Khi có tín hiệu gọi tầng hoặc đặt tầng cần đến thông qua các nút nhấn trên bảng điều khiển. Bộ xử lý là PLC sẽ xử lý tí hiệu và so sánh tầng cần đến với vị trí của cabin, sau đó tín hiệu điều khiển được gửi tới động cơ kéo để đưa cabin đến tầng cần đến và động cơ cửa sẽ hoạt động thực hiện lệnh đóng/mở cửa.
4.5. Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối của mô hình thang máy có 5 khối chính là:
- Khối nguồn: có chức năng cung cấp điện cho cả hệ thống hoạt động. - Khối động lực: gồm động cơ mở cửa và động cơ kéo cabin.
- Khối trung gian: dùng để đóng cắt dòng điện của động cơ và giúp động cơ quay thuận hoặc quay ngược.
- Khối điều khiển: nhận và xử lý tín hiệu từ khối cảm biến nút nhấn để điều khiển khối động lực theo yêu cầu.
- Khối cảm biến, nút nhấn: cung cấp tín hiệu, lệnh gọi tầng và đến tầng cho khối điều khiển.
Hình 4.6 Sơ đồ khối của mô hình thang máy
4.6. Thiết kế mô hình thang máy 4 tầng
Phần khung chính của mô hình nhóm đã đặt ra một số yêu cầu sau:
- Khung chính cần có độ chắc chắn, cứng vững cần thiết để khi mô hình vận hành cơ hệ không bị rung lắc.
- Các chi tiết phải dễ dàng đặt mua hoặc có sẵn trên thị trường, nếu không có sẵn thì phải dễ dàng chế tạo.
- Các chi tiết phải dễ dàng lắp đặt, tháo dỡ
- Các chi tiết có sẵn thì phải có tính lắp lẫn cũng như gia công chỉnh sửa kích thước theo ý muốn một cách dễ dàng.
Từ những yêu cầu trên nhóm thiết kế và chế tạo đã quyết định sử dụng nhôm định hình để gia công và lắp ráp phần khung mô hình. Ưu điểm của nhôm định hình là: chịu lực tốt, độ thẩm mỹ cao, cách nhiệt và cách âm tốt, trọng lượng nhẹ.
Hình 4.7 Nhôm định hình
Vì mô hình thang máy 4 tầng dự tính của nhóm có kích thước 95x35cm nên nhóm đã lựa chọn nhôm định hình 20x20mm vì kích thuớc nhỏ gọn phù hợp với mô hình nhỏ cũng như tính phổ biến và giá thành của sản phầm. Từ những lựa chọn trên, nhóm đã tiến hành mô hình hóa phần khung chính của mô hình thang máy 4 tầng .
Hình 4.8 Khung chính mô hình thang máy
Thiết kế 3D của mô hình thang máy 4 tầng được thực hiện thông qua phần mềm inventor. Nhóm thiết kế đã tham khảo nhiều mô hình tương tự từ nhóm nghiên cứu đi trước để đưa ra thiết kế phù hợp cho riêng mình. Thiết kế sơ bộ của mô hình:
- Động cơ kéo thang máy đặt ở trên cùng của thang máy.
- Động cơ đóng mở cửa: được đặt bên dưới cabin. Khi cabin thang máy dừng ở mỗi tầng thì động cơ sẽ đẩy cửa ra và kéo vào.
- Cabin được treo bằng sợi xích vắt qua hệ thống ròng rọc và pulley của Motor kéo, phần còn lại của sợi cáp được nối với đối trọng.
Hình 4.9 Mô hình thang máy 3D trên phần mềm inventor
Cơ cấu truyền động có thể coi là phần quan trọng bậc nhất của mô hình. Nó giúp mô hình mở cửa ra vào để đón hành khách. Để giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và độ ổn định nhóm đã đặt in 3D theo yêu cầu của nhóm.
Hình 4.10 Mô hình cabin 3D.
4.7. Thi công mô hình.
Mô hình được thiết kế và thi công trong suốt quá trình làm đồ án, mô hình sau khi hoàn chỉnh đã vận hành thử và hoạt động tốt. Sau đây là một số hình ảnh về mô hình đã được hoàn thành:
Hình 4.11 Phần khung mô hình thang máy
Bên ngoài tủ điều khiển với nút start, nút stop, nút vặn chế độ, nút dừng khẩn cấp, đèn báo chạy mô hình và đèn báo lỗi
Hình 4.12 Bên ngoài tủ điều khiển
Bên trong tủ điều khiển gồm các thiết bị: aptomat, 4 role, PLC S7-1200 CPU 1214c DC/DC/DC, module 6ES7223-1BL32, nguồn tổ ong 24v.
Hình 4.13 Bên trong tủ điều khiển
Động cơ kéo được đặt phía trên thang máy tạo chuyển động cho cabin và đối trọng.
Hình 4.14 Động cơ kéo cabin
Cơ cấu cửa của mô hình được hoàn thành từ các thanh ray sau đó đặt các tấm cửa lên. Khi động cơ của cabin hoạt động sẽ đẩy các tấm cửa ra tạo thành chuyển động mở cửa. Thiết kế này giúp tiết kiệm động cơ và đơn giản hóa mô hình hơn.
Hình 4.15 Khoan cabin thang máy và cơ cấu cửa được in 3D
Vì đặc điểm của mô hình là không gian nhỏ nên không thể đặt bảng điều khiển bên trong khoan cabin như thang máy thật được nên nhóm đã đặt bảng điều khiển trên tủ điện mô phỏng cho bảng điều khiển trong khoan.
CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG
5.1. Lưu đồ thuật toán
Hình 5.1 Lựa chọn chế độ
Ở chương trình tự động khi có người nhấn các nút gọi tầng thì cabin sẽ di chuyển đến tầng đó, nếu cabin đang ở cùng vị trí với tầng có người gọi thì cửa sẽ mở ra đón khách. Quá giang là lệnh khi cabin lên hoặc xuống thực hiện các lệnh gọi tầng, đặt tầng nếu có lệnh gọi tầng từ bên ngoài thì cabin sẽ dừng lại ở các tầng có lệnh gọi cùng hướng di chuyển với cabin. Còn các lệnh không được quá giang thì sau khi hoàn thành lệnh ưu tiên trước cabin sẽ quay lại thực hiện các lệnh này như lệnh gọi tầng đi ngược chiều với cabin hoặc cùng chiều nhưng không đi ngang qua.
Hình 5.4 Chương trình tay
5.2. Phần mềm tia portal và giao diện giám sát
5.2.1. Tổng quan phần mềm
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa có sử dụng chung 1 môi trường và nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
TIA Portal là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành. [3]
TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: - Thiết kế giao diện thông minh, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.
- Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
- Tích hợp mô phỏng hệ thống.
Hiện tại TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14, TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng và cấu hình máy tính mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.
5.2.2. Các thành phần trong bộ cài tia portal
Phần mềm TIA Portal được Siemens phát triển với nhiều thành phần giúp người dùng quản lý, lập trình PLC, HMI hiệu quả. Các thành phần có trong bộ TIA Portal:
1.Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
2.Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA.
3.Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens.
4.Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt.
5.Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA. Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống nhanh chóng.
5.2.3. Làm quen cơ bàn với phần mềm TIA Portal
Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấn đúp vào biểu tượng TIA Portal V16 Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Bước 3: Nhập tên dự án vào project name sau đó nhấn create new project
Hình 5.6 Đặt tên project Bước 4: Chọn configure a device
Hình 5.7 chọn configure a device Bước 5: Chọn add new device
Bước 6: chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Hình 5.9 chọn CPU PLC Bước 7: Project mới hiện ra
Hình 5.10 Một project đã được tạo
5.3 Giao diện giám sát WinCC
5.3.1 Giới thiệu chung
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
WinCC (Windows Control Center) là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy - HMI (Human Machine Interface) trong hệ Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất - MES (Manufacturing Execution Systems). WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức,… và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy - HMI được tin dùng nhất hiện nay.
[4]
5.3.2 Chức năng của WinCC
Hiển thị quá trình: quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI. Màn hình trên thiết bị HMI được cập nhật rất linh động. Điều này được dựa trên các sự chuyển tiếp quá trình. Điều khiển vận hành của quá trình: người vận hành có thể điều khiển quá trình bởi GUI. Ví dụ, người vận hành có thể đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ.
Hiển thị các cảnh báo: khi quá trình vận hành bị lỗi và gặp sự cố thì hệ thống sẽ tự động khởi phát báo động, ví dụ khi giá trị áp suất vượt quá mức quy định màn hình thiết bị sẽ phát cảnh báo.
Lưu trữ các giá trị cà cảnh báo quá trình: hệ thống HMI có thể ghi lại các cảnh báo và giá trị quá trình. Tính năng này cho phép bạn lưu trữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước.
Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị quá trình và các cảnh báo. Tính năng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của ca làm việc:
Các bước cấu hình và kết nối WinCC với PLC: Bước 1: Tạo mới một project
Bước 2: Add new device (Thêm thiết bị cho project), thêm CPU PLC. Chọn CPU 1212DC/DC/DC 6ES7 212-1AE40-0XB0 V4.2.
Hình 5.12 Chọn loại CPU Bước 3: Thêm HMI vào project
Bước 3.1: Lựa chọn HMI.
Hình 5.13 Chọn HMI theo yêu cầu Bước 3.2: Chọn PLC kết nối với HMI sau đó ấn Next
Bước 3.3: Cài đặt hiển thị tiêu đề cho HMI. Tích vào ô Header sau đó ấn Next.
Hình 5.15 Cài đặt hiển thị cho HMI Bước 3.4: Ấn Next.
Hình 5.16 Cài đặt cấu hình HMI Bước 3.5: Cài đặt số màn hình cần hiển thị trên HMI.
Hình 5.18 Lựa chọn số màn hình hiển thị Bước 3.6: Ấn Next.
Hình 5.19 Cài đặt cấu hình hiển thị HMI
Bước 3.7 Cài đặt vị trí hiển thị và tích vào ô Left hoặc Botton hoặc Right sau đó nhấn Next.
Bước 3.8. Ấn Finsh và giao diện HMI sẽ hiển thị.
Hình 5.21 Giao diện HMI
5.3.3. Giao diện giám sát của mô hình thang máy 4 tầng
Giao diện giám sát của mô hình thang máy 4 tầng gồm có:
- Mô hình mô phỏng thang máy 4 tầng giúp cho người giám sát biết được quá trình hoạt động của thang máy, điều khiển thang máy. Mỗi tầng còn có các nút gọi tầng lên.
- bảng nút ấn trong cabin dành cho hành khách khi đã vào trong cabin và đặt tầng cần đến. Trên bảng có các nút ấn chọn tầng, nút đóng /mở cửa nhanh, nút thông báo lỗi ra bên ngoài.
- Bảng nút điều khiển gồm có các nút: start, stop, thang lên, thang xuống, stop thang, set quá tải, reset quá tải, reset chuông, reset all, mô phỏng và 2 đèn báo start, stop.
5.4. Lập trình điều khiển hệ thống (phụ lục 1)
Ở chương trình chính (MAIN): nhóm em thực hiện tất cả các lệnh điều khiển hệ thống như start, stop, chuông hô trợ, chuyển chế độ, reset, dừng khẩn cấp,… nhưng để giúp cho việc lập trình dễ dàng và gọn gàng hơn nhóm em đã chia ra 4 chương trình con gồm: xác định vị trí tầng [FC1], lệnh gọi thang [FC2], lệnh đóng mở cửa [FC3], chế độ manual [FC4].
Để dễ hiểu hơn về việc lập trình cho mô hình thang máy nhóm em sẽ tóm tắt một số khâu và lệnh:
- Nâng hạ cabin: cabin chỉ thực hiện đi lên chỉ khi cabin đang dừng và cabin đang ở tầng thấp hơn tầng được gọi hoặc tầng được đặt bên trong cabin. Lệnh gọi thang đi xuống thì ngược lại. Ví dụ như hình khi nút gọi tầng hoặc nút đặt tầng được nhấn cabin sẽ di chuyển lên tầng 4 nếu cabin đang dừng ở các tầng thấp hơn. Trong quá trình cabin đang đi lên nếu có lệnh gọi xuống thì cabin sẽ tiếp tục thực hiện lệnh ưu tiên đi lên và ngược lại.
Hình 5.23 lệnh gọi thang đi lên
- Đóng mở cửa tầng: khi cabin đến tầng được gọi hoặc cabin đang ở tầng được gọi thì động cơ mở cửa hoạt động. Khi cảm biến cửa đã mở có tín hiệu thì dừng mở cửa, sau 4 giây cửa tự động đóng lại.
Hình 5.24 Đóng mở cửa tầng
- Chế độ sự cố: khi hệ thống gặp sự cố quá tải hoặc có người nhấn chuông báo có sự cố bên trong cabin thì mô hình sẽ ngừng hoạt động, chuông và đèn cảnh báo sẽ hoạt động.
KẾT LUẬN
Kết quả đạt được
Đồ án của chúng em đã hoàn thành đúng với tiến độ đề ra, đáp ứng được cơ bản hầu hết với các yêu cầu trong nhiệm vụ đồ án. Trong quá trình nghiên cứu và làm đồ án, chúng em đã đạt được một số kết quả:
- Hiểu được nguyên lý hoạt động của thang máy, cách vận hành, điều khiển và giám sát một hệ thống thang máy.
- Nắm được những kiến thức cơ bản về PLC S7-1200 và các module mở rộng. - Biết sử dụng cơ bản phần mềm TIA – Portal V16 để viết chương trình cho PLC, thiết kế giao diện, điều khiển giám sát hệ thống tự động.
- Hiểu được nguyên lý hoạt động, cách kết nối các thiết bị trong hệ thống tự động như: cảm biến, động cơ,…
- Hiểu được cách lập trình cho một hệ thống thang máy. - Thành thạo hơn trong việc thiết kế, thi công các mô hình
Điểm hạn chế
- Do chưa có kinh nghiệm nên một vài chỗ còn chưa làm tốt và tối ưu như chưa có các hệ thống an toàn cho thang máy như thực tế.
- Mô hình hoàn thiện vẫn chưa được đẹp.