1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘMÔN TỰ ĐỘ NG HÓA CÔ NG NGHIỆP ĐỒÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY DÙNG PLC S7- 200 Giảng viên hướ ng dẫn : TS. Võ Việt SơnSinh viên thực hiện : Diêm Đăng Hiển MSSV : 20111580 Lớp : ĐK-TĐH 4 –K56 Hà Nội, tháng 5 năm 2015.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Cùng vớ i sự phát triển nhnah chóng của khoa học k ỹ thuật, công nghiệ p hóa hiệnđại hóa ngày càng chiếm vị trí quan tr ọng trong đờ i sống xã hội. Tự động hóa cao song
song vớ i việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tang năng suất lao động,nâng cao chất lượ ng sản phẩm, cải tiến mô trườ ng làm việc, cải thiện nhu cầu sống củacon ngườ i.
Là một sinh viên ngành Điện - Tự động hóa , ngay từ khi ngồi trên ghế nhàntrườ ng mỗi sinh viên chúng em đã đượ c các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiếnthức cơ bản về tự động hóa điện măng và hệ thống truyền điện tự động.
Xuất phất tự nhu cầu thực tiễn của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhómsinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài : “ Điều khiển thang máy dung PLC S7-200”.
Sau khoảng thờ i gian liên tục đượ c sự hướ ng dẫn tận tình của thầy giáo hướ ngdẫn và các thầy cô trong bộ môn, cùng sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay đề tài của em đã hoàn thành.
Mặc dù đượ c sự chỉ đạo sát sao của thầy hướ ng dẫn, cùng vớ i nỗ lực bản thân,tuy nhiên do thờ i gian và kiến thức bản thận còn hạn chế, nên đề tài không tránh khỏinhững thiếu sót. Vậy em mong tiế p tục đượ c sự chỉ bảo của các thầy cô cùng sự góp ýchân thành của các bạn để đề tài đượ c hoàn thiện hơn.
1.1. Giớ i thiệu chung về thang máy.Thang máy là một thiết bị chuyên dung để vận chuyển ngườ i, hamgf hóa, vật liệu
v.v. theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng
đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy thường đượ c dung trong các khách sạn,công sở , chung cư, bệnh viện, trong các nhà máy, v.v.
Nó có ưu điểm so với các phương tiện vận chuyển khác là thờ i gian của một chuk ỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớ n. Ngoài ra thang máy còn là một trong nhữngyếu tốt làm tăng sự hiện đại tiện nghi của công trình.
Nhiều quốc gia trên thờ i giới đã quy định, đối vớ i các nhà cao 6 tầng tr ở lên đều phải đượ c trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thờ igian và tăng năng suất lao động. Đối vớ i những coogn trình như bệnh viện, nhà máy,khách sạn v.v, tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải đượ c trang bị thang máy.
Thang máy là một thiết bị vẫn chuyển đồi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, bở i nóliên quan tr ức tiếp đến tính mạng con người và đến tài sản nên nó phải thỏa mãn yêucầu an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.
Có thể phân loại thang máy theo các dạng sau:
1.2. Phân loại thang máy.
1.2.1. Phân loại theo chức năng.
a) Thang máy chở ngườ i:
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: a ≤ 1,5 m/g2
Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặc lớ n,
đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật...
Dùng trong bệnh viện: phải đảm bảo r ất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi
dịch chuyển, thờ i gian dịch chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh
viện...Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng
nề trong công nghiệp như tác động của môi trườ ng làm việc: độ ẩm, nhiệt độ;
thờ i gian làm việc, sự ăn mòn...
b)
Thang máy chở hàng:
Đượ c sử dụng r ộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh...Nó đòi hỏi
1.4. Giếng thang.Giếng thang là khoảng không gian hoạt đọng lên xuoogns của thang máy. Trong
giếng thang có các ray dẫn hướ ng của cabin và đối tr ọng, cáp chịu lực và truyền độngchính cho cabin. Phần đáy hố thang bố trí các giảm sóc là hai lò xo.
Ở hai tầng, tầng 1 và tầng 7 mỗi tần bố trí hai giớ i hạn hành trình. Cabin đượ c gắnmột thanh cam để có thể tác động các tiếp điểm của giớ i hạn hành trình này. Khi cabintác động hộp đầu tieentheo chiều di chuyển (giớ i hạn trên- GHT) hay (giớ i hạn dướ i – GHD) thì bắt buộc phải giảm tốc đồng thờ i Reset bộ đếm. Nếu tiếp túc tác động giớ i
hạn hành trình thứ hai (giớ i hạn trên cuối – GHTC) hay (giớ i hạn dướ i cuối – GHDC)thì toàn bộ hệ thoogns điều khiển sẽ ngắt.
Tại vị trí bằng tầng của các tầng đều đượ c gắn vào ray dẫn hướ ng một cờ chắn.khi cảm biến quang đượ c gắn ở đầu cabin gặ p cờ thì tác động để dừng thang tại ví trí
bằng tầng.
Hình 1.2. Cảm biến quan phát hiện vị trí bằng tầng.
Trong giếng thang còn hệ thống đền chiếu sang dọc hố thang, các tiếp điểm cửa
tại các tầng, đườ ng dây của mạch an toàn.
Hế thống điện di chuyển theo cabin có hai cáp (loại cáp dẹ p, chuyên môn gọi làcáp Cordon): bao gồm tủ điều khiển trên cabin (có các công tắc hoạt động thang, nútnhấn điều khiển thang di chuyển lên/xuống để phục vụ công tác kiểm tra bảo dưỡ ngthang), đèn chiếu sang, đền hiển thị và các chức năng điều khiển trong cabin (đèn,quạt, nút nhấn, đèn nhớ, đèn cứu hộ, chuông dừng tầng, liên lạc nội bộ trong và bênngoài phòng thang, nút nhấn, và cảm biến mở , giữ cửa, nút nhấn đóng cửa sớm, đền vàchuông báo quá tải…). Ngoài ra còn có hệ thống điều khiển và nhận biết đóng/mở cửa
cabin, hệ thống an toàn (nóc thoát hiểm và tay giật thắng cơ).
Dướ i hố thang còn có Puly đối tr ọng Govenor có tác dụng là căng sợ i cáp cùngvới Puly Govenor trên phòng điều khiển. Sợ i cáp này đượ c nối vớ i tay giật phanh cơkhí láp ở đầu cabin, có tác dụng khi cabin di chuyển quá tốc độ cho phép.
1.5. Cử a tầng.Cửa tầng của thang máy là loại đóng mở về một phái. Tr ạng thái bình thườ ng thì
các cửa tang đều được đóng kín (có cơ cấu khóa cơ khí bên trong, chuyên môn gọi làDoorlock, nếu muốn mở đượ c cửa từ bên ngoài thì bạn phải có chìa khóa để mở
Doorlock này ra, trên các Doorlock đượ c bố trí tiếp điểm để nhận biết của đóng kín).Cử tầng đượ c thiết k ế luôn luôn có xu hướng đóng lại nhờ vào lò xo.
Thang máy chỉ hoạt đọng khi tất cả các cửa tầng đều được đóng kín, khi thnagngang bằng tầng thì cửa cabin mở ra kéo theo cửa tầng mở ra, nếu cửa đã đóng kín rồimà tiếp điểm cửa không đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là cửa chưa đóng và thangkhông hoạt động.
Hai bên cửa có gắn cảm biến quang phát hiện di chuyển vào, ra cabin để tránhtrườ ng hợ p hành khách bị k ẹt do cửa đóng. Trong quá trình cánh cửa đóng, nếu có
hành khách ra vào đột ngột thì cửa tự động mở ra.
Hình 1.3. Bố trí cảm biến phát hiện di chuyển ra vào cabin.
Tại cửa tầng còn bảng hiển thị tr ạng thái hoạt động của thang và các nút ấn gọithang.
1.6. Hệ thống an toàn.Thang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp truyền
động bị trượ t trên Puly kéo. Hệ thống hoạt động như sau: khi cabin di chuyển vớ i tốc
độ cao hơn quy định hoặc đứt cáp treo thì đầu tiên switch an toàn trên Puly Govenorchính sẽ ngắt, toàn bộ hệ thống điều khiển thang bị ngắt hoàn toàn. Đồng thờ i có mộtswitch an toàn phụ đượ c lắ p tay giật ổ phanh để nhận biết tay giật dịch chuyển. Trongtrượ ng hợ p cabin vẫn tiế p tục di chuyển sau khi hệ thống điều khiển đã ngắt thì cơ cấulực ly tâm của Puly Govenor chính hoạt động, nó nêm chặt sợ i cáp lại. Như ta đã biếtsợ i cáp di chuyển theo thang, khi bị nêm lại thì tất nhiên quán tính của nó sẽ giật taygiật ổ thắng, cơ cấu phanh sẽ lậ p tức éo chặt ray dẫn hướ ng giữ cabin lại.
Ngoài ra cón có hệ thống phanh bảo hiểm (chuyên môn gọi là thắng cơ khí).Thắng cơ khí đượ c bố trí ở cạnh máy kéo. Ở tr ạng thái bình thườ ng thì lực ma sát tĩnhcủa thắng cơ khí sẽ không cho tr ục motor quay, giữ chặt cabin cố định, muốn thang di
chuyển đượ c ta phải mở thắng cơ khí này bằng cách cấp dòng điện vào cuộn thắng.Phanh hãm động cơ có điện áp làm việc là 110V, dòng làm việc 0,92A.
Dây cáp liên động vớ i bộ chế tốc độ Puly Govenor.4. Tang- bánh vít.5.
Nêm
Phanh bảo hiểm kiểu kìm đượ c lắ p trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm trượ tdọc theo hai thanh dẫn hướ ng 1. Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5gắn chặt vớ i hệ thoogns truyền lực của vít và tang – bánh vít 4. Hệ truyền lực bánh vít
– tr ục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, bên trái là ren trái. Khi tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giớ i hạn tối đa cho phép, nêm 5 ở hai đầu tr ục vít ở vị tríxa nhất so với hướng 1. Trong trườ ng hợ p tốc độ của buồng thang vượ t quá giớ i hạncho phép, tang – bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để kéo dài 2 thang đầu nêm về phái
mình, làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào thang dẫn hướ ng 1, k ết quả là sẽ hạn chế đượ c tốc độ di chuyển của buồng thang và trong trườ ng hợ p bị đứt cáp, sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh giữ hướ ng.
2.1.4. Biến tần.Biến tần thay đổi điện áp hay tốc độ cho động cơ xoay chiều bằng cách chuyển
đổi dòng điện xoay chiều cũng cáp thàng dòng một chiều trung gian sử dụng cầu chỉnhlưu. Nguồn cấ p cho biến tần có thể là nguồn xoay chiều một pha (cho công suất thấ p)
hoặc nguồn xoay chiều ba pha. Điện áp một chiều trung gian đượ c chuyển thành điệnáp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ r ộng xung PWM ở mạch nghịch lưu.
Trong đề tài này em sử dụng hai biến tần của hãng Siemen MM440 và MM420để điều khiển thang.
Động cơ máy kéo được điều khiển bằng biến tần MM440 có thông số cơ bản nhưsau:
- Nguồn cấ p 3 pha 380 - 480V, 47 – 63Hz.-
Công suất 11 kW.-
Dải tần số ra 0 – 650Hz.-
245 X 185 X 195 (H X W X D)
Hình 2.3. Biến tần MM440.
Động cơ kéo cửa được điều khiển bằng biến tần MM420 có thông số cơ bản nhưsau:
-
Nguồn cấ p 1 pha hoặc 3 pha 200 – 240V, 45 – 63Hz.- Dải tần số đầu ra 0 – 650Hz.- Công suất 0,75 kW.
2.2. Trang bị điện phần điều khiển.Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programmable Logic Control ) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ
lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán bằng mạch số. Như vậy với chương
trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi
thuật toán và dặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Toàn bộ
chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình. Trường
hợp dung lượng nhớ của PLC không đủ cho việc lưu giữ chương trình thì ta có thể sử
dụng thêm bộ nhớ ngoài ( Catridge ) hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu.
Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có một bộ vi
xỷ lí ( CPU ), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và
để trao đổi thông tin với môi trườ ng xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ các bài
toán điều khiển số PLC còn có các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm, bộ định
thời,…các khối hàm chuyên dụng khác.
Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớ n
các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, ra cũng như chủng loại tín hiệu vào, ra
khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đượ c thiết k ế không bị cứng hóa về cấu hình.
Chúng đượ c chia nhỏ thành các modul. Số các modul đượ c sử dụng nhiều hay ít tuỳ
theo yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul
CPU. Tất cả các modul đượ c gá trên những thanh ray ( rack ).
Thang máy được điều khiển bở i bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200 củahãng Siemen bao gồm: CPU 224 AC/DC/RLY, hai modul vào ra số: EM223 DC/Relayvà EM 222 Relay output.
Nếu chạy ở tốc độ thấ p ứng vớ i tần số 5 Hz, tương ứng vớ i tốc độ động cơ là:
Khi đó tốc độ thang là
Ta chọn tốc độ thấ p nhất , thì cần cìa đặt tần số .
3.2.
Xác định tọa độ cabin.
Hình 3.1. Đường đặc tính của thang máy.
Mục đích của việc tính toán toạ độ cabin là để xác định các điểm bắt đầu giảm tốckhi cabin gần đến tầng, vị trí sàn tầng để dừng chính xác cabin. Việc xác định toạ độ
này được quy về việc đếm số vòng quay của bộ encoder. Các thông số cần cho tính
Hai chiều di chuyển đựơc khoá chéo nhau, đảm bảo ko thể ấn hai nút ấn cùng lúc.
3.4.2. Chế độ điều khiển tự động.Để thang hoạt động ở chế độ Auto, ngườ i vận hành gạt công tắc chọn chế độ sang
vị trí Auto. Tương ứng vớ i bít MODE ở mức 0, chương trình Manual đượ c bỏ qau vàchương trình Auto đượ c gọi.
Nếu là lần đầu tiên thang đượ c cấ p nguồn hay thang đượ c chuyển từ chế độ bằngtay sang tự động thì chương trình Reset thang đượ c gọi.
Thang đang ở vị trí bằng tầng 1, cảm biến hành trình GHD tác động ứng vớ i bítGHD trong chương trình ngắt chương trình Reset thang vớ i thờ i gian tr ễ 10S bằng bộ
thờ i gian T39. Sau thờ i gian tr ễ, bít M0.1 ở mức 1 và đảm bảo thang Reset xong.
Nếu thang ở vị trí khác vị trí bằng tầng 1, chương trình Reset thang đượ c thựchiện. Thang di chuyển theo chiều xuống.
Thang di chuyển xuống vị trí bằng tầng 1, cảm biến bằng tầng và GHD tác độngngắt điều khiển cho biến tần và thang dừng tại vị trí bằng tầng 1. Sau 10S từ thời điểm
thang bằng tầng, chương trình con Reset đượ c thoát và bít M0.1 ở mức 1 đảm bảothang Reset xong. Lúc này giá tr ị của bộ đếm tốc độ cao đượ c Reset về giá tr ị 0, giá tr ị của bộ đếm tầng cũng có giá trị bằng 0 ứng vớ i hiển thị tầng 1.
Sau khi đã Reseet thang xong, thang ở tầng 1 chờ lệnh gọi phục vụ.Chương trìnhxử lý lệnh và điều khiển động cơ kéo cabin đượ c gọi.
Để gọi thang phục vụ, hành khách ấn các nút ấn gọi tầng tại các cửa tầng theochiều muốn di chuyển. Khi các nút ấn được tác động, lệnh gọi đượ c nhớ tương ứng vớ iđèn nhớ của lệnh đó sáng lên.
Khi một lệnh gọi phục vụ đượ c thực thiết lập, chương trình xử lý lệnh sẽ xác địnhvị trí hiện tại của thang và so sánh vớ i vị trí của lệnh gọi để đưa ra tín hiệu điều khiểncabin.
Nếu lệnh gọi là lệnh lớn hơn vị trí hiện tại của thang, khi đó bít M4.0 ở mức 1 vàđồng thời khoá chéo bít M4.1. Chương trình xử lý lệnh cấp điều khiển cho thang thựchiện chiều di chuyển đi lên.
Khi các điều kiện dừng tầng đảm bảo, thang giảm tốc và di chuyển đến khi gặ p cờ
bằng tầng. Cảm biến bằng tầng tác động ngắt điều khiển biến tần và ngắt phanh điện.
Thang dừng hẳn, bít EN ở mức 0, CBT_W ở mức 0, chương trình điều khiển cửa và
xoá lệnh đượ c gọi.
Khi thang bằng tầng, cửa tầng và cửa cabin liên động vớ i nhau. Việc đóng mở của cabin đượ c thực hiện đồng thờ i với đóng mở cửa tầng tại tầng đang dừng. Thang
Cửa mở ra khi gặ p cảm bíên vị trí ngắt mở , bít OPEN ở mức 0 tương ứng vớ ingắt điều khiển mở cửa. Cửa đượ c mở tự động hay có thể mở bằng nút ấn trong cabin,tuỳ thuộc vào ý muốn của hành khách.
Sau 5S từ thời điểm cảm biến vị trí NM tác động, cửa thang được đóng tự động.Hành khách cũng có thể đóng cửa bằng nút ấn trong cabin để tiết kiệm thờ i gian sớ mhơn 5S.
Khi thang dừng tại vị trí bằng tầng gọi phục vụ, các lệnh gọi phục vụ tương ứngsẽ đượ c xoá.
Trên đây là phần phân tích một cách tổng quát về chương trình hoạt động củathang. Trong thực tế hoạt động có r ất nhiều tình huống xảy ra, các tình huống đó đãđượ c xử lý trong chương trình đầy đủ ở phần phụ lục.
Sau một thờ i gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc của bản thân dướ i sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo T.S Võ Việt Sơn, sự giúp đỡ về kiến thức, sự động viên của
bạn bè, em đã hoàn thành đề tài “Điều khiển thang máy sử dụng PLC S7-200”.
Thực hiện đề tài này, em hiểu hơn về thang máy, biến tần, PLC. Qua đó em tiế pthu đượ c nhiều kiến thức quý báu và áp dụng chúng vào trong thực tiễn.
Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế và thờ i gian có hạn nên đề tàinày vẫn còn một số vấn đề chưa giải quyết triệt để . Vì vậy em r ất mong đượ c sự đónggóp và chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài này đượ c hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Việt Sơn đã hướ ng dẫn tận tình em hoàn
thành đề tài này. Thầy đã hướ ng dẫn em từng bước đi để tìm hiểu về quy trình côngnghệ, yêu cầu k ỹ thuật, truyền động thang máy, sơ đồ trang bị điện và phần logic.