đồ án môn học điều khiển logic thiết kế mạch điều khiển thang máy 3 tầng

2,Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thang m¸y Thang m¸y ®ang dõng ë tÇng bÊt kú ,nÕu cã tÝn hiÖu ra lÖnh cho nã tíi mét tÇng kh¸c th× nã sÏ chuyÓn ®éng víi vËn tèc v1,sau ®ã nã míi t¨ng tèc lªn vËn tèc v2. Khi gÇn ®Õn tÇng ®Ých th× nã sÏ gi¶m tèc tõ v2 xuèng v1 vµ cuèi cïng lµ dõng l¹i ë tÇng ®ã

Chơng I:Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển I,Yêu cầu công nghệ :Thiết kế mạch điều khiển thang máy 3 tầng

1,Sơ đồ công nghệ :

2,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

3,Đặt biến Logic cho hệ thống

a,Các tín hiệu vào :

a1:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang đến tầng 1

a2:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang đến tầng 2

a3:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang đến tầng 3

b1:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang giảm tốc khi sắp đến tầng 1

b2:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang giảm tốc khi sắp đến tầng 2

b3:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang giảm tốc khi sắp đến tầng 3

Đồng thời:

b1:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang tăng tốc khi ra khỏi tầng 1

b2:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang tăng tốc khi ra khỏi tầng 2

b3:Tín hiệu ra lệnh cho buồng thang tăng tốc khi ra khỏi tầng 3

c1:Tín hiệu ra lệnh dừng lại ở tầng 1

c2:Tín hiệu ra lệnh dừng lại ở tầng 2

c3:Tín hiệu ra lệnh dừng lại ở tầng 3

Nh vậy hệ thống có 9 tín hiệu vào ,tất cả tín hiệu này ta đều chọn là tín hiệu dạng xung Giá trị logic của tín hiệu là ’1’ thì tín hiệu đó hoạt động ,ngợc lại giá trị logic là ’0’ thì tín hiệu đó không hoạt động Nghĩa là nếu a1=1 thì có tín hiệu ra lệnh cho buồng thang đến tầng 1,còn nếu a1=0 thì không có tín hiệu ra lệnh buồng thang đến tầng 1

b,Các tín hiệu ra:

X:Tín hiệu báo hiệu buồng thang đi xuống

L:Tín hiệu báo hiệu buồng thang đi lên

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

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

II,Tổng hợp mạch điều khiển

Để giải đợc bài toán trên bằng phơng pháp ma trận trận trạng thái ta chia thành các bài toán sau:

1,Buồng thang xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 2

T3

T2

T1

2,Buồng thang xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 3

3,Buồng thang xuất phát từ tầng 2 đi lên và dừng ở tầng 3

4,Buồng thang xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 2

5,Buồng thang xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 1

6,Buồng thang xuất phát từ tầng 2 đi xuống và dừng ở tầng 1

Nh vậy ta có thể giải bài toán 1,hiệu chỉnh và suy rộng ra các bài toán khác

Bài toán 1:Xét buồng thang xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng lại ở tầng 2

a,Các tín hiệu vào :

a2,b1,b2,c2

b,Các tín hiệu ra:

L,V1,V2

c,Các trạng thái có thể có:

(1):Trạng thái buồng thang đứng yên ở tầng 1

(2):Trạng thái buồng thang đi lên với vận tốc v1

(3): Trạng thái buồng thang đi lên với vận tốc v2

(4):Trạng thái buồng thang dừng lại ở tầng 2

Từ công nghệ ta lập đợc bảng chuyển trạng thái nh sau

TT c2 c2 c2 c2 b2 b1 b2

a2 L V1 V2

Nhập hàng 2 và 3 ta có bảng rút gọn nh sau:

b1

a2

<2>

Dùng 2 biến trung gian P2, K2 để mã hoá các trạng thái vững:

K2

<1> <2X3>

<4>

Nh vậy ta có bảng ma trận Cacno cho các trạng thái :

b1

a2

<2>

P2

Ta sẽ tìm hàm tác động cho các biến p2 và k2

*,Viết ma trận Cacno cho biến p2

b1

a2

Nh vậy ta có :

F(p2)=p2+b1c2

*,Viết ma trận Cacnô cho biến k2

b1

a2

Vậy ta có: F(k2)=a2+k2

-Biến k chứng tỏ đã có lệnh cho buồng thang đến tầng 2.Biến k sẽ mất khi buồng thang

đến tầng 2(có c)

Vậy hiệu chỉnh hàm F(k2) ta đợc:

F(k2)=(a2+k2)c2 ;(1)

Tơng tự ta có:

F(k1)=(a1+k1)c1 ;(2)

Tơng tự ta có:

F(k3)=(a3+k3)c3 ;(3)

-Biến p2 chứng tỏ buồng thang dừng ở tầng 2.Biến p2 sẽ mất khi buồng thang chạy đến

tầng 3 (có c3) hoặc tầng 1(có c1)

Vậy hiệu chỉnh hàm F(p2) ta đợc nh sau:

F(p2)=(c2+p2)c1c3;(4)

Tơng tự ta có:

F(p1)=(c1+p1)c2 c3;(5)

Tơng tự ta có:

F(p3)=(c3+p3)c1c2;(6)

*,Viết ma trận Cacno cho biến L:

b1

a2

1 0 1 1 1

Vậy ta có :

F1(L)=b1+b2+a2 p2+k2 p2 b1b2 c2 Hiệu chỉnh lại ta có:

F1(L)=a2p1 p2+lc2k2

Sở dĩ có thêm p1 vì buồng thang đang ở tầng 1 (tơng tự hàm xuống phải có thêm p3)

Tơng tự cho các bài toán 2 và 3 sẽ là

F2,3(L)=a3 p3+lc3k3 Vậy hàm lên của cả công nghệ thang máy là:

F(L)=F1(L)+F2,3(L) F(L)= a2p1 p2+lc2k2+ a3 p3+lc3k3 F(L)= a2p1 p2+ a3 p3+ l(c2k2+c3k3);(7) Tơng tự cho hàm xuống của công nghệ thang máy là:

F(X)=F4(X)+F5,6(X)= a2p3 p2+ a1 p1+ x(c2k2+c1k1);(8)

*,Viết ma trận Cacno cho biển V1

b1

a2

Vậy ta có :

F1(V1)=a2 p2+b2k2+b1b2 c2k2 p2

Hiệu chỉnh lại ta có

F1(V1)=a2 p2+b2k2+b1b2 c2k2p1

Ta thêm biến p1 để khẳng định rằng buồng thang chạy lên từ tầng 1

Tơng tự ta có:

Bài toán từ tầng 1 lên tầng 3

F2(V1)=a3 p3+b3k3+b1b3 c3k3 Bài toán từ tầng 2 lên tầng 3:

F3(V1)=a3 p3+b3k3+b2 b3 c3k3 Bài toán từ tầng 3 xuống tầng 2

F4(V1)=a2 p2+b2k2+b3 b2 c2k2p3 Bài toán từ tầng 3 xuống tầng 1

F5(V1)=a1 p1+b1k1+b3 b1c1k1 Bài toán từ tầng 2 xuống tầng 1

F6(V1)=a1 p1+b1k1+b2 b1c1k1 Vậy hàm của biến V1 của toàn công nghệ là:







6 1

) 1 ( )

1 (

i

i V F V

+(b1p1+b3p3)b2 c2k2+b2(b1c1k1+b3 3

c k3)

+b1b3(c1k1+c3k3) ; (9)

Biến V2 sẽ có khi không có biến V1 và đang có biến lên hoặc xuống Do đó không cần lập ma trận Cacno đối với biến V2 ta cũng có thể viết đợc hàm của V2;

F(V2)=(x+l)v1 ;(10)

Nh vậy ta có toàn bộ hàm tác động của các biến có liên quan

1

1 k

c 

X

1

1 p

a 

k1

k2

k3

p1

p2

p3

l

a3

3

p

p1

3

3p

b

k2

2

b

1 1

1 c k

b  

3 3

3 c k

b   3

1 b

b  c  1 k 1

3

3 k

c 

V1

a2-p1-3

3 p

a 

3

3 k

c 

L

Sơ đồ cấu trúc của mạch điều khiển

III , Thực hiện sơ đồ nguyên lý

Ta sử dụng các thiết bị sau:

1,Các loại tín hiệu

-Tín hiệu b1:Sử dụng công tắc hành trình 1H để điều khiển Rơle 1KH

-Tín hiệu b2:Sử dụng công tắc hành trình 2H để điều khiển Rơle 2KH

-Tín hiệu b3:Sử dụng công tắc hành trình 3H để điều khiển Rơle 3KH

-Tín hiệu c1:Sử dụng công tắc hành trình 1D để điều khiển Rơle 1KD

-Tín hiệu c2:Sử dụng công tắc hành trình 2D để điều khiển Rơle 2KD

-Tín hiệu c3:Sử dụng công tắc hành trình 3D để điều khiển Rơle 3KD

-Tín hiệu a1:Sử dụng nút ấn 1M để điều khiển rơle 1RM đóng các tiếp điểm -Tín hiệu a2:Sử dụng nút ấn 2M để điều khiển rơle 2RM đóng các tiếp điểm -Tín hiệu a3:Sử dụng nút ấn 3M để điều khiển rơle 3RM đóng các tiếp điểm

2,Các biến trung gian:

Các biến trung gian ta sử dụng các Rơle trung gian

-Biến trung gian K1:Sử dụng Rơle trung gian 1RK

-Biến trung gian K2:Sử dụng Rơle trung gian 2RK

-Biến trung gian K3:Sử dụng Rơle trung gian 3RK

-Biến trung gian P1:Sử dụng Rơle trung gian 1RP

-Biến trung gian P2:Sử dụng Rơle trung gian 2RP

-Biến trung gian P3:Sử dụng Rơle trung gian 3RP

3,Các tín hiệu ra :

Các tín hiệu ra ta sử dụng các công tắc tơ:

-Tín hiệu L:Sử dụng công tắc tơ KL

-Tín hiệu X:Sử dụng công tắc tơ KX

-Tín hiệu V1:Sử dụng công tắc tơ 1G

-Tín hiệu V2:Sử dụng công tắc tơ 2G

4,Một số phần tử cần thêm vào mạch điều khiển

Với một sơ đồ cấu trúc đơn giản nh trên mạch chỉ đủ đảm bảo cho việc hệ thống có khả năng làm việc theo yêu cầu công nghệ đã đề ra nhng 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 Theo yêu cầu của đầu bài là sử dụng động cơ điện xoay rôto dây quấn nên ta cần phải có những biện pháp bảo vệ tránh động cơ gặp những sự cố khi làm việc

-Bảo vệ ngắn mạch: Khi các dây pha bị sự cố gây ngắn mạch sẽ gây ra dòng điện lớn có

thể đánh thủng các cách điện cháy động cơ, gây nguy hiểm cho hệ thống và ngời vận hành Ta cần dùng các thiết bị đóng cắt nhanh để nhanh chóng cắt hệ thống ra khỏi lới

Để thực hiện điều này ta dùng các Rơle dòng điện cực đại và các cầu chì CC mắc ở mạch lực có nhiệm vụ đóng cắt dòng điện khi dòng lớn hơn dòng cho phép

-Bảo vệ quá dòng (Bảo vệ dòng điện cực đại ) đó là sự quá tải tạm thời khi có dòng xung kích lớn( 2,5 Iđm) do đó có thể gây ra lực điện động lớn làm hỏng các thiết bị truyền động

và các tiếp điểm cơ khí vì thế rất cần đợc bảo vệ Để bảo vệ quá dòng ta sử dụng các Rơle

dòng cực đại Vì bảo vệ ngắn mạch ta cũng dùng các Rơle này cho nên viẹc sử dụng Rơle dòng cực đại đã đồng thời có 2 chức năng bảo vệ

-Bảo vệ quá tải lâu dài ( bảo vệ nhiệt ): Khi có hiện tợng quá tải lâu dài nhiệt độ sẽ tăng

lên cao gây phát nóng quá mức cho phép sẽ làm hỏng các động cơ Trong trờng hợp này

ta sẽ dùng các Rơle nhiệt để điều khiển đóng cắt mạch lực ra khỏi lới

-Hạn chế dòng khởi động: khi khởi động cũng nh đảo chiều quay dòng điện lớn cho nên

cần hạn chế bằng cách cho thêm điện trở phụ vào mach Rôto

IV,Thiết kế mạch lực:

-Yêu cầu sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha roto dây quấn ,công suất 5kW.Nh vậy ta sẽ quy ớc động cơ quay thuận thì thang máy đi lên ,và quay ngợc thì thang máy đi xuống -Để thang máy có thể chạy với vận tốc V1 hoặc V2 thì ta sẽ điều chỉnh vận tốc của động cơ bằng cách đổi sơ đồ đấu dây của dây quấn Stato cụ thể

+Nối 12 sẽ cho ta số đôi cực p=6 tơng ứng với tốc độ n1=500(vòng /phút)->v1 +Nối 8 sẽ cho ta số đôi cực p=4 tơng ứng với tốc độ n2=750(vòng /phút)->v2 -Trong roto của động cơ có thêm 1 điện trở phụ cần thiết để hạn chế dòng khởi động -Vậy mạch lực trong đồ án này sẽ có dạng nh sau:

1G

KL KX

KL

KX

3RM

2RP 3RP

3KD

2RK 3RK

1KD

2RK 1RK

3

3KH

H1

H3

1KH 6

7 8 8

50

49

53

56

60

3KD

D1

D3

1KD 9

10 11

3RM

M1

M3

1RM

4 5

3KH

1KH

2KH

1KH

26

24 27 28

38 40

37 39 36

41

42

43 44

1G 35

29 30 31

2KD 2RP

2KD 3KD

3RP

3RP

1KD 1RP

1RK

2RK

3RK

V,Sơ đồ chi tiết công nghệ thang máy 3 tầng :

Đến mạch điều khiển

380V

CD

1CC

KL

2RN 1RN

Sơ đồ Mạch lực

KX

73 74 75

76 77 78

12C3

12C2 12C1

8C3

8C1 8C2

1G 2G

Sơ đồ Mạch lực

380V

CD

1CC

KL

2RN 1RN

KX

73 74 75

76 77 78

12C3

12C2 12C1

8C3

8C1 8C2

1G 2G

Chơng II:Tính Chọn các thiết bị

1G

KL

KX

KL

KX

3RM

2RP 3RP

3KD

2RK 3RK

1KD

2RK 1RK

3

3KH

H1

H3

1KH 6

7 8 8

50

49

53

56

60

3KD

D1

D3

1KD 9

10 11

3RM

M1

M3

1RM

4 5

3KH

1KH

2KH

1KH

26

24

27

28

38 40

37 39 36

41

42

43 44

1G 35

29 30 31

2KD

2RP

2KD 3KD

3RP

3RP

1KD

1RP

1RK

2RK

3RK

2CC 61

Từ mạch động lực

20’

3RP

1RP

1’

1’’

62

1,Chọn thiết bị mạch lực:

a,Chọn động cơ:

Theo yêu cầu công nghệ thì ở hệ truyền động này ta dùng 1 động cơ và có công suất điều khiển là 5kw Tra trong sổ tay các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện ta chọn

động cơ không đồng bộ Rôto dây quấn loại MTM211-C các thông số kỹ thuật của động cơ cho nh sau:

Pđm=5kw; I1đm =13,6A ; I2đm =16,2A ;

Uđm =380V; r1 =1,41 ; r2 =0.58 ;

nđm=920v/phút; X1=1.22 ; E2đm =2.15V;

Để điều chỉnh tốc độ động cơ cho phù hợp với từng điều kiện ta có thể thay đổi điện trở ở mạch Rôto

a,Tính chọn các cơ cấu bảo vệ mạch lực:

-Chọn các cầu chì CC:

Dùng để bảo vệ cho động cơ làm việc an toàn ở phạm vi dòng điện cho phép Các cầu chì này có chức năng vừa bảo vệ sự cố ngắn mạch vừa bảo vệ sự cố quá dòng ngắn hạn, khi

có sự cố cầu chì đứt sẽ tác động cắt mạch lực ra khỏi lới, khoanh vùng sự cố để có thể sửa chữa kịp thời đảm bảo công việc đợc thông suốt Cầu chì này hoạt động trên nguyên tắc khi có dòng chạy qua dây quấn Stato lớn hơn dòng cho phép dây chảy cầu chì bị đứt cắt dòng, ta chọn dòng điện lớn nhất cho phép là:

Imax=ICP=1.2Ikđ=27.2x1.2=32.64(A)

Ta chọn cầu chì loại H H của Liên Xô chế tạo và có các thông số sau:πH của Liên Xô chế tạo và có các thông số sau:

Uđm=380V;

Iđm=30 A;

Kích thớc:

Ta dùng 3 cầu chì loại này để bảo vệ cho 1 động cơ

-Chọn các Rơle nhiệt Rn:

Các Rơle nhiệt dùng để bảo vệ quá tải dài hạn cho động cơ, nó đợc mắc nối tiếp vào 2 pha Stato của động cơ Dòng điện của Stato cũng chính là dòng chạy qua thanh nhiệt của Rơle Quá tải dài hạn cho phép dòng vợt quá lâu dài là =1.3 dòng định mức

I=1.3 Iđm=1.3x13.6=16.8 A

Ta chọn Rơle Rn loại PT-1loại N0-154 do Liên Xô chế tạo và có các thông số sau đây:

Uđm=380V;

I =24.2 A;

Thời gian tác động: 20 phút ứng với I=1.2Iđm

Kích thớc:10x60x25;ta dùng tất cả 2 Rơle loại này.

-Chọn các cầu dao đóng cắt:

Với các thông số dòng điện và điện áp nh đã chọn ở trên ta chọn cầu dao loại : ký hiệu PO-3 do Liên xô cũ sản xuất có các thông số

Uđm=500V;

Kích thớc: 80x50x75;

Ta chọn 1 bộ cầu dao này để bảo vệ 1 động cơ

2.

Chọn các thiết bị mạch điều khiển:

- Chọn các Côngtactơ:

Vì các Côngtactơ không chỉ đóng cắt các tiếp điểm trên mạch điều khiển mà còn đóng cắt các tiếp điểm trên mạch lực cho nên phải chọn các Côngtactơ chịu đợc dòng lớn, nếu không các tiếp điểm trên mạch lực của các Côngtactơ có thể bị phá hỏng Nh vây các tiếp

điểm của chúng phải chụi đợc dòng định mức của Stato mà không bị phá hỏng hay bị phóng điện và còn phải chịu đợc dòng khi động cơ khởi động Để đảm bảo an toàn thì dòng thờng đợc chọn theo dòng điện max

Imax>(2 2.5)Iđm ;

Imax=2.13,6=27,2;

Từ dòng điện này ta chọn loại Côngtactơ ký hiệu KT-9002-33E do Liên Xô sản xuất có các thông số kỹ thuật sau:

Uđm=380V;

Iđm=15A;

Số tiếp điểm: 3mở-3đóng

Kích thớc: 110-70-129;

-Chọn các Rơle:

Các Rơle này chủ yếu làm việc đóng cắt các tiếp điểm điều khiển trên mạch điều khiển cho nên ta chọn các Rơle không cần chịu đợc dòng điện Stato, vậy tra sổ tay ta chọn các Rơle có ký hiệu là: RZlw do Liên Xô chế tạo có các thông số:

Uđm=380V;

Số tiểm điểm thời gian: 1mở -1đóng

Kích thớc: 100-70-127;

-Chọn cầu chì:

Vì cầu chì này đợc dùng để bảo vệ dòng điện trong mạch điều khiển cho nên nó bảo vệ cho dòng điều khiển:

Iđk=1,7.13.6=24A;

Ta chọn cầu chì loại LK do Anh chế tạo có các thông số:

Uđm=380V;

Iđm=27A;

Có thời gian tác động: T=0,22 sec

Chọn các công tắc hành trình:

Chọn loại BK-110 do Liên Xô chế tạo Có các thông số kỹ thuật:

Ilt=6A

Inh=100A;U=220V

Chơng III:Thuyết minh hoạt động của sơ đồ 1,Xét trờng hợp thang máy đi từ tầng 1 đến tầng 2:

Giả thiết thang máy đang đứng yên ở tầng 1(tức là Rơle 1RP đang có điện),lúc đó có tín hiệu ra lệnh cho thang máy đến tầng 2 tức là ta ấn nút M2(1,4) nên Rơle 2RM(4,3) có

điện nên tiếp điểm 2MR(1,14) đóng lại làm Rơle 2RK(15,3) có điện (tức là có lệnh đến tầng 2) và tự duy trì nếu Rơle 1RM mất điện theo đờng (2RK-2KD).Đồng thời công tắc tơ

KL có điện theo đờng(2RM-1RP-2RP) và tự duy trì theo đờng(KL-2KD-2RK),lúc đó tiếp

điểm KL trên mạch lực đóng lại nối động cơ với lới điện làm động cơ quay thuận (tức là thang máy đi lên) ,bên cạnh đó 1G có điện theo đờng (1KH-1RP-2KH-2KD-2RK-1G) làm tiếp điểm 1G trên mạch lực đóng lại lầm thang máy đi lên với vận tốc v1.Khi có tín hiệu 1KH(tín hiệu tăng tốc khi ra khỏi tầng 1) lúc đó 1G sẽ mất điện làm tiếp điểm 1G trên mạch lực nhả ra ,đồng thời 2G có điện theo đờng (KL-1G) làm tiếp điểm 2G trên mạch lực đóng lại ->thang máy đi lên với vận tốc v2 Khi có tín hiệu 2KH(tín hiệu ra lệnh giảm tốc khi sắp đến tầng 2) lúc đó công tắc tơ 1G lại có điện theo đờng(2KH-2K) và tự duy trì theo đờng (1KH-2KH-2KD-2RK) làm cho công tắc tơ 2G mất điện và công tắc to 1G có điện vậy thang máy đi lên với vận tốc v1.Khi có tín tiệu thang máy đã đến tầng 2(có tín hiệu 2KD) sẽ làm cho công tắc tơ KL mất điện theo đờng (KL-2KD-2RK) đồng thời công tắc tơ 1G cũng mất điện theo đờng (1KH-1RP-2KH-2KD-2RK-1G) và Rơle trung gian 2RP có điện theo đờng(2KD-1KD-3KD) tức là thang máy dừng lại ở tầng 2

2,Xét trờng hợp thang máy đi lên từ tầng 1 lên tầng 3:

Giả thiết thang máy đang đứng yên ở tầng 1(tức là Rơle 1RP đang có điện),lúc đó có tín hiệu ra lệnh cho thang máy đến tầng 3 tức là ta ấn nút M3(1,5) nên Rơle 3RM(6,3) có

điện nên tiếp điểm 3MR(1,16) đóng lại làm Rơle 3RK(17,3) có điện (tức là có lệnh đến tầng 3) và tự duy trì nếu Rơle 3RM mất điện theo đờng (3RK-3KD).Đồng thời công tắc tơ

KL có điện theo đờng(3RM-3RP) và tự duy trì theo đờng(KL-3KD-3RK),lúc đó tiếp

điểm KL trên mạch lực đóng lại nối động cơ với lới điện làm động cơ quay thuận (tức là

dm