Luận Văn Tốt Nghiệp
Lắp đặt và điều khiển thang máy
bằng PLC
được sử dụng và Hà Nội là khoảng hơn 400.
Hiện nay có rất nhiều Công Ty tham gia vào thị trường thang máy của nước
ta nên việc cạnh tranh diễn ra hết sức gây gắt. Do vậy việc tìm hiểu để phát triền và
đổi mới kiểu dáng cũng như hoạt động của thang máy là việc hết sức cần thiết của
các công ty đó.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 2
Bước thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay
thế hệ thống điều khiển cũ sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình
được là PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính
xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển
khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp mới đã và đang được sử
dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Vấn đề tự động hóa trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao năng
suất lao động, là một trong những đề tài được các bạn sinh viên, các thầy cô ở những
trường kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát và sử dụng phần mềm
lập trình cho PLC họ SIMATIC S7.
** Giới hạn đề tài
Do hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo và nhiều điều kiện khách quan
khác nhau, nên đề tài chỉ nghiên cứu những nội dung sau :
- Thiết lập lưu đồ điều khiển.
- Lập trình điều khiển trên bộ PLC của SIMATIC S7-200 CPU 214.
- Xây dựng mô hình điều khiển.
- Kết nối PLC với mô hình. Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 3
2. CẤU TRÚC CỦA 1 THANG MÁY:
Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển
Liệt kê các đầu vào/ra tương ứng với đầu vào/ra của PLC
Dựng một sơ đồ chung của hệ thống điều khiển
Lập trình sơ đồ giải thuật vào PLC
Mô phỏng chương trình và kiểm tra phần mềm
Phiên dịch lưu đồ sang dạng sơ đồ giải thuật
Thay
đổi
chươn
g trình
Chương trình
trọng.
Lớp đệm rãnh làm bằng pulyuerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa
rãnh của pulley và dây kéo để kéo dài tuổi thọ của dây. Kỉ thuật này phát triển dựa
theo nguyên tắc quấn dây hai lần có thế bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết
hợp với miếng đệm rãnh.
Dây cáp: thường dùng loại dây cáp 6 x 19 có khả năng chịu lực cao.
Các thiết bị thông thường được liên kết dây theo tỉ lệ 1:1 hoặc 1:2 đối với
buồng thang và đối trọng.
Tỷ lệ 2:1 được lợi gấp đôi về lực, như vậy động cơ chỉ cần cung cấp một lực
bằng nữa lực cần thiết để nâng khối lượng của vật. Tỷ lệ này thường được dùng khi
tải lớn 1600 kg. Tỷ lệ 1:1 sẽ không thiệt hại về quãng đường như vậy tốc độ của
động cơ phải giảm nhỏ, dẫn đến kích thước của động cơ lớn. Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 6
2. Hoạt động:
Máy phát có thể khởi động khi đầy tải, có khả năng tăng tốc đến tốc độ cực
đại trong khoảng cách chuyển động từ tầng này đến tầng kia. Có khả năng chuyển
động chậm dần đến mức có thể dừng trong khoảng thời gian từ 4,5 đến 5 giây. Yêu
cầu đó đòi hỏi phải thực hiện dưới một điều khiển tải khi nâng cũng như khi hạ. Hệ
thống nâng chuyển phải bố trí sao cho khi tăng tốc hoặc giảm tốc không làm sốc
hành khách trong buồng thang.
II. Truyền động kiểu kéo có hộp số:
1. Mô tả:
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
chỉnh hoạt động của chúng.
4. Lực kéo và Công suất:
a. Lực kéo:
Buồng thang được nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp vắt qua ròng
rọc truyền động, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi
áp lực gây nên do trọng lượng của buồng thang và đối trọng.
Thang máy kéo bằng lực có đặc điểm an toàn khi không có buồng thang hoặc
đối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển
thang máy do lực ma sát bị giải phóng.
b. Công suất
Để chọn được công suất truyền động của thang máy cần có các điều kiện
sau:
- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải
- Trọng lượng buồng thang
Công suất tĩnh của động cơ khi không dùng đối trọng được xác định theo
công thức sau:
/]10*)[(
3
gVGGP
bt
(KW)
G
bt
: khối lượng buồng thang (Kg)
G: khối lượng hàng (kg)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 8
Khối lượng đối trọng tính theo công thức:
GGG
btdt
(Kg)
Với
là hệ số cân bằng (chọn 0.3 đến 0.6)
Tuỳ thuộc vào tải trọng mà ta chọn công suất sao cho phù hợp với động cơ
kéo. Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào lực kéo đặt len puli quấn dây và cơ cấu truyền
động giữa motor kéo và puli Dựa vào các kết quả công thức trên, ta có thể chọn
công suất và các thành phấn liên quan.
5. Dây Cáp:
Một bộ gồm từ ba đến tám dây cáp bằng thép với đường kính khoảng 0.5 đến
1 inch thường được dùng để nối song song. Đường kính của cáp dùng để xác định
đường kính ròng rọc nhỏ nhất có thể sử dụng. Ròng rọc quá nhỏ sẽ dẫn tới ứng suất
dư trong cáp khi quấn qua ròng rọc, nó là nguyên nhân giảm tuổi thọ của cáp.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 9
Đường kính của ròng rọc thường được chọn lớn hơn 40 lần đường kính của cáp.
Hình 1
Trong hình 1 thang máy này sử dụng hệ thống cáp gồm 5 dây, dùng nối song
song với nhau thông qua hệ thống nối cáp.
6. Buồng thang:
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.
Độ tin cậy của thang máy thể hiện ở:
- Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao, ít hư hỏng.
- Xử lý đúng, đáp ứng chính xác các yêu cầu do người sử dụng đưa ra.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 11
- Sự phối hợp họat động của các thiết bị, các thành phần trong thang
máy được điều khiển đồng bộ, thống nhất.
III. ĐỘ CHÍNH XÁC DỪNG TẦNG:
Buồng thang của thang máy phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng
cần dừng sau khi có lệnh dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ xảy ra
các hiện tượng sau:
- Đối với thang máy chở khách: làm cho hành khách ra vào khó khăn, làm
giảm hiệu suất phục vụ của thang.
- Đối với thang máy chở hàng: gây khó khăn trong việc bốc dở hàng, đôi
khi không bốc dở hàng đựơc.
Để khắc phục điều đó, có thể nhất nút bấm để đạt độ chính xác khi dừng,
nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:
- Hỏng thiết bị điều khiển.
- Gây tổn thất năng lượng.
- Gây hỏng các thiết bị cơ khí.
- Tăng thời gian từ lúc giảm đến lúc dừng.
Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến nửa hiệu số của hai quãng
đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo
cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính các buồng thang
bao gồm: moment của cơ cấu phanh, moment quán tính của buồng thang, tốc độ khi
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
Là một kỹ sư điện công nghiệp, công việc sẽ gắn liền với điều khiển, vận hành
hệ thống sản xuất. Như vậy, những hiểu biết về PLC sẽ tạo nhiều thuận lợi để làm
việc tốt hơn. Khi đang còn ngồi trên ghế nhà trường, việc tìm hiểu, nghiên cứu để
nắm vững phương pháp lập trình trên bộ PLC rất có ý nghĩa và là điều kiện tốt nhất
học hỏi, tích lũy kinh nghiệm.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 13
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích
(ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì
hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay
OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập
trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở
ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều
khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
- Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dể học .
- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các
môi Modul mở rộng.
- 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 .
Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới
các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc
vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 15
Hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường
tín hiệu song song :
Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu
khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8
đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ
Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt
động của PLC .
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
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 18 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
Kích thước bộ nhớ :
- Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh
- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000
÷16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
+ Các ngỏ vào ra I / O
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 17
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của
PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) .
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra
hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra .
3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được
trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong
bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho
đến cuối chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là
một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý
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.
- 32 cổng vào và 32 cổng ra tương tự
- Cho phép mở rộng 7 modul
- 6 bộ đếm tốc độ cao: 6 đối với 30kHZ, 4 đối với 20kHZ
- Ngõ ra xung : 2 tại 20kHZ (chi ngõ ra một chiều)
- 256 bộ timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: T0 đến 255, trong
đó có: 2 timer có độ phân giải 1mms, 8 timers có độ phân giải 10mms ,
53 timer có độ phân giải 100 mms loại TONR. 2 timer có độ phân giải
1mms, 8 timer có độ phân giải 10mms, 180 timer có độ phân giải 100mms
loại TON/OFF
- 256 bộ counter
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 19
- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng 190 giờ khi PLC bị
mất nguồn nuôi
- Cổng truyền thông nối tiếp RS-485
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
theo kiểu tự do là từ 300 đến 38400
Bảng 7-1: Tốc độ baud của S7-200 Ghép nối S7-200 với máy PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS-232/RS-485.
Chân Giải thích
1 Đất
2 24VDC
3 Truyền và nhận dữ liệu
4 Không sử dụng
5 Đất
6 5VDC (điện trở trong 100
Ohm) Hình: kết nối giữa
PC với S7-200 bằng
cáp PC/PPI
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 21
5 4 3 2 1
9 8 7 6 Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 22
-Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra
tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-
volatile nhưng đọc/ghi được.
Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trong trong việc thực hiện một
chương trình
Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể truy nhập theo từng
bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử
dụng làm miền lưu trữ dư liệu cho các thuật toán, các hàm truyền
thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ
địa chỉ… Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì dữ liệu
kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định.
Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công
dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chưa cái đầu tiên của
tên tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:
V: Variable memory
I: Input image register
O: Output image register
M: Internal memory bits
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 đệm cổng ra tương tự
(chỉ ghi)
Thanh ghi Accumulator
G. Mở rộng cổng vào ra:
CPU212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU 224 nhiều nhất 7
modul. Các modul mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200
Có thể mở rộng cổng vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các
modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một mốc xích. Địa chỉ của các
vị trí của modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích,
bao gồm các modul có cùng kiểu. Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa
chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ
như một modul số và ngược lại.
Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng
với số đầu vào/ra của modul.
Sau đây là ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 214:
CPU224 modul 0
(4 vào/4 ra)
modul 1
(8 vào)
modul 2
3 vào analog/
AC2
AC3
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 24
F. Thực hiện chương trình :
PLC thực hiện chương trình theochu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét
(scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào
vùng bộ đệm ảo, ti61p theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng
quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc
(MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và
kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm
ảo tới các cổng ra. 1.Nhập dữ liệu từ ngoại vi
vào bộ đệm ảo
I0.2 Q0.2
I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
4. Chuyển dữ liệu từ bộ
đệm ảo ra ngoại vi
3.Truyền thông
và tự kiểm tra lỗi
2.Thực hiện chương trình
Copyright: Tài liệu đại học ©