Điều khiển thang máy sử dụng PLC của SIEMENS

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì lĩnh vực tự động hóa đã không còn xa lạ với mỗi người, mỗi lĩnh vực và nhất là trong công nghiệp. Việc sử dụng các hệ thống điều khiển cho máy móc nhằm thay thế, tiết kiệm sức lao động cho con người và tăng năng suất lao động, tự động hóa đã và đang góp phần giúp phần cho xã hội ngày càng phát triển... Với một sinh viên ngành tự động hóa như em, việc được trang bị những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa và các hệ thống truyền động điện tự động sẽ giúp cho chúng em rất nhiều. Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng ở nước ta kéo theo nhu cầu và sự phát triển của thang máy. Nhận thức được điều đó và được sự đồng ý, giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, em đã lựa chọn đề tài: “Điều khiển thang máy sử dụng PLC của SIEMENS”. Nội dung đồ án gồm các nội dung sau: - Tổng quan về thang máy và PLC. - Lựa chọn và tính toán mạch lực. - Lý thuyết hàng đợi và thuât toán điều khiển thang máy. - Lập trình điều khiển thang máy. - Mô phỏng trên PC và kết quả thu được.

MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 1.1 Giới thiệu chung thang máy 1.1.1 Khái niệm thang máy 1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy [9] 1.1.3 Phân loại thang máy [2], [9] ,[10] 10 1.1.4 Cấu tạo thang máy [1], [2] 11 1.1.5 Nguyên lý làm việc thang máy 13 1.1.6 Các yêu cầu thang máy 14 CHƯƠNG LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC 26 2.1 Các hệ truyền động dùng cho thang máy 26 2.1.1 Hệ truyền động điện xoay chiều [1] 26 2.1.2 Hệ truyền động điện chiều [1] 26 2.1.3 Lựa chọn phương án truyền động cho thang máy 27 2.2 Tính chọn công suất động truyền động thang máy lựa chọn biến tần 27 2.2.1 Tính chọn công suất động [1] 28 2.2.2 Lựa chọn biến tần thang máy 32 CHƯƠNG LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 35 3.1 Tối ưu trình phục vụ thang máy 35 3.1.1 Vấn đề tối ưu hoá điều khiển thang máy 35 3.1.2 Lý thuyết hàng đợi [9] 35 3.2 Lưu đồ thuật toán grafcet điều khiển thang máy 37 3.2.1 Yêu cầu toán 37 3.2.2 Lưu đồ thuật toán grafcet điều khiển thang máy 39 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY BẰNG PLC S7 1200 44 4.1 Xác định đầu vào 44 4.1.1 Các cảm biến xác định tầng dừng 44 4.1.2 Nút bấm 45 4.1.3 Các cấu chấp hành: 45 4.2 Địa I/O PLC S7 1200 46 4.2.1 Đầu vào 46 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH 49 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 55 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT F-Đ Hệ máy phát – động TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam T-Đ Hệ thyristo – động SM Signal Module CM Communication Module SB Signal board PLC Programmable Logic Controller FIFO First - In First – Out LIFO Last - In First – Out I/O Input/Output DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo thang máy [1] 11 Hình 1.2 Vị trí xác định tín hiệu dừng tầng 15 Hình 1.3 Quãng đường dừng thang [1] 16 Hình 1.4 Dừng buồng thang có tốc độ cao [1] 18 Hình 1.5 Các đường cong biểu diễn phụ thuộc tối ưu quãng đường S, tốc độ v, gia tốc a độ giật  thang máy theo thời gian [1] 20 Hình 1.6 PLC S7 1200 CPU 1211C DC/DC/RLY [4] 22 Hình 1.7 Các module tín hiệu PLC S7 1200 [4] 24 Hình 1.8 Module Signal Board [4] 24 Hình 1.9 Module tín hiệu SM [4] 25 Hình 1.10 Module truyền thơng CM [4] 25 Hình 2.1 PLC điều khiển động thang máy biến tần 27 Hình 2.2 Đường cong để xác định số lần dừng (theo xác suất) buồng thang [1] 31 Hình 2.3 Sơ đồ đấu nối biến tần FUJI [7] 32 Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển buồng thang 39 Hình 3.2 Grafcet chương trình điều khiển thang chế độ tự động 40 Hình 3.3 Grafcet chương trình điều khiển thang chế độ CONTROl 41 Hình 3.4 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển cửa cabin 42 Hình 3.5 Grafcet chương trình điều khiển cửa thang 43 Hình 4.1 Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí cabin 44 Hình 4.2 Vị trí lắp cờ hố thang 45 Hình 4.3 CPU 1214C module SM 1221 46 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Độ khơng xác dừng với hệ truyền động điện [1] 18 Bảng 1.2 Gia tốc tối ưu hệ truyền động điện [1] 19 Bảng 1.3 Các thông số model PLC S7 1200 [4] 22 Bảng 2.1 Mối liên hệ tốc độ di chuyển thời gian mở máy, thời gian hãm, thời gian đóng mở cửa [1] 30 Bảng 2.2 Thời gian công suất hành trình theo xác suất phục vụ thang 31 Bảng 2.3 Lựa chọn tốc độ thang máy từ đầu vào X1-X3 [7] 33 Bảng 2.4 Các tham số cài đặt biến tần [7] 34 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, với phát triển khoa học công nghệ lĩnh vực tự động hóa khơng cịn xa lạ với người, lĩnh vực công nghiệp Việc sử dụng hệ thống điều khiển cho máy móc nhằm thay thế, tiết kiệm sức lao động cho người tăng suất lao động, tự động hóa góp phần giúp phần cho xã hội ngày phát triển Với sinh viên ngành tự động hóa em, việc trang bị tư duy, kiến thức tự động hóa hệ thống truyền động điện tự động giúp cho chúng em nhiều Trong năm gần nhiều nhà cao tầng xây dựng nước ta kéo theo nhu cầu phát triển thang máy Nhận thức điều đồng ý, giúp đỡ giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, em lựa chọn đề tài: “Điều khiển thang máy sử dụng PLC SIEMENS” Nội dung đồ án gồm nội dung sau: - Tổng quan thang máy PLC - Lựa chọn tính tốn mạch lực - Lý thuyết hàng đợi thuât toán điều khiển thang máy - Lập trình điều khiển thang máy - Mô PC kết thu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo PGS TS Nguyễn Thị Lan Hương tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án suất thời gian vừa qua Các vấn đề nghiên cứu, trình bày báo cáo khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận xét, góp ý, sửa chữa thầy cô giáo Em xin trân trọng cảm ơn Chương 1: Tổng quan thang máy điều khiển PLC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 1.1 Giới thiệu chung thang máy 1.1.1 Khái niệm thang máy Thang máy thiết bị để tải người, hàng hóa, thực phẩm, giường bệnh từ tầng đến tầng khác Nó dùng cao ốc, siêu thị, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện….Hiện thang máy thiết bị quan trọng, đặc biệt nhà cao tầng giúp người khơng phải dùng sức chân để leo cầu thang tiết kiệm thời gian di chuyển nhiều Ngày nay, có hệ thống điều khiển tốc độ phức tạp, phối hợp đóng ngắt để điều khiển an toàn tốc độ cabin tình Nút nhấn tích hợp vào bàn phím nhỏ gọn Hầu tất thang máy tự động mang tính thương mại [2] Vào thời đại máy tính có mang vi điều khiển có khả hoạt động, xử lý lưu trữ lớn, thang máy lập trình đặc biệt, cực đại hóa suất an toàn tuyệt đối Thang máy trở thành kỹ thuật kiến trúc mỹ thuật Nó tơ điểm trang hồng lộng lẫy cơng trình xây dựng Những thiết kế sang trọng, đại kĩ thuật tiên tiến làm thỏa mãn thăng hoa cảm xúc người [2] 1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy [9] Thang máy chế tạo triều đại vua Louis XV, Versailles năm 1743 vua dùng Thang máy xây ngoài, sân nhà vị quốc vương từ phịng ơng tầng lầu lầu để gặp người yêu bà DE Châteauroux Kỹ thuật dựa đối trọng (contre-poids) nên việc sử dụng tốn sức lực Cuối kỷ 19, giới có vài hãng thang máy đời OTIS, SCHINDLER Chiếc thang máy chế tạo dựa đưa vào sử dụng hãng thang máy OTIS năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy SCHINDLER chế tạo thành công thang máy khác Lúc đầu, tời kéo có tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng tay, tốc độ di chuyển cabin thấp Đầu kỷ XX, có nhiều hãng thang máy khác đời KONE, MITSUBSHI, NIPPON ELEVATOR… chế tạo thành công loại thang máy có tốc độ cao, đại tiện nghi Sang kỉ XX, có nhiều hãng thang máy khác đời Kone Phần Lan: Nippon, Mitsubishi, Hitachi Nhật bản, ThysenKrupp Đức, Sabiem Italia, LG, Huyndai Hàn Quốc… Các thang máy thiết kế thử nghiệm trước nên hoạt động êm dừng tầng xác Cho tới năm 1975 thang máy giới đạt tới tốc độ 400m/ phút, thang máy lớn với tải trọng lên tới 25 chế tạo thành công Thời gian xuất Chương 1: Tổng quan thang máy điều khiển PLC nhiều hãng thang máy đời Các sản phẩm phục vụ ngành thang máy bắt đầu cải tiến, thang cuốn, băng chuyền xuất Vào đầu năm 1970 thang máy chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph, thang máy chở hàng có tải trọng nâng tới 30 đồng thời khoảng thời gian có thang máy thuỷ lực đời Sau khoảng thời gian ngắn với tiến ngành khoa học khác nên tốc độ thang máy tiến đạt tới mức 600 m/ph Vào năm 1980 xuất hệ thống điều khiển động phương pháp biến đổi điện áp tần số VVVF Thành tựu cho phép thang máy hoạt động êm dịu hơn, tiết kiệm khoảng 40% công suất động cơ, đồng thời vào năm xuất loại thang máy dùng động điện cảm ứng tuyến tính Đầu năm 1990, giới chế tạo thang máy có tính kỹ thuật đặc biệt khác 1.1.3 Phân loại thang máy [2], [9] ,[10] a ) Theo công dụng thang máy Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN: 5744-1993, tùy thuộc vào công dụng, thang máy phân loại thành loại sau: • Loại I: Thang máy thiết kế cho việc chuyên chở người, • Loại II: Thang máy thiết kế chủ yếu để chun chở người có tính đến hàng hóa mang kèm theo người • Loại III: Thang máy thiết kế chuyên chở giường (băng ca) dùng bệnh viện • Loại IV: Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở hàng hóa thường có người kèm theo • Loại V: Thang máy điều khiển cabin dùng để chuyên chở hàng, loại thiết kế cabin phải khống chế kích thước để người vào Hiện thông số thang máy chuẩn hóa quy định rõ ràng với loại thang Các thang máy chở người sản xuất có sức nâng 350 KG, 500 KG 1000 KG, cabin có sức chứa tương ứng 5,7,14 người Tốc độ chuyển động cabin thang máy có sức nâng 350 KG 500 KG 0,63 m/s, tốc độ cabin có sức nâng 1000 KG m/s Các thang máy có sức nâng 500 KG chế tạo với tốc độ m/s Tất thang máy thường chế tạo với điều khiển nút ấn với khả gọi cabin đến tầng b ) Theo sức chở (tải) • Thang máy loại nhỏ (Q 2000 kG) c ) Theo tốc độ buồng thang (cabin) • Thang máy chạy chậm (v < 0,5 m/s) • Thang máy tốc độ trung bình (v= 0,5 ÷ 1,0 m/s) ã Thang mỏy chy nhanh (v= 1,0 ữ 2,5 m/s) • Thang máy cao tốc (v > 2,5 m/s) 1.1.4 Cấu tạo thang máy [1], [2] Một hệ thống thang máy hoàn chỉnh bao gồm phận chính: buồng thang, giảm tốc, hệ thống truyền động cáp nâng, đối trọng, cấu kẹp ray, công tắc bù cáp, đệm, phanh hãm điện từ đơng điện,… Hình 1.1 Cấu tạo thang máy [1] 11 Chương 1: Tổng quan thang máy điều khiển PLC a ) Buồng thang Đây phận mang tải thang máy phải chắn Phía hệ thống treo Hai bên buồng thang có lắp ngàm dẫn hướng Phía có lắp phanh an toàn Buồng thang thường lựa chọn dựa kích thước, hình dáng khoảng khơng dành cho thang Việc lựa chọn buồng thang hợp lí mang lại lưu thơng an tồn thuận tiện Thơng thường, vùng đòi hỏi cho hành khách 0,186 m2/ người, dung lượng lớn chuyên chở thang 33,75 Kg/0,093m2, chung cư 450 Kg, cửa hang bn bán 225 Kg, tịa nhà văn phịng 900-1350 Kg b ) Hệ thống treo buồng thang Buồng thang treo nhiều sợi cáp nên cần đảm bảo sợi cáp căng sợi căng bị tải, sợi trùng trượt khỏi rãnh puli Hệ thống treo có trang bị tiếp điểm điện đảm bảo thang hoạt động sợi cáp có độ căng Có hai loại hệ thống treo buồng thang: • Loại kiểu lị xo có lị xo để điều chỉnh lực căng cáp • Loại kiểu tay địn có tay địn nghiêng để điều chỉnh lực căng cáp chùng Nếu cáp chùng q tay địn nghiêng tỳ vào tiếp điểm an toàn để cắt mạch chạy thang c ) Đối trọng Là vật nặng treo đối diện với buồng thang ròng rọc nhằm triệt tiêu bớt phần momen tạo sức nặng tải buồng thang, qua làm giảm momen động Khối lượng đối trọng = Khối lượng buồng thang +Hệ số cân x Khối lượng khách tối đa d ) Ray ngàm dẫn hướng Ray lắp dọc theo giếng thang để dẫn hướng chuyển động cho buồng thang đối trọng Ngàm dẫn hướng lắp buồng thang để khống chế chuyển động ngang buồng thang khơng vượt q giới hạn cho phép Có hai loại ngàm: ngàm trượt thường làm vật liệu dẻo để giảm tiếng ồn, chịu mài mịn, dễ thay thế, khơng cần bôi trơn ngàm lăn dùng cho thang máy cao tốc e ) Phanh Phanh hãm có nhiệm vụ đảm bảo an tồn Phanh có nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im vị trí dừng tầng giữ thang gặp cố điện, đứt cáp Khối tác động hai má phanh kẹp lấy tang phanh Tang phanh gắn đồng trục với trục động Hoạt động đóng mở phanh hoạt động nhịp nhàng với trình làm việc động Phanh hãm cịn trang bị đối trọng đối trọng nằm phía lối Có hai loại phanh bảo: • Phanh tác động tức thời dùng cho thang máy chạy chậm • Phanh dừng êm dùng cho thang cao tốc 12 56 57 • Khối điều khiển cabin 58 59 • Dừng cabin 60 61 62 • Door 63 64 65 66 • Điều khiển 67 68 • Set tín hiệu gọi 69 • Ưu tiên 70 ... trình điều khiển cửa thang 43 Chương 4: Lập trình điều khiển thang máy PLC S7 1200 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY BẰNG PLC S7 1200 4.1 Xác định đầu vào Để viết chương trình điều khiển cho thang. .. grafcet điều khiển thang máy a ) Chương trình điều khiển cabin thang máy Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển buồng thang 39 Chương 3: Lý thuyết hàng đợi thuật tốn điều khiển thang máy. .. toán điều khiển thang máy b ) Chương trình điều khiển cửa cabin thang máy Hình 3.4 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển cửa cabin 42 Chương 3: Lý thuyết hàng đợi thuật tốn điều khiển thang máy