nghiên cứu, ứng dụng plc s7 1200 điều khiển mô hình thang máy 6 tầng phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện – trường đại học nha trang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.2 MB, 138 trang )
ii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. i
MỤC LỤC ...................................................................................................... ii
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................. viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ......................................................................... xii
BẢNG VIẾT TẮT ....................................................................................... xiii
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH ........................................ xiv
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... xv
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ................................................................................... xv
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU............................................................................ xvi
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................. xvi
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... xvi
6. BỐ CỤC ĐỒ ÁN ........................................................................................... xvii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY........................................... 1
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY...................................................... 1
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY ............................................... 3
1.2.1. Lịch sử phát triển thang máy của thế giới ............................................ 3
1.2.2. Lịch sử phát triển thang máy trong nước ............................................. 3
1.3. PHÂN LOẠI THANG MÁY .......................................................................... 4
1.3.1. Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) .................................................... 4
1.3.2. Phân loại theo thông số cơ bản .............................................................. 5
1.3.3. Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo ........................................................ 6
1.3.4. Phân loại theo hệ thống vận hành. ........................................................ 6
1.3.5. Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin ............................................... 6
1.4. TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY ......................................... 7
1.4.1. Tổng thể cơ khí thang máy .................................................................... 7
1.4.2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy .......................................................... 9
1.4.2.1. Cơ cấu nâng ..................................................................................... 9
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
iii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
1.4.2.2. Tủ điều khiển ................................................................................... 9
1.4.2.3. Puly dẫn hướng .............................................................................. 10
1.4.3. Thiết bị lắp trong giếng thang máy ..................................................... 10
1.4.3.1. Buồng thang ................................................................................... 10
1.4.3.2. Ray dẫn hướng ............................................................................... 10
1.4.4. Cabin và các thiết bị liên quan ............................................................ 10
1.4.4.1. Khung cabin ................................................................................... 10
1.4.4.2. Ngàm dẫn hướng ........................................................................... 11
1.4.4.3. Hệ thống treo cabin ........................................................................ 11
1.4.4.4. Buồng cabin ................................................................................... 11
1.4.4.5. Hệ thống cửa cabin và cửa tầng .................................................... 11
1.4.5. Thiết bị cố định trong giếng thang ...................................................... 12
1.4.6. Hệ thống cân bằng trong thang máy ................................................... 12
1.4.6.1. Đối trọng ........................................................................................ 12
1.4.6.2. Xích bù và cáp cân bằng ................................................................ 13
1.4.6.3. Cáp nâng ........................................................................................ 14
1.4.7. Thiết bị an toàn .................................................................................... 14
1.5. THIẾT BỊ CẢM BIẾN CỦA THANG MÁY ................................................ 16
1.5.1. Cảm biến tốc độ (Encorder) ................................................................ 16
1.5.2. Cảm biến vị trí (móng ngựa) .............................................................. 16
1.5.3. Cảm biến trọng lượng .......................................................................... 17
1.5.4. Cảm biến mở cửa (photosell) .............................................................. 17
1.6. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THANG MÁY ....................................... 18
1.6.1. Tiện nghi ............................................................................................... 18
1.6.2. Độ an toàn............................................................................................. 19
1.6.3. Độ tin cậy .............................................................................................. 20
1.6.4. Độ dừng tầng chính xác của cabin....................................................... 21
1.6.5. Đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng ............................................ 21
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
iv
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM
TIA PORTAL (V12).................................................................................... 22
2.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 .................................................... 22
2.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 22
2.1.2. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình ........................................................ 22
2.1.3. Giới thiệu về PLC S7-1200................................................................... 23
2.1.3.1. Tổng quan về PLC S7-1200 ........................................................... 23
2.1.3.2. Các bảng tín hiệu ........................................................................... 26
2.1.3.3. Các module tín hiệu ....................................................................... 27
2.1.3.4. Các module truyền thông ............................................................... 27
2.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL (V12) ................................... 28
2.2.1. Tổng quan về phần mềm TIA PORTAL (V12) .................................. 28
2.2.1.1. Tạo một đề án mới .......................................................................... 29
2.2.1.2. Thêm thiết bị vào đề án .................................................................. 29
2.2.1.3. Thêm các module vào cấu hình...................................................... 30
2.2.1.4. Cấu hình địa chỉ IP của CPU S7-1200 .......................................... 32
2.2.2. Tải chương trình xuống CPU .............................................................. 34
2.2.3. Giám sát và thực hiện chương trình.................................................... 35
2.2.4. Kỹ thuật lập trình ................................................................................ 36
2.2.4.1. Vòng quét chương trình ................................................................. 36
2.2.4.2. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS .............................. 37
2.2.4.3. Hàm chức năng – FUNCTION ...................................................... 38
2.2.5. Tập lệnh lập trình ................................................................................ 39
2.2.5.1. Bit logic .......................................................................................... 39
2.2.5.2. Sử dụng bộ Timer........................................................................... 40
2.2.5.3. Sử dụng bộ Counter ....................................................................... 41
2.2.5.4. So sánh ........................................................................................... 42
2.2.5.5. Di chuyển MOVE ........................................................................... 43
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN PHẨM ................................ 44
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
v
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
3.1. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH .................... 44
3.1.1. PLC Simatic S7-1200 ........................................................................... 44
3.1.2. ATmega 16............................................................................................ 44
3.1.3. Khí cụ điện Áp tô mát .......................................................................... 45
3.1.4. Relay trung gian ................................................................................... 45
3.1.5. Bộ nguồn ............................................................................................... 45
3.1.6. Động cơ kéo cửa ................................................................................... 45
3.1.7. Động cơ kéo cabin thang máy .............................................................. 46
3.1.8. Công tắc hành trình ............................................................................. 46
3.1.9. Cảm biến quang kiểu vành móng ngựa............................................... 47
3.1.12. Cầu chì ................................................................................................ 47
3.1.10. Công tắc, nút nhấn ............................................................................. 48
3.1.11. LED 7 đoạn, ma trận.......................................................................... 48
3.2. MÔ HÌNH SẢN PHẨM THANG MÁY 6 TẦNG......................................... 49
3.2.1. Cấu tạo mô hình ................................................................................... 49
3.2.2. Mô hình thang máy .............................................................................. 50
3.2.2.1. Khối cơ cấu truyền động ................................................................ 50
3.2.2.2. Khối chọn tầng ............................................................................... 52
3.2.2.3. Khối gọi tầng .................................................................................. 53
3.2.2.4. Khối cảm biến xác định vị trí thang ............................................... 53
3.2.3. Tủ điện .................................................................................................. 54
3.2.3.1. Tổng quát tủ điện ........................................................................... 54
3.2.3.2. Các khối được bố trí bên trong tủ điện........................................... 55
3.2.3.2. Các khối được kết nối bố trí phía trên tủ điện................................ 61
CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH THANG
MÁY .............................................................................................................. 65
4.1. GIỚI THIỆU TÓM TẮT VỀ MÔ HÌNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH .......... 65
4.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ....................................................................... 66
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
vi
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
4.3. QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN VÀ BỘ LẬP TRÌNH SỬ
DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH .................................................................... 67
4.3.1. Quy trình xử lý dữ liệu và điều khiển ................................................. 67
4.3.2. Bộ lập trình PLC sử dụng trong chương trình ................................... 68
4.4. QUY ĐỊNH ĐỊA CHỈ VÀO, RA VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI VỚI PLC ............... 68
4.4.1. Quy định địa chỉ vào, ra....................................................................... 68
4.4.4.1. Xử lý một số địa chỉ vào PLC bằng vi điều khiển AVR ................. 68
4.4.4.2. Một số địa chỉ vào, ra còn lại của PLC .......................................... 71
4.4.2. Sơ đồ kết nối với PLC .......................................................................... 72
4.4.3. Sơ đồ mạch động lực ............................................................................ 73
4.3. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH ....................... 74
4.3.1. Lưu đồ thuật toán Reset buồng thang khi hệ thống bắt đầu hoạt động
........................................................................................................................ 74
4.3.2. Lưu đồ thuật toán ở chế độ Auto khi thang máy ở tầng 1 ................. 75
4.3.3. Lưu đồ thuật toán chương trình đóng, mở cửa cabin buồng thang... 76
4.3.4. Lưu đồ thuật toán sự cố ....................................................................... 77
4.4. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN................................................................. 78
4.4.1. Chương trình điều khiển chính của mô hình thang máy ................... 78
4.4.4.1. Trình tự hoạt động của chương trình chính .................................. 78
4.4.4.2. Chương trình chính của mô hình thang máy, giải thích hoạt động
của các Network.......................................................................................... 79
4.4.4.3. Chương trình con của mô hình thang máy, giải thích hoạt động
của các Network .......................................................................................... 83
CHƯƠNG 5 ĐỀ XUẤT TẬP: “HƯỚNG DẪN THỰC TẬP MÔ HÌNH
THANG MÁY 6 TẦNG” ............................................................................. 84
5.1. BÀI THỰC TẬP SỐ 1: XÁC ĐỊNH KHỐI NGUỒN CỦA MÔ HÌNH ........ 84
5.2. BÀI THỰC TẬP SỐ 2: KỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ........... 85
5.3. BÀI THỰC TẬP SỐ 3: KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC CẢM BIẾN 87
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
vii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
5.4. BÀI THỰC TẬP SỐ 4: KẾT NỐI MẠCH, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN ĐÓNG, MỞ CỬA CHO CABIN THANG MÁY .................................... 89
5.5. BÀI THỰC TẬP SỐ 5: KẾT NỐI MẠCH, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU CHỌN TẦNG TRONG BUỒNG THANG ..... 91
5.6. BÀI THỰC TẬP SỐ 6: KẾT NỐI MẠCH KẾT HỢP VỚI YÊU CẦU BÀI 4,
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU GỌI TẦNG
NGOÀI BUỒNG THANG .................................................................................. 94
5.7. BÀI THỰC TẬP SỐ 7: KẾT NỐI MẠCH KẾT HỢP VỚI YÊU CẦU BÀI 4,
BÀI 5, BÀI 6 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU
GỌI/CHỌN TẦNG KẾT HỢP ĐÓNG MỞ CỬA BUỒNG THANG .................. 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 99
PHỤ LỤC.................................................................................................... 100
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
viii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Hình dáng tổng thể của thang máy ............................................................ 1
Hình 1. 2: Kết cấu cơ khí của thang máy ................................................................... 8
Hình 1. 3: Cơ cấu nâng thang .................................................................................... 9
Hình 1. 4: Ngàm dẫn hướng .................................................................................... 11
Hình 1. 5: Giảm chấn............................................................................................... 12
Hình 1. 6: Cấu tạo đối trọng .................................................................................... 13
Hình 1. 7: Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm ................................................................ 15
Hình 1. 8: Hình ảnh Encorder .................................................................................. 16
Hình 1. 9: Cảm biến vị trí kiểu quang điện .............................................................. 17
Hình 2. 1: Thành phần PLC S7-1200 ....................................................................... 24
Hình 2. 2: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 ........................................................ 27
Hình 2. 3: Các module tín hiệu của PLC S7-1200 .................................................... 27
Hình 2. 5: Kết cấu làm việc với TIA ........................................................................ 28
Hình 2. 4: Các module truyền thông của PLC S7-1200 ............................................ 28
Hình 2. 6: Tạo một đề án mới .................................................................................. 29
Hình 2. 7 Gán thiết bị vào đề án .............................................................................. 29
Hình 2. 8: Chèn CPU vào cấu hình thiết bị .............................................................. 30
Hình 2. 9: Device view của cấu hình phần cứng ...................................................... 30
Hình 2. 10: Chèn module tín hiệu (SM) và kết quả sau khi chèn .............................. 31
Hình 2. 11: Chèn bảng tín hiệu (SB) và kết quả sau khi chèn ................................... 31
Hình 2. 12: Chèn các module truyền thông (CM) và kết quả sau khi chèn ............... 32
Hình 2. 13: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC .................................................................... 33
Hình 2. 14: Updates địa chỉ IP của PLC................................................................... 33
Hình 2. 15: Hộp thoại “Online & diagnostics" ......................................................... 34
Hình 2. 16: Nhập IP của PLC .................................................................................. 34
Hình 2. 17: Tải chương trình xuống PLC ................................................................. 34
Hình 2. 18: Hiển thị các kết nối với PLC. ................................................................ 35
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
ix
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Hình 2. 19: Kết thúc quá trình tải xuống .................................................................. 35
Hình 2. 20: Giám sát chương trình qua Monitor....................................................... 35
Hình 2. 21: Giám sát chương trình qua Go online .................................................... 36
Hình 2. 22: Cấu trúc lập trình .................................................................................. 36
Hình 2. 23: Tạo khối mã trong TIA Portal ............................................................... 37
Hình 2. 24: Chèn các OB vào chương trình ............................................................. 37
Hình 3. 1: PLC S7-1200 .......................................................................................... 44
Hình 3. 2: ATmega 16 ............................................................................................. 44
Hình 3. 3: Khí cụ điện Áp tô mát ............................................................................. 45
Hình 3. 4: Relay trung gian ...................................................................................... 45
Hình 3. 5: Bộ nguồn 12V, 5A .................................................................................. 45
Hình 3. 6: Động cơ kéo cửa ..................................................................................... 46
Hình 3. 7: Động cơ kéo cabin thang máy ................................................................. 46
Hình 3. 8: Công tắc hành trình ................................................................................. 46
Hình 3. 9: Cảm biến quang kiểu vành móng ngựa.................................................... 47
Hình 3. 10: Cầu chì.................................................................................................. 47
Hình 3. 11: Công tắc, nút nhấn ................................................................................ 48
Hình 3. 12: LED 7 đoạn, ma trận ............................................................................. 48
Hình 3. 13: Mô hình tổng quát ................................................................................. 49
Hình 3. 14: Cơ cấu truyền động nâng - hạ buồng thang ........................................... 50
Hình 3. 15: Cơ cấu truyền động kéo cửa ra - vào ..................................................... 51
Hình 3. 16: Khối chọn tầng trong buồng thang ........................................................ 52
Hình 3. 17: Khối gọi tầng tại các tầng...................................................................... 53
Hình 3. 19: Tủ điện và phía bên trong của tủ điện .................................................... 54
Hình 3. 18: Khối cảm biến, CTHT xác định vị trí thang........................................... 54
Hình 3. 20: Mặt trên của tủ điện .............................................................................. 55
Hình 3. 21: Khối nguồn ........................................................................................... 55
Hình 3. 22: Tổng quát khối mạch điều khiển ........................................................... 56
Hình 3. 23: Mạch hiển thị LED 7 đoạn, LED ma trận .............................................. 57
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
x
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Hình 3. 24: Mạch xử lý tín hiệu nút nhấn................................................................. 57
Hình 3. 25: Mạch hiện thị trạng thái của nút nhấn.................................................... 58
Hình 3. 26: Khối mạch động lực .............................................................................. 59
Hình 3. 27: Khối mạch cảm biến ............................................................................. 59
Hình 3. 28: Sơ đồ nguyên lý mạch kích điện áp của 1 cảm biến............................... 60
Hình 3. 29: Sơ đồ mạch in mạch kích điện áp của khối mạch cảm biến ................... 60
Hình 3. 30: Hình ảnh lỗ cắm nguồn cung cấp cho mô hình và các chế độ thực hiện . 61
Hình 3. 31: Hình ảnh các lỗ cắm CTHT, cảm biến, chuông ..................................... 62
Hình 3. 32: Hình ảnh các lỗ cắm nút nhấn và đèn báo chọn, gọi tầng....................... 62
Hình 3. 33: Hình ảnh lỗ cắm sơ đồ giàn trải khối mạch động lực và điều khiển động
cơ ............................................................................................................................ 63
Hình 3. 34: Hình ảnh lỗ cắm PLC, VDK ................................................................. 64
Hình 4. 1: Bên ngoài, bên trong thang máy .............................................................. 65
Hình 4. 2: Cabin thang máy ..................................................................................... 66
Hình 4. 3: Quy trình xử lý dữ liệu và điều khiển ...................................................... 67
Hình 4. 4: Sơ đồ kết nối với PLC............................................................................. 72
Hình 4. 5: Sơ đồ mạch động lực .............................................................................. 73
Hình 4. 6: Lưu đồ thuật toán Reset buồng thang ở chế độ ban đầu ........................... 74
Hình 4. 7: Lưu đồ thuật toán ở chế độ Auto khi thang máy ở tầng 1 ........................ 75
Hình 4. 8: Lưu đồ thuật toán đóng, mở cửa cabin buồng thang ................................ 76
Hình 4. 9: Lưu đồ thuật toán sự cố ........................................................................... 77
Hình 5. 1: Nhận biết khối nguồn trong và trên tủ điện ............................................. 84
Hình 5. 2: Nhận biết khối CTHT và các nút nhấn kiểm tra trên tủ điện .................... 85
Hình 5. 3: Nhận biết khối Rơ-le ............................................................................... 86
Hình 5. 4: Sơ đồ nguyên lý bài thực tập số 2............................................................ 86
Hình 5. 5: Nhận biết các khối cảm biến trên tủ điện ................................................. 88
Hình 5. 6: Nhận biết cảm biến bên trên mô hình và trong tủ điện ............................. 88
Hình 5. 7: Sơ đồ mạch nguyên lý 1 cảm biến ........................................................... 88
Hình 5. 8: Sơ đồ kết nối PLC bài thực tập số 4 ........................................................ 90
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xi
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Hình 5. 9: Nhận biết khối chọn tầng trên mô hình.................................................... 91
Hình 5. 10: Nhận biết khối chọn tầng trên tủ điện .................................................... 92
Hình 5. 11: Nhận biết khối PLC trên tủ điện ............................................................ 92
Hình 5. 12: Sơ đồ kết nối PLC bài thực tập số 5 ...................................................... 93
Hình 5. 13: Nhận biết khối VDK trên tủ điện........................................................... 95
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: Thông số kỹ thuật các loại CPU.............................................................. 25
Bảng 2. 2: Danh sách Modul hỗ trợ PLC ................................................................. 26
Bảng 2. 3: Tập lệnh Bit logic ................................................................................... 39
Bảng 2. 4. Các tập lệnh Timer ................................................................................. 40
Bảng 2. 5: Các lệnh Counter .................................................................................... 41
Bảng 2. 6: Các lệnh so sánh ..................................................................................... 42
Bảng 2. 7: Các lệnh di chuyển MOVE ..................................................................... 43
Bảng 4. 1: Xử lý một số địa chỉ vào PLC bằng vi điều khiển ................................... 69
Bảng 4. 2: Xử lý tín hiệu ra trực tiếp từ vi điều khiển .............................................. 70
Bảng 4. 3: Một số địa chỉ đầu vào............................................................................ 71
Bảng 4. 4: Địa chỉ đầu ra………………...……………………………………..…...72
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xiii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
BẢNG VIẾT TẮT
PLC
Programmable Logic Controller: Thiết bị điều khiển tự động.
TIA Portal
Totally Integrated Automation Portal: Phần mềm tự động hóa tích
hợp.
LAD
Ladder Diagram: Ngôn ngữ lập trình trực quan.
FBD
Function Block Diagram: Ngôn ngữ lập trình logic.
HMI
Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp người dùng.
DI
Digital Input: Đầu vào số.
DO
Digital Output: Đầu ra số.
AI
Analog Input: Đầu vào tương tự.
SM
Modul tín hiệu.
CM
Modul truyền thông.
OB
Organization blocks
FC
Functions: hàm chức năng.
FB
Functions Block: khối chức năng.
DB
Data Block: khối dữ liệu.
VAC
Điện áp xoay chiều.
VDC
Điện áp một chiều.
CTHT
Công tắc hành trình.
CB
Cảm biến.
VDK
Vi điều khiển.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xiv
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH
Mạng toàn cầu
Internet
Thiết bị mở rộng
Modul
Chuẩn truyền thông
PROFINET
Phần cứng
Hardware
Cấu hình
Properties
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xv
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa và hội nhập
quốc tế, đất nước có những bước phát trển vượt bậc, nhu cầu đòi hỏi của con người
rất lớn. Đặc biệt là tự động hóa, ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động, vận
chuyển, đi lại phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều.
Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ
thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các
PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển
logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, quản lý, kết nối thống nhất giữa các thiết
bị với nhau. Đáp ứng nhu cầu kiểm soát và điều khiển các thiết bị trong hệ thống hoạt
động một cách đảm bảo và an toàn.
Trong công nghiệp và các nhà cao tầng, việc di chuyển hàng hóa và đi lại càng
khó khăn khi khoảng cách di chuyển lớn, mất nhiều thời gian, giảm năng suất lao
động và sức khỏe cho con người. Vì vậy thang máy ra đời nhằm phục vụ các yêu cầu
của con người một cách nhanh chóng, thuận tiện.
Ngoài các lý do được nêu trên, lý do chính để em thực hiện đề tài này là nhận
thấy hiện tại phòng thí nghiệm thực hành truyền động điện của trường đại học Nha
Trang vẫn chưa có mô hình thực hành thang máy.
Xuất phát từ nhu cầu đó cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển
hệ thống dùng PLC! Nên em chọn đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200
điều khiển mô hình thang máy 6 tầng phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm
Truyền động điện - Trường Đại học Nha Trang”.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xvi
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển thang máy 6 tầng phục vụ
thực hành tại phòng thí nghiệm truyền động điện trường đại học Nha Trang.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200.
Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh điều
khiển.
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cách vận hành, lập trình điều khiển mô hình
thang máy.
Phạm vi nghiên cứu:
Tổng quan về thang máy và kết nối điều khiển PLC với thang máy.
Thiết kế, áp dụng thực tế, điều khiển trên mô hình sản phẩm.
Các bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng trên mô hình sản phẩm.
Thiết kế, lắp ráp các thiết bị rời thành bô thực hành phục vụ phòng thí nghiệm
truyền động điện trường đại học Nha Trang.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Điều khiển lập trình dùng PLC S7-1200.
Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Mô phỏng các hoạt động của chương
trình bằng phần mềm TIA Portal (V12).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo mô hình sản phẩm.
5. ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỂ TÀI
Mô hình trước tiên sẽ được ứng dụng vào thực hành tại phòng thí nghiệm,
giúp sinh viên có được kiến thức cơ bản về lập trình và cách điều khiển các thiết bị
điện khác ngoài PLC như rơ le, cảm biến hay động cơ.
Ngoài ra, có thể ứng dụng thực tế vào sản xuất một số công trình nhỏ như
chuyên chở hàng hóa.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
xvii
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
6. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Tổng quan về thang máy.
Chương 2: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200 và phần mềm TIA Portal
(V12).
Chương 3: Giới thiệu về mô hình sản phẩm.
Chương 4: Chương trình điều khiển mô hình thang máy.
Chương 5: Đề xuất tập: “Hướng dẫn thực tập mô hình thang máy 6 tầng”.
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng do kiến thức
và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong được
sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
1
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương
thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15° so với phương thẳng đứng theo một
tuyến đã định sẵn[2].
Thang máy và máy nâng được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của
nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng,
luyện kim, công nghiệp nhẹ…. Ở những nơi đó thang máy và máy nâng được sử
dụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có tốc độ
cao khác nhau…. Nó đã thay thế sức lực của con người và mang lại năng suất cao.
Hình dạng cơ bản của thang máy được giới thiệu tại hình 1.1.
Hình 1. 1: Hình dáng tổng thể của thang máy
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
2
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong
các tòa nhà cao tầng, trong các khách sạn, siêu thị, công sở và trong các bệnh
viện…. Hệ thống thang máy đã giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian và
sức lực…..
Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm
tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các toà nhà cao trên 6 tầng
trở lên phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết
kiệm thời gian và tăng năng suất lao động. Giá thành của thang máy trang bị cho
công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý. Đối
với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn… tuy số tầng nhỏ
hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy.
Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn hơn thì việc trang bị thang máy là
bắt buộc để phục vụ cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa trong nhà. Nếu vấn đề
này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng sẽ không
thành hiện thực.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó
liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối với
hệ thống thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là
phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn được quy định
trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy tắc.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ
điều kiện để đưa vào sử dụng mà còn phải đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ
tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone),
chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn của cửa
cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện….
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
3
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY
1.2.1. Lịch sử phát triển thang máy của thế giới
Cuối thế kỷ 19, trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như:
OTIS, Schindler. Chiếc thang máy đầu tiên đã đựợc chế tạo và đưa vào sử dụng của
hãng OTIS (Mỹ) năm 1853. Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ)
cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một
cấp tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển của
cabin thấp.
Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan),
MSUBISI, NIPON, ELEVATOR,…(Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý)…
đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm dịu
hơn.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7.5m/s, những
thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn. Đồng thời cũng vào khoảng thời gian
này các thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ
của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s. Vào những năm
1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi
điện áp và tần số VVVF (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động
êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ. Đồng thời, cũng vào những
năm này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ cảm ứng tuyến tính.
Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc
độ đạt tới 12.5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác.
1.2.2. Lịch sử phát triển thang máy trong nước
Trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ và một số nước Đông
Âu cung cấp. Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chuyên chở
người trong các nhà cao tầng. Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn. Trong những
năm gần đây, do nhu cầu sử dụng thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy đã
ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
4
Đồ án tốt nghiệp
-
Khoa Điện – Điện tử
Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy
nhưng giá thành rất cao.
-
Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác.
Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán
sản phẩm của mình vào Việt Nam như: OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON (Nhật Bản),
HUYNDAI (Hàn Quốc), Techno (Italia)...Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới
còn mẫu mã thì phổ biến ở hai dạng:
-
Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường.
-
Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thủy lực.
Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại, phổ biến
dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.
1.3. PHÂN LOẠI THANG MÁY
Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu,
nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình. Thang
máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất, chức năng
như: phân loại theo hệ dẫn động cabin, theo vị trí đặt bộ kéo tời, theo hệ thống vận
hành, theo công dụng… Dưới đây là một số phân loại:
1.3.1. Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993)
Thang máy được chia làm 5 loại:
Thang máy chuyên chở người:
Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà
nghỉ, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình...
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách.
Gia tốc tối ưu là: a < 2m/s2.
Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở người nhưng có tính đến
hàng hóa mang kèm theo người:
Loại này thường được dùng cho các siêu thị, khu triển lãm…
Thang máy chuyên chở bệnh nhân:
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
5
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng,…. Đặc
điểm của nó là kích thước thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc
giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi
kèm. Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch
chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện…. Hiện nay trên thế giới
đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho lại thang máy này.
Thang máy thiết kế chuyên chở hàng hóa nhưng thường có người đi
kèm theo:
Loại này thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho… đáp ứng được
các điều được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của
môi trường làm việc: độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn…. Thang máy
dùng cho nhân viên khách sạn chủ yếu chở hàng nhưng có người đi kèm để phục
vụ.
Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:
Loại này dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể…
Đặc điểm của thang máy này chỉ có điều khiển ngoài cabin (trước các cửa tầng).
Còn các loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển
ngoài cabin.
1.3.2. Phân loại theo thông số cơ bản
Theo tốc độ di chuyển của cabin
-
Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s.
-
Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 2,5 m/s. Thường dùng cho các nhà có
số tầng từ 6 12 tầng.
-
Thang máy tốc độ cao: v = 2,5 4 m/s. Thường dùng cho các nhà có số
tầng lớn hơn 16 tầng.
-
Thang máy tốc độ rất cao (siêu tốc): v = 5m/s. Thường dùng trong các toà
tháp cao tầng.
Theo khối lượng vận chuyển của cabin
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
6
Đồ án tốt nghiệp
-
Khoa Điện – Điện tử
Thang máy loại nhỏ: Q < 500 kg. Hay dùng trong thư viện, trong các nhà
hàng ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm.
-
Thang máy loại trung bình: Q = 500 1000 Kg.
-
Thang máy loại lớn: Q = 1000 1600 kg.
-
Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg.
1.3.3. Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo
Đối với thang máy điện
-
Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang.
-
Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang.
-
Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng
thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
Đối với thang máy thuỷ lực
-
Buồng đặt tại tầng trệt.
1.3.4. Phân loại theo hệ thống vận hành.
Theo mức dò tự động
-
Loại nửa tự động.
-
Loại tự động.
Theo tổ hợp điều khiển
-
Điều khiển đơn.
-
Điều khiển kép.
-
Điều khiển theo nhóm.
Theo vị trí điều khiển
-
Điều khiển trong cabin.
-
Điều khiển ngoài cabin.
-
Điều khiển cả trong và ngoài cabin.
1.3.5. Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin
Thang máy dẫn động điện
Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm
tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
7
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế. Ngoài ra, còn có loại thang máy dẫn
động cơ cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên để chở người phục vụ
xây dựng các công trình cao tầng).
Thang máy thủy lực (bằng xylanh - pittông)
Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittông
thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thủy lực với hành trình tối
đa khoảng 18m. Vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết
cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động
cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có
cùng số tầng phục vụ vì buồng máy đặt ở tầng trệt.
Thang máy nén khí.
1.4. TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY
1.4.1. Tổng thể cơ khí thang máy
Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy,
an toàn, tiện lợi trong vận hành. Thang máy thường bao gồm một số bộ phận chức
năng sau: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền
động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển khác.
Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang
(khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong
phòng máy (trên sàn tầng cao nhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1).
Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hoàn
chỉnh hơn, an toàn thuận tiện hơn.
Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.2.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
8
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
Hình 1. 2: Kết cấu cơ khí của thang máy
1. Cabin; 2. Con trượt ray dẫn hướng; 3. Ray dẫn hướng cabin;
4. Thanh kẹp tăng cáp; 5. Cụm đối trọng; 6. Ray dẫn hướng đối trọng;
7. Cụm dẫn hướng đối trọng; 8. Cáp tải; 9. Cụm máy; 10. Cửa xếp cabin;
11. Nêm chống rơi; 12. Cơ cấu chống rơi; 13. Giảm chấn; 14. Thanh đỡ;
15. Kẹp ray cabin; 16. Giá ray cabin; 17. Bulông bắt giá ray;
18. Giá ray đối trọng; 19. Kẹp ray đối trọng.
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
9
Đồ án tốt nghiệp
Khoa Điện – Điện tử
1.4.2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy
1.4.2.1. Cơ cấu nâng
Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang lực kéo chuyển
động buồng thang và đối trọng.
Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau: bộ phận kéo cáp (puly hoặc tang quấn
cáp), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động. Trong thang máy
thường dùng hai cơ cấu nâng như hình 1.3.
-
Cơ cấu nâng có hộp số (hình 1.3 a) là động cơ được chế tạo thêm thiết bị làm
thay đổi tốc độ quay (còn gọi là hộp số).
-
Cơ cấu nâng không hộp số (hình 1.3 b) là động cơ được thiết kế đặc biệt, vận
tốc quay chậm phù hợp với yêu cầu mà không cần thiết bị thay đổi tốc độ. Cơ cấu
nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao.
Hình 1. 3: Cơ cấu nâng thang
1.4.2.2. Tủ điều khiển
Chứa các thiết bị đóng ngắt, điều khiển và giám sát hoạt động của thang gồm
mạch điều khiển chính (PLC hoặc VDK), biến tần, cầu chì các loại, công tắc tơ và
các loại rơle trung gian....
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn
SVTH: Hồ Xuân Dương
