Đồ án Thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động cho gara ô tô với kỹ thuật PLC

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa điện --------------- oOo--------------- Đồ án tốt nghiệp Đề tài Thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động Cho gara ô tô với kỹ thuật PLC Chủ nhiệm bộ môn: TS .Nguyễn Mạnh Tiến Giáo viên hướng dẫn: TS .Nguyễn Huy Phương Sinh viên thực hiện: Lớp: Khoá: Hà nội Lời cam kết Khi hoàn thành bản đồ án này hoàn toàn là do sự nỗ lực của bản thân em và sự hướng dẫn hết sức tận tình của thầy Nguyễn Huy Phương. Tài liệu tham khảo là nhưng giáo trình mà em đ• được học xong suốt 3 năm học vừa qua, hoàn toàn không có sự sao chép của các đồ án nào khác. Ngoài ra em có tham khảo thêm tài liệu của bộ môn nhưng chưa được học tới, và hình ảnh tải từ mạng về. Em xin chân thành cảm ơn bộ môn đ• tạo điều kiện cho em có một môi trường học tập và nghiên cứu tốt. Em xin chân thành cảm ơn thày Nguyễn Huy phương đ• chỉ dẫn hết sức tận tình cho em hoàn thành tốt đề tài này. Mục lục Mục lục............................................................................................................. 2 Phần 1 : các loại cửa tự động nói chung...........................................................4 I-Lời nói đầu...............................................................................................4 Chương I : các loại cửa tự động hiện nay................................................. 5 I-Cửa cuốn ............................................................................................... 5 II- cửa kéo ................................................................................................6 III- cửa trượt ...............................................................................................7 Chương II : khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở hà nội hiện nay 8 Khảo sát hệ thống cửa đóng mở tự động ở sân bay nội bài hà nội......... 9 Phần 2 : tổng quan về PLC............................................................................... 10 Chương I : các vấn đề chính về PLC...................................................... 10 I-sư phát triển của tự động hoá(TĐH) và PLC nói chung..........................10 1- sự phát triển của TĐH............................................................................................10 2- sự phát triển của PLC............................................................................... 10 II- chức năng, ứng dụng và sự ưu việt của PLC.........................................12 1- PLC là gì................................................................................................12 2- bộ điều khiển của chương trình có thể làm được những gì?..............................12 3- sự ưu việt của việc ứng dụng kỹ thuật PLC............................................................13 III- cấu tạo và hoạt động của PLC.............................................................14 1- modul nguồn cung cấp ..........................................................................................14 2- CPU........................................................................................................................15 3- bộ nhớ chương trình, bộ nhớ trong của PLC..................................................15 4- modul đầu vào.........................................................................................15 5- modul đầu ra...........................................................................................16 6- modul giao diện.......................................................................................16 7- modul mở rộng........................................................................................16 8- những thông số kỹ thuật căn bản của PLC.............................................................16 9- các bít đầu vào trong PLC và các tín hiệu bên ngoài.............................................17 IV- các vấn đề chính khi sử dụng PLC..................................................... 18 V- thủ tục thiết kế bộ điêu khiển chương trình.........................................19 Chương II : các thao tác và các lệnh cơ bản trong PLC_CQM1............20 Chương III : các bài tập lớn ứng dụng bộ điều khiển chương trình......38 PLC_CQM1 Bài 1 : điều khiển tín hiệu đèn giao thông................................................38 Bài 2 : điều khiển dây truyền đóng gói.....................................................43 Phần 3 : thiết kế mô hình cửa tự động cho gara ôtô sử dụng kỹ thuật PLC để điều khiển......................................................................................................... 46 lời nói đầu.................................................................................. 46 Chương I : chế tạo giới thiệu mô hình......................................................47 I- các yêu câu của mô hình.......................................................................47 1- yêu cầu về chương trình chung..............................................................................47 2- yêu cầu về cơ khí.....................................................................................47 II- mục đích của việc chế tạo mô hình .....................................................47 Chương II : cấu tạo và hoạt động của mô hình.......................................48 I - tính toán chi tiết mô hình .....................................................................48 II - lập chương trình hoạt động cho mô hình.............................................59 1- sơ đồ khối...............................................................................................59 2-giản đồ thang...........................................................................................60 3- m• nhớ...................................................................................................61 4- đầu vào và ra...........................................................................................63 III - nguyên lý hoạt động của mô hình......................................................64 IV- tính toán công suất động cơ chuyển động..........................................65 V - so sánh giữa mô hình và thưc tế.........................................................66 Kết luận ......................................................................67 Phần 1 : các loại cửa tự động nói chung I- lời nói đầu Trong x• hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu được trong từng công trình kiến trúc. Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự động) mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng, đó là: cửa thường chỉ đóng mở dược khi có tác động của con người vào nó. Vì vậy mà dùng cửa thường làm tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho người sử dụng. Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người trong thời điểm x• hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay là tất yếu và vô cùng cần thiết. Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa thường. Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra được một loại cửa vừa duy trì được những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại cửa bình thường . Do đó, khi sử dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình. Với tính năng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng: Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường. Thứ hai, nếu người dùng cửa đang bê vác vật gì đó (bằng cả hai tay ) thì cửa tự động không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đ• giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở. Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa’ tức là tiết kiệm cho họ một khoảng tời gian dù là rất nhỏ nhưng cũng có thể rất cần thiết trong nhịp sống công nghiệp hiện đại ngày nay. Đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng phát huy ưu điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa. Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh dược sử dụng khá rộng r•i ở những nơi công sở, công cộng. Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không co người qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây l•ng phí. Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó, cửa tự động, với tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đ• đáp ứng được tốt yêu cầu này. Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải phát triển ứng dụng nó rộng r•i hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng cao chất lượng hoạt đ động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn. Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động, cần thiết phải chế tạo ra mô hình cửa đóng mở tự động, mô tả hoạt đọng, hình dáng, cấu tạo của cửa tự động. Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa tự động, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự động trên thực tế. Cũng từ mô hình có thể thấy được ưu nhược điểm của thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người. Chương 1: các loại cửa tự động hiện nay Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt I- cửa cuốn Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động cơ công suất nhỏ. Loại cửa này thường được dùng cho gara ô tô. Nó có tính kinh tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm được loại cửa này. Nhưng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác II-cửa kéo Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cố định với trần nhà. Cửa được động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại này là đơn giản nhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều. Có lẽ nhược điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu được sức nặng của cửa. III- cửa trượt Loại cửa này có đặc điểm là có một r•nh trượt cố định cho phép cánh cửa thể trượt qua trượt lại. Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga... Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhưng nơi công cộng, cơ quan... Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết được người, máy móc cũng như loài vật có thể đi qua Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn , nhẹ nhàng nhưng không có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lại rất cồng kềnh Có một điều không thể phủ nhận đó là tính phổ biến của loại cửa này. Chương 2 : khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở hà nội hiện nay Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm trên Hà Nội hiện nay, ta nhận thấy cửa tự động được sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thương mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn. Sở dĩ như vậy là do những nơi này có lượng người qua lại lớn, đồng thời những nơi này lại yêu cầu có tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ phát huy được tất cả những ưu điểm của nó. Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa. Theo trọng lượng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn hoá hữu nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông thôn….Ngoài ra người ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh. + Cửa tự động chỉ có 1 cán:. Loại cửa này chủ yếu được dùng trong 2 điều kiện như sau: Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số lượng người đi qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có tính chất giao dịch… Hai là, những loại cổng có kích thước lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những ngôi nhà lớn … Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng mở tự động còn lại 1 cánh là đóng mở như loại bình thường. + Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này được dùng rộng r•i hơn so với loại cửa tự động 1 cánh. Theo phần mạch điều khiển, hiện nay thì hầu hết những loại cửa tự động mới đều dùng loại mạch phi tiếp điểm như tại toà nhà 14 Láng Hạ,khách sạn Horison….Ngoài ra tại sân bay Nội Bài do nhu cầu giao dịch và vận chuyển hiện đại nên hệ thống cửa tự dộng ở đây dùng phần mềm lôgô để điều khiển.Để tìm hiểu sâu hơn trong công nghệ này ta sẽ phân tích hệ thống cửa tự động ở sân bay Nội Bài Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài- Hà Nội Trước cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng 1 và tầng 2 mỗi tầng có 14 hệ thống cửa tự động .Tất cả các cửa này đều có kết cấu cơ khí và hình dạng bên ngoài giống nhau. Đây là loại cửa trượt rất phổ biến Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lượng mỗi cánh khoảng 80 kg. Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là sử dụng hai gờ sắt cố định xuống sàn . Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho cửa không chuyển động vượt quá hành trình. Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với hai cấp tốc độ. Khi mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời mở ra tránh tình trạng người phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho người muốn đi vào, gần hết hành trình mở cửa giảm tốc và dừng lại, khi cửa đóng cửa đóng với vận tốc chậm hơn so với lúc mở để tránh gây cảm giác cho người muốn đi vao từ đằng xa.Gần hết hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác. Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu người đi vào thì cửa sẽ mở ra với vận tốc nhanh sau gần cuối hành trình thì giảm tốc và dừng lại chính xác ở cuối hành trình.Cảm biến dùng ở đây là hai cảm biến quang:Một cảm biến đặt ở phía bên ngoài, một cảm biến đặt ở phía bên trong của cánh cửa để đảm bảo nhận biết và báo tín hiệu khi có người đi từ trong ra cũng như khi có ngừơi đi từ ngoài vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa. Phương thức hoạt động của loại cửa này là dùng mạch điều khiển không tiếp điểm dùng các phần tử lôgic thì có ưư điểm là rẻ,việc hỏng hóc có thể sửa chửa dễ dàng, nhưng nó có một nhược diểm rất lớn là làm việc không lâu bền bằng phương pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC...Còn cửa dùng phần mềm diều khiển bằng lôgô lại có ưu đIểm là là việc rất ổn định nhẹ êm,trơn nhưng có nhược đIểm là giá cả đắt,nếu hỏng hóc rất khó sửa chữa.Do đó hiện nay tuỳ theo nhu cầu sử dụng và vốn đầu tư khác nhau, mà việc ứng dụng loại cửa nào cho phù hợp. Ngoài ra qua việc quan sát vừa qua em thấy việc lắp đặt cửa tự động thường được sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn,không gian rộng và thường có các loại cửa khác đi kèm như cửa đẩy hay cửa cuốn để tạo thêm mỹ quan.Các cảm biến dùng trong các loại cửa tự động có ở Hà Nội hiện nay đều là cảm biến hồng ngoại. Phần 2: Tổng quan về plc Chương I các vấn đề chính về PLC I - sự phát triển của tự động hoá(TĐH) và PLc nói chung 1- sự phát triển của TĐH Cùng với công nghê thông tin thì TĐH là một ngành khoa học phát triển cực kỳ mạnh mẽ trong thời gian gần đây. TĐH có mặt ở khắp mọi nơi mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Trong các nhà máy, xí nghiệp,xưởng sản xuất đó là các dây truyền sản xuất tự động.Hay trong các cơ quan, công sở,văn phòng như là thang máy ,cửa tự động.Thậm chí cả ở sân bay, nhà ga, siêu thị là các cửa tự động các máy bán hàng tự động, các máy soát hàng tự động ... Những thành tựu mà nó đem lại cho nhân loại là không thể kể siết. Tầm quan trọng của nó không chỉ đối với những nước đang phát triển đang trong quá trình công nghiệp hoá như nước ta, mà còn đối với cả nhưng nước tư bản phát triển hàng đầu thế giới như Mỹ, Nhật, Đức ... Vì vậy việc nghiên cứu các ứng dụng của TĐH áp dụng trong quá trình phát triển của x• hội là điều tất yếu và cần thiết đối với sinh viên ngành TĐH. Việc học hỏi tìm tòi và sáng tạo những ứng dụng của TĐH sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển nền công nghiệp nước nhà nói riêng và sự đi lên của x• hội nói chung. Một x• hội phát triển và văn minh là một x• hội gắn liền với TĐH. 2-sự phát triển của PLC Trong rất nhiều ứng dụng của TĐH, chúng ta không thể không kể nói đến công nghệ PLC, là một công nghệ lập trình tối ưu dùng để điều khiển các chương trình hoạt động tự động. Công nghệ PLC kết hợp với máy vi tính là nền móng vững chắc cho ngành TĐH phát triển. Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả của nền sản xuất nói chung là chìa khoá của thành công. Hiệu quả của nền sản xuất bao trùm những lĩnh vực rất rộng như: a) Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của thiết bị và của dây truyền phải nhanh. b) Giá nhân công và vật liệu làm ra sản phẩm phải hạ. c) Chất lượng cao và ít phế phẩm. d) Thời gian chết của máy móc là tối thiểu. e) Máy sản xuất có giá trị rẻ. Các bộ điều khiển chương trình đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trên và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại hàng hoá khác nhau, trong việc nâng cao chất lượng cũng như để đạt năng suất cao hơn và nhằm cực tiểu hoá vốn đầu tư cho thiết bị và xí nghiệp. Các hệ thống sản xuất linh hoạt(FMS) đáp ứng được các nhu cầu này. Hệ thống bao gồm các thiết bị như các máy điều khiển số, rôbôt công nghiệp, dây truyền tự đông và máy tính hoá công việc điều khiển sản xuất. Bạn sẽ tìm thấy nhiều ứng dụng của các bộ điều khiển chương trình trong thiết bị sản xuất tự động. Trước khi có các bộ điều khiển chương trình trong sản xuất đ• có nhiều phần tử điều khiển, kể cả các trục cam, các bộ không chế hình trống. Khi xuất hiện rơle điện tử thì panel rơle trở thành chủ đạo trong điều khiển . Khi Transistors xuất hiện nó được áp dụng ngay ở những chỗ mà rơle điện tử không đáp ứng được những yêu cầu điều khiển cao. Ngày nay, lĩnh vực điều khiển được mở rộng đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thóng điều khiển tổng thể với các mạch vòng kín, đến các hệ thống sử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung hoá. Hệ thống điều khiển logic thông thường không thể thực hiên điều khiển tổng thể được, và các bộ điều khiển chương trình hoá hoặc điều khiển bằng máy vi tính đ• trở nên cần thiết. Bảng sau đây chỉ ra sự so sánh giữa hệ điều khiển lôgic cổ điển và điều khiển chương trình hoá: Wired logic Programable controller Phần tử điều khiển Mục đích đặc biệt Mục đích chung Phạm vi thay đổi Nhỏ và trung bình Trung bình và lớn Thay đổi hoặc thêm Khó Dễ Thời gian giao hàng Vài ngày Hầu như ngay lập tức Bảo trì bảo dưỡng Khó Dễ độ tin cậy Phụ thuộc vào thiết kế và chế tạo Cao Hiệu quả kinh tế ưu điểm ở vùng công suất nhỏ ưu điểm ở vùng hoạt động công suất nhỏ , trung bình và lớn.