Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy

Hiện nay, một số đề tài nghiên cứu và kỹ sư ở một số công ty cũng đang nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ phận điều khiển nhưng đa số thường sử dụng phương pháp tích hợp các mạch điều khiển

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO THANG MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CƠ ĐIỆN TỬ

Hà Nội – 2012

ĐẶNG THÀNH CÔNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC CHO THANG MÁY

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 7 1.1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 7

1.1.1 Định nghĩa 6

1.1.2 Phân loại 8

1.1.3 Kết cấu và hoạt động của thang máy 8

1.1.4 Các hệ truyền động điện thang máy 17

1.1.5 Một số hệ thống điều khiển thang máy 18

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN PLC, BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 300 29

1.2.1 Tổng quan về điều khiển PLC 29

1.2.2 Bộ điều khiển PLC S7-300……… 37

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 1 CABIN 7 TẦNG……… 41

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI SƠ BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 1 CABIN 7 TẦNG 41

2.2 LỰA CHỌN GHÉP NỐI BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ 44

2.3 THIẾT KẾ NÚT GỌI TẦNG, GỌI THANG, SENSOR, GHÉP NỐI PLC – BIẾN TẦN 48

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY, XÂY DỰNG LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN 56

3.1 LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI 56

3.1.1 Khái niệm chung về hệ thống hàng đợi……… 56

3.1.2 Các đặc trưng của hàng đợi……… 56

3.1.3 Các thành phần chính của hệ thống hàng đợi……… 56

3.2 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 58

3.2.1 Lưu đồ thuật toán có phím gọi thang xuống khi thang máy đang dừng………… 59

3.2.2 Lưu đồ thuật toán có phím gọi thang xuống khi thang máy đang chạy lên 60

3.2.3 Lưu đồ thuật toán có phím gọi xuống khi thang máy đang đi xuống……… 61

3.2.4 Lưu đồ thuật toán có phím gọi lên khi thang đang dừng……… 62

3.2.5 Lưu đồ thuật toán có phím gọi lên khi thang máy đang trong hành trình xuống… 63 3.2.6 Lưu đồ thuật toán có phím gọi lên khi thang máy đang trong hành trình lên…… 64

3.2.7 Lưu đồ thuật toán có phím gọi tầng khi thang máy đang dừng……… 65

3.2.8 Lưu đồ thuật toán có phím gọi tầng khi thang máy đang chạy xuống……… 66

3.2.9 Lưu đồ thuật toán tổng quát……… 68

CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TRÊN STEP 7 5.5 73

4.1 CHƯƠNG TRÌNH STEP 7 VÀ CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 73

4.1.1 Giới thiệu chung……… 73

4.1.2 Các ngôn ngữ lập trình và các hàm cơ bản……… 73

4.2 THIẾT LẬP CÁC NGÕ VÀO RA VÀ KHỞI TẠO CHƯƠNG TRÌNH TRÊN STEP 7 87

4.2.1 Thiết lập các Ngõ vào ra……… 87

4.2.2 Khởi tạo chương trình trong SimaticManager Step 5 V5.5……… 90

4.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

LỜI CAM ĐOAN

khiển PLC cho thang máy” do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Trọng Doanh Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu điều đó không đúng sự thật

Học viên thực hiện

Đặng Thành Công

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo chung của thang máy

Hình 1.2 Cảm biến vị trí kiểu cơ khí

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(F-Đ)

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh-động cơ một chiều

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không đồng bộ

Hình 1.13 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình

Hình 1.14 Cấu trúc cơ bản của PLC

Hình 1.15 Chu kỳ quét của PLC

Hình 1.16 Sơ đồ kết nối của PLC với các thiết bị

Hình 1.16 Sơ đồ kết nối PLC S7-300

Hình 1.17 Các cổng giao tiếp của PLC S7-300

Hình 1.18 Sơ đồ phân bố các racks

Hình 1.19 Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với bốn thành rack nối với nhau

nhờ module IM và cáp nối 386

Hình 2.1 Sơ đồ khối sơ bộ hệ thống điều khiển thang máy 1 cabin 7 tầng

Hình 2.2 Sơ đồ các đầu nối điều khiển

Hình 2.3 Sơ đồ ghép nối biến tần – động cơ

Hình 2.4 Sơ đồ tạo mã bàn phím

Hình 2.5 Nút ấn đến tầng trên cabin

Hình 2.7 Sơ đồ ghép nối PLC – Biến tần

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 7 TẦNG

LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển đô thị, các khu nhà cao tầng phục vụ nhu cầu nhà ở và văn phòng làm việc ngày càng xuất hiện nhiều kéo theo nhu cầu về các loại thang máy vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng rất

đa dạng về chủng loại, từ các loại thang vận chuyển với số lượng và tốc độ từ 5 đến 15 tầng, đến những loại thang máy phục vụ cho những tòa nhà lên tới hàng chục tầng với tốc độ cao Thời gian đầu, đa số các loại thang máy được nhập khẩu toàn bộ từ nước ngoài bởi các thương hiệu lớn như ThyssenKrupp, Mitsubishi, Sanyo, Fuji…, hoặc đặt nhà máy sản xuất tại Việt nam như Mitsubishi nhưng công nghệ chế tạo vẫn hoàn toàn của nước ngoài Thời gian gần đây các trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty Việt nam cũng đã và đang từng học hỏi, nghiên cứu tiến tới từng bước chế tạo thang máy thương hiệu Việt Nam Ban đầu đơn thuần là nhập khẩu toàn bộ các linh kiện và lắp ráp, về sau các công ty cũng đã chế tạo được các bộ phận như buồng thang và các chi tiết cơ khí Hiện nay, một số đề tài nghiên cứu và kỹ sư ở một số công ty cũng đang nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ phận điều khiển nhưng đa số thường sử dụng phương pháp tích hợp các mạch điều khiển thiết kế sẵn được nhập khẩu, ví dụ như: công ty thang máy Thiên Nam, công ty thang máy An Bình…

Với luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển PLC cho thang máy” học viên thực hiện mong muốn được tìm hiểu, thử nghiệm ứng dụng công nghệ điều khiển PLC ứng dụng trong điều khiển thang máy Trong khuôn khổ luận văn này, tuy chưa có điều kiện áp dụng để chế tạo thang máy trong thực tế, tuy nhiên, học viên vẫn luôn cố gắng tìm hiểu, thiết kế dựa trên những dữ liệu thực tế và đề ra mô hình điều khiển thang máy 07 tầng 1 cabin làm cơ sở cho bài toán điều khiển Qua quá trình thực hiện luận văn, học viên đã thu nhận được nhiều kiến thức hữu ích cũng như phương pháp luận trong thiết kế ứng dụng điều khiển PLC vào một bài toán thực tế

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn Ts Nguyễn Trọng Doanh,

đến nay em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Mặc dù được trang bị các kiến

thức cơ bản, nhưng do khả năng cùng với hiểu biết thực tế còn hạn chế, nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót về mặt kỹ thuật cũng như nội dung Vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến của các thầy, cô để luận văn của em được tốt hơn và bổ sung những kiến thức còn thiếu nhằm đáp ứng yêu cầu của một thạc sỹ cơ điện tử

Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn, cùng tập thể thầy cô giáo trong Viện

cơ khí đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2012

Học viên

Đặng Thành Công

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC

1.1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1.1 Định nghĩa

Thang máy là thiết bị sử dụng để vận chuyển người, hoặc đồ vật lên hoặc xuống theo phương thẳng đứng Thang máy được sử dụng trong các hầm lò, các công trường,

và phổ biến nhất là trong các tòa nhà

Ngày nay thang máy luôn được coi là một bộ phận của hệ thống giao thông nội bộ (local traffic system) có thể bao gồm hành lang (corridor), thang bộ (stair), thang cuốn (escalator), thang máy (elevator, lift) nhằm phục vụ nhu cầu di chuyển trong một hạng mục nào đó như siêu thị, tòa nhà văn phòng vv

cao hơn rất nhiều so với thang bộ, thang cuốn…

TT Phương tiện Chiều vận chuyển Khả năng

vận chuyển Số người/m

2

Bảng 1.1 Năng lực vận chuyển của một số phương tiện giao thông nội bộ

Thang máy thường được dùng cho các tòa nhà cao trên 5 tầng

Đối với thang máy chở người yêu cầu rất cao Không nhưng phải đảm bảo về thẩm mỹ và tiện lợi như buồng thang (cabin) đẹp, sang trọng, thông thoáng , êm 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 buồng thang, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện…

1.1.2 Phân loại

Tùy theo quan điểm, thang máy được phân loại như sau:

9 Phân loại theo chức năng:

- Thang máy chuyên chở người

- Thang máy chở người và có hàng đi kèm

- Thang máy chuyển chở hàng và có người đi kèm

- Thang máy bệnh viện

- Thang máy chuyên chở hàng

9 Phân loại theo hệ dẫn động

- Thang máy dẫn động điện

- Thang máy thủy lực

- Thang máy khí nén

9 Phân loại theo hệ thống điều khiển, khống chế

- Điều khiển bằng rơle

- Điều khiển bằng PLC

- Điều khiển bằng máy tính

9 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển

- Thang máy chạy chậm v = 0,5m/s

- Thang máy tốc độ trung bình v = (0, 5 ÷ 2m/s)

- Thang máy tốc độ cao (2 ÷ 5m/s)

1.1.3 Kết cấu và hoạt động của thang máy

Thang máy có nhiều loại khác nhau, nhưng nhìn chung bao gồm các bộ phận

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo chung của thang máy

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng Cabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

Cabin được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng và những con trượt dẫn hướng (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng

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 mặt phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ, chính xác không rung giật 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 sử 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 Động cơ:

Là bộ phận chính của khâu dẫn động thông qua hộp giảm tốc theo một tỷ số truyền xác định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang

máy là ngắt quãng và đảo chiều chuyển động cộng với yêu cầu sử dụng tốc độ, mômen động cơ theo một dải xác định để đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác an toàn của người sử dụng Động cơ là một phần tử quan trọng được điều khiển bằng biến tần kết hợp với hệ thống điều khiển logic trung tâm

3 Phanh:

Phanh hãm điện từ: là phần tử đảm bảo an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng hoặc khi có sự cố xảy ra khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn đồng trục với trục động cơ, cũng có thể chúng được bố trí trên ca bin khi đó má phanh sẽ ép vào thanh dẫn hướng Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của động cơ Phanh bảo hiểm: Chức năng của phanh bảo hiểm là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo

4 Cửa cabin và cửa tầng:

Các cửa này đóng mở tự động khi thang dừng ở các tầng, tuy nhiên có thể đóng

mở nhanh nhờ các nút bấm trong cabin Thang chỉ chạy khi các cửa đóng hoàn toàn

Có cảm biến hồng ngoại để tránh cửa thang kẹp vào người hoặc vật, tuy nhiên các cảm biến bố trí thường ở các vị trí thấp nên rất dễ xảy ra hiện tượng bị kẹp bởi cửa thang 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 bị trong đó Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời Cửa cabin và cửa tầng khi hoạt động phải 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 đóng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có gắn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm

5 Động cơ cửa:

Động cơ cửa gồm có động cơ cửa cabin và động cơ cửa tầng, khi làm việc phải

êm không gây tiếng ồn Loại động cơ này thường là động cơ một chiều không chổi

than (động cơ servo 1 chiều) Để điều khiển được loại động cơ này cần có bộ Driver thường đi kèm với từng loại động cơ

6 Cảm biến vị trí:

Trong thang máy cảm biến vị trí dùng để:

-Xác định vị trí của buồng thang

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác của buồng thang

Cảm biến vị trí sử dụng trong thang máy có nhiều loại: Cảm biến cơ khí (công tắc hành trình) hoặc cảm biến hồng ngoài, điện từ,…)

Hình 1.2 Cảm biến vị trí kiểu cơ khí

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí Khi buồng thang di chuyển

đi lên, dưới tác dụng của vấu gạt (lắp ở mỗi tầng) sẽ gạt tay gạt sang bên phải cặp tiếp điểm (2) bên trái kín, khi buồng thang di chuyển theo chiều đi xuống, vị trí tay gạt ở bên trái cặp tiếp điểm (2) ở bên phải kín, khi buồng thang dừng tại đó thì vị trí tay gạt ở

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí, có ưu điểm là kết cấu đơn giản, thực hiện đủ ba chức năng của bộ phận cảm biến vị trí Nhưng khi làm việc thì gây tiếng ồn lớn, gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến, tuổi thọ làm việc không cao, đặc biệt là đối với thang máy tốc độ cao

b) Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu cảm ứng có dạng như hình 1.3 Cấu tạo của nó bao gồm: mạch từ hở 2, cuộn dây 3 Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây tương đối lớn Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống

Hình 1.3 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang

c) Cảm biến quang

Oscillator

Amplifier demodulator detector and switching circuits

Hình 1.4 Cảm biến quang

Cảm biến quang gồm nguồn phát quang và bộ thu quang, nguồn phát sử dụng LED hoặc LASER (thường dùng điôt phát quang), bộ thu sử dụng Transistor quang Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang hồng ngoại Dùng mạch dao động để phát xa và tránh ảnh hưởng của nhiễu Khi có vật đi qua giữa bộ phát và bộ thu, bộ thu

sẽ thay đổi trạng thái đầu ra

d) Cảm biến điện dung

Object

Electricfield

Detector

LoadswitchingElectrode

+V

Hình 1.5 Cảm biến điện dung

Công thức tính điện dung: C=A.K/D, cảm biến sẽ phát hiện vật đến gần vì vật này làm thay đổi điện môi giữa 2 bản cực đến giá trị đặt trước Cảm biến có thể phát hiện

e) Cảm biến điện cảm

Metal

+V Inductive coil

Oscillator and leved detector

Output switching

Hình 1.6 Cảm biến điện cảm

Dựa vào từ trường cảm ứng để nhận biết vật kim loại đến gần, dòng điện cảm ứng trong vật kim loại sẽ tạo từ trường ngược với từ trường ban đầu làm thay đổi cảmkháng cuộn dây Cảm biến này có thể nhận biết bất kì kim loại nào

f) Cảm biến dựa trên hiệu ứng HALL

Nếu dòng điện B+ được cung cấp một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiều dòng điện Một nam châm gắn vào vật chuyển động, khi đến gần phần tử HALL (cố định ở một vị trí) sẽ làm xuất hiện trên phần tử Hall dòng điện một chiều

7) Các thiết bị phụ khác:

Quạt gió, chuông liên lạc, các chỉ thị số báo tầng,… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin và đối trọng Đối với thang máy có chiều cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng Puly ma sát có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang Mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm rãnh Đối trọng là bộ phận cân bằng, đối với thang máy có chiều cao không lớn người ta thường chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng

ca bin và một phần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp cân bằng Việc chọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lớn nhất và chọn cáp tính công suất động cơ và khả

1.1.4 Các hệ truyền động điện thang máy

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau:

Hệ thống máy phát động cơ:

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(F-Đ)

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian thường dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển động hợp lý, nâng

ω

T

N T

N

BTF

BTF CK

§ I−

F

R−f

E f

cao độ chính xác khi dừng tới ± (5÷10) mm Nhược điểm của hệ này là công suất đặt lớn gấp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa

Hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều(BBĐ- Đ)

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh-động cơ một chiều

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh như: bộ biến đổi van, bộ biến đổi van khuếch đại từ, bộ biến đổi xung điện áp đã được áp dụng khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s

Hệ thống BBĐ - Đ là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lượng dải điều chỉnh tốc

độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của các thang máy cao tốc Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: động cơ một chiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ

sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng vv

Hệ thống bộ biến tần- động cơ không đồng bộ

Các hệ thống sử dụng biến tần cho chất lượng khá tốt, thay đổi lại linh động, đây

là thiết bị đang được sử dụng rất nhiều, và cũng sẽ được sử dụng trong đồ án này Tuy nhiên việc sử dụng cũng rất khó khăn đòi hỏi người sử dụng phải rất dành về thiết bị,

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không đồng bộ

Hệ thống dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ

Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn được dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy và máy nâng Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thường dùng cho thang máy chở hàng tốc độ chậm Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thường dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn (công suất động cơ truyền động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dòng khởi động để không làm ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp

Trong các thang máy tốc độ thấp và chất lượng truyền động có yêu cầu không cao lắm, người ta thường sử dụng các hệ truyền động trong đó phần dẫn động là động

cơ không đồng bộ - rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ

Hệ truyền động này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng được về mặt chất lượng đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật

1.1.5 Một số hệ thống điều khiển thang máy

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu đưa về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống Căn cứ vào các tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả như sau:

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đến tầng, người ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng được bố trí trong Cabin Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi thang lên và tầng 1 chỉ có nút gọi thang xuống Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động được bố trí vào một bảng điều khiển Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thường đóng hoặc thường mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ điều khiển

- Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể là các đèn LED hay các mạch hiển thị 7 thanh được bố trí ở các tầng cũng như trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động của thang,…

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, người ta sử dụng các Sensor báo vị trí phi tiếp điểm Trong đó phần tĩnh của Sensor được gắn dọc theo chiều chuyển động của thang, còn phần động được gắn với buồng thang

- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các Sensor ở đỉnh và đáy thang Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiển khi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị trí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cách khác, ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên hay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thường

bố trí nhiều Sensor

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensor dưới sàn Cabin Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới tác động đủ lớn của

trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệu đến phần bảo vệ của hệ điều khiển

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cửa buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng thang đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra

Các hệ thống điều khiển thang máy gồm có:

- Hệ thống điều khiển bằng các phẩn tử cơ khí, phần tử có tiếp điểm

- Điều khiển bằng phần tử logic cứng

- Điều khiển bằng PLC

- Điều khiển bằng vi xử lý

Hệ thống điều khiển thang máy máy tốc độ trung bình sử dụng các phần tử cơ khí, phần tử có tiếp điểm

Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bình thường là

hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ Hệ này thường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5 ÷ 10 tầng) với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy được giới thiệu trên hình 1.12

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển thang máy tốc độ trung bình sử dụng các

phần tử cơ khí, phần tử có tiếp điểm

C 7 C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 C K

DP 1

DP 2

DK DB

Trong đó :

C1 ÷ C7 là là các công tắc cửa của các tầng

Ck là công tắc cửa Cabin

DB và DK là các công tắc dự phòng trong Cabin

DP1 và DP2 là các công tắc dự phòng thang trôi được đặt trong hố thang

D1 ÷ D7 là các công tắc điểm cuối của các tầng

T1 ÷ T7 là các tiếp điểm thường kín của các rơle chuyển tầng

CTK là công tắc đèn trong Cabin

RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ

KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ

Hệ thống được cấp nguồn qua aptomát AP Các cuộn dây Stato của động cơ được nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng KL hoặc côngtắctơ

hạ KX

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một pha qua biến áp cách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V Khi AP đóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA Khi đó mới có điện áp một chiều đưa đến toàn

bộ mạch điều khiển

Ck

đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thường kín RCT1 mở ra Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình ấn các công tắc gọi thang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1

NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH đều không được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện

Tương tự, khi buồng thang đang ở tầng 5 thì D5 và CTT đóng, RCT5 có điện, tiếp điểm thường kín RCT5 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọi thang N5 và gọi tầng 5 NK5

Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện Các tiếp điểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH và rơle RN, RH đều

hở mạch

Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 :

NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN được cấp điện qua KH, RCT5, RCT4 và R4 Các tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại, động cơ được cấp điện và thang chuyển động

đi lên Khi nhả NK4 thì các cuộn dây này vẫn được duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đóng lại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thường kín RCT4 mở ra làm cho các cuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện Cơ cấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang

Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào đó mà tiếp điểm thường kín RCT4 không mở ra, người ta bố trí các tiếp điểm thường kín T1÷T7 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1 ÷ R7 Lúc này, (do rơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếp điểm R4 mở ra, sẽ làm hở mạch cuộn

KN và RN

động lên LBN6, xuống LBH6 lắp ở trên mỗi cửa tầng và trong Cabin LK là đèn chiếu sáng Cabin

Các nhược điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm

- Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra

- Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng)

- Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển

- Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thời gian để

tìm sự cố trong tủ điều khiển

- Sơ đồ mạch không được cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn có sự

thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời gian sửa chữa

khi có sự cố

Do những nhược điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao người ta không sử dụng

công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến phi tiếp điểm được trình bày

trong phần dưới đây

Hệ thống khống chế truyền động thang máy sử dụng các phần tử logic

Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống tự động

khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp điểm (phần tử

lôgic) Việc ứng dụng các phần tử lôgic trong mạch điều khiển cho phép xây dựng một

hệ thống điều khiển với số lượng phần tử là ít nhất

Nhận xét:

tiếp điểm có thể khắc phục được các nhược điểm trên, ngoài ra còn có các ưu điểm

đáng kể như:

động cùng với buồng thang

- Có thể thiết kế các nút ấn gọi tầng và phần hiển thị, báo hiệu nhỏ, gọn, kết cấu

đẹp nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy

- Dễ dàng thay đổi để sử dụng cho các thang máy khác nhau, vì chỉ cần thêm các tiếp điểm gọi tầng và viết lại phần mềm điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng

dùng hệ truyền động một chiều

khí làm việc không tin cậy và gây tiếng ồn lớn Vì vậy, chúng được thay thế bằng công tắc phi tiếp điểm Công tắc chuyển đổi tầng phi tiếp điểm thường dùng bộ cảm biến quang

Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển PLC

Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) là một tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm việc ổn định, chính xác và trơn tru của một quá trình hoặc một hoạt động sản xuất nào đó Nó được phân ra thành rất nhiều loại với nhiều mức độ khác nhau, từ các nhà máy sản xuất năng lượng lớn đến các máy móc sử dụng công nghệ bán dẫn Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phức tạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể là thiết bị điều khiển khả trình (Programable Logic Controller - PLC) hoặc có thể là một máy tính chủ v.v Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết bị thu nhận tín hiệu (tủ điều khiển, các động cơ, các sensor, các công tắc, các cuộn dây rơle v.v ), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng

để điều khiển các quá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có liên hệ mật thiết với nhau Mỗi một thiết bị đơn lẻ trong hệ thống điều khiển có một vai trò quan trọng riêng không phụ thuộc vào kích thước của nó, thiết bị PLC không thể biết được những gì đang xảy ra xung quanh nó nếu thiếu những sensor báo tín hiệu Nó cũng không thể kích hoạt một chuyển động cơ khí nếu không có động cơ chấp hành

Và nếu cần thiết thì một máy tính chủ phải được lắp đặt để điều khiển đồng bộ các hoạt động có liên hệ mật thiết với nhau

Cũng có những ứng dụng mà trong đó chỉ cần một thiết bị PLC đơn lẻ điều khiển một hoặc một vài thiết bị khác

Ưu điểm của hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình có các ưu điểm sau:

dụng rất dễ dàng bằng cách lập trình thông qua thiết bị lập trình hoặc phần mềm chạy trên máy vi tính mà không phải thay đổi cách đấu dây, không cần thêm bớt các thiết bị vào/ra ( I/O )

- Các bộ định thời được tích hợp bên trong PLC làm giảm phần lớn các rơle và mạch cứng định thời gian so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường

động của PLC chỉ cỡ mili giây (ms) Do đó năng suất lao động tăng lên một cách đáng

kể

- Giá thành hệ thống hạ hơn một cách đáng kể so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường trong trường hợp các đầu vào/ra là rất lớn và hoạt động điều khiển rất phức tạp

- Tính tin cậy của PLC cao hơn so với các rơle và các bộ định thời cơ khí

thể cập nhật chương trình trong PLC một cách dễ dàng

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN PLC, BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300

1.2.1 Tổng quan về điều khiển PLC

PLC (Programmable Logic Controller) - Hệ thống điều khiển logic có khả năng lập trình Để điều khiển nhiều đại lượng vật lý đồng thời trong hệ thống sản xuất không dùng được các mạch điều khiển tương tự mà phải dùng hệ thống điều khiển logic Từ năm 1969 trở về trước, người ta sử dụng hệ thống điều khiển rơle để điều khiển logic, sau đó PLC ra đời và với những ưu điểm của nó dần dần thay thế điều khiển rơle Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đemlại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có

độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở

ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao

và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lô gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào Một số các ứng dụng của máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần mềm máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư

Cấu trúc của một PLC gồm 06 thành phần cơ bản sau:

- Mô đun nguồn

Sơ đồ một bộ PLC cơ bản được biểu diễn như hình 1.14

Hình 1.14 Cấu trúc cơ bản của PLC

• CPU (Bộ xử lý tín hiệu)

Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính lô gíc, điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính lôgíc theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay tương ứng Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic

và khả năng điều khiển của PLC Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép

Đầu vào

Đầu ra

Môđun vào ra

Môđun Nguồn

CPU

Thiết bị lập trình

Môđun nhớ

tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ vv

Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này được gọi

là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển Chu kỳ quét được minh hoạ trên hình 1.15

Hình 1.15 Chu kỳ quét của PLC

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như các công tắc, cảm biến Trạng thái của các tín hiệu vào được lưu tạm thời vào bảng ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mãng nhớ để xác định các đầu ra sẽ được nạp năng lượng hay không Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 mi li giây Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC

• Mô đun nhớ

Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn

bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ Thông thường các

bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ được gọi là bit Mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1 Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K, 1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến 64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển Trong các PLC hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau

Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC gồm :

a ROM (Read Only Memory)

b RAM (Random Access Memory)

c PROM (Programable Read Only Memory)

d EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)

e EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)

Bộ nhớ động được sử dụng rộng rãi đó là bộ nhớ RAM (Random Acces Memory) Bộ nhớ RAM hoạt động nhanh và là tạo ra và lưu các chương trình ứng dụng Để chống lại khả năng mất dữ liệu khi mất điện, các PLC thường sử dụng pin

Bộ nhớ tĩnh ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ không bị thay đổi khi dữ liệu nhớ khi tắt nguồn hoặc mất điện Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh cơ bản và các hàm toán học của PLC EEPROM (Ellectrically Erasable Programable Read Only

Memory) là bộ nhớ tĩnh có khả năng xoá bằng lập trình lại EEPROM dùng để ghi chương trình ứng dụng

Người sử dụng có thể truy cập vào hai vùng nhớ của PLC là vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu Vùng nhớ chương trình là nơi chứa chương trình điều khiển ứng dụng, các chương trình con và các lỗi của chương trình Vùng nhớ dữ liệu lưu trữ các dữ liệu liên quan đến chương trình điều khiển như dữ liệu vào/ra; giá trị đầu, giá trị tức thời và giá trị cuối của bộ đếm lệnh hay bộ đến thời gian; các hằng số và các biến của chương trình điều khiển Hai vùng nhớ này được gọi là bộ nhớ dành cho người sử dụng Bộ xử lý tín hiệu còn có bộ nhớ hệ thống dùng để ghi các dữ liệu trung gian trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của chương trình và phối hợp giữa chúng; quét các dữ liệu vào và gửi cá dữ liệu ra mới đến mô đun ra Bộ nhớ hệ thống

do nhà sản xuất lập trình từ khi xuất xưởng nên không thể thay đổi được và người sử dụng cũng không thể truy cập được

• Mô đun vào/ra

Hệ thống các mô đun vào/ra có khả năng kết nối giữa các thiết bị công nghệ với

bộ vi xử lý Hệ thống này dùng các mạch vào khác nhau để ghi nhận hoặc đo lường các đại lượng vật lý của quá trình công nghệ như chuyển động, cao độ, nhiệt độ, áp xuất, lưu lượng, vị trí, tốc độ vv Trên cơ sở các dữ liệu thu được, bộ xử lý tín hiệu tiến hành các phép tính lô gíc hay số học để xác định giá trị mới của tín hiệu ra Các mô đun ra được nối để điều khiển các van, động cơ, bơm và báo động khi thực hiện quá trình điều khiển máy hoặc điều khiển hệ thống sản xuất Trên hình 1.16 là sơ đồ kết nối của một

bộ micro PLC với các thiết bị của môi trường làm việc Điện áp 24 VDC không chạy

từ bên trái qua bên phải sơ đồ thang như các mạch rơ le “cứng” Điện áp ở đây chỉ đóng vai trò thể hiện các biến lô gíc đầu vào Mạch lô gic của PLC sẽ đảm bảo tính liên tục của lôgíc cho đến đầu ra Nguồn trên mạch ra được cấp đến các thiết bị bên ngoài nếu lô gíc của các kênh ra được đảm bảo bảo thông suốt từ bên trái qua bên phải của từng bậc trong sơ đồ thang

Hình 1.16 Sơ đồ kết nối của PLC với các thiết bị

Các mô đun vào/ra có thể tiếp nhận tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như công tắc, cảm biến quang, công tắc tiệm cận Các tín hiệu được chuyển đổi từ điện áp 110VAC, 220VAC, +24DC thành tín hiệu ± 5 VDC Bộ vi xử lý sẽ lấy tín hiệu này để xác định tín hiệu ra tương ứng Điện áp 5 VDC được gửi ra mô đun ra, từ đây được khuyếch đại lên mức 110VAC, 220VAC hay 24VDC tuỳ theo yêu cầu Thông thường một bộ chuyển đổi tín hiệu có giao diện phụ trợ được sử dụng để chuyển trạng thái của các đầu vào từ bên ngoài đến một vùng nhớ đệm xác định Vùng nhớ đệm này được định nghĩa trong chương trình chính của PLC Nạp các tín hiệu vào CPU tức là nạp nội dung ghi ở vùng nhớ đệm vào sổ ghi của CPU Nội dung trong từng vị trí nhớ sẽ được thay đổi kế tiếp nhau Mô đun Vào/ Ra thường tách khỏi mô đun CPU và được gá trên ray chung Các đèn báo trên mô đun Vào/Ra báo hiệu trạng thái làm việc hay sự cố Các mô đun này được cách điện và có cầu chì để đẩm bào an toàn cho bộ vi xử lý Trong mô đun Vào/Ra thông thường gồm các mạch sau:

g Nguồn AC vào / ra

h Nguồn DC vào / ra

i Các kênh vào / ra số

j Các kênh vào/ ra tương tự

k Các môđun chuyên dụng: điều khiển động cơ bước, thiết bị điều khiển PID,

bộ đếm thời gian cao tốc, mô đun điều khiển servo vv

Các mô đun vào/ra thường nối với nguồn năng lượng mức cao nên phải cách điện tốt với mô đun CPU Các kênh vào tương tự sử dụng cho việc lấy tín hiệu từ các cảm biến tương tự :

- Cảm biến lưu lượng

Các kênh vào số thường nối với các cảm biến hai trạng thái dạng đóng/ ngắt (On/Of) như:

- Cảm biến quang điện

- Cảm biến tiệm cận

- Cảm biến xung điện

Các kênh ra số có thể nối với các thiết bị như:

• Mô đun nguồn

Thường nguồn cấp cho PLC là nguồn điện lưới xoay chiều AC để tạo ra nguồn một chiều DC cho các mạch bên trong của PLC Nguồn điện lưới có thể là 110 VAC,

220 VAC hay điện áp khác tuỳ thuộc theo yêu cầu của người sử dụng Nguồn này cũng

dùng để cấp năng lượng để đóng ngắt động cơ hay các các cơ cấu chấp hành khác nên cần phải được cách điện tốt để tránh gây nhiễu cho mô đun CPU

Mô đun ghép nối mạng

Mô đun này cho phép ghép nối các PLC với nhau, với máy tính và các hệ thống điều khiển số khác thông qua mạng nội bộ

- Phương pháp thứ nhất là nối các mô đun vào ra của PLC vào một bảng điều khiển với màn hình màu, có trang bị các đèn tín hiệu và các bộ chỉ thị số Phương pháp này phải kết nối cố định và nếu hệ phải mở rộng thêm sẽ không sử dụng được

- Phương pháp thứ hai là sử dụng máy tính cá nhân, loại dùng trong môi trường công nghiệp có trang bị phần mềm đồ hoạ màu Phương pháp này có ưu điểm là dễ dàng thay đổi màn hình của quá trình điều khiển, có thể thực hiện một số chức năng cảnh báo, lập báo cáo và soạn thảo phần mềm cho PLC

Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ module CPU313FM, module CPU314FM…

Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyên thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (PROCESS Field BUS) Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này

là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài đặt sẵn trong hệ điều hành Các loại module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port), Ví dụ như module CPU315-2DP

Hình 1.17 Các cổng giao tiếp của PLC S7-300

• Các loại module mở rộng:

- PS (power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại 1A, 5A và 10 A

- SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:

+ DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể

là 8,16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24 VDC và 120/230V AC

+ DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24 VDC và ngắt điện từ

+ DI/DO (Digital Input/Digital out): Module mở rộng các cổng vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module

+ AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Về bản chất chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức mỗi tín hiệu tượng tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự

có thể là 2,4 hoặc 8 tùy loại module Tín hiệu vào có thể là áp, dòng, điện trở

+ AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng là những

bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA) Số các cổng ra tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tùy theo loại module Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng

+ AI/AO (Analog Input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương