Thiết kế và mô phong thang máy với PLC S7-300

ệc của thang máy là : tốc độ di chuyển buồng thang v [m/s], gia tốc a [m/s2 ] và độ giật ρ [m/s3 ]. Trên hình 3.33 biểu diễn các đờng cong : quãng đờng đi của thang máy S, tốc độ v, gia tốc a, và độ giật theo hàm thời gian t. Từ biểu thức (3.20) ta rút ra nhận xét rằng : trị số tốc độ di chuyển buồng thang quyết định năng suất của thang máy, trị số tốc độ di chuyển đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối với thang máy trong các nhà cao tầng. Những thang máy tốc độ cao (v > 3,5 m/s) phù hợp với chiều cao nâng lớn, số lần dừng ( )md ít. Trong trờng hợp này thời gian khi tăng tốc và giảm tốc rất nhỏ so với thời gian di chuyển của buồng thang với tốc độ cao, trị số tốc độ trung bình của thang máy gần đạt bằng tốc độ định mức của thang máy. Mặt khác, cần phải nhớ rằng, trị số tốc độ di chuyển của buồng thang tỷ lệ thuận với giá thành của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75 m/s lên v = 3,5 m/s, giá thành của thang máy tăng lên (4 ữ 5) lần. Bởi vậy tuỳ thuộc vào độ cao cảu nhà mà thang máy phục vụ để chọn trị số di chuyển của thang máy phù hợp với tốc độ tối u, đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Trị số tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian tăng tốc và giảm tốc của hệ truyền động thang máy, có ý nghĩa là tăng gia tốc. Nhng khi buồng thang di chuyển với gia tốc quá lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, có cảm giác sợ hãi và nghẹt thở v.v…). Bởi vậy, trị số gia tốc đợc chọn tối u là a ≤ 2 m/s2 . Một đại lợng khác quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói cách khác đó là độ giật ρ (đạo hàm bậc nhất của gia tốc td Sd td vd dt da 3 3 3 2 ===ρ ). Khi gia tốc a < 2m/s2 , trị số độ giật của tốc độ tối u là ρ < 20m/s3 . Svth: Doãn Hoàng Mai 27 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Biểu đồ làm việc tối u của thang máy với tốc độ trung bình và tốc độ cao đợc biểu diễn trên hình 3.33. Biểu đồ nầy có thể phân thành 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ di chuyển buồng thang : tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng. Biểu đồ tối u (hình 3.33) sẽ đạt đợc nếu dùng hệ truyền động một chiều hoặc dùng hệ biến tần - động cơ xoay chiều. Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp độ, biểu đồ làm việc đạt gần với biểu đồ tối u nh hình 3.33. Đối với thang máy tốc độ chem., biểu đồ làm việc có 3 giai đoạn : thời gian tăng tốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng. g. Dừng chính xác buồng thang Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bàng của sàn tầng cần đến sau khi hãm dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tợng bất lợi sau : - Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra vào buồng thang khó khăn hơn, tăng thòi gian ra, vào dẫn đến giảm năng suất của thang máy. - Đối với thang máy chở hàng gây khó khăn trong việc bốc và xếp dỡ hàng hóa. Trong một số trờng hợp không thực hiện đợc việc bốc xếp, dỡ hàng hoá. Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhấp các nút bấm đến tầng (ĐT) lắp trong buồng thang để đạt độ chính xác denàg buồng thang theo yêu cầu, nhng nó sẽ dẫn đến các vấn đề không có lợi sau : - Hỏng các thiết bị điều khiển. - Gây tổn thất năng lợng trong hệ truyền động, nếu dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động thang máy sẽ dẫn đến gây ra sự phát nóng của đông cơ quá giới hạn cho phép. - Gây hỏng các thiết bị cơ khí của thang máy. - Tăng thời gian từ lúc phanh hãm tác động cho đến khi buồng thang dừng hẳn. Svth: Doãn Hoàng Mai 28 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Độ dừng chính xác của buồng thang đợc đánh giá bằng đại lợng S∆ (hình 3.34). hình 3.34 a) Sơ đồ xác định độ chính xác khi dừng buồng thang ; b) Sự phụ thuộc của độ dừng chính xác ∆ S của buồng thang vào trị số tốc độ và gia tốc Đờng sa mMAX 2/11 =− ; đờng sa mMAX 2/22 =− ; đờng sa mMAX 2/33 =− S∆ là một nửa hiệu số của hai quãng đờng cuả buồng thang trợt đI đợc từ khi phanh hãm điện từ tác động đến khi buồng thang dừng hẳn khi có tải và không có tải theo cùng một hớng di chuyển của buồng thang. Các yếu tố ảnh hởng đến độ dừng chính xác của buồng thang gồm : mômen do cơ cấu phanh hãm điện từ sinh ra, mômen quán tính của buồng thang và tải trọng, trị số tốc độ di chuyển buồng thang khi bắt đầu hãm dừng và một số yếu tố phụ khác. Quá trình hãm dừng buồng thang xảy ra nh sau : Khi buồng thang đi gần đến sànm tầng cần dừng, sẽ tác động vào cảm biến vị trí (công tắc chuyển đổi tầng) ra lện dừng buồng thang. Các thiết bị chấp hành trong sơ đồ điều khiển thang máy (rơle, công tắc tơ) có thời gian tác động là ∆ t (quán tính điện từ của phần tử chấp hành), trong quãng thời gian đó, buồng thang đi đợc quãng đờng S’ cho đến khi phanh hãm điện từ tác động là : Svth: Doãn Hoàng Mai 29 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com tvS ∆=' 0 [m] (2.7) Trong đó : v0 - trị số độ di chuyển cảu buồng thang khi bắt đầu hãm, m/s. Sau khi phanh hãm điện từ tác động (má phanh của phanh hãm điện từ ép chặt vào trục động cơ truyền động) là quá trình hãm dừng buồng thang. Trong thời gian nàt buồng thang đi đợc một quãng đờng là 'S . ( )FF vmS cph ± = 2'' 2 0 [m] (2.8) Trong đó : m – là khối lợng tất cả các khâu chuyển động của thang máy, kg ; F ph - lực ép do cơ cấu phanh hãm điện từ sinh ra (N) ; F c - lực cản tĩnh do tải trọng gây ra (N). Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (3.29) tuỳ thuộc vào chế độ làm việc buồng thang : Khi hãm (+), khi chuyển động (-). Biểu thức (3.29) có thể viết đới dạng khác nh sau : ( )MMi DJ S cph ± = 2 2'' 2 0ω [m] (2.9) Trong đó : J - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ truyền động, kgm2 ; Mph, Mc -mômen do cơ cấu phanh hãm điện từ sinh ra và mô men cản tĩnh do tải trọng gây ra , N.m ; ω 0 - tốc độ góc của động cơ khi bắt đầu hãm dừng, rad/s ; D - đờng kính của puli kéo cáp , m; i - tỷ số truyền. Quãng đờng buồng thang đi đợc từ khi cảm biến vị trí ra lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng dừng bằng : [ ] ( )10.2 )(2 2 2 0 0 "' m i DJ t MMvSSS Cph ± +∆=+= ω Svth: Doãn Hoàng Mai 30 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Bộ cảm biến vị trí đợc đặt cách sàn tầng ở một khoảng cách nào đó để hiệu số của hai quãng đờng của buồng thang đi đợc đầy tải và khi không tải chia đôi thành hai phần bằng nhau so với mức của sàn tầng . Sai số lớn nhất ( độ dừng không chính xác lớn nhất ) đợc tính theo biểu thức sau : [ ] ( )11.2 2 12 mSSSMAX − =∆ Trong đó : S1 - quãng đờng trợt nhỏ nhất của buồng thang ; S2 - quãng đờng trợt lớn nhất của buồng thang ; Phân tích biểu thức (3.31) ta rút ra kết luận : các thông số ảnh hởng đến độ chính xác khi dừng buồng thang gồm : - J mô men quán tính của các phần tử chuyển động của buồng thang . - t∆ quán tính điện từ của các phần tử chấp hành trong sơ đồ điều khiển của thang máy. - Mph ,MC mô men do cơ cấu phanh hãm điện từ sinh ra và tải trọng của thang máy . Đối với một thang máy , ba thông số trên có thể coi nh không đổi Một thông số quan trọng nhất ảnh hởng đến độ dừng chính xác của buồng thang là đại lợng V0 (tốc độ di chuyển của buồng thang khi bắt đầu hãm dừng ). Để nâng cao độ chính xác dừng buồng thang đối với thang máy dừng, giảm tốc độ di chuyển của buồng thang khi bộ cảm biến vị trí cho lệnh dừng buồng thang. Để đánh giá độ chính xác dừng buồng thang S∆ phụ thuộc vào tốc độ V0 và gia tốc của buồng thang , có thể khảo sát theo đờng cong trên hình 3.34b. Đối với thang máy, độ không chính xác khi dừng buồng thang cho phép là: mmSMAX 20≤∆ h. hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển pLc Svth: Doãn Hoàng Mai 31 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 1. sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ 2. Giới thiệu về biến tần 3g3mv của omron 1.1 Đặt vấn đề. Để thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha một cách bằng phẳng tuyến tính trong phạm vi rộng, cần nguồn xoay chiều có thể thay đổi đợc tần số ngời ta sử dụng hệ thống biến tần. Biến tần 3G3MV đáp ứng đợc tiêu chuẩn châu âu EC và UL/CUL cho việc lu hành trên toàn thế giới. Vì vậy khi sử dụng biến tần 3G3MV của omron đảm bảo đợc sự làm việc ổn định, mức độ tin cậy cao, cho phép phạm vi điều chỉnh rộng, làm việc an toàn.v.v. Svth: Doãn Hoàng Mai 32 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 PLC điều khiển trung tâm Biến tần Biến tần động cơ nâng hạ động cơ đóng mở cửa các cảm biến đầu vào Nguồn dự phòng Hệ thống rơle Hệ thống phụ trợ phanh Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 1.2 Tổng quan về biến tần 3G3MV và chức năng hoạt động. Hình 2.1: Biến tần 3G3MV Biến tần 3G3MV có thể hoạt động ở chế độ cơ bản và có các chức năng hoạt động cao cấp. Đối với các chức năng hoạt động cơ bản ta phải cài đặt đầy đủ các thông số cho nó nh lựa chọn chế độ hoạt động phù hợp, chế độ điều khiển đợc lựa chọn là tại chỗ hay từ xa ... Còn đối với các chức năng hoạt động cao cấp ta có thể đặt tần số mang, phát hiện quá momen, bù momen và bù trợt...  Các chức năng hoạt động cơ bản. - Đặt chế độ điều khiển (n002). - Đặt chế độ tại chỗ/từ xa (n004 và n008). -Lựa chọn lệnh hoạt động. - Đặt tần số chuẩn...  . Các chức năng hoạt động cao cấp. - Đặt tần số mang (n046). - Chức năng phanh hãm DC. - Chống tụt tốc độ. - Chức năng phát hiện quá momen. - Chức năng bù momen. - Chức năng bù trợt. - Điều khiển tiết kiệm năng lợng. - Truyền thông. - Chức năng PID... . Svth: Doãn Hoàng Mai 33 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2 2.1 i. chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy I. Phơng pháp mô tả mạch trình tự Có nhiều phơng pháp mô tả thờng đợc dùng trong phân tích và tổng hợp mạc trình tự.Đó là các phơng pháp bảng chuyển trạng thái,phơng pháp đồ hình trạng thái (đồ hình Mealy và đồ hình Moore), phơng pháp lu đồ nhng ta chỉ xét phơng pháp bảng chuyển trạng thái là đơn giản và dễ xét nhất với phơng pháp này thì các trạng thái đầu ra của ta sẽ đợc tổ hợp bởi các trạng thái đầu vào.Sau đây là nội dung của ph- ơng pháp bảng chuyển trạng thái Phơng pháp này mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dới hình thức bảng. Trong bảng hình 1 dới bao gồm: - Các cột của bảng ghi các biến vào và các biến ra.Các tín hiệu vào là các tín hiệu điều khiển( γβα ,, …) có thể là tín hiệu điều khiển của ngời vận hành ,của thiết bị chơng trình hoặc các tín hiệu phát ra từ các thiết bị công nghệ. - Các tín hiệu ra (Y1,Y2…) là tín hiệu kết quả của quá trình điều khiển và ghi ở cột đầu ra - Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch (S1,S2,S3…). Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái của hệ. - Các ô giao nhau của cột biến vào và các hàng trạng thái sẽ ghi trạng thái của mạch.Nếu trạng thái mạch không trùng với tên hàng thì đó là trạng thái không ổn định. Svth: Doãn Hoàng Mai 34 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com - Các ô giao nhau của cột tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu ra tơng ứng. - ở bảng trên hình 2 , γβα ,, là các tín hiệu vào Y1, Y2 là các tín hiệu ra .Hệ có 3 trạng thái :S1 ( làm việc ở tốc đọ thấp) ,S2 (đảo chiều quay), S3(dừng máy). Mỗi trạng thái của mạch có thể diễn đạt bằng ngôn ngữ và kèm theo một con só để gọi tên trạng thái đó.Ví dụ ta xét trạng thái S1 lúc này máy hoạt động ở tốc độ thấp .Nếu lúc này cho biến α tác động thì máy vẫn làm việc ở chế độ thấp (trạng thái S1 là trạng thái ổn định), nếu cho biến β tác động thì máy sẽ chuyển sang trạng thái S2, nh- ng trạng thái S2 ghi ở hàng S1 là trạng thái không ổn định -trạng thái trung gian ,mạch đang chuẩn bị chuyển sang trạng thái ổn định khác ,nếu cho biến γ tác động thì mạch sẽ chuyển từ trạng thái S1 sang trạng thái S3(trạng thái S3 không ổn định). Các biến đầu ra Y1, Y2 lúc này đều bằng 0. Tơng tự nh vậy ta sẽ lý giải các trạng thái kết quả ở hàng 2, hàng 3. Khi bảng trạng thái chuyển chỉ có một tín hiệu thì có thể không dùng cột tín hiệu ra, các giá trị tín hiệu ra đợc ghi luôn vào các ô trạng thái chuyển (hình 3) Trạng Thái tín hiệu vào tín hiệu ra α β γ Y1 Y2 S1 S2 S3 Hình 1 Trạng thái tín hiệu vào Tín hiệu ra α β γ Y1 Y2 S1(tốc độ thấp) S1 S2 S3 0 0 S2(đảo chiều quay) S1 S2 1 0 S3(ngng máy) S3 0 0 Hình 2 Svth: Doãn Hoàng Mai 35 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Điều quan trọng nhất ở đây là ghi đợc đầy đủ và đúng các trạng thái ở trong của các ô của bảng.Có hai cáh thực hiện công việc này: • Cách 1 . Trớc hết dựa vào các dữ liệu bài toán, các hiểu biết về quá trình công nghệ ,từ đó ghi các trạng thái hiển nhiên có. Tiếp theo các trạng thái chuyển rõ ràng (các trạng thái này có so ghi trạng thái khác với các thứ tự các hàng các trạng thái xuất phát ), nếu trạng thái nào không chắc chắn thì để trống, sẽ bổ sung sau. • Cách 2. Phân tích xem xét từng ô để điền trạng thái .Việc làm này là logic, chặt chẽ và rõ ràng , tuy nhiên nhiều khi phân tích không thể quá chi ly để dẫn đến khả năng phân biệt giữa các ô có trạng thái gần nh nhau, do vậy rất khó điền đầy đủ các ô. Biến (V) Trạng thái (S) α β γ S1 S2/1 S4/0 S4/0 S2 S4/1 S4/0 S4/1 S2 S4/1 S4/1 S4/1 S4 S4/1 S4/0 S4/0 S5 S4/0 S4/0 S4/0 Hình 3 II. Tổng hợp mạch trình tự Bài toán tổng hợp mạch trình tự là bài toán khó, hơn nữa tù một yêu cầu đề ra lại có nhiều cách giải quyết khác nhau , do vậy vấn đề chung ở đây là phải dựa vào một chỉ tiêu tối u nào đó, đồng thời để tìm đợc lời giải tối u thì ngoài các suy luận toán học logic ngời thiết kế còn phải tận dụng các kinh nghiệm thực tế rất phong phú và đa dạng . ở đây chỉ nêu ra một số bớc thực chung và các ví dụ cụ thể để minh hoạ phơng pháp tổng hợp mạch trình tự. Tổng hợp theo bảng trạng thái Svth: Doãn Hoàng Mai 36 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Trình tự của các bớc nh sau: a) Thành lập bảng chuyển trạng thái.Thực chất đây là việc diễn đạt các yêu kỹ thuật thành ký hiệu kiểu bảng b) Thành lập bảng kích thích và bảng đầu ra c) Tìm hàm logic tối giản và chon mạch Có nhiều phơng pháp để tối giản bảng trạng thái nhng ta dùng phơng pháp tổng hợp bảng trạng thái rút gọn bằng bảng cac-no . III. Xây dựng các khối chức năng chính của thang Từ phơng pháp tổng hợp bảng trạng thái ta sẽ đa ra các đặc tính của thang máy và từ đó tổng hợp đợc trạng thái đầu ra .Từ các phơng trình trạng thái lập đựơc với đầu vào ta sẽ viết chơng trình lad cho thang.Các khối chức năng chính của thang gồm có: • Xác định các yêu cầu phục vụ và lu giữ các yêu cầu đó • Bài toán xác định vị trí hiện tại của buồng thang • Bài toán xác định hành trình hiện tại của thang(đang nâng hay đang hạ) • Nâng-hạ buồng thang • Điều khiển dừng buồng thang • Bài toán đóng- mở cửa buồng thang • Điều khiển Quạt và đèn trong thang • Sự cố (hỏng hóc thiết bị truyền động,các thiết bị cơ khí; các cảm biến(quá hành trình, quá trọng tải, sai hành trình); sự cố nguồn,...) Điều khiển thang máy chở ngời (9 tầng) ta sẽ ký hiệu để tổ hợp và đa ra phơng trình trạng thái cho đơn giản. - Trong buồng thang có 9 nút đến các tầng ( ĐT ) để lựa chọn các tầng cần di chuyển tới lần lợt là (DT1,DT2,DT3,DT4,DT5,DT6,DT7,DT8,DT9) và 2 nút đóng mở cửa cỡng bức là (ĐC, MC) . - Ngoài buồng thang trên mỗi tầng còn có các nút gọi tầng 9 tầng sẽ có 16 nút gọi tầng ( GT ).Ta sẽ ký hiệu GTL(là nút gọi tầng lên ), GTX (là gọi tầng xuống). Các nút gọi tầng lần lợt là :GTL1 (Gọi tầng đi lên ở tầng 1), GTL2,GTL3,GTL4,GTL5,GTL6,GTL7,GTL8 và các nút gọi tầng xuống GTX9 Svth: Doãn Hoàng Mai 37 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com (Gọi tầng xuống ở tầng 9),GTX8,GTX7,GTX6,GTX6,GTX5,GTX4,GTX3,GTX2 . - Các nút ĐT, GT khi đợc nhấn trạng thái đó sẽ phải đợc lu lại chờ đến khi đợc xử lý. - Các yêu cầu ĐT ,GT đợc xử lý khi thang máy rỗi hoặc khi đang cùng hành trình chuyển động của buồng thang vì thang máy của chúng ta lập trình u tiên theo hành trình. - Khi buồng thang đến tầng yêu cầu ,nó huỷ yêu cầu đã đợc xử lý, dừng lại một thời gian để mở cửa đón trả khách hoặc có thể lâu hơn nếu đợc nhấn nút cỡng bức.Sau đó nếu còn yêu cầu nó tiếp tục đợc xử lý nếu không nó sẽ dừng tại vị trí tầng này. • xử lý yêu cầu của các tầng • các tầng giống nhau nên ta chỉ viết một tầng là có thể suy ra các tầng khác • dới đây là viết cho tầng 2 1. Xác định các yêu cầu phục vụ và lu giữ các yêu cầu đó Các yêu cầu của hành khách phải đợc xử lý khi thang máy đang hoạt động tại bất kỳ thời điểm nào. Bài toán đặt ra là phải lu đợc trạng thái yêu cầu của các nút gọi tầng trong buồng thang cũng nh nút đến tầng ở tại các tầng. Lu tất cả các lệnh nằm ngoài không cho phép di chuyển đến so với lệnh u tiên nhất, đồng thời lu tất cả các lệnh không cùng hành trình chính (đợc xác định là nhờ biến trung gian đang nâng hoặc đang hạ), sau khi thực hiện xong các lệnh chính, thang máy sẽ quay trở lại thực thi các lệnh đã đợc lu. 2. bài toán xác định vị trí hiện tại của buồng thang. Vị trí hiện tại của buồng thang là điều kiện đầu vào để xác định đợc rơle tầng. 3. Bài toán xác định hành trình hiện tại của buồng thang(đang nâng hay đang hạ). Bài toán sẽ là một bớc trung gian để chúng ta xử lý lệnh u tiên theo hành trình. Nếu tín hiệu đang nâng đợc set thì tất cả các lệnh gọi theo chiều lên sẽ đợc u tiên xử lý đến khi hết một hành trình lên và ngợc lại. 4. Nâng hạ buồng thang Nâng hạ buồng thang là tín hiệu đầu ra đa vào biến tần để điều khiển động cơ. 5. Điều khiển dừng buồng thang Dừng buồng thang chính xác là rất quan trọng bởi khi dừng thiếu chính xác có thể gây ra các sự cố. Nếu dừng có độ sai lệnh ít thì có thể gây ra sự di chuyển khó khăn Svth: Doãn Hoàng Mai 38 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com cho các phơng tiện xe đẩy hàng vào buồng thang. Nếu thiếu chính xác nhiều có thể gây kẹt cửa không mở đợc cửa và gây ra nhiều sự cố khác. Lệnh dừng buồng thang đ- ợc dừng khi buồng thang đến đúng vị trí tầng cần đến. Các điều kiện an toàn của dừng buồng thang gồm có : các cửa tầng cha đóng, cửa buồng thang cha đóng, tốc độ quá giới hạn cho phép hoặc đứt cáp treo v.v… Các biến đầu vào của dừng thang gồm có : các công tắc tầng tại các tầng và các rơ le tầng. Các công tắc tầng gồm có CTT1, CTT2, CTT3, CTT4, CTT5, CTT6,CTT7, CTT8, CTT9, CTT10. Ta bố trí 10 công tắc tầng cho thang máy 9 tầng vì vậy chúng ta sẽ xét 2 công tắc tầng là một cặp để xác định buồng thang đang ở tầng nào. Ví dụ khi thang máy đang ở tầng 1 thì buồng thang sẽ tác động lên 2 công tắc tầng là (CTT1, CTT2) , buồng thang đang ở tầng 2 sẽ tác động lên 2 công tắc tâng là (CTT2, CTT3) t- ơng tự với các tầng khác. Các Rơle tầng (RLT) là biến trung gian để xác định đợc các biến chọn tầng (ChọnT) cần dừng. Tại mỗi tầng cũng sẽ có tơng ứng một rơle tầng và một biến chọn tầng. Với thang máy của ta sẽ có các biến nh sau: rơle tầng 1(RLT1), rơle tầng 2(RLT2), rơle tầng 3(RLT3) , rơle tầng 4(RLT4) , rơle tầng 5(RLT5) , rơle tầng 6(RLT6) , rơle tầng 7(RLT7) , rơle tầng 8(RLT8) , rơle tầng 9(RLT9). Trạng thái chọn tầng gồm có : chọn tầng 1(ChonT1), chọn tầng 2(ChonT2), chọn tầng 3(ChonT3), chọn tầng 4(ChonT4), chọn tầng 5(ChonT5), chọn tầng 6(ChonT6), chọn tầng 7(ChonT7), chọn tầng 8(ChonT8), chọn tầng 9(ChonT9). Lu đồ của trạng thái dừng : Bảng trạng thái cho bài toán điều khiển dừng thang: ChọnT CTT Dừng 1 1 1 Từ bảng trạng thái ta suy ra phơng trình logic cho dừng buồng thang: Svth: Doãn Hoàng Mai 39 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 vị trí thang bằng tầng và đúng với yêu cầu ưu tiên Dừng buồng thang Di chuyển buồng thang No Đóng mở cửa thang Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 10*9*99*8*88*7*7 7*6*66*5*55*4*4 4*3*33*2*22*1*1 * CTTCTTChonTCTTCTTChonTCTTCTTChonT CTTCTTChonTCTTCTTChonTCTTCTTChonT CTTCTTChonTCTTCTTChonTCTTCCTChonTDung CTTChonTDung +++ ++++ +++=⇒ = Để xác định đợc trạng thái chọn tầng (ChonT) thì phải qua một số bớc trung gian tạo ra các biến phụ xử lý đầu vào. Ta thêm biến trung gian rơle tầng (RLT) dùng để xử lý các yêu cầu của hành khách khi thang máy đang chạy. Ta có lu đồ xác định rơ le tầng: Bảng trạng thái cho rơle tầng: CĐT2 CGTL2 CGTX2 CTT2_1 CTT2_3 ĐN ĐH RLT2 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 Svth: Doãn Hoàng Mai 40 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 CĐT CGTL CGTX CTT x_1 CTT x_3 ĐH ĐN Phương trình logic RLT CĐT: có người gọi trong buồng thang. CGT x: có người gọi tầng lên hoặc xuống CTT x_1,CTT x_3 : biến trung gian xác định buồng thang đang ở trên của tầng cần dừng hay ở dưới. ĐN,ĐH : biến trung gian xác định thang đang nâng hay đang hạ để ưu tiên xử lý theo hành trình Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 *tổng hợp phơng trình lôgic ta đợc kết quả nh sau: )*3_21_2(**2*3*4 1*2*)*3_2**1_2( )*3_2*1_2(*22 DNCTTCTTDNGTXGTXGTX GTLGTLDHCTTDHDNCTT DHCTTDNCTTDTRLT ++ +++ ++= Tơng tự vậy viết cho các trờng hợp các tầng khác: DHDNCTTGTLDNCTTDTRLT **1_1*1*1_1*11 += = = = = = += ++ +++ ++= 9 8 7 6 5 **3_4*4*3_4*44 )*3_31_3(3*4 )*3_3**1_3(*1*2*3 )*3_3*1_3(33 RLT RLT RLT RLT RLT DNDHCTTGTXDNCTTDTRLT DHCTTCTTDNGTXGTX DHCTTDHDNCTTGTLGTLGTL DHCTTDNCTTDTRLT 6. Bài toán đóng mở cửa Đóng mở cửa buồng thang cho phép hành khách và hàng hoá có thể di chuyển ra và vào buồng thang một cách hợp lý, an toàn khi thang máy hoạt động. Cụ thể là khi buồng thang đang nâng hoặc hạ thì cửa buồng thang không đợc phép mở ra gây nguy hiểm cho hành khách. Cửa buồng thang đợc mở tự động trong thời gian quy định khi thang máy dừng tại tầng nào đó sau đó tự động đóng lại và cửa cũng có thể đợc đóng mở cỡng bức nhờ nút đóng mở cửa cỡng bức trong buồng thang hoặc khi có yêu cầu gọi tầng của chính hành khách tại tầng đó khi thang máy cha nâng hoặc hạ. Hoặc khi thang đang đóng thì gặp chớng ngại vật không thể đóng cửa thang. Lu đồ sau xác định các trạng thái của đóng mở cửa: Svth: Doãn Hoàng Mai 41 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Để điều khiển đóng mở cửa ta có các tổ hợp biến đầu vào gồm có: - đóng cỡng bức(DCB) - Mở cỡng bức(MCB) - Cảm biến vật cản khi đóng cửa(CBVC) - Có yêu cầu của tầng ( yêu cầu gọi tầng và yêu cầu đến tầng)(YCT) - Thời gian đặt để đóng mở cửa.(T) - Cảm biến hành trình đã mở hết cửa(CBMC) - Cảm biến hành trình đã đóng hết cửa(CBDC) Xét trờng hợp mở cửa ta thấy rằng để tổ hợp biến đầu vào cho đầu ra mở cửa ta thấy: Svth: Doãn Hoàng Mai 42 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Dừng đợi mở 5 s Đóng cửa Chạm cảm biến động Xoá lệnh Mở cửa Cửa chạm cảm biến chưa No No Lệnh = Vị trí Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Các biến yêu cầu tầng(YCT),cảm biến hành trình đóng(CBDC),cảm biến vật cản(CBVC) phải luôn luôn giữ ở trạng thái cố định.Nh vậy chỉ còn lại 2 biến là đóng cỡng bức(DCB),thời gian(T) ta cần tổ hợp. Bảng dới thể hiện sự tổ hợp các trạng thái đầu vào đầu ra: DCB T CBT CBDC CBVC DC 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 Sau khi tổ hợp ta đợc phơng trình logic cho trạng thái đóng cửa(DC) là: ( ) )(*** )*(*** ****** TDCBCBVCCBTCBDCDC TTDCBCBVCCBTCBDCDC TDCBTDCBTDCBCBVCCBTCBDCDC +=⇒ +=⇒ ++= *với trờng hợp tổ hợp cho mở cửa thì các biến tổ hợp đầu vào tơng tự với trờng hợp đóng cửa tuy nhiên thêm biến yêu cầu tầng: - các biến đầu vào của trờng hợp mở cửa bao gồm - Mở cỡng bức(MCB) - Thời gian để cho phép mở cửa(T) - Cảm biến tầng(cảm biến cho phép dừng chính xác tại tầng)(CBT). - Cảm biến hành trình mở hết cửa(CBMC). - Yêu cầu của tầng(YCT) - Cảm biến vật cản(CBVC) - trong các biến ở trên ta thấy các biến cảm biến tầng luôn = 1 ,cảm biến mở hết cửa cũng luôn bằng 0 vì nếu cảm biến mở hết cửa =1 thì không cần mở cửa,và cảm biến vật cản luôn = 1 thì cửa mới đợc mở ra bởi nếu cảm biến vật cản không có thì cửa sẽ đóng .còn lại 3 biến kia thay đổi ta sẽ tổ hợp trạng thái đầu vào cho đầu ra mở cửa.Dới đây là bảng trạng thái tổ hợp: MCB T YCT CBT CBMC CBVC MC 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 Svth: Doãn Hoàng Mai 43 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 -tổ hợp ta đợc phơng trình trạng thái mở cửa nh sau: ( )( )YCTTMCBCBVCCBMCCBTMC ++= *** 7. Bài toán điều khiển đèn và quạt buồng thang. 8. Bài toán xử lý các sự cố xảy ra đối với thang. IV. PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Bộ điều khiển logic khả trình là ý tởng của một nhóm kỹ s hãng General Motors vào năm 1968 và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp: • Dễ lập trình và dễ thay đổi chơng trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy. • Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sửa chữa. • Tin cậy hơn trong môi trờng sản xuất của nhà máy công nghiệp. • Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thớc nhỏ gọn hơn mạch role chức năng tơng đơng. • Giá thành có khả năng cạnh tranh cao. Đặc trng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin. Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển đợc xử lý bằng phần mềm do ngời sử dụng lập nên và cài đặt vào. Chính do đặc tính này mà ngời sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một bộ điều khiển và hầu nh không phải biến đổi gì ngoài việc nạp những chơng trình khác nhau. Nh vậy, với chơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chơng trình điều khiển đợc lu nhớ trong bộ nhớ của PLC dới Svth: Doãn Hoàng Mai 44 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com dạng các khối chơng trình (khối OB, FC hoặc FB) và đợc thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). Để thực hiện một chơng trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức năng nh một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lu chơng trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh. Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác nh là bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng. Sự ra tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất trên thế giới hoàn chỉnh các họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu xuất. Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lợng bộ nhớ chơng trình 500 bớc đến các module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng: • Xử lý tín hiệu liên tục (Module Analog). • Điều khiển động cơ Servo, động cơ bớc. • Truyền thông. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi mạch, kỹ thuật PLC đã có những bớc tiến bộ v- ợt bậc. Có thể nói nếu không có kỹ thuật PLC thì không có tự động hóa trong các ngành công nghiệp. 2.2 sơ đồ tổng quát của PLC. Hầu hết các họ PLC của các hãng sản xuất trên thế giới đều có các module chính nh sau: - Bộ xử lý trung tâm CPU: là bộ não của PLC, xử lý chơng trình điều khiển. - Bộ vào/ra (Input/Output Module): nhận tín hiệu vào và gửi tín hiệu ra. - Bộ nhớ (Memory Module): dùng để chứa chơng trình điều khiển dữ liệu. Svth: Doãn Hoàng Mai 45 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.2 : Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình PLC. Thông thờng để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng đợc chia nhỏ thành các module. Số module đợc sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng nh PID, điều khiển động cơ… Chúng đợc gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module đợc gá trên những thanh ray (Rack) 2.2.1 Module CPU. Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm , cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU đợc gọi là cổng vào ra onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng đợc đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó nh module CPU312, CPU314, CPU315… Svth: Doãn Hoàng Mai 46 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.3: Module CPU314. 2.2.2 Module mở rộng. Các module mở rộng đợc chia thành 5 loại chính: 1) PS (Power supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A và 10A. 2) SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: a) DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module. b) DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module. c) DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/ 8 ra, 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module. d) AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tơng tự. Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tơng tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tơng tự đợc chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài12 bits. Số các cổng vào tơng tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module. e) AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tơng tự. Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi số tơng tự Svth: Doãn Hoàng Mai 47 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com (DA). Số các cổng vào tơng tự có thể là 2, hoặc 4 tuỳ từng loại module. f) AI/AO (Analog input/Analog out):Module mở rộng các cổng vào/ra tơng tự. Số các cổng vào/ra tơng tự có thể là 4 đầu vào/ 2 ra, hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module. 3) IM (Interface module): Module ghép nối. Đay là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và đợc quản lý chung bởi một module CPU. Thông thờng các module mở rộng đợc gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá đợc nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi PS). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp đợc với nhiều nhất 4 racks và các rack này phải đợc nối với nhau bằng module IM. 4) FM (Function module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ nh module điều khiển động cơ bớc, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín… 5) CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với máy tính. 2.3 Cấu trúc bộ nhớ của CPU. Bộ nhớ của S7-300 đợc chia làm 3 miền chính: 1) Vùng chứa chơng trình ứng dụng. Vùng nhớ chơng trình đợc chia thành 3 miền: • OB (Organisation block): Miền chứa chơng trình tổ chức. • FC (Function): Miền chứa chơng trình con đợc tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chơng trình đã gọi nó. • FB (Function block): Miền chứa chơng trình con, đợc tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chơng trình nào khác. Các dữ liệu này phải đợc xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data block). Svth: Doãn Hoàng Mai 48 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chơng trình ứng dụng, đợc phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm: • I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trớc khi bắt đầu thực hiện chơng trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thờng chơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. • Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chơng trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thờng chơng trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q. • M: Miền các biến cờ. Chơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo địa chỉ bit(M), byte(MB), từ (MW) hay từ kép (MD). • T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lu giữ giá trị thời gian đặt trớc(PV-Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời(CV-Current value) cũng nh giá trị logic đầu ra của thời gian. • C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lu giữ giá trị đặt trớc(PV-Preset value), giá trị đếm tức thời(CV-Current value) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm. • PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tơng tự (I/O External input). Các giá trị tơng tự tại cổng vào của module tơng tự sẽ đợc module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chơng trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kép (PID). Svth: Doãn Hoàng Mai 49 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com • PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module twong tự (I/O External output). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ đợc module tơng tự chuyển tới các cổng ra tơng tự. Chơng trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc từng từ kép (DBD). 3) Vùng chứa các khối dữ liệu, đợc chia thành 2 loại: • DB(Data block): Miền chứa các dữ liệu đợc tổ chức thành khối. Kích thớc cũng nh số lợng khối do ngời sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chơng trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DXB), byte (DBB), từ (DBW) hoặc theo từng từ kép (DBD). • L (Local data block): Miền dữ liệu địa phơng,đợc các khối chơng trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chơng trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chơng trình tơng ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể đợc truy nhập từ chơng trình theo bit (L), byte(LB), từ (LW) hoặc từ kép(LD). 2.4 Vòng quét chơng trình. PLC thực hiện chơng trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp đợc gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét đợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình. Trong từng vòng quét, chơng trình đợc thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end). Sau giai đoạn thực hiện chơng trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét đợc kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện đợc một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng đợc thực hiện trong một khoảng thời gian nh nhau. Có vòng quét đợc thực hiện lau, có vòng quét đợc thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chơng trình đợc thực hiện, vào khối dữ liệu đợc truyền thông… trong vòng quét đó. Svth: Doãn Hoàng Mai 50 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Nh vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tợng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tợng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chơng trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chơng trình càng cao. 2.4 Kỹ thuật lập trình. Chơng trình cho S7-300 đợc lu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chơng trình và có thể đợc lập với hai dạng cấu trúc khác nhau: • Lập trình tuyến tính (linear programming): Toàn bộ chơng trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối đợc chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thờng xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên. Khối nàyđợc hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài của chơng trình. Các loại khối chơng trình khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét. Các khối OB khác không tham gia vào vòng quét mà đợc gọi bằng những tín hiệu báo ngắt. S7-300 có nhiều loại tín hiệu báo ngắt nh tín hiệu báo ngắt khi có sự cố nguồn nuôi, tín hiệu báo ngắt khi có sự cố chập mạch ở các module mở rộng, tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian… và mỗi loại tín hiệu báo ngắt nh vậy cũng chỉ có khả năng gọi một loại khối OB nhất định. Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng công việc đang thực hiện lại, chẳng hạn nh tạm dừng việc thực hiện ch- ơng trình xử lý ngắt trong các khối OB tơng ứng. • Lập trình có cấu trúc (structure programming): là kỹ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chơng trình con FC hay FB với mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các khối chơng trình này lại đợc quản lý một cách thống nhất bởi khối OB1. Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chơng trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Hoàn toàn tơng tự, một nhiệm vụ điều khiển con có thể còn đợc chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chơng trình con cũng có thể đợc gọi từ một khối chơng trình con khác. Duy có một điều cấm kỵ ta Svth: Doãn Hoàng Mai 51 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com cần phải tránh là không bao giờ một khối chơng trình con lại gọi đến chính nó. Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không đợc tổ chức chơng trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU đợc sử dụng cho phép. PLC S7-300 có bốn loại khối cơ bản: * Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chơng trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB, ví dụ nh OB1, OB35, OB40… * Loại khối FC(Program block): Khối chơng trình với những chức năng riêng giống nh một chơng trình con hoặc một hàm (chơng trình con có biến hình thức). Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này đợc phân biệt với nhau bằng những số nguyên sau nhóm ký tự FC. Chẳng hạn nh FC1, FC2 … * Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lợng dữ liệu lớn với các khối chơng trình khác. Các dữ liệu này phải đợc tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB. Chẳng hạn nh FB1, FB2 … *Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chơng trình. Các tham số của khối do ngời dùng tự đặt. Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự DB. Chẳng hạn nh DB1, DB2 … Chơng trình trong các khối đợc liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chơng trình trong các khối nh là các chơng trình con thì S7-300 cho phép gọi chơng trình con lồng nhau, tức là từ chơng trình con này gọi một chơng trình con khác và từ chơng trình con đợc gọi lại gọi tới một chơng trình con thứ 3 …. Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ nh đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếusố lần gọi khối lồng nhau mà vợt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. Svth: Doãn Hoàng Mai 52 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.5: Lập trình có cấu trúc. Hình 1.6: Thực hiện gọi khối FC10. Nh vậy, khi thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ: • Chuyển khối con đợc gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory. • Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local block. Cấu trúc local block đợc quy định khi soạn thảo các khối. • Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block. • Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dới dạng tham trị đầu ra cho biến OUT, IN-OUT của local block, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block ra khỏi vùng Work memory. Svth: Doãn Hoàng Mai 53 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2.5 Ngôn ngữ lập trình. Các loại PLC nói chung thờng có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tợng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đó là: • Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng của máy tính. Một chơng trình đợc ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toán hạng”. • Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic. • Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function block diagram). Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Một chơng trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang đợc dạng STL, nhng ngợc lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. Step7 là một phần mềm hỗ trợ: - Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400. - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng nh thủ tục truyền thông giữa chúng. - Soạn thảo và cài đặt chơng trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm. - Quan sát việc thực hiện chơng trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối ch- ơng trình. Ngoài ra Step7 còn có cả một th viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử dụng Step7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình cứng của một trạm cũng nh của một mạng gồm nhiều trạm PLC … Svth: Doãn Hoàng Mai 54 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com V. chơng IV: xây dựng mô hình mô phỏng thang máy I. Xác định các vấn đề sẽ mô phỏng vì trên thực tế có đầy đủ các thiết bị nên ta có thể xây dựng bài toán mô phỏng với đầy đủ các chức năng của thang máy.Nhng khi mô phỏng trên mô hình của em với điều kiện hiên có tại phòng thí nghiệm và trên thị trờng.Mô hình thực tế của em có thể không thể mô phỏng đợc hết các tính năng của thang.Một số các thiết bị không giống thiết bị thật, các cảm biến đợc thay thế tơng đơng II. Xây dựng kết cấu cho mô hình mô phỏng III. Xây dựng kế hoạch mô phỏng và kiểm nghiệm trên thực tế. Với hệ thống lý thuyết đã đợc nghiên cứu ở các chơng trớc, chúng ta đã thiết lập đợc hệ thống thang máy trên lý thuyết nhng có một điểm là tất cả đều chỉ đợc mô tả trên lý thuyết và cha đợc đa vào kiểm nghiệm. Để tăng thêm tính sát thực của đồ án và tăng thêm tính thuyết phục. Xuất phát từ những điểm chính đó, em đi vào xây dựng mô hình thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản đợc đơn giản hoá bớt các chức năng so với các tính năng xây dựng ở trên. Mặc dù không mô tả đợc hết các tính năng của thang máy nhng nó cũng phần nào mô tả đợc những tính năng điều khiẻn buồng thang. Với mô hình này chúng ta có thể vận dụng phơng pháp tổng hợp các hệ điều khiển logic. Cấu trúc chi tiết của mô hình đợc mô tả: Svth: Doãn Hoàng Mai 55 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com + Bên trong buồng thang có 4 nút điều khiển ( tạm gọi là các nút yêu cầu đến tầng - DT: DT1, DT2, DT3, DT4) và 4 đèn tơng ứng minh hoạ cho trạng thái yêu cầu của mỗi nút ấn. + Bên ngoài buồng thang có 6 nút ấn và 6 đèn tơng ứng mô tả trạng thái yêu cầu của 6 nút ấn đó : - Tầng 1 có 1 nút ấn để yêu cầu lên các tầng trên ( 1GTL), và có 1 đèn trạng thái (DENL1) minh hoạ cho yêu cầu của nút ấn : khi nút 1GTL đợc nhấn thì DENL1 sẽ sáng, đến khi nào buồng thang dừng ở tầng 1 thì DENL1 sẽ sáng nhấp nháy, sau 1 khoảng thời gian thiết lập nó sẽ tắt đi. - Tầng 2 có 2 nút ấn gọi tầng (2GTL, 2GTX) và 2 đèn trạng thái. - Tầng 3 có 2 nút ấn gọi tầng (3GTL, 3GTX) và 2 đèn trạng thái. - Tầng 4 có 1 nút ấn gọi tầng (4GTX) và 1 đèn trạng thái. + Cơ cấu truyền động để nâng, hạ buồng thang ở đây dùng 1 động cơ điện 1 chiều và hộp giảm tốc, buồng thang đợc kéo bởi 1 cáp gắn ở puly trục hộp giảm tốc qua dòng dọc gắn trên nóc của cơ cấu. + Một cơ cấu để đóng mở cửa tầng khi buồng thang đến tầng cần phục vụ ( dùng 1 động cơ 1 chiều có đảo chiều). + Để điều khiển cấp điện cho 2 động cơ : 1 động cơ truyền động nâng - hạ buồng thang, và 1 động cơ để truyền động đóng - mở cửa tầng, ở đây dùng 4 rơle để điều khiển cho 2 động cơ ứng với 2 chiều chuyển động(nâng-hạ, đóng-mở). + Tơng ứng trên mỗi tầng có gắn 1 công tắc tầng (cảm biến tầng) để xác định vị trí của buồng thang. + Nguồn điện sử dụng cho mô hình : - Dùng nguồn 5V DC hoặc 12V DC cấp cho 2 động cơ truyền động (I <5A) - Dùng nguồn 24V DC để cấp cho các cảm biến tầng, các nút ấn yêu cầu điều khiển. - Các đèn trạng thái đợc điều khiển và nhận trực tiếp tín hiệu từ PLC. Từ mô hình đã xây dựng sinh viên đợc thực tập với các yêu cầu công nghệ sau: 1. Công nghệ 1: 2. Công nghệ 2. Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản. - Điều khiển thang máy bằng 4 nút đến tầng (DT1, DT2, DT3, DT4) ở trong buồng thang và 4 nút gọi tầng tơng ứng trên mỗi tầng (1GT,2GT, 3GT,4GT). Svth: Doãn Hoàng Mai 56 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com - Có 4 công tắc tầng bố trí ở 4 tầng để xác định vị trí của buồng thang. - Minh hoạ trạng thái đợc chọn của các nút yêu cầu bằng các đèn tơng ứng. - Các nút yêu cầu điều khiển (DT và GT) có thể đợc chọn liên tiếp và đợc lu giữ, khi đó chúng đợc xử lý u tiên theo hành trình. - Khi buồng thang đợc điều khiển đến tầng yêu cầu nó sẽ dừng lại trong vòng 5s, lúc này đèn báo rtạng thái tại tầng đó cũng sáng nhấp nháy. Sau 5s đèn sẽ tắt, nếu còn yêu cầu đến các tầng khác thì thang máy tiếp tục, còn nếu không nó sẽ dừng lại tại vị trí đó. 3. Công nghệ 3. Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản. - Điều khiển thang máy bằng 4 nút DT trong buồng thang và 4 nút GT tại mỗi tầng. Có 4 công tắc tầng bố trí tại mỗi tầng. - Các yêu cầu điều khiển có thể đợc lựa chọn liên tiếp, minh hoạ bằng đèn trạng thái sáng. Các yêu cầu này sẽ đợc xử lý u tiên theo hành trình đang chuyển động. Khi buồng thang di chuyển tới tầng yêu cầu, cửa buồng thang sẽ mở ra đồng thời đèn trạng thái sẽ sáng nhấp nháy, sau khoảng 5s cửa buồng thang đóng lại, đèn trạng thái tắt. Nếu còn yêu cầu điều khiển thì buồng thang tiếp tục đợc điều khiển, nếu không nó sẽ dừng tại vị trí tầng đó. 4. Công nghệ 4. Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản. - Điều khiển thang máy bằng 4 nút DT (DT1, DT2,DT3,DT4) trong buồng thang và 6 nút GT (1GTL, 2GTL, 2GTX, 3GTL, 3GTX, 4GTX) tại các cửa tầng. Có 4 cảm biến tầng bố trí tại các tầng để xác định vị trí của buồng thang. - Khi nhấn các nút DT hoặc GT , các yêu cầu này sẽ đợc lu giữ và sẽ đợc xử lý u tiên theo hành trình. - Khi buồng thang tới tầng yêu cầu, nó huỷ yêu cầu đã đợc xử lý, dừng lại trong khoảng 5s, lúc này đèn trạng thái nhấp nháy với tần số 0,5Hz. Sau khoảng thời gian này đèn trạng thái tắt, nếu còn yêu cầu nó tiếp tục xử lý, nếu không nó sẽ dừng lại tại vị trí tầng đó. Svth: Doãn Hoàng Mai 57 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44