thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chở hàng

+ Lập ma trận trạng thái 1 M1 có : Số hàng = 1 + 2 4+ 4 = 21 Số cột = 1 + 6 = 7 T b ng chuy n d ch 1, n u ta em ra xác ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nế

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án

"Thiết kế hệ thống điều khiển

thang máy chở hàng"

Mục lục

Lời mở đầu ……… 1

Chương 1: Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển ……… 3

1 Yêu cầu công nghệ……… 3

2 Tổng hợp mạch điều khiển……… 4

3 Thực hiện sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển……… 13

4 Thiết kế mạch lực hệ thống ……… ………17

Chương 2: Thuyết minh hoạt động của sơ đồ ……… ………18

1 Thang máy đi từ tầng 1 lên tầng 2 ……… ……18

2 Thang máy đi từ tầng 2 xuống tầng 1………19

Chương 3: Tính chọn các thiết bị………

…… 21

1 Chọn động cơ và bộ biến đổi ……… 22

2 Chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực……… .23

3 Chọn các thiết bị mạch điều khiển ……… 24

Chương 4: Lắp ráp hệ thống……….… 28

Kết luận……….…… 30

Tài liệu tham khảo……….……… 31

CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1 YấU CẦU CễNG NGHỆ :

Nhiệm vụ : Thiết kế hệ thống điều khiển cho thang máy ba tầng chở hàng

Do yêu cầu của môn học và phạm vi kiến thức, công nghệ chúng ta thiết kế cho trường hợp 2 tầng

Bài toán thang máy 3 tầng thực tế là tổ hợp của 6 bài toán nhỏ sau :

Bài toán 1 : Thang máy xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 2

Bài toán 2 : Thang máy xuất phát từ tầng 2 đi xuống và dừng ở tầng 1

Bài toán 3 : Thang máy xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 3

Bài toán 4 : Thang máy xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 1

Bài toán 5 : Thang máy xuất phát từ tầng 2 đi lên và dừng ở tầng 3

Bài toán 6 : Thang máy xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 2

Khi giải quyết bài toán, chúng ta kết hợp giải từng cặp bài toán 1&2, bài toán 3&4 và bài toán 5&6.Trong đồ án này, chúng ta chỉ giải bài toán 1&2

1.1 Sơ đồ cụng nghệ :

1.2 Đặt biến Logic cho hệ thống :

a Các tín hiệu vào :

a : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V1

b : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V2

c : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V1

d : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V1

Đồng thời :

c : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V2

b : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V1

Và đồng thời tín hiệu 'a' kết hợp với thiết bị khác cho phép thang máy dừng ở tầng 2 cũng như 'd' kết hợp với thiết bị khác cho thang máy dừng ở tầng 1

Như vậy hệ thống có 4 tín hiệu vào, tất cả tín hiệu này ta đều chọn là tín hiệu của các công tắc hành trình Giá trị logic của tín hiệu là ’1’ thì tín hiệu đó hoạt động, ngược lại giá trị logic là ’0’ thì tín hiệu đó không hoạt động Nghĩa là nếua=1 thì thang máy đến tầng 1 và ngược lại

b Các tín hiệu ra :

L : Tín hiệu báo hiệu thang máy đi lên

X : Tín hiệu báo hiệu thang máy đi xuống

V1 : Tín hiệu cho biết thang máy chạy với vận tốc v1

V2 : Tín hiệu cho biết thang máy chạy với vận tốc v2

1.3 Nguyên lý hoạt động của thang máy :

Thang máy đang dừng ở tầng bất kỳ, nếu có tín hiệu ra lệnh cho nó tới một tầng khác thì nó sẽ chuyển động với vận tốc v1, sau đó nó mới tăng tốc lên vận tốc v2 Khi gần đến tầng đích thì nó sẽ giảm tốc từ v2 xuống v1 và cuối cùng là dừng lại ở tầng đó

2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

+ Trạng thái 1 : Thang máy đi lên với vận tốc V1

+ Trạng thái 2 : Thang máy đi lên với vận tốc V2

+ Trạng thái 3 : Thang máy đi lên với vận tốc V1

+ Trạng thái 4 : Thang máy đi xuống với vận tốc V1

+ Trạng thái 5 : Thang máy đi xuống với vận tốc V2

+ Trạng thái 6 : Thang máy đi xuống với vận tốc V1

Giản đồ graph chuyển trạng thái :

+ Lập ma trận trạng thái 1 (M1) có : Số hàng = 1 + 2 4+ 4 = 21

Số cột = 1 + 6 = 7

T b ng chuy n d ch 1, n u ta em ra xác ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm nh h m i u khi n thì h m àm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm àm điều khiển thì hàm

đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ược là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển àm điều khiển thì hàm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm àm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

d ch qua hai bịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ước :c :

+ Nh p h ng : ập hàng : àng :

+) Tiêu chu n ẩn để nhập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm nh p h ng theo i u ki n sau: các tr ng thái có thập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể àm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ều khiển thì hàm ện sau: các trạng thái có thể ạng thái có thể ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

nh p l i ập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể ạng thái có thể đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ược là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ớc :c v i nhau n u s tr ng thái trong c t cùng tên v gi ng nhau.ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ạng thái có thể ột cùng tên và giống nhau àm điều khiển thì hàm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển +) N u m t tr ng thái n nh v m t tr ng thái không n nh thì taếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm àm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

u tiên tr ng thái không n nh

ư ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

+) N u m t tr ng thái n nh v m t ô tr ng thì ta u tiên tr ng ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm àm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ư ạng thái có thểthái n ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm nh

+) N u m t tr ng thái không n nh v m t ô tr ng thì ta u tiên ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm àm điều khiển thì hàm ột cùng tên và giống nhau ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ư

tr ng thái không n ạng thái có thể ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm nh

+ Nhập trạng thái tương đương:

+) Sau khi đã nhập các trạng thái theo các điều kiện ở trên, chúng ta cóthể tiếp tục nhập các trạng thái còn lại cho những trạng thái tương đương Trạngthái tương đương là trạng thái có tính chất sau:

+) Có cùng tín hiệu ra

th t chuy n giá tr ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ầu ra Nói một cách khác thay đổi tổ hợp tín hiệu vàou ra Nói m t cách khác thay ột cùng tên và giống nhau đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta ợc là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển i t h p tín hi u v oện sau: các trạng thái có thể àm điều khiển thì hàm kéo theo cùng th t thay đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ổn định và một trạng thái không ổn định thì tai giá tr tín hi u ra.ịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ện sau: các trạng thái có thể

Tr l i v i ở lại với đồ án : Ma trận trạng thái M ạng thái có thể ớc : đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ồ án : Ma trận trạng thái M án : Ma tr n tr ng thái Mập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể ạng thái có thể 2 : Ta nh p h ng 1-2-3 v i nhau vập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể àm điều khiển thì hàm ớc : àm điều khiển thì hàm

chọn 1 biến trung gian

Mặt khác, xét trên cùng một hàng : biến ra L, X có các trạng thái ổn định không thay đổi trị logic nên có thể chọn L hoặc X làm biến trung gian Ta chọn

L làm biến trung gian

+ Viết hàm điều khiển f(L) :

Hiệu chỉnh : Do loại công tắc hành trình mà ta sử dụng có các tiếp điểm không tự duy trì nên ta phải thêm vào các tiếp điểm L, X, V1, V2 để tự duy trì (mắc song song với công tắc hành trình) Mặt khác, cũng do đặc điểm này mà taphải thêm các tiếp điểm thường đóng để cắt từng trạng thái cũ, trước khi tiến hành trạng thái mới.

Dùng các nút ấn M1 để phát tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 và M2 thang máy đi xuống tầng 1

Sơ đồ sau khi hiệu chỉnh :

3 TH C HI N S ỰC HIỆN SƠ ĐỒ NGUYấN Lí MẠCH ĐIỀU KHIỂN: ỆN SƠ ĐỒ NGUYấN Lí MẠCH ĐIỀU KHIỂN: Ơ ĐỒ NGUYấN Lí MẠCH ĐIỀU KHIỂN: ĐỒ NGUYấN Lí MẠCH ĐIỀU KHIỂN: NGUY N Lí M CH I U KHI N: ấN Lí MẠCH ĐIỀU KHIỂN: ẠCH ĐIỀU KHIỂN: Đ ỀU KHIỂN: ỂN:

Phân tích :

+ Động cơ sử dụng là động cơ điện 1 chiều, công suất 15KW là loại động cơ trung bình cỡ nhỏ Động cơ khởi động với vận tốc V1 nhỏ và dừng cũng với vận tốc V1 Mặt khác, thang máy dừng để chở hàng nên nó phải dừng lại để bốchàng, do đó không có quá trình đảo chiều trực tiếp Cũng do thang máy chở hàng nên tốc độ di chuyển không cao Vì vậy, chúng ta không cần dùng thêm điện trở hãm và điện trở khởi động Tuy nhiên, để an toàn khi vận hành, chúng

ta có thể thiết kế thêm Rkđ, Rh, hoặc Rơle thời gian để hạn chế dòng khởi động + Trong quá trình hoạt động, thang máy di chuyển với hai vận tốc V1 < V2

Ta sử dụng hệ T-Đ để điều khiển động cơ Trong quá trình biến thiên tốc độ, tức là biến thiên điện áp phần ứng Nếu mạch điều khiển nối chung với điện áp phần ứng của động cơ thì điện áp cung cấp cũng biến thiên theo, do đó không

an toàn cho mạch điều khiển Vậy ta phải tách nguồn cấp cho mạch lực và mạchđiều khiển ra

- Tín hiệu L : Sử dụng công tắc tơ 1K

- Tín hiệu X : Sử dụng công tắc tơ 2K

- Tín hiệu V1 : Sử dụng công tắc tơ 1G

- Tín hiệu V2 : Sử dụng công tắc tơ 2G

3.3 Tín hiệu trung gian :

Nhận xét :

+ Theo s đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ồ án : Ma trận trạng thái M ấu trúc ta thấy các công tắc hành trình có nhiều tiếp điểm c u trúc ta th y các công t c h nh trình có nhi u ti p i mấu trúc ta thấy các công tắc hành trình có nhiều tiếp điểm ắc hành trình có nhiều tiếp điểm àm điều khiển thì hàm ều khiển thì hàm ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

n m r i rác t trên xu ng dối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ước : đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ều khiển thì hàm i, i u n y s gây khó kh n cho vi c n i dâyàm điều khiển thì hàm ẽ gây khó khăn cho việc nối dây ăn cho việc nối dây ện sau: các trạng thái có thể ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển

ng th i l m cho dây d n i trong m ch i n tr nên l n x n, ph c t p

đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ồ án : Ma trận trạng thái M ời làm cho dây dẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạp àm điều khiển thì hàm ẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạp đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ạng thái có thể đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ện sau: các trạng thái có thể ở lại với đồ án : Ma trận trạng thái M ột cùng tên và giống nhau ột cùng tên và giống nhau ạng thái có thể

h n

Chính vì v y ta th c hi n m c các công t c h nh trình n i ti p v i cácập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể ện sau: các trạng thái có thể ắc hành trình có nhiều tiếp điểm ắc hành trình có nhiều tiếp điểm àm điều khiển thì hàm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ớc :

r le trung gian 1TR, 2TR, 3TR, 4TR đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm n gi n s đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ồ án : Ma trận trạng thái M

- 1KH m c n i ti p v i 1TRắc hành trình có nhiều tiếp điểm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ớc :

- 2KH m c n i ti p v i 2TRắc hành trình có nhiều tiếp điểm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ớc :

- 3KH m c n i ti p v i 3TRắc hành trình có nhiều tiếp điểm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ớc :

- 4KH m c n i ti p v i 4TRắc hành trình có nhiều tiếp điểm ối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển ếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ớc :

Nh v y trong s ư ập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ồ án : Ma trận trạng thái M nguyên lý các ti p i m thếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ười làm cho dây dẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạpng m c a công t cở lại với đồ án : Ma trận trạng thái M ủa công tắc ắc hành trình có nhiều tiếp điểm

h nh trình àm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ược là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển c thay b ng ti p i m thếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ười làm cho dây dẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạpng m c a r le trung gian, cònở lại với đồ án : Ma trận trạng thái M ủa công tắccác ti p i m thếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ười làm cho dây dẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạpng óng c a công t c h nh trình đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ủa công tắc ắc hành trình có nhiều tiếp điểm àm điều khiển thì hàm đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ược là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển c thay b ng ti pếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ười làm cho dây dẫn đi trong mạch điện trở nên lộn xộn, phức tạp đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm ủa công tắc

+ Công tắc tơ 1K có số tiếp điểm bị giới hạn Trongsơ đồ mạch điều khiển

cần 6 tiếp điểm phụ : 3 thường đóng và 3 thường mở, hai tiếp điểm chính

thường mở ở mạch động lực Vì lý do này nên ta cần thêm 1 rơ le trung gian 5TR để làm tăng số tiếp điểm phụ

Có 2 cách để mắc Rơ le trung gian vào mạch điều khiển :

+ Cách 1 : Rơ le được mắc song song với công tắc tơ, tuy nhiên điện áp tác động của 2 thiết bị thường khác nhau nên ít dùng cách này

+ Cách 2 : Dùng 1 tiếp điểm của Rơ le để đóng công tắc tơ

Ta sẽ dùng cách thứ 2 trong mạch điều khiển

3.4 Bảo vệ cho mạch điều khiển :

Với một sơ đồ cấu trúc như trên, mạch chỉ đủ đảm bảo cho việc hệ thống có

khả năng làm việc theo yêu cầu công nghệ đã đề ra nhưng để đảm bảo an toàn

và vận hành tốt mạch điều khiển chúng ta cần phải thiết kế thêm một số phần khác có chức năng đặc biệt để bảo vệ khi có sự cố

- Bảo vệ ngắn mạch : Khi mạch bị sự cố, gây ngắn mạch thì dòng điện lớn có

thể đánh thủng các cách điện cháy cuộn dây, gây nguy hiểm cho hệ thống và

người vận hành Ta cần dùng các thiết bị đóng cắt nhanh để nhanh chóng cắt hệ thống ra khỏi lưới Do Aptômát có nhiệm vụ đóng cắt và bảo vệ ngắn mạch thay cho cầu dao và cầu chì nên ta dùng Aptômát 2AT ở mạch điều khiển.

- Bảo vệ mất từ thông : Do động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập thường có

hiện tượng mất từ thông nên người ta thường dùng rơ le dòng RTT nối tiếp với cuộn kích từ CKĐ, tiếp điểm nối ở mạch điều khiển để tránh sự cố này

Sơ đồ mạch điều khiển :