Thông số: - Đầu vào: DC 24v - Đầu ra: DC 12v 3a 36w Hình 3.6 Mạch hạ áp 24V xuống 12V 3.3. Các linh kiện khác
3.3.1. Cảm biến tiệm cận FOTEN PL-05N
Phát hiện vật bằng cách tạo ra trường điện từ nên loại cảm biến này chỉ có thể phát hiện các vật bằng kim loại.
Thông số: Model: PL-05N
Chế độ phát hiện: cảm ứng điện từ Cảm biến đối tượng: Kim loại Khoảng cách phát hiện: 5mm Điện áp: DC 10-30V
Tần số đáp ứng: 800Hz
3.3.2. Nút nhấn LA38
Là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt các thiết bị điện, máy móc,…Thường được đặt trên bảng điều khiển hoặc ở tủ điện.
Thông số:
- Điện áp tải Max: 660V - Dòng điện tải max: 10A - Kích thước: 82x 33x 29mm - Kích thước lỗ lắp đặt: 22mm
Hình 3.8 Nút nhấn LA38
3.3.3. Nút dừng khẩn cấp
Là loại nút nhấn được sử dụng để dừng máy móc trong các trường hợp khẩn cấp, nhờ vào thiết kế đầu nút lớn nên trong trường hợp khẩn cấp có nhấn động dễ dàng, sau khi nhấn thì nút nhấn khẩn cấp duy trì trạng thái ngắt điện, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay nút nhấn.
Thông thường tiếp điểm sử dụng trong nút dừng khẩn cấp là tiếp điểm thường đóng nên lúc nào điện cũng qua tiếp điểm để cho máy hoạt động. Sau khi được tác động thì nút dừng khẩn cấp sẽ ngắt điện đi.
Nút nhấn khẩn cấp được sử dụng nhiều trên các dây chuyền máy móc. Người ta thường đặt nhiều vị trí trên dây chuyền để chỗ nào cũng có thể ngừng máy trong trường hợp khẩn cấp. Thông số: - Model: AB6 – V - Điện áp: AC 250V - Dòng điện: 1A - Kích thước lỗ lắp đặt: 16mm
Hình 3.9 Nút dừng khẩn cấp
3.3.4. Công tắc xoay 3 vị trí ARS-L212
Thường được sử dụng trong khởi động từ, công tắc tơ, relay và các loại mạch điện. Thông số:
- Điện áp: 220V 380V - Dòng điện: 10A
- Dòng nhiệt định mức: 20A
Hình 3.10 Công tắc xoay 2 vị trí ARS-L212
3.3.5. Đèn báo APT AD16 220V
Là thiết bị có chức năng thông báo cho người vận hành biết các sự cố, trạng thái vận hành hoặc những thông báo cần thiết trong quá trình vận hành các dây chuyền sản xuất bằng cách báo sáng và nháy. Đèn báo thường kết hợp cùng với chuông báo động.
3.3.6. Nút nhấn vuông có đèn 24V DC có đèn AL6
Hình 3.12 Nút nhấn vuông có đèn 24V DC AL6
3.4. Vấn đề và giải pháp
Với mô hình thang máy 4 tầng của nhóm có 26 đầu vào và 19 đầu ra
Từ số lượng thiết bị sử dụng kể trên nhóm đã tính toán và đưa ra số lượng IO cần thiết để điều khiển các thiết theo bảng sau:
Với PLC S7-1200 của nhóm hiện tại đang sử dụng chỉ có 14 input và 10 output thì không thể đáp ứng được yêu cầu của bài toán khi cần tới 26 input và 19 output. Để giải quyết bài toán thì cần phải mở rộng số lượng IO vào ra cho PLC hiện tại. Có 2 phương án nhóm đã đưa ra để giải quyết bài toán mở rộng IO cho PLC như sau:
+ Sử dụng module mở rộng IO phù hợp với PLC hiện có (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Sử dụng mạch riêng biệt để đọc/ghi IO và truyền thông dữ liệu đến PLC Ưu nhược điểm của hai cách sẽ được trình bày cụ thể sau đây:
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác. Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số analog, giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200
Ưu điểm, nhược điểm của việc sử dụng module mở rộng IO: - Ưu điểm:
+ Kết nối, lắp đặt dễ dàng
+ Đơn giản trong việc lập trình điều khiển + Tính ổn định cao
+ Nhỏ gọn
+ Khả năng chống nhiễu tốt - Nhược điểm:
+ Giá thành phần cứng để phù hợp với module cao
* Sử dụng mạch riêng biệt để đọc/ghi IO và truyền thông dữ liệu đến PLC
Ngày nay, các board mạch, kit phát triển dựa trên các dòng vi điều khiển rất phổ biến, các mạch có thể lập trình ngày mà không cần thiết kế và gia công mạch nữa. Các board mạch rất phù hợp để giải quyết các bài toán từ đơn giản đến phức tạp, nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác và có thể kết nối đến các thiết bị trung tâm điều khiển khác thông qua các chuẩn truyền thông.
Ưu nhược điểm của việc sử dụng mạch thứ hai để đọc I/O và truyền thông dữ liệu đến PLC: - Ưu điểm: + Giá thành rẻ + Có thể sử dụng ngay + Dễ dàng lập trình điều khiển + Các phần cứng dễ kiếm và giá thành rẻ + Cộng đồng lớn - Nhược điểm:
+ Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu + Khó debug chương trình
Từ những phân tích về hai giải pháp cho vấn đề mở rộng IO trên PLC để giải quyết bài toán. Nhóm đã ưu tiên các yêu cầu như kết nối, lắp đặt dễ dàng, đơn giản trong việc lập trình điều khiển, tính ổn định cao nên đã quyết định lựa chọn phương án sử dụng module mở rộng IO cho PLC với module 6ES7223-1BL32.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG
4.1. sơ đồ đấu nối
Bộ PLC và module được cấp điện qua nguồn tổ ong 24v.
Hình 4.1 sơ đồ đấu nối dây trong tủ điều khiển
4.2. Sơ đồ mạch động lực
Động cơ kéo cabin và động cơ cửa sẽ đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dây thông qua các role
4.3. Bảng phân công địa chỉ TÊN ĐỊA CHỈ TÊN ĐỊA CHỈ ĐÈN XANH RUN Q0.0 ĐÈN VÀNG LỖI Q0.1 LED NÚT NHẤN T2 Q0.2 LED NÚT NHẤN T4 Q0.3 LED NÚT NHẤN ĐÓNG CỬA Q0.4 LED NÚT NHẤN T1 Q0.6 LED NÚT NHẤN T3 Q0.7 LED NÚT NHẤN MỞ CỬA Q1.0 LED NÚT NHẤN T1 LÊN Q2.0 LED NÚT NHẤN T2 LÊN Q2.1 LED NÚT NHẤN T2 XUỐNG Q2.2 LED NÚT NHẤN T3 LÊN Q2.3 LED NÚT NHẤN T3 XUỐNG Q2.4 LED NÚT NHẤN T4 XUỐNG Q2.5 ĐỘNG CƠ THANG UP Q3.0
ĐỘNG CƠ THANG DOWN Q3.1
ĐỘNG CƠ MỞ CỬA Q3.2
ĐỘNG CƠ ĐÓNG CỬA Q3.3
CHUÔNG Q3.4
TÊN ĐỊA CHỈ
STOP I0.0
START I0.1
KHAN CAP I0.2
AUTO I0.3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
MANU I0.4
RESET I0.5
NUT NHAN T2 I0.6
NUT NHAN T4 I0.7
NUT NHAN DONG CUA I1.0
SET CHUONG I1.1
NUT NHAN T1 I1.2
NUT NHAN T3 I1.3
NUT NHAN MO CUA I1.4
RESET CHUONG I1.5
CAM BIEN T1 I2.0
CAM BIEN T2 I2.1
CAM BIEN T3 I2.2
CAM BIEN T4 I2.3
CAM BIEN CUA DA MO I2.4
CAM BIEN CUA DA DONG I2.5
NUT NHAN T1 UP I3.0
NUT NHAN T2 UP I3.1
NUT NHAN T2 DOWN I3.2
NUT NHAN T3 UP I3.3
NUT NHAN T3 DOWN I3.4
NUT NHAN T4 DOWN I3.5
Hình 4.4 Bảng phân công địa chỉ đầu vào
4.4. Quy trình công nghệ
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});