Đề án Ứng dụng PLC SIEMENS S7-200 vào điều khiển thang máy 5 tầng

ĐỀ ÁN Ứng dụng PLC SIEMENS S7-200 vào điều khiển thang máy 5 tầng MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ THANG MÁY Lịch Sử Phát Triển Của Thang Máy: Từ thời xa xưa qua thời Trung cổ và cho đến thế kỷ thứ 13, sức mạnh của người và vật là nguồn lực chính cho các thiết bị nâng. Vào năm 1850, những chiếc thang máy thủy lực và hơi nước đã được giới thiệu, nhưng năm 1852 là năm mà một sự kiện quan trọng diễn ra: phát minh thang máy an toàn đầu tiên trên thế giới của Elisa Graves Otis. Vào năm 1873 hơn 2000 chiếc thang máy đã được trang bị cho các cao ốc, văn phòng khách sạn, cửa hàng tổng hợp trên khắp nước mỹ và năm năm sau đó, chiếc thang thủy lực đầu tiên của Otis được lắp đặt. Kỷ nguyên của những tòa nhà chọc trời đã theo sau đó và vào năm 1889 lần đầu tiên Otis chế tạo thành công động cơ bánh răng truyền động trực tiếp đầu tiên. Năm 1903, Otis đã giới thiệu một thiết kế mà về sau đã trở thành nền tảng cho nghành công nghiệp thang máy: thang máy dùng động cơ điện không hợp số, mang đầy tính công nghệ, được thử thách để cùng tồn tại với bản thân cao ốc. Nó đã mở ra một thời kỳ mới cho kết cấu nhà cao tầng. Những cải tiến của Otis trong điều khiển tự động đã đã có hệ thống kiểm soát tín hiệu, hệ thống kiểm soát hoạt động cao điểm, hệ thống điều khiển tự động và cơ chế phân vùng. Otis đi đầu trong việc phát triển công nghệ điện toán và công ty đã làm một cuộc cách mạng trong công nghệ điều khiển tự thang máy, đưa ra những cải tiến quan trọng đáp ứng các cuộc gọi và các điều kiện vận hành thang. Đặc Điểm Của Thang Máy: Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng đứng. Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động, hệ thống khống chế phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng máy. Buồng máy thường bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Phân Loại Thang Máy: Tùy thuộc vào chức năng thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau: Thang máy chở người trong các nhà cao tầng. Thang máy dùng trong các bệnh viện. Thang máy chở hàng có người điều khiển. Thang máy dùng trong nhà ăn và thư viện. Phân loại theo trọng tải: Thang máy loại nhỏ Q < 160kG Thang máy trung bình Q = 500 2000kG Thang máy loại lớn Q > 2000kG Phân loại theo tốc độ di chuyển: Thang máy chạy chậm v = 0,5m/s Thang máy tốc độ trung bình v = 0,75 1,5m/s Thang máy cao tốc v = 2,5 5m/s Cấu Tạo Chung Của Thang Máy Các bộ phận chính của thang máy: buồng thang, bộ giảm tốc, hệ thống puly truyền động và cáp nâng, đối trọng, cơ cấu kẹp ray, công tắc bù cáp, đệm, phanh hãm điện từ, động cơ điện. Buồng thang: Buồng thang thường được lựa chọn dựa trên kích thước, hình dáng và khoảng không dành cho thang. Việc lựa chọn buồng thang hợp lý sẽ mang lại sự lưu thông an toàn và thuận tiện. Thông thường vùng đòi hỏi cho hành khách là 0,186m2/người, dung lượng lớn nhất chuyên chở của thang chở người là 33,75 kG/0,093 m2 , đối với chung cư là 450 kG, cửa hàng buôn bán 225 kG, toà nhà văn phòng là 900 – 1350 kG. Bộ giảm tốc: Đây là khâu truyền lực truyền động năng từ đầu trục động cơ đến tang quay hay puli dẫn động. Hợp giảm tốc có hai loại: Hệ thống gồm nhiều bánh răng ăn khớp: có khả năng truyền lực lớn, làm việc chắc chắn nhưng cồng kềnh, không êm được dùng khi tốc độ động cơ và của tang quay không chênh lệch nhau lớn. Hệ thống bánh răng trục vít: có tỉ số truyền lớn, làm việc êm, có khả năng tự hãm. Hệ thống puly truyền động và cáp nâng: Phương pháp truyền động năng cho dây cáp để vận chuyển buồng thang, chia thành hai loại: Kiểu tang trống: cơ cấu hình học như một cái trống được gắn liền với trục truyền động, dây cáp có một đầu được gắn chặt cố định bên trong, khi vận hành cáp quấn song song trống. Phương pháp này có nhựơc điểm là nếu cáp dài sẽ gây cồng kềnh giảm tuổi thọ cáp. Puly ma sát: sử dụng ma sát giữa dây và puly để truyền động năng, sử dụng trong các hệ thống thang máy mới. Puly ma sát Buồng thang Đối trọng Đối trọng: Là vật nặng treo đối diện với buồng thang trên ròng rọc nhằm triệt tiêu bớt một phần mômen tạo ra do sức nặng của tải và buồng thang qua đó làm giảm mômen động cơ. Khối lượng đối trọng được chọn theo công thức sau: Khối lượng đối trọng = khối lượng buồng thang + 70% khối lượng lớn nhất Cơ cấu kẹp ray: Đây là một thiết bị an toàn được lắp đặt phía dưới buồng thang, khi làm việc nó kẹp chặt lấy ray dẫn hướng, ghìm chặt buồng thang lại do tốc độ vượt mức cho phép, dây đứt hay vì lý do nào đó. Các kiểu cơ cấu kẹp ray : Kiểu bánh lệch tâm. Kiểu móc. Kiểu trục quay và nêm. Công tắc bù cáp: Đây là một công tắc ngắt mạch, được thực hiện thông qua một ròng rọc khi nó bị nâng lên hay hạ xuống, theo sự di chuyển của buồng thang. Đệm dầu: Làm việc theo nguyên tắc thủy lực, bộ phận chính là một xy lanh đựng dầu, piston có khoan nhiều lỗ, khi buồng thang rơi mạnh đè lên piston thì dầu sẽ chảy vào những lỗ làm cho va chạm êm hơn. Phanh hãm điện từ: Phanh hãm chỉ hoạt động khi không có điện. Động cơ điện: Là phần tử quan trọng của máy thang, nó cung cấp cơ năng cho việc di chuyển buồng thang. Động cơ được nối với puly ma sát có hộp giảm tốc hoặc không. Thang chở khách hầu hết có hộp giảm tốc, động cơ được sử dụng có tốc độ định mức từ 600 1200 vòng/phút. Các Yêu Cầu An Toàn Trong Thang Máy: Hệ thống thang chỉ hoạt động khi: Cửa buồng thang và cửa thang hầm: buồng thang chỉ di chuyển khi đảm bảo hai cửa trên đều đóng. Các công tắc giới hạn trên cùng và dưới cùng được đảm bảo. Bảo đảm an toàn khi đứt dây, trượt cáp hoặc mất điện. Các công tắc an toàn và vận hành trong buồng thang hoạt động tốt. Yêu cầu về kỹ thuật: Dừng chính xác buồng thang: buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau: Đối với thang máy chở khách thì làm cho hành khách ra vào khó khăn, tăng thời gian vào ra và do đó làm giảm năng suất thang máy. Đối với thang máy chở hàng: gây khó khăn cho việc bốc xếp hàng hóa. Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nữa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm: mômen của cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố 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 lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang. Đảm bảo khả năng làm việc cao và độ an toàn tối đa nhất. Độ biến thiên gia tốc ở phạm vi cho phép : gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây ra cảm giác khó chịu cho khách được đưa ra trong bảng sau: Hệ truyền động điện Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển (m/s) Gia tốc (m/s2) Độ không chính xác khi dừng(mm) Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1 cấp tốc độ Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ Hệ máy phát – động cơ(F-Đ) Hệ máy phát – động cơ có khuếch đại trung gian 1 : 1 1 :4 1 :4 1 : 30 1 : 100 0,8 0,5 1 2,0 2,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2 120 150 10 15 25 35 10 15 5 10 CHƯƠNG II CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRONG THANG MÁY Khi thiết kế hệ trang bị điện – điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, chọn loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau: Độ chính xác khi dừng. Tốc độ di chuyển buồng thang. Gia tốc lớn nhất cho phép. Phạm vi điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thường dùng cho thang máy chở hàng tốc độ chậm. Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ thường dùng cho các thang máy chở khách tốc độ trung bình. Hệ truyền động một chiều máy phát- động cơ khuyếch đại trung gian thường dùng cho các thang máy cao tốc. Trong nhứng năm gần đây, sự phát triển của kỹ thuật điện tử công suất, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã được ứng dụng trong điều khiển thang máy cao tốc với tốc độ tới 5m/s. Hệ Thống Tự Động Khống Chế Thang Máy Tốc Độ Trung Bình: Hệ truyền động dùng cho thang máy tốc độ trung bình thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ. Hệ này đảm bảo dừng chính xác cao, thực hiện bằng chuyển tốc độ của động cơ xuống tốc độ thấp (v=2,5m/s),trước khi buồng thang sắp đến sàn tầng. Hệ này thường dùng cho các thang máy chở khách trong các nhà cao tầng với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1m/s. Hình II.0: Thang máy truyền đông có bánh răng. Hệ Thống Tự Động Khống Chế Thang Máy Cao Tốc: Thang máy cao tốc thường di chuyển với tốc độ v 3m/s thường dùng hệ truyền động một chiều. Buồng thang được treo lên puly kéo cáp nối trực tiếp với trục động cơ truyền động thông qua hộp giảm tốc. Trong mạch điều khiển thang máy cao tốc, công tắc chuyển đổi tầng là loại phi tiếp điểm. Công tắc chuyển đổi tầng phi tiếp điểm thường dùng là loại cảm biến vị trí kiểu cảm ứng và cảm biến vị trí dùng tế bào quang điện. Hình II.1: Cấu tạo cảm biến kiểu cảm ứng. Hình II.2: Sự phụ thuộc của L=f(s) Nguyên tắc hoạt động của cảm biến kiểu cảm ứng: Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây khá 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. Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm để dùng trong hệ thống điều khiển. Tùy theo mạch sử dụng, chúng ta có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến để thực hiện dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến để chỉ thị vị trí buồng thang. Hình II.3: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến kiểu cảm ứng Cuộn dây của rơle tầng được đấu nối tiếp với cuộn dây của cảm biến kiểu cảm ứng CB. Để nâng cao độ tin cậy, song song với cuộn dây của bộ cảm biến đấu thêm tụ C. Trị số điện dung của tụ điện điện được chọn sao cho thanh sắt động che kín mạch từ để tạo được dòng cộng hưởng. Khi mạch từ của cảm biến hở, dòng điện đi qua cuộn dây của rơle Rtr đủ lớn làm cho nó tác động. Và khi mạch từ kín, dòng điện đi qua cuộn dây giảm xuống gần bằng không, rơle không tác động. Thông thường bộ cảm biến được lắp ở thành giếng thang, thanh sắt động được lắp ở buồng thang. Tự động khống chế thang máy dùng các phần tử lôgic: Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, ngày nay hệ thống tự động tự động khống chế hệ truyền động điện thang máy dùng các phần tử phi tiếp điểm. Ưu điểm của các phần tử lôgic là số lượng phần tử điều khiển trong mạch điều khiển là ít nhất. Các phương thức điều khiển truyền động: Hình II.3: Mô hình hệ điều khiển thang máy. Điều khiển DC SCR: Được sử dụng trong thang máy tốc độ từ 50 đến 1000 FPM. Động cơ một chiều sử dụng điện áp để đạt được tốc độ và dòng điện biến thanh môment ngõ ra. Một hệ điều khiển DC SCR phải có khả năng cung cấp điện áp và dòng điện theo yêu cầu để vận hành dưới tất cả các điều kiện của tải và tốc độ. Hình II.4: Trình tự mở tắt thang máy trong điều khiển DC SCR. Inverter control: Động cơ cảm ứng AC có thể điều chỉnh bởi bộ cảm biến AC, để chuyển điện áp và tần số cung cấp cho motor. Tốc độ động cơ sẽ tương ứng với tần số cung cấp. Một bộ biến đổi AC phải có khả năng cung cấp giá trị thực của dòng điện môtor yêu cầu liên tục trong mọi điều kiện của tải và tốc độ. Truyền động thủy lực và cơ khí: Truyền động thuỷ lực và cơ khí được sử dụng ở thang máy tốc độ thấp đến trung bình. Thang máy có bánh răng dùng cho thang máy tốc độ thấp. Thang máy có cơ cấu thanh răng được truyền động thẳng đứng bởi các bánh răng truyền. Tốc độ nằm trong khoảng từ 100 đến 200 FPM, những thang máy loại này được truyền động bằng động cơ hai cấp tốc độ hoặc động cơ một chiều với máy phát. Vector control: Sử dụng cho thang máy với tốc độ từ 500 đến 700 FPM. Giống như ở cần phải chuyển điện áp sang một chiều để điều khiển. Hình II.5: Trình tự mở tắt thang máy trong điều khiển Vector. CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ PLC (SIEMENS) I. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC: 1. Giới thiệu tổng quan: Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một thiết bị máy công nghiệp… người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (relay, timer, contactor..) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển.Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa, bảo trì do đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó hay thay đổi công nghệ mới. Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn điều khiển cho một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt…Từ đó hệ thống điều khiển cĩ thể lập trình được PLC (Progammable Logic Controller) ra đời đ giải quyết vấn đề trên. Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Progammable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển. Trong quá trình vận hnh, cc nh thiết kế đ từng bước tạo ra một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là dạng lập trình biểu đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 70, những hệ thống PLC cịn cĩ thm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (Data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dng cho my tính (Cathod Ray Tube: CTR), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển lập trình cho hệ thống cng trở nn thuận tiện hơn. Ngoài ra các nhà thiết kế cịn tạo ra kỹ thuật kết nối với hệ thống PLC ring lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn lm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những hệ thống phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn hơn. Một PLC có đầy đủ các chức năng như:bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi (Register) và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nĩ luơn cập nhật tín hiệu ng vo, xử lý tín hiệu để điều khiển ng ra. ■ Những đặc điểm của PLC: • Thiết bị chống nhiễu. • Cĩ thể kết nối thm cc module mở rộng ng vo/ra. • Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu. • Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hay my tính c nhn. • Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ. • Bảo trì dễ dng. Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời gian nối dây phức tap khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập trình mới thay cho chương trinh cũ. Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đ đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng. Để đánh giá một bộ PLC người tư dựa vào hai tiêu chuẩn chính: • Dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó. • Các chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngơn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ng vo/ra. Với PLC, việc giải quyết các bài toán tự động hoá khác nhau nhưng không biến đổi gì về cơ cấu ngoài việc thay đổi chương trình điều khiển sao cho phù hợp. PLC có khả năng tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo và hiệu quả về giải quyết các bài toán cao hơn so với các kỹ thuật cổ điển. 2. Cc ứng dụng chính của PLC. Simatic S7- 200 cung cấp hầu hết các giải pháp khác nhau cho các hệ thống thống tự động hóa như: • Kỹ thuật sản xuất (Production engineering). • Cơng nghiệp ơ tơ (Automobile industry). • Điều khiển máy chuyên dụng trong xây dựng (Specialized machine construction). • Xử lý nhựa (Processing of plastics). • Công nghiệp đóng gói (Packing industry). • Thức ăn và nước uống công nghiệp (Food and drink industry ). • Xử lý cơng nghiệp (Processing engineering). 3. Gi vận hnh thấp: Card nhớ vi nhỏ (MMC - Micro Memory Card) làm nhiệm vụ lưu trữ dữ dữ liệu và chương trình khi bị mất nguồn. MMC ny cĩ thể hiệu chỉnh hồn thnh một dự án (project) bao gồm các biểu tương và chú thích để cho việc quản lý dể dng hơn. MMC này có thể cập nhật chương trình dễ dng, nĩ cho php truy cập đọc và ghi trong quá trình thực hiện chương trình. Chính vì vậy m việc đo các giá trị lưu trữ hay xử lý chúng được thực hiện dễ dàng hơn. 4. Giao tiếp đa chức năng: (MPI – Multi-point Interface). Giao tiếp đa chức năng là giai pháp rẻ nhất cho truyền thông thiết bị và lập trình my tính (PC). Hệ thống giao diện với người máy HMI (Human Machine Interface) và một vài chương trình điều khiển khác của S7/C7/WinAC. Có tổng cộng 125 trạm MPI có thể kết nối đường truyền với tốc độ 187,5 kbit/s. II. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 1. Cấu phần hình cứng S7-200 là thiết bị điều khiển lập trình loại nhỏ của hãng Siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng .thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lí CPU 212 và CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. -CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm 2 modul Simatic S7-200 CPU 212 -CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm 7 modul Simatic S7-200 CPU 214 -Ngoài ra có một số loại CPU khác như: CPU 222 và CPU 224 Simatic S7-200 CPU 224 Simatic S7-200 CPU 222 Ơ đây chỉ đề cập đến CPU 214 là chủ yếu. CPU 214 có các đặc tính như sau: -2048 từ nhớ trong chương trình (chứa trong ROM điện) -2048 từ nhớ dữ liệu (trong đó 256 từ chứa trong ROM điện) -14 ngõ vào và 10 ngõ ra digital kèm theo trong khối trung tâm -Hỗ trợ tối đa 7 modul mở rộng kể cả modul analog -Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào-ra digital -128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer 10ms và 108 Timer có độ phân giải 100ms. -128 bộ đếm chia làm 2 loại :96 đếm lên và 32 đếm lên-xuống -256 ô nhớ nội bộ -688 ô nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc -Có phép tính số học -Ba bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz -Hai bộ diều chỉnh tương tự -Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. Mô tả các đèn báo trên CPU 214: SF Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng, Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc. RUN Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nhập vào máy. STOP Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. I x.x Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng (x.x=0.0-1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Qy.y Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng (y.y=0.0-1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 2. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 Bộ nhớ cuả S7-200 được chia làm 3 vùng: -Vùng nhớ chương trình -Vùng nhớ thông số -Vùng nhớ dữ liệu Vùng nhớ chương trình , vùng nhớ thông số và một phần vùng nhớ dữ liệu được nhớ trong rom điện EEPROM. Đối với CPU 214 cho phép cắm thêm khối nhớ mở rộng để chứa chương trình mà không cần đến thiết bị lập trình. Vùng nhớ dữ liệu được chia thành các biến nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được kí hiệu bằng các chữ cái đầu của tiếng Anh ,đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau: V Variable memory ( Bộ nhớ biến ) I,E Input image register ( Bộ đệm ngõ vào ) Q,A Output image register ( Bộ đệm ngõ ra ) M Internal memory bits SM Special memory bits 3. Thực hiện chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp ,mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét ( Scan ). Mỗi chu kỳ máy bao gồm các bước như sau: -Đọc các ngõ vào -Thực hiện chương trình -Xử lý các yêu cầu giao tiếp -Thực hiện sự tự kiểm tra lỗi -Truyền kết quả đến các ngõ ra Thực hiện chương trình Các bước kể trên đươc lặp đi lặp lại theo chu kỳ, thêm vào đó còn có quá trình thực hiện các chương trình ngắt theo một thứ tự ưu tiên định sẵn , các chương trình ngắt được xử lý không đồng bộ với chu kỳ máy khi có yêu cầu ngắt. Đọc các ngõ vào Vòng quét scan Tự kiểm tra lỗi Truyền thông Truyền kết quả đến ngõ ra Khởi động 4. Cấu trúc chương trình của S7-200 Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các chương trình sau: -STEP 7-Micro/DOS -STEP 7-Micro/WIN Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (Main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây: -Chương trình chính được chấm dứt bằng lệnh kết thúc MEND (main end). -Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. -Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình chính. Các chương trình xử lý ngắt phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy , cấu trúc chương trình rõ ràng và thuận tiện hơn tronh việc đọc chương trình sau này .Có thể trộn lẫn chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. CHƯƠNG IV NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7 – 200 1. PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH Cách lập trình cho S7 – 200 nói riêng và cho các PLC của Siemen nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản : Phương pháp hình thang (Ladder Logic viết tắt là LAD): là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ .Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle. Phương pháp liệt kê lệnh ( Statement List viết tắt là STL): là phương pháp thể hiện chương trình fười dạng tập hợp các câu lệnh . Mỗi câu lệnh trong chương trình ,kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. 2. MỘT SỐ LỆNH CỦA PLC (DẠNG LAD) Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đóng Cuộn dây ( ) 2.1. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt LAD Mô tả NOT ( ) Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp P ( ) Tiếp điểm chuyển đổi dương cho phép dòng cung cấp thông mạch trong một vòng quét khi xung điều khiển từ 0 lên 1 N ( ) Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép dòng cung cấp thông mạch trong một vòng quét khi xung điều khiển từ 1 xuống 0 2.2. Một số merker đặc biệt SM0.0 luôn luôn có giá trị logic bằng 1 SM0.1 có giá trị logic bằng 1 ở vòng quét đầu tiên SM0.4 phát nhịp 60 giây (0 – cho 30 giây đầu , 1 – cho 30 giây sau) SM0.5 phát nhịp 1 giây (0 – cho 0,5 giây đầu 1 – cho 0,5 giây sau) 2.3. Mạch nhớ S - R Mô tả lệnh S – R bằng LAD LAD Mô tả Toán hạng S_bit n ( S ) Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S_bit S_BIT : I, Q,M,SM,T,C,V (bit) n:IB,QB,MB,SMB,VB(byte),AC,hằng số, *VD, *AC S_bit n ( R ) Ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S_ bit .Nếu S_bit là chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/Counter đó S_bit n ( S_l ) Đóng đồng thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S_bit S_bit: Q (bit ) n: IB,QB,MB,SMB,VB(byte), AC,hằng số,*VD,*AC S_bit n ( R_l ) Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S_bit 2.4. Bộ định thời ( Timer ) Bộ điều khiển lập trình loại S7- 200 (với CPU 214) có 128 Timer được chia làm hai loại: -Timer tạo thời gian trễ không có nhớ( ON – Delay Timer) kí hiệu là TON -Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive – ON – Delay Timer) kí hiệu là TONR Cả hai loại Timer này đều có 3 loại với 3 độ phân giải thời gian khác nhau : 1ms , 10ms , 100ms và các giá trị cực đại là 32,767s , 327,67s , 3276,7s .Giá trị thời gian (PT) có thể là một số (Konstante) cũng có thể là một từ : VW,T,Z,EW,AW,SMW,SW,USW. Các địa chỉ của TON Độ phân giải CPU 212/214/215/216 CPU 214/215/216 CPU 215/216 1ms T32 T96 10ms T33 – T36 T97 – T100 100ms T37 – T63 T101 – T127 T128 – T155 Các địa chỉ của TONR Độ phân giải CPU 212/214 CPU 214 CPU 215/216 1ms T0 T64 10ms T1 – T4 T65 – T68 100ms T5 – T31 T69 - T95 2.5. Bộ đếm (Counter) Bộ điều khiển lập trình loại SIMATIC S7 – 200 có hai loại chức năng đếm: -Đếm lên (Counter up): chức năng của bộ đếm lên (CTU) nó được kích thích bởi cạnh dương của E0.0 ở ngõ vào của bộ đếm lên (CU), giá trị đếm đạt đến +32767. -Đếm lên và đếm xuống (Counter up – down): chức năng của bộ đếm lên và đếm xuống (CTUD) cũng được kích thích bởi cạnh lên của E0.0 ở ngõ vào của bộ đếm lên (CU), giá trị đếm đạt đến +32767 là đếm lên. Ở cạnh tăng E0.1 ở ngõ vào đếm xuống(CD), giá trị đếm đạt đến -32767. Các vùng địa chỉ của bộ đếm CPU 212 CPU 214 CPU 215/216 Z0 – Z63 Z0 – Z127 Z0 – Z255 CTU CTUD CTU CTUD 0 – 47 48 – 63 0 – 47 80 – 127 48 - 79 2.6. Chức năng so sánh Biểu diễn các lệnh so sánh LAD Mô tả Toán hạng n1 n2 = = B n1 n2 = = I n1 n2 = = D Tiếp điểm đóng khi n1=n2 B = byte I = số nguyên (16 bit) D = các số (32 bit) n1,n2: VB,EB,AB,MB,SMB, (Byte) AKKU, Konstante, *VD,*AKKU n1, n2: VW,T,Z,EW,AW,MW, (Word) SMW,AKKU,AEW, Konstante,*VD, *AKKU n1, n2: VD,ED,AD,MD,SMD, (Dword) AKKU,HC,Konstante, *VD,*AKKU n1 n2 > = B n1 n2 > = I n1 n2 > = D Tiếp điểm đóng khi n1 ≥ n2 B = byte I = số nguyên (16 bit) D = các số (32 bit) n1 n2 < = B n1 n2 < = I n1 n2 < = D Tiếp điểm đóng khi n1 ≤ n2 B = byte I = số nguyên (16 bit) D = các số (32 bit) CHƯƠNG V ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY Hệ thống tín hiệu cơ bản của thang máy 5 tầng: Nhóm các tín hiệu gọi thang (đặt tại mỗi tầng ):L1, L2 ,L3, L4, X2 ,X3, X4, X5. Nhóm các tín hiệu đến tầng (đặt tại buồng thang):T1, T2 ,T3 ,T4 ,T5. Nhóm tín hiệu xác định vị trí buồng thangtại mỗi tầng (đặt cố định trên đường đi của buồng thang): d1 ,d2 ,d3 ,d4 ,d5 (cảm biến tầng). Nhóm các tín hiệu cửa ( xác định cửa đóng hay mở ):g0 ,g1 ,g2 ,g3 ,g4 ,g5 . Nhóm các tín hiệu hạn chế hành trình (đặt cố định ở cuối hành trình của buồng thang): HCT, HCD. Lưu ý : d1, d2 ,d3, d4, d5: cảm biến tầng hoặc là công tắc hành trình g1, g2, g3, g4, g5: cảm biến cửa tầng bảo vệ không cho người bên ngoài vào g0 (cửa buồng thang): bảo vệ người trong buồng thang Thiết lập mạch điều khiển thang máy trong trường hợp không có người gọi thang, tín hiệu đến tầng sẽ cho thang máy chạy lần lượt đến từng tầng .Tổng hợp thành 4 tín hiệu cơ bản: Tín hiệu cho dừng thang( khi điều kiện an toàn không đảm bảo) d=g1*g2*g3*g4*g5* HCT * HCD d g1 g2 g3 g4 g5 HCT HCD Tín hiệu hoàn thành mệnh lệnh(cho dừng khi thực hiện xong mệnh lệnh) h= d1*T1+ d2*T2+ d3*T3+ d4*T4+d5*T5 H d1 T1 d2 T2 d3 T3 d4 T4 d5 T5 ĐC HCT d5 g5 X5 L4 Đối trọng d4 g4 X4 L3 d3 g3 X3 L2 d2 g2 X2 °T1 °T2 °T3 °T4 °T5 g0 d1 g1 L1 Buồng thang HCD Sơ đồ hệ thống tín hiệu thang máy Hình cửa tầng thang máy Khả năng hoạt động : Lin tục, 180 lần/ pht Thiết bị an toàn - Đầy đủ, hiệu quả với : Bộ chống vượt tốc Hệ thống thắng cơ Hệ thống an tồn cửa Bảo vệ qu tải Bảo vệ mất & ngược pha, sụt áp Hệ thống cứu hộ tự động khi mất điện Khởi động & dừng tầng : m i, nhẹ nhng Hệ thống động lực : Bền bỉ & tiết kiệm điện năng Kiểu dng & trang trí : Nhiều mẫu thiết kế ph hợp cho cơng trình Thiết kế ring theo yu cầu Điều khiển vận hnh : Đầy đủ các chức năng theo TCVN hiện hành gip cho hnh khch sử dụng dễ dng tiện lợi. Hình trong buồng thang Bảng điều khiển Bảng điều khiển : Cc nt gọi tầng Các nút chức năng Đèn báo tầng và báo chiều Bảng yêu cầu kỹ thuật của thang máy công ty Thiên Nam CHỨC NĂNG KÝ HIỆU DIỄN GIẢI TIU CHUẨN CHỌN LỰA Điều khiển tập hợp 2 chiều FC Hệ thống hoạt động tự động hoàn toàn, đáp ứng tất cả các lệnh gọi theo 2 chiều di chuyển • Điều khiển tập hợp 1 chiều xuống DC Hệ thống chỉ đáp ứng lệnh gọi thang đi xuống các tầng • Điều khiển đôi DPL Phối hợp 2 thang gần nhau để hoạt động hiệu quả • Khĩa cửa an tồn DL Được trang bị tại các cửa tầng, để không thể mở cửa khi không có cabin tại phịng đó và thang không họat động khi cữa tầng bị mở • Ra vo an tồn PHO Hệ thống tế bào quang điện sẽ phát hiện có người hay vật cản trên lối vào thang và lệnh ngăn không cho cửa đóng • Đóng cửa an toàn SSH Cửa đang đóng sẽ mở lại khi gặp một lực cản lớn hơn giá trị cho phép • Bo qu tải OVL Khi người và hàng hóa vượt quá tải trọng cho phép chuông và đèn sẽ báo và thang sẽ không hoạt động cho đến khi nào giảm bớt tải trọng • Khống chế vượt tốc GOV Khi thang hoạt động vượt quá 30% tốc độ định mức, bộ khống chế vượt tốc sẽ họat động, thang sẽ dừng và hệ thống điều khiễn sẽ tự ngắt • Interphone và đèn cứu hộ IEL Khi có sự cố mất điện đèn cứu hộ sẽ tự sáng và hệ hống Interphone sẽ giúp hành khách liên hệ với bên ngoài • Bộ cứu hộ tự động ARD Khi mất điện bộ cứu hộ sẽ hoạt động đưa thang về tầng gần nhất, mở cửa để hành khách ra ngoài an toàn • Hệ thống tín hiệu IND Bảng đèn hiển thị tầng và chiều thang đang hoạt động • Tự động tắt đèn và quạt FLA Đèn và quạt trong thang máy sẽ tự động tắt sau khi thang không họa động trong một thới gian nhất định • Chuơng bo dừng tầng LG Khi thang đến tầng, sẽ có chuông báo khi thang dừng • Kết nối nguổn dự phịng SP Hệ thống tự động chuyển sang hoạt động bằng nguồn dự phịng khi mất điện nguồn chính • Chế độ hỏa hoạn FO Khi có hỏa hoạn tác động vào hộp hỏa hoạn , thang sẽ tự động trở về tầng trệt và ngừng hoạt động • Chức năng trở về tầng chính PL Sau khi một khoảng thời gian không có người sử dụng, thang sẽ tự trở về tầng chính chờ lệnh gọi • SƠ ĐỒ MẠCH KẾT NỐI PLC