Ứng dụng PLC cho hệ thống điều khiển thang máy (phần 1)

Phần 1: TÍN HIỆU HÓA VÀ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ TỐI ƯU LUẬT ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

Tối ưu hóa chương trình điều khiển thang máy

Vấn đề tối ưu hoá trong điều khiển thang máy

Như đã biết, trong những thang máy những nút ấn gọi thang được sắp xếp ở những tầng, tuỳ theo phong cách thiết kế mạch mà mỗi tầng sẽ có 1 hoặc 2 nút gọi thang. Ở giải pháp này, toàn bộ những tầng ( trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ có nút gọi lên ) đều sắp xếp 2 nút ấn gọi thang, một nút gọi lên và một nút gọi xuống. Trong buồng thang cũng có một bàn phím gồm những nút ấn đến tầng, đóng Open nhanh, dừng khẩn cấp, báo chuông khi thiết yếu .
Các tín hiệu đó ảnh hưởng tác động vào hệ điều khiển thang máy không theo một quy luật nào cả. Do đó yếu tố đặt ra là : thang máy phải có một luật điều khiển sao cho vừa thỏa mãn nhu cầu được những nhu yếu công nghệ tiên tiến, vừa cung ứng được sự tối ưu về quãng đường mà buồng thang phải di dời, thời hạn Giao hàng cũng như nguồn năng lượng tiêu tốn, đồng thời mọi hành khách cảm thấy tự do khi sử dụng thang máy .

Như vậy, một vấn đề nữa đặt ra là làm thế nào để có thể phục vụ được tất cả hành khách một cách tối ưu nhất, có thể nhớ được nhiều tín hiệu gọi Cabin và xử lý các tín hiệu nhớ này theo một luật tối ưu. Trong trường hợp này ta sử dụng lý thuyết hàng đợi.

Bạn đang đọc: Ứng dụng PLC cho hệ thống điều khiển thang máy (phần 1)

Lý thuyết hàng đợi

Khái niệm chung về hệ thống hàng đợi

Hệ thống hàng đợi ( Queueing System ) là hệ thống có những bộ phận Giao hàng ( Services ) và những người mua đi đến hệ thống ( Arriving Customers ) để được Giao hàng. Nếu khi người mua đến mà những bộ phận ship hàng đều bận thì những người mua phải sắp hàng để đợi được Giao hàng. Chính vì thế mà hệ thống này có tên là hệ thống hàng đợi. Lý thuyết toán học để khảo sát những hệ thống hàng đợi được gọi là triết lý ship hàng đám đông ( những người mua được coi là một đám đông được ship hàng ) .

Các đặc trưng cho hàng đợi

  • Chiều dài hàng đợi : là số người mua có trong hàng đợi ( hạn chế hoặc không hạn chế ) .
  • Thời gian đợi : là khoảng chừng thời hạn từ khi người mua đến hệ thống cho đến khi mở màn được Giao hàng. Thời gian đợi hoàn toàn có thể hạn chế hoặc không hạn chế .
  • Luật sắp hàng : là phương pháp chọn người mua trong hàng đợi. Thông thường có những luật sắp hàng như sau :
  1. Đến trước ship hàng trước
  2. Đến trước Giao hàng sau
  3. Ngẫu nhiên
  4. Ưu tiên …

Các thành phần chính của hệ thống hàng đợi

Hệ thống hàng đợi có ba bộ phận chính là :

  • Dòng người mua : là những thành phần, nhu yếu, sự kiện đi đến hệ thống để được Giao hàng – được gọi chung là người mua. Đặc trưng cho dòng người mua là cường độ dòng người mua Ayđơn vị thời hạn. Dòng người mua là một dòng sự kiện ngẫu nhiên, do đó khoảng cách thời hạn giữa những người mua cũng là một đại lượng ngẫu nhiên .
  • Kênh ship hàng : là những cơ cấu tổ chức để ship hàng người mua, thực thi những nhu yếu của người mua. Thời gian ship hàng ( Service time ) và khoảng chừng thời hạn giữa những lần ship hàng là những đại lượng ngẫu nhiên. Tuỳ theo hệ thống có một hay nhiều điểm Giao hàng mà người ta gọi là hệ thống có một hoặc nhiều kênh Giao hàng. Đặc trưng cho kênh Giao hàng là dòng ship hàng với cường độ là μ / đơn vị chức năng thời hạn. Cường độ ship hàng là số người mua được Giao hàng xong trên một đơn vị chức năng thời hạn .
  • Hàng đợi ( Queue ) : là số người mua chờ đến lượt được ship hàng. Tuỳ theo số người mua đến nhiều hay ít ( cường độ λ lớn hay bé ), năng lực Giao hàng ( số kênh Giao hàng, thời hạn ship hàng ) mà số người mua phải đợi trong hàng đợi nhiều hay ít. Vì vậy, độ dài hàng đợi cũng là một đại lượng ngẫu nhiên .
  • Luật sắp hàng : trong hệ thống hàng đợi có một kênh ship hàng thường có luật sắp hàng kiểm soát và điều chỉnh sau đây :

1 / FIFO ( First – In First – Out ) : Khách hàng đến trước Giao hàng trước. Luật FIFO thường được dùng ở những nơi như :

+ Sắp hàng trước quầy tính tiền của siêu thị.
+ Sắp hàng vào cơ sở dịch vụ, phương tiện vận tải.
+ Các thiết bị sắp hàng trên băng tải chờ đến lượt được lắp ráp…

2 / LIFO ( Last – In First – Out ) : Khách hàng đến sau được Giao hàng trước luật LIFO thường được dùng ở những nới như :

+ Ra khỏi buồng thanh máy : người nào vào sau cùng sẽ được ra trước tiên.
+ Đọc giữ liệu trên băng từ : dữ liệu ghi sau sẽ được đọc trước.
+ Hàng hoá được xếp vào thùng chứa : hàng xếp sau cùng (phía trên của hàng chứa sẽ đựơc lấy ra trước …

3 / Ngẫu nhiên : những khách hành đều có chính sách ưu tiên như nhau và được ship hàng một cách ngẫu nhiên. Luật này thường đựợc lấy ở những trường hợp sau như :

+ Phụ nữ trẻ em và người tàn tật được ưu tiên phục trước.
+ Luật FIFO cũng là trường hợp đặc biệt với đầu ưu tiên là đến trước.
+ Thời gian phục vụ ngắn được phục vụ trước (shortest job first). Ví dụ trên nút giao thông xe nhỏ gọn nhanh được ưu tiên đi trước so với xe to cồng kềnh di chuyển chậm v.v…

  • Chiều dài hàng đợi : số người mua đứng đợi để được ship hàng. Nếu số vị trí để đứng đợi không hạn chế thì chiều dài hàng đợi hoàn toàn có thể dài bất kể. trái lại nếu số vị trí đứng đợi là hạn chế thì thì chiều dài hàng đứng đợi không vượt quá số đã cho trước. Trong trường hợp này nếu người mua đến đúng vào lúc chiều dài hàng đợi đã đầy thì phải rời bỏ hệ thống và hệ thống sẽ bị mất người mua. Chiều dài hàng đợi là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào vào cường độ dòng người mua và dòng Giao hàng .
  • Thời gian sắp hàng : quãng thời hạn người mua đứng đợi trong hàng đợi chờ để chờ đến lượt ship hàng. Có loại người mua hoàn toàn có thể đợi bao lâu cũng đựơc, ngựơc lại có loại người mua chỉ hoàn toàn có thể đợi trong một thời hạn nhất định, hết thời hạn đó người mua sẽ rời bỏ hệ thống mặc dầu vẫn còn chỗ để đứng đợi. Trong trường hợp này hệ thống sẽ mất người mua. Để giảm năng lực mất người mua hệ thống phải tăng mức độ dòng Giao hàng hoặc tăng số kênh ship hàng .

Thuật toán tối ưu điều khiển thang máy

Khi phong cách thiết kế thuật toán tối ưu điều khiển thang máy với hệ thống hàng đợi ta thấy có những đặc thù cần quan tâm như sau :

  • Nếu chiều dài hàng đợi lớn quá hoàn toàn có thể xảy ra trường hợp hành khách không đợi được đã không đi thang máy. Trong khi đó, đến lượt được Giao hàng thang máy vẫn chạy đến đúng vị trí gọi. Như vậy sẽ dẫn đến tiêu tốn lãng phí thời hạn và giảm hiệu suất hoạt động giải trí của thang. Do đó trong trường hợp này ta chọn chiều dài hàng đợi là 60 .
  • Khi xắp xếp hàng đợi, một yếu tố đặt ra là hoàn toàn có thể ở một tầng có nhiều tín hiệu gọi thang của nhiều người. Vì vậy, mỗi khi có tín hiệu gọi thang cần phải duyệt hàng loạt hàng đợi xem tín hiệu này đã xuất hiện trong hàng đợi hay chưa, trước khi thêm vào hàng đợi .
  • Khi hành khách đi vào thang máy và ấn nút gọi tầng, sau quy trình hoạt động, thang máy sẽ dừng lại ở vị trí tầng đã gọi. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể tầng này đã xuất hiện trong hàng đợi và như vậy, coi như tín hiệu gọi thang này đã được ship hàng. Vì vậy, cần phải loại tín hiệu này ra khỏi list hàng đợi để quy trình ship hàng của thang máy không bị nhầm lẫn .
  • Trong quá trình phục vụ có thể có những trường hợp thang máy không phục vụ kịp thời, dẫn đến tình trạng mất khách hàng do thang máy đã chuyển động đến tầng gọi nhưng không có người đi vào thang máy. Vì vậy cần phải có tín hiệu cảm biến sàn Cabin hoặc đặt thời gian trễ để sau khi cửa buồng thang đã khép lại nhưng không có người thì tín hiệu gọi thang tiếp theo trong hàng đợi sẽ được phục vụ.

Tín hiệu hóa cho hệ thống điều khiển Logic khả trình

Thiết kế bộ tạo mã phím cho những công tắc nguồn và nút ấn

Bàn phím gọi tầng

Khi số tầng ít, việc tạo mã phím cho những nút ấn gọi tầng, gọi thang và những tín hiệu cảm ứng vị trí rất đơn thuần. Các tín hiệu này sẽ tác động ảnh hưởng đến một bộ phát xung để phát ra những xung tương ứng với phím gọi. Các xung này sẽ được đưa đến một bộ đếm để có được mã phím. Tuy nhiên, khi số tầng nhiều, việc tạo mã như trên sẽ rất phức tạp và phải có rất nhiều dây dẫn tín hiệu. Vì vậy, tất cả chúng ta sẽ lựa chọn giải pháp phong cách thiết kế cho thang máy nhiều tầng với những bộ tạo mã theo ma trận phím dưới dạng những mã quét ( Scan code ) .
Trong thực tiễn có nhiều loại phím mà khi tiếp xúc sẽ gây ra những hiện tượng kỳ lạ như :

  • Thay đổi điện trở của phím .
  • Thay đổi điện dung của phím .
  • Thay đổi dòng điện chạy qua phím theo định luật

Để giảm số lượng dây dẫn phải biến hóa số thứ tự của những phím ( mã hoá những phím ) thành dạng nhị phân hoặc dạng số Hexa. Trong trường hợp này, người ta sử dụng một bộ đếm quét bàn phím. Khi có một phím được ấn bộ đếm sẽ được lệnh dừng lại và ở đầu ra của những bộ đếm sẽ thu được một mã nhị phân tương ứng với số thứ tự của phím. Mã này được gọi là mã quét bàn phím .
Nguyên tắc tạo mã quét cho bàn phím được minh họa như sơ đồ hình 1 .
Sơ đồ tạo mã bàn phímNgười ta đưa ra những giá trị 1 lần lượt quét vào những cột, sau đó đọc vào những giá trị ứng với những cột khác nhau ở thanh ghi hàng từ đó hoàn toàn có thể biết được mã của phím .
Sơ đồ đơn cử tạo mã quét của bảng 64 nút ấn như hình 1 .
Vi mạch 4001 ( 4 cổng NOR ) 2 lối vào ) được mã thành mạch phát xung đồng hồ đeo tay 50H z hoàn toàn có thể điều khiển chạy hoặc dừng được. Khi bộ phát xung chạy, hai tầng đếm nhị phân ( dùng IC4520 ) sẽ đếm liên tục và biểu lộ tác dụng bằng xung điện áp ở những lối ra của chúng. Tầng đếm thứ hai đưa hiệu quả vào A2B2C2 của vi mạch giải thuật 4051 ( demultiplexer 1-8 ) khống chế những cột của bàn phím .
Bảng những chính sách thao tác của 4051 như sau :

Bảng chế độ làm việc của 4051

Tầng đếm thứ nhất đưa tác dụng vào A1B1C1 của vi mạch 4051 khống chế hàng của bàn phím .
Khi ấn phím, hai đầu dây hàng và cột của phím đó được nối với nhau tạo nên điện áp + 5V từ Z2 đưa sang Z1 để làm dừng bộ phát xung đồng hồ đeo tay. Trên những lối ra 1 .. 6 sẽ giữ nguyên trạng thái của hai tầng đếm lúc dừng và đó cũng chính là mã nhị phân tương ứng với ký tự ghi trên phím ấn .
Ví dụ khi ấn phím số “ 12 ” ( hàng 3, cột 1 ), bộ phát xung đồng hồ đeo tay liên tục chạy, những lối ra của bộ đếm cứ liên tục đổi khác và chỉ dừng khi A1B1C1 = 110 ( Z1 nối với 3 ) và A2B2C2 = 100 ( Z2 nối với 1 ). Như vậy ở đầu ra ta sẽ có mã nhị phân tương ứng với số 12 là 00001100 .
Khi nhả phím, hai bộ đếm lại liên tục biến hóa quay vòng chờ đến khi có một phím khác được ấn. Nếu có một phím thứ 2 được ấn trong khi phím thứ nhất chưa được nhả thì vẫn không có gì đổi khác cho đến khi phím thứ nhất được nhả. Sau đó quy trình biến hóa quay vòng lại được liên tục và chỉ dừng lại ứng với mã nhị phân của phím thứ hai .
Do trong thực tiễn đề tài phong cách thiết kế thang máy cho cao ốc 60 tầng, bàn phím chỉ đưa ra số nhị phân lớn nhất là 63, tức là chỉ sử dụng hết 6 đường truyền tài liệu nên chỉ cần sử dụng 6 nguồn vào ( INPUT ) của PLC .

Bàn phím gọi thang

Bàn phím gọi thang có cấu trúc và nguyên tắc hoạt động giải trí tựa như như bàn phím gọi tầng. Tuy nhiên do số lượng phím tăng lên gấp đôi nên cấu trúc của bàn phím gọi thang có khác đôi chút, tức là phải tăng thêm số linh phụ kiện để hoàn toàn có thể đưa ra mã quét của những số từ 0 đến 127 ; trong đó những phím có mã từ 1 đến 59 dùng để gọi thang lên tương ứng với những tầng từ 1 đến 59, còn những phím có mã từ 62 đến 120 dùng để gọi thang xuống tương ứng với những tầng từ 2 đến 60. Các tín hiệu ra từ bàn phím gọi thang được đưa vào 7 nguồn vào của PLC .
bảng mã phím gọi tầng

Thiết kế mạch cho những sensor

Như trên đã đề cập, để dừng đúng chuẩn buồng thang thì phải có tín hiệu báo giảm tốc trước khi phanh hãm đến sàn. Tại vùng dừng, người ta sắp xếp 5 sensor được sắp xếp như trên hình vẽ 3 dưới đây. Tất cả 5 sensor này được đấu song song và đưa vào một đầu vào ngắt số 0 của PLC. Chương trình ngắt sẽ phải giải thuật để xác lập thứ tự những tín hiệu để báo cho chương trình chính biết để có những phản ứng tương thích .
Vùng dừng cho thang máy

Xem tiếp phần 2: Ứng Dụng PLC Cho Hệ Thống Điều Khiển Thang Máy (Phần 2)

________________
Trải nghiệm buổi học thử miễn phí “khóa học PLC” giúp bạn nắm bắt tổng quan kiến thức về PLC.

Khóa học PLC S7 300

Khóa học PLC Mitsubishi

________________

Hãy san sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bè bạn !

  1. Các vùng nhớ của PLC S7 – 300

Bài viết tương quan :

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments