Tài liệu 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

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