lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens

DO AN PLC

Lời nói đầu

Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nớc ta sau chiến tranh đang bớc vào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra xản phẩm có chất lợng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quan trọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nớc ta hiện nay và sau này Nó là một phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nớc đã đề ra

để xây dựng đất nớc tiến lên giàu mạnh Nhu cầu nâng cao năng suất và chất ợng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phơng tiện tự động hoá Xu hớng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao

l-đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng góp phần làm vào để điều khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ s chuyên ngành nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt đợc điều đó đảng và nhà n-

ớc đã tìm mọi cách để đào tạo đợc một một đội ngũ tri thức bằng việc hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ s điện chuyên ngành tự động hoá ở các trờng đại học kỹ thuật

Với t cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đông hoá , để chuẩn bị cho công việc ra trờng và đi xây dựng đất nớc Em đã đợc nhà trờng giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy

để làm đồ án tốt nghiệp Đề tài của em gồm 3 phần :

Phần I : Tổng quan về thang máy

Phần II : Tổng quan về PLC

Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy

Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyển động thang máy 7 tầng

Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân Đặc biệt là sự hớng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn Nay em đã hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúp đỡ

và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản đồ án này

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 1

-Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệm trong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránh khỏi những sai sót Em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của thầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên ngày 20/06/2005

Sinh viên thiết kế

Hoàng Văn Linh

PhÇn I

Tæng quan vÒ thang m¸y

Hoµng V¨n Linh Líp K36IB Trêng §¹i häc KTCN Th¸i Nguyªn 3

-Chơng IGiới thiệu chung về thang máy

1.1 Vai trò của thang máy.

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở ngời theo phơng thẳng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ Nó đã thay thế cho sức lực của con ngời và đem lại năng suất lao động cao Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy cũng đợc sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ quan, khách sạn Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trong cạnh tranh xây dựng và chiếm một chi phí tơng đối lớn Trong các hệ thống dịch vụ, bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng là một yếu

tố thu hút khách hàng

1.2 phân loại thang máy.

Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau:

1.2.1 Phân loại theo chức năng:

a Thang máy chở ngời:

- Thang máy chở ngời trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối u

về tốc độ di chuyển và có tính u tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng đợc các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động môi trờng về độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn

b Thang máy chở hàng:

Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn đợc dùng trong nhà ăn, th viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang

để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động

1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển:

- Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thang ờng sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao

th Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ữ 1,5) m/s : Thờng sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều

- Thang máy cao tốc v = (2,5 ữ5) m/s : Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình đợc hoặc các bộ vi xử lý.

1.2.3 Phân loại theo trọng tải:

- Thang máy loại nhỏ Q < 160kG

- Thang máy trung bình Q = 500 ữ 200kG

- Thang máy loại lớn Q > 2000 kG

1.3 sơ lợc sự phát triển thang máy ở việt nam.

Nh đã trình bày ở trên, trớc đây thang máy ở Việt nam đều do Liên xô cũ

và một số nớc Đông âu cung cấp Chúng đợc sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở ngời trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lợng còn rất khiêm tốn Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một

số hãng thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hớng là:

1 Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nớc ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tin cậy; nhng với giá thành rất cao

2 Trong nớc tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác

Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nớc đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt nam nh : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON (Nhật bản), HUYNDAI (Hàn quốc) Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng:

a Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thờng

b Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ

điện

1.4 kết cấu của thang máy.

Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1

Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào Để nâng- hạ buồng thang, ngời ta dùng động cơ 6 Động cơ 6 đợc nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy đợc nâng qua puli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và

động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 ữ 120

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 5

-Cabin 1 đợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thờng dùng 1 đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn đợc giữ theo phơng thẳng đứng nhờ có ray dẫn h-ớng 3 và những con trợt dẫn hớng 2 (con trợt là loại puli trợt có bọc cao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hớng 6.

H×nh 1-1: KÕt cÊu c¬ khÝ cña thang m¸y.

Hoµng V¨n Linh Líp K36IB Trêng §¹i häc KTCN Th¸i Nguyªn 7

1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy.

1.5.1 Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở ngời đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thớc, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đờng

tr-ợt, là hệ thống hai dây dẫn hớng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển

động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc

Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải ngời ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống nh cabin nhng chuyển động ngợc chiều với cabin do cáp đợc vắt qua puli kéo

Do trọng lợng của cabin và trọng lợng của đối trọng đã đợc tính toán tỷ lệ

và kỹ lỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tợng trợt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển

động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

1.5.2 Động cơ:

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ đợc sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của ngời đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng đợc điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.5.3 Phanh:

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh đợc phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

1.5.4 Động cơ cửa:

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch

điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất đinhj sẽ

đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập Nếu không may một vật gì đó hay ngời kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận

đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm

1 - Puly ma sát

2 - Cáp nâng3- Cabin

để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vợt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc

Các thiết bị phụ khác: nh quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị

số báo chiều chuyển động đ… ợc lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy

Đối trọng là bộ phận cân bằng đối với thang máy có chiều cao không lớn ngời ta thờng chọm đối trọng sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng l-ợng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lợng cáp nâng, cáp điện

và không dùng cáp và xinh cân bằng.việc trọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất và trọn cáp tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 9

-Chơng IICác yêu cầu đối với thang máy

2.1 yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở ngời, chở hàng từ độ cao này

đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn đợc đặt lên hàng đầu

Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, ngời ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo

vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hớng Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động đợc Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đờng ray giữ cho buồng thang không rơi

2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy:

a Phanh bảo hiểm:

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ

Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang , gọng kìm 2 trợt theo thanh hớng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thờng Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4

Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái

Hình 2-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm.

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ

cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hớng và hạn chế tốc độ của buồng thang

b Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín:

Hình 2-2 :Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ.

Bộ hạn chế tốc độ đợc đặt ở đỉnh thang và đợc điều khiểnt bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dới một puli cố định ở đáy giếng thang Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và đợc liên kết với các thiết bị an toàn Khi tốc độ của Cabin vợt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo Lực này sẽ tác

động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh ngắt mạch điện động cơ, đa thiết

bị chống rơi vào làm việc

Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ đợc minh hoạ trên hình 2-2

Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay đợc là nhờ chuyển động của cáp qua ròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hớng cho cáp Trờng hợp cáp bị đứt hay bị trợt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng với Cabin Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3 đập vào cam 4 Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho

bộ chống rơi làm việc

Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theo kinh nghiệm tốc nhả thờng bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thờng của thang

2.1.2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố :

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh ngời ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ

và hệ thống báo sự cố Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 11 -

ngời kỹ s bảo dỡng thấy đợc thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần đợc kiểm tra trớc khi thang đợc tiếp tục đa vào hoạt động.

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không đợc vợt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dới Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên Để thực hiện điều này ngời ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh

và đáy thang Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy

Để dừng thang trong những trờng hợp đặc biệt, ngời ta bố trí các nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang

Để dừng thang trong những trờng hợp khẩn cấp và để buồng thang không

bị va đập mạnh ngời ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ở

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất

Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng Trong một số trờng hợp có thể không thực hiện đợc việc xếp và bốc dỡ hàng

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi dừng, nhng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

Hỏng thiết bị điều khiển

buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra nh sau : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ

để dừng buồng thang Trong quãng thời gian ∆t (thời gian tác động của thiết

bị điều khiển), buồng thang đi đợc quãng đờng là :

S' =v0 ∆t , [m] (2-1)Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời gian này, buồng thang đi đợc một quãng đờng S''

ω0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đờng kính puli kéo cáp [m]

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đờng trợt khi phanh đầy tải và không tải

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là :

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 13

-∆ S = S2 −S1

Trong đó : S1 - quãng đờng trợt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đờng trợt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 2-3

Bảng 2-1 đa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng ∆s

Bảng 2-1

Hệ truyền động điện Phạm

vi điều chỉnh tốc độ

Tốc độ

di chuyển [m/s]

Gia tốc [m/s 2 ]

Độ không chính xác khi dừng [mm]

2.3 ảnh hởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với

hệ truyền động thang máy.

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Việc buồng thang chuyền

động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy Các tham số chính đặc trng cho chế độ là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển v[m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật ρ[m/s3]

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy,

điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà chọc trời, tối u nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đặt gần bằng tốc độ định mức Nhng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s , giá thành tăng lên 4ữ5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối u

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhng khi gia tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (nh chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở v v ) Bởi vậy gia tốc tối u là a < 2m / s2

Gia tốc tối u đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách, đợc đa ra trong bảng 2-2

Bảng 2-2

Xoay chiều

Một chiều

Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2Gia tốc tính toán trung bình

(m/s2)

Một đại lợng quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc ρ = da

dt hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ρ = d v

-Biểu đồ làm việc tối u của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 2-4.

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng thang : mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang

đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối u hình 2-4 sẽ đạt đợc nếu dùng hệ truyền động một chiều

(F-Đ) Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối u

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy chế

độ ổn định và hãm dừng

Hình 2-4 Các đờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đờng S,

tốc độ v , gia tốc a và độ giật ρ theo thời gian

Chơng IIICác hệ truyền động điện thang máy

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau :

- Độ chính xác khi dừng

- Tốc độ di chuyển buồng thang

- Gia tốc lớn nhất cho phép

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn đợc dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy và máy nâng Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc th-ờng dùng cho thang máy chở hàng tốc độ chậm Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thờng dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn (công suất động cơ truyền động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dòng khởi

động để không làm ảnh hởng đến nguồn điện cung cấp

Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc

độ thờng dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian thờng dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới ± (5ữ10) mm Nhợc điểm của hệ này là công suất đặt lớn gấp 3 ữ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã đợc áp dụng khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s

3.1 Điều khiển vị trí và dừng chính xác buồng thang 3.1.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều khiển vị trí:

Trong hệ điều chỉnh vị trí, đại lợng điều khiển (lợng đặt ϕW) có ý nghĩa quan trọng, quyết định cấu trúc điều khiển hệ Thông thờng, lợng điều khiển

ϕW là một hàm của thời gian Nó có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hoặc tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parabol và hàm điều hoà

Tuỳ thuộc vào lợng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trí cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám (hệ tuỳ động)

Với hệ truyền động điều khiển vị trí chuyển dịch, trong các chỉ tiêu chất lợng chung, ngời ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ Điều này Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 17 -

có liên quan đến giản đồ tối u về tốc độ ω(t), gia tốc ε(t) và vị trí ϕ(t) Để xây dựng hệ điều khiển ngời ta dựa trên quy luật tối u tác động nhanh truyền động

điện trên việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động

Hình 3-1 Lợng điều khiển ϕW (t).

Nếu lợng điều khiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ ω(t), ε(t), ϕ(t) và quỹ

đạo pha tối u trên hình 3.1

Đối với giản đồ ω(t), ε(t) và ϕ(t) ta có :

0 < t < T/2 thì

( ) ( )

max max

ϕ ε

max

(3-3)

Trong đó, thời điểm hãm t = T/2 với ω = ωmax.ϕK là độ dài dịch chuyển

Hàm nhảy cấp Hàm tuyến tính Hàm Parabol

ϕ W

Hình 3-2 Lợng điều khiển ϕW (t), ω(t), ε(t), ϕ(t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Đối với quỹ đạo pha chuyển động, đờng nét đậm là quỹ đạo chuyển ờng hãm), đờng 1 và đờng 3 ứng với độ dài dịch chuyển nhỏ với sai lệch vị trí

(đ-∆ϕ1(0) và ∆ϕ3(0) , đờng 2 ứng với độ dài dịch chuyển lớn cần thời gian chạy

ổn định với ω = ωmax , với các điểm K1, K2, K3 là điểm bắt đầu hãm

Trên hình 3.3 và 3.4 ứng với lợng điều khiển ϕW(t) là tuyến tính và hàm parabol Trên hình 3.5 là cấu trúc điều khiển biến trạng thái của hệ truyền

động điều khiển vị trí, trong đó các tọa độ trạng thái X1 = ϕ, X2 = ω và X3 = ε

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 19

Hình 3-3 Giản đồ ϕW (t), M(t), ω(t), ϕ(t), ∆ϕ(t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Hình 3-4 Giản đồ ϕW (t), ωW (t), εW (t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Hình 3-5 Cấu trúc điều khiển biến trạng thái.

Đường cong chuyển

3.1.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính:

Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh

vị trí Rϕlà tuyến tính Giả sử các mạch vòng trong đã đợc tổng hợp theo phơng pháp môđun tối u dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là :

Hình 3-6 Cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính.

Tiến trình tổng hợp tham số bộ điều chỉnh vị trí Rϕ cũng tơng tự nh các mạch vòng khác Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên hình 3.6 thì hàm truyền bộ

điều chỉnh vị trí sẽ không có thành phần tích phân, tức là chỉ có P và PD

Bộ điều chỉnh vị trí ở đây đợc tính chọn theo điều kiện gia tốc hãm cực

đại εhmax đối với quãng đờng hãm cực đại ∆ϕhmax sao cho thời gian hãm không vợt quá thời gian tmax Tại thời điểm hãm, tơng ứng với điều kiện là tín hiệu sai lệch tốc độ ∆ω ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không Ta có biểu thức gần đúng :

Trong đó : ∆ϕh, ωh là tín hiệu về quãng đờng và tốc độ tại điểm bắt

đầu và hãm Vì vậy quãng đờng sẽ đợc tính theo 3-5

max

2 max max

2

Trong đó : εmax là gia tốc hãm cực đại

Cϕ là hệ số đo lờng vị trí Cϕ= τϕ1 Kết hợp (3-4) và (3-5) ta có :

(3-6)

ở đây εhmax = εmax (xem hình 3.7)

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 21

-Hình 3-7 Diễn biến thời gian của điều chỉnh vị trí tuyến tính.

Từ (3-6) ta thấy bộ điều chỉnh vị trí đợc tính theo quan hệ phi tuyến giữa tốc độ và vị trí (parabol) Nhng khi thực hiện nó lại là tuyến tính và không đổi Chính điều này đã dẫn đến việc kéo dài quá trình với quãng đờng khác nhau

Ví dụ : Khi cần dịch chuyển một lợng ∆ϕ2 < ∆ϕ ta cần KRϕ2 > KRϕ nhng vì

KRϕ không đổi nên tốc độ hãm sẽ nhỏ hơn, dẫn đến kéo dài thời gian hãm một lợng ∆t=t2 - t1 Điều này đợc minh hoạ trên hình 3.8

Hình 3-8 Kéo dài thời gian hãm.

0 + εmax

3 2 Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy.

Để tính chọn đợc công suất động cơ truyền đợc thang máy cần có các

điều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

η - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5ữ0,8)

Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải đợc tính theo biểu thức sau:

PCh - Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng

Gdt - Khối luợng của đối trọng, [kG]

k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hớng và đối trọng ( k = 1,15 ữ1,3 )

Khối lợng của đối trọng đợc tính theo biểu thức sau đây:

Gđt = Gbt + αG , [Kg] (1-15)Trong đó : α - hệ số cân bằng (a = 0,3 ữ 0,6)

Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng những giờ cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải Vì vậy, đối với thang máy trở khách nên chọn hệ số a = 0,35 ữ 0,4

Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thờng là đầy tải và khi hạ thờng là không tải, nên chọn a = 0,5

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 23

-Dựa trên hai biểu thức (1-2) và (1-3) có thể xây dựng đợc biểu đồ phụ tải

và chọn sơ bộ công suất của động cơ theo sổ tay tra cứu

Muốn xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác, cần phải tính đến thời gian mở máy, thời gian hãm thời gian đóng , mở cửa và số lần dừng của buồng thang khi chuyển động

Thông số tơng đối để tính toán các thời gian trên đợc đa ra trong bảng 3.1

Thời gian ra / vào buồng thang đợc tính gần đúng 1s/1ngời Số lần dừng (đợc tính theo xác suất) của buồng có thể đợc tìm theo các đờng cong trên hình 3.9

E = 13 người

E = 10 người

E = 5 ngư

của buồng thang.

m d - Số lần dừng ; m t - Số tầng ; E - Số ngời trong buồng thang

Phơng pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hành theo các bớc sau đây :

1 Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dới cùng và các lần dừng tiếp theo :

F = (G + Gbt - K1 ∆G1 - Gđ t ) g, [N] (1-16)Trong đó : K1 - Số lần dừng của buồng thang

∆G1 = G/mđ - Thay đổi (giảm) khối lợng tải sau mỗi lần dừng

Trong đó : R - Bán kính của puli, [m]

i - Tỷ số truyền của cơ cấu

η - Hiệu suất của cơ cấu

3 Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang :

Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ

ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại ( thời gian đóng

mở cửa buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng 3-1:

4 Dựa trên kết quả của các bớc tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ.

5 Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính

đến các quá trình quá độ và tiến hành kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng, quá tải.

Để tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy ta dựa vào các hệ số sau:

Gbt = 320 (Kg)

G = 630(Kg)

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 25

-V = 1 (m/s)

A = 1(m/s)

η = 0,8

Với toà nhà cao 7 tầng qua các thông số đã chọn ta tính đợc công suất

động cơ truyền động cho thang máy là:

Động cơ 1 chiều có Pđm = 6 KW; Vđm = 1000 (vòng /phút) ; Uđm = 110 V

Pđm (KW) Iđm(A) ηđm R(Ω)

96

3.3 Các hệ truyền động điều khiển thang máy.

Nh đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chất ợng truyền động có yêu cầu không cao lắm, ngời ta thờng sử dụng các hệ truyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ - rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã đợc mô tả ở trên

l-Hệ truyền động này có u điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng đợc về mặt chất lợng đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật

Để khắc phục những hạn chế của hệ thống trên, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, ngày nay ngời ta có xu hớng sử dụng phơng pháp điều khiển vô cấp tốc độ động cơ Trên thực tế tồn tại 2 hệ thống chủ yếu sau đây:

Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc

3.3.1 Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều:

Hình 3-5 Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều.

Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao,

∏61

chất lợng dải điều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng đợc với yêu cầu của các thang máy cao tốc Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhợc điểm nh : động cơ một chiều là thiết bị cần phải đợc bảo dỡng thờng xuyên nên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dỡng v.vv

3.3.2 Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc:

Trên thị trờng hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phơng pháp điều chỉnh tần số theo các phơng thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu:

Biến tần điều chỉnh theo phơng pháp U/f

Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control )

Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng nhiều phơng pháp, trong đó phơng pháp đợc coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

a Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen:

*Nội dung phơng pháp:

Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phơng pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ

là rất chặt chẽ Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của

động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh,

cỡ vài phần nghìn giây

Phần cốt lõi của phơng pháp đợc mô tả trên hình 3-11, gồm các khối nh sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối u, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều Các giá trị thực này đợc so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen

ưuMô hình động

Hình 3-11 Điều khiển trực tiếp mômen.

Logic chuyển mạch tối u cho nghịch lu sẽ đợc xác định trong từng chu kỳ

điều khiển ( 25às ) và đợc thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng ( ASIC ) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( S1, S2, S3 ) đợc dùng để tính vector điện áp stator

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trờng định ớng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lợng điện từ đợc mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp đợc biểu diễn trong hệ toạ

Biên độ vector từ thông stator thờng đợc giữ không đổi và do đó mômen

đợc điều chỉnh bởi góc γ giữa các vector từ thông Các động cơ bình thờng có hằng số thời gian điện từ của mạch rotor cỡ hàng trăm miligiây, nh vậy có thể coi từ thông rotor là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator Vì thế có thể đạt đợc mômen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hớng nào càng nhanh càng có hiệu quả

Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen nh sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator đợc điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt đợc giá trị mong muốn Vector từ thông stator này lại đợc

điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lu Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối u xác định cho ta vector điện áp tối u tuỳ thuộc vào sai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng đợc tính đến khi chọn logic chuyển mạch

b Mô hình động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hình

động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc

điều chế, nó cũng tính ra đợc tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lờng chỉ gồm dòng điện 2 pha của

động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều

3.4.1 Chọn phơng án:

Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thời căn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối u sao cho thoả mãn đợc một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật

Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảo chiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì không yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng bộ biến đổi thyristor-động cơ 1 chiều.Với bộ biến đổi đảo chiều này

động cơ có thể làm việc đợc ở cả 4 góc phần 4 với đầy đủ các trạng thái hãm

và dễ dàng đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ

Bộ biến đổi đảo chiều thực chất là 2 bộ chỉnh lu có điều khiển mắc song song ngợc chiều nhau Các bộ chỉnh lu này có thể là chỉnh lu hình cầu hay chỉnh lu hình tia Bộ chỉnh lu hình cầu có u điểm là chất lợng dòng điện ra tốt hơn Nhng nó lại có nhợc điểm là số van điều khiển nhiều hơn dẫn đến các thiết bị trong mạch điều khiển cũng tăng

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 29

-Bộ chỉnh lu hình tia có u điểm là số lợng van điều khiển thích hơn dẫn

đến mạch điều khiển đơn giản hơn nhng nhợc điểm của nó là chất lợng dòng

điện ra của bộ chỉnh lu hình tia không tốt bằng bộ chỉnh lu hình cầu

Qua phân tích u nhợc điểm của 2 bộ biến đổi có đảo chiều trên ta chọn

bộ biến đổi chỉnh lu hình cầu 3 pha

Phơng pháp điều khiển bộ biến đổi đảo chiều: Có 2 phơng pháp điều khiển bộ biến đổi đảo chiều

+ Phơng pháp điều khiển chung có u điểm là hạn chế dòng điện cân bằng tốt hơn phơng pháp điều khiển riêng, khi dùng phơng pháp điều khiển chung thì sự chiyển đổi giữa 2 bộ biến đổi đợc dễ dàng tạo ra các trạng thái hãm cho động cơ tốt hơn

+ Phơng pháp điều khiển riêng mạck dù không có dòng cân bằng dẫn đến không phải dùng cuộn kháng san bằng nhng ở phơng pháp này chế độ động không tốt Vì vậy để điều khiển động cơ ta dùng phơng pháp điều khiển chung Sơ đồ điều khiển đợc mô tả nh sau:

-Chơng IVThiết kế mạch điều khiển có tiếp điểm và

thuyết minh sơ đồ nguyên lý

4.1 tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy.

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu

đa về phải đảm bảo phản ánh đợc chính xác tình trạng hệ thống Căn cứ vào các tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này đợc mô tả nh sau :

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng nh các tín hiệu yêu cầu đến tầng, ngời ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng

đợc bố trí trong Cabin Trừ tầng thợng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ có nút gọi lên Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động đợc

bố trí vào một bảng điều khiển

Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thờng đóng hoặc thờng

mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ điều khiển

- Để thông tin cho ngời sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang ngời

ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn LED hay các mạch hiển thị 7 thanh đợc bố trí ở các tầng cũng nh trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút ấn, thứ tự u tiên

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, ngời ta sử dụng các Sensor báo vị trí phi tiếp điểm Trong đó, phần tĩnh của Sensor đợc gắn dọc theo chiều chuyển động của thang, còn phần động đợc gắn với buồng thang

- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trờng hợp đứt cáp, trợt cáp, ngời ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế ngời ta bố trí các Sensor ở

đỉnh và đáy thang

Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiển khi nhận đợc tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị trí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cách khác,

ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên hay dới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này

phụ thuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồng thang) Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thờng bố trí nhiều Sensor.

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensor dới sàn Cabin Khi khối lợng vợt quá giới hạn cho phép, sàn thang dới tác

động đủ lớn của trọng lợng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đa tín hiệu đến phần bảo vệ của hệ điều khiển

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cả buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có ngời, lập tức dừng thang khi buồng thang

đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra

4.2 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần

tử có tiếp điểm.

4.2.1 Các loại cảm biến có tiếp điểm và nhợc điểm của chúng:

Trong thang máy tốc độ trung bình và thấp, ngời ta thờng sử dụng các công tắc hành trình Đây là một thiết bị cơ-điện có tay gạt với 3 tiếp điểm, t-

ơng ứng với 3 trạng thái đầu ra Công tắc hành trình có u điểm là các trạng thái đầu ra rất rõ ràng Tuy nhiên nhợc điểm lớn nhất của nó là tuổi thọ giảm khi hoạt động ở tốc độ cao và gây tiếng ồn lớn

Do những nhợc điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao ngời ta không

sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến không tiếp

điểm đợc trình bày trong phần dới đây

4.2.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình sử dụng các phần tử cơ khí, phần tử điều khiển có tiếp điểm:

Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bình thờng là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ Hệ này thờng dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5 ữ 10 tầng) với tốc

độ di chuyển buồng thang dới 1 m/s

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy đợc giới thiệu trên hình 4-1

-R1 ữ R5 là các rơle chuyển tầng.

CTT công tắc từ chuyển tầng

N1 ữ N5 là các nút ấn gọi thang ở các tầng

NK1 ữ NK5 là các nút ấn đến tầng trong Cabin

T1 ữ T5 là các tiếp điểm thờng kín của các rơle chuyển tầng

CTK là công tắc đèn trong Cabin

RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ

KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ

Hệ thống đợc cấp nguồn qua aptomát AP Các cuộn dây Stato của động cơ đợc nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng KL hoặc côngtắctơ hạ KX

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển đợc lấy từ một pha qua biến áp cách ly và chỉnh lu để đợc điện áp một chiều +15V Khi AP đóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, các tiếp điểm thờng mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA Khi đó mới

có điện áp một chiều đa đến toàn bộ mạch điều khiển

Các cửa tầng đợc trang bị các công tắc liên động C1 ữ C5 và công tắc cửa Cabin Ck

2

1 - +

O C B

R H

R N

CTK

2 1

Hình 4-1 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình.

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 35

-Khi buồng thang đang ở tầng 1 -Khi đó, công tắc điểm cuối D1 và công tắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thờng kín RCT1 mở ra Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình ấn các công tắc gọi thang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH đều không đợc cấp điện và sẽ không có một thao tác nào đợc thực hiện.

Tơng tự, khi buồng thang đang ở tầng 5 thì D5 và CTT đóng, RCT5 có

điện, tiếp điểm thờng kín RCT5 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọi thang N5 và gọi tầng 5 NK5

Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện Các tiếp

điểm thờng kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH và rơle RN, RH đều hở mạch

Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 :

Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa Cabin và ấn nút gọi tầng NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thờng mở của nó đóng lại Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN đợc cấp điện qua KH, RCT5, RCT4 và R4 Các tiếp điểm thờng mở của chúng đóng lại, động cơ đợc cấp điện và thang chuyển động đi lên Khi nhả NK4 thì các cuộn dây này vẫn

đợc duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng

Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đóng lại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thờng kín RCT4 mở ra làm cho các cuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện Cơ cấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang

Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào

đó mà tiếp điểm thờng kín RCT4 không mở ra, ngời ta bố trí các tiếp điểm ờng kín T1ữT5 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1 ữ R5 Lúc này, (do rơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếp điểm R4

Độ tin cậy thấp

Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra

Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không đợc sử dụng trong các thang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng)

4.3 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các

phần tử phi tiếp điểm.

4.3.1 Các loại cảm biến không tiếp điểm:

Các bộ cảm biến không tiếp điểm có rất nhiều loại, đợc ứng dụng trong rất nhiều hệ thống điều khiển, đo lờng, điều khiển và bảo vệ Trong phần này

sẽ mô tả một số phần tử cảm biến không tiếp điểm đợc sử dụng trong thực tế

a Công tắc vị trí kiểu cảm ứng :

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu cảm ứng có dạng nh hình 2-1 Cấu tạo của nó bao gồm : mạch từ hở 2, cuộn dây 3 Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây tơng đối lớn Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống

Hình 4-2 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng.

Hình 4-3 Transistor quang.

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ đợc một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang

d Bộ cảm biến hồng ngoại :

Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên 37

-Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể ngời phát ra một năng lợng hồng ngoại yếu Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao, thuận tiện, đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L là một linh kiện có chất lợng tốt có mạch điện ứng dụng nh hình 4-5.

Hình 4-4 Phần tử HALL.

Hình 4-5: Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L.

4.3.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc với hệ truyền

động một chiều sử dụng bộ biến đổi Thyristor - Động cơ một chiều,

có sử dụng các phần tử lôgic :

Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp điểm (phần tử lôgic) Việc ứng dụng các phần tử lôgic trong mạch điều khiển cho phép xây dựng một hệ thống điều khiển với số lợng phần tử là ít nhất

Hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy dùng các phần

tử phi tiếp điểm có thể khắc phục đợc các nhợc điểm trên, ngoài ra còn có các

u điểm đáng kể nh :

Giảm đợc số lợng các dây dẫn điều khiển nối với buồng thang và chuyển

động cùng với buồng thang

Có thể thiết kế các nút ấn gọi tầng và phần hiển thị, báo hiệu nhỏ, gọn, kết cấu đẹp nhng vẫn đảm bảo độ tin cậy

Dễ dàng thay đổi để sử dụng cho các thang máy khác nhau, vì chỉ cần thêm các tiếp điểm gọi tầng và viết lại phần mềm điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng.

Để truyền động thang máy có tốc độ di chuyển buồng thang v ≥ 3m/s ờng dùng hệ truyền động một chiều

th-Trong mạch điều khiển thang máy cao tốc, công tắc chuyển tầng có tay gạt cơ khí làm việc không tin cậy và gây tiếng ồn lớn Vì vậy, chúng đợc thay thế bằng công tắc phi tiếp điểm Công tắc chuyển đổi tầng phi tiếp điểm thờng dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng và bộ cảm biến vị trí dùng tế bào quang

điện

Trên hình 4-6 là sơ đồ khối hệ truyền động một chiều cho thang máy dùng Thyristor

Hình 4-6: Sơ đồ khối hệ truyền động thang máy cao tốc.

Trong đó, các cuộn kháng 1CK, 2CK dùng để hạn chế dòng điện cân bằng Hai khối KĐKN và KĐKH điều khiển hai cầu chỉnh lu 1BTh và 2BTh Trong mỗi khối điều khiển bao gồm các khâu : khâu đồng pha, khâu tạo điện

áp răng ca, khâu so sánh, tạo xung và khuyếch đại xung

Điện áp đặt đợc lấy từ đầu ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT Độ lớn và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành ĐH quyết định

Điện áp của khâu HCGT tăng dẫn theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thay

đổi tín hiệu đầu vào

Điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động bằng bộ điều chỉnh tốc độ Rω Tín hiệu đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ Rω là tổng đại số của hai tín hiệu : tín hiệu chủ đạo (điện áp ra của khâu HCGT) và tín hiệu phản hồi âm tốc độ tỷ

lệ với tốc độ quay của động cơ (điện áp ra của khâu Kω) Khâu Rω dùng bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ P) Tín hiệu ra của Rω là tín hiệu đầu vào RiN (khi thang máy đi lên) và RiH (khi thang máy đi xuống) Cả hai khâu RiN và RiH dùng bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ, tích phân PI) Ngoài Hoàng Văn Linh Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 39 -

ra, tín hiệu phản hồi âm dòng lấy từ đầu ra của khâu 1Ki (tỷ lệ với dòng của

động cơ) đa vào đầu vào của RiN và từ khâu 2Ki đa vào RiH Tín hiệu ra của khâu RiN hoặc RiH chính là tín hiệu điều khiển đa vào khối điều khiển tơng ứng KĐKN hoặc KĐKH

Để thực hiện dừng chính xác buồng thang, hệ thống sẽ chuyển từ chế độ

điều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra của khâu cảm biến dừng chính xác CBDCX đa vào khâu điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra từ khâu CBDCX đa vào khâu điều chỉnh vị trí Rvt Khi buồng thang nằm ngang với sàn tầng, tín hiệu ra của khâu CBDCX sẽ bằng 0

4.4 Khái niệm Hệ điều khiển rơle.

4.4.1 Hệ điều khiển rơle:

Vào thời điểm ban đầu của cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là vào những thập niên 60 & 70, các hệ thống máy móc tự động đợc điều khiển bởi các hệ thống rơle điện/cơ Các rơle này đợc “ nối cứng ” với nhau đặt trong một tủ điều khiển Trong một số trờng hợp, nó lớn đến mức có thể chiếm cả một căn phòng Tất cả các đờng kết nối trong hệ thống rơle đều phải đợc nối lại với nhau Việc làm này tốn rất nhiều thời gian Đặc biệt là khi phải giải quyết các sự cố của hệ thống Và bất lợi lớn nhất là các rơle chỉ có số tiếp hạn chế nhất định Khi cần có sự thay đổi thì máy móc phải ngừng làm việc, có khi phải cần thay đổi cả vị trí lắp đặt Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho một quá trình hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không thể thay đổi ngay lập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần phải có

sự thay đổi lại cách đấu dây trong hệ thống Việc làm đó đòi hỏi ngời vận hành phải đợc đào tạo để có kỹ năng thành thạo trong việc xử lý hệ thống Nói chung, hệ thống điều khiển bằng rơle có tiếp điểm là rất phức tạp

4.4.2 Các nhợc điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm:

Hệ điều khiển rơle có tiếp điểm có các nhợc điểm sau:

Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển

Việc thay đổi cấu trúc tủ điều khiển là rất khó khăn

Việc khắc phục các sự cố đòi hỏi ngời công nhân phải có tay nghề cao.Năng lợng do các cuộn dây tiêu thụ là khá lớn

Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thời gian để tìm sự cố trong tủ điều khiển

Sơ đồ mạch không đợc cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn có

sự thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời gian sửa chữa khi có sự cố