›
›

Đồ án Thiết kế lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s7-200

pdf 80 trang huongle 2130
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s7-200", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_lap_trinh_nha_giu_xe_tu_dong_su_dung_plc_s7_2.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng plc s7-200

  1. BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ LẬP TRÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÕNG-2015
  2. BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ LẬP TRÌNH NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Vũ Bảo Long Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Trọng Thắng HẢI PHÕNG-2015
  3. CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHƯC o0o BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Vũ Bảo Long – mã SV: 1112102011 Lớp : ĐC1401- Ngành Điện Tự Động Cơng Nghiệp. Tên đề tài: Thiết kế, lập trình nhà giữ xe tự động sử dụng PLC S7-200
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp:
  5. CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ 1. Họ và tên : Nguyễn Trọng Thắng Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan cơng tác : Trường Đại học dân lập Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn bộ đồ án Người hướng dẫn thứ 2. Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan cơng tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2015. Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày tháng năm 2015. Đã nhận nhiệm vụ ĐT.T.N. Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán bộ hướng dẫn ĐT.T.N Vũ Bảo Long T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phịng, ngày tháng năm 2015 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ
  6. PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. 2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ ) 3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng năm 2015 Cán bộ hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên)
  7. NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng .năm 2015 Người chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)
  8. MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU 11 CHƢƠNG 1: 11 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 12 1.1. TÌNH HÌNH GIAO THƠNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA 12 1.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM 12 1.3. CÁC GIẢI PHÁP 13 1.4. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ơ TƠ TỰ ĐỘNG 15 1.4.1. Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động 15 1.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ơtơ tự động 15 1.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ơtơ tự động 17 1.4.3.1. Kết cấu của hệ thống giữ xe 17 1.4.3.2. Thiết bị nâng – chuyển xe 17 1.4.3.3. Block giữ xe – Ơ lƣu giữ xe 18 1.4.3.4. Hệ thống điều khiển 18 1.4.3.5. Hệ thống giao tiếp với ngƣời dùng 19 1.4.4. Các thơng số cơ bản của hệ thống 19 1.4.4.1. Sức chứa lớn nhất 19 1.4.4.2. Hệ số sử dụng diện tích 19 1.4.4.3. Thời gian nhập hoặc lấy xe 19 1.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ơtơ tự động 20 1.5. CÁC HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 21 1.5.1. Hệ thống giữ xe loại thang nâng 21 1.5.2. Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển 22 1.5.3. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển 22 1.5.4. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng ngang 24 1.5.5. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng tầng 25 1.5.6. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng trục đứng 26 1.5.7. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình 26 8
  9. 1.6. VẬN HÀNH GARA Ơ TƠ TỰ ĐỘNG 27 1.6.1. Cơ chế vận hành 27 1.6.2. Ƣu điểm 28 1.6.3. Nhƣợc điểm 28 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 200 29 I. GIỚI THIỆU 29 1. Khái Niệm Về Plc: 29 2. Đặc Điểm Chung Plc S7-200: 31 3. Cấu hình phần cứng 34 4. Nguyên tắc làm việc của CPU 40 5. Phân loại PLC 41 6. Cấu Trúc Cơ Bản Của Một Plc S7-200 42 7. Giới Thiệu Các Phương Pháp Lập Trình Của S7_200: 43 2.7. PHẦN MỀM MƠ PHỎNG TRONG PLC S7 – 200. 45 II. CẤU TRÚC BỘ NHỚ CỦA PLC S7-200 47 1. Phân chia bộ nhớ: 47 2. Vùng dữ liệu: 47 3. Vùng đối tượng: 48 4. Qui ước địa chỉ trong PLC S7-200: 48 III. TẬP LỆNH CỦA PLC S7-200 49 1. Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản: 49 2. Nhóm các lệnh so sánh 51 3. Nhóm các lệnh di chuyển dữ liệu: 53 4. Nhóm các lệnh số học 54 5. Nhóm lệnh điều khiển Timer : 58 6. Nhóm lệnh điều khiển Counter: 59 9
  10. 7. Các hàm chuyển đổi: 61 8. Lệnh làm tròn: ROUND 62 9. Lệnh đọc thời gian thực Read_RTC: 62 10. Các lệnh về ngắt: 63 11. Lệnh Xuất xung tốc độ cao: 63 12. Các lệnh về dịch Bit: 66 13. Các lệnh về xử lí chuỗi: 66 14. Một số ô nhớ đặc biệt sử dụng trong S7_200: 67 CHƢƠNG 3: LẬP TRÌNH THIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN 69 3.1. YÊU CẦU CƠNG NGHỆ CỦA NHÀ GIỮ XE 69 3.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT 69 3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ 69 3.3.1. Cảm biến quang 69 3.3.2. Đèn báo 70 3.3.3. Bộ nguồn 70 3.4. LẬP TRÌNH CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT XE CỦA NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 71 3.4.1. Các bƣớc lập trình 71 3.4.2. Sõ ðồ thuật tốn 72 3.4.3. Mặt bằng thiết kế 74 3.4.4. Sơ đồ nguyên lý đấu dây qua PLC 74 3.4.5. Gán các địa chỉ vào ra 75 3.4.5.1. Các tín hiệu đầu vào 75 3.4.5.2. Các tín hiệu đầu ra 76 3.4.6. Chƣơng trình PLC 76 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 10
  11. LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ chế tạo thiết bị tự động hĩa, kết hợp với những thành tựu trong cơng nghệ vi điện tử và cơng nghệ thơng tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hố hồn tồn trong mọi lĩnh vực. Cĩ thể nĩi tự động hố đã trở thành xu hướng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ nào. Xuất phát từ thực trạng giao thơng ở các thành phố lớn ở nước ta (như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương tiện giao thơng (đặc biệt là ơtơ), một nhu cầu về bãi đậu đỗ cho các phương tiện giao thơng là yêu cầu cấp bách. Một mặt, giảm tắt nghẽn giao thơng, nĩ cịn đem lại mặt thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện đại. Với lý do đĩ, em đã khảo sát thiết kế một mơ hình bãi đậu xe tự động. Qua một thời gian hơn 3 tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài “Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” nhờ được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Trọng Thắng và các thầy cơ trong Bộ mơn em đã hồn thành đề tài. Đề tài của em gồm các nội dung Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhà giữ xe tuuj động Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-200 Chương 3: Lập Trình thiết kế nhà giữ xe tự động sử dụng kỹ thuật PLC để điều Khiển 11
  12. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 1.1. TÌNH HÌNH GIAO THƠNG CÁC THÀNH PHỐ LỚN Ở NƢỚC TA Việt Nam đang trên đà hội nhập và phát triển, tiến lên thành một nước cĩ nền cơng nghiệp phát triển cao, cơng nghệ hiện đại, đời sống vật chất của con người ngày càng được nâng cao. Và sự tất yếu kéo theo là sự phát triển ngày càng tăng của các phương tiện cá nhân trong đĩ cĩ cả xe máy và ơ tơ. Trong tương lai khơng xa ở Việt Nam ơ tơ khơng cịn là hàng hĩa xa xỉ. Trong khi cơ sở hạ tầng lại khơng bắt kịp với sự phát triển của phương tiện. Sự mất cần bằng này dẫn đến sự mất mỹ quan đơ thị là do thiếu các nhà giữ xe , nên bắt buộc họ phải lấn chiếm lịng lề đường, tình trạng kẹt xe và tai nạn giao thơng xảy ra liên tục. Cĩ thể nĩi quỹ đất cho giao thơng tĩnh là quá ít.Hiện nay, vấn đề thiếu chỗ đỗ xe tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã trở nên trầm trọng.Với tốc độ tăng số lượng ơ tơ đăng ký tại 2 thành phố này là 15% mỗi năm, và tình trạng hết quỹ đất đơ thị để phát triển nhà giữ xe thì đến những năm sau, nguy cơ khơng cịn chỗ đỗ xe là điều chắc chắn. Việc các nhà quản lý đơ thị giải quyết cho đễ xe trên lịng đường chỉ là biện pháp tình thế tạm thời, vì ngay cả quỹ đường cho giao thơng động cũng đang bị thu hẹp dần do tốc độ phát triển số lượng xe ơ tơ, do đĩ nếu tiếp tục sử dụng lịng đường để đỗ xe ơ tơ sẽ gây ra nguy cơ ùn tắc giao thơng, dẫn đến các hậu quả tiêu cực về kinh tế và xã hội. 1.2. THỰC TRẠNG KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CỦA CÁC NHÀ GIỮ XE Ở VIỆT NAM Theo số liệu thống kê của Cơng ty khai thác điển đỗ xe Hà Nội, hiện trên địa bàn Hà Nội cĩ 129 điểm đỗ xe cơng cộng do cơng ty quản lý, với tổng diện tích 22,94 ha, cơng suất đỗ 5863 xe ơ tơ trong đĩ cĩ 123 điểm đỗ xe trên hè phố, diện tích khoảng 70.430 m2, 6 điểm đỗ xe trong khuơn viên với tổng diện tích 158,984 m2. Với tổng diện tích nĩi trên, các bến, điểm đỗ xe chỉ mới đạt 0,45% quỹ đất xây dựng đơ thị dành cho giao thơng tĩnh và chỉ đáp ứng được 15-20% nhu cầu đỗ xe của thủ đơ. 12
  13. Mà theo quy hoạch phát triển đơ thị của Hà Nội đến năm 2010 đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt, quỹ đất xây dựng đơ thị dành cho giao thơng tĩnh phải đạt từ 3% - 5%, tức là phải cĩ từ 500 - 750 ha đất để xây dựng nhà giữ xe cơng cộng. Tuy nhiên, việc đáp ứng yêu cầu đất này ngày càng tỏ ra khơng khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh, và nhu cầu đất cho các mục đích cấp bách khác cũng đang thiếu trầm trọng. Tại TP. Hồ Chí Minh, hiện nay diện tích mặt đường cho mỗi đầu xe ở trạng thái tĩnh chỉ cịn 1 m2 / 1 xe (so với 5 m2/ xe vào năm 1976). Chỉ tính riêng khu vực Quận 1, theo khảo sát của Cơng an Tp. HCM, số ơ tơ 4 chỗ thường xuyên cĩ nhu cầu dừng đỗ trong khu vực Quận 1 là 6.700 xe / ngày đêm, trong khi đĩ hiện nay Quận 1 chỉ cĩ 6 nhà giữ xe với 432 chỗ và các khách sạn, cao ốc cĩ nhà giữ xe riêng phục vụ khách khoảng 2.460 chỗ. Như vậy hiện nay hàng ngày tại Quận 1 cĩ 2.028 xe phải chạy lịng vịng hoặc đỗ sai chỗ gây ách tắc giao thơng. Hiện nay, để giải quyết vấn đề giống như các đơ thị Việt Nam đang phải đối mặt này, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động, và đã trở thành phổ biến, khơng chỉ ở các nước châu Á đất chật người đơng như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Malaysia, Trung Quốc, mà cịn ở những nước châu Âu và Mỹ. Tại các nước này đều cĩ các cơng ty chuyên kinh doanh nhà giữ xe ơ tơ nhiều loại, trong đĩ hệ thống nhà giữ xe nhiều tầng tự động được sử dụng rất phổ biến. Các cơng ty sản xuất hệ thống nhà gủi xe tự động là các nhà chế tạo, khơng trực tiếp kinh doanh nhà giữ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các nhà đầu tư. Các cơng ty sản xuất hệ thống nhà giữ xe tại các nước này đều là các cơng ty cơ khí cĩ kinh nghiệm về thiết bị nâng. Ngồi ra, cịn các hệ thống các cơng ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như: hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, cửa trả tiền tự động, hệ thống máy tính điều khiển tự động. 1.3. CÁC GIẢI PHÁP Hệ thống nhà giữ xe tự động: Câu trả lời cho những nan giải trên. Cho đến nay tại Việt nam chưa cĩ nhà giữ ơ tơ nào dùng hệ thống đỗ xe 13
  14. nhiều tầng tự động. Tuy nhiên xu hướng Việt Nam sẽ sử dụng loại này là tất yếu do mật độ xe gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển mặt bằng giao thơng, dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải cĩ kế hoạch xây dựng các nhà giữ xe để tránh tình trạng ùn tắc giao thơng do sử dụng mặt đường làm bãi đỗ xe. Để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thơng tại trung tâm thành phố và lập lại trật tự đơ thị sở giao thơng cơng chính Tp. Hồ Chí Minh đưa ra chương trình “ Chống ùn tắc xe đơ thị và phát triển cơ sở hạ tầng giao thơng thành phố”. Trước tình hình này, theo sơ giao thơng cơng chính, thành phố đang kêu gọi đầu tư xây dựng các nhà giữ xe, sở Quy hoạch kiến trúc được giao nhiệm vụ tìm kiếm quỹ đất triển khai các dự án đầu tư Thành phố cũng cĩ chủ trương dành quỹ đất của các cơng ty, xí nghiệp gây ơ nhiễm ở nội thành để quy hoạch xây dựng nhà giữ xe. Mặt khác để tiết kiệm diện tích mặt bằng thì chúng ta nên: Xây dựng các nhà giữ xe cao tầng nhằm tăng khả năng lưu giữ xe trên cùng một diện tích. Xây dựng các nhà giữ xe trong lịng đất nhằm tiết ki tối đa diện tích mặt bằng phía trên. Thơng thường bên cạnh các tịa cao ốc luơn tồn tại những khoảng đất trống cĩ thể chứa 3 - 4 xe. Cũng với diện tích đĩ chúng ta xây dựng nhà giữ xe tự động sẽ cĩ sức chứa lên tới 60 xe. Đây là điều mơ ước nhưng với cơng nghệ hiện nay hồn tồn thực hiện được với giải pháp nhà giữ xe tự động. Nhưng xây dựng các nhà giữ xe trong nội thành là vấn đề nan giải vì quỹ đất khơng cĩ nhiều, chỉ cịn cách tận dụng khoảng khơng gian dưới mặt đất và trên cao. Nhưng mục tiêu đặt ra là khi xây dựng các nhà giữ xe này thì hệ số sử dụng diện tích phải là cao nhất. Điều này chỉ cĩ thể cĩ ở các nhà giữ xe tự động (Automatic Car Parking), vì tồn bộ khơng gian của nhà giữ xe là sử dụng để chứa xe, và hồn tồn khơng cĩ diện tích dành cho đường xe chạy. Hiện nay hệ thống nhà giữ xe tự động đã và đang được sử dụng rất nhiều nước trên thế giới. Và đặc biệt phát triển mạnh ở Hàn Quốc và Nhật Bản. 14
  15. 1.4. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIỮ Ơ TƠ TỰ ĐỘNG 1.4.1. Khái niệm về hệ thống nhà giữ xe tự động hê thống nhà giữ xe ơtơ tự động là hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu kho tự động mà hàng hĩa là ơtơ và cĩ độ chính xác nhất định. Trong hệ thơng này xe được lưu giữ ở các ơ ( Block parkings ) dưới mặt đất hoặc trên cao. Để thực hiện việc lưu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển. Đây là thiết bị cĩ thể cĩ chuyển động theo các phương sau: phương ngang, phương đứng, phương chuyển động xoay với độ chính xác và an tồn cao. Hoạt động của các máy nâng chuyển được điều khiển bởi máy tính. Máy tính quản lý tồn bộ hoạt động của hệ thống như: số lượng xe hiện đang giữ, số chỗ trống cịn lại, trạng thái tại các ơ lưu trữ, 1.4.2. Sự hình thành và phát triển hệ thống giữ ơtơ tự động Sự ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất giúp các hãng xe ngày càng giảm chi phí sản xuất, cùng với sự phát triển về nghành cơng nghiệp ơtơ ở các nước đang phát triển như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, đã làm cho ngành cơng nghiệp ơtơ ngày càng phát triển về số lượng cũng như chất lượng. Vì thế dự đốn ơtơ sẽ là phương tiện di chuyển cá nhân trong những thập kỷ tới.Vấn đề nan giải là cơ sở hạ tầng: Đường , thiết kế hạ tầng mới nghĩ đến việc tận dụng chiều cao, chiều sâu của khơng gian nhằm làm tăng lên diện tích sử dụng. Ban đầu người ta xây dựng các nhà cao tầng hoặc các bãi xe ngầm dưới mặt đất, hệ thống này thì người lái xe phải tự mình lái xe vào vị trí giữ bằng các đường xoắn ốc vì thế khĩ quản lý với số lựợng xe lớn. Hoặc tốn rất nhiều nhân lực và tốn diện tích dùng làm các làn đường cho xe chạy. Vào đầu thập niên 90, hệ thống giữ xe ơtơ tự động ra đời. Các thiết bị cơ khí, điện tử được sử dụng để thay thế người lái xe vào bãi nhờ việc áp dụng nguyên lý thiết bị nâng chuyển cùng với ngành điều khiển tự động, tự động hĩa 15
  16. sản xuất và điện tử. Đến giữa thập kỷ 90 rất nhiều cơng ty được thành lập và đã xây đựng nhiều nhà giữ xe cĩ quy mơ lớn. Nhà giữ xe ơtơ nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đưa lên tầng cao, sau đĩ lái xe ra tầng đỗ là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ, sau đĩ lan truyền sang châu Âu. Ngay tại Thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn cịn dấu tích của thang nâng xe này lại bãi đỗ xe bên hơng khách sạn Kim Đơ. Sau đĩ, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại Châu Âu (Đức và Ý), với hệ thống này thang nâng kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhưng vẫn cần người lái xe đưa xe vào hệ thống . Loại hình này được ứng dụng tại Nhật Bản từ khoảng năm 1975. Kể từ năm 1982, hệ thống tự động hồn tồn khơng cần người lái tiếp tục được phát minh tại châu Âu (đầu tiên tại Đức). Do tính chất đất chật người đơng, các cơng ty Nhật Bản nhanh chĩng phát triển cơng nghệ này tại Nhật bản và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 nước cĩ số lượng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới, khách du lịch cĩ thể dễ dàng tìm thấy nhà giữ xe tự động tại bất kì khu phố nào tại Tokyo và Seoul. Bãi đỗ xe tự lái thơng thường cĩ nhiều bất tiện như: để bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe khơng lắp camera an ninh, người lái xe khơng cĩ kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đưa xe vào vị trí xe chật hẹp ( đơi khi gây ra ùn tắc cục bộ ), và hầu như rất khĩ kiểm sốt khí thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe. Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, người lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe. Và điều mà phần lớn nhà đầu tư quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện tích của cơng trình (bình quân 25m2 cho 1 vị trí đỗ xe bao gồm diện tích đường di chuyển). Hịện nay hệ thống giữ ơtơ tự động đã cĩ mặt nhiều nước trên thế giới đặc biệt là tại các nước phát triển như: Mỹ, Đức, Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan. Điều đĩ cho thấy nhu cầu về bãi giữ xe tự động là khá cao nhất là đối với những thành phố cĩ mật độ dân số đơng và số lượng ơtơ nhiều. 16
  17. 1.4.3. Cấu tạo chung của hệ thống giữ ơtơ tự động 1.4.3.1. Kết cấu của hệ thống giữ xe Cấu trúc chung của hệ thống nhà giữ xe ơtơ tự động thường thấy đĩ là cĩ cấu tạo nhiều tầng. Mỗi tầng cĩ nhiệm vụ chịu tải trọng tồn bộ xe được giữ trên tầng đĩ. Do đĩ, các tầng phải đủ độ cứng cũng như độ bền để chúng khơng bị biến dạng đáng kể. Chính vì vậy, các tầng thường được xây dựng theo hai cách sau: Cấu tạo bằng bê tơng: được tạo ra bằng phương pháp đúc bê tơng các cột đỡ và sàn tầng giống như xây dựng các tịa nhà để ở thường thấy. Các tầng tạo ra bằng phương pháp này cĩ cấu tạo chắc chắn, chịu được tải trọng lớn đồng thời cĩ tuổi thọ cao. Tuy nhiên phương pháp này mất rất nhiều chi phí. Cấu tạo bằng kết cấu thép: được tạo ra nhờ sự liên kết các dầm thép theo phương ngang và phương đứng. Các dầm thép được liên kết với nhau bằng liên kết bulơng hoặc được hàn chặt với nhau. Các dầm thép thường là thép định hình C, I, V, cĩ thể tìm thấy trên thị trường. Khối lượng cũng như chí phí đầu tư tạo ra các tầng thấp hơn phương pháp xây dựng bằng bê tơng. Bên cạnh đĩ việc xây dựng theo phương pháp này đơn giản hơn cho nên chi phí xây dựng thấp. Tuy vậy các tầng dạng này cĩ độ bền và tuổi thọ thấp hơn dạng cĩ cấu tạo bằng bê tơng. 1.4.3.2. Thiết bị nâng – chuyển xe Được dùng để thực hiện việc nâng chuyển ơtơ từ trạm đầu đến vị trí lưu giữ, cũng như lấy xe ra khỏi vị trí lưu giữ và chuyển đến trạm đầu ra. Để thực hiện các nhiệm vụ này, thiết bị nâng chuyển cĩ khả năng chuyển động theo phương ngang và phương đứng. Do đĩ một hệ thống giữ xe tự động thường phải cĩ ba hệ thống truyền động sau: - Thiết bị di chuyển theo phương ngang: cĩ thể dùng cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, thanh răng – bánh răng, Trong đĩ cầu di chuyển và xích được sử dụng nhiều nhất. - Thiết bị nâng theo phương đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, Trong đĩ thang nâng được sử dụng phổ biến nhất. 17
  18. - Thiết bị chuyển xe ơ tơ từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc thiết bị nâng chuyển vào ơ lưu trữ và ngược lại: dùng xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con, rơbơt tự hành, - Thiết bị xoay: dùng để xoay ơtơ theo hướng cĩ lợi nhất trong khi xe ơtơ di chuyển ra hoặc vào hệ thống, thường dùng trong trường hợp hệ thống chỉ cĩ một lối đi chung cho việc gửi xe và lấy xe nên việc xoay đầu xe theo hướng di chuyển thuận tiện cho khách hàng. Tùy theo quy mơ, diện tích đất mà ta cĩ thể xây dựng hệ thống kết hợp lại các dạng truyền động trên tạo thành một hệ thống hồn chỉnh. 1.4.3.3. Block giữ xe – Ơ lƣu giữ xe Là nơi chứa xe cuối cùng trong hệ thống, kết cấu và kích thước được làm sao cho giữ được các loại xe cĩ cùng kích thước, kết cấu sao cho thuận tiện cho thiết bị chuyển xe ơtơ từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ơ lưu trữ và ngược lại dễ dàng. 1.4.3.4. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển là bộ não của hệ thống giữ ơtơ tự động, nĩ xác định vị trí cho thiết bị nâng chuyển xe đến vị trí chính xác. Vị trí của mỗi xe ơtơ trong hệ thống đều được xác định để điều khiển thiết bị chuyển dời xe đến gian lưu giữ riêng biệt. Mỗi ơ này được xác định theo tầng, gian, bên trái hay bên phải lối đi giữa hai dãy. Vị trí mỗi ơ được gán cho một mã số và được quản lý nhờ máy tính. Máy tính theo dõi trạng thái của mỗi ơ xe ( cĩ xe hoặc khơng cĩ xe ). Mỗi khi quá trình lưu xe hoặc lấy xe hồn thành, máy tính sẽ cập nhật trạng thái hiện tại của từng gian để xác định vị trí cĩ xe đang để vào vị trí trống. Phương pháp định vị trí cĩ thể thực hiện nhờ đếm số gian và tầng theo hướng di chuyển. Ngồi ra cĩ một phương pháp khác, đĩ là cung cấp cho mỗi ơ một mã nhị phân xác định vị trí và được gắn vào ơ đĩ. Thiết bị quét quang học sẽ giúp ta xác định vị trí ơ cần tìm. Để thực hiện xác định vị trí và dẫn thiết bị trung chuyển xe đến nơi yêu cầu, điều khiển nhờ máy tính và bộ điều khiển PLC được sử dụng trong hệ thống. Máy tính đảm trách cơng việc quản lý các hoạt động của hệ thống, cụ thể 18
  19. là quản lý thơng tin và hệ thống ghi nhớ dữ liệu. Trong khi đĩ PLC thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị trong hệ thống như thiết bị trung chuyển và cửa ra vào. 1.4.3.5. Hệ thống giao tiếp với ngƣời dùng Hệ thống này cĩ chức năng giao tiếp giữa người dùng và hệ thống thơng thường cĩ các dạng sau: Dạng tổ hợp phím và đèn LED. Dạng màn hình cảm ứng. 1.4.4. Các thơng số cơ bản của hệ thống 1.4.4.1. Sức chứa lớn nhất Sức chứa lớn nhất là số lượng xe tối đa mà hệ thống cĩ thể chứa được. Thơng số trên thể hiện quy mơ của hệ thống giữ ơtơ tự động. Theo số lượng xe, hệ thống giữ ơtơ tự động chia thành các loại sau: - Loại quy mơ gia đình: Sức chứa từ 1 đến 6 xe. - Loại quy mơ cơng cộng: + Loại quy mơ nhỏ: Chứa từ 20 đến 50 xe. + Loại quy mơ vừa: Chứa từ 50 đến 100 xe. + Loại quy mơ lớn: Lớn hơn 100 xe. 1.4.4.2. Hệ số sử dụng diện tích Hệ số sử dụng diện tích là tỷ số giữa diện tích mặt đất và số lượng xe giữ tối đa. Thơng số này phụ thuộc vào hệ thống sử dụng cũng như chiều cao cơng trình. Nĩ cho ta biết mức độ sử dụng đất, từ đĩ chúng ta phải thiết kế mơ hình và lựa chọn hệ thống sao cho hệ số này là tối ưu nhất. 1.4.4.3. Thời gian nhập hoặc lấy xe Đây là một thơng số quan trọng thể hiện mức độ hiệu quả của hệ thống. Nĩ phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố sau: - Tốc độ di chuyển của các thiết bị nâng chuyển: Bao gồm tốc độ nâng, tốc độ di chuyển ngang và tốc độ di chuyển xe từ khung nâng vào các ơ lưu trữ. Các thơng số tốc độ được chọn theo các tiêu chuẩn quy định đối với các máy nâng chuyển. - Hành trình di chuyển của các thiết bị nâng - chuyển: Là thơng số rất 19
  20. quan trọng. Nĩ phải là con đường ngắn nhất cĩ thể. Do đĩ, thơng số này được chọn theo phương án tối ưu nhất, hoặc phụ thuộc vào sự bố trí các hệ thống nâng – chuyển sao cho tối ưu nhất. 1.4.5. Lợi ích của hệ thống giữ ơtơ tự động + Tiết kiệm diện tích: Hệ thống tận dụng tồn bộ thể tích khơng gian nhờ vào khai thác chiều cao của khơng gian. Bằng việc lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất, số lượng xe mà một trạm giữ xe tự động cĩ thể chứa gấp hàng chục lần so với một bãi giữ ơtơ thơng thường. Ví dụ như với diện tích trên mặt đất cĩ thể chứa tối đa là 8 xe. Nhưng khi xây dựng nhà giữ xe tự động trên diện tích này chúng ta cĩ thể chứa khoản 100 chiếc xe ơtơ. + Tiết kiệm thời gian: Thay vì khách hàng phải tự tìm chổ để xe trong các bãi xe thơng thường và rất khĩ khăn nhất tại giờ cao điểm, với nhà giữ xe tự động thì khách hàng chỉ cần đưa ơtơ vào trạm đầu và nhập liệu là cĩ thể an tâm ra khỏi xe và đi làm việc khác. Mà khơng cần quan tâm vị trí để xe. Cơng việc này do hệ thống đảm nhận. Như vậy thời gian được tiết kiệm cho khách hàng. + Tối ưu việc sử dụng năng lượng: Đầu tiên chúng ta khơng phải tốn nhiên liệu cho việc di chuyển xe , tìm chỗ trong bãi. Và năng luợng hoạt động cho hệ thống được quản lý bằng máy tính, máy tính cĩ thể tối ưu hĩa năng lượng sử dụng. + Khơng ơ nhiễm mơi trường: Do hệ thống hoạt động hồn tồn nhờ vào điện năng nên khơng cĩ khí thải trong quá trình vận hành hệ thống. Và hạn chế tối đa ơ nhiễm tiếng ồn. Vì tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện. + Khơng gây hư hai cho phương tiện: Khơng gây va quẹt giữa các xe với nhau và hệ thống cũng hồn tồn khơng gây hư hại cho xe gửi vì hệ thống hồn tồn tự động. + Chi phí hoạt động thấp: Do khơng cĩ các nhân viên trơng xe, bán vé, Tồn hệ thống chỉ cần vài người giám sát hoạt động, điều khiển. Chì cần vài người điều khiển vì tồn bộ hệ thống được quản lý bằng màn hình máy tính theo dõi từ xa. + Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc 20
  21. lập với nhau về mặt cơ khí. + Khả năng linh hoạt cao: Tùy vào diện tích đất, mà chúng ta bố trí hệ thống theo diện tích đất cĩ sẵn. Và tùy vào nhu cầu mà quy mơ hệ thống cĩ thể thay đổi cho phù hợp. + Tính an tồn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hồn tồn khĩ cĩ thể xảy ra. Nhờ các thiết bị cảm biến và giám sát bằng camera. 1.5. CÁC HỆ THỐNG NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 1.5.1. Hệ thống giữ xe loại thang nâng Hình 1.1: Hệ thống nhà giữ xe loại thang nâng Loại hệ thống nhà giữ xe ơ tơ dạng thang nâng là loại hệ thống rất thuận tiện, an tồn, kinh tế. Với loại này sẽ tăng tối đa diện tích sử dụng, 60 xe cĩ thể đỗ trên diện tích đất dành cho 3 xe (khoảng 48 m2), tốc độ xe ra vào nhanh 21
  22. (60m/phút). Hệ thống tương thích PC lập trình điều khiển tồn bộ vận hành của hệ thống nên các vấn đề xảy ra (nếu cĩ) sẽ cĩ thể được phát hiện và giải quyết tức thời. Do tương thích PC nên hệ thống liên tục cập nhật các thơng tin về tình trạng hoạt động của hệ thống và thu thập dữ liệu về xe vào, ra, cước phí trên cơ sở từng giờ, từng ngày, từng tuần, Hệ thống cĩ thể được thiết kế với các kích thước khác nhau phù hợp với kích thước cho phép bên trong tồ nhà. Rung động, tiếng ồn và lượng điện tiêu thụ được giảm thiểu nhờ thiết bị biến tần. 1.5.2. Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển Hình 1.2: Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển Hệ thống đỗ xe dạng tầng di chuyển của KOSTEC là hệ thống thiết kế theo cơng nghệ cao mang tính nghệ thuật, kết hợp sự vận hành đồng bộ của thang nâng, hệ thống bàn nâng di chuyển. Hệ thống này cho phép tận dụng tối ưu diện tích với số xe đỗ tối đa, thời gian xe ra vào nhanh chĩng. Một số đặc điểm chính: - Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe cĩ thể đỗ trên diện tích đất 18 xe - Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra cĩ thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời của các hệ thống thang nâng, bàn nâng di chuyển. - Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới lịng đất. Thiết bị điều khiển xe ra/vào hồn tồn tự động, hoạt động theo từng phần của hệ thống, tiết kiệm năng lượng. 1.5.3. Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển 22
  23. Hình 1.3: Hệ thống đỗ xe loại thang nâng di chuyển Đây là loại thiết kế hữa hiệu sử dụng nguyên lý cần trục xếp dỡ, cùng lúc vận hành chiều lên xuống và chiều ngang để đưa xe vào vị trí đỗ. Thời gian lấy xe ra vào nhanh, cĩ thể tận dụng diện tích ngầm dưới lịng đất của tồ nhà. Loại hệ thống này thích hợp cho diện tích đỗ xe cỡ trung và lớn. Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm: - Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe cĩ thể đỗ trên diện tích đất dành cho 18 xe, nhờ sử dụng thang xếp xe nhỏ. - Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra cĩ thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành lên xuống/qua lại đồng thời của hệ thống thang xếp. - Vận hành điều khiển rất đơn giản cho mọi người Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới lịng đất .- Loại thiết bị rất kinh tế so với các thiết bị khác, do thiết kế đơn giản và dễ lắp đặt. 23
  24. 1.5.4. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng ngang Hình 1.4: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng ngang Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng ngang là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích cĩ hình vuơng, hình chữ nhật cĩ nhiều tầng, nhiều hàng ngầm dưới mặt đất. Xe được đưa vào và lấy ra khỏi hệ thống bằng thiết bị nâng di chuyển theo hai trục đứng và ngang theo một trật tự lập trình trước. Các đặc điểm chính của hệ thống gồm: - Thời gian đưa xe vào / lấy xe ra cĩ thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời theo trục đứng và ngang của hệ thống thang nâng. - Tăng diện tích sử dụng nhờ thiết kế lắp đặt dạng nhiều hàng và nhiều tầng. - Việc điều hành hệ thống rất thuận lợi nhờ hệ thống tương thích vi tính điều khiển trung tâm. 24
  25. 1.5.5. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng tầng Hình 1.5: Hệ thống đỗ xe loại xoay vịng tầng Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng tầng của KOSTEC là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ hẹp ngầm dưới mặt đất, cĩ thể lắp đợc 2, 3 hoặc 4 tầng trở lên. Hệ thống xoay vịng tầng là loại giải pháp kỹ thuật trong đĩ thang nâng chính và phụ vận hành đồng bộ và tuần tự đưa các xe vào hoặc ra theo chiều ngang. Mỗi xe được đặt trên một bàn nâng chuyển để tăng hiệu quả xếp xe khi ra, vào và di chuyển trong hệ thống. Đặc điểm chính: - Tất cả các khoảng trống cĩ thể được tận dụng để đỗ xe, khơng tốn diện tích thừa để xe di chuyển vào chỗ đỗ. - Điểm xe vào cĩ thể thiết kế phù hợp nhất với thiết kế của tồ nhà: xe cĩ thể vào từ trên, từ dưới, từ trái, từ phải hoặc từ giữa. 25
  26. Tùy thuộc vào chiều sâu của tầng ngầm cho phép, cĩ thể lắp đặt. 1.5.6. Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng trục đứng Hình 1.6: Hệ thống đỗ xe dạng xoay vịng trục đứng Là hệ thống mang lại hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đĩ xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), các pallet này di chuyển xoay vịng 3600 quanh trục cố định, cĩ thể đảo chiều xoay. Hệ thống được lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho cĩ thể lấy xe ra nhanh nhất. Hệ thống cĩ đặc điểm chính: - Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, cĩ thể lắp nhiều hệ thống liên tiếp nhau. - Điểm xe vào từ dưới mặt đất - Cĩ thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong tồ nhà cao tầng. 1.5.7. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình Hình 1.7: Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình 26
  27. Đây cũng là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, cĩ thể lắp được tối đa 5 tầng. Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đĩ xe được đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra. Hệ thống được lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho cĩ thể lấy xe ra nhanh nhất. Đặc điểm chính của hệ thống: - Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất). - Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất. - Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ xe, cĩ thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế cho phép. - Cĩ thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự, gia đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm. 1.6. VẬN HÀNH GARA Ơ TƠ TỰ ĐỘNG 1.6.1. Cơ chế vận hành Các hệ thống đậu xe tự động sử dụng máy tính, các bộ cảm biến, camera và các bộ phận cơ khí để lấy xe, chuyển qua gara và đậu vào một chỗ trống. Quá trình vận chuyển xe vào chỗ đậu rất đơn giản và tài xế hầu như khơng phải làm gì. Cĩ hai loại hệ thống đậu xe tự động, tuỳ thuộc vào hình thức chuyển xe từ lối vào tới chỗ đậu theo phương dọc hay ngang. Trong cả hai trường hợp, quy trình vận chuyển xe tới chỗ đậu cơ bản là giống nhau. Ở cả hai hệ thống, tài xế cần lái ơ tơ vào gara như bình thường, rồi đậu vào đúng vị trí bàn nâng, tắt máy, kéo phanh tay và ra khỏi xe. Các bộ cảm biến sẽ tự nhận dạng kích cỡ và hình dáng tổng thể của xe để gợi ý chỗ đậu thích hợp. Với những hệ thống cĩ tốc độ nhanh nhất, tồn bộ quá trình đưa xe vào bãi đậu chỉ mất khoảng 2 phút rưỡi, tính từ lúc xe đậu lên bàn nâng. Hầu hết các hệ thống đều dùng bàn nâng cĩ chức năng xoay, để khi nhận lại xe từ bãi đậu, tài 27
  28. xế khơng phải lái lùi. Nếu bạn băn khoăn làm thế nào hệ thống cĩ thể nhận ra xe nào là của bạn, bạn hãy yên tâm rằng đĩ khơng phải cơng việc phỏng đốn. Sau khi nhận xe, các hệ thống đậu xe tự động sẽ cho bạn một chiếc thẻ hoặc chìa khố chứa mã số xác định vị trí đậu xe của bạn. Khi muốn lấy xe, bạn chỉ cầm đút thẻ hoặc chìa khố này vào máy tự động. 1.6.2. Ƣu điểm Hẳn khơng cần nĩi nhiều người cũng cĩ thể nêu ưu điểm lớn nhất của bãi đậu xe cao tầng là tiết kiệm diện tích. Bãi đậu xe tự động, diện tích mặt bằng được tận dụng tối đa vì các xe được xếp sát nhau hơn ở các bãi đậu xe thơng thường, vì khơng cần chừa khoảng trống để mở cửa xe cho người ra-vào. Các hệ thống đậu xe tự động cịn gĩp phần cắt giảm lượng khí thải CO2 và tiêu thụ nhiên liệu, vì chúng khơng cần xe phải nổ máy trong suốt quá trình vào chỗ đậu. Ngồi ra, các hệ thống đậu xe tự động cĩ thể được xây nổi hoặc ngầm, tuỳ vào khơng gian “rảnh rỗi” trong thành phố( hiện nay tại Hàn Quốc, tính trên số lượng xe đỗ thì tỷ trọng sử dụng hệ thống nổi là 33% và hệ thống ngầm là 67%). 1.6.3. Nhƣợc điểm Nhược điểm của các hệ thống đậu xe tự động hầu như chỉ giới hạn ở những rủi ro khách quan, điều mà các bãi đậu xe truyền thống cũng khơng tránh khỏi, như động đất. Bên cạnh đĩ là một số lỗi kỹ thuật cĩ thể xảy ra, dù hãn hữu, như khiến thân xe bị xước hoặc mĩp méo. Một số trường hợp thậm chí trả nhầm xe.Nhưng với ưu nhiều hơn nhược điểm, rõ ràng hệ thống đậu xe tự động sẽ là tương lai. Với đại bộ phận các nước trên thế giới, hệ thống này vẫn cịn mới mẻ, nhưng ở Nhật Bản đã khá phổ biển. Mỹ bắt đầu xây dựng loại hình bãi đậu xe tự động từ năm 2002, cịn ở châu Âu, những hệ thống kiểu này mới xuất hiện ở các thành phố vào năm 2007. 28
  29. CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 200 2.1. GIỚI THIỆU 2.1.1. Khái Niệm Về PLC. Trong cơng nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy mĩc cơng nghiệp , người ta thực hiện kết nối các linh kiện rời (rơle, timer, contactor ) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển. Cơng việc này khá phức tạp trong thi cơng, sửa chữa bảo trì do giá thành cao. Khĩ khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đĩ. Từ thực tế đĩ việc tìm ra một hệ thống điều khiển đáp ứng được các yêu cầu như: giá thành hạ, dễ thi cơng, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, lịnh hoạt trong qua trình điều khiển, lầ điều tất yếu. Hệ thống điều khiển logic cĩ thể lập trình được PLC ra đời đã giải quyết được các vấn đề trên. PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng cĩ thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động cĩ trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi cĩ sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC cĩ thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay cĩ nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi Electric, Allen-Bradley, Honeywell Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (cơng ty General Moto – Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này cịn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp rất nhiều khĩ khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cải tiến để giúp hệ thống đơn giản, 29
  30. gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống cịn khĩ khăn do lúc này khơng cĩ các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình. Để đơn giản hĩa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programable 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 nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đĩ là: dạng lập trình giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC cịn cĩ thêm khả năng vận hành với những thuât tốn hỗ trợ, vận hành với các dữ liệu cập nhật. Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính, nên việc giao tiếp giữa người điều khiển lâp trình và thiết bị điều khiển càng trở nên dễ dàng hơn. Ngồi ra các nhà thiết kế cịn tạo ra kỹ thuật kết nối với các PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng điều khiển của từng PLC riêng lẻ. Tốc độ xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn. Một PLC cĩ đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển khác nhau. Hoạt động của PLC hồn tồn phụ thuộc vào trương trình nằm trong bộ nhớ, nĩ luơn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra. Người ta chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học. - Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. - Dung lượng bộ nhớ lớn để cĩ thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp. - Cĩ thể kết nối được với nhau và với các thiết bị khác như: máy tính, nối mạng, các modul mở rộng. - Giá cả cĩ thể cạnh tranh được. - Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình cầm tay hoặc máy tính cá nhân. 30
  31. PLC cho phép người điều khiển khơng mất nhiều thời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mới thay cho chương trình cũ. Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thơng dụng, để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiên đủ để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng. Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nĩ. Ngồi ra cịn cĩ các chức năng khác như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngơn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra. Những ưu điểm khi sử dụng bộ điều khiển PLC: - Khơng cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơle. - Cĩ độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. - Chiếm vị trí khơng gian nhỏ trong hệ thống. - Cĩ nhiều chức năng điều khiển khác nhau. - Tốc độ xử lý cao, cơng suất tiêu thụ nhỏ. - Khơng cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt. - Cĩ khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng. - Giá thành cĩ thể đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Nhờ những ưu thế trên, PLC hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp, máy nơng nghiệp, thiết bị y tế vv. Sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao năng lượng, nâng cao độ an tồn tin cậy trong quá trình vận hành. 2.1.2. Đặc Điểm Chung PLC S7-200. S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens(CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. 31
  32. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212 hoặc CPU214. Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng như hiện nay thì Siemen đã cho ra đời thêm những khối vi xử lý khác như: CPU221, CPU222, CPU223, CPU224,CPU225, CPU226 Các đèn báo trên S7-200 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại.  Cổng vào ra Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc. Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Bộ điều khiển lập trình S7-200 của Siemens thích hợp cho các ứng dụng điều khiển từ đơn giản đến phức tạp. Cĩ tích hợp thời gian thực. Cĩ thể mở rộng vào/ra số, vào/ ra tương tự. Dễ dàng kết nối tới các thiết bị giao diện như PC, HMI, Số lượng modul đa dạng tạo nên các cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng. CPU S7-200 của SIEMENS thuộc dịng Micro Programmable Logic Controler, với những đặc điểm sau: - Kích thước nhỏ - giá thành nhỏ - sức mạnh lớn. - Đáp ứng được những ứng dụng điều khiển tự động từ cho các máy đơn lẻ đến các dây chuyền sản xuất. - Cĩ thể hoạt động độc lập hay kết nối mạng trong một hệ thống lớn. 32
  33. - Dễ dàng kết nối tới các thiết bị giao diện như PC, HMI. - Số lượng modul đa dạng tạo nên các cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng. Các tính năng của PLC S7-200: - Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp. - Cĩ nhiều loại CPU. - Cĩ nhiều Module mở rộng. - Cĩ thể mở rộng đến 7 Module. - Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau. - Cĩ thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus. - Máy tính trung tâm cĩ thể truy cập đến các Module. - Khơng quy định rãnh cắm - Phần mềm điều khiển riêng. - Tích hợp CPU, I/O, nguồn cung cấp vào một Module. - Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp. . Hình 2.1: PLC S7-200 33
  34. 2.1.3. Cấu hình phần cứng Cấu trúc đơn vị cơ bản. Đơn vị cơ bản của PLC S7-200 (CPU 214) Hình2.2: khối mặt trước của PLC S7-200 (CPU 214). Trong đĩ: 1. Chân cắm cổng ra 2. Chân cắm cổng vào. 3. Các đèn trạng thái: SF (đèn đỏ): báo hiệu hệ thống bị hỏng. RUN (đèn xanh): chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc. STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. 4. Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng vào. 5. Cổng truyền thơng. 6. Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời ở cổng ra. 7. Cơng tắc. Cơng tắc chọn chế độ làm việc cĩ 3 vị trí: 34
  35. RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ tự chuyển về trạng thái STOP khi máy cĩ sự cố hoặc trong chương trình cĩ lệnh STOP, do đĩ khi chạy nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đèn báo. STOP: cưỡng bức PLC dừng cơng việc đang thực hiện, chuyển về trạng thái nghỉ. Ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. TERM: cho phép PLC tự quyết định một chế độ làm việc (do người lập trình tự quyết định). Chỉnh định tương tự: núm điều chỉnh tương tự đặt dưới lắp đạy cạnh cổng ra, núm điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh tín hiệu tương tự, gĩc quay được 2700. Pin và nguồn nuơi bộ nhớ: nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực khi dung lượng nhớ bị cạn kiệt và nĩ thay thế để dữ liệu khơng bị mất. Cổng truyền thơng: S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác. Tốc độ chuyền dữ liệu cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 boud. Các chân của cổng truyền thơng là: 1, 5. Nối đất. 1. Điện áp 24v DC 3, 8. Truyền nhận dữ liệu. 4, 9. Khơng sử dụng. 6. Điện áp 5v DC (điện trở trong Hình 2.3: Cổng truyền thơng 100Ω). trên PLC S7-200. 7. điện áp 24v DC (120mA). 35
  36. Các Module của PLC. Module nguồn (PS). Cĩ chức năng chuyển từ nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều để cung cấp cho CPU, các module mở rộng và các thiết bị cảm biến. Điện áp xoay chiều (AC 220v hoặc 110v), điện áp một chiều (DC 24v hoặc 12v). Module CPU. Cĩ chức năng lưu trữ hệ điều hành, lưu trữ chương trình ứng dụng, là nơi diễn ra quá trình tính tốn xử lý thơng tin theo thuật tốn điều khiển đã được cài đặt bởi người lập trình. Nguồn nuơi chính của CPU là điện áp một chiều, ngồi ra cịn cĩ nguồn pin. Trong module CPU cịn cĩ thẻ nhớ dùng để lưu trữ chương trình ứng dụng đề phịng trường hợp chương trình ứng dụng trong CPU bị mất hoặc bị lỗi, thẻ nhớ cĩ thể cĩ nhiều dung lượng khác nhau. Cấu trúc của CPU: 1. Khối trung tâm: là nơi lưu trữ hệ điều hành, nơi diễn ra quá trình tính tốn xử lý thơng tin 2. Nơi lưu trữ chương trình ứng dụng. 3. Khối các bộ thời gian. 4. Các bộ đếm. 5. Các bít, cờ báo trạng thái. 6. Bộ đệm vào ra (giành cho các module số). Hình 2.4: Sơ đồ khối cấu trúc CPU PLC 7. Khối quản lý các vào ra trên CPU. S7-200. 8. Quản lý ngắt và đếm tốc độ cao 9. Quản lý ghép nối. 10. Vớt nội bộ. Các module mở rộng. 36
  37. Khi quá trình tự động hĩa địi hỏi số lượng đầu vào và đầu ra nhiều hơn số lượng sẵn cĩ trên đơn vị cơ bản hoặc khi cần những chức năng đặc biệt thì cĩ thể mở rộng đơn vị cơ bản bằng cách gá thêm các module ngồi. Tối đa cĩ thể gá thêm bẩy module vào ra qua bẩy vị trí sẵn cĩ trên Panen về phía phải. Địa chỉ của các vị trí của module được xác định băng kiểu vào ra và vị trí module trong rãnh, bao gồm cĩ các module cùng kiểu. Ví dụ một module cổng ra khơng thể gán địa chỉ module cổng vào, cũng như module tương tự khơng thể gán địa chỉ như module số và ngược lại.  Module tín hiệu (SM). - Tín hiệu vào số (DI): cĩ chức năng tiếp nhận tín hiệu vào từ các cảm biến, người vận hành vv. Dạng tín hiệu vào là tín hiệu logic (“0” logic: khơng cĩ tín hiệu vào; “1” logic: cĩ tín hiệu vào). Tín hiệu vào cĩ thể là điện áp hoặc dịng điện nhưng chủ yếu sử dụng điện áp (điện áp xoay chiều AC 110/220v hoặc điện áp một chiều DC 24v). - Tín hiệu ra số (DO): cĩ chức năng tạo tín hiệu ra để gửi đén cơ cấu điều khiển và chấp hành. Dạng tín hiệu ra là tín hiệu logic (“0” và “1” logic). Tín hiệu ra cĩ thể là điện áp hoặc dịng điện nhưng chủ yếu sử dụng điện áp (điện áp xoay chiều AC 110/220v hoặc điện áp một chiều DC 24/12v). - Tín hiệu vào tương tự (AI): tiếp nhận tín hiệu vào tương tự (liên tục) từ cấc cảm biến hoặc từ người vận hành. Tín hiệu vào cĩ thể là tín hiệu điện áp hay dịng điện một chiều. Mức tín hiệu như sau: đối với điện áp từ 0 ÷ 5v, 0 ÷10v, 0 ÷ 1000mv, -5v ÷ +5v; đối với dịng điện từ 0 ÷ 20mA, 4 ÷ 20mA. Thơng thường tín hiệu vào là tín hiệu vào là tín hiệu dịng điện vì cĩ thể truyền đi xa cịn điện áp thì bị sụt áp khi truyền đi xa. 37
  38. - Tín hiệu ra tương tự (AO): cĩ chức năng xuất ra các tín hiệu tương tự để gửi tới cơ cấu chấp hành. Tín hiệu ra cĩ thể là điện áp hoăc dịng điện một chiều. Các module số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào ra của module. Cách gán địa chỉ được thực hiên như sau: Module 2 Module 4 Module 0 Module 1 analog Module 3 analog CPU214 (4 vào, 4 (8 vào) (3 vào, 1 (8 ra) (3 vào,1 ra) ra) ra) I0.0 Q0.0 I2.0 I3.0 AIW0 Q3.0 AIW8 I0.1 Q0.1 I2.1 I3.1 AIW2 Q3.1 AIW10 I0.2 Q0.2 I2.2 I3.2 AIW3 Q3.2 AIW12 I0.3 Q0.3 I2.3 I3.3 AIW4 Q3.3 I0.4 Q0.4 I3.4 Q3.4 AQW4 I0.5 Q0.5 Q2.0 I3.5 AQW0 Q3.5 I0.6 Q0.6 Q2.1 I3.6 Q3.6 I0.7 Q0.7 Q2.2 I3.7 Q3.7 I1.0 Q1.0 Q2.3 I1.1 Q1.1 I1.1 I1.2 I1.4 I1.5 Địa chỉ các module mở rộng.  Module truyền thơng (IM): cĩ chức năng kết nối truyền thơng giữa các trạm PLC với nhau hoặc giữa PLC với các kiểu mạng (LAN, 38
  39. WAN, ) hoặc giữa các thanh day của một trạm PLC hoặc giữa PLC với các trạm phân tán.  Module chức năng: các module đảm nhận những chức năng riêng biệt ví dụ như điều khiển mở, điều khiển nhiệt độ, điều khiển động cơ bước, điều khiển PID, đếm tốc độ cao, vv. Để sử dụng các module chức năng phải cĩ phần mềm giành cho nĩ. Thơng số. Với CPU 212: - 8 cổng vào và 6 cổng ra logic. Cĩ thể mở rộng thêm 2 module bao gồm cả module analog. - Tổng số cổng vào và ra cực đại là 64 vào/64 ra. - 512 từ đơn (1 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi khơng đổi để lưu chương trình (vùng nhớ giao diện với EFROM). - 512 tứ đơn lưu dữ liệu, trong đĩ cĩ 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền khơng đổi. - 64 bộ thịi gian trễ (times) trong đĩ: 2 bộ 1ms, 8 bộ 10ms và 54 bộ 100ms. - 64 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - 368 bít nhớ đặc biệt để thơng báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. - Các chế độ ngắt và sử lý ngắt bao gồm: ngắt truyền thơng,ngắt theo sườn lên hoăc xuống, ngắt thời gian, ngắt tốc độ cao và ngắt truyền xung. - Tồn bộ vùng nhớ khơng bị mất dữ liêu trong khoảng thời gian 50h khi PLC bị mất nguồn cung cấp. - Với CPU 214: - Cĩ 14 cổng vào và 10 cổng ra logic. Cĩ thể mở rộng thêm 7 module bao gồm cả module analog. - Tổng số cổng vào và ra cực đại là 64 vào/64 ra. - 2048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi khơng đổi để lưu chương trình (vùng nhớ giao diện với EFROM). - 2048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi để ghi dữ liệu, trong đĩ cĩ 512 từ đầu thuộc miền khơng đổi. 39
  40. - 128 bộ thời gian (times) chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 bộ 1ms, 16 bộ 10ms và 108 bộ 100ms. - 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - 688 bít nhớ đặc biệt để thơng báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. - Các chế độ ngắt và sử lý ngắt bao gồm: ngắt truyền thơng,ngắt theo sườn lên hoăc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. - 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz - 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. - 2 bộ điều chỉnh tương tự - Tồn bộ vùng nhớ khơng bị mất dữ liêu trong khoảng thời gian 190h khi PLC bị mất nguồn cung cấp. 2.1.4. Nguyên tắc làm việc của CPU CPU của PLC làm việc theo nguyên tắc vịng quét (chu trình lặp). Một vịng quét của PLC S7-200 được chia thành 4 giai đoạn: Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của CPU PLC S7-200. Giai đoạn 1: là giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổng vật lý vào trong bộ đệm ảo (bộ đệm đầu vào) Giai đoạn 2: là giai đoạn thực hiện chương trình, chương trình sẽ được thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng. 40
  41. Giai đoạn 3: là giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo (bộ đệm đầu ra) ra các cổng vật lý. Giai đoạn 4: truyên thơng nội bộ và kiểm tra lỗi. Thời gian của mỗi chu kỳ quét cĩ thể khơng giống nhau, nĩ phụ thuộc vào lượng thơng tin phải xử lý trong chu kỳ quét đĩ. Nếu thơng tin nhiều thì thời gian quét lớn và ngược lại. Về mặt nguyên tắc chương trình ứng dụng càng nhiều chương trình con và chương trình ngắt thì thời gian quét càng lớn và điều này làm giảm thời gian thực của hệ thống. 2.1.5. Phân loại PLC PLC được phân loại theo nhiều cách: Theo Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay Theo Version: Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo. PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx0, FxON Thông thường S7_200 được phân ra 2 loại chính: Loại cấp điện áp 220VAC. Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra rơ le Ưu điểm của loại này là ngõ ra rơ le,do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp ( có thể sử dụng ngõ ra 0V,24V,220V .) Tuy nhiên,nhược điểm của nó : do ngõ ra rơ le nên thời gian đáp ứng của rơle không được nhanh cho ứng dụng điều rộng xung,hoặc Output tốc độ cao 41
  42. Loại cấp điện áp 24VDC. Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra Transistor Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor,do đó có thể sử dụng ngõ ra này để điều rộng xung,hoặc Output tốc độ cao. . Tuy nhiên,nhược điểm của nó : do ngõ ra Transistor nên ngõ ra chỉ có một cấp điện áp duy nhất là +24VDC,do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra là 0VDC, trong trường hợp này buộc ta phải thông qua 1 rơle 24Vdc đệm. 2.1.6. Cấu Trúc Cơ Bản Của Một Plc S7-200 Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trình ứng dụng và những môđun giao tiếp nhập – xuất. Hình 2.6: mô tả sơ bộ về cấu trúc của một PLC Khối xử lý trung tâm: là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: thực hiện chương trình, xử lý vào/ra, truyền thông với các thiết bị bên ngoài 42
  43. Bộ nhớ: có nhiều bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống, trị số của timer, counter , tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau. Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ được nạp một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các bộ nhớ khác. Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và được dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong RAM sẽ bị mất khi mất điện. Bộ nhớ EPROM: giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng pin. Bộ nhớ EEPROM: kết hợp lại hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện. 2.1.7. Giới Thiệu Các Phƣơng Pháp Lập Trình Của S7-200 Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm STEP 7- MicroWIN V4. Sau khi cài đặt phần mềm, trên màn hình desktop sẽ xuất hiện biểu tượng của STEP7. . Hình 2.7: Biểu tượng của STEP7. Đồng thời trong menu Start của Windows cung cĩ thư mục Simatic với tất cả các tên của những thành phần liên quan. Cấu trúc cửa sổ lập trình của STEP7 Microwin như sau: 43
  44. Hình 2.8: Của sổ lập trình của phần mềm lập trình V4.0 STEP 7 Microwin. Vùng soạn thảo chứa một chương trình, được chia thành từng Network. Các thơng số nhập được kiểm tra lỗi cú pháp. Nội dung cửa sổ “ Program Block” tùy thuộc ngơn ngữ lập trình đã lựa chọn. Cĩ thể nhấn đúp vào phần tử lập trình cần thiết trong danh sách để chèn chúng vào chương trình soạn thảo, cũng cĩ thể chèn các phần tử cần thiết bằng cách nhấn và nhả chuột. Các cơng cụ thường sử dụng: - New (File Menu): tạo mới một chương trình soạn thảo. - Open (File Menu): mở một chương trình đã soạn thảo. - Cut, Copy, Paste (Edit Menu): cắt, sao chép và dán. - Download (PLC Menu): tải xuống chương trình điều khiển. - Network (Insert): chèn network mới. - Program Elements (Insert): mở cửa sổ các phần tử lập trình. - Clear/Reset (PLC): xĩa chương trình hiện thời trong PLC. - LAD, STL, FBD (view): hiển thị dạng ngơn ngữ yêu cầu. 44
  45. Các phần tử lập trình thường dùng (ngơn ngữ LAD): Các lệnh logic tiếp điểm Các lệnh so sánh Các loại Counter Các loại Timers 2.1.8. PHẦN MỀM MƠ PHỎNG TRONG PLC S7 – 200. S7 – 200 Simulator 2.0 Ing English là một trong những phần mềm dùng để mơ phỏng hoạt động của PLC sau khi được nạp chương trình. Chúng ta cĩ thể mơ phỏng chương trình đã viết bằng cách sử dụng phần mềm này mà khơng cần đến PLC thật. Để thực hiện mơ phỏng, ta chỉ cần thực thi file S7 – 200.exe, sau khi khởi động ta được giao diện như sau: 45
  46. Hình 2.9: Giao diện phần mềm S7-200 Simulator 2.0 English. Trình tự thực hiện khi mơ phỏng một chương trình điều khiển: - Viết chương trình bằng phần mềm Step 7 Microwin. - Biên dịch chương trình: File/Export. - Đặt tên tập tin và chọn Save (*.awl). - Khởi động phần mềm mơ phỏng S7-200.exe. - Chọn loại CPU: Configuration /CPU Type/Chọn loại CPU cần mơ phỏng. - Mở File cần mơ phỏng: Program/Load Program/ Chọn Accept/Chọn file *.awl. - Chạy mơ phỏng: PLC / Run hoặc biểu tượng Run trên thanh cơng cụ. - Thay đổi trạng thái ngõ vào bằng các cơng tắc trên bảng điều khiển màu xanh. - Quan sát các đèn báo trạng thái ngõ vào ra trên PLC. 46
  47. - Dừng chương trình: PLC / Stop hoặc biểu tương Stop trên thanh cơng cụ. 2.2. CẤU TRÚC BỘ NHỚ CỦA PLC S7-200 2.2.1. Phân chia bộ nhớ. Bộ nhớ của S7_200 được phân chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi bị mất nguồn. Bộ nhớ của S7_200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặt biệt được kí hiệu bởi SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. - Vùng chương trình: là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trử các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như:từ khóa, địa chỉ trạm Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số cũng thuộc non- volatile đọc/ghi được. - Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông Một phần của vùng nhớ này (200byte đầu tiên đối với CPU212, một KB đầu tiên với CPU214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc ghi được. Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình. 2.2.2. Vùng dữ liệu 47
  48. Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn(word) hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bản, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được kí hiệu bằng các chữ cái đầu tiên của chữ trong tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau: Miền I (Input image register) là thanh ghi đệm, lưu các giátrịngõ vào khi PLC hoạt động. Miền Q (Output image register) thanh ghi đệm, chứa các kết quả chương trình để điều khiển ngõ ra. Miền V (Variable Memory) lưu các kết quả trung gian khi thực hiện chương trình. Miền M (internal Memory bits) được sử dụng như các relay điều khiển để lưu trạng thái trung gian của 1 hoạt động hoặc các thơng tin điều khiển khác. (byte, word, Dword) Miền SM (Special memory bits) chứa các bit để lựa chọn và điều khiển các chức năng đặc biệt của CPU. (byte, word, Dword) 2.2.3. Vùng đối tượng Lưu giữ dữ liệu cho các dối tượng lập trình: giá trị tức thời, giá trị đặt trước của Timer,couter. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC). Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó. 2.2.4. Qui ước địa chỉ trong PLC S7-200 48
  49. - Truy nhập theo bit: tên miền (+) địa chỉ byte(+) . (+)chỉ số bit. Ví dụ V150.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V. - Truy nhập theo Byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền. Ví dụ VB150 chỉ Byte 150 thuộc miền V. - Truy nhập theo Word(16 bit) : Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ VW150 chỉ từ đơn gồm hai Byte 150 và 151 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao trong từ. Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 VW150 VB150(byte cao) VB151(byte thấp) - Truy nhập theo 2 word(32 bit): Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao và byte 153 có vai trò là byte thấp trong từ kép. Bit: 31 24 23 16 15 8 7 0 VD150 VB150 VB151 VB152 VB153 (byte cao) (byte thấp) 2.3. TẬP LỆNH CỦA PLC S7-200 2.3.1 Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản PLC S7-200 cĩ ba ngơn ngữ lập trình cơ bản là: LAD, FBD và STL. LAD (Ladder logic) là ngơn ngữ lập trình dạng hình thang hay là ngơn ngữ đồ họa. Thành phần cơ bản của LAD tương tự như thành phần cơ bản của điều khiển rơle: cĩ tiếp điểm thường mở, tiếp điểm thường đĩng, cuộn dây đầu ra, các hàm chức năng (thời gian, đếm). STL (Statement list) là ngơn ngữ lập trình thơng thường của máy tính, thể hiện chương trình dưới dạng các câu lệnh. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật tốn nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều cĩ cấu trúc chung là “tên lệnh” + “tốn hạng”. 49
  50. FBD (Function Block Diagram) là ngơn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển số. Việc chuyển đổi giữa ba ngơn ngữ LAD, FBD và STL là hồn tồn tự động. Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi có giá D trị logic bit bằng 0, và sẽ mở khi có giá trị A logic bằng 1 STL LDN n L Tiếp điểm thường hở sẽ được đóng nếu giá A trị logic bằng 1 và sẽ hở nếu giá trị logic D bằng 0 STL LD n STL LDNI n L Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp. A Nếu dòng cung cấp có tiếp điểm đảo thì nó D ngắt mạch,và ngược lại STL NOT L Vi phân cạnh lên A D STL EU L Vi phân cạnh xuống. A D STL ED L Cuộn dây ở đầu ra sẽ được kích thích khi có D dòng điều khiển đi ra A STL = n 50
  51. L Set bit D A STL S bit n L Reset bit D A STL R bit n 2.3.2. Nhóm các lệnh so sánh Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm A đóng khi IN1 bằng IN2 (IN1,IN2 kiểu D Byte) STL LDB= IN1 IN2 L Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm A đóng khi IN1 bằng IN2 (IN1,IN2 kiểu D Word) và ngược lại STL LDW= IN1 IN2 L Lệnh so sánh bằng làm cho tiếp điểm A đóng khi IN1 bằng IN2 (IN1,IN2 kiểu D Double Word) và ngược lại STL LDD= IN1 IN2 L Lệnh so sánh bằng làm tiếp điểm đóng A khi IN1 bằng IN2 (IN1,IN2 kiểu Real số D thực) và ngược lại STL LDR= IN1 IN2 51
  52. L Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Byte) STL LDB >= IN1 IN2 L Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Word) STL LDW >= IN1 IN2 L Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Dword) STL LDD >= IN1 IN2 L Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Real) STL LDR >= IN1 IN2 L Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Byte) STL LDB <= IN1 IN2 L Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Word) STL LDW <= IN1 IN2 52
  53. L Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẽ làm D cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 A (IN1,IN2 kiểu Dword) STL LDD <= IN1 IN2 L Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẽ làm A cho tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 D (IN1,IN2 kiểu Real) 2.3.3. Nhóm các lệnh di chuyển dữ liệu Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Sao chép nội dung của byte IN sang A OUT D STL MOVB IN OUT L Sao chép nội dung của Word IN sang A OUT D STL MOVW IN OUT L Sao chép nội dung của Dword(Double A Word) IN sang OUT D STL MOVD IN OUT L Sao chép nội dung của Real (số thực) A IN sang OUT D STL MOVR IN OUT 53
  54. L Chép nội dung của một mảng Byte bắt A đầu từ địa chỉ byte IN và có N phần tử D sang một mảng bắt đầu từ OUT STL BMB IN OUT N L Chép nội dung của một mảng Word bắt A đầu từ địa chỉ byte IN và có N phần tử D sang một mảng bắt đầu từ OUT STL BMW IN OUT N L Chép nội dung của một mảng Dword A bắt đầu từ địa chỉ byte IN và có N phần D tử sang một mảng bắt đầu từ OUT STL BMD IN OUT N L A Lệnh đđảo dữ liệu của 2 byte trong từ D đđơn IN. 2.3.4. Nhóm các lệnh số học 54
  55. Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Lệnh cộng hai số nguyên 16 bit A IN1 và IN2 kết quả là một số D nguyên OUT 16 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL +I IN1 IN2 L Lệnh cộng hai số nguyên 32 bit A IN1 và IN2 kết quả là một số D nguyên OUT 32 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL +D IN1 IN2 L Lệnh cộng hai số thực 32 bit IN1 A và IN2 kết quả là một số thực D OUT 32 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL +R IN1 IN2 L Lệnh trừ hai số nguyên 16 bit IN1 A và IN2 kết quả là một số nguyên D OUT 16 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL -I IN1 IN2 L Lệnh trừ hai số nguyên 32 bit IN1 A và IN2 kết quả là một số nguyên D OUT 32 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL -D IN1 IN2 55
  56. L Lệnh trừ hai số thực 32 bit IN1 và A IN2 kết quả là một số thực OUT D 32 bit. Trong STL thì kết quả ghi vào IN1 STL -R IN1 IN2 L Lệnh thực hiện phép nhân giữa A MUL hai số nguyên 16 Bit IN1 và IN2 EN D và cho kết quả 32 Bit ghi vào từ IN1 kép 32 bit OUT, còn trong STL thì IN2 ghi vào IN2 OUT STL MUL IN1 IN2 L Lệnh thực hiện phép nhân giữa A hai số thực 32 bit IN1 và IN2 và D cho là số thực 32 Bit ghi vào từ kép OUT, còn trong STL thì ghi vào IN2 STL *R IN1 IN2 L Lệnh thực hiện phép chia giữa hai A số nguyên 16 bit IN1 và IN2 và D cho kết quả là số thực 32 bit ghi vào từ kép OUT, còn trong STL thì ghi vào IN2 STL DIV IN1 IN2 L Lệnh thực hiện phép nhân giữa A hai số thực 32 bit IN1 và IN2 và D cho kết quả là số thực ghi vào từ kép 32 bit OUT, trong STL thì ghi vào IN2 STL /R IN1 IN2 56
  57. L Lệnh tăng giá trị Bit IN lên một A đơn vị kết quả ghi vào OUT. D Trong STL kết quả ghi vào IN luôn STL INCB IN L Lệnh tăng giá trị Word IN lên một A đơn vị kết quả ghi vào OUT. D Trong STL kết quả ghi vào IN luôn STL INCW IN L Lệnh tăng giá trị Double Word IN A lên một đơn vị kết quả ghi vào D OUT. Trong STL kết quả ghi vào IN STL INCD IN L Lệnh giảm giá trị Bit IN đi một A đơn vị kết quả ghi vào OUT. D Trong STL kết quả ghi vào IN STL DECB IN L Lệnh giảm giá trị Word IN đi một A đơn vị kết quả ghi vào OUT. D Trong STL kết quả ghi vào IN STL DECW IN 57
  58. L Lệnh giảm giá trị Double Word A IN đi một đơn vị kết quả ghi vào D OUT. Trong STL kết quả ghi vào IN STL DECD IN L Lệnh thực hiện việc lấy căn bậc A hai của một số IN kết quả ghi vào D số OUT 32 bit 2.3.5. Nhóm lệnh điều khiển Timer TON: Delay On. TOF: Delay Off. TONR: Delay On có nhớ Trong S7-200 có 256 Timer, ký hiệu từ T0-T255 Các số hiệu Timer trong S7_200 như sau: Lệnh Độ CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 phân giải TON,TOF 1ms T32, T96 T32, T96 T32, T96 T32, T96 10ms T33 T36 T33 T36 T33 T36 T33 T36 T97 T100 T97 T100 T97 T100 T97 T100 100ms T37 T63 T37 T63 T37 T63 T37 T63 T101 T255 T101 T255 T101 T255 T101 T255 TONR 1ms T0,T64 T0,T64 T0,T64 T0,T64 10ms T1 T4 T1 T4 T1 T4 T1 T4 T65 T68 T65 T68 T65 T68 T65 T68 100ms T5 T31 T5 T31 T5 T31 T5 T31 T69 T95 T69 T95 T69 T95 T69 T95 58
  59. Các lệnh điều khiển Timer. Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Khai báo Timer số hiệu xxx kiểu TON để A tạo thời gian trễ tính từ khi giá trị đầu vào IN D được kích. Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì T-bit bằng 1. Txxx: số hiệu Timer: T32 T63, T96 T255 PT: giá trị đặt cho timer STL TON Txxx PT L Khai báo Timer số hiệu xxx kiểu TONR để A tạo thời gian trễ tính từ khi giá trị đầu vào IN D được kích. Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì T-bit bằng 1 Txxx : số hiệu Timer: T0 T31, T64 T95 PT: giá trị đặt cho timer 2.3.6. Nhóm lệnh điều khiển Counter. Counter là bộ đếm hiện chức năng đến sườn xung trong S7-200. các bộ đếm của S7-200 được chia làm 2 loại: bộ đếm tiến(CTU) và bộ đếm lùi(CTD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. Nội dung của C-word , gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được ký hiệu làPV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bit đặt biệt của nó, đươc gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic là 0. Khác với bộ Timer, các bộ đếm CTU đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu(reset) cho bộ đếm được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD hay được quy định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL .Bộ đếm được reset khi tín 59
  60. hiệu xóa này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R(reset) được thực hiện với C- bit. Khi bộ đếm được reset cả C-word và C-bit đều nhận giá trị 0. Các lệnh điều khiển counter Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh Counter Up(đếm lên): Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) được tăng lên 1.Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV(Preset value), ngõ ra sẽ được bật lên ON. Khi chân Reset được kích (sườn lên) giá trị hiện tại bộ đếm và ngõ ra được trả về 0. Bộ đếm ngưng đếm khi giá trị bộ đếm đạt giá trị tối đa là 32767 (216 – 1). Cxxx: số hiệu counter (0-255) CU: kích đếm lên R:reset PV:giá trị đặt cho counter Counter Down (đếm xuống): Khi chân LD được kích (sườn lên) giá trị PV được nạp cho bộ đếm. Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm (1 Word) được giảm xuống 1.Khi giá trị hiện tại của bộ đếm bằng 0, ngõ ra sẽ được bật lên ON và bộ đếm sẽ ngưng đếm. Cxxx: số hiệu counter (0-255) CD: kích đếm xuống LD: Load PV:giá trị đặt cho counter CounterUp/Down (đếm lên/xuống): Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) được tăng lên 1. Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm được giảm xuống 1.Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV(Preset 60
  61. value), ngõ ra sẽ được bật lên ON. Khi chân R được kích (sườn lên) giá trị bộ đếm và ngõ Out được trả về 0. Giá trị cao nhất của bộ đếm là 32767 và thấp nhất là –32768. Cxxx: số hiệu counter (0-255) CU: kích đếm lên CD: kích đếm xuống R:reset PV:giá trị đặt cho counter 2.3.7. Các hàm chuyển đổi a/Đổi Byte sang Int Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh EN: ngõ vào cho phép Một số kiểu Byte ngõ vào được chuyển thành một số kiểu Int ở ngõ ra b/Đổi Int sang Byte Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh EN: ngõ vào cho phép Một số kiểu Int ngõ vào (IN) được chuyển thành một số kiểu Byte ở ngõ ra (OUT) Trong trường hợp ngõ vào nằm ngoài khoảng (0,255) thì ngõ ra không bị ảnh hưởng Tương tự, ta có các hàm chuyển đổi sau: I_DI: đổi số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bit DI_I: đổi số nguyên 32 bit sang số nguyên 16 bit DI_R: đổi số nguyên 32 bit sang số thực BCD_I: đổi số BCD 16 bit sang số nguyên 16 bit I_BCD: đổi số nguyên 16 bit sang số BCD. 61
  62. Trong trường hợp việc đổi từ số dung lượng nhỏ sang dung lương lớn hơn ( như từ Byte sang Int,từ Int sang Dint ) thì chương trình luôn thực thi. Còn trường hợp ngược lại: Nếu giá trị chuyển bị tràn ô nhớ thì chương trình sẽ không thực thi và Bit tràn SM1.1 sẽ bật lên 1. 2.3.8. Lệnh làm tròn: ROUND Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh EN: ngõ vào cho phép IN: ngõ vào OUT: ngõ ra Một giá trị số thực ở ngõ vào được làm tròn và chuyển thành số DInt ở ngõ ra. Nếu số lẻ >=0.5 thì giá trị số thực sẽ được làm tròn lên, ngược lại thì làm tròn xuống. Lệnh làm tròn xuống: TRUNC Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh EN: ngõ vào cho phép IN: ngõ vào OUT: ngõ ra Một giá trị số thực ở ngõ vào được làm tròn xuống và chuyển thành số DInt ở ngõ ra. 2.3.9 Lệnh đọc thời gian thực Read_RTC Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh Bit EN : Bit cho phép đọc thời gian thực T ( 8byte): Được định dạng như sau: T (byte) Giá trị ( định dạng BCD) 0 (năm) 0-99 1 (tháng) 0 -12 2 (ngày) 0 - 31 3 (giờ) 0 - 23 4 (phút) 0 - 59 5 (giây) 0 - 59 62
  63. 6 (00) 00 7 (ngày trong tuần) 1 – 7; 1: Sunday 2.3.10. Các lệnh về ngắt Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh Lệnh ATCH: Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh ATCH. INT : Chương trình ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xảy ra. EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt. Lệnh DTCH: Lệnh cấm ngắt Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh DTCH. EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt bị cấm. 2.3.10. Lệnh Xuất xung tốc độ cao CPU S7-200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1),dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài. Có 2 cách điều rộng xung:điều rộng xung 50%,và điều rông xung theo tỉ lệ . PTO là một dãy xung vuông tuần hoàn có chu kì là một số nguyên nằm trong khoảng 250 s 65535 s hoặc 250ms 65535ms. Độ rông xung bằng một nửa chu kì xung. Số xung tối đa cho phép là 4.294.967.295 63
  64. PWM là một dãy xung vuông tuần hoàn có chu kì là một số dương nằm trong khoảng 250 s 65535 s hoặc 250ms 65535ms. Khác với PTO độ rông xung trong mỗi chu kì xung có thể thay đổi. a/Điều rộng xung 50% (PTO): Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PTO) trước hết ta phải thực hiện các bước định dạng sau: Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau: Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0),SMB77 ( cho Q0.1) Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 :Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 :Xác định chu kì phát xung SMD72 SMD82 :Xác định số xung điều khiển b/Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM): Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PWM) trước hết ta phải thực hiện các bước định dạng sau: Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0),SMB77 ( cho Q0.1) Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 :Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 :Xác định chu kì phát xung 64
  65. SMD72 SMD82 :Xác định số xung điều khiển 65
  66. 2.3.11. Các lệnh về dịch Bit Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh Lệnh Dịch trái,phải Byte: Bit EN : Bit cho phép thực hiện lệnh dịch trái,dịch phải IN : Byte được dịch OUT: Kết quả của Byte dịch N : Số Byte dịch Các Bit dịch ra ngoài,bị loại bỏ Các số 0 được dịch vào Bit mới Lệnh xoay trái ,phải Byte: Bit EN : Bit cho phép thực hiện lệnh xoay trái,xoay phải IN : Byte được xoay OUT: Kết quả của Byte xoay N : Số Byte xoay Các Bit dịch ra ngoài được xoay trở lại Bit đầu 2.3.12. Các lệnh về xử lí chuỗi a/ Lệnh STR_Len : Xác định chiều dài của chuỗi( In) kết quả cất vào Byte Out b/ Lệnh STR_CPY : Chép chuỗi từ IN sang OUT 66
  67. c/ Lệnh SSTR_CPY : Chép chuỗi từ IN từ vị trí INDX sang OUT ( số kí tự Copy là N) d/ Lệnh STR_CAT : Nối chuỗi từ IN thêm vào OUT e/ Lệnh STR_FIND: Lệnh tìm kiếm chuỗi tồn tại trong IN1,chuỗi cần tìm trong IN2 ,Nếu tìm thấy chuỗi có trong IN1,thì Out là vị trí tìm thấy trong chuỗi đó. h/ Lệnh CHR_FIND: Tìm kiếm kí 1 trong các kí tự trong IN2 trong chuỗi IN1 2.3.13. Một số ô nhớ đặc biệt sử dụng trong S7_200 SM0.0 : Bit này luôn luôn ON SM0.1 : Bit này ON trong chu kì quét đầu tiên của chương trình,hoặc ON khi bật từ Stop sang Run SM0.2 : Bit này ON trong 1 chu kì quét nếu dữ liệu của ô nhớ có khả năng nhớ bị mất. SM0.3 : Bit này ON trong 1 chu kì quét khi có điện và đang ở trạng thái RUN 67
  68. SM0.4 : Bit này xung nhịp chu kì 1 phút, 30S ON, 30S OFF SM0.5 :Bit này xung nhịp chu kì 1giây , 0.5s ON , 0.5S OFF SM0.6 :Bit này xung nhịp chu kì 1 vòng quét , Vòng quét này ON,vòng Quét kế tiếp OFF. SM0.7 :Bit phản ánh vị trí của Switch chế độ : On khi Switch ở chế độ RUN, OFF khi Switch ở chế độ TERM SM1.0 : Bit này ON khi việc thực thi lệnh cho kết quả là Zero SM1.1 : Bit này ON khi kết quả thu được bị tràn ô nhớ hoặc kết quả thu được không hợp lệ. SM1.2 : Bit này ON khi kết quả thu được là số âm. SM1.3 : Bit này ON khi thực hiện phép chia cho số 0 SM1.4 : Bit này ON khi việc thêm dữ liệu vào một bảng bị tràn. SM1.5 :Bit này ON khi lệnh LIFO và FIFO thực hiện việc đọc từ 1 bảng trống. SM1.6 :Bit này ON khi lệnh chuyển đổi không phải số BCD sang số BIN được thực thi. SM1.7 : Bit Này ON khi việc thực hiện chuyển đổi số ASCII sang số Decimal không hợp lệ 68
  69. CHƢƠNG 3: LẬP TRÌNH THIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN 3.1. YÊU CẦU CƠNG NGHỆ CỦA NHÀ GIỮ XE Bình thường nếu cảm biến phát hiện xe cĩ tín hiệu sẽ được nâng cổng bãi 1 hay 2 lên tùy theo loại xe vào bãi Khi cĩ đủ số lượng xe thì sẽ vơ hiệu hĩa cảm biến xe vào Khi cĩ xe ra thì mới cho xe vào 3.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT Qua tìm hiểu một số bãi đỗ xe chuẩn như em đã trình bày ở trên, tuy nhiên trong giới hạn điều kiện đề tài thiết kế và điều kiện thực tế nên bãi đỗ xe của em được điều khiển giám sát như sau: Xe được chia làm 2 bãi đỗ xe riêng biệt và cĩ số lượng xe hữu hạn : chiều cao 2m đỗ bãi 2. Mỗi bãi cĩ 2 cửa vào ra Do ơ tơ là một loại hang hĩa đặc biệt cĩ sự điều khiển trực tiếp của con người nên để phân loại xe em chỉ dung cảm biến để cảnh báo. Bình thường xe sẽ được vào bãi do tài xế điều khiển, nếu xe cao trên 2m cảm biến phát hiện sẽ đưa ra cảnh báo đèn để xe được vào bãi 2. Ở mỗi cửa ra của 2 bãi ta đặt 2 cảm biến trước và sau mỗi cửa. 3.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ Các thiết bị sử dụng gồm cĩ: Các đèn báo: hiển thị trạng thái của bãi đỗ xe. Nút bấm: cấp nguồn cho tồn bộ hệ thống. Nguồn 12VDC: nguồn cấp cho cảm biến Cảm biến quang 3.3.1. Cảm biến quang Cấu tạo chung của cảm biến quang gồm cĩ: một bộ phát quang và một bộ thu quang. Bộ phát quang cĩ thể sử dụng ánh tia hồng ngoại, ánh đỏ, lazer. Bộ thu quang cĩ thể sử dụng tranzitor quang, diode quang. 69
  70. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang như sau: tín hiệu quang từ bộ phát quang khơng bị nĩ cản nĩ vẫn truyền tới bộ thu giữ nguyên trạng thái ban đầu. Khi cĩ vật cản đường truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu sẽ chuyển ra trạng thái đầu ra. 3.3.2. Đèn báo Đèn báo dùng cho các tủ điện, cĩ các màu đỏ, vàng, xanh lá cây, trắng, xanh dương. Loại đèn này sử dụng cơng nghệ LED, đường kính 22mm Hình 3.1: Các đèn báo 3.3.3. Bộ nguồn Trong các mạch điện tử của các thiết bị như Radio – Cessette, âmly, tivi, đầu DVD chúng ta sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác nhau, nhưng ở ngồi zắc cắm trực tiếp các thiết bị này lại là vào nguồn điện AC 220V 50Hz, như vậy các thiết bị điện tử cần cĩ một bộ phận để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành ra điện áp một chiều, cung cấp cho các mạch trên, bộ chuyển đổi bao gồm: Biến áp nguồn: Hạ thế từ điện áp 220V xuống các mức điện áp thấp hơn như 6V, 9V, 12V Mạch chỉnh lưu: Đổi điện áp AC thành DC Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn Mạch ổn áp: Giữ một điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ Hình 3.2: Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn 70
  71. 3.4. LẬP TRÌNH CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT XE CỦA NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG 3.4.1. Các bƣớc lập trình Để lập trình điều khiển cho hệ thống giám sát xe của nhà giữ xe tự động phải xuất phát từ yêu cầu cơng nghệ của đối tượng điều khiển. Từ các yêu cầu cơng nghệ xây dựng thật tốn điều khiển, hoặc xây dựng logic điều khiển. Bước cuối cùng là xây dựng thuật tốn sơ đồ logic, dung ngơn ngữ lập trình để viết chương trình điều khiển. Các bước lập trình cĩ thể mơ tả như sau: Cơng nghệ Thuật tốn Sơ đồ logic Lập trình Hình 3.3: Các bước lập trình Từ thuật tốn hay logic điều khiển vạch ra một hướng đi để viết chương trình, hướng đi đĩ phải xuất phát từ các yêu cầu cơng nghệ. Chương trình điều khiển cho PLC thực chất là mơ tả các mối liên kết giữa các phần tử đã được định sẵn trong PLC, mà các mối liên kết đĩ quyết định chức năng của hệ thống. Do đĩ việc lập chương trình điều khiển cho PLC là việc sao chép lại sơ đồ logic điều khiển nối hành. Trình tự đĩ phải theo một trật tự logic, đối với PLC loại S7-200 ngồi phần tử cơ bản cịn cĩ các bộ chức năng khác đã được định nghĩa trong bộ vi xử lý. Điều đĩ cho phép dễ dàng lập trình được logic điều khiển tùy theo từng ngơn ngữ lệnh chức năng. Việc kiểm tra chương trình cĩ thể thực hiện gián tiếp thơng qua sơ đồ logic và việc chuyển sơ đồ logic thành chương trình rất thuận tiện ít cĩ khả năng sai sĩt. 71
  72. 3.4.2. Sõ ðồ thuật tốn BĐ S Cịn chỗ ? Khơng cho vào Đ n = n+1 Cho xe vào Xe cao trên 2m Đ S Bãi 1 Bãi 2 Đỗ xe Đ n = n-1 Cho xe ra Cĩ xe ra hay khơng S Kết thúc Hình 3.4: Sõ ðồ thuật tốn 72
  73. 3.4.3. Sơ đồ nguyên lý đấu dây qua PLC. Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý đấu dây qua PLC 3.4.4. Mặt bằng thiết kế. 74
  74. Hình 3.6: mặt bằng thiết kế. Đèn báo bao gồm: - Đ1: đèn báo cịn chỗ bãi 1. - Đ2: đèn báo hết chỗ bãi 1. - Đ3: đèn báo xe cao trên 2 m. - Đ4: đèn báo cịn chỗ bãi 2. - Đ5: đèn báo hết chỗ bãi 2. 3.4.5. Gán các địa chỉ vào ra. 3.4.5.1. Các tín hiệu đầu vào. 75
  75. Địa chỉ Chú thích I0.0 Start I0.1 Stop I0.2 Cảm biến báo xe cao trên 2m I0.3 Cảm biến đếm xe vào bãi 1 I0.4 Cảm biến đếm xe ra bãi 1 I0.5 Cảm biến đếm xe vào bãi 2 I0.6 Cảm biến đếm xe ra bãi 2 3.4.5.2. Các tín hiệu đầu ra Địa chỉ Chú thích Q0.0 Đèn báo xe cao trên 2m (Đ3) Q0.1 Đèn báo cịn chỗ bãi 1 (Đ1) Q0.2 Đèn báo hết chỗ bãi 1 (Đ2) Q0.3 Đèn báo cịn chỗ bãi 2 (Đ4) Q0.4 Đèn báo hết chỗ bãi 2 (Đ5) 3.4.6. Chƣơng trình PLC 76
  76. KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện đồ án với tên đề tài “ Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” em đã đạt được những nội dung sau: Tìm hiểu được cấu trúc và hoạt động của các bãi đỗ xe tự động Tìm hiểu và làm chủ được hoạt động của PLC S7 – 200 trong việc giám sát điều khiển nhà giữ xe tự động Thiết kế và xây dựng mơ hình giám sát điều khiển bãi đỗ xe tự động Đồ án này của em thực hiện dựa trên nghiên cứu tìm hiểu giám sát bãi đỗ xe trong thực tế. Thơng qua đề tài “Lập trình thiết kế nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200” đã thực sự giúp em hiểu rõ ràng hơn về những gì em đã học được trong suốt thời gian qua. Qua đây em cũng được dịp mở rộng tầm hiểu biết của mình về mảng kiến thức PLC mà em đã học được, một ứng dụng tối ưu của ngành tự động hĩa. Do trình độ cũng như khả năng nhận thức cịn cĩ hạn, cộng vĩi sự thiếu thốn về tài liệu tham khảo và thời gian nghiên cứu, tìm hiểu đề tài cịn hạn chế nên dù đã rất cố gắng nhưng khơng thể tránh khỏi thiếu sĩt. Em mong nhậm được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cơ để cĩ thể hiểu hơn và tiếp cận gần hơn với cơng nghệ mới. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Trọng Thắng đã hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành bản đồ án này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn các thầy cơ đã dạy dỗ em trong những năm học vừa qua, nhờ các thầy cơ mà em mới cĩ được kiến thức như ngày hơm nay. Đĩ chính là những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ tốt nghiệp và là nền tảng cho cơng việc của em sau này. Em xin chân thành cảm ơn! 79
  77. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Thành Bắc , Giáo trình thiết bị điện , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. http// www.google.com 3. Phạm Quốc Khánh, Phạm Cơng Dương, Bùi Thi Thu Hà (2009), Thiết bị điều khiển khả trình – PLC, Nhà xuất bản giáo dục việt nam 4. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2005), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 5 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 80