Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và giải quyết các hệ thống tự động đóng cửa garage sử dụng PLC của Mitsubishi sử dụng phương pháp ladder để lập trình. Hệ thống dùng trong các bãi giữ xe, nhà ở hay trong trong các nhà máy xí nghiệp, bệnh viện... Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
Trang 2di chuyển, lắp đặt, dể bảo quản và sửa chữa, khả năng xử lý nhanh, hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp,…
1.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và giải quyết các hệ thống tự động đóng cửa garage sử dụng PLC của Mitsubishi sử dụng phương pháp ladder để lập trình Hệ thống dùng trong các bãi giữ xe, nhà ở hay trong trong các nhà máy xí nghiệp, bệnh viện,
Trang 32.1 Mô tả quy trình công nghệ
Cửa garage tự động hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến quang để xác định có xe và tác động động cơ quay thuận nghịch để đóng, mở cửa Sử dụng công tắc hành trình tác động để ngừng quay động cơ Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần có động cơ 3 pha, công tắc hành trình loại thường
hở, cảm biến quang loại thu phát Sau đây là chu trình làm việc như hình 2.1
Hình 2.1: Hệ thống đóng, mở cửa garage tự động
Khi bật công tắc hệ thống đóng cửa và kiểm tra xem có xe hay không Khi có
xe đến cảm biến X2, đèn Y6 sáng lên, cửa garage sẽ đi lên và lúc này Buzzer Y7 hoạt động Cửa garage vẫn đi lên cho đến khi tác động công tắc hành trình thì dừng, lúc này buzzer cũng ngừng hoạt động Xe đi qua cửa qua cảm biến X3, đèn Y6 tắt, cửa garage sẽ đi xuống và lúc này buzzer Y7 hoạt dộng Cửa garage vẫn đi xuống cho đến công tắc hành trình dưới được tác đồng thì dừng, lúc này buzzer cũng ngừng hoạt động Đồng thời ta kết hợp hai nút nhấn UP là X10 và DOWN là X11 để mở hoặc đóng cửa, nhưng khi có xe trong vùng xác định giữa X2 và X3 thì hai nút nhấn này không thể tác động
Trang 42.2 Lựa chọn thiết bị vào
Các thiết bị được sử dụng ở ngõ vào PLC:
Phát hiện vật chuyển động trong tầm của cảm biến (10m)
Cấu tạo và thông số kĩ thuật của cảm biến BEN10M-TDT
Cảm biến quang điện thu-phát thực tế như hình 2.2
Hình 2.2: Cặp thu phát cảm biến Đầu ra là NPN, có 3 dây nối NPN cho phép dòng điện trong cảm biến đi vào
Trang 5chạy trong cảm biến tới cực chung
Sau đây là nguyên lý hoạt động của PLC như hình 2.3:
Hình 2.3: Sơ đồ kết nối cảm biến với PLC
Cảm biến chịu phản ứng của các tác nhân vật lý Nếu cảm biến không hoạt động, điện áp đường tác động thấp, khi đó Transistor khóa Có nghĩa là đầu ra NPN không có dòng vào/ra Khi cảm biến hoạt động làm cho đường tác động có điện áp cao, Transistor mở khóa và tác động đóng khóa Dòng chạy từ cảm biến tới đất Điện
áp ở đầu ra của NPN giảm xuống -V
Trang 6Thông số kỹ thuật BEN10M-TDT:
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cảm biến BEN10M-TDT
Vật thể phát hiện tiêu chuẩn - Giấy trắng 100 x 100mm
Đặc tính trễ - Tối đa 20% khoảng cách phát hiện Điện áp nguồn cấp - 12VDC - 24VDC +/- 10% kể cả xung
tối đa 10%(p-p)
Ngõ ra điều khiển - Ngõ ra transistor colector hở, tối đa
200mA, điện áp dư tối đa 1V
Mức chiếu sáng của môi trường Hoạt động đối với ánh sáng mặt trời
Max 11000lx, đối với đèn chiếu sáng Max 3000lx
Nhiệt độ mối trường - Hoạt động - 250C tới 550C (không
đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Bảo quản - 250C tới 700C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)
Độ ẩm môi trường - Hoạt động 35% đến 85%RH
- Bảo quản 35% đến 95%RH
Mức độ chịu rung - Biên độ rung 1,5mm tại tần số 10 -
55HZ trong 2 giờ theo x, y ,z
Mức độ chịu sốc - Mức độ phá hủy 500m/s2 cho 3 lần ở
mỗi hướng x,y,z
Trang 7Sơ đồ đấu dây của cảm biến như hình 2.4
Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây của cảm biến
Dây nối cảm biến trong hình dạng thực tế như hình 2.5
Hình 2.5: Hình dạng cảm biến
2.2.2 Lựa chọn công tắc hành trình
Sử dụng công tắc hành trình tác động vào để cơ cấu dừng hoạt động vì nó dễ điều khiển, có hai chế độ là dẫn và ngắt, khi có vật thể tác động vào thì dẫn, ngược lại thì ngắt Công tắc hành trình được sử dụng ở các cơ cấu điều khiển để ngưng hoạt động của động cơ
Chọn loại công tắc hành trình loại đầu dài có con lăn để giảm hư hại giữa vật thể tác động vào công tắc hành trình trong hình 2.6 là loại D4MC-2000
Trang 8Hình 2.6:Công tắc hành trình NC/NO omron
Độ ẩm môi trường - Bảo quản 35% đến 95%RH
Mức độ chịu rung - Biên độ rung 1,5mm tại tần số 10 -
55HZ
Mức độ chịu sốc - Mức độ phá hủy 500m/s2 cho 3 lần ở
mỗi hướng x,y,z
Ngoài ra D4MC - 2000 còn có các ưu điểm sau
Nhiều kiểu dáng tác động, cho các ứng dụng khác nhau
Đấu nối kiểu terminal có bọc cao su bảo vệ độ kín
Đạt tiêu chuẩn UL/CSA and CCC
Kiểu dáng lắp đặt đơn giản, giảm thời gian bảo trì, thay thế
Sơ đồ dấu dây của công tắc hình trình khi kết nối với PLC như hình 2.7
Trang 9Hình 2.7: Sơ đồ dấu dây công tắc hành trình
2.2.3 Lựa chọn nút nhấn
Sử dụng nút nhấn để điều khiển cửa garage lên xuống bằng tay khi không có
xe hoặc khi hệ thống cảm biến có sự cố hay bảo trì
Chọn nút nhấn đèn led màu xanh lá cây như hình 2.8 để sáng lên khi nhấn nút điều khiển
Trang 10- Động cơ một pha DC
- Động cơ ba pha AC
- Động cơ ba pha DC
Thông số kỹ thuật động cơ Teco
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật Motor Teco
1 ~ 120
1
Hình dạng động cơ được sử dụng trong hệ thống như hình 2.9
Trang 11Hình 2.10: Đèn ABB KL70-401G Light Element
Thông số kỹ thuật đèn ABB KL70-401G Light Element
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật đèn ABB KL70-401G Light Element
Trang 12Tín hiệu - Liên tục
Nhiệt độ môi trường - Hoạt động -350C tới 660C
2.3.4 Lựa chọn CONTACTOR 3 pha
Lựa chọn contactor công nghiệp phù hợp với động cơ 3 pha vậy nên chọn
contactor M65 New CJX2-1210 AC như hình 2.12
Hình 2.12: Contactor công nghiệp
2.4 Lựa chọn PLC
PLC được phân loại theo 2 cách
o Hãng sản xuất gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi,…
Trang 13Nhược điểm của dòng FX0 là không có khả năng mở rộng số lượng I/O được quản lý, không có khả năng nối mạng, không có khả năng kết nối với các Module chuyên dùng, thời gian thực hiện chương trình lâu (thời gian thực hiện các lệnh cơ bản khoảng 1.6us – 3.6us, các lệnh ứng dụng khoảng vài trăm us)
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật PLC FX0S-30MR-DS
Dung lượng chương trình 8000 bước Sử dụng bộ nhớ EEPROM
bên trong Cấu hình
vào ra
(I/O)
Vào Tối đa 18 ngõ: X0 - X17 Trừ FX0S-30M có 16 ngõ
Ra Tối đa 16 ngõ: Y0- Y15 Trừ FX0S-30M có 14 ngõ
Thông thường Số lượng: 64 Từ S0-S63
Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0-S9
Từ C235-C238
1 pha hoạt động
bằng ngõ vào
Số lượng: 3
C241, C242, C244
lượng: 3
Tần số đếm từ C246, C247, C249
Trang 14Pha A/B Số
lượng: 3
2kH/ trở xuống
*Lưu ý: mọi bộ đếm đều được chốt
2.5 Sơ đồ nối dây
Mạch điều khiển ở hình 2.13 mô tả các kết nối vào ra với PLC
Stop
N L
PLC
Top LS Buttom LS Blue While
While
220VACNL
Blue
Brown Brown
Trang 15Hình 2.14: Mạch động lực kết nối với động cơ của hệ thống garage xe
3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM
3.1 Yêu cầu thiết kế
Hệ thống đóng cửa garage xe tự động có 3 chế độ hoạt động
o Cửa đi xuống, buzzer hoạt động khi nhấn nút xuống hoặc không có xe trong vùng làm việc của cảm biến cửa sẽ đi xuống Chế độ tự động khi có xe và điều khiển khi không có xe
o Cửa đi lên, buzzer hoạt động: Khi có xe đến hoặc được nhấn nút đi lên
o Cửa dừng, buzzer ngừng hoạt động: Khi cửa garage không hoạt động
3.2 Sơ đồ trạng thái
Hệ thống garage xe tự động được mô tả bằng state diagram như hình 3.1
Trang 16Hình 3.1: Sơ đồ trạng thái hoạt động của hệ thống
Cửa đi lên, Buzzer on, đèn stop off
Công tắc hành trình trên
X2=1 hoặc X3=1
và công tắc hành
trình trên = 0
UP và công tắc hành trình trên = 0
Công tắc hành trình dưới
X2 và X3 và công tắc hành trình dưới = 0
DW và X3, X2, công tắc hành trình dưới = 0
UP
DW và X3=0 và X2=0
M6 M5
M7
Trang 17Hình 3.2: Chọn F1 giao diện garage xe
B2: Phần mềm sẽ hiện ra giao diện mô phỏng tiếp đến nhấn vào edit leader
B3: Ta có thể viết chương trình mới hoặc mở chương trình đã viết sẵn như hình 3.3
Hình 3.3: Chọn file đã viết sẵn
B4: Thực hiện write to PLC như hình 3.4 để mô phỏng
Trang 18Hình 3.4: Viết chương trình vào PLC để mô phỏng
Trang 19Hệ thống hoạt động khi mới cấp nguồn như hình 4.1
Hình 4.1: Khi vừa cấp nguồn cửa đóng lại
Điều khiển cửa garage thông qua nút nhấn UP(X10) và DOWN(X11) ở hình 4.2
và hình 4.3
Hình 4.2: Nhấn nút up cửa đi lên
Trang 20Hình 4.3: Nhấn nút down cửa đi xuống
Khi có xe đến cảm biến X2 hệ thống sẽ tự hoạt động như hình 4.4 và nút nhấn
bị vô hiệu hóa khi có vật thể như hình 4.5
Trang 21Hình 4.5: Khi có xe trong vùng giới hạn nút UP và DOWN bị vô hiệu hóa
Xe đang còn trong phạm vi của cảm biến X2 hoặc X3 thì cửa vẫn còn mở để đảm bảo an toàn như hình 4.6 và khi cả 2 cảm biến hết tác động thì cửa garage sẽ đóng như hình 4.7
Hình 4.6: Khi xe qua cửa đến cảm biến X3 lên mức [1] cửa vẫn mở
Trang 22Hình 4.7: Khi xe qua cửa cảm biến X2 và X3 xuống mức [0] thì cửa đóng lại
Ta có thể điều khiển được nút nhấn khi cảm biến không được tác động như hình 4.8
Hình 4.8: Khi cảm biến X2 và X3 xuống mức [0] thì có thể sử dụng được nút nhấn
Trang 245 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận
Qua bài tiểu luận này nhóm đã đạt được
o Tìm hiểu phần cứng của PLC Mitsubishi, các công cụ hỗ trợ hệ thống như cảm biến, nút nhấn, công tắc hành trình,…
o Sử dụng được phần mềm FX-Training, viết chương trình bằng ngôn ngữ ladder, thiết kế thành công hệ thống cửa garage xe tự động
o Hiểu được kết nối phần cứng cũng như phần mềm của plc
5.2 Hướng Phát triển đề tài
o Thực hiện mô hình thực tế đề tài tại nhờ ở, bãi giữ xe, kho hàng trong công nghiệp,…
o Thiết kế màn hình HMI để báo cáo hoạt động và điều khiển hệ thống garage
xe
o Thêm vào chức năng báo quá tải để đảm bảo hệ thống hoạt động tốt
o Thêm vào chứa năng thời gian bảo trì sau 30 ngày hoạt động
o Có thể thay đổi nút nhấn bằng remote hoặc smartphone để điều khiển garage
o Thêm công tắc để vô hiệu hóa chức năng tự động khi chỉ cho phép điều khiển bằng tay
Trang 251 Slide bài giảng của thầy Nguyễn Thanh Hải
2 PROGRAMMING MANUAL THE FX SERIES OF PROGRAMMABLE CONTROLLER