Lập trình điều khiển thang máy 5 tầng sử dụng PLC S7 - 1200

lập trình điều khiển thang máy 5 tầng sử dụng PLC S7-1200

LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, thời buổi cơng nghiệp hóa – đại hóa, để trở thành quốc gia phát triển việc đẩy mạnh phát triển công nghiệp yếu tố quan trọng Với nhu cầu đời sống sinh hoạt, sản xuất,… người ngày cao việc áp dụng tự động hóa vào đời sống coi lựa chọn phù hợp xã hội đại ngày Bên cạnh đó, nhiều lĩnh vực khác tranh đua để chạy theo thời đại, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người như: cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ sản xuất,… Chính vậy, thị trường xuất nhiều thiết bị đại phục vụ cho việc tự động hóa, “PLC” thiết bị điều khiển khả trình, đáp ứng nhu cầu nói Với q trình thị hố diễn nước ta năm gần đây, việc xây dựng tồ nhà chung cư cao cấp, cao ốc văn phịng thang máy trở thành phương tiện di chuyên thiết yếu Vì vậy, vấn đề đặt thiết kế hệ thống thang máy có khả chở người hàng hoá để phục vụ sống cần thiết Thang máy sống đại ngày yêu cầu cao vận hành tin cậy, nhanh chóng an tồn Với phát triển khoa học ơng nghệ nay, việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa q trình hoạt động, nhằm mục tiêu tăng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm vấn đề cấp thiết có tình thời cao Xuất phát từ tầm quan trọng thang máy ứng dụng PLC sống, đề tài “Lập trình điều khiển giám sát hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng sử dụng PLC S7-1200” giúp hiểu thêm lập trình, giám sát PLC S7 – 1200 cách mơ q trình vận hành thang máy sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC MỤC LỤC Mục lục i Mục lục hình iv Mục lục bảng vii Danh mục chữ viết tắt viii 1.1 Tổng quan hệ thống thang máy 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển thang máy 1.1.2 Giới thiệu thang máy [3] 1.1.3 Phân loại thang máy 1.1.3.1 Phân loại theo công dụng 1.1.3.2 Phân loại theo tốc độ chuyển động 1.1.3.3 Thang máy loại theo tải trọng 1.2 Giới thiệu thiết bị điều khiển tự động (PLC) 1.3 Tổng quan hệ thống giám sát điều khiển SCADA/HMI [2] 1.4 Nội dung đề tài 2.1 Giới thiệu hệ thống thang máy cho tòa tầng 2.1.1 Cấu tạo thang máy 2.1.2 Những yêu cầu thang máy [3] 2.1.2.1 Yêu cầu dừng buồng xác 10 2.1.2.2 Yêu cầu an toàn thang máy điện đứt cáp 11 2.1.2.3 Yêu cầu vận tốc, gia tốc (chạy êm) 12 2.1.2.4 Yêu cầu độ ồn thang máy .13 2.2 Hệ thống điều khiển thang máy 14 2.3 Cảm biến dùng thang máy 15 2.3.1 Công dụng cảm biến dùng thang máy 15 2.3.2 Các loại cảm biến thường dùng 15 2.3.2.1 Cảm biến cửa cabin .15 2.3.2.2 Cảm biến dừng tầng 16 2.3.2.3 Cảm biến trọng lượng thang máy 18 2.4 Giới thiệu biến tần 18 2.5 Hệ thống phân tầng thang máy 23 2.5.1 Khái niệm hệ thống phân tầng 23 i 2.5.2 Hoạt động hệ thống phân tầng 23 2.5.3 Cấu tạo hệ thống phân tầng 24 2.5.4 Ưu điểm hệ thống phân tầng 25 2.6 Giới thiều PLC S7 – 1200 26 2.6.1 Khái niệm PLC 26 2.6.2 Sơ lược PLC S7 – 1200 26 2.6.3 Cấu tạo PLC S7 – 1200 [4] 27 2.6.3.1 Cấu tạo bên PLC S7 – 1200 27 2.6.3.2 Cấu tạo bên thông số PLC S7 – 1200 29 2.6.3.3 Các module mở rộng 31 2.6.3.4 Đấu nối PLC S7 – 1200 .36 2.6.4 Các kiểu liệu 39 2.6.5 Các loại ngơn ngữ lập trình [1] 40 2.6.5.1 Ngôn ngữ LAD (ladder logic) .40 2.6.5.2 Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram) 41 2.6.5.3 Ngôn ngữ SCL (Structure Control Language) 42 2.6.6 Các tập lệnh PLC S7 – 1200 [1] 43 2.6.6.1 Các tiếp điểm ladder (LAD) 43 2.6.6.2 Cuộn dây ngõ (LAD) .44 2.6.6.3 Các lệnh Set (đặt) Reset (đặt lại) 45 2.6.6.4 Lệnh so sánh 45 2.6.6.5 Các định (Timer) .46 2.6.6.6 Các đếm Counter 50 2.6.6.7 Lệnh di chuyển Move 53 2.6.6.8 Lệnh NORM_X SCALE_X 54 2.7 Giới thiệu hệ thống giám sát điều khiển HMI/SCADA với TIA Portal 56 2.7.1 Giới thiệu phần mềm TIA Portal [2] 56 2.7.2 Giới thiệu SMATIC WinCC [2] 57 2.7.3 Khởi tạo Project 58 63 3.1 Mơ hình hoạt động thang máy 63 3.2 Lưu đồ thuật toán hệ thống thang máy 65 3.2.1 Lưu đồ điều khiển 65 3.2.2 Lưu đồ điều khiển mở cửa thang 66 3.2.3 Lưu đồ điều khiển đóng cửa thang 68 3.2.4 Lưu đồ có phím gọi tầng xuống 70 ii 3.2.5 Lưu đồ có phím gọi tầng lên 74 3.2.6 Lưu đồ chọn tầng 79 83 4.1 Màn hình 83 4.2 Màn hình điều khiển 84 4.3 Các trường hợp vận hành hệ thống 87 4.3.1 Vận hành trường hợp 87 4.3.2 Vận hành trường hợp 89 4.3.3 Vận hành trường hợp 91 4.3.4 Mô cố 93 98 5.1 Kết luận 98 5.2 Kiến nghị 98 Tài liệu tham khảo 99 Phụ lục 100 iii MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Thiết bị nâng kỷ XIII Hình 1.2 Thang máy sử dụng động cở thủy lực vào năm 1852 Hình 1.3 Thang máy thực tế .3 Hình 1.4 Các loại PLC .5 Hình 2.1 Cấu tạo chi tiết thang máy Hình 2.2 Các đường cong biểu diễn phụ thuộc quãng đường S, tốc độ v, gia tốc a độ giật  theo thời gian 13 Hình 2.4 Cảm biến cửa photocell dạng 16 Hình 2.5 Hình ảnh cảm biến quang học (cảm biến móng ngựa) .17 Hình 2.6 Cảm biến khí 17 Hình 2.7 Cảm biến tải thang máy 18 Hình 2.8 Hình ảnh thực tế biến tần Mitsubishi FR-A740-22KW 19 Hình 2.9 Sơ đồ đấu nối biến tần .20 Hình 2.10 Hệ thống phân tầng sử dụng thẻ từ 23 Hình 2.11 Đầu đọc thẻ từ vân tay dùng cho hệ thống phân tầng 24 Hình 2.12 Bộ điều khiển hệ thống phân tầng 25 Hình 2.13 PLC S7 – 1200 thực tế 27 Hình 2.14 Một khối PLC 28 Hình 2.15 Cấu tạo bên ngồi PLC S7 – 1200 30 Hình 2.16 Các module mở rộng PLC S7 - 1200 .32 Hình 2.17 Module tín hiệu truyền thông 33 Hình 2.18 Tín hiệu (SB) 33 Hình 2.19 Module tín hiệu SM 35 Hình 2.20 Nguồn cấp 220 VAC .36 Hình 2.21 Nguồn cấp 24 VDC 37 Hình 2.22 Cách đấu nối ngỏ vào PLC S7 – 1200 37 Hình 2.23 Cách đấu nối ngõ Relay 38 Hình 2.24 Cách đấu nối ngõ 24 VDC 39 Hình 2.25 Ngơn ngữ LAD .41 Hình 2.26 Ngơn ngữ FBD 42 Hình 2.27 Ngơn ngữ SCL 43 Hình 2.28 Các tiếp điểm bit logic ngơn ngữ lập trình LAD 43 Hình 2.29 Các cuộn dây ngõ 44 iv Hình 2.30 Lệnh Set (S) Reset (RS) .45 Hình 2.31 Lệnh so sánh 46 Hình 2.32 Các định S7 – 1200 47 Hình 2.33 Các biểu đồ định .50 Hình 2.34 Counter Up 51 Hình 2.35 Biểu đồ trạng thái ngõ vào ngõ đếm CTU 51 Hình 2.36 Counter Down 52 Hình 2.37 Biểu đồ trạng thái ngõ vào ngõ đếm CTD 52 Hình 2.38 Counter Up Down 53 Hình 2.39 Biểu đồ trạng thái ngõ vào ngõ đếm CTUD .53 Hình 2.40 Các lệnh di chuyển di chuyển khối 53 Hình 2.41 Lệnh NORM_X SCALE_X .55 Hình 2.42 Biểu đồ giá trị NORM_X 56 Hình 2.43 Biểu đồ giá trị SCALE_X .56 Hình 2.44 Tổng quan phần mềm TIA Portal .57 Hình 2.45 Giao diện hình phần mềm TIA Portal .58 Hình 2.46 Giao diện chọn HMI PLC 59 Hình 2.47 Giao diện chọn WinCC 60 Hình 2.48 Màn hình card 61 Hình 2.49 Màn hình kết nối WinCC với PLC 61 Hình 2.50 Giao diện hình lập trình PLC 62 Hình 2.51 Giao diện hình thiết kế WinCC .62 Hình 3.1 Thang máy tầng mô WinCC .64 Hình 3.2 Lưu đồ hệ thống điều khiển 65 Hình 3.3 Lưu đồ điều khiển mở cửa 67 Hình 3.4 Lưu đồ điều khiển đóng cửa thang máy 69 Hình 3.5 Lưu đồ điều khiển có phím gọi xuống 73 Hình 3.6 Lưu đồ điều khiển có phím gọi lên 77 Hình 3.7 Lưu đồ điều khiển phím chọn tầng 82 Hình 4.1 Màn hình 83 Hình 4.2 Màn hình đăng nhập 84 Hình 4.3 Màn hình điều khiển 85 Hình 4.4 Một số thị khác 85 Hình 4.5 Bảng gọi tầng 85 Hình 4.6 Bảng chọn tầng 85 Hình 4.7 Hệ thống phân tầng 86 Hình 4.8 Mô trọng lượng thang 86 v Hình 4.9 Bảng điều khiển hệ thống 86 Hình 4.10 Động chạy thuận, nghịch 87 Hình 4.11 Thang bắt đầu di chuyển xuống tầng 87 Hình 4.12 Thang dừng tầng .88 Hình 4.13 Thang dừng tầng .88 Hình 4.14 Thang bắt đầu di chuyển lên tầng 89 Hình 4.15 Thang dừng tầng .90 Hình 4.16 Thang dừng tầng .90 Hình 4.17 Thang di chuyển xuống 91 Hình 4.18 Thang dừng tầng .92 Hình 4.19 Thang dừng tầng .92 Hình 4.20 Thang tầng tầng 93 Hình 4.21 Thang dừng tầng .94 Hình 4.22 Thang khơng đóng cửa phát tín hiệu cảnh báo 95 Hình 4.23 Thang khơng đóng cửa 96 vi MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Độ dừng cabin gia tốc tối đa cho phép 10 Bảng 2.2 Các trị số tối ưu gia tốc 12 Bảng 2.3 Độ ồn cho phép cabin 13 Bảng 2.4 Thông số biến tần .21 Bảng 2.5 Các đặc điểm họ S7 - 1200 30 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật module mở rộng PLC 34 Bảng 2.7 Các kiểu liệu PLC S7 - 1200 .39 Bảng 2.8 Kiểu liệu tiếp điểm Ladder .44 Bảng 2.9 Kiểu liệu vùng nhớ cuộn dây ngõ 45 Bảng 2.10 Kiểu liệu vùng nhớ Set Reset 45 Bảng 2.11 Các kiểu so sánh .46 Bảng 2.12 Kiểu liệu vùng nhớ thông số lệnh so sánh .46 Bảng 2.13 Thơng tin định 47 Bảng 2.14 Tác động thay đổi giá trị thông số PT IN 48 Bảng 2.15 Các giá trị Timer .48 Bảng 2.16 Kiểu liệu đếm 50 Bảng 2.17 Kiểu liệu, vùng nhớ thông số lệnh MOVE 54 Bảng 2.18 Kiểu liệu thông số lệnh MOVE_BLK UMOVE_BLK 54 Bảng 2.19 Kiểu liệu, vùng nhớ thông số lệnh NORM_X SCALE_X 55 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh PLC Programmable logic Bộ điều khiển logic controller lập trình Supervisory Control And Hệ thống điều khiển giám Data Acquisition sát thu thập liệu SCADA Tiếng Việt HMI Human Machine Interface Thiết bị dùng để giao tiếp người vận hành (thiết kế) với thiết bị máy TIA Portal Totally Integrated Automation Portal Hệ thống tự động hóa tích hợp toàn diện WinCC Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy Windows viii Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC Hình 4.3 Màn hình điều khiển Một số hiển thị khác: ngày tại, nút quay hình chính, nút khỏi WinCC (Hình 4.4) Hình 4.4 Một số thị khác Bảng gọi tầng giúp người vận hành gọi tầng lên xuống Được thể Hình 4.5 Hình 4.5 Bảng gọi tầng Bảng chọn tầng (Hình 4.6) từ đến tương ứng với tầng tòa nhà, giúp người vận hành chọn tầng mong muốn Hình 4.6 Bảng chọn tầng Hệ thống phân tầng thang máy (Hình 4.7), dùng để khơng cho người lạ đến tầng khơng có phận sự, hạn chế kẹt thang,… Hệ thống phân tầng gồm cấp: - Cấp 1: Có thể tầng – - Cấp 2: Có thể tầng – 85 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC - Cấp 3: Có thể tầng – Hình 4.7 Hệ thống phân tầng Thanh mơ trọng lượng thang (Hình 4.8) để tạo cố tải, kéo lên kéo xuống để thay đổi trọng lượng thang Hình 4.8 Mơ trọng lượng thang Hệ thống nguồn (Hình 4.9) Nhấn ON để cấp nguồn cho hệ thống, nhấn OFF để tắt nguồn Hình 4.9 Bảng điều khiển hệ thống Mơ động (Hình 4.10) hiển thị thang chạy thuận (chiều xuống) hay chạy nghịch (chiều lên) Khi động chạy chiều đ n chiều sáng 86 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC Hình 4.10 Động chạy thuận, nghịch 4.3 Các trường hợp vận hành hệ thống 4.3.1 Vận hành trường hợp Khi thang tầng bắt đầu di chuyển xuống tầng 1, lúc tầng có phím gọi tầng lên: Hình 4.11 Thang bắt đầu di chuyển xuống tầng Thang bắt đầu di chuyển từ tầng xuống tới tầng Thang không dừng tầng tầng gọi tầng lên thang có chiều xuống (Hình 4.11) 87 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tịa nhà tầng WinCC Hình 4.12 Thang dừng tầng Thang di chuyển xuống tầng dừng lại mở cửa, sau 5s thang đóng cửa di chuyển lên (Hình 4.12) Hình 4.13 Thang dừng tầng Thang tiếp tục di chuyển lên tới tầng dừng lại mở cửa (Hình 4.13) 88 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC  Thang chạy với lập trình nhu cầu thực tế Thang tầng di chuyển xuống tầng 1, có phím gọi tầng lên tầng Lúc này, thang tiếp tục di chuyển lên tới tầng dừng lại mở cửa Sau thang tầng đóng cửa, thang di chuyển lên dừng lại mở cửa tầng Vì tầng gọi lên ngược chiều di chuyển thang nên thang di chuyển hết qua trình xuống, sau di chuyển lên tầng 4.3.2 Vận hành trường hợp Thang tầng bắt đầu di chuyển lên tầng 5, lúc tầng có phím gọi lên: Hình 4.14 Thang bắt đầu di chuyển lên tầng Thang tầng bắt đầu di chuyển lên tầng (cần có PHÂN TẦNG CẤP 1) (Hình 4.14) 89 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tịa nhà tầng WinCC Hình 4.15 Thang dừng tầng Thang di chuyển lên tầng dừng mở cửa, sau 5s thang đóng cửa tiếp tục di chuyển lên (Hình 4.15) Hình 4.16 Thang dừng tầng Thang tiếp tục di chuyển lên tầng dừng lại mở cửa (Hình 4.16) 90 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC  Thang chạy với lập trình nhu cầu thực tế Thang tầng di chuyển lên tầng 5, có phím gọi tầng lên tầng Lúc này, thang tiếp tục di chuyển lên tới tầng dừng lại mở cửa Sau thang tầng đóng cửa thang tiếp tục di chuyển lên dừng lại mở cửa tầng Vì tầng gọi lên chiều di chuyển thang nên thang ưu tiên dừng vị trí gọi tầng 4.3.3 Vận hành trường hợp Thang tầng bắt đầu di chuyển xuống tầng 1, lúc có phím gọi tầng xuống tầng tầng 3: Hình 4.17 Thang di chuyển xuống Thang di chuyển xuống tầng có phím gọi tầng xuống tầng tầng 91 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tịa nhà tầng WinCC Hình 4.18 Thang dừng tầng Thang dừng lại tầng mở cửa, thang tầng có phím gọi xuống thang chiều di chuyển xuống, sau 5s thang đóng cửa di chuyển xuống Hình 4.19 Thang dừng tầng Thang tiếp tục di chuyển xuống, dừng lại tầng mở cửa, thang tầng có phím gọi xuống chiều di chuyển xuống 92 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC  Thang chạy với lập trình nhu cầu thực tế Thang tầng di chuyển xuống tầng 1, có phím gọi tầng xuống tầng tầng Lúc này, thang tiếp tục di chuyển tới tầng trước mở cửa, sau thang tầng đóng cửa thang tiếp tục di chuyển xuống dừng lại, mở cửa tầng Vì tầng tầng gọi xuống chiều di chuyển thang nên thang ưu tiên dừng vị trí gọi tầng lớn 4.3.4 Mô cố Hoạt động trường hợp dừng khẩn cấp (EMERGENCY): thang di chuyển có phím dừng khẩn cấp (EMERGENCY) Hình 4.20 Thang tầng tầng Thang di chuyển lên tầng tầng tầng có nhấn phím EMERGENCY (Hình 4.20) 93 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tịa nhà tầng WinCC Hình 4.21 Thang dừng tầng Thang tiếp tục di chuyển lên, dừng lại tầng mở cửa (Hình 4.21)  Thang chạy với lập trình trước Vì thang di chuyển lên mà có phím dừng khẩn cấp (AMERGENCY) thang tiếp tục di chuyển chiều đến tầng gần dừng lại 94 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC Hoạt động trường hợp cố tải: mô tăng trọng lượng thang vượt mức cho phép Hình 4.22 Thang khơng đóng cửa phát tín hiệu cảnh báo Thang khơng đóng cửa phát tín hiệu cảnh báo thể hình 4.22  Số kg thang vượt mức cho phép cửa khơng đóng phát tín hiệu cảnh báo hình WinCC 95 Chương Giám sát điều khiển hệ thống thang máy cho tòa nhà tầng WinCC Hoạt động trường hợp cố vật cản cửa: cửa thang chuẩn bị đóng có vật cản Hình 4.23 Thang khơng đóng cửa Thang khơng đóng cửa có vật cản cửa (Hình 4.23), hết có vật cản thang bật lại đếm định thời  Thang hoạt động với lập trình trước, có vật cản cửa mà cửa đóng lại nguy hiểm Cho nên, cửa hồn tồn khơng có vật cản đóng cửa 96 Chương Kết luận kiến nghị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau 15 tuần thực nghiên cứu luận văn với đề tài “Lập trình điều khiển giám sát hệ thống thang máy cho tịa nhà tầng sử dụng PLC S7-1200” hồn thành đạt số kết mong muốn sau: Kiến thức thiết bị thang máy, lập trình PLC S7 - 1200 điều khiển hệ thống thang máy mô hệ thống thang máy WinCC sử dụng số chức phần mềm TIA Portal Kết mô WinCC đạt được: xây dựng hình giám sát điều khiển, trường hợp vận hành thang máy, mô cố, mô hệ thống phân tầng,… Hệ thống thang máy tầng vận hành với trường hợp đặt ra, cố, hệ thống phân tầng,… theo chương trình PLC S7 - 1200 lập trình đáp ứng yêu cầu thực tế 5.2 Kiến nghị Trong đề tài này, kết dừng lại việc kiểm chứng phần mềm mô PLC S7 – 1200 Vì vậy, đề tài cần xây dựng mơ hình thực tế để kiểm chứng kết mơ so với thực tế 98 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Hiếu (2019), Tự động hóa PLC S7 - 1200 với TIA Portal, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Trần Văn Hiếu (2019), Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Danh Sơn (2003), Thang Máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [4] Hồng Đình Khơi (2015), Giới thiệu PLC S7 – 1200, Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội [5] TCVN 6396 : 2008 (2008), THANG MÁY ĐIỆN - YÊU CẦU AN TOÀN VỀ CẤU TẠO VÀ LẮP ĐẶT, Hà Nội [6] Phương Thảo (2016), “Thang máy - bạn chưa biết”, địa chỉ: https://baotintuc.vn/ho-so/thang-may-co-the-ban-chuabiet20160805215911273.htm 99 Tài liệu tham khảo 134 ... lược PLC S7 – 1200 Năm 2009, Siemens cho đời dòng sản phẩm PLC S7 - 1200 thị trường ưa chuộng có nhiều ưu điểm trội so với PLC S7 - 200 trước PLC S7 – 1200 dịng PLC SIEMENS (Hình 2.13) PLC S7 - 1200. .. Giới thiều PLC S7 – 1200 26 2.6.1 Khái niệm PLC 26 2.6.2 Sơ lược PLC S7 – 1200 26 2.6.3 Cấu tạo PLC S7 – 1200 [4] 27 2.6.3.1 Cấu tạo bên PLC S7 – 1200 ... vào PLC S7 – 1200: Đối với đấu nối ngõ vào PLC S7 - 1200 cách đấu nối tương tự loại PLC khác Sơ đồ đấu nối ngõ vào PLC S7 - 1200 thể Hình 2.22 Hình 2.22 Cách đấu nối ngỏ vào PLC S7 – 1200 Chân 1M