại bƣớc thiết kế, tính tốn chƣa áp dụng vào sản phẩm thực tế Để khóa luận đƣa vào thực nghiệm có hiệu cần phải đầu tƣ nhiều mặt thời gian, tỉ mỉ chƣơng nhƣ chọn thiết bị đảm bảo khả làm việc kinh phí 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Ti ng Việt: n cư với lạc nghiệp (2004), tập thể tác giả, Nhà xuất Văn hóa Thơng tin, Hà Nội Chi tiết máy (2006), tài liệu học tập, Đại học Công nghiệp Tp.HCM, lƣu hành nội Máy thiết bị nâng (2004), Trƣơng Quốc Thành - Phạm Quang Dũng, NXB Khoa học kĩ thuật Thang máy cấu tạo - lựa chọn lắp đặt sử dụng ( 2004), Vũ Liêm Chính - Phạm Quang Dũng – Hoa Văn Ngũ, NXB Khoa học kĩ thuật Điện tử công suất lý thuyết - thiết kế - ứng dụng (2004), Lê Văn Doanh - Nguyễn Thế Công - Trần Văn Thịnh, NXB Khoa học kĩ thuật Truyền động điện (2004), Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễn - Nguyễn Thị Hiền, NXB Khoa học kĩ thuật Hướng dẫn sử dụng S7-200, Hà Văn Trí, Cơng ty TNHH TM&DVKT SIS Giáo trình tập lệnh PLC SIEMENS S7-200, Nguyễn Bá Hội, Đại học bách khoa Đã Nẵng Ti ng Anh: Economics Analysis (1995), Bouding K.E, Hamish Hamilton, London The RelativeIneffciency of Quota, The Cheese case, American Economic review, (1985), Andeson, JE, pp 78-90 Địa website: http://www.dantri.com.vn http://www.tailieu.vn http://www.vnuf.edu.vn ... cứng chƣơng trình điều khiển thang máy nhà cao tầng Nội dung nghiên cứu: - Đƣa đƣợc cấu trúc thang máy cấu trúc PLC S7- 300 - Xây đựng đƣợc mạch động lực mạch điều khiển cho thang máy nhà cao tầng. .. Tổng quan PLC S7- 300 1.2.1 Cấu trúc nhớ PLC S -300 a) Cấu tr c chung: S7- 300 PLC cỡ vừa dòng PLC mạnh hãng Simens, S7- 300 phù hợp cho ứng dụng vừa lớn với yêu cầu cao chức đặc biệt S7- 300 gồm CPU... toán điều khiển thang máy nhà cao tầng 36 2.1.1 Các yêu cầu hệ thống truyền động điện thang máy 36 2.1.2 Các hệ truyền động cho thang máy 36 2.1.3 Chọn hệ thống truyền động cho thang