điều khiển thang máy 4 tầng

Chương 1: Tổng quan về PLC S7-200 1.1.Giới thiệu về PLC Bộ điều khiển lập trình PLC Programmable Logic Controller được sáng tạo từ những ý tuởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng Gen

Chương 1: Tổng quan về PLC S7-200 1.1.Giới thiệu về PLC

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo

từ những ý tuởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm

1968 Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay,

bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển

Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao

và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa

1.2.GIới thiệu về PLC S7- 200

Hình 1.1 PLC S7-200 S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau

- S7-200 thuộc nhóm PLC loại nhỏ, quản lý một số lượng đầu vào/ra tương đối ít

Hình 1.1: Cấu trúc của PLC S7-200

Cấu trúc PLC S7-200 gồm 3 phần chính:

+ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

+ Bộ nhớ (Memory Area)

+ Bộ vào và ra (Input Area và Output Area)

1.3.Các thành phần chính của PLC S7-200

1.3.1 Bộ xử lý trung tâm modul CPU S7-200

Modul CPU S7-200 được kết hợp giữa một CPU nguồn cung cấp với các đầu ra

và các đầu vào

- CPU: thi hành các chương trình và lưu trữ hoặc xử lý dữ liệu

- Nguồn cung cấp: cung cấp nguồn cho Modul chính và các Modul mở rộng cua

hệ thống

Kiểu làm việc cho CPU

Công tắc 3 vị trí của S7 - 200 cho phép chọn 1 trong 3 chế độ làm việc

- STOP : CPU không thực hiện chương trình Ở chế độ này, CPU cho phép hiệu chỉnh chương trình hoặc nạp chương trình mới

- RUN : Ở chế dộ này PLC chạy chương trình bộ nhớ Khi ở chế độ Run không thể nạp chương trình vào CPU nữa

- TERM (Terminal): cho phép máy tự lập trình tự quyết định một số các chế độ làm việc của PLC (Run hoặc Stop)

Khi PLC đang ở chế độ RUN,PLC sẽ tự động chuyển sang chế dộ STOP nếu chương trình gặp lện STOP hoặc sự cố

1.3.2.Bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vùng có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn nuôi Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu bởi SM (Specical memory) có thể truy nhập 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 có tác dụng lưu giữ các dữ liệu trong quá trình tính toán cũng như các kết quả trung gian Dữ liệu có thể ghi ở dạng bit, byte, word, từ kép tuỳ theo kiểu tín hiệu thông qua kí hiệu địa chỉ

- Vùng dữ liệu được chia làm nhiều vùng nhỏ:

+ Vùng nhớ biến (variable memory):

+ 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

Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu như sau:

+Tên miền + D + chỉ số byte cao

- 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 có tác dụng tạo ra các rơle thời gian, các bộ đếm, mỗi rơle thời gian

và bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, và 1 bit để ghi giá trị logic

vì vậy số đếm trong thanh ghi tối đa là 32767 Ngoài ra vùng này còn chứa vùng nhớ đệm cửa vào ra tương tự, và các thanh ghi cũng như các bộ đếm tốc độ cao và được kí hiệu các vùng theo các chữ:

+ Rơle thời gian: T

+ Bộ nhớ : C

+ Đệm cửa vào tương tự: AIW

+ Vùng đệm cửa ra tương tự: AQW

+ Thanh ghi: AC

+ Bộ đếm tốc độ cao: HC

Các đầu vào và các đầu ra

- Các đầu vào: được nối với các thiết bị như là sensor, các công tông hành trình

- Các đầu ra: để điều khiên các động cơ,máy bơm

- Các port giao tiếp:Cho phép ghép nói CPU với các thiết bị cần điều khiển, thông thường PLC S7-200 có 2 port giao tiếp

- Đèn báo trạng thái: nhằm báo hiệu trạng thái làm việc của CPU gồm đèn báo các đầu vào, các đầu ra, đèn báo lỗi

1.3.3.Các Modul mở rông

S7-2 cho phép mở rộng thêm một số Modul nhằm cung cấp thêm một số đàu vào đầu ra cho hệ thống điều khiển Các Modul mở rộng được nối với CPU thông qua Bus connector

Có hai loại Modul mở rộng Modul Analog và Modul Digital

- Modul mở rộng Analog nhằm cung cấp thêm một số đầu vào Analog để điều khiển cho hệ thống

- Modul mở rộng Digital nhằm cung cấp thêm một số đầu vào và một số đầu ra Digital cho hệ thống điều khiển

1.4.Các nguyên tắc lập trình S7-200

1.4.1.Chu trình hoạt động của S7-200

- Chương trình được lưu giữ trong CPU

- CPU đọc trạng thái đầu vào, theo rạng thái đầu vào,CPU xác định logic điều khiển và chương trình Khi chương trình chạy,CPU cập nhâp dữ liệu

- CPU đưa dữ liệu điều khienr ra ngoại vi

1.4.2.Phần mềm lập trình S7-200

Trong S7-200 có thể sử dụng 2 ngôn ngữ lập trình sau:

- STATEMENT LIST(STL):sử dụng những mã từ gợi nhớ đại diện cho các chức năng của CPU

- STL: Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Định nghĩa về ngăn xếp logic (logic stack):

Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu và bit thứ hai của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi (hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit

- LADDER(LAD):sử dụng ngôn ngữ hình ảnh giống như sơ đồ dùng rơ le

- Khi viết chương trình trong (LAD), ta phải tạo ra và sắp xếp các thành phần đồ họa để hình thành một mạch logic

Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn các lệnh logic như sau:

- Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle Các tiếp điểm

đó có thể là thường mở (– –) hoặc thường đóng (–/–)

- Cuộn dây (coil): là biểu tượng (–( )–) mô tả cuộn dây rơle

- Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), các bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Cuộn dây và

n

n ( )

hộp phải được mông đúng chiều dòng điện

- Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà (neutral) hay là đường trở về nguồn cung cấp (Đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7-Micro/DOS hoặc STEP7-Micro/WIN) Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

1.4.3.Các lệnh vào/ ra

a.Lệnh LOAD(LD)

- Nạp giá trị logic của tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp các giá trị

cũ được đẩy xuống 1 bit

1.4.3.2.Lệnh LOAD NOT(LND)

- Nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp

bị đẩy lùi xuống 1 bit

- Cú pháp của các lện này như sau

LD n Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng

nếu n=1 LND n Tiếp điểm thường đóng sẽ được mở

khi n=1 LDI n Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng

tức thời nếu n=1

b.Lệnh output

- Sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào n bit n chỉ được định trong lệnh Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi

Cú pháp của lệnh này như sau

= n Cuộn dây (Coil) đầu ra ở trạng

thái kích thích khi có dòng điện điều n

n ( | )

khiển đi qua

= I n Cuộn dây (Coil) đầu ra được kích

thích tức thời khi có dòng điều khiển đi

qua

c.Các lệnh ghi xóa các giá trị tiếp điểm

- Lệnh SET và RESET

- Là lệnh có điều kiện (bit đầu của ngăn xếp bằng 1) dùng để đóng và ngắt các tiếp điểm gián đoạn đã được thiết kế

- Trong LAD, logic điều khiển dòng ngắt các cuộn dây đầu ra Khi có dòng điều khiển đến các cuộn dây (coil) làm đóng hoặc mở các tiếp điểm tương ứng

- Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các tiếp điểm thiết

kế Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S( SET) và R(RESET) sẽ đóng ngắt các tiếp điểm

Mô tả lệnh này trong LAD và STL như sau

S BIT n S n Đóng một mảng gồm n các tiếp

điểm kể từ S bit

R BIT n R n Ngắt 1 mảng gồm n các tiếp

điểm kể từ S bit

d.Các lệnh điều khiển Timer

- Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu và ra tín hiệu ra

- S7-200 có 2 loại Timer

Timer tạo thời gan trễ không có nhớ ( On-delay Timer) ký hiệu là TON

Timer tạo thời gian trễ có nhớ ( Retentive On-Delay Timer) TONR

-Cả Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm

có sườn lên ở tín hiệu đầu vào được gọi là thời điểm được kích

- Khi đầu vào có giá trị bằng 0 , Timer TON tự động RESET còn được gọi là TONR thì không tự động RESET, Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong nhiều

khoảng khác nhau Các timer TON và TONR có 3 độ phân giải khác nhau là 1ms, 10ms, 100ms

-Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau:

Các bộ timer được điều khiển bởi một cổng vào và giá trị tức thời Giá trị đếm tưc thời trong ô nhớ trong thanh ghi 2-byte (gọi là T-word ) của timer,xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi timer được kích, giá trị đạt được của các bộ timer được ký hiệu trong LAD và STL

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THANG MÁY

2.1 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu v.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Hình 2.1 : Hình dáng tổng thể của thang máy.

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặc

điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài

ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng 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 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 về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

2.2 Một số bộ phận trong Thang máy

2.2.1.Cabin

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là

hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và

kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng

do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

2.2.2.Động cơ

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng

với yêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

2.2.3 Phanh

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

2.2.4.Động cơ mở cửa

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với

mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá trình đóng

mở êm nhẹ không có va đập Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm

2.2.5.Cửa

Gồm cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì

Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời

2.2.6 Bộ hạn chế tốc độ

Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động

cơ và phanh làm việc

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy

2.3.Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khác Vì vậy vẫn đề an toàn cho người sử dụng luôn được đặt lên hàng đầu Để

đảm bảo an toàn cho người và thang máy ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang máy nhằm phát hiện và sử lí sự cố một cách nhanh nhất

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo cabin thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đó cabin mới có thể chuyển động được Khi mất điện, động cơ phanh không mất điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào trục động cơ làm động cơ không quay được giữ cho cabin không rơi

2.4 Yêu cầu an toàn của thang máy khi mất điện hoặc đứt cáp

Kết quả nghiên cứu đã đưa ra, một hệ truyền động hiện đại có đầy đủ các chế độ thực hiện khi mất điện và việc đóng cắt chuyển nguồn cho an toàn thiết bị

Hiện nay Thang máy được lắp đặt hệ thống cứu hộ tự đông khi mất điện đột ngột Hệ thống này gồm: Các mạch VXL, bộ chuyển đổi điện, bình ắc qui và tụ điện Các bộ phận này được kết nối với tủ điều kiển chính của thang máy Khi có điện, thang máy hoạt động ắc qui được nạp điện Nếu mất điện đột ngột trong khi thang máy đang hoạt động, dòng điện 1 chiều của ắc qui sẽ nhanh chóng chuyển thành dòng xoay chiều cấp điện cho hệ thống

Nhờ có hệ thống chống mất nguồn đột ngột, hệ thống điều khiển không bị ảnh hưởng do được nuôi bằng một hệ thống chống mất nguồn công suất nhỏ, các cảm biến

vị trí và các hệ đo lường cảnh báo khác vẫn làm việc bình thường Tuy nhiên do nguồn

bị mất động cơ truyền động bị dừng lại trong thời gian tức thời Lúc này thiết bị điều khiển động cơ phải xả nguồn do các hệ lưu tích điện đang chứa và chuẩn bị đóng nguồn mới, cắt hệ nguồn cũ tránh có điện trở lại gây xung đột nguồn Sau khi nguồn mới được cấp, chương trình điều khiển sẽ làm việc theo một chương trình mới dành cho sự cố mất điện Chương trình này sẽ điều khiển thang máy về tầng gần nhất, sau

đó mở cửa tầng để cho khách đi ra, đồng thời từ chối tất cả các lệnh gọi khác, cảnh báo

hệ thống bị mất điện lúc này hệ thống cho phép việc mở cửa cabin, các hệ thống