Đồ Án Ứng dụng PLC S7 300 và Win CC điều khiển , giám sát thang máy ( Đồ án điểm A )

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con người.Là một sinh viên nghành Kỹ thuật Điều Khiển Tự Động Hóa mỗi sinh viên chúng em đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa.Trong suốt quá trình học tập của mình thì em đã nhận được rất nhiều các bài học bổ ích từ quý thầy cô trong Viện Kỹ Thuật Công Nghệ. Học được rất nhiều đức tính tốt từ bạn bè, thầy cô.Với sự hướng dẫn tận tình, được tạo mọi điều kiện tốt nhất của giáo viên hướng dẫn và các thầy trong nghành Kỹ Thuật ĐK TĐH thì em đã hoàn thành xong đồ án: Ứng dụng PLC S7 300 và WinCC để điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

ỨNG DỤNG PLC S7 - 300 VÀ WINCC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN

VÀ GIÁM SÁT THANG MÁY 4 TẦNG

Người hướng dẫn: ThS Hoàng Võ Tùng Lâm Người phản biện: PGS.TS Nguyễn Hoa Lư Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hà

Mã sinh viên: 145D5202160033

Nghệ An - 2/2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 8

1.1 Khái niệm chung về thang máy 8

1.2 Lịch sử phát triển thang máy 8

1.3 Phân loại thang máy 9

1.4 Các yêu cầu đối với thang máy 13

1.4.1 Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy 13

1.4.2 Dừng buồng thang chính xác 16

1.4.3 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy 18

1.5 Kết cấu chung của thang máy 20

1.5.1 Giếng thang 20

1.5.2 Cabin 21

1.5.3 Các thiết bị khác 21

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC 24

2.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller) 24

2.1.1 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 25

2.1.2 Ưu nhược điểm của PLC 26

2.1.3 Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC 28

2.2 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại Simatic S7-300 28

2.2.1 Cấu trúc phần cứng 28

2.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 31

2.3.1 Kiểu dữ liệu 31

2.3.2 Phân chia bộ nhớ 31

2.4 Vòng quét chương trình PLC S7-300 32

2.5 Cấu trúc chương trình của PLC S7- 300 33

2.5.1 Lập trình tuyến tính 33

2.5.2 Lập trình có cấu trúc 33

2.6 Các khối OB đặc biệt 35

2.7 Ngôn ngữ lập trình PLC 36

2.7.1 Ngôn ngữ lập trình LAD 37

2.7.2 Các lệnh cơ bản dạng LAD của PLC S7-300 37

2.8 Tổng quan về phần mềm WinCC Explorer 43

2.8.1 Các khái niệm thường dùng trong WinCC Explorer 44

2.8.2 Hàm trong WinCC Explorer 47

2.8.3 Truyền thông trong WinCC Explorer 49

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 54

3.1 Thiết kế mô hình thang máy 4 tầng 54

3.1.1 Khái quát về mô hình 54

3.1.2 Các thiết bị dùng trong thang máy 54

3.2 Thống kê các đầu vào ra của hệ thống thang máy 4 tầng 60

3.3 Giám sát thang máy bằng WinCC 65

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi

dừng s 18

Bảng 1.2 Tham số gia tốc tối ưu cho hệ thống thang máy 19

Bảng 3.1: Đầu vào của đối tượng trong chương trình Step 7 60

Bảng 3.2: Đầu ra của đối tượng trong chương trình Step7 60

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phanh bảo hiểm kiểu kìm 14

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ 15

Hình 1.3 Dừng chính xác buồng thang 18

Hình 1.4 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ v, gia tốc a và độ dật  theo thời gian 20

Hình 1.5 Sơ đồ kết cấu cơ khí của thang máy 20

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống 25

Hình 2.2 Giao diện vào ra của PLC 26

Hình 2.3 Cách ghép nối các module trên 1 rack 29

Hình 2.4 Cách ghép nối các rack trong hệ PLC S7-300 29

Hình 2.5 Địa chỉ mặc định của các modul trong hệ PLC S7-300 29

Hình 2.6 Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính 33

Hình 2.7 Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc 35

Hình 2.8 Các ngôn ngữ lập trình 36

Hình 2.9 Giao diện WinCC Explorer 44

Hình 2.10 Giao diện Tag Managerment 46

Hình 2.11 Giao diện Graphics Designer 46

Hình 2.12 Cửa sổ Alarm Logging 46

Hình 2.13 Mô hình truyền thông giữa wincc và máy tính 49

Hình 2.14 Mô hình truyền thông qua mạng MPI 51

Hình 2.15 Mô hình truyền thông qua mạng Profibuss DP 52

Hình 2.16 Mô hình truyền thông qua Profibus FMS 53

Hình 3.1 Động cơ DC có giảm tốc 58

Hình 3.2 Rơ le trung gian 8 chân MY2N-GS 24VDC 58

Hình 3.3 Nút nhấn 2 chân 59

Hình 3.4 Mô hình thang máy 4 tầng 63

Hình 3.5 Cabin thang máy 64

Hình 3.6 Cảm biến khí gas 64

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế thì các tòa nhà cao tầng ngày càngnhiều, đặc biệt là các trung tâm thương mại và chung cư để thuận tiện cho việc đi lạithì lắp đặt hệ thống thang máy là rất cần thiết Thang máy giúp con người dễ dàng dichuyển từ tầng này qua tầng khác mà không phải mất nhiều thời gian, không nhữngvậy mà thang máy cũng dùng để di chuyển hàng hóa Chính vì những lợi ích thiết thực

như vậy nên em đã chọn đề tài: " Ứng dụng PLC S7 - 300 và WinCC để điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng" Đồ án gồm có mô hình thang máy 4 tầng, ứng dụng phần

mềm SIMATIC Manage để lập trình trên PLC S7-300 CPU 313C và phần mềmWinCC để mô phỏng và giám sát trực tiếp

Nội dung gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về thang máy.

Chương 2: Tìm hiểu PLC S7-300 và phần mềm WinCC.

Chương 3: Xây dựng hệ thống máy điều khiển thang máy.

SUMMARY

With the rapid development of the economy more and more high-rise buildings,especially commercial centers and apartments… to facilitate travel installing elevatorsystem is necessary Elevators make it easy for people to move from floor to floorwithout spending much time, not only that but the elevator is also used to move goods

Because of such practical benefits i chose the topic: "S7 - 300 and WinCC PLC

applications to control and monitor 4-floor elevators" The project includes a 4-storey

elevator model, SIMATIC Manage software application to program on S7-300 CPU313C and WinCC software to simulate and monitor directly

The content consists of 3 chapters:

Chapter 1: Overview of elevators.

Chapter 2: Understanding PLC S7-300 and WinCC software.

Chapter 3: Construction of elevator control system.

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiệnđại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội Tự động hóa cao songsong với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động,nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sốngcủa con người

Là một sinh viên nghành Kỹ thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa mỗi sinh viênchúng em đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tự độnghóa.Trong suốt quá trình học tập của mình thì em đã nhận được rất nhiều các bài học

bổ ích từ quý thầy cô trong Viện Kỹ Thuật & Công Nghệ Học được rất nhiều đức tínhtốt từ bạn bè, thầy cô

Với sự hướng dẫn tận tình, được tạo mọi điều kiện tốt nhất của giáo viên hướngdẫn và các thầy trong nghành Kỹ Thuật ĐK & TĐH thì em đã hoàn thành xong đồ án:

"Ứng dụng PLC S7 - 300 và WinCC để điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng".

Đặc biệt hơn em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo Th.S Hoàng Võ

Tùng Lâm đã giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình cho em trong suốt quá trình làm đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 Khái niệm chung về thang máy

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

Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quantrực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máykhi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cáchnghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quytrình, quy phạm

1.2 Lịch sử phát triển thang máy

Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có hai hãng thang máy ra đời là: OTIS

và Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử dụng của hãngOTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đãchế tạo thành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin

có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp

Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan),MISUBISHI, NIPON, ELEVATOR, (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý)

đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7.5m/s, nhữngthang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời giannày cũng có các thang máy thuỷ lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến

bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s Vào những năm

1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện

áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn,tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ Đồng thời, cũng vào những năm này

đã xuất hiện thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạttới 12.5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác

Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ vàmột số nước Đông Âu cung cấp Chúng được sử dụng để vận chuyển trong côngnghiệp và chở người trong các nhà cao tầng Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn.Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy

đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:

+ Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy.Nhưng với giá thành rất cao

+ Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác.Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến làdùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện

1.3 Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, loạikhác nhau để phù hợp với mục đích của từng công trình Có thể phân loại thang máytheo các nguyên tắc và các đặc điểm sau:

a) Theo công dụng

Thang máy được phân thành 5 loại:

* Thang máy chuyên chở người

Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ,các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình v.v

* Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm

Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm v.v

* Loại máy chuyên chở bệnh nhân

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng, Đặc điểm của

nó là kích thước thông thuỷ cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường củabệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm Hiện naytrên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho loại thangmáy này

* Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm

Loại thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho, thang máy dùng chonhân viên khách sạn v.v chủ yếu để chở hàng nhưng có người đi kèm để phục vụ

b) Theo hệ thống dẫn động cabin

* Thang máy dẫn động điện

Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốctới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trìnhlên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động cabin lênxuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây dựng cáccông trình cao tầng)

* Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông)

Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittông thuỷlực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thuỷ lực với hành trình tối đakhoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấuđơn giản, tiết diện giếng thang máy nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp,chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng sốtầng phục vụ, vì buồng máy đặt ở tầng trệt

c) Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo

Đối với thang máy điện:

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang

Đối với thang máy dẫn động: cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì hệtời dẫn động đặt ngay trên nóc

Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt

d) Theo các thông số cơ bản

* Theo tốc độ di chuyển của cabin

* Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

Loại chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thểv.v Đặc điểm của loại này chỉ có điều khiển ngoài cabin (trước các cửa tầng) Còncác loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngoàicabin

Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng khác như: thang máy cứu hoả,chở ôtô v.v

e) Theo kết cấu các cụm cơ bản

* Theo hệ thống cân bằng

- Có đối trọng;

- Không có đối trọng;

- Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho các thang máy có hành trình lớn;

- Không có cáp hoặc xích cân bằng

* Theo cách treo cabin và đối trọng

- Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin;

- Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin;

- Đẩy từ phía đáy cabin thông qua các puly trung gian

* Theo hệ thống cửa cabin

Phương pháp đóng mở cửa cabin:

- Đóng mở bằng tay: Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở trong hoặcngoài cửa mở và đóng cửa cabin và cửa tầng;

- Đóng mở cửa tự động (bán tự động) Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin vàcửa tầng tự động mở, khi đóng phải dùng tay hoặc ngược lại

Cả hai loại này đều dùng cho các thang máy chở hàng có người đi kèm, hoặcthang máy dùng cho nhà riêng

- Đóng mở tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động

mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cabin Thời gian và tốc độ đóng mở có thể điềuchỉnh được

Theo kết cấu của cửa:

- Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía;

- Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh

Hai loại này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm hoặc không

có người đi kèm Hoặc thang máy dùng cho nhà riêng

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính ở giữa lùa về hai phía Đối vớithang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn cánh mở chính ở giữa lùa vềhai phía (mỗi bên hai cánh) Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ởphía sau cabin;

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía.Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (thang máy chởbệnh nhân);

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên vàdưới (thang máy chở thức ăn);

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại nàydùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng

Theo số cửa cabin:

- Thang máy có một cửa;

- Hai cửa đối xứng nhau;

- Hai cửa vuông góc nhau

* Theo bộ hãm bảo hiểm cabin

- Hãm tức thời, loại này dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/ph;

- Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 0.75 m/s, và thangmáy chở bệnh nhân

- Đóng mở tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động

mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cabin Thời gian và tốc độ đóng mở có thể điềuchỉnh được

Theo kết cấu của cửa:

- Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía;

- Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh

Hai loại này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm hoặc không

có người đi kèm Hoặc thang máy dùng cho nhà riêng

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính ở giữa lùa về hai phía Đối vớithang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn cánh mở chính ở giữa lùa về

hai phía (mỗi bên hai cánh) Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ởphía sau cabin;

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía.Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (thang máy chởbệnh nhân);

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên vàdưới (thang máy chở thức ăn);

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại nàydùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng

Theo số cửa cabin:

- Thang máy có một cửa;

- Hai cửa đối xứng nhau;

- Hai cửa vuông góc nhau

* Theo bộ hãm bảo hiểm cabin

- Hãm tức thời, loại này dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/ph;

- Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 0.75 m/s, và thangmáy chở bệnh nhân

1.4 Các yêu cầu đối với thang máy

1.4.1 Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độcao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu Để đảm cho

sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạtđộng của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

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

a) Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy

* Phanh bảo hiểm:

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượtquá (20  40) % tốc độ định mức

Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu nêm,phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm

Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nóbảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm đượcbiểu diễn trên hình 1.1

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm 2 trượt theothanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa hai cánh tayđòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4 Hệ truyền động trụcvít có hai loại ren: ren phải và ren trái

Hình 1.1 Phanh bảo hiểm kiểu kìmCùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạnchế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽlàm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạnchế tốc độ của buồng thang

tác dụng của một lực kéo Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thangnhư ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc.

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độCáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp quaròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp Trường hợp cáp bị đứt hay bịtrượt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển độngcùng với Cabin Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3 đập vàocam 4 Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại Mặt khác, cam

4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéothanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm việc

Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theokinh nghiệm tốc độ nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang

b) Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ và hệthống báo sự cố Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người kỹ sưbảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm tra trướckhi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá giớihạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới Điều này có nghĩa là khi thang đãlên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đãxuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên Để thực hiện điều này người talắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy thang Các thiết bị này sẽdừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lêntới đỉnh hoặc đáy

- Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãmkhẩn cấp trong buồng thang

- Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không bị

va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ở đáy thang

- Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơi buồngthang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác

- Khi có người trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín hiệubáo sắp đóng cửa cabin

1.4.2 Dừng buồng thang chính xác

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầngcần dừng sau khi đã ấn nút dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây racác hiện tượng sau:

- Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra/vào khó khăn, tăng thờigian ra/vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất

- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng.Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt được độ chính xác khidừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãngđường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùngmột hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang baogồm: mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm

và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng,công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồngthang Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồngthang đi được quãng đường là:

S' =v0 t, [m] (1-1)Trong đó: v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời gian này,

buồng thang đi được một quãng đường S''

Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (1-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực

Fc: Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-)

S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:

, [m] (1-3)Trong đó: J-mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang, [kgm2]

Mph - mômmen ma sát, [N]

Mc - mômen cản tĩnh, [N]

0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đường kính puli kéo cáp [m]

i - tỷ số truyền

Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh

dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho

buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải và không tải

S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 1-3

Bảng 1.1 Đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác

khi dừng s

Hệ truyền động điện Phạm vi điều

chỉnh tốc độ

Tốc độ dichuyển [m/s]

Gia tốc[m/s2]

Độ không chính xáckhi dừng [mm]Động cơ KĐB rôto lồng

 120 150Động cơ KĐB rôto lồng sóc

[m/s3]

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy, điều này

có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà cao chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v =3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đặt gầnbằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang

máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s, giá thành tăng lên45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợpvới tốc độ tối ưu.

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian

mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây ra cảmgiác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở v.v…) Bởi vậy giatốc tối ưu là a < 2m/s2

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hànhkhách, được đưa ra trong bảng 1.2:

Bảng 1.2 Tham số gia tốc tối ưu cho hệ thống thang máy

Xoay chiều Một chiềuTốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2Gia tốc tính toán trung bình (m/s2) 0,5 0,8 0,8 1 1 1,5Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của giatốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy Nói một cách khác, đó là độ

giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc  da

dt hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ d v

dt

2

2 ).Khi gia tốc a < 2m/s2 thì độ giật không quá 20 m/s3

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễntrên hình 1.4

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồngthang: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãmdừng

Biểu đồ tối ưu hình 1.4 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-Đ).Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu

đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn: Mở máy, chế độ ổnđịnh và hãm dừng

H·m dõng

Hình 1.4 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s,

tốc độ v, gia tốc a và độ dật  theo thời gian

1.5 Kết cấu chung của thang máy

1.5.1 Giếng thang

Hình 1.5 Sơ đồ kết cấu cơ khí của thang máy

Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đếnđáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào Để nâng -

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng Cabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6 Động cơ 6 được nối trực tiếp với cơ cấunâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy được nâng qua puliquấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5với tỷ số truyền i = 18  120.

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợicáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 vànhững con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài) Đốitrọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6

1.5.2 Cabin

Cabin là phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy, là nơi chứa hàng,chở người đến các tầng, do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hìnhdáng, 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 thanh dẫn hướng nằm trong một mặt phẳng để đảm bảo chuyển động êmnhẹ, chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo chocabin hoạt động đều cả trong quá trình lên xuống, có tải hay không có tải người ta sửdụng một đối tượng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giốngnhư cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được mắc 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 trênpuli cabin, hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng

tế và cảm giác của người đi thang máy Động cơ là một phần tử quan trọng được điềuchỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

b) Động cơ mở cửa

Động cơ mở cửa là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra mômen mở cửa chocabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng, rơle thời gian sẽ đóng mạchđiều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quátrình đóng mở êm nhẹ không có va đập Nếu không may một vật gì đó hay người kẹpgiữa cửa tầng đang đóng thì cửa sẽ tự động mở ra nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa cógắn phản hồi với động cơ qua bộ sử lý trung tâm

c) Cửa

Gồm cabin và cửa tầng, cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển độngkhông tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabinbất 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

d) Phanh điện từ

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

g) Các phụ kiện khác

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc, các chỉ số báochuyển động… được lắp trong cabin để tạo ra cho khách hàng cảm giác an toàn dễchịu khi đi thang máy

Trong thang máy chở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng puly

ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4 Đối với thang máy có chiều cao nânglớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động người ta treo thêm cáccáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng (cáp 5) Puly ma sát 1 có các

loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang, mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua mộtrãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ 3 đến 5 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 cabin

và một phần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lượng của cáp nâng, cáp điện và khôngdùng cáp và xích cân bằng, việc chọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì cóthể tiến hành tính lực cân bằng lớn nhất và chọn cáp tính công suất động cơ và khảnăng kéo của puly ma sát

Bộ hạn chế tốc độ: là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhânnào đó vượt qua vận tốc cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điềukhiển động cơ làm việc và phanh làm việc

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC

2.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller)

PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình Sự phát triển kỹ thuật điều khiển tựđộng hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tinhọc mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính

Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmabble Logic Control) đượcphát triển từ những năm 1968 - 1970 Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêucầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày nay các thiết bịPLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép điều khiển linhhoạt các thuật toán điều khiến số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phảithể hiện mạch toán đó trên mạch số Như vậy với chương trình điều khiển, PLC trởthành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tinvới môi trường xung quanh (với các PLC khác hay với máy tính)

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như mộtmáy tính Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộnhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất nhiên phải có các cổngvào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toánđiều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng như Timer, Counter, và các hàmchức năng đặc biệt khác

Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các nhiệm vụtính toán và hiển thị còn PLC được chuyên biệt cho các nhiệm vụ điều khiển và môitrường công nghiệp Vì vậy các PLC được thiết kế:

- Để chịu được các rung động, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và tiếng ồn

- Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra

- Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết cácphép toán logic và chuyển mạch

Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của

bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở rơle công tắc tơ hay trên cơ sở các khối điện tử đó là :

- Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến

- Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mởcác mạch phù hợp với công nghệ.

- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là linh kiện chứa bộ vi xử lý Bộ xử

lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình đượclưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến cácthiết bị ra

Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý(thường là 5VDC) và cho các mạch điện cho các module còn lại (thường là 24V)

Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau

đó được chuyển cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, cóthể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính

cá nhân

Bộ nhớ

Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển Cácdạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòngcho RAM để duy trì chuơng trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy trìtuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho

phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần

mở rộng có thể cắm thêm

Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyềnthông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảmbiến nhiệt độ, các tế bào quang điện Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dâycông tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ Tín hiệu vào/ra có thể là cáctín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện nhưsau:

Mỗi điểm vào/ra có một địa chỉHình 2.2 Giao diện vào ra của PLC

Các kênh vào ra đã có chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảmbiến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điệnkhác

Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang Dải tínhiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220V Các PLC cỡ nhỏchỉ nhập tín hiệu 24V

Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, tín hiệu ra cũng được cách ly kiểu rơle haycách ly kiểu quang như hình Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA;110V,1A một chiều; thậm chí 240V, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC Tuy nhiên, với PLC

cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựu chọn các module ra thích hợp

2.1.2 Ưu nhược điểm của PLC

Trước đây, Bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trìnhlập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong những nhà máy vàcác thiết bị đặc biệt Ngày nay, do giá thành hạ kèm theo tăng khả năng của PLC dẫn

đến là PLC ngày càng được áp dụng rộng cho các thiết bị máy móc Các bộ PLC đơnkhối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn đơn, cáctrang thiết bị liên hợp Còn các bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựu chọnđược dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn Có thể kể ra các ưu điểm của PLC nhưsau:

Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi nhanhvới mọi chức năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn sàng làm việc ngay.Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễ dàng

- Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ - điện

Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết cònvới mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết

- Dễ dàng thay đổi chương trình: Việc thay đổi chương trình được tiến hành đơngiản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử dụng,người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại dây Nhờ

đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

- Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và đầu ra thì có thể đánh giáđược kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình Do đó có thể dễ dàng vànhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt ra

- Khả năng tái tạo: Nếu dùng PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phílao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle Đó là do giảm phần lớn laođộng lắp ráp

- Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơletương đương

- Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùngmột thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thường dùngPLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánhcác giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi thông số

- Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lượngđầu vào và đầu ra

Có thể so sánh hệ điều khiển rơle và hệ điều khiển PLC như sau:

* Hệ rơle:

- Nhiều bộ phận đã được chuẩn hoá

- Ít nhạy cảm với nhiễu.

- Kinh tế với các hệ thống nhỏ

- Thời gian lắp đặt lâu

- Thay đổi khó khăn

- Kích thước lớn

- Cần bảo quản thường xuyên

- Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Quản lý tự động bãi đỗ xe

- Hệ thống may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

2.2 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại Simatic S7-300

2.2.1 Cấu trúc phần cứng

a) Cấu trúc chung

S7-300 là PLC cỡ vừa và một dòng PLC mạnh của hãng Simens, S7-300 phù hợpcho các ứng dụng vừa và lớn với các yêu cầu cao về chức năng đặc biệt

S7-300 gồm CPU và các module sắp trên các rack Mỗi rack chứa tối đa 8module trừ modul CPU và nguồn (hình 1) CPU có thể làm việc với tối đa 4 rack (32modul), các rack được nối với nhau bằng moudl IM- Interface Modul (hình 2.3).

Hình 2.3 Cách ghép nối các module trên 1 rack

Hình 2.4 Cách ghép nối các rack trong hệ PLC S7-300

Hình 2.5 Địa chỉ mặc định của các modul trong hệ PLC S7-300

b) Các mudule của PLC S7-300

Modul CPU:

Có nhiều loại CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315,

316, 317, 318, 319 CPU có thêm các hàm chức năng được gọi tên IFM (IntegratedFuntion Module) CPU có thêm cổng để nối mạng trong hệ điều khiển gọi là DP, CPU,

có thêm chữ C hì tích hợp thêm các chức năng đặc biệt (thuật toán PID, điều chế độrộng xung, đọc xung tốc độ cao từ Encoder…)

Module nguồn nuôi PS (Power Supply):

Cấp nguồn 24VDC cho CPU và các modul mở rộng Có loại 2A (PS 307 2A)hoặc loại 5A (PS 307 5A) hoặc 10A (PS 307 10A) Module nguồn nuôi có 3 loại vớicác thông số đó là 2A, 5A,10A

Module mở rộng:

Các module mở rộng này được chia thành 4 loại chính bao gồm:

* Module tín hiệu SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra bao

gồm:

- DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.

- DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số

- DI/DO (Digital Input /Digital Output): Module mở rộng các cổng vào/ra số.

- AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.

- AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.

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

tự

*Module ghép nối IM (Interface Module): Với những bài toán nhiều đầu vào/ra,

CPU cần mở rộng từ 2 rack trở lên (quá 8 modul tín hiệu) thì cần phải sử dụng modulghép nối IM: IM360, IM361, IM365 Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nốitừng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chungbởi một module CPU Các module mở rộng được gá trên một thanh rack Trên mỗirack có thể gá được tối đa 8 module mở rộng (Không kể module CPU và modulenguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4racks và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM Các module này ở cácrack mở rộng có thể cần được cung cấp nguồn cho hệ thống rack đó ngoài ra tùy thuộc

vào từ loại module IM mà có thể cho phép được mở rộng tối đa đến 4 rack ví dụ IM

360 chỉ cho mở rộng tối đa là với 1 module

* Module chức năng FM (Function Module): Bao gồm các modul với khả năng

xử lý đặc biệt: FM355C (điều khiển PID), FM355-2C( điều khiển nhiệt độ),FM350( đọc xung tốc độ cao), FM351( điều khiển vị trí)…

* Module truyền thông CP (Communication Module): Khi cần nối mạng PLC để

tạo thành một hệ thống mạng PLC, ta cần sử dụng thêm modul truyền thông: CP341(giao thức Internet); CP342 (giao thức Profibus) Module truyền thông CP phục vụtruyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

2.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

2.3.1 Kiểu dữ liệu

Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:

- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1

- BYTE: Gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255.

- WORD: Gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535

- INT: Có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767

- DINT: Gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647

- REAL: Gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động

- S5T: Khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/miligiây

- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

- DATE : Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).

2.3.2 Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ trong PLC S7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản sau:

a) Vùng chứa chương trình ứng dụng

OB (Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức

FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biếnhình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm cókhả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác, các dữ liệu nàyđược xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (DB - Data Block)

b) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chương trình ứng dụng

Được chia thành 7 miền khác nhau bao gồm:

I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số

Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số

M: Miền các biến cờ.Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu trữ

các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), từ (MW), từ kép(MD)

T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao gồm việc lưu trữ các giá trị thờigian đặt trước (PV-PresetValue), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current Value)cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước(PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic của bộđếm

PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự

PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự

c) Vùng chứa các khối dữ liệu

Được chia làm hai loại:

DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thướccũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điềukhiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ(DBW) hoặc từ kép (DBD)

L (Local Data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB,

FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hìnhthức với những khối chương trình đã gọi nó.Nội dung của một số dữ liệu trong miềnnày sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB

2.4 Vòng quét chương trình PLC S7-300

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp được gọi là vòng quét (scan).

Một vòng lặp được gọi là một vòng quét Có thể chia một chu trình thực hiện của

S7-300 ra làm 4 giai đoạn Giai đoạn một là giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào, các dữliệu này sẽ được lưu trữ trên vùng đệm các đầu vào Tiếp theo là giai đoạn thực hiệnchương trình, trong từng vòng quét chương trình lần lượt thực hiện tuần tự từ lệnh đầutiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng tiếp đến là giai đoạn chuyển nội dung các bộ đệm ảo

tới cổng ra Giai đoạn cuối cùng là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Đếnđây một vòng quét được hoàn thành và một vòng quét mới được tiếp tục tạo nên mộtchu trình lặp vô hạn.

Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng đượcthực hiện theo một khoảng thời gian như nhau Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộcvào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyềnthông trong vòng quét đó

2.5 Cấu trúc chương trình của PLC S7- 300

Các chương trình điều khiển PLC S7-300 được viết theo một trong hai dạng sau:chương trình tuyến tính và chương trình có cấu trúc

2.5.1 Lập trình tuyến tính

Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ Loại hình cấutrúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp Khốiđược chọn phải là khối OB1, là khối mà CPU luôn quét và thực hiện các lệnh trong nóthường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại từ lệnh đầu tiên

Hình 2.6 Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính

2.5.2 Lập trình có cấu trúc

Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực thi nhữngnhiệm vụ chuyên biệt, từng phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau.Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ vàphức tạp

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối vàchuyển khối