Bước 7: Hiện ra Project cần tạo.
HÌNH 2. 15 Giao diện làm việc. ❖ Tải xuống chương trình cho PLC.
Nhấn vào biểu tượng trên thanh cơng cụ để Download chương trình (thanh cơng cụ).
Hình 2.16 Thanh cơng cụ
Chọn card mạng phù hợp sau đó nhấn “Start search” để tìm PLC đang kết nối Sau khi quét xong nếu tìm được PLC thì chỗ PLC phía dưới sẽ chuyển qua màu cam. Tiếp đó chúng ta sẽ nhấn “Load” để kết nối với PLC. Cuối cùng ta nhấn “Start All” và chọn “Finish” để kết thúc.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
2.3.2Tổng quan WinCC.
❖ Khái niệm .
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens. WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là th u thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất.
HÌNH 2. 17 WinCC Advanced.
WinCC (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các cơng cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Với WinCC, người dùng có nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mơ lớn. WinCC có thể mơ phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi 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, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức…
- Sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất: Với sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoft, người dùng yên tâm với phát triền của công nghệ.
- Hệ thống khách/ chủ với các chức năng với các chức năng SCADA: Người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Có thể dễ dàng được thiết lập. - Dễ dàng nâng cấp mở rộng: WinCC có thể mở rộng hệ thống một cách linh hoạt
từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server). - Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công
nghệ.
- Cở sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn: Dữ liệu về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này.
- Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC) - Ngôn ngữ vạn năng.
- Giao tiếp với hầu hết các loại PLC.
- Cài đặt cấu hình trực tuyến bằng các Wizards. ❖ Chức năng của WinCC.
- Graphics Designer: Dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O,... Và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
- Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi.
- Alarm Logging: Hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành. Nhận các thơng tin từ các q trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.
- User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác. Các cơng thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
- Kết hợp với Visual C++, Visual Basic: tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt.
2.3.3Tạo kết nối và thiết kế giao diện WinCC.
Bước 1: Chọn “Add New Device” ⇒ Chọn “PC Systems” ⇒ Chọn SIMATIC HMI application ⇒ Chọn “WinCC RT Advanced ” rồi chọn “ OK”.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
HÌNH 2. 18 Giao diện chọn WinCC.
Bước 2: Tại “Catalog” ⇒ Chọn “Communications modules” ⇒ “PROFINET / Etherner ” ⇒ “IE general”kéo sang vị trí số 2.
HÌNH 2. 19 Thêm Card mạng.
Bước 3: Chọn “Network view” ⇒kết nối ( nối 1 và 2) ⇒ Chọn“Conections” ⇒ kết nối từ vị trí 2 sang 1.
HÌNH 2. 20 Tạo kết nối Network.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Bước 4: Tại cửa sổ Devices ta chọn “PC-system_1[SIMATIC PC station]” ⇒ “HMI_RT_1[WINCC RT Advanced]” ⇒ “ Screens” ⇒ “ Add new screen”.
Sau khi thực hiện các bước trên chúng ta sẽ thiết kế giao diện Wincc tại cửa sổ
Screen_1. Tại cửa sổ Toolbox sử dụng các công cụ để thiết kế giao diện.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THANG MÁY
3.1Quy trình cơng nghệ của hệ thống.
Đề tài “ Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200” nhóm quyết định sử dụng PLC S7 1200 CPU 1214C AC/DC/RLY để lập trình điều khiển cho hệ thống.
Hệ thống được thiết kế vận hành theo 2 chế độ.
- Chế độ 1: Manual (Bằng tay) được sử dụng trong quá trình bảo trì sửa chửa. - Chế độ 2: Auto ( Tự động) được sử dụng nhằm phục vụ nhu cầu đi lại của người
dùng.
Chế độ hoạt động của hệ thống được điều khiển thông qua công tắc chọn chế độ.
❖ Chế độ Manual.
Khi công tắc chọn chế độ đang ở Manual thì đèn Manual sáng hệ thống được hoạt động theo chế độ 1: Manual.
Hệ thống được hoạt động hoàn toàn bằng tay dưới sự điều khiển của người dùng . Thiết bị trong hệ thống được điều khiển thông qua các nút nhấn. Các nút nhấn được thiết kế trên cả tủ điện lẫn giao diện Wincc.
- Động cơ kéo cabin được điều khiển lên, xuống thông qua:
+ Nút nhấn lên.
+ Nút nhấn xuống.
- Động cơ cửa cabin được điều khiển mở, đóng thơng qua:
+ Nút nhấn mở cửa.
+ Nút nhấn đóng cửa. ❖ Chế độ Auto.
Khi cơng tắc chọn chế độ đang ở Auto thì đèn Auto sáng hệ thống được hoạt động theo chế độ 2: Auto.
Toàn bộ thiết bị trong hệ thống được hoạt động thông qua lệnh gọi tầng và chọn tầng của người dùng.
- Người dùng có thể gọi tầng thông qua :
+ Nút nhấn tầng 1 lên.
+ Nút nhấn tầng 2 xuống, tầng 2 lên.
+ Nút nhấn tầng 3 xuống, tầng 3 lên.
+ Nút nhấn tầng 4 xuống.
+ Nút nhấn T1, T2, T3, T4.
Khi hệ thống hoạt động đèn led sáng hiển thị vị trí của cabin nhờ các cảm biến được bố trí tại các tầng.
- Khi ấn nút gọi tầng :
+ Nếu lúc này vị trí cabin trùng với vị trí gọi tầng thì thang đứng n, động cơ cửa mở và chờ lệnh chọn tầng để di chuyển cabin.
+ Nếu lúc này vị trí cabin khác với vị trí gọi tầng thì thang di chuyển đến vị trí tầng được gọi. Khi đến vị trí tầng được gọi thì cửa cabin mở và chờ lệnh chọn tầng để tiếp tục di chuyển cabin.
Trong quá trình thang hoạt động hệ thống sẽ kiểm tra trọng lượng trong cabin có phù hợp tải trọng cho phép khơng, nếu q trọng lượng cho phép thì cửa cabin sẽ khơng đóng và đèn báo quá tải sáng. Nếu trọng lượng giảm đi và trong mức cho phép thì cửa cabin đóng và thang máy hoạt động bình thường.
Ngồi ra hệ thống cịn có nút nhấn về tầng 1 dùng trong trường hợp xảy ra cháy. Khi nhấn nút về tầng 1 thì hệ thống sẽ reset các lệnh gọi tầng và chọn tầng trước đó và đưa cabin về tầng 1 nhằm đảm bảo an toàn cho người dùng.
3.2Thiết kế phần cứng.
❖ Sơ đồ khối.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sơ đồ gồm 4 khối chính: Khối nguồn, khối đầu vào, khối đầu ra, khối điều khiển trung tâm.
- Khối nguồn:
+ Nguồn 220V cung cấp PLC, biến tần, đồng thời cấp cho 2 bộ nguồn tổ ong để chuyển đổi thành nguồn DC 24v và 12v.
+ Nguồn tổ ong sẽ cung cấp tải cho các thiết bị như: nút nhấn, cơng tắc hành trình. Mạch hạ áp có chức năng giảm áp từ 220VDC thành 24VDC và 12VDC cung cấp cho 4 role trung gian để điều khiển động cơ cabin và động cơ đóng/mở cửa - Khối đầu vào:
+ Cơng tắc hành trình: gồm 2 cơng tắc hành trình dùng để đóng ngắt đóng ngắt tiếp điểm điều khiển tín hiệu đầu vào PLC đóng mở cửa của thang máy.
+ Cảm biến: gồm 4 cảm biến tiệm cận được sử dụng để xác định vị trí tầng thang của cabin và 1 cảm biến load cell để kiểm soát tải trọng.
+ Nút nhấn: Gồm 9 nút nhấn và 1 công tắc chọn chế độ được sử dụng để điều khiển quá trình hoạt động của thang máy.
- Khối điều khiển trung tâm:
+ PLC S7 1200 cpu 1214c ac/dc/rly để lập trình điều khiển tồn bộ hệ thống - Khối đầu ra:
+ Các thiết bị mà ta cần phải điều khiển gồm có các đèn báo, relay trung gian và động cơ (động cơ kéo cabin, động cơ cửa). Chúng thực hiện các lệnh mà bộ điều khiển trung tâm yêu cầu.
3.3 Lựa chọn thiết bị.
3.3.1Cabin.
❖ Khái niệm.
Cabin thang máy là phần không gian trống trong thang máy, được giới hạn bởi 4 vách. Đây cũng là nơi dành cho người đứng hoặc đặt hàng hóa vào khi cần di chuyển lên xuống.
❖ Cấu tạo.
Theo cấu tạo cabin được chia thành hai phần: phần kết cấu chịu lực và các vách che.
Cabin, cần đến 8 bộ phận sau: Khung chịu lực cabin, bộ phận rail dẫn hướng cabin, sàn cabin, vách, nóc cabin, trần giả cabin và hệ thống bảng điều khiển trong cabin.
HÌNH 3. 2 Cabin ❖ Tính chọn cơng suất. ❖ Tính chọn công suất.
Với thiết kế nhỏ gọn và đơn giản nên nhóm em đã chọn động cơ điện một chiều có cơng suất nhỏ phù hợp.
Để nâng được thang máy có trọng lượng 2kg và khối lượng hàng hóa tối đa là 3 kg, ta có thể tính chọn được cơng suất của động cơ:
Khối lượng đối trọng là:
𝐺𝑑𝑡 = 𝐺𝑏𝑡 + α ∗ G = 2 + 0,5 *3 = 3,5 ( Kg). Cơng suất tĩnh của động cơ khi có đối trọng là:
Pcn = [ (Gbt + G)*1 η– Gdt* η)]*v*k*g = [ (2+3)* 1 0,8 – 3,5*0,8]*0,5*1,2*10 = 20,7 (W). Trong đó
• Gbt : Khối lượng của buồng thang máy(2kg).
• G : Khối lượng của hàng hóa (3kg).
• v : Tốc độ động cơ, m/s.
• η : Hiệu suất của cơ cấu nõng (thng ly = 0,5 ữ 0,8).
ã g : Gia tốc trọng trường, (chọn g=10 m/s2).
• k : Hệ số tính đến thanh hướng giữa thanh hướng và đối trọng.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
❖ Lựa chọn động cơ kéo cabin.
Nhằm giúp thang máy có thể làm việc ổn định và hoạt động tốt hết công suất đề ra, nhóm em quyết định chọn động cơ một chiều s8l25gt-e.
BẢNG 3. 1 Bảng thông số động cơ kéo cabin s8l25gt-e.
Thông số Giá trị Đơn vị
Điện áp 3Ø 220 V Tần số 50 Hz Công suất 25 W Dịng khơng tải 0,28 A Kích thước 80 mm Tốc độ 1600 rpm Mô-men xoắn 0.16 (N-m)
Mô-men xoắn bắt đầu 0.35 (N-m)
HÌNH 3. 3 Động cơ cabin kéo s8l25gt-e.
3.3.2Cửa cabin.
❖ Khái niệm.
Cửa cabin là một trong những thành phần quan trọng nhất của thang máy, là nhân tố khơng thể thiếu trong việc đảm bảo an tồn và đảm bảo năng suất, chất lượng của thang máy. Hệ thống cửa cabin được thiết kế sao cho, khi cabin dừng lại ở tầng nào thì cửa sẽ tự động mở cửa ở buồng thang đó.
Cơng suất động cơ mở_đóng cửa: Pc =(𝐺)∗𝑣∗𝑔 𝑛 ∗ 10−3 = (1)∗0,3∗10 0.5 ∗ 10−3 = 0,006 (Kw) = 6 (𝑤). Trong đó :
• G: Khối lượng của cửa thang máy (1 kg).
• v: Tốc độ động cơ (v= 0,3 m/s).
• η: Hiệu suất của cơ cấu nâng (thường lấy = 0,5 ữ 0,8).
ã g: Gia tc trng trường, (lấy g=10m/s2).
HÌNH 3. 4 Cửa cabin. ❖ Lựa chọn động cơ cửa cabin. ❖ Lựa chọn động cơ cửa cabin.
Động cơ giảm tốc đóng cửa của buồng thang .
Để động cơ có thể hoạt động ổn định và làm việc tối đa công suất 25 w, cũng như độ phổ biến của động cơ đã có hiện nay nhóm em quyết định chọn động cơ hoạt động cơ Gm8712j015-R3.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Thơng số Giá trị Đơn vị
Điện áp 12 V Tần số 50 Hz Công suất 12 W Tốc độ 160 rpm Trọng lượng 900 g Lực kéo 2,5 Nm 3.3.3Nguồn tổ ong. ❖ Khái niệm.
là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.
❖ Chức năng.
Nguồn tổ ong được dùng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và dân dụng như lắp đặt tủ điện, lắp đèn, camera giám sát, máy tính, loa đài...hoặc bất cứ thiết bị nào sử dụng nguồn một chiều có thơng số tương ứng. Nguồn tổ ong thường được dung trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp.
Bộ nguồn này có các cơng dụng nổi bật như chỉnh lưu, biến tần, nắn dòng,...nhằm làm dòng điện, điện áp, tần số dao động ổn định. Khơng những có vai trị quan trọng, nguồn tổ ong làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện lâu hơn.
❖ Lựa chọn nguồn.
Trong q trình nghiên cứu về nguồn tuyến tính tạo ra các cấp điện áp một chiều, em nhận thấy việc sử dụng nguồn tuyến tích thường rất nặng, cồng kềnh và tốn nhiều thời gian cũng như linh kiện vì vậy em quyết định chọn nguồn tổ ong làm nguồn chính cho các linh kiện mơ hình.
Nguồn tổ ong 24VDC 5A.
HÌNH 3. 6 Nguồn tổ ong 24VDC 5A.
Thông số Giá trị Đơn vị
Điện áp đầu vào 220 VAC
Điện áp đầu ra 24 VDC
Công suất 120 W
Phạm vi điện áp đầu vào 85 ~ 132 / 180 ~ 264 VAC
Điện áp ra điều chỉnh +/-10% V
Dịng ra 5 A
Kích thước 199 * 98 * 38 mm
Trọng lượng 0,52 KG
Nguồn tổ ong 12VDC.
HÌNH 3. 7 Nguồn tổ ong 12VDC 2A.
BẢNG 3. 4Thông số kỹ thuật cho nguồn tổ ong 12v:
Thông số Giá trị Đơn vị
Điện áp đầu vào 220 VAC
Điện áp đầu ra 12 VDC
Công suất 60 W
Phạm vi điện áp đầu vào 85 ~ 132 / 180 ~ 264 VAC
Điện áp ra điều chỉnh +/-10% V Dòng ra 2 A Kích thước 100 * 50 * 38 mm Trọng lượng 0,3 KG 3.3.4Nút nhấn. ❖ Khái niệm.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Là một loại khí cụ điện dùng để chuyển đổi, đóng ngắt từ xa các mạch điều khiển hay thiết bị điện có cơng suất nhỏ.
Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi khơng cịn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
❖ Nguyên lý hoạt động.
Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh.
Bộ truyền động sẽ đi qua tồn bộ cơng tắc và vào một xilanh mỏng ở phía dưới. Bên trong là một tiếp điểm động và lò xo. Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm. Trong một số trường hợp, người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động. Với các nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa.
❖ Phân loại.
Có rất nhiều loại nút nhất trong thực tế lẫn quy mô công nghiệp, để phân loại người ta đã phân ra làm tiêu chí khác nhau để phân loại nút nhấn:
+ Theo cấu trúc: nút nhấn loại kín, loại hở, nút nhấn loại chống cháy nổ và loại kín