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 các trung tâm thường có đông người di chuyển lên xuống thường xuyên. Trong đó thang máy đứng thừng được sử dụng rộng rải hơn trong các tóa cao ốc, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn Để đáp ứng tiện nghi sử dụng và theo đúng yêu cầu của qui luật phát triển đất nước thì các tòa nhà cao từ 4 tầng trở lên phải được lấp đặt thang máy. Thực tế thì hiện nay ở TP Hồ Chí Minh có khoảng hơn 500 thang máy đang 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: 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: 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 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 pulley có bán kính gấp 40 lần bán kính dây kéo. Các máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn 800 fpm(4 m/s) hoặc cao hơn. Thường dùng nguyên tắc quấn dây đôi để tránh trượt dây và giảm tối đa độ mòn dây. Các dây từ buồng thang được quấn pulley truyền động qua pulley thứ hai (gọi là pulley thứ cấp) rồi qua pulley truyền động một lần nữa, cuối cùng đến đối 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 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 bộ phận truyền động bằng bánh răng, vì moment giảm ngược với bánh răng. Bộ phận quay motor AC với vận tốc thấp mà trong đó sự dừng lại là do đế hãm. Dòng từ hóa có thể sử dụng bất cứ nơi nào có thể được vì chúng có thể điều khiển nhanh chóng nhưng không có tiếng ồn. Bộ hãm dòng xoay chiều có thể là từ tính hoặc hoạt động motor và thường cung cấp qua bộ phận giảm chấn để điều 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 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) G dt : khối lượng của đối trọng (kg) K: hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng ( thường chọn k =1, 15:1,3). 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. [...]... thể đặt riêng cho bộ phận điều khiển thang máy Trang 11 Luận Văn Tốt Nghiệp 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... 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,... 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 Trang 13 Luận Văn Tốt Nghiệp 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... với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … b Nguyên lý hoạt động của PLC 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... 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... 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... để thay đổi chế độ hoạt động Trang 19 Luận Văn Tốt Nghiệp 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 nhớ không bị mất đi... 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 4 Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi 1.Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo 3.Truyền thông và tự kiểm tra lỗi 2.Thực hiện chương trình Trang 24 Luận Văn Tốt Nghiệp Như vậy tại mỗi thời điểm thực hiện lệnh vào/ra,thông thường không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm... 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 Trang 15 Luận Văn Tốt Nghiệp Địa chỉ của từng... 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 . 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. 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