Luận văn tốt nghiệp

Tự động hóa trong công
nghiệp và lập trình điều khiển
trtên bộ PLC_Lập trình thang
máy
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 1
PHẦN I
KHÁI QUÁT VỀ THANG MÁY

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

1. Lời nói đầu:
Trong những thập niên gần đây ngành xây dựng phát triển rất mạnh đặc biệt là ở
TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và các khu trung tâm thành thị khác trong cả nước. Với sự
phát triển mạnh mẽ đó thì không ít các nhà cao tầng đã mọc lên và không thể dùng
đôi bàn chân để leo lên rồi lại xuống hằng ngày trong những tòa nhà đó. Chính vì
vậy thang máy giúp ít rát nhiều cho vấn đề này, vừa tiết kiệm thời gian vừa ít tốn
công sức đồng thời tạo cho chúng ta thấy được vẽ mỹ quan kiến trúc và sự hiện đại
hóa. Thang máy là 1 phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống mà sự phát triển
và nhu cầu cuộc sống tiện nghi của con người ngày càng cao. Nên việc tìm hiểu và
phát triển thang máy là 1 vấn đề cần thiết
Thang máy là công cụ dùng để chuyên chở người, hàng hóa từ độ cao này đến
độ cao khác theo chu kỳ. Bên ngoài và bên trong thang đều có nút điều khiển và
hướng dẫn sử dụng.
Thang máy có rất nhiều loại nhưng chủ yếu vẫn là thang máy đứng thường dùng
trong các tòa nhà cao tầng và thang máy cuốn thường dùng trong các siêu thị hay
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 3
2. CẤU TRÚC CỦA 1 THANG MÁY: Nguồn
Motor kéo

Nút nhấn gọi thang (bên ngoài)
Cửa thang Bảng Điều khiển thang (Bên trong)

Đối trọng

Cáp
Thanh ray
Bộ phận lò xo giảm xốc
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 4
3. Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chương trình:

Thay
đổi
chươn
g trình
Chương trình
Nối các thiết bị vào/ra với PLC
Chạy thử chương trình
Lưu chương trình vào EPROM
Sắp xếp có hệ thống chương
Sửa lại phần mềm
Kết thúc
Chương trình
sai
Đúng
Sai
Đúng
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 5
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG CỦA
THANG MÁY
I. Truyền động kiểu kéo không có hộp số:
1. Mô tả:
Thiết bị nâng chuyển kiểu kéo không có hộp số bao gồm một động cơ DC
tốc độ thấp (từ 50 đến 200 vòng/phút) có bốn đến tám pulley có đường kính khoảng
30 đến 48 inch (khoảng 750 đến 1000 mm). Một cái phanh lò xo cách ly về điện
được bố trí dùng cho pulley.
Động cơ DC có tốc độ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và đắt tiền nhưng cần
thiết để duy trì moment yêu cầu để truyền động trực tiếp cho pulley có bán kính lớn
để đảm bảo tốc độ dừng và tăng tốc độ của thang.
Các pulley càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo. Thường người ta chọn

Máy của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào động cơ
có tốc độ cao truyền động đến pulley. Kết quả là tốc độ của pulley giảm xuống và
moment tăng cao cần thiết cho sự làm việc của thang máy. Hãm bằng lò xo để dừng
thang và giữ thang ở các tầng.
Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường được dùng trong các thang
máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 15 đến 3000 lp(10 đến 1400 kg) hoặc
lớn hơn với tốc độ từ 25 đến 450 fpm(0.125 đến 2.3 m/s).
Máy kéo có hộp số được truyền động bằng động cơ AC một tốc độ hoặc hai
tốc độ hoặc sử dụng động cơ DC dùng phương pháp điều khiển “Ward – Leonard”
hoặc động cơ AC hay DC điều khiển bằng chỉnh lưu hay mạch điện tử. Động cơ AC
thường dùng cho tốc độ từ 25 đến 150 fpm (0.125 đến 0.75 m/s) và với mạch điện
tử tốc độ có thể lên đến 350 fpm (1.75 m/s).
Đối với động cơ một tốc độ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm
phanh. Động cơ hai tốc độ hoạt động với bộ dây quấn kép. Dây quấn tốc độ nhanh
dùng để vận hành, dây quấn tốc độ chậm dùng để hãm phanh và dừng đúng mức.
2. Phần cơ:
- Đây là bộ phận chính cung cấp lực kéo cho thang máy. Nó bao gồm các bộ phận
sau:
- Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha).
- Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo).
- Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp.
3. Bộ hãm:
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 7
Người ta thường dùng bộ hãm bằng từ vì chúng giải phóng điện và tạo ra để
ma sát với trục của máy. Do lò xo giữ ngược chiều hãm hình trụ trên trục quay của
máy.
Sự hoạt động của cơ cấu truyền động không bánh răng, chức năng hãm dùng
để duy trì và không làm chạm thang máy. Do đó kích thước của nó được xác định
bằng moment theo điểu kiện cần thiết. Chức năng của nó giống như motor, nhỏ hơn

bt
: khối lượng buồng thang (Kg)
G: khối lượng hàng (kg)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 8
V: vận tốc nâng (m/s)
g: gia tốc trọng trường (m/s
2
)
:

hiệu suất của cơ cấu nâng (thường chọn 0.5 đến 0.8)
Công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải khi có đối trọng :

3
10]/)[(

 gkVGGGP
dtbt

(KW)
Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải khi có đối trọng :

3
10]/)[(

 gkVGGGP
dtbt

(KW)


Hình 2 chỉ cho ta thấy các nút chức năng bên trong buồng thang
Buồng thang mang tải gồm:bục thang, khung thang, cửa và tấm chắn xung
quanh thang. Khung thang được gắn dính với dây cáp, thanh ray, bục thang và các
thiết bị an toàn. Thông thường thì các bộ phân điều khiển cửa được gắn kèm theo.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 10
CHƯƠNG III: CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THANG MÁY

I. AN TOÀN:
Đối tượng phục vụ của thang máy (thang máy trở người) là phục vụ trực tiếp
con người. Vì vậy, an toàn là yếu tố quan trọng nhất. Nó phải đảm bảo tính mạng và
sức khỏe của con người.
Đặt vấn đề là an toàn, tức là đưa ra mọi khả năng, mọi tình huống có thể xảy
ra trong khi sử dụng thang máy để tính toán, có biện pháp đề phòng và xử lý thích
hợp, nhanh chóng. Có thể chia thành hai trạng thái hoạt động của thang máy:
- Thang máy hoạt động bình thường.
- Thang máy có sự cố.
1. Thang máy hoạt động bình thường:
Cửa thang máy phải đóng kín khi cabin đang chuyển động chưa dừng hẳn.
Sau khi mở cửa tại tầng có yêu cầu để khách ra vào, cửa cabin chỉ đóng lại nếu chưa
quá tải và không còn khách nào hay hàng hóa nào di chuyển qua cửa cabin. Lực
đóng cửa có giá trị nhỏ để đảm bảo không gây tổn thương cho hành khách hay hư
hỏng cho hàng hóa.
2. Thang máy bị sự cố:
Khi mất điện: Cabin được đưa xuống tầng gần nhất bằng nguồn phụ. Khi
cabin chạy quá hành trình cho phép (Over travel) do bộ điều khiển không bình
thường hoặc vì lý do nào đó, phải có biện pháp xử lý để nó không tiếp tục di chuyển
phá vở kết cấu gây tai nạn.

bắt đầu hãm và một số yếu tố khác.

** Kết luận:
Để thiết kế một hệ thống thang máy, phải giải quyết từng công việc sau:
- Tính toán kết cấu thang máy theo thông số đặt ra với từng trường hợp cụ
thể.
- Tính toán, lắp đặt hệ thống điều khiển.
- Trang bị các bộ phận cần thiết khác.
- Để thực hiện công việc điều khiển, ta cần phân tích các yêu cầu cụ thể
đặt riêng cho bộ phận điều khiển thang máy.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 12
PHẦN II
KHÁI QUÁT VỀ PLC TRONG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200
I. Tổng quát về PLC:
1. Giới thiệu PLC:
Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp.
Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý
thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện tử, tin học, … Nhiều hệ
thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là
bộ điều khiển PLC. Sở dĩ như thế, do bộ PLC có nhiều ưu điểm nổi bậc so những bộ
điều khiển khác
- Đơn giản, dể dàng thay đổi, lập trình .
- Tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Cạnh tranh được giá thành với các bộ diều khiển khác.
Cuối thập niên 60 xuất hiện khái niệm về PLC và đã được phát triển rất nhanh.
Năm 1974 PLC đã sử dụng nhiều bộ xử lý như : mạch định thời, bộ đếm, dung

- Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ
và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính
điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp .
Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định
thời , thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự
phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O
nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 14
PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu
muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi
chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ
được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với
các bộ dây nối hay Relay .
2. Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC:
a. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ
nhớ ngoài EPROM ).
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC .
Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM
để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình
là đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào

Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O .
Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHZ. Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ
của hệ thống.
 Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
- Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
- Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các
Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 16
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ
vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp
theo . Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra,
quá trình này được gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ
nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa
bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị
mất . Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng
cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế
RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay
dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người
sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung
của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được
nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở

của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối
tiếp nhau :
 Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình
phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành .
 Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình.
Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào,
thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của
các đầu ra.
 Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các
modul đầu ra.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 18
II. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 VỚI CPU 224:
Modul
CPU
Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này nhận biết được nhờ số
đầu vào/ra (I/O) và nguồn cung cấp:.
 CPU224 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm
7 modul mở rộ
S7-200 có nhiều loại modul mở rộng (Expansion Modules) khác nhau:
A.Một số thông tin về CPU 224:

B. Mô tả các đèn báo trên S7-200, CPU224:
-I/O LED: đèn ở cổng vào/ra chỉ trạng thái tức thời của cổng I/O
(Input/Output). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng
-Đèn RUN: đèn RUN sáng chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
-Đèn STOP: đèn STOP sáng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng
chương trình đang thực hiện lại.
Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC:
-RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-200 sẽ
rời khỏi chế độ Run và chuyển sang chế độ Stop nếu trong máy có sự cố hoặc trong
chương trình có lệnh Stop, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ Run. Nên quan
sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.
-TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc
cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP.
 STEP 7 – Micro/Win cho phép ta thay đổi nóng chế độ hoạt động của S7-
200. Thay đổi bằng phần mềm cũng có thể thay đổi chế độ hoạt động của S7-
200, ta phải điều chỉnh bằng tay công tắc trên S7-200 hoặc ở chế độ TERM
hoặc RUN. Vào menu PLC > STOP hoặc PLC > RUN hoặc kết hợp những
nút trên thanh công cụ để thay đổi chế độ hoạt động

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 20
C. Pin và nguồn nuôi:
Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
Nguồn pin có thể đuợc sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu
có trong bộ nhớ. Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như
dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 21
Hình 1-2: Sơ đồ chân của cổng truyền thông

E. Cấu trúc bộ nhớ :
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì
dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính
năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các phần bit nhớ đặc biệt
được ký hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. -Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh
chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được
-Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm
cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non volatile đọc/ghi
được.
-Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao
gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm

 SM: Specical memory bits
Tất cả miền này đều có thể truy nhập được theo từmg bit, từng byte, từng từ đơn
(word – 2byte) hoặc từ kép (2 word)
CPU224 bit
Timer (đọc/ghi)

Bộ đếm (đọc/ghi)
T0 (word)
…
…
T63
T0
…
…
T63

C0 (word)
…
…
C255
C0
…
…
C63

modul 1
(8 vào)

modul 2
3 vào analog/
1 ra analog
modul 3
8 ra
modul 4
3 vào analog/
1 ra analog
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I2.0
I2.1
I3.0
I3.1
AIW0
AIW2
Q3.0
Q3.1
AIW8
AIW10
AI0 (word)
…
…
AIW62
AQ0 (word)
…
…

I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
I1.0 Q1.0
I1.1 Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I2.2
I2.3
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3

I3.2
I3.3
I3.4
I3.5
I3.6
I3.7
AIW4
AQW0

Q3.2
Q3.3
Q3.4