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
43
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…
2.5.1 Đặc điểm WinCC
- 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
2.5.2 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.
44
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.
2.5.3 Tạo kết nối và thiết kế giao diện WinCC
Bước 1: Chọn “Add New Device” -> Chọn “PC Systems” -> Chọn SIMATIC
HMI application -> Chọn “WinCC RT Professional ” rồi chọn “ OK” như hình 2.26.
Bước 2: Tại “Catalog”-> Chọn “Communications modules” -> “PROFINET /
Etherner ” -> “IE general”kéo sang vị trí số 2 như hình 2.27.
Hình 2. 27 Thêm Card mạng. Hình 2. 26 Giao diện chọn WinCC. Hình 2. 26 Giao diện chọn WinCC.
45
Bước 3: Chọn “Network view” -> kết nối như hình 2.28 ( nối 1 và 2) -> Chọn
“Conections”-> kết nối từ vị trí 2 sang 1 như hình2.29. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2. 28 Tạo kết nối Network.
Hình 2. 29 Tạo kết nối Connections.
Bước 4: Tại cửa sổ Devices ta chọn “PC-system_1[SIMATIC PC station]” ->
46
Hình 2. 30 Cửa sổ Divices.
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.
47
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng 3.1.1 Bộ điều khiển 3.1.1 Bộ điều khiển
Mơ hình sử dụng PLC S7-1500 Siemen CPU 1511C -1PN 6ES7511-1CK01-0AB0
Hình 3. 1 CPU 1511C-1PN.
3.1.2 Động cơ điện kéo cabin
Với kích thước cabin nhỏ và tải trọng không đáng kể, vấn đề sử dụng động cơ điện cho băng tải củng không đặt nặng vấn đề công suất. Động cơ em chọn ở đây là động cơ điện giảm tốc một chiều, được dùng rất phổ biến.
48 Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 12 VDC. - Tốc độ 60vòng/phút. - Công suất 90W. - Lực kéo 85 Nm.
3.1.3 Động cơ kéo cữa cabin
Động cơ giảm tốc đóng mở của buồng thang. Thơng số kỹ thuật: - Điện áp: 12VDC. - Công suất: 15W. - Tốc độ: 130 vòng/phút. - Lực kéo:2.5Nm. 3.1.4 Bộ nguồn
- Nguồn 220VAC cấp cho hệ thống: là nguồn xoay chiều lấy từ lưới điện có tần số 50Hz.
- Nguồn 24VDC 10A cấp cho PLC, nút nhấn, đèn báo và relay. - Nguồn 12VDC 30 cấp cho động cơ kéo cabin và động cơ kéo cửa.
Hình 3. 3 Động cơ kéo cữa thang máy.
49
3.1.5 Relay trung gian
Là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ. Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị cơng suất lớn hơn. Vai trị cách ly mạch điều khiển với mạch động lực, cách ly cấp điện áp… Trên thị trường với nhiều relay tùy theo nhu cầu sử dụng:
- Mức điện áp hoạt động trong môi trường công nghiệp 5VDC, 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC.
- Với loại 1 tiếp điểm, 2 tiếp điểm, 4 tiếp điểm, thường quy chuẩn chân như relay 8 chân, 14 chân …
Mơ hình sử dụng 6 relay trung gian 24VDC, 8 chân để đảo chiều động kéo cabin thang máy, đóng/mở cửa và cấp điện đèn báo.
3.1.6 Cơng tắc hành trình
Cơng tắc hành trình hay cịn gọi cơng tắc giới hạn hành trình là dạng cơng tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động nào đó trong một cơ cấu hay một hệ thống. Nó có cấu tạo như cơng tắc điện bình thường, vẫn có chức năng đóng và mở nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó. Cơng tắc hành trình sẽ khơng duy trì trạng thái, khi khơng cịn tác động nữa chúng sẽ trở về vị trí ban đầu.
Cơng tắc hành trình có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho q trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện.
50 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong mơ hình sử dụng cơng tắc hành trình dùng để đóng ngắt đóng ngắt tiếp điểm điều khiển tín hiệu đầu vào PLC giúp nhận biết vị trí cabin và đóng mở cửa của thang máy.
3.1.7 Nút nhấn
Là loại công tắc đơn giản để đóng ngắt các thiết điện, máy móc hoặc điều khiển hoạt động các thiết bị điện tử…
Trong thang máy nút nhấn sử dụng để chọn tầng bên trong buồng thang hoặc gọi thang lên xuống ở từng tầng.
Hình 3. 8 Nút nhấn.
3.1.8 Đèn báo
Đèn báo led là một loại đèn báo hiệu được thiết kế nhỏ gọn. Với mục đích sử dụng để báo hiệu trạng thái hoạt động của một hoặc nhiều thiết bị.
Hình 3. 9 Đèn báo trạng thái. Hình 3. 7 Cơng tắc hành. Hình 3. 7 Cơng tắc hành.
51
Hình 3. 10 Rịng rọc. 3.1.9 Rịng rọc 3.1.9 Ròng rọc
Ròng rọc là thiết bị nâng hạ sơ khai nên có cấu tạo rất đơn giản, nó có 1 bánh xe có rãnh điều hướng 1 sợi dây cáp hoặc dây thừng có khả năng chịu được sức nặng của vật cần kéo. Bánh xe quay quanh một trục cố định được gắn với một móc treo. Khi sử dụng, gắn vật nặng vào 1 đầu dây cáp, người dùng sức kéo đầu còn lại vật nặng sẽ được đưa lên cao dễ dàng.
Thông số kỹ thuật:
- Đường kính ngồi 90mm. - Đường kính trong 10mm.
3.1.10 Load cell và mạch khuếch đại
Được sử dụng ở buồng thang để xác định khối lượng hành khách lên tránh quá tải gây ra đứt cáp hoặc các vấn đề liên quan khác.
Ở mơ hình sử dụng loadcell 5kg và module khuếch đại load cell JY-S60/E10 đầu ra 0-5V 0-10V 4-20mA. Điện áp hoạt động của mạch 24VDC, độ nhạy 2mV/V.
52
3.2 Thi cơng mơ hình 3.2.1 Cấu tạo mơ hình
Mơ hình gồm 4 tầng như hình
- Tầng 1(dưới cùng).
- Tầng 2(trung gian thứ 2). - Tầng 2(trung gian thứ 3).
- Tầng 4(trên cùng).
Mơ hình sử dụng sắt chữ V lỗ để làm khung, thanh trượt nhôm được cố định vào hai bên của khung để cabin và đối trọng trượt lên theo hướng đã định sẵn. Bản điều khiển được bố trí lắp đặt phía trên tầng 4 để dễ dàng đi dây và tối ưu. Hệ thống mạch động lực được lắp đặt và bao bọc chắc chắn tránh hiện tượng rò điện gây nguy hiểm khi vận hành.
3.2.2 Mơ hình thang máy 3.2.2.1 Khối truyền động 3.2.2.1 Khối truyền động
Cơ cấu nâng hạ buồng thang
Hệ thống truyền động nâng hạ buồng thang được kéo bởi động cơ 12VDC có hộp giảm tốc thơng qua hệ thống dây cáp và líp buly dẫn hướng. Cabin treo ở đầu dây cáp vị trị (1), đầu cáp còn lại đối diện sẽ gắn đối trọng, đoạn ở giữa sẽ vịng qua puly chính của động cơ kéo vafpuly phụ dẫn hướng đối trọng. Khi puly quay thì 1 đầu dây cáp sẽ cuốn vào, đầu còn lại sẽ duỗi ra có nghĩa là cabin đi lên thì đối trọng sẽ đi xuống và ngược lại. Puly phụ (3) giúp chuyển hướng cáp nâng để cabin và đối trọng ở 2 vị trí thuận lợi khi di chuyển đồng thời làm giảm moment kéo cho động cơ.
53 Cơ cấu đóng – mở cửa buồng thang
Được thiết kế một vịng kín giữa động cơ 12VDC có hộp giảm tốc và líp dẫn. Hai cửa buồng thang được gắn cố định trên dây xích, 1 cửa ở trên và 1 cửa ở dưới để đảm bảo ra vào cùng lúc. Khi nhận được tín hiệu mở cửa từ PLC thì động cơ sẽ quay thuận đến khi chạm CTHT mở cửa (vị trí 2) rồi dừng động cơ và khi có tín hiệu đóng thì động cơ đảo chiều quay ngược về chạm CTHT đóng cữa (vị trí 1) để dừng động cơ.
Hình 3. 13 Cơ cấu nâng/ hạ buồng thang.
54 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.2.2 Khối chọn tầng
Khối này bao gồm 4 đèn báo trạng thái đi lên/ xuống, đèn báo thang máy hoạt động, đèn báo quá trọng lượng cho phép và 4 nút với chức năng chọn tầng tương ứng.
3.2.2.3 Khối gọi tầng
Khối này được bố trí từ tầng 1 đến tầng 4
- Tầng 1 chỉ có một nút nhất gọi đi lên. - Tầng 2 và 3 gồm hai nút đi lên và xuống. - Tầng 4 chỉ có một nút nhấn đi xuống.
3.2.2.4 Bảng điều khiển
Các khối được liên kết và điều khiển bởi bảng điều khiển với trung tâm điều khiển là PLC CPU 1511C – 1PN .
Bảng điều khiển gồm: 1 aptomat đóng ngắt 220VAC, 1 khối nguồn 24VDC, 1 khối nguồn 12VDC, 6 relay và domino.
Hình 3. 16 Khối gọi tầng lên/ xuống. Hình 3. 15 Khối chọn tầng. Hình 3. 15 Khối chọn tầng.
55
Hình 3. 17 Bảng mạch điều khiển hệ thống thang máy. 3.2.2.5 Đối trọng thang máy 3.2.2.5 Đối trọng thang máy
Đối trọng thang máy là bộ phận dùng để cân bằng trọng lượng với trọng lượng cabin. Được liên kết với cabin thông qua cáp tải.
56
3.2.3 Hình ảnh thang máy hồn thiện
Ảnh mặt trước
Ảnh mặt bên và mặt sau
Hình 3. 20 Ảnh bên có cửa và mặt bên. Hình 3. 19 Ảnh mặt trước Hình 3. 19 Ảnh mặt trước
57 Ảnh bên trong và domino
Module khuếch đại tín hiệu load cell được cố định trên buồng thang máy.
Ảnh load cell
Load cell được đặt trong buồng thang máy và các khối đồng mơ phỏng cân nặng.
Hình 3. 22 Ảnh Load cell đo cân nặng. Hình 3. 21 Ảnh bên trong và domino. Hình 3. 21 Ảnh bên trong và domino.
58
Chương 4: SƠ ĐỒ THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
4.1 Sơ đồ thuật toán
4.1.1 Đưa thang máy về tầng 1 khi băt đầu hoạt động
Đ s s Bắt đầu Kiểm tra đã đóng cửa
Thang máy đi xuống tầng 1 Chạm CTHT1 Thang máy về tầng 1 Có thể gọi/chọn Kết thúc Đ
59
4.1.2 Sơ đồ đóng - mở cửa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4. 2 Sơ đồ đóng - mở cửa cabin.
Lệnh mở cửa Dừng thang Mở cửa Chạm CTHT Dừng mở cửa 3s Đóng cửa Kết thúc Đ S S Đ Chạm CTHT S Đ
60
4.1.3 Gọi tầng khi đang ở tầng 1
Đ s Bắt đầu Đóng cửa Đến đúng tầng gọi / chọn Kết thúc Chọn / gọi đến tầng thứ I
Thực hiện ưu tiên
Dừng thang và thực hiện đóng mở cửa
61 4.1.4 Ưu tiên chọn / chọn tầng Đ Chọn / gọi tầng Lưu vị trí và cho thang di chuyển
Thang di chuyển lên/xuống với ưu tiên trước đó
Đảo chiều di chuyển cabin
Ưu tiên cùng chiều di chuyển ưu tiên
Tầng cuối gọi đi lên/xuống Kết thúc Đ S S
62
4.2 Qui định ngõ vào ra kết nối với PLC 4.2.1 Qui định ngõ vào, ra 4.2.1 Qui định ngõ vào, ra
Bảng 4. 1 Qui định ngõ vào.
STT Đầu vào Qui định tên
1 I10.0 CTHT_MỞ_CỬA 2 I10.1 CTHT_ĐÓNG_CỬA 3 I10.2 CTHT_1 4 I10.3 CTHT_2 5 I10.4 CTHT_3 6 I10.5 CTHT_4 7 I10.6 GỌI_TẦNG_1_LÊN 8 I10.7 GỌI_TẦNG_2_LÊN 9 I11.0 GỌI_TẦNG_2_XUỐNG 10 I11.1 GỌI_TẦNG_3_LÊN 11 I11.2 GỌI_TẦNG_3_XUỐNG 12 I11.3 GỌI_TẦNG_4_XUỐNG 13 I11.4 CHỌN_TẦNG_1 14 I11.5 CHỌN_TẦNG_2 15 I11.6 CHỌN_TẦNG_3 16 I11.7 CHỌN_TẦNG_4 Bảng 4. 2 Qui định ngõ ra.
STT Đầu ra Qui định tên
1 Q0.0 ĐC_LÊN
2 Q4.1 ĐC_XUỐNG
63 4 Q4.3 ĐC_ĐÓNG CỬA 5 Q4.4 ĐÈN_BÁO_LÊN 6 Q4.5 ĐÈN_BÁO_XUỐNG 7 Q4.6 ĐB_QUÁ TẢI 8 Q4.7 ĐB_HĐ 4.2.2 Sơ đồ kết nối PLC I10.0 PLC S7 – 1500 Q4.0● I10.1 Q4.1● I10.2 Q4.2● I10.3 Q4.3● I10.4 Q4.4● I10.5 Q4.5● I10.6 Q4.6● I10.7 Q4.7● I11.0 CPU 1511C – 1PN 6ES7511-1CK01-0AB0 I11.1 I11.2 I11.3 I11.4 I11.5 I11.6 I11.7 Hình 4. 5 Sơ đồ kết nối PLC. CHỌN_TẦNG_4 GỌI_T3_XUỐNG GỌI_T1_LÊN GỌI_T2_LÊN CTHT_MỞ_CỬA CTHT_ĐÓNG_CỬA CTHT_1 CTHT_2 CTHT_3 CTHT_4 GỌI_T2_XUỐNG GỌI_T3_LÊN GỌI_T4_XUỐNG CHỌN_TẦNG_1 CHỌN_TẦNG_3 CHỌN_TẦNG_2 K1 K2 K3 K4 K5 K6 24V + - K7 K8
64
4.3 Nguyên lý hoạt động
Sau khi bật CB (Circuit Breaker) cấp điện cho toàn hệ thống. PLC khởi động ta nạp chương trình rồi nhấn RUN trên PLC.
Khi vị trí buồng thang ở tầng 1 hành khách nhấn gọi tầng 1 đi lên trên mơ hình thực tế cửa lúc này sẽ mở và đóng sau 5 giây. Sau khi vào trong cabin hành khách tiếp tục nhấn và lựa chọn tầng mong muốn đi đến. Thang máy sẽ di chuyển theo số tầng đã được chọn. Tương tự khi buồng thang ở các vị trí tầng 2,3,4.
Khi thang máy đang ở tầng 1 và hành khách đang ở tầng 2,3 đi lên/ xuống, tầng 4 đi xuống. Buồng thang sẽ di chuyển lên ưu tiên tầng gần nhất và đến các tầng còn lại.
Trong quá trình đi lên đèn báo thang máy đi lên sẽ hoạt động và đến tầng yêu cầu sẽ tắt đèn. Tương tự khi đi xuống đèn sẽ báo đi xuống.
Sau khi đã đưa khách hàng đến tầng mong muốn thì thang sẽ reset gọi và chọn tầng trước đó.
Trong q trình thang hoạt động, nếu số lượng hành khách vào buồng thang nhiều khối lượng tăng quá cho phép thì thang sẽ khơng đóng cữa. Trọng lượng giảm đi và trong mức cho phép thì đóng cữa hoạt động lại bình thường.
4.4 Chương trình điều khiển hệ thống (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});