Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển thang máy

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN CƠ HỌC VẬT LIỆU & KẾT CẤU ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Đạt MSSV: 20187422 – dat.pq187422@sis.hust.edu.vn Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Danh Trường Chữ ký GVHD Bộ môn: Cơ học vật liệu & kết cấu Trường: Cơ Khí HÀ NỘI, 02/2022 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY CHƯƠNG CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA THANG MÁY 1.1 Khái niệm chung thang máy 1.2 Cấu trúc thang máy 1.3 Nguyên lý hoạt động thang máy CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THANG MÁY 2.1 Vai trò hệ thống điện thang máy 2.2 Hệ thống điện thang máy 2.2.1: Khái niệm vai trò hệ thống điện thang máy 2.2.2: Cấu tạo hệ thống điện thang máy tiêu chuẩn 2.2.3 Cấu tạo tủ điện thang máy 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO THANG MÁY 14 3.1 Yêu cầu thiết kế 15 3.1.1 Yêu cầu độ an toàn 15 3.1.2 Yêu cầu tối ưu thuật toán 17 3.1.3 Yêu cầu gia tốc, tốc độ, độ giật 18 3.1.4 Yêu cầu dừng xác 19 3.1.5 Yêu cầu hệ thống truyền động thang máy 20 3.1.6 Các tiêu chuẩn thiết kế thang máy 20 3.2 Nguyên tắc sử dụng thang máy 22 3.2.1 Sử dụng thang máy 22 3.2.2 Nguyên tắc hoạt động thang máy 24 3.3 Lựa chọn thiết bị tự động hóa 29 3.2.1 Động 29 3.3.2 Lựa chọn biến tần để điều khiển động 30 3.3.3 Một số thiết bị khác 33 3.4.Bộ điều khiển PLC 35 3.4.1 Lịch sử hình thành 35 3.4.2 Các loại PLC thông dụng 35 3.4.3 Ngơn ngữ lập trình 36 3.4.4 Cấu trúc phương pháp thực chương trình PLC 36 3.4.5 Ứng dụng PLC 38 3.5.PLC-S7 1200 39 3.5.1.Cấu trúc 39 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.5.2.Phân vùng nhớ 41 3.5.3 Tập lệnh S7-1200 42 3.5.4 Sơ đồ đấu dây 45 3.6 Phần mềm Tia portal V15.1 47 3.6.1 Giới thiệu SIMATIC STEPP 47 3.6.2 Các bước tạo project 47 3.7.Lưu đồ thuật toán hệ thống 51 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 1.Kết luận 55 2.Hướng phát triển 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta giai đoạn công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước Cùng với việc xây dựng kinh tế - xã hội việc phải xây dựng nhiều nhà cao tầng như: khách sạn, nhà hàng, công sở, bệnh viện, nhà chung cư nhằm tiết kiệm đất đai thị hóa thành phố Bên cạnh việc dân số thành phố ngày tăng dẫn đến mật độ dân số thành phố ngày tăng cao Để đáp ứng điều đòi hỏi phải tạo thiết bị phục vụ cho cơng việc chun chở người hàng hóa tịa nhà Chính thang máy đời trở thành thiết bị thiếu tòa nhà cao tầng Ở Việt Nam, thang máy xuất ngày nhiều phần lớn phải nhập từ nước ngồi, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thang máy vấn đề cần quan tâm, đầu tư mức Thang máy chở người phục vụ cho nhà chung cư cao tầng trở thành lĩnh vực nghiên cứu chủ yếu nhằm tạo loại thiết bị phục vụ tối ưu cho việc vận chuyển người nhà chung cư, góp phần giải vấn đề dân số ngày gia tăng thị lớn Trong q trình làm đồ án mơn học môn Cơ học vật liệu & kết cấu, em nhận giúp đỡ tận tình thầy TS Nguyễn Danh Trường, thầy theo sát, tận tình dạy tạo điều kiện cho em suốt trình làm đồ án nên em hồn thành đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Cơ học vật liệu & kết cấu Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY Đầu vào - Trọng tải: Q1 = 800 (Kg) =7848(N) - Khối lượng cabin: G = 300 (Kg) = 2943 (N) - Vận tốc cabin: v = 10 (m/phút) = 1/6 (m/s) - Thời gian phục vụ: Lh = 24000 o - Góc ơm cáp puly ma sát : α = 138 - Khoảng cách hai nhánh cáp : cc= mm - Đặc tính làm việc : êm - Qm = 1,8 Q1 = 14126,4 (N) - Q2 = 0,5 Q1 = 3924 (N) - T1 = 1,7 - T2 = 1,9 - Tck = 3*(t1 + t2) =10,8 Yêu cầu thiết kế Phân tích thơng số kỹ thuật thang máy - Phân tích kết cấu thang máy Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 - Phân tích nguyên lý hoạt động - Xác định phần tử hệ thống điều khiển Thiết kế hệ thống điều khiển: - Thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa cabin, cửa tầng - Thiết kế hệ thống điều khiển thang Xây dựng vẽ mạch điện lập trình điều khiển - Lập trình điều khiển - Xây dựng vẽ sơ đồ điện Mô hoạt động thang máy: - Mô lô gic điều khiển - Mô hoạt động phần mềm (Solidwork, proengineer… Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 CHƯƠNG CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA THANG MÁY Hình 1.1 Thang máy 1.1 Khái niệm chung thang máy • Thang máy thiết bị vận tải chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu…theo phương thẳng đứng • Thang máy lắp đặt tòa nhà cao tầng, khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát, công xưởng Đặc điểm vận chuyển thang máy so với phương tiện khác thời gian vận chuyển chu kỳ vận chuyển nhỏ, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Hình 1.2 Thang máy khách sạn 1.2 Cấu trúc thang máy Các phận thang máy gồm: phòng máy, cabin, đối trọng, ray dẫn hướng, hố thang Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Hình 1.3 Kết cấu bố trí thiết bị thang máy ❖ Phịng máy - Phòng máy nơi dành riêng để lắp đặt máy thiết bị liên quan như: Tủ điện, motor kéo, puly, hạn chế tốc độ - Motor kéo: Đước lắp phía giếng thang, kéo cabin, đối trọng lên xuống thông qua cáp treo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 - Bộ hạn chế vượt tốc: Là phận an toàn chuyển động độc lập với cabin, đối trọng Khi cabin,đối trọng chạy vận tốc cho phép đứt cáp hạn chế tốc độ tác động cắt nguồn điện motor kéo hãm bảo hiểm làm việc - Tủ điện: Nơi cung cấp điện cho thiết bị thang máy ❖ Cabin, đối trọng, ray dẫn hướng - Cabin: Là nơi chứa người hàng hóa di chuyển lên cao xuống thấp - Đối trọng: Là trọng lượng cân với trọng lượng cabin phần trọng lượng tải nâng (người, hàng hóa) để giảm công suất động Đối trọng chuyển động đồng phẳng di chuyển ngược chiều với Cabin Đối trọng thường nặng cabin khoảng 40% cabin đủ tải - Cabin đối trọng treo hệ thống treo chuyển động lên, xuống thông qua cáp nâng puly ma sát - Ray dẫn hướng: Được lắp đặt dọc giếng thang dẫn hướng cho cabin, đối trọng di chuyển Ray dẫn hướng có tác dụng giúp cabin đối trọng ln giữ vị trí theo thiết kế di chuyển Ray dẫn hướng phải thiết kế đủ độ cứng vững để giữ cabin đối trọng tựa ray bị đứt cáp cabin, đối trọng chạy vận tốc cho phép - Ngàm dẫn hướng: Giúp cho cabin, đối trọng di chuyển không bị lệch khỏi ray dẫn hướng ❖ Hố thang - Hố thang phần giếng thang phía mặt sàn tầng dừng thấp - Giảm chấn: Là thiết bị làm cữ chặn đàn hồi cuối hành trình, có tác dụng phanh hãm thủy lực lò xo phương tiện tương tự khác 1.3 Nguyên lý hoạt động thang máy Khi nhận lệnh từ bảng điều khiển tầng tủ điện cấp điện cho motor kéo làm cho puly ma sát quay Khi cáp nâng tác động lên hệ thống treo làm cho cabin chuyển động lên, xuống theo ray dẫn hướng đến tầng yêu cầu Khi cabin dừng cửa tầng cửa cabin cửa tầng đồng thời mở lúc thông qua hệ thống khóa liên động Trường hợp cabin, đối trọng chạy vận tốc cho phép (khoảng 15% vận tốc định mức) hạn chế tốc độ làm việc, hãm bảo hiểm êm tác động kẹp hãm từ từ lên ray dẫn hướng nhằm hạn chế phản lực tác động lên cabin không cho cabin chạy vượt tốc độ Với trường hợp bị đứt cáp hãm bảo hiểm êm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.5.3 Tập lệnh S7-1200 3.5.3.1.Xử lý bit Bảng 3.4: Tập lệnh xử lý bit Tiếp điểm thường hở đóng giá trị bit có địa n Tốn hạng n: I, Q, M, L, D Tiếp điểm thường đóng đóng giá trị bit có địa n Toán hạng n: I, Q, M, L, D Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng lệnh out cho địa Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng lệnh out not cho địa Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh Khi đầu vào lệnh bit giữ ngun trạng thái Tốn hạng n: Q, M, L, D Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh Khi đầu vào lệnh bit giữ nguyên trạng thái Toán hạng n: Q, M, L, D 3.5.3.2 Timer counter Bảng 3.5: Tập lệnh timer counter 42 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 -Timer trễ không nhớ TON: Khi ngõ vào IN ngừng tác động RESET dừng hoạt động Timer Thay đổi PT Timer vận hành không ảnh hưởng -Counter đếm lên CTU: Giá trị đếm CV tăng lên Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ lên Ngõ Q tác động lên CV>=PV Nếu trạng thái R= Reset tác động đếm CV=0 43 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.5.3.3 Tập lệnh toán học Bảng 3.6 Tập lệnh toán học Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2 So sánh kiểu liệu giống nhau, lệnh so sánh thỏa mãn ngõ mức = TRUE( tác động mức cao) ngược lại Kiểu liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, Constant Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2 Tham số IN1, IN2 phải kiểu liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant Tham số OUT có kiểu liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal Tham số ENO = khơng có lỗi xảy q trình thực thi Ngược lại ENO = có lỗi, số lỗi xảy thực thi lệnh này: Kết tốn học nằm ngồi phạm vi kiểu liệu Real/Lreal: Nếu giá trị đầu vào NaN sau trả NaN ADD Real/Lreal: Nếu hai giá trị IN INF có dấu khác nhau, khai báo không hợp lệ trả NaN 44 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.5.3.4.Di chuyển chuyển đổi liệu Bảng 3.7: Tập lệnh di chuyển: Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN Tham số: EN: cho phép ngõ vào ENO: cho phép ngõ IN: nguồn giá trị đến OUT1: nơi chuyển đến 3.5.4 Sơ đồ đấu dây HÌNH 3.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY CPU 1214 AC/DC/RELAY 45 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối CPU 1214C DC/DC/Relay Hình 3.4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 46 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.6 Phần mềm Tia portal V15.1 3.6.1 Giới thiệu SIMATIC STEPP Step Basic hệ thống kỹ thuật đồng đảm bảo hoạt động liên tục hồn hảo Thơng minh trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật cấu hình mạng, lập trình, chuẩn đốn nhiều Trực quan dễ dàng để tìm hiểu dễ dàng để hoạt động 3.6.2 Các bước tạo project Bước 1: Từ hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V15.1 Hình 3.5.Biểu tượng phần mềm Tia Portal V15.1 Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án Hình 3.6 Tạo project ( Creat new project ) Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau nhấn “Create” 47 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Hình 3.7 Đặt tên cho dự án Bước 4: Chọn “Configure a device” Hình 3.8 Configure a device 48 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Bước 5: Chọn “add new device” Hình 3.9 Add new device Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau chọn “add” Hình 3.10 Chọn CPU 49 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Bước 7: Project Hình3.11 Cửa sổ giao diện Tia V15.1 Tại sổ giao diện Tia Portal V15.1 ta thực nhiều thao tác lập trình cho hệ thống, thiết kế giao diện Scada trực quan, lựa chọn CPU hãng siemens, Ngồi ta thực mô cách kết nối với số phần mềm mô khác Factory IO, S7-PLC SIM… Việc thực mô phần mềm giúp ta nhìn nhận hệ thống cách trực quan từ đưa hiệu chỉnh cho hệ thống để hệ thống tối ưu đạt độ hiệu ổn định cao ➢ Việc sử dụng phần mềm Tia Portal V15.1 đạt hiệu cao việc tính tốn thiết kế hệ thống điện tử nói chung hệ thống thang máy nói riêng 50 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 3.7.Lưu đồ thuật toán hệ thống Lưu đồ chương trình Lưu đồ tính tốn vị trí gọi vị trí gọi gần k1, k2 51 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 Begin Vị trí gọi chiều vị trí cabin Đ C V K=0 Đ C V K tầng gọivị trí CB S CB rảnh CB lên vị trí gọi chiều CB CB xuống, vị trí gọi chiều CB S Đ C V Vị trí gọi ngược chiều di chuyển CB K=[tầng yêu cầu CB- vị trí CB]+[tầng yêu cầu CB- vị trí gọi] S CB lên Vị trí gọi gần chiều CB CB xuống, vị trí gọi gần chiều CB Đ C V S End 52 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 53 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 54 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.Kết luận Trong trình học tập nghiên cứu đồ án “ Thiết kế hệ thống điều khiển Thang máy” giúp em hiểu cách thức nguyên lý hoạt động điều khiển thang máy Cụ thể sau: - Nắm phận thang máy cabin, phòng máy,… nguyên lý hoạt động thang máy - Xác định phần tử hệ thống điều khiển thang máy - Nắm kiến thức điều khiển PLC, xây dựng thuật toán điều khiển - Xây dựng mơ hình mơ phịng thang máy phần mềm TiaPortal WinCC - Xây dụng code điều khiển thang máy theo yêu cầu 2.Hướng phát triển Thị trường thang máy ngày phát triền phong phú, đa dạng nhằm đáp ứng cho nhu cầu sử dụng ngày nhiều người tiêu dùng Với tốc độ phát triển hứa hẹn tiềm phát triển mạnh mẽ cho thương hiệu thang máy nhập nước Chúng ta cải tiến thang máy để thang máy trở nên gần gũi với người dân chế tạo vật liệu phù hợp với giá tiền người dân, tích hợp số công nghệ cao vào thang máy giúp thời gian đợi hơn, tiết kiệm điện,… 55 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Quốc Đạt 20187422 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- PGS.TS Trịnh Chất-TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí: Tập 1, Nhà xuất Giáo dục-2000 [2]- PGS.TS Trịnh Chất-TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí: Tập 2, Nhà xuất Giáo dục-2000 [3]-PGS.TS Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép, Nhà xuất giáo dục Việt Nam [4]-Lê Hồng Tuấn, Bùi Cơng Thành, Sức bền vật liệu, Nhà xuất ĐHBK TP.HCM-1992 [5]-Tài liệu nghiên cứu website: http://vnid.vn/product.php?pn=Khop-noi-banh-phanh&pid=82 http:// vnid.vn/product.php?pn=Puly-thang-may&pid=82 56 ... phận thang máy phịng máy, cabin, hố thang … nguyên tắc hoạt động thang máy CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THANG MÁY 2.1 Vai trò hệ thống điện thang máy Hình 2.1 Tủ điện điều khiến thang máy Hệ thống. .. khiển: - Thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa cabin, cửa tầng - Thiết kế hệ thống điều khiển thang Xây dựng vẽ mạch điện lập trình điều khiển - Lập trình điều khiển - Xây dựng vẽ sơ đồ điện... động thang máy CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THANG MÁY 2.1 Vai trò hệ thống điện thang máy 2.2 Hệ thống điện thang máy 2.2.1: Khái niệm vai trò hệ thống điện thang