Mở đầu của bài báo cáo chương 1 chúng em giới thiệu đề tài, chương 2 chúng em nêu ra cơ sở lý luận về hệ thống thang máytrong điều kiện hỏa hoạn, tiếp theo chương 3 là thiết kế và thi cô
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Trong khuôn khổ đổi mới đất nước, mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đẩy nền kinh tế phát triển với tốc độ cao và hướng tới sánh vai với các quốc gia tiên tiến trên thế giới Lĩnh vực tự động hóa công nghiệp ngày càng khẳng định vai trò thiết yếu trong tăng năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa chi phí sản xuất Đầu tư cho tự động hóa không chỉ nâng cao hiệu quả quản trị và chuỗi cung ứng mà còn tạo động lực cho chuyển đổi mô hình tăng trưởng, nâng cao năng lực cạnh tranh và xây dựng một nền kinh tế hiện đại, bền vững.
Không chỉ phục vụ trong công nghiệp hóa, lĩnh vực tự động hóa còn thể hiện bản chất của một nước hiện đại Cùng với sự phát triển của đất nước, ngày càng xuất hiện nhiều công trình xây dựng cao tầng đồ sộ, từ cao ốc thương mại đến nhà hàng, khách sạn hiện đại theo chuẩn quốc tế; đồng thời, các siêu thị và bệnh viện cũng có xu hướng ứng dụng công nghệ tự động và tối ưu hóa quy trình vận hành để nâng cao hiệu quả quản lý và chất lượng dịch vụ.
Phát triển theo chiều cao là quy luật phát triển hiển nhiên của đô thị hiện đại, khi các tòa nhà cao tầng ngày càng nhiều Đi đôi với sự tăng cao của độ cao công trình là nhu cầu về thiết bị chuyển tải hàng hóa và con người lên các tầng, đòi hỏi một giải pháp vận chuyển đáng tin cậy Thiết bị hiện đại đáp ứng nhu cầu này chính là thang máy, công cụ chuyển tải tối ưu giúp di chuyển an toàn và nhanh chóng giữa các tầng, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc và chất lượng cuộc sống trong các khu vực đô thị và khu công nghiệp.
Với sự phát triển của các công trình xây dựng cao tầng, thang máy ngày càng được nâng cấp công nghệ; trước đây người ta dùng công tắc hành trình để nhận biết dừng đúng tầng, nay thay bằng tế bào quang điện và encoder gắn vào trục quay đọc xung, xử lý để xác định vị trí thang máy và điều khiển hoạt động một cách chính xác và an toàn Tại Việt Nam, tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng diễn ra mạnh mẽ với nhiều tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại và các khu đô thị tập trung ở các thành phố lớn; những tòa nhà có kiến trúc rộng rãi, đa dạng, là nơi tập trung đông người học tập và làm việc, đồng thời chứa đựng nhiều tài sản quý giá và tiềm ẩn nhiều nguy cơ dẫn tới hỏa hoạn Vì vậy, trang bị hệ thống báo cháy tự động trong thang máy nhằm phát hiện sớm các nguy cơ và ngăn chặn hiệu quả đang trở thành yêu cầu cấp thiết của các công trình.
Hiện nay ngành thang máy Việt Nam đang ở mức hợp tác với nước ngoài để lắp đặt các thang máy kết hợp hệ thống báo cháy tự động, sử dụng trang thiết bị ngoại nhập nhằm nâng cao chất lượng và độ tin cậy cho các dự án Trong tương lai, ngành dự kiến sẽ phát triển mạnh mẽ hơn nữa nhờ mở rộng hợp tác quốc tế, áp dụng công nghệ tiên tiến và nâng cao tiêu chuẩn quản lý chất lượng để thị trường ngày càng an toàn và hiệu quả.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế và với những kiến thức đã học nên chúng em chọn “THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 4
TẦNG VẬN HÀNH TRONG ĐIỀU KIỆN HỎA HOẠN” để làm đề tài cho khóa luận của mình.
Mục tiêu và giới hạn của đề tài
1.2.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên với bản thân người thực hiện đề tài Đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống Sau khi tạo ra được sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng thang máy kết hợp với mạch báo cháy tự động cho những nơi như: Các khu chung cư, trường học, bệnh viên, các trung tâm thương mại, khách sạn, hoặc các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng Ngoài ra trong thang máy chúng em còn kết hợp với mạch báo cháy để khi có sự cố mạch báo cháy sẽ tự động gọi đến điện thoại để thông báo và còn hiển thị vị trí cháy giúp người sử dụng biết được để tránh đi đến vị trí đó.
1.2.2 Giới hạn của đề tài
Thang máy nói chung thuộc phạm vi chuyên môn của tự động hóa hiện đại, vì vậy quá trình nghiên cứu đòi hỏi thời gian dài và sự chuẩn bị kỹ lưỡng Việc triển khai đề tài gặp nhiều khó khăn từ nguồn dữ liệu đến giới hạn thiết bị và thời gian thực hiện Với quỹ thời gian ngắn, nhóm tập trung giải quyết những vấn đề cốt lõi như tối ưu hóa vận hành thang máy, đảm bảo an toàn, nâng cao hiệu quả hệ thống và đề xuất các giải pháp khả thi phù hợp với điều kiện thực nghiệm hạn chế.
- Lập trình điều khiển hệ thống thang máy.
- Cảnh báo, hiển thị vị trí nguy hiểm khi xảy ra cháy nổ.
- Ưu tiên vận hành thang máy khi có sự cố đến nơi an toàn.
- Tự động kích hoạt cuộc gọi tự động đến số thuê bao định sẵn về tình trạng cháy nổ.
Điểm mới của đề tài
Thang máy được trang bị còi hú và màn hình LCD hiển thị khi có sự cố như cháy Trong tình huống cháy, còi hú sẽ kêu và màn hình LCD hiển thị vị trí cháy, giúp người dùng thang máy nhận biết tầng đang xảy ra sự cố để có biện pháp thoát hiểm an toàn.
Trong trường hợp xảy ra sự cố báo cháy, thang máy sẽ tự động mở cửa tại các tầng không cháy khi thang đang ở trạng thái dừng và không hoạt động; còn nếu thang máy đang hoạt động khi có sự cố báo cháy, nó sẽ tự động dừng ở tầng gần nhất, mở cửa và dừng hoạt động để đảm bảo an toàn cho người dùng.
Thang máy được trang bị hệ thống báo cháy tự động, khi có sự cố cháy nổ hệ thống sẽ tự động gọi tới số thuê bao định trước để thông báo tình trạng sự cố cháy nổ cho người quản lý và đội cứu hộ, giúp nhận diện và chia sẻ thông tin kịp thời Tính năng này tăng cường an toàn cho người dùng và hỗ trợ công tác chữa cháy hiệu quả bằng cách cung cấp diễn biến và mức độ nguy hiểm của sự cố ngay khi xảy ra.
Giá trị thực tiện của đề tài
Hiện nay, khi nhà cao tầng, chung cư và trung tâm thương mại ngày càng nhiều, thang máy trở thành phương tiện thiết yếu Tuy nhiên sự gia tăng này đi kèm nguy cơ cháy nổ tại các khu căn hộ và trung tâm thương mại, do đó cần trang bị hệ thống cảnh báo và phát hiện cháy nổ, cùng khả năng thông báo vị trí cháy nổ qua điện thoại để ngăn ngừa, xử lý kịp thời và giảm thiểu thiệt hại.
- Dễ vận hành và lắp đặt.
- Báo động kịp thời các vụ cháy nhằm giảm nhẹ các thiệt hại do cháy gây ra.
- Hiển thị vị trí cháy chính xác báo về điện thoại và trong thang máy thông qua màn hình LCD.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY BỐN TẦNG
Giới thiệu chung về thang máy
2.1.1 Khái niệm chung thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người, hàng hoá và vật liệu theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 độ so với phương thẳng đứng trên một tuyến đã định sẵn Thiết bị này hoạt động dựa trên hệ thống động cơ, cáp và cabin, cho phép di chuyển an toàn và nhanh chóng giữa các tầng hoặc điểm trên tuyến đã được thiết lập Với ứng dụng rộng rãi trong tòa nhà cao tầng, khu công nghiệp và các khu dân cư, thang máy tối ưu hóa lưu thông người và hàng hoá, đồng thời tăng hiệu quả vận hành Việc lắp đặt, vận hành và bảo trì thang máy đòi hỏi tuân thủ các chuẩn an toàn và lịch trình bảo trì định kỳ để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy.
Thang máy là một tiện ích thiết yếu được lắp đặt trong nhiều loại công trình như khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát và tháp truyền hình, cũng như trong các nhà máy, công xưởng Điểm nổi bật của thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là chu kỳ vận chuyển ngắn, tần suất di chuyển lớn và đóng mở máy liên tục, giúp di chuyển nhanh chóng cho lưu lượng người và hàng hóa Bên cạnh chức năng vận chuyển, thang máy còn là một yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi cho công trình, nâng cao trải nghiệm người dùng và giá trị tổng thể của dự án.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Do đó, trong mọi giai đoạn từ thiết kế, chế tạo, lắp đặt đến vận hành, sử dụng và sửa chữa, thang máy phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình và quy phạm.
Thang máy không chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng và êm dịu mà còn phải được trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn để đảm bảo độ tin cậy trước khi đưa vào sử dụng Các yếu tố an toàn quan trọng gồm điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ bảo hiểm và công tắc an toàn của cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, cùng với các thiết bị bảo đảm an toàn khác nhằm ngăn ngừa sự cố và bảo vệ người dùng.
Việc lựa chọn thang máy không chỉ xem xét các yếu tố kỹ thuật mà còn cân nhắc yếu tố kinh tế Thang máy có tải trọng định mức lớn, tốc độ định mức cao và hệ thống điều khiển hiện đại mang lại tiện ích cho người dùng và có thể rút ngắn thời gian chờ đợi, nhưng đi kèm với vốn đầu tư lớn hơn, diện tích chiếm dụng và chi phí xây dựng tăng lên Do đó, mức độ thuận tiện cho khách hàng tỉ lệ nghịch với mức vốn đầu tư Quá trình chọn thang máy bao gồm xác định số thang, các tính năng kỹ thuật như tải trọng, tốc độ định mức và phương pháp điều khiển, cùng với các kích thước cơ bản và vị trí lắp đặt sao cho phù hợp với đặc điểm và mục đích sử dụng của tòa nhà trong phạm vi đầu tư có thể chấp nhận được.
Hình 2.1: Hình dáng tổng thể của thang máy.
Thang máy ngày nay được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu dáng và loại khác nhau nhằm phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm, từ đó lựa chọn loại phù hợp và tối ưu hóa hiệu suất vận hành Các tiêu chí phân loại phổ biến gồm tải trọng, tốc độ, số dừng, phương thức dẫn động, kích thước cabin và ứng dụng cho nhà ở, văn phòng, cao ốc hoặc khu công nghiệp, đồng thời xem xét yếu tố công nghệ như hệ thống điều khiển và tiết kiệm năng lượng Việc nắm bắt những đặc điểm này giúp nâng cao tính an toàn, độ tin cậy và tối ưu chi phí đầu tư cho thang máy trong từng công trình.
Phân loại theo chức năng:
- Thang máy chở người: (Gia tốc được cho phép tùy theo cảm giác của hành khách a 2000 kG.
Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời:
- Thang máy có bộ kéo tời đặt ở trên giếng thang.
- Thang máy có bộ kéo tời đặt ở dưới giếng thang.
Kết cấu cơ khí của thang máy được giới thiệu trên hình vẽ 2.2.
Hố giếng của thang máy là khoảng không gian từ mặt sàn tầng trệt cho đến đáy giếng Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 9, động cơ 9 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc; nếu nối trực tiếp buồng thang được nâng qua puli quấn cáp, nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ lắp hộp giảm tốc Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp kim loại 8 (thường dùng từ 1 đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli có bọc cao su bên ngoài) Buồng thang và đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6.
2.1.4 Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người và hàng hoá giữa các tầng, vì vậy an toàn cho người dùng luôn được đặt lên hàng đầu Để đảm bảo an toàn cho người và cho thang máy, hệ thống thang máy được trang bị một loạt thiết bị giám sát vận hành nhằm phát hiện sớm mọi bất thường và hỗ trợ xử lý sự cố nhanh chóng Những thiết bị này có thể tự động ngắt hoặc điều chỉnh hoạt động khi có dấu hiệu trục trặc, giảm thiểu rủi ro và tăng tính đáng tin cậy của quá trình vận hành Việc bảo trì định kỳ và giám sát liên tục là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành thang máy trong suốt quá trình sử dụng.
Trong thực tế, thiết kế truyền động cho thang máy đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa bảo vệ phần cơ khí và bảo vệ phần điện, kết hợp nhiều biện pháp bảo vệ khác nhau nhằm đảm bảo an toàn vận hành Ví dụ, cấp điện cho động cơ kéo cabin đồng thời cấp điện cho động cơ phanh để các má phanh được nhả ra khỏi ray dẫn hướng và cho cabin có thể chuyển động Khi mất điện, động cơ phanh vẫn không mất nguồn; các má phanh kẹp vào trục và ngăn động cơ quay, giúp cabin được giữ cố định và không rơi.
Hình 2.2: Kết cấu cơ khí của thang máy.
2 Con trượt dẫn hướng Cabin.
6 Ray dẫn hướng đối trọng.
17 Bu lông bắt gá ray.
2.1.4.1 Yêu cầu an toàn của thang máy khi mất điện hoặc đứt cáp.
Kết quả nghiên cứu cho thấy một hệ truyền động hiện đại được trang bị đầy đủ các chế độ thực hiện khi mất điện và chức năng đóng cắt chuyển nguồn nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị, đồng thời tăng tính linh hoạt vận hành và giảm thiểu rủi ro khi nguồn điện bị gián đoạn.
Giới thiệu chung về PLC
PLC (Programmable Logic Controller - bộ điều khiển lập trình) được sáng tạo từ ý tưởng ban đầu của nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Việt Nam như là giải pháp tối ưu để tự động hóa các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, PLC đã nhanh chóng khẳng định những ưu thế nổi bật trong ứng dụng điều khiển công nghiệp Nói cách khác, PLC là một máy tính thu nhỏ có chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh mẽ, đóng vai trò là đầu não quan trọng và linh hoạt trong hệ thống tự động hóa.
Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển.
1 Hệ thống điều khiển là gì?
Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử được liên kết với nhau nhằm vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt Thông qua cảm biến đo lường, bộ xử lý và các thiết bị thi hành, hệ thống nhận dữ liệu và gửi tín hiệu điều khiển để điều chỉnh tham số vận hành, tạo ra vòng kín phản hồi và giảm thiểu sai lệch Nhờ đó, hệ thống tăng hiệu suất, độ tin cậy và an toàn cho quá trình, đồng thời đáp ứng nhanh với sự biến đổi của môi trường và yêu cầu sản xuất hoặc xử lý.
2 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện
Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và
Trong các hệ thống tự động công nghiệp, máy móc được điều khiển bằng rơ le điện từ, gồm các thành phần như bộ định thời, tiếp điểm và bộ đếm Các rơ le này liên kết với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh, với vô số dây điện chằng chịt được bố trí bên trong panel điện, hay còn gọi là tủ điều khiển Sự phối hợp giữa rơ le và dây dẫn cho phép điều khiển tự động và quản lý quy trình sản xuất một cách hiệu quả.
Với một hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra, tủ điều khiển trở nên rất lớn, khiến hệ thống trở nên cồng kềnh và việc sửa chữa khi hỏng hóc trở nên phức tạp Bên cạnh đó, khi có sự thay đổi về yêu cầu điều khiển, các rơ-le tiếp điểm buộc phải thiết kế lại từ đầu, làm tăng chi phí và thời gian triển khai.
3 Hệ thống điều khiển dùng PLC
Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện những năm
Trong ngành công nghiệp, các bộ điều khiển có lập trình được chế tạo nhằm nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống, đáp ứng yêu cầu làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt và mang lại hiệu quả kinh tế cao Đó là Programmable Logic Controller (PLC), hay viết tắt PLC, một chuẩn điều khiển có lập trình được gọi bằng tên tiếng Anh.
PLC gồm ba khối chính: Module Input, CPU và Module Output Module Input nhận dữ liệu digital và analog từ cảm biến và chuyển đổi chúng thành tín hiệu cấp vào CPU CPU quyết định và thực thi chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ dựa trên dữ liệu nhận được và các điều kiện điều khiển Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU sang dạng analog hoặc digital để điều khiển các đối tượng, thiết bị và quá trình.
Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam:
- Mỹ: Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer, …
- Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo, …
Và nhiều chủng loại khác.
Các sản phẩm như Logo! Easy và Zen được chế tạo để đáp ứng các yêu cầu điều khiển đơn giản, mang lại giải pháp điều khiển nhanh chóng và tiết kiệm Hệ thống điều khiển dùng PLC có nhiều ưu thế nổi bật: tích hợp dễ dàng, khả năng mở rộng linh hoạt, độ tin cậy cao, chi phí vận hành và bảo trì hợp lý, cùng với khả năng đồng bộ hóa với các thiết bị tự động hóa khác để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
- Điều khiển linh hoạt, đa dạng.
- Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh.
- Tiến hành thay đổi và sửa chữa.
- Độ ổn định, độ tin cậy cao.
- Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống
Hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC
- Giá thành (tùy theo yêu cầu máy).
- Cần một chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động.
- Các yêu cầu cố định, đơn giản thì không cần dùng PLC.
- PLC sẽ bị ảnh hưởng khi hoạt động ở môi trường có nhiệt độ cao, độ rung mạnh.
Các ứng dụng của PLC
- Điều khiển các quá trình sản xuất: giấy, ximăng, nước giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói …
- Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng.
Giới thiệu PLC S7-200
2.3.1 Giới thiệu về phần cứng của PLC S7-200.
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển logic được lập trình nhằm quản lý và điều khiển các quá trình tự động trong công nghiệp Nhờ khả năng lập trình, PLC cho phép triển khai linh hoạt các thuật toán điều khiển và mạch logic vận hành thông qua các ngôn ngữ lập trình khác nhau, phổ biến nhất là ngôn ngữ thang (ladder) và các ngôn ngữ cấu trúc PLC được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa để giám sát và điều khiển máy móc, cảm biến, băng tải và các hệ thống điều khiển phức tạp khác, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của quy trình sản xuất Việc chọn PLC phù hợp có thể nâng cao hiệu quả vận hành, giảm chi phí và tăng tính linh hoạt cho hệ thống tự động hóa.
S7-200 là một thiết bị điều khiển lập trình (PLC) nhỏ gọn của Siemens, được thiết kế theo cấu trúc mô-đun và có các mô-đun mở rộng Nhờ đặc trưng mô-đun, hệ thống có thể mở rộng chức năng bằng cách bổ sung các mô-đun khác nhau Các mô-đun mở rộng này làm cho S7-200 phù hợp với nhiều ứng dụng lập trình khác nhau trong tự động hóa, từ điều khiển đơn giản tới các hệ thống phức tạp.
Hình 2.4: Cấu trúc của PLC. Cấu trúc PLC S7-200 gồm 3 phần chính:
- Bộ xử lý trung tâm (CPU).
- Bộ vào và ra (Input Area và Output Area).
Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC.
Hình 2.6: CPU 224 họ S7-200 của SIEMENS.
- 14 cổng vào (I0.0 đến I0.7 và I1.0 đến I1.5) và 10 cổng ra (Q0.0 đến Q0.7 và Q1.0 đến Q1.1) số.
- 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 (chỉ ngõ ra một chiều)
256 bộ timer được chia thành các loại theo độ phân giải khác nhau từ T0 đến T255 Cụ thể, có 2 timer có độ phân giải 1 ms, 8 timer có độ phân giải 10 ms, 53 timer có độ phân giải 10 ms, và 180 timer có độ phân giải 100 ms, thuộc loại TON/TOF.
- Cổng truyền thông nối tiếp RS-485.
- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi.
Hệ thống các đèn báo trên CPU 224
- I/O LED: đèn ở cổng/vào ra chỉ trạng thái tức thời của cổng I/O 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.
RUN cho phép PLC thực thi chương trình được lưu trong bộ nhớ Đối với PLC S7-200, hệ thống sẽ rời khỏi chế độ Run và chuyển sang chế độ Stop khi có sự cố xảy ra hoặc khi chương trình gửi lệnh Stop, ngay cả khi công tắc ở chế độ Run Điều này giúp đảm bảo an toàn vận hành và cho phép kiểm soát trạng thái làm việc của PLC một cách linh hoạt.
- 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-
Việc thay đổi chế độ hoạt động của S7-200 có thể thực hiện từ phần mềm, nhưng bạn vẫn phải điều chỉnh bằng tay công tắc trên S7-200 hoặc ở chế độ TERM hoặc RUN Để thay đổi chế độ hoạt động, hãy vào menu PLC và chọn STOP hoặc PLC và chọn RUN, hoặc dùng kết hợp các nút trên thanh công cụ để chuyển đổi giữa TERM và RUN.
Sơ đồ giao mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY (CPU 224 DC/DC/DC) với sensor và cơ cấu chấp hành (hình 2.4).
Hình 2.7: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224/DC/DC/DC với sensor.
Cổng truyền thông nối tiếp RS-485 sử dụng phích cắm 9 chân để kết nối với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác Tốc độ truyền dữ liệu của máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud, trong khi PLC ở chế độ tự do hỗ trợ tốc độ từ 300 đến 38400 baud, giúp giao tiếp linh hoạt giữa thiết bị lập trình và PLC Thiết kế này tối ưu cho việc ghép nối và truyền dữ liệu ổn định giữa các thiết bị qua giao diện RS-485.
Hình 2.8: Kết nối giữa PC với S7-200 bằng cáp PC/PPI.
Pin và các nguồn nuôi:
- Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
Nguồn pin có thể mở rộng thời gian lưu giữ dữ liệu trong bộ nhớ bằng cách tự động chuyển sang trạng thái tích cực khi dung lượng tụ nhớ cạn kiệt và được đưa vào vị trí đo để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất.
Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng, có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn nuôi Bộ nhớ này có tính năng động cao, cho phép đọc và ghi dữ liệu trên toàn vùng, bao gồm cả phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu SM (Special Memory) mà vẫn có thể truy cập để đọc.
Phân chia bộ nhớ gồm:
- Vùng chương trình có tác dụng lưu chương trình điều khiển (chỉ có 1 chương trình)
Vùng dữ liệu đóng vai trò lưu giữ dữ liệu trong quá trình tính toán cũng như các kết quả trung gian Dữ liệu có thể được ghi ở các dạng bit, byte, word hoặc từ kép, tùy thuộc vào kiểu tín hiệu và địa chỉ được gán cho chúng Việc quản lý vùng dữ liệu cho phép truy cập nhanh, chính xác và nhất quán trong quá trình xử lý, đồng thời tối ưu hóa bộ nhớ và cải thiện hiệu suất hệ thống.
- Vùng dữ liệu được chia làm nhiều vùng nhỏ:
Vùng nhớ biến (variable memory): V
Vùng nhớ đầu vào (input image register): I
Vùng nhớ đầu ra (input image register): Q
Vùng nhớ lưu giữ (Intermal memory bits): M
Vùng nhớ đặc biệt (Spencia memory): SM Để truy cập vùng nhớ ta phải tuân thủ theo đúng quy ước
- Dữ liệu kiểu bit quy ước như sau:
Kí hiệu vùng nhớ + chỉ số byte + (.) + chỉ số bit Ví dụ: V150.4: Chỉ bits 4của byte 150 thuộc miền V
- Dữ liệu kiểu byte quy ước như sau:
Tên miền + B +địa chỉ byte trong miền Ví dụ: QB6, MB14
- Dữ liệu kiểu Word quy ước như sau:
Tên miền + W + địa chỉ byte cao của từ trong miền Ví dụ: VW12 (lấy địa chỉ ở byte 12, 13)
- Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu như sau:
Tên miền + D + chỉ số byte cao
Ví dụ: MD1 (lấy địa chỉ ở byte 1, 2, 3, 4)
- Vùng tham số có tác dụng chứa các kí hiệu của câu lệnh các kí hiệu địa chỉ và các từ khoá.
Vùng đối tượng được thiết kế để tạo ra các rơ-le thời gian và bộ đếm, trong đó mỗi rơ-le thời gian và mỗi bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian và một bit để ghi giá trị logic, do đó giá trị đếm tối đa trong thanh ghi lên tới 32767.
Vùng này còn chứa vùng nhớ đệm cho cửa vào ra tương tự, cùng với các thanh ghi và các bộ đếm tốc độ cao, được ký hiệu bằng chữ cái để nhận diện và tham chiếu dễ dàng Sự tổ chức của các thành phần này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu và tăng hiệu suất hệ thống Do đó, cấu trúc vùng chứa gồm vùng nhớ đệm I/O, các thanh ghi và các bộ đếm tốc độ cao được đánh dấu bằng các ký tự để dễ quản lý và tra cứu.
Bộ nhớ: C Đệm cửa vào tương tự: AIW
Vùng đệm cửa ra tương tự: AQW
Bộ đếm tốc độ cao: HC
PLC S7-200 bao gồm các đầu vào tín hiệu số để kết nối cảm biến và nút nhấn, các đầu vào tương tự để đo lường biến đổi analog, cùng các đầu ra tín hiệu số kiểu rơ-le và đầu ra tương tự để điều khiển tải và thiết bị Với cấu hình này, PLC S7-200 cung cấp khả năng xử lý nhanh, ổn định và linh hoạt cho các ứng dụng tự động hóa quy mô nhỏ đến vừa.
PLC S7-200 dùng cổng giao tiếp RS-485 truyền thống với đầu nối 9 chân để ghép nối với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác Để kết nối S7-200 với máy lập trình PC-702 hoặc các máy thuộc dòng PC7xx, có thể dùng cáp nối thẳng qua cổng MPI.
- Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI và card chuyển đổi RS-232 /RS-485.
Hình 2.9: Sơ đồ chân cổng truyền thông RS 485.
2.3.2 Mở rộng vào ra cho PLC. Để tăng số lượng đầu vào đầu ra hoặc các cửa vào ra tương tự ta sử dụng thêm khối mở rộng Số lượng khối mở rộng được quyết định bởi CPU, các khối này luôn được ghép bên phải khối cơ sở thông qua giắc cắm Trên khối mở rộng không ghi địa chỉ mà địa chỉ phải được xác định thông qua kiểu khối mở rộng và vị trí của khối mở rộng với các khối cùng loại về phía bên trái Vì vậy cách xác định địa chỉ như sau: a Modul mở rộng EM221 b Modul mở rộng EM223 Hình 2.10: Modul mở rộng của PLC.
- Địa chỉ được tính tăng dần chỉ số bắt đầu từ khối cơ sở.
Các byte đã dùng nhưng chưa hết các bit khi chuyển sang khối mới sẽ bắt đầu tính từ byte tiếp theo Quá trình xử lý các khối dữ liệu vào ra được áp dụng tương tự, và mỗi khối luôn được phân cách bằng hai byte nhằm bảo đảm sự tách biệt giữa các khối.
- Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 224 cho theo bảng 2-1.
Bảng 2.1: Địa chỉ các modul mở rộng.
CPU 224 4 vào/ 1 8 vào 3 vào analog/ 3 vào analog/
4 ra 1 ra analog 1 ra analog
Giới thiệu ngôn ngữ lập trình của s7-200
S7-200 biểu diễn một mạch vòng logic cứng thông qua một chuỗi các lệnh lập trình Chương trình gồm một tập hợp các lệnh S7-200 thực thi theo trình tự, bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối trước khi vòng lặp quay lại Vòng này được gọi là vòng quét (Scan) và chu trình thực thi là một chu trình lặp liên tục nhằm điều khiển quá trình tự động hóa.
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của SIEMENS nói chung dựa trên 2 phương pháp cơ bản:
- Phương pháp hình thang (Laddes logic: viết tắt là LAD).
- Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List: Viết tắt là STL).
Nếu chương trình viết tắt theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra 1 chương trình theo kiểu STL tương ứng Ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang dạng LAD được Bộ lệnh của phương pháp STL có chức danh tương ứng như các tiếp điểm, các cuộn dây và các trường hợp dùng trongLAD Những lệnh này phải phối hợp được trạng thái đầu ra hoặc 1 giá trị logic cho phép thực hiện chức năng của một hay nhiều hộp.
Phương pháp lập trình LAD
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển kiểu rơle Trong chương trình LAD các phần tử biểu diễn lệnh như sau:
- Tiếp điểm là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm kiểu rơle Các tiếp điểm đó có thể là thường đóng hoặc thường mở.
- Cuộn dây (Coil) là biểu tượng mô tả rơle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle.
Hộp (Box) là ký hiệu mô tả các hàm khác nhau trong hệ thống, nó hoạt động khi có dòng điện chạy tới hộp; các dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp gồm bộ thời gian, bộ đếm và các hàm toán học Cần mắc đúng chiều dòng điện cho cuộn dây và hộp để đảm bảo mạch hoạt động đúng Mạng LAD là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, bắt đầu từ đường nguồn bên trái là dây nóng và kết thúc ở đường nguồn bên phải là dây trung hoà hoặc đường trở về của nguồn cấp Dòng điện chạy từ trái sang phải, các tiếp điểm đóng tiếp xúc với cuộn dây hoặc hộp và quay về phía nguồn ở bên phải.
Phương pháp lập trình STL
Phương pháp liệt kê lệnh STL là cách thể hiện chương trình PLC dưới dạng danh sách các câu lệnh, mỗi câu lệnh, kể cả những lệnh biểu diễn chức năng của PLC, là một thành phần của chương trình STL Để xây dựng một chương trình STL, người lập trình cần nắm vững cách sử dụng ngăn xếp logic trên S7-200 Ngăn xếp logic là một khối bit được xếp chồng lên nhau, và các thuật toán liên quan chỉ làm việc với bit ở đầu tiên hoặc với đầu và bit thứ hai của các ngăn Việc hiểu rõ ngăn xếp logic giúp viết mã STL cho PLC dễ gỡ lỗi, tối ưu hiệu suất và bảo trì chương trình một cách nhịp nhàng.
Bảng 2.2: Bảng làm việc của ngăn xếp.
Bit đầu tiên của ngăn xếp S0
Bít thứ 2 của ngăn xếp S1
Bít thứ 3 của ngăn xếp S2
Bít thứ 4 của ngăn xếp S3
Bít thứ 5 của ngăn xếp S4
Bít thứ 6 của ngăn xếp S5
Bít thứ 7 của ngăn xếp S6
Bít thứ 8 của ngăn xếp S7
Bít thứ 9 của ngăn xếp S8
Giá trị logic mới đều có thể được gửi vào ngăn xếp Khi phối hợp 2 bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo thêm 1 bit.
2.4.2 Cú pháp hệ lệnh của S7-200.
Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng khi bit=1.
Tiếp điểm thường đóng sẽ được mở khi bit =1
Trong một chu kỳ vòng quét, bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị bằng 1 đúng tại thời điểm tín hiệu đầu vào xuất hiện cạnh lên Việc phát hiện cạnh lên của tín hiệu đầu vào đảm bảo bit này được ghi nhận đúng thời điểm, từ đó đồng bộ hóa quá trình xử lý với chu trình của hệ thống.
Bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị bằng 1 trong đúng một chu kỳ đồng hồ khi phát hiện cạnh xuống của tín hiệu đầu vào Đây là thời điểm bit đầu tiên được ghi nhận, giúp định hình quá trình xử lý và duy trì đồng bộ trong chu trình tín hiệu.
Cuôṇ dây đầu ra ở trạng thái ON khi có dòng điêṇ điều khiển đi qua.
Set 1 mảng gồm n tiếp điểm, tính từ tiếp điểm “bit” (n