Đồ án: Thiết kế & Thi công Mô hình Thang Máy PLC S7-1200 (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng)

Thang máy PLC S7-1200: Tìm hiểu thiết kế và thi công thang máy sử dụng PLC S7-1200. Hướng dẫn chi tiết, sơ đồ mạch và lưu ý quan trọng.

• Tác giả: Thái Duy Đoan
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
• Trường học: Đại học sư phạm kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• Nhận xét của người hướng dẫn
• Nhận xét của người phản biện
• Tóm tắt
• Nhiệm vụ đồ án
• Lời nói đầu
• Danh sách các bảng, hình vẽ
• Danh sách các chữ ký hiệu, chữ viết tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
• 1.1. Tổng quan về thang máy
• 1.2. Cấu trúc và trang thiết bị thang máy
• 1.3. Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy
• 1.4. Phân loại thang máy
• 1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
• 1.6. Các công nghệ được sử dụng trong hệ thống thang máy
• 1.7. Phương án thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL
• 2.1. Tổng quan về PLC
• 2.2. Giới thiệu về PLC S7-1200
• 2.3. Giới thiệu về phần mềm TIA Portal V16
• 2.4. Làm việc với phần mềm TIA portal V16
• 2.5. Tổng quan WinCC
• 2.6. Tạo kết nối và thiết kế giao diện WinCC
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THANG MÁY
• 3.1. Quy trình công nghệ của hệ thống
• 3.2. Thiết kế phần cứng
• 3.3. Lựa chọn thiết bị
• 3.3.1. Nguồn tổ ong
• 3.3.2. Công tắc hành trình
• 3.3.3. Relay trung gian
• 3.3.4. Ray dẫn hướng
• 3.3.5. Dây cáp và puly
• 3.3.6. Ròng rọc nhỏ
• 3.3.7. Đối trọng thang máy
• 3.3.8. Cảm biến tiệm cận
• 3.3.9. Biến tần số Schneider-Altivar 11Hu18M2A(ATV11)
• 3.3.10. Cảm biến loadcell Import HS000211 5kg
• 3.3.11. Mạch khuếch đại loadcell LF-S01
• 3.4. Thi công mô hình hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH THANG MÁY
• 4.1. Bảng phân công đầu vào đầu ra
• 4.2. Lưu đồ thuật toán chọn chế độ
• 4.3. Chương trình điều khiển
• 4.4. Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC
• ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan giải pháp thang máy PLC S7 1200 tự động hóa

Hệ thống thang máy hiện đại là một phần không thể thiếu trong các công trình cao tầng, từ khu dân cư đến trung tâm thương mại. Việc đảm bảo vận hành ổn định, an toàn và hiệu quả đòi hỏi một hệ thống điều khiển thông minh và đáng tin cậy. Trong bối cảnh đó, giải pháp thang máy PLC S7-1200 của Siemens nổi lên như một lựa chọn hàng đầu, mang đến sự kết hợp tối ưu giữa hiệu suất và chi phí. Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Siemens S7-1200, đặc biệt là dòng CPU 1214C, đóng vai trò là "bộ não" trung tâm, xử lý toàn bộ logic vận hành phức tạp. Nghiên cứu của Thái Duy Đoan và Nguyễn Hồng Hòa (2022) đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng PLC S7-1200 trong việc thiết kế và thi công mô hình thang máy 4 tầng. Hệ thống này không chỉ thực hiện các chức năng cơ bản như gọi tầng, chọn tầng, đóng/mở cửa mà còn tích hợp các tính năng an toàn cao cấp như kiểm soát tải trọng và chế độ ưu tiên khi có sự cố. Việc lập trình PLC S7-1200 thông qua phần mềm TIA Portal cho phép các kỹ sư xây dựng các giải thuật điều khiển thang máy phức tạp một cách trực quan và linh hoạt. Khả năng tích hợp mạnh mẽ với các thiết bị khác như biến tần cho thang máy, HMI thang máy, và hệ thống cảm biến thang máy giúp tạo ra một giải pháp điều khiển toàn diện. Cấu trúc của một hệ thống thang máy PLC S7-1200 điển hình bao gồm ba thành phần chính: phần cơ khí (cabin, đối trọng, ray dẫn hướng, động cơ), phần điện động lực (tủ điện, biến tần, động cơ) và phần điều khiển (PLC, cảm biến, nút nhấn, màn hình HMI). Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành phần này, được điều phối bởi chương trình trong PLC, đảm bảo thang máy di chuyển êm ái, dừng tầng chính xác và phản ứng nhanh chóng với mọi yêu cầu từ người dùng.

1.1. Vai trò của Siemens S7 1200 trong tự động hóa thang máy

Siemens S7-1200 được xem là trung tâm điều khiển cốt lõi, thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng rơ-le truyền thống vốn cồng kềnh và khó bảo trì. Với bộ xử lý mạnh mẽ, S7-1200 có khả năng thực thi các logic điều khiển phức tạp, quản lý thứ tự ưu tiên các lệnh gọi tầng, kiểm soát tốc độ động cơ thang máy thông qua biến tần, và giám sát liên tục trạng thái của toàn bộ hệ thống. PLC nhận tín hiệu từ các đầu vào như nút nhấn gọi tầng, cảm biến thang máy (cảm biến vị trí, cảm biến tải trọng), và các thiết bị của hệ thống an toàn thang máy. Dựa trên các tín hiệu này, chương trình được nạp sẵn sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển tới các đầu ra như biến tần, rơ-le đóng/mở cửa, đèn báo, chuông. Tính linh hoạt của S7-1200 cho phép dễ dàng sửa đổi, nâng cấp thuật toán mà không cần can thiệp vào phần cứng, một ưu điểm vượt trội so với các giải pháp cũ.

1.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống thang máy điều khiển bằng PLC

Một hệ thống thang máy điều khiển bằng PLC bao gồm các khối chức năng rõ ràng. Khối điều khiển trung tâm là module S7-1200 và các module mở rộng I/O nếu cần. Khối này được đặt trong tủ điện điều khiển thang máy, cùng với các thiết bị đóng cắt, bảo vệ và biến tần. Khối chấp hành bao gồm động cơ thang máy chính để kéo cabin và động cơ phụ để đóng/mở cửa. Khối cảm biến thu thập thông tin trạng thái, bao gồm các công tắc hành trình xác định điểm dừng, Encoder để phản hồi vị trí và tốc độ chính xác, cảm biến quang (photocell) chống kẹt cửa, và cảm biến tải trọng (loadcell) để cảnh báo quá tải. Cuối cùng là khối giao diện người-máy (HMI), bao gồm các nút nhấn gọi tầng bên ngoài, bảng điều khiển bên trong cabin và màn hình HMI thang máy để hiển thị thông tin và cho phép giám sát.

II. Thách thức trong thiết kế và thi công thang máy PLC S7 1200

Việc triển khai một hệ thống thang máy PLC S7-1200 không chỉ đơn thuần là lắp ráp các linh kiện mà còn là một quá trình kỹ thuật phức tạp, đối mặt với nhiều thách thức đáng kể. Thách thức lớn nhất nằm ở việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng. Hệ thống an toàn thang máy phải được thiết kế đa lớp, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn thang máy TCVN. Điều này bao gồm việc xử lý các tình huống khẩn cấp như mất điện, quá tải, kẹt cửa, và đặc biệt là cơ chế phanh hãm an toàn khi thang vượt tốc. Bất kỳ sai sót nào trong lập trình logic an toàn đều có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Thách thức thứ hai là việc tích hợp phần cứng từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Một hệ thống hoàn chỉnh yêu cầu sự tương thích và giao tiếp mượt mà giữa PLC Siemens, biến tần (ví dụ Schneider Altivar), các loại cảm biến, và động cơ. Việc đấu nối theo đúng sơ đồ mạch điện thang máy và cấu hình các tham số truyền thông là tối quan trọng. Sai sót trong giai đoạn này có thể gây ra nhiễu tín hiệu, vận hành sai lệch hoặc thậm chí làm hỏng thiết bị. Một vấn đề khác là tối ưu hóa giải thuật điều khiển thang máy. Thuật toán không chỉ cần đúng về mặt logic mà còn phải hiệu quả, giúp thang máy đáp ứng lệnh gọi một cách thông minh, giảm thiểu thời gian chờ đợi và tiết kiệm năng lượng. Việc xử lý đồng thời nhiều lệnh gọi từ các tầng khác nhau theo cả hai chiều di chuyển đòi hỏi một logic phức tạp để đảm bảo không bỏ sót yêu cầu và tối ưu hóa quãng đường di chuyển của cabin. Cuối cùng, việc thi công và lắp đặt thang máy đòi hỏi độ chính xác cơ khí cao để đảm bảo cabin di chuyển trơn tru trên ray dẫn hướng, không rung lắc và dừng chính xác tại mỗi tầng.

2.1. Yêu cầu về độ chính xác và hệ thống an toàn thang máy

Độ chính xác là yếu tố sống còn. Cabin phải dừng chính xác tại mỗi tầng, với sai số cho phép rất nhỏ để mặt sàn cabin và sàn tầng ngang bằng, thuận tiện cho việc di chuyển, đặc biệt là với xe lăn hoặc xe đẩy hàng. Điều này đòi hỏi sự kết hợp chính xác giữa các cảm biến thang máy (công tắc hành trình, Encoder) và thuật toán điều khiển tốc độ của biến tần cho thang máy. Về an toàn, hệ thống phải có các cơ chế dự phòng. Ngoài các chức năng an toàn được lập trình trong PLC, các thiết bị an toàn cơ điện như phanh hãm điện từ, bộ hãm bảo hiểm (governor), và giảm chấn (buffer) ở đáy hố thang là bắt buộc. Toàn bộ hệ thống phải được kiểm định và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thang máy TCVN hiện hành.

2.2. Vấn đề tích hợp phần cứng và lập trình giải thuật điều khiển

Tích hợp phần cứng là bài toán kết nối PLC với thế giới bên ngoài. PLC S7-1200 giao tiếp với biến tần qua tín hiệu analog (0-10V) hoặc truyền thông Modbus để điều khiển tốc độ và chiều quay. Nó đọc tín hiệu từ hàng loạt cảm biến kỹ thuật số (digital) và tương tự (analog). Việc phân công cổng I/O một cách khoa học và lập trình xử lý tín hiệu nhiễu là rất quan trọng. Về giải thuật điều khiển thang máy, các kỹ sư phải xây dựng lưu đồ thuật toán chi tiết cho mọi kịch bản: chế độ chạy tự động, chế độ bảo trì, xử lý lỗi, ưu tiên lệnh gọi. Lập trình phải đảm bảo tính bền vững (robustness), nghĩa là hệ thống có thể tự phục hồi từ các lỗi nhỏ và hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không cần can thiệp.

III. Hướng dẫn thiết kế phần cứng cho thang máy PLC S7 1200

Thiết kế phần cứng là nền tảng vật lý quyết định độ tin cậy và hiệu suất của toàn bộ hệ thống thang máy PLC S7-1200. Quá trình này bắt đầu bằng việc lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu của dự án. Trái tim của hệ thống là bộ PLC Siemens S7-1200, cụ thể là CPU 1214C AC/DC/RLY như trong đề tài tham khảo, cung cấp đủ số lượng cổng I/O tích hợp và khả năng xử lý cho một mô hình 4 tầng. Việc lựa chọn module S7-1200 phải dựa trên số lượng tín hiệu vào/ra cần thiết, bao gồm tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến vị trí, cảm biến an toàn và tín hiệu điều khiển đến biến tần, rơ-le. Tiếp theo, việc lựa chọn động cơ thang máy và biến tần cho thang máy phải đồng bộ. Động cơ phải có đủ công suất để kéo cabin và đối trọng với tải trọng tối đa, trong khi biến tần phải có khả năng điều khiển tốc độ và moment một cách chính xác, giúp thang khởi động và dừng êm ái. Biến tần Schneider Altivar 11 là một lựa chọn được sử dụng trong mô hình, cho thấy khả năng tương thích tốt. Hệ thống cảm biến là "giác quan" của thang máy. Cần có các công tắc hành trình để xác định giới hạn trên và dưới, cảm biến tiệm cận hoặc Encoder để xác định vị trí tầng chính xác, photocell để đảm bảo an toàn cửa, và cảm biến loadcell để đo lường tải trọng, ngăn ngừa tình trạng quá tải. Toàn bộ các thiết bị này được kết nối và quản lý trong tủ điện điều khiển thang máy. Việc thiết kế tủ điện phải khoa học, gọn gàng, đảm bảo tản nhiệt tốt và dễ dàng cho việc bảo trì thang máy PLC sau này. Sơ đồ mạch điện thang máy là tài liệu quan trọng nhất, mô tả chi tiết cách đấu nối tất cả các thiết bị, từ mạch động lực cho động cơ đến mạch điều khiển cho PLC và các thiết bị phụ trợ.

3.1. Lựa chọn module S7 1200 và thiết bị ngoại vi phù hợp

Việc lựa chọn CPU S7-1200 phụ thuộc vào quy mô hệ thống. Với thang máy ít tầng, CPU 1212C hoặc 1214C là đủ. Đối với các hệ thống lớn hơn, có thể cần đến CPU 1215C hoặc 1217C và các module mở rộng tín hiệu (Signal Modules - SM) để tăng số lượng I/O. Thiết bị ngoại vi bao gồm rơ-le trung gian để cách ly và đóng cắt các tải lớn, nguồn tổ ong 24VDC để cấp nguồn cho PLC và cảm biến, nút nhấn và đèn báo chuyên dụng cho thang máy. Mỗi thiết bị phải được lựa chọn dựa trên thông số kỹ thuật, độ bền và độ tin cậy trong môi trường công nghiệp.

3.2. Thiết kế tủ điện điều khiển thang máy và sơ đồ mạch điện

Thiết kế tủ điện điều khiển thang máy yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn về an toàn điện. Bố trí thiết bị bên trong tủ phải hợp lý: khối nguồn và mạch động lực (MCCB, contactor, biến tần) nên được đặt riêng biệt với khối điều khiển (PLC, rơ-le) để tránh nhiễu điện từ. Dây dẫn phải được đánh số và đi trong máng cáp gọn gàng. Sơ đồ mạch điện thang máy phải được vẽ chi tiết, bao gồm cả sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đấu nối. Sơ đồ này là kim chỉ nam cho quá trình lắp đặt, kiểm tra và khắc phục sự cố sau này. Nó phải thể hiện rõ ràng kết nối từ PLC đến từng cảm biến, cơ cấu chấp hành.

IV. Phương pháp lập trình PLC S7 1200 tối ưu cho thang máy

Chương trình điều khiển là linh hồn của hệ thống thang máy PLC S7-1200, quyết định thang máy hoạt động thông minh, an toàn và hiệu quả như thế nào. Quá trình lập trình PLC S7-1200 được thực hiện trên môi trường phát triển tích hợp TIA Portal của Siemens, một công cụ mạnh mẽ và trực quan. Trước khi viết code, bước quan trọng nhất là xây dựng lưu đồ thuật toán chi tiết. Lưu đồ này phải mô tả logic hoạt động của thang máy trong mọi tình huống có thể xảy ra, từ quy trình hoạt động bình thường, xử lý ưu tiên lệnh gọi, cho đến các kịch bản sự cố. Dựa trên đề tài của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng, ngôn ngữ lập trình được lựa chọn là lập trình LAD/FBD (Ladder Diagram/Function Block Diagram). Đây là ngôn ngữ đồ họa, mô phỏng lại mạch logic rơ-le, rất quen thuộc với các kỹ sư điện - tự động hóa và dễ dàng cho việc gỡ lỗi. Chương trình được cấu trúc thành các khối chức năng (Function Blocks - FB) và hàm (Functions - FC) riêng biệt để dễ quản lý. Ví dụ, có thể tạo các khối riêng cho việc điều khiển động cơ, xử lý lệnh gọi tầng, điều khiển cửa, và giám sát an toàn. Cấu trúc module này giúp chương trình trở nên rõ ràng, dễ bảo trì và tái sử dụng. Một phần quan trọng của chương trình là giải thuật điều khiển thang máy. Thuật toán phải xử lý thông minh các lệnh gọi tầng, ví dụ: khi thang đang đi lên, nó sẽ ưu tiên phục vụ các lệnh gọi đi lên ở các tầng phía trên và ghi nhớ các lệnh gọi khác để phục vụ sau. Ngoài ra, việc tích hợp HMI thang máy và giám sát SCADA cho thang máy qua WinCC cũng được thực hiện trong TIA Portal, cho phép tạo ra giao diện đồ họa để người vận hành có thể giám sát trạng thái, điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của thang máy.

4.1. Sử dụng TIA Portal để phát triển giải thuật điều khiển thang máy

TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) cung cấp một nền tảng hợp nhất để cấu hình phần cứng, lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI và chẩn đoán lỗi. Kỹ sư có thể tạo một dự án duy nhất quản lý cả PLC S7-1200 và màn hình HMI. Môi trường mô phỏng PLCSIM trong TIA Portal cho phép kiểm tra và gỡ lỗi thuật toán ngay trên máy tính trước khi nạp chương trình xuống PLC thật, giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành thử thang máy.

4.2. Lập trình LAD FBD cho chức năng gọi tầng và di chuyển cabin

Trong lập trình LAD/FBD, logic gọi tầng được hiện thực hóa bằng các lệnh tiếp điểm, cuộn dây, bộ đếm (counter) và bộ định thời (timer). Mỗi nút nhấn gọi tầng sẽ set một bit nhớ tương ứng. Chương trình sẽ quét các bit nhớ này và quyết định hướng di chuyển tiếp theo của cabin. Logic điều khiển di chuyển sẽ gửi tín hiệu đến biến tần cho thang máy để chạy thuận/nghịch và điều khiển tốc độ. Việc sử dụng các khối so sánh (compare) để đối chiếu vị trí hiện tại (đọc từ Encoder hoặc cảm biến) với vị trí đích là cực kỳ quan trọng để ra lệnh giảm tốc và dừng chính xác.

4.3. Tích hợp HMI thang máy và giám sát SCADA qua WinCC

WinCC, được tích hợp trong TIA Portal, cho phép tạo ra giao diện HMI thang máy trực quan. Trên màn hình HMI, có thể mô phỏng vị trí cabin, hiển thị trạng thái cửa, các lệnh gọi đang chờ, và các cảnh báo lỗi. Giao diện này không chỉ giúp người dùng mà còn hỗ trợ kỹ thuật viên trong việc bảo trì thang máy PLC. Đối với các hệ thống lớn, dữ liệu từ PLC có thể được thu thập và đưa lên hệ thống giám sát SCADA cho thang máy, cho phép quản lý và giám sát tập trung nhiều thang máy từ một phòng điều khiển trung tâm, tối ưu hóa vận hành và phát hiện sớm các sự cố tiềm ẩn.

V. Quy trình thi công và vận hành thử thang máy PLC S7 1200

Quy trình thi công và lắp đặt thang máy là giai đoạn hiện thực hóa bản thiết kế phần cứng và phần mềm, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các đội ngũ cơ khí, điện và lập trình. Việc triển khai hệ thống thang máy PLC S7-1200 tuân theo các bước nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và an toàn. Giai đoạn đầu tiên là thi công phần cơ khí, bao gồm việc dựng khung giếng thang, lắp đặt ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng. Độ chính xác trong giai đoạn này là tối quan trọng; ray dẫn hướng phải tuyệt đối thẳng đứng và song song để cabin có thể di chuyển êm ái. Tiếp theo là lắp đặt cabin, đối trọng, hệ thống cáp tải và động cơ thang máy. Giai đoạn hai là lắp đặt hệ thống điện. Đội ngũ kỹ thuật sẽ tiến hành đi dây, lắp đặt tủ điện điều khiển thang máy, các hộp nút nhấn tại mỗi tầng và trong cabin, cùng toàn bộ hệ thống cảm biến thang máy. Việc đấu nối phải tuân thủ tuyệt đối theo sơ đồ mạch điện thang máy đã được phê duyệt. Sau khi hoàn tất lắp đặt phần cứng, kỹ sư lập trình sẽ tiến hành nạp chương trình đã được phát triển trên TIA Portal vào PLC Siemens S7-1200. Giai đoạn quan trọng nhất là vận hành thử thang máy và hiệu chỉnh. Quá trình này được thực hiện không tải trước, sau đó là thử tải với các mức tải trọng khác nhau. Các thông số cần kiểm tra bao gồm: độ chính xác dừng tầng, độ êm ái khi khởi động và dừng, hoạt động của cửa và các thiết bị an toàn. Mọi chức năng của hệ thống an toàn thang máy đều phải được kiểm tra kỹ lưỡng, ví dụ như thử ngắt nguồn đột ngột, thử chức năng báo quá tải, kiểm tra phanh hãm. Quá trình này phải được ghi chép cẩn thận và tuân thủ các quy định trong tiêu chuẩn an toàn thang máy TCVN trước khi bàn giao hệ thống để đưa vào sử dụng chính thức.

5.1. Các bước lắp đặt thang máy từ cơ khí đến hệ thống điện

Quá trình lắp đặt thang máy được chia thành các công đoạn rõ ràng. Bắt đầu từ việc chuẩn bị hố thang (hố pít), sau đó lắp ray dẫn hướng, khung cabin và khung đối trọng. Tiếp theo là lắp đặt máy kéo, hệ thống puly và đi cáp tải. Cuối cùng của phần cơ khí là lắp cửa tầng và cửa cabin. Về phần điện, công việc bao gồm lắp đặt tủ điều khiển, kéo dây động lực và dây tín hiệu dọc giếng thang, kết nối các cảm biến, nút nhấn, và màn hình hiển thị. Mỗi bước đều cần được kiểm tra chéo để đảm bảo không có sai sót.

5.2. Kiểm tra và vận hành thử nghiệm mô hình theo tiêu chuẩn

Giai đoạn vận hành thử thang máy là bắt buộc. Kỹ sư sẽ kiểm tra từng chức năng riêng lẻ: gọi tầng từ bên ngoài, chọn tầng từ bên trong, hoạt động đóng/mở cửa, hoạt động của cảm biến an toàn. Sau đó là các bài kiểm tra tích hợp, cho thang máy chạy tự động theo các kịch bản sử dụng thực tế. Các bài kiểm tra an toàn theo tiêu chuẩn an toàn thang máy TCVN bao gồm kiểm tra phanh, kiểm tra quá tải, và kiểm tra các tính năng cứu hộ khẩn cấp. Chỉ khi vượt qua tất cả các bài kiểm tra nghiêm ngặt này, hệ thống mới được coi là sẵn sàng để hoạt động.

VI. Tương lai và tiềm năng của hệ thống thang máy PLC S7 1200

Hệ thống thang máy PLC S7-1200 không chỉ là một giải pháp hiệu quả ở hiện tại mà còn mở ra nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai, song hành cùng xu hướng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Nền tảng Siemens S7-1200 với cổng PROFINET tích hợp sẵn là một lợi thế lớn, cho phép kết nối dễ dàng vào mạng Ethernet công nghiệp và Internet. Điều này tạo tiền đề cho việc phát triển các giải pháp giám sát và điều khiển từ xa. Trong tương lai gần, việc tích hợp công nghệ Vạn vật kết nối (IoT) sẽ trở nên phổ biến. Dữ liệu vận hành của thang máy như số lần hoạt động, quãng đường di chuyển, tình trạng thiết bị có thể được thu thập bởi PLC và đẩy lên nền tảng đám mây (Cloud). Dựa trên dữ liệu lớn này, các thuật toán phân tích và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể dự đoán các hỏng hóc tiềm tàng, cho phép thực hiện bảo trì thang máy PLC theo điều kiện (Condition-based Maintenance) thay vì bảo trì định kỳ, giúp tối ưu hóa chi phí và giảm thời gian dừng hoạt động. Hệ thống giám sát SCADA cho thang máy sẽ ngày càng trở nên tinh vi hơn. Thay vì chỉ giám sát trên màn hình HMI cục bộ hoặc tại phòng điều khiển, người quản lý tòa nhà có thể giám sát trạng thái của toàn bộ hệ thống thang máy qua ứng dụng trên điện thoại thông minh hoặc trình duyệt web từ bất kỳ đâu. Giải pháp điều khiển thang máy dựa trên S7-1200 cũng có tiềm năng tích hợp sâu hơn với các hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (BMS - Building Management System), cho phép phối hợp hoạt động, chẳng hạn như tự động gọi thang máy đến tầng trệt khi có báo động cháy. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, thang máy PLC S7-1200 sẽ tiếp tục là một nền tảng vững chắc, linh hoạt và có khả năng mở rộng, đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất, an toàn và thông minh của các công trình hiện đại.

6.1. Xu hướng tích hợp IoT và giám sát SCADA cho thang máy

Tích hợp IoT cho phép mỗi chiếc thang máy PLC S7-1200 trở thành một "nút mạng" thông minh. Dữ liệu từ cảm biến thang máy và trạng thái hoạt động của PLC được truyền về một máy chủ trung tâm. Hệ thống giám sát SCADA cho thang máy không chỉ hiển thị dữ liệu thời gian thực mà còn phân tích xu hướng, tạo báo cáo hiệu suất và gửi cảnh báo tự động qua email hoặc SMS khi có sự cố. Điều này nâng cao khả năng quản lý chủ động và giảm thiểu rủi ro vận hành, đặc biệt quan trọng đối với các tòa nhà có nhiều thang máy.

6.2. Đánh giá hiệu quả và hướng bảo trì thang máy PLC

Hiệu quả của hệ thống thang máy PLC S7-1200 được đánh giá dựa trên các tiêu chí: độ tin cậy, chi phí vận hành, và khả năng bảo trì. Nhờ sử dụng thiết bị tiêu chuẩn công nghiệp, hệ thống có độ ổn định cao và vòng đời dài. Về bảo trì thang máy PLC, nhờ khả năng chẩn đoán lỗi của TIA Portal và S7-1200, kỹ thuật viên có thể nhanh chóng xác định nguyên nhân sự cố, giảm thời gian sửa chữa. Hướng phát triển trong tương lai là bảo trì dự đoán, nơi hệ thống tự động phân tích dữ liệu mài mòn, rung động, và dòng điện động cơ thang máy để cảnh báo trước khi hỏng hóc xảy ra, chuyển từ thế bị động sang chủ động trong công tác bảo trì.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Tổng quan về thang máy. ❖ Giới thiệu chung về thang máy. Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để dùng vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu, thực phẩm, giường bệnh, v.v… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng một tuyến đã định sẵn. Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, và các đài quan sát, tháp truyền hình trong các nhà máy, công xưởng đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so vớicác phương tiện vận chuyển khác là thời gian một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở liên tục.

Hiện nay thang máy là thiết bị rất quan trọng, đặc biệt là nhà cao tầng vì nó giúp người ta không phải dùng sức chân để leo cầu thang và được sử dụng thay cho cầu thang bộ. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình. Tùy theo đối tượng nâng, chuyển khác nhau mà thang máy có cấu tạo phù hợp.1 Cấu trúc và trang thiết bị thang máy. ❖ Cấu trúc tổng thể.

Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an toàn, tiện lợi trong vận hành. Thang máy gồm một số bộ phận chức năng như sau: - Cơ cấu dẫn động. - Cabin cùng hệ thống treo cabin. - Cơ cấu đóng, mở cabin và hệ thống phanh an toàn khi thang máy gặp sự cố.

- Giảm cấn đặt ở đáy giếng. - Ray dẫn hướng và đối trọng. - Tủ điện và hệ thống điều khiển. - Hệ thống các thiết bị an toàn và nhiều thiết bị khác.

Tất cả các bộ phận trên được bố trí phù hợp nhằm mục đích hoàn thiện và nâng cao độ an toàn tuyệt đối của thang trong quá trình vận hành. Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.1 Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 1 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 HÌNH 1. 1 Kết cấu của thang máy Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS.

Phan Thị Thanh Vân 2 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 ❖ Trang thiết bị trong buồng máy. - Cơ cấu nâng, hạ. Cơ cấu nâng hạ buồng thang gồm có các bộ phận sau: + Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha). + Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp.

+ Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo). + Phanh hãm điện từ, bánh răng sự cố. Thường lắp đặt ở phòng máy trên nóc giếng thang, là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống. Motor kéo được liên kết với cabin và đối trọng bằng các sợi cáp nâng thông qua hệ thống puli ma sát của motor và các puli trên hệ thống treo của cabin và đối trọng.

Khi motor kéo hoạt động, puli ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. 2 Máy kéo thang máy OTIS. Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 3 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 - Tủ điều khiển.

Tủ điện thang máy là một trong những bộ phận quan trọng cho quá trình hoạt động của thang máy, nếu bộ phận máy kéo được ví như trái tim thì tủ điện là “ bộ não” điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của thang máy. Tủ chứa các thiết bị đóng ngắt, điều khiển và giám sát hoạt động của thang gồm mạch điều khiển chính (PLC hoặc VDK), biến tần, cầu chì các loại, công tắc tơ và các loại rơle trung gian. Tủ điện có tác dụng điều khiển và phối hợp cùng các thiết bị khác để cho thang máy hoạt động an toàn và theo đúng mong muốn của nhân viên kỹ thuật.3 Tủ điều khiển.2 Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy. Buồng thang là phần không gian được giới hạn bởi 4 vách.

Đây cũng là nơi cho người đứng hoặc đặt hàng hóa vào khi cần di chuyển lên xuống. Buồng thang di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng. Bên trong buồng thang được lắp đặt các nút điều khiển chọn tầng có đèn, đèn chiếu sáng, loa báo trạng thái, nút báo sự cố,… Ngoài ra, buồng thang có lắp đặt phanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở cửa buồng thang. Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS.

Phan Thị Thanh Vân 4 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 HÌNH 1. Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 – 1800 N/mm2. Trong thang máy thường dùng từ 3 đến 6 sợi cáp bện lại với nhau. Cáp nâng thường được lựa chọn theo điều kiện sau: Smax*n ≤ Sd.

Trong đó: + SMax : Lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy. + Sd : Tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo xác định và cho trong bảng cáp tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạn bền của vật liệu sợi thép bện cáp. + n : Hệ số an toàn bền của cáp, lấy không nhỏ hơn giá trị quy định trong tiêu chuẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ, loại thang máy và loại cơ cấu nâng. Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS.

Phan Thị Thanh Vân 5 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 HÌNH 1. ❖ Ray dẫn hướng. Ray dẫn hướng là thiết bị được sử dụng để dẫn cabin và đối trọng di chuyển lên xuống dọc theo phương đứng của thang máy. Bộ phận này đảm bảo cho cabin và đối trọng luôn cố định ở vị trí của chúng mà không dịch chuyển theo phương ngang trong quá trình hoạt động.

6 Ray điều hướng. Đối trọng là khối nặng treo vào đầu cáp tải để tạo lực ma sát giữa rãnh cáp của puly và cáp tải, đồng thời đối trọng còn có tác dụng cân bằng với khối lượng cabin và 50% tải. Nhờ đó mà motor làm việc nhẹ hơn, hiệu suất cao. Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS.

Phan Thị Thanh Vân 6 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 Cấu tạo đối trọng bao gồm: Khung đối trọng, shoe dẫn hướng, board gang, rail dẫn hướng, giảm chấn đối trọng. ❖ Ngàm dẫn hướng. Có hai loại ngàm dẫn hướng: ngàm trượt và ngàm con lăn. Bộ phận này đảm bảo đối trọng và cabin không bị dịch chuyển sang phương ngang quá giá trị cho phép trong quá trình hoạt động đồng thời giúp dẫn hướng cho cabin và đối trọng theo phương đứng.

8 Ngàm trượt. và ngàm con lăn. Giảm chấn thang máy là thiết bị an toàn được đặt dưới hố thang mà khi thng máy có sự cố xảy ra làm thang máy chạy quá tốc độ theo chiều xuống thì giảm chấn là hệ Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 7 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 thống an toàn cuối cùng để cabin ngồi lên làm giảm bớt những tác động trực tiếp tới thang máy.

Các loại giảm chấn thang máy được sử dụng phổng biến hiện nay được cấu tạo từ lò xo hoặc cao su. Chất liệu này có khả năng đàn hồi tốt, giúp đảm bảo an toàn hiệu quả cao. Có 3 loại giảm chấn được sử dụng nhiều nhất: Giảm chấn thủy lực, lò xo và cao su. ❖ Cảm biến cửa.

Cảm biến cửa thang máy (hay còn được gọi là photocell) được lắp đặt ở 2 bên cửa thang. Thiết bị này là cảm biến quang học, giúp phát hiện vật cản khi đóng mở cửa để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tránh tình trạng kẹt cửa, mất an toàn cửa hay kẹp người trong lúc thiết bị hoạt động, giảm thiểu tai nạn không mong muốn. Hiện nay, hệ thống cảm biến cửa thang máy có 2 dạng: dạng thanh và dạng điểm. 10 Cảm biến cửa thang máy.

❖ Cảm biến dừng tầng. Đây là thiết bị quan trọng trong thang máy nhằm đảm bảo việc xác định được vị trí dừng thang chuẩn xác để cửa cabin thang máy ăn khớp với vị trí cửa tầng. Sau khi người Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 8 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế và thi công mô hình thang máy sử dụng PLC S7 1200 dùng ấn nút gọi tầng, hệ thống cảm biến dừng tầng thang máy sẽ hoạt động.

Bộ phận này sẽ nhận biết và xác định được tầng cần đến, dừng đúng tầng sao cho giếng thang và mặt sàn tầng bằng nhau, tạo thuận lợi cho hành khách di chuyển. Đối với thang máy chở hàng, đây có lẽ là bộ phận quan trọng nhất bởi các thiết bị vận chuyển hàng thường có bánh xe và dễ dàng được di chuyển khi sàn tầng và sàn cabin bằng nhau. ❖ Cảm biến trọng lượng. Hệ thống cảm biến tải trọng của thang máy được trang bị với nhiệm vụ chính là tạo ra tín hiệu điện, với độ lớn tỉ lệ thuận với lực đo được trong thực tế, đảm bảo phát hiện tình trạng vượt tải dễ dàng và kịp thời hơn.

Bộ phận cảm biến trọng lượng được lắp đặt bên dưới sàn, hoạt động tương tự như một chiếc cân di động. Bộ phận này được kết nối với thiết bị cảnh báo của thang, khi quá tải trọng quy định thang sẽ dừng hoạt động và phát ra tín hiệu báo quá tải. Chỉ khi trọng lượng nằm trong tải trọng cho phép thang mới tiếp tục hoạt động bình thường. Cảm biến trọng lượng thang giúp giảm tối đa tình trạng quá tải, tiềm ẩn nguy cơ rơi tự do, đứt cáp gây mất an toàn cho người sử dụng và ảnh hưởng đến chính độ bền của thang máy.

11 Cảm biến trọng lượng.3 Phân loại thang máy. Thang máy hiện nay rất đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau. Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS.

Phan Thị Thanh Vân 9 Nguyễn Hồng Hòa TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.