bài đơn giản dễ điểm cao CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 1 1.1. Giới thiệu về thang máy vận chuyển hàng hóa 1 1.1.1. Khái niệm thang máy vận chuyển hàng hóa 1 1.1.2 Phân loại thang máy nâng hàng hóa 2 + Loại thang máy này sử dụng cong nghệ piston thuỷ lực để nâng hoặc hạ cabin 3 1.2. Một số thang máy chở hàng trong thực tế 3 1.2.1. Thang tải hàng hóa trong nhà máy xí nghiệp, phân xưởng 4 1.2.2. Thang tải ô tô xe máy 6 1.2.3. Thang tải hàng hóa thực phẩm trong các nhà hàng khách sạn 6 1.3 Các yêu cầu đối với thang máy 8 1.3.1.Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy 8 1.3.2.Dừng chính xác buông thang 11 1.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ,gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy15 1.4. Kết cấu chung của thang máy 17 1.4.1. Buồng thang 17 1.4.2. Đối trọng 18 1.4.3. Buồng máy 18 1.4.4. Cáp thép 18 1.4.5. Pulypuly ma sát 19 1.4.6. Ray thang máy 19 1.4.7. Phanh an toàn 21 1.4.8. Shose (guốc) dẫn hướng 22 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 24 2.1. Giới thiệu đề tài 24 2.2. Các biện pháp mở máy. 24 2.3. Các biện pháp thay đổi tốc độ. 29 2.4. Các phương pháp hãm. 30 2.5. Tự động khống chế các truyền động theo nguyên tắc điều khiển 31 2.6. Cơ cấu nâng hạ 32 2.7. Tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ 38 2.7.1 Tính chọn động cơ 38 2.7.2. Tính chọn Atomat 39 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 44 3.1. Lựa chọn nút ấn 45 3.2. Chọn cảm biến 45 3.3. Chọn công tắc hành trình 47 3.4. Đèn báo 47 3.5 Chọn biến tần 48 3.5.1. Giới thiệu chung về biến tần 48 3.5.2. Giới thiệu về biến tần FUJI FRENIC 50 3.6. Lựa chọn PLC 51 3.6.1. Giới thiệu chung về PLC 51 3.6.2. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại FX1S 57 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 62 4.1. Sơ đồ khối hệ thống. 62 4.2. Yêu cầu công nghệ của hệ thống 63 4.3. Thiết kế tủ điện 63 4.4. Thiết kế phần mềm lập trình điều khiển 65 4.4.1. Lưu đồ thuật toán 65 4.4.2. Bảng phân công đầu vào ra 68 4.4.3. Code mô hình 69 4.5. Thiết kế mô phỏng giao diện giám sát. 74 4.6. Hình ảnh mô hình hệ thống 75 KẾT LUẬN CHUNG 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
Giới thiệu về thang máy vận chuyển hàng hóa
1.1.1 Khái niệm thang máy vận chuyển hàng hóa
Hiện nay, sự phát triển kinh tế tại các thành phố lớn ở Việt Nam dẫn đến gia tăng hàng hóa và thiết bị nhu yếu phẩm, tạo ra khối lượng hàng hóa khổng lồ Việc này khiến người lao động gặp khó khăn khi phải vận chuyển hàng hóa nặng, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe Giải pháp tối ưu để giảm áp lực cho nhân công là sử dụng thang máy chở hàng hóa trong các nhà xưởng.
Hình 1.1: Thang máy nâng hàng trong thực tế.
Trước đây, việc bốc vác và di chuyển hàng hóa hoàn toàn phụ thuộc vào sức người, nhưng nhờ sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, máy cẩu và máy tời đã phần nào thay thế sức lao động Tuy nhiên, việc vận chuyển hàng hóa dễ hỏng vẫn gặp nhiều rủi ro Thang máy chở hàng hóa ra đời giúp việc vận chuyển trở nên dễ dàng và an toàn hơn, đặc biệt cho các sản phẩm dễ vỡ Chỉ với một nút bấm, thang máy tải hàng giúp di chuyển hàng hóa lên các tầng trong nhà máy một cách thuận tiện, tiết kiệm thời gian, chi phí và sức lao động cho doanh nghiệp.
1.1.2 Phân loại thang máy nâng hàng hóa
Có nhiều phương pháp phân loại thang máy dựa trên các chức năng khác nhau Các thang máy có thể được chia thành các nhóm sau đây.
Hình 1.2: Thang máy nâng hàng trong nhà máy.
- Phân loại theo cách thức vận hành:
- Thang máy chở, tải hàng loại đơn giản
+ Có thể gọi là than máy tời hàng
+ Là loại thang sử dụng hệ thống cửa bán tự động, dễ sử dụng với thiết kế đơn giản, tối đa được diện tích
+ Sản phẩm sử dụng máy tời để kéo cabin kiểu vận thăng
+ Tải trọng tối đa có thẻ lên tới 5 tầng, số điểm dừng tối đa là 5 tầng
- Thang máy chở, tải hàng tự động
+ Loại thang máy này có cấu tạo, cách thức hoạt động tương tự như các loại thang máy chở người (cabin, phòng máy, cửu tự động…)
+ Tải trọng từ 500-5000kg, số tầng phục vụ từ 2-10 tầng
+ Là hệ thống thang máy điều khiển phức tạp, mục đính sử dụng lâu dài, không theo thời vụ
- Phân loại theo nguyên lý hoạt động
Tương tự như thang máy chở người, thang máy tải hàng cũng có 2 loại thang máy với nguyên lý hoạt động chính
- Thang máy trở hàng cáp kéo
+ Sử dụng máy kéo và cáp với công suất lớn, tải trọng tối đa lên đến 8 tấn
+ Có thể không cần phòng máy hoặc có phòng máy
+ Hệ thống điều khiển với nhiều tính năng ưu việt kết hợp với các tính năng an toàn
- Thang máy chở hàng thuỷ lực
+ Loại thang máy này sử dụng cong nghệ piston thuỷ lực để nâng hoặc hạ cabin
+ Công nghệ cao nên chi phí lớn và chỉ giới hạn số tầng nhất định
- Phân loại theo tải trọng
- Thang máy tải hàng tải trọng nhỏ 50-500kg
- Thang máy tải hàng tải trọng nhỏ 1-2 tấn
- Thang máy tải hàng tải trọng nhỏ 2-8 tấn
1.2 Một số thang máy chở hàng trong thực tế
Thang máy tải hàng được phân loại dựa trên công dụng, tính năng và mục đích sử dụng của các nhà đầu tư quản lý và chủ sở hữu.
- Thang máy tải hàng hoá
- Thang máy chở thực phẩm
- Thang máy tải phương tiện giao thông
1.2.1 Thang tải hàng hóa trong nhà máy xí nghiệp, phân xưởng
Hình 1.3: Thang tải hàng hóa trong nhà máy xí nghiệp, phân xưởng.
Hiện nay, nhu cầu sử dụng thang máy tải hàng tại kho bãi, nhà xưởng và khu công nghiệp đang gia tăng Việc lắp đặt thang máy nâng hàng không chỉ tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa mà còn nâng cao hiệu quả làm việc trong các cơ sở sản xuất.
Thang tải hàng là thiết bị chuyên dụng giúp nâng hạ các vật nặng lên độ cao một cách nhanh chóng và hiệu quả, tiết kiệm sức lực Loại thang này được thiết kế đặc biệt để phục vụ cho việc vận chuyển hàng hóa.
Dòng thang máy tải hàng thường sử dụng công nghệ: thang máy cáp kéo và thang máy thủy lực
- Ứng dụng của thang máy nâng hàng trong nhà máy xí nghiệp, phân xưởng
Thang nâng hàng, hay còn gọi là thang máy nâng hàng, thường được sử dụng rộng rãi trong các phân xưởng sản xuất, nhà máy và xưởng sản xuất, giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển hàng hóa.
Trong các nhà máy, thang tải hàng được sử dụng để di chuyển hàng hóa giữa các vị trí và tầng khác nhau, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả vận chuyển.
Thang máy chuyên tải hàng hoá là loại thang máy có tải trọng lớn nhất, với khả năng đạt tối đa 5 tấn Việc sử dụng thang máy này thay vì thuê công nhân bốc vác không chỉ giúp vận chuyển hàng hoá trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn, mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí đáng kể.
Hiện nay, các công ty thương mại và liên doanh trên toàn quốc cung cấp thang máy chuyên dụng cho việc tải hàng hóa, giúp người tiêu dùng dễ dàng tiếp cận sản phẩm này Dòng thang máy này sở hữu một số đặc điểm cơ bản quan trọng.
Thang máy tải hàng có nhiều kích thước và tải trọng khác nhau, từ 200kg đến 5000kg, đáp ứng nhu cầu của các công ty và xí nghiệp có quy mô đa dạng Sự linh hoạt trong tải trọng này giúp thang máy phù hợp với nhiều loại hình doanh nghiệp.
Tốc độ di chuyển của thang máy nâng hàng phụ thuộc vào từng loại, với vận tốc thông thường là 15m/phút cho thang máy có tải trọng nhỏ Đối với thang máy tải hàng lớn, vận tốc có thể lên tới 90m/phút.
Máy kéo là dụng cụ phụ trợ không thể thiếu nếu sử dụng thang nâng hàng.
1.2.2 Thang tải ô tô xe máy
Đối với các hộ gia đình thiếu chỗ đỗ xe, việc lắp đặt hệ thống đỗ xe gia đình là giải pháp hiệu quả, tận dụng không gian nổi hoặc ngầm, trong nhà hoặc ngoài sân Tại các địa điểm kinh doanh như nhà hàng, cửa hàng, siêu thị và văn phòng, có thể tận dụng những khu đất trống để lắp đặt hệ thống đỗ xe tự động quy mô nhỏ (dưới 50 xe), từ đó gia tăng số chỗ đỗ xe một cách đáng kể.
Các yêu cầu đối với thang máy
1.3.1.Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người và hàng hóa giữa các độ cao, vì vậy an toàn là yếu tố hàng đầu Để đảm bảo hoạt động an toàn, thang máy được trang bị nhiều thiết bị giám sát nhằm phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố.
Khi thiết kế hệ thống truyền động cho thang máy, cần phối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện bằng cách kết hợp nhiều loại bảo vệ khác nhau Ví dụ, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang, đồng thời cũng cấp điện cho động cơ phanh để nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng, cho phép buồng thang di chuyển Ngược lại, khi mất điện, động cơ phanh ngừng quay và các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray, giữ cho buồng thang không rơi.
Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượt quá (20 40) % tốc độ định mức.
Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm.
Phanh bảo hiểm kìm là loại phanh được sử dụng phổ biến nhất, giúp đảm bảo cho buồng thang dừng một cách êm ái Cấu trúc của phanh bảo hiểm kiểu kìm được minh họa trong hình 1-1.
Phanh bảo hiểm được lắp đặt dưới buồng thang, hoạt động bằng cách sử dụng gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi buồng thang di chuyển với tốc độ bình thường Giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 kết nối với hệ truyền động bánh vít - trục vít 4 Hệ truyền động này có hai loại ren: ren phải và ren trái.
Hình 1.6: Phanh bảo hiểm kiểu kìm.
Buồng thang được trang bị cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm bên cạnh hệ thống phanh bảo hiểm Khi tốc độ di chuyển của buồng thang tăng lên, cơ cấu đai truyền 3 sẽ khiến thang 4 quay, từ đó kìm 5 ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng, giúp hạn chế tốc độ của buồng thang một cách hiệu quả.
* Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín:
Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ.
Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp qua ròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp Trường hợp cáp bị đứt hay bị trượt 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
Bốn đẩy má phanh 6 sẽ kẹp chặt cáp lại, trong khi Cabin vẫn rơi xuống Cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 gắn vào Cabin, kích hoạt bộ chống rơi để đảm bảo an toàn.
Tốc độ nhả là tốc độ Cabin mà bộ điều tốc bắt đầu hoạt động, thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang Ngoài ra, các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống thang máy.
Ngoài việc sử dụng các bộ hạn chế tốc độ và phanh, thang máy còn được trang bị tín hiệu bảo vệ và hệ thống báo sự cố Những thiết bị này nhằm đảm bảo an toàn cho thang máy và hỗ trợ kỹ sư bảo trì nhận diện các thiết bị khống chế tự động bị hỏng, từ đó thực hiện kiểm tra trước khi thang máy được đưa vào hoạt động trở lại.
Trong quá trình vận hành thang máy, cần đảm bảo không vượt quá giới hạn chuyển động trên và dưới Khi thang đã đạt đến tầng cao nhất, mọi chuyển động đi lên đều bị cấm, và khi thang xuống dưới tầng 1, chỉ có thể di chuyển lên Để thực hiện điều này, các thiết bị khống chế dừng tự động được lắp đặt ở đỉnh và đáy thang, giúp dừng thang một cách tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đạt đến vị trí giới hạn.
- Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang.
Để đảm bảo an toàn trong các tình huống khẩn cấp và ngăn chặn va chạm mạnh cho buồng thang, người ta thường sử dụng các bộ đệm lò xo hoặc dầu được lắp đặt ở đáy thang.
- Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơi buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác.
- Khi có người trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin.
1.3.2.Dừng chính xác buông thang
Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt bằng của tầng yêu cầu sau khi ấn nút dừng Nếu buồng thang không dừng đúng vị trí, sẽ gây ra nhiều vấn đề không mong muốn.
- 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 suất.
Thang máy chở hàng có thể gây khó khăn trong việc bốc xếp và dỡ hàng, và trong một số trường hợp, việc này có thể không thực hiện được Để khắc phục tình trạng này, người dùng có thể nhấn nút bấm để dừng thang máy với độ chính xác cao, nhưng điều này có thể dẫn đến những vấn đề không mong muốn.
- Hỏng thiết bị điều khiển.
- Gây tổn thất năng lượng.
- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí.
Để đảm bảo dừng chính xác buồng thang, cần tăng thời gian từ lúc hãm đến khi dừng bằng cách tính toán một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và không tải theo cùng một hướng Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác trong việc dừng 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.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Giới thiệu đề tài
Thiết kế mạch điện tự khống chế cho thang nâng hàng 3 tầng trong nhà hàng sử dụng động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc để điều khiển cơ cấu nâng hạ.
Các biện pháp mở máy
Hình 2.1: Mở máy trực tiếp.
- Nguyên lý làm việc: đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện.
- Đặc điểm: Đơn giản, không tốn kém trang thiết bị trong quá trình nở máy.
Mở máy gián tiếp có nhược điểm là nếu công suất động cơ vượt quá công suất của lưới điện, có thể xảy ra hiện tượng sụt áp trên toàn bộ hệ thống trong quá trình khởi động.
- Mở máy bằng cuộn kháng:
Hình 2.2: Mở máy gián tiếp.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi khởi động máy, cuộn kháng được ngắt khỏi mạch điện Điều này dẫn đến việc điện áp rơi trên điện kháng, làm giảm điện áp trực tiếp đặt vào động cơ xuống k lần, từ đó làm giảm momen của động cơ xuống k² lần.
Phương pháp này được áp dụng để giảm dòng điện khi khởi động máy, tuy nhiên nó cũng dẫn đến việc giảm moomen Do đó, đối với các tải yêu cầu moomen khởi động lớn, phương pháp này không phù hợp.
- Ưu điểm: Thiết bi mở máy là đơn giản, rẻ tiền.
- Nhược điểm: Momen mở máy giảm đi bình phương số lần nên thời gian mở máy dài. c, Mở máy bằng máy biến áp tự ngẫu
Hình 2.3: Mở máy bằng máy biến áp tự ngẫu.
Nguyên lý làm việc của máy biến áp trong quá trình khởi động động cơ là điều chỉnh điện áp thứ cấp ở mức phù hợp trước khi cấp vào stato Sau khi quá trình khởi động hoàn tất, cần điều chỉnh lại điện áp về mức ban đầu để đảm bảo điện áp cung cấp cho stato đạt giá trị định mức.
- Ưu điểm: Sử dụng cho động cơ có công xuất nhỏ và trung bình, thiết bị để mở máy là đơn giản dễ sử dụng.
- Nhược điểm: Máy biến áp tự ngẫu chiếm nhiều diện tích. d, Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y/∆
Hình 2.4: Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y/∆.
Nguyên lý làm việc của phương pháp này áp dụng cho động cơ hoạt động bình thường ở chế độ ∆ Khi khởi động, cuộn dây stato được đấu theo hình Y Khi động cơ đạt tốc độ ổn định, cuộn dây stato sẽ được chuyển sang đấu theo hình ∆ để tiếp tục hoạt động.
- Đặc điểm: thiết bị đơn giản, dễ sử dụng.
Phương pháp này chỉ áp dụng cho các động cơ hoạt động bình thường ở chế độ tam giác Để mở máy, cần thêm điện trở phụ vào mạch roto.
Chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn.
Hình 2.5: Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vao mạch roto.
Nguyên lý làm việc của điện trở phụ là nó được mắc nối tiếp với mạch roto, làm tăng điện trở mạch roto Khi khởi động máy, nguồn điện cung cấp cho điện trở phụ giúp giảm dòng điện trên mạch roto Khi tốc độ động cơ ổn định, điện trở phụ sẽ được ngắt khỏi mạch roto Đối với động cơ không đồng bộ ba pha, khi mở máy, mômen khởi động thường lớn hơn mômen định mức, vì vậy cần áp dụng phương pháp mở máy phù hợp để đáp ứng nhu cầu sử dụng.
- Có momen mở máy đủ lớn để thời gian mở máy là thấp nhất.
- Dòng điện mở máy là nhỏ nhất.
- Các thiết bị tham gia quá trình mở máy là tiết kiệm nhất, hiệu quả nhất và thông dụng nhất.
- Giảm tổn hao công suất khi mở máy. g, Mở máy bằng phương pháp dùng biến tần
Biến tần là thiết bị điều chỉnh tần số dòng điện cho cuộn dây trong động cơ, cho phép kiểm soát tốc độ động cơ một cách linh hoạt mà không cần hộp số cơ khí Thiết bị này sử dụng linh kiện bán dẫn để điều khiển dòng điện, tạo ra từ trường quay giúp động cơ hoạt động hiệu quả.
Có thể nói, đây là phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha toàn diện nhất.
Bài viết này nhấn mạnh rằng thiết bị không chỉ hạn chế dòng khởi động mà còn tích hợp nhiều tính năng an toàn như bảo vệ động cơ khỏi mất pha, lệch pha, quá áp, quá nhiệt, quá tải và thấp áp Chế độ khởi động êm ái giúp bảo vệ các chi tiết máy quan trọng như hộp số, ổ bi và tang trống Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị công nghệ hiện đại như bộ điều khiển PID, chế độ khởi động bám, chế độ làm sạch đường ống và giám sát momen tải, đảm bảo bảo vệ toàn diện cho động cơ không đồng bộ 3 pha.
Biến tần có khả năng tiết kiệm tới 60% năng lượng tiêu thụ, đồng thời có tuổi thọ cao Với giá thành hợp lý so với giá trị mà nó mang lại, biến tần được coi là giải pháp tối ưu cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp.
=> Từ những đặc điểm đã nêu trên của các phương pháp mở máy và công suất động cơ hệ thống.
=> Ta quyết định chọn Biến tần để ứng dụng vào hệ thống.
Lợi ích của khi sử dụng biến tần:
Giúp động cơ khởi động êm, giảm mài mòn cơ khí.
Thay đổi tốc độ của động cơ dễ dàng giúp đáp ứng các yêu cầu công nghệ của thiết bị và hệ thống khác nhau.
Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha… giúp tăng tuổi thọ động cơ.
Tích hợp nhiều chức năng điều khiển khác nhau giúp cải tiến công nghệ và tăng năng suất sản xuất.
Các biện pháp thay đổi tốc độ
Động cơ không đồng bộ rất phổ biến trong công nghiệp và đời sống nhờ vào ưu điểm như cấu tạo đơn giản, giá thành thấp và kết cấu chắc chắn Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của động cơ này là khó khăn trong việc điều khiển tốc độ và đặc tính điều khiển không đạt yêu cầu Vì lý do này, trước đây, người ta ít khi sử dụng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ cho động cơ không đồng bộ, mà chủ yếu áp dụng các hệ truyền động một chiều.
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số.
Tăng tần số (f) sẽ làm tăng tốc độ (n) của động cơ, cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách linh hoạt Để đạt được điều này, cần sử dụng nguồn điện có khả năng thay đổi tần số Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tần số rất hiệu quả, đặc biệt khi áp dụng cho nhóm động cơ lồng sóc, mang lại khả năng điều chỉnh mượt mà trong một phạm vi rộng Tuy nhiên, chi phí cho việc điều chỉnh tốc độ bằng cách này vẫn còn khá cao.
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp.
Phương pháp này chủ yếu được áp dụng để giảm điện áp, giúp giảm nguy cơ quá tải cho động cơ Tuy nhiên, dải điều chỉnh tốc độ hẹp có thể làm tăng tổn hao ở dây quấn rotor, vì vậy phương pháp này thường được sử dụng cho các động cơ nhỏ có hệ số trượt lớn.
* Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở ở roto.
Phương pháp thay đổi điện trở phụ cho động cơ roto dây quấn được thực hiện bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto với giá trị nhất định Khi giá trị điện trở phụ (R phụ) tăng lên, suất điện động (S) cũng tăng, dẫn đến tốc độ (n) giảm, trong khi mô men (M) tỷ lệ với công suất.
Nếu mô men cản và dòng rooto không thay đổi, việc tăng điện trở để giảm tốc độ sẽ dẫn đến tăng tổn hao công suất trong điện trở, làm cho phương pháp này không tối ưu Tuy nhiên, đây là một phương pháp đơn giản, dễ điều chỉnh và có khoảng điều chỉnh tương đối rộng, phù hợp để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ có công suất trung bình.
=>Để dấp ứng những yêu cầu trên, ta chọn phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số thông qua bộ biến tần.
Các phương pháp hãm
Hãm dừng động cơ là yêu cầu quan trọng trong nhóm "nâng vận chuyển", tương tự như việc mở máy Để lựa chọn phương pháp hãm phù hợp và tiết kiệm nhất, cần dựa vào yêu cầu cụ thể của thiết bị.
Hãm tự do là phương pháp đơn giản để ngắt nguồn điện từ động cơ, khiến cho từ trường quay trong động cơ không còn Mặc dù vậy, động cơ vẫn tiếp tục quay nhờ quán tính Sau một thời gian, do tác động của ma sát, động cơ sẽ dừng lại hoàn toàn.
Để thực hiện động năng, cần cắt điện xoay chiều ra khỏi động cơ và cấp điện một chiều cho cuộn dây stato Dòng điện một chiều trong cuộn dây stato tạo ra từ trường, trong khi rôto vẫn quay nhanh Khi thanh lồng sóc trên rôto cắt đường sức của từ trường tĩnh ở stato, sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng trong vòng ngắn mạch Dòng điện này tác động với từ trường của stato, tạo ra momen điện từ hãm rôto dừng lại.
Dòng điện 1 chiều có thể được lấy từ dòng xoay chiều qua chỉnh lưu hoặc từ rôto của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn (hãm kích từ) Phương pháp hãm này tiêu tốn ít năng lượng và thường được áp dụng cho các động cơ có khả năng đóng mở nhiều lần và thay đổi chiều quay Khi tốc độ tăng, lực hãm cũng mạnh hơn, nhưng momen hãm sẽ giảm xuống và đạt giá trị bằng 0 khi tốc độ n = 0 Phương pháp này thường được sử dụng trong cần cẩu và máy nâng.
- Hãm tái sinh: Đây là phương pháp hãm mà khi máy điện đang làm việc ở chế độ cơ ta chuyển
Khi hoạt động ở chế độ động cơ, gần bằng n1, để hãm tái sinh, cần đổi nối bộ dây nhằm tăng số cực của cuộn dây stato khi n > n1 Sau khi chuyển đổi động cơ thành máy phát, nó sẽ trả năng lượng về lưới điện Đồng thời, trong quá trình hãm, động cơ sinh ra momen hãm, giúp động cơ nhanh chóng dừng lại.
Chế độ hãm tái sinh thường được dùng trong các máy cắt gọt kim loại.
Hãm ngược là phương pháp hãm động cơ KĐB 3 pha bằng cách đổi thứ tự 2 trong 3 pha, khiến rôto quay ngược chiều từ trường stato Phương pháp này tạo ra mô men hãm lớn, tuy nhiên, động cơ có thể bị nóng do dòng điện tăng cao Để hạn chế dòng khi hãm, thường sử dụng điện trở lớn hoặc điện kháng nối tiếp với cuộn dây stato Khi rôto dừng, cần cắt động cơ ra khỏi lưới điện để ngăn chặn việc quay ngược vào rôto dây cuốn hoặc tần số thấp hơn 50Hz của stato.
Rôto của động cơ được giữ chặt bằng tấm ma sát hoặc lò xo Để khởi động động cơ, cần cấp điện vào stato và nhả nhanh hãm nam châm điện, cho phép phanh thủy lực tác động vào lò xo cơ khí, giúp rôto quay tự nhiên.
Khi cắt điện vào stato, phanh hãm nam châm cũng sẽ mất điện, dẫn đến việc nam châm nhả các tấm ma sát Điều này làm cho rôto trong động cơ ngừng quay.
=> Sử dụng phương pháp hãm động năng vì đây là một phương pháp đơn giản,hiệu quả và rất phù hợp với động cơ KDB 3 pha roto lồng sóc.
Tự động khống chế các truyền động theo nguyên tắc điều khiển
Tự động khống chế các truyền động điện theo nguyên tắc hành trình là một hình thức tự động hóa phổ biến, thường được áp dụng trong các máy công cụ như máy phay, máy bào, máy mài và máy tiện Mặc dù độ chính xác không cao, nhưng tính đơn giản của nó giúp hạn chế hành trình của các bộ phận, đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc Công tắc hành trình là thiết bị chính trong mạch tự động hóa này.
Tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian là phương pháp thường được áp dụng trong các tình huống như mở máy, hãm máy, khởi động động cơ qua cấp điện trở, đối nối sao - tam giác, và khống chế các chuyển động trong máy truyền động ăn dao Thiết bị chính để thực hiện việc khống chế này là rơle thời gian.
- Tự động khống chế nguyên tắc tốc độ.
Rơle tốc độ là thiết bị chính được sử dụng phổ biến trong việc hãm ngược động cơ điện Đối với các máy khoan, việc nâng hạ xà cần tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc an toàn Khi xà được kẹp chặt, tốc độ động cơ sẽ giảm, dẫn đến việc tiếp điểm của rơle tốc độ mở ra để ngắt điện vào động cơ.
- Tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện.
Phương pháp khống chế tự động bằng rơle dòng điện thường được áp dụng trong các sơ đồ mở máy động cơ điện Nguyên tắc hoạt động của dòng điện rất chính xác, điều này đặc biệt quan trọng trong các máy cắt gọt kim loại Khi cần kiểm soát lực sinh ra trên các bộ phận như thiết bị gá lắp hoặc cơ cấu kẹp xà ở máy bào giường, cách khống chế theo phụ tải trở nên cần thiết và hiệu quả.
=> Sử dụng công tắc hành trình để tự khống chế các truyền động theo nguyên tắc hành trình.
Cơ cấu nâng hạ
Cơ cấu nâng hạ trong các thiết bị như cầu trục và cổng trục cần có hệ thống truyền động để đảm bảo việc di chuyển và nâng hạ Khảo sát cho thấy momen cản của cơ cấu nâng hạ luôn giữ nguyên về độ lớn và chiều, bất kể chiều quay của động cơ thay đổi Động cơ không đồng bộ, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rôto khác với tốc độ từ trường quay trong máy.
- Tính chọn công suất động cơ
Phụ tải thang máy chủ yếu do tải trọng quyết định, bao gồm trọng lượng của đối tượng và cơ cấu nâng Để xác định phụ tải một cách chính xác, cần xây dựng sơ đồ động học của hệ thống truyền động thang máy Từ sơ đồ này, ta phân tích các quá trình nâng hạ ở chế độ định mức và không tải để tính toán các thông số kỹ thuật liên quan.
Cơ cấu truyền động của thang máy có hộp điều tốc, do đó, tỉ số truyền là yếu tố quan trọng cần được tính toán vì nó ảnh hưởng lớn đến mô men nâng hạ của động cơ và tốc độ di chuyển của buồng thang Để xác định phụ tải tĩnh, ta giả định thang máy đang đi lên với tải định mức và tải không thay đổi trong
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
G bt : Khối lượng buồng thang(Kg) G: Khối lượng hàng (Kg)
V: Tốc độ nâng (m/s) g: Gia tốc trọng trường ,chọn g = 9,8 (m/ s 2 ¿ η: Hiệu suất của cơ cấu nâng, chọn η=0,8
Theo số liệu đã chọn:
Vì thang máy có đối trọng, nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết.
Khối lượng của đối trọng:
G dt = G bt + αGG max (kg) (
G dt : khối lượng đối trọng (kg). αG: hệ số cân bằng, ta chọn αG = 0,5 Suy ra: Gdt = 2000 + 0,5.350!75(kg)
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng:
(2.3)Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng:
P cn : công suất tĩnh khi nâng tải có đối trọng.
P ch : công suất tĩnh khi hạ tải có đối trọng. k: hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng.
Số liệu về cáp dẫn động:
Khối lượng riêng dây cáp =0,47(kg/m) →cáp ϴ12
Chọn 1 tầng cao 3 (m) vậy hành trình dài nhất của cáp = 3.3= 9(m)
Tổng trọng lượng dây cáp Gd = 1,88.9 = 16,92(kg).
Lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang khi có tải định mức: bt max 1 1 dt
K 1 : số lần dừng buồng thang
∆ G 1 : sự giảm khối lượng tải sau mỗi lần dừng
Tỉ số truyền i của hộp điều tốc:
R: bán kính puli dẫn động (m) n: tốc độ động cơ(vòng/s), n = 945(vòng/p) = 15,75 (vòng/s) u: bội số của hệ thống ròng rọc, chọn u=1 suy ra: i = 39,58
Thời gian làm việc của thang nâng:
) Thời gian toàn bộ 1 chu kỳ làm việc của thang máy có thể tính theo năng suất và tải trọng định mức: ck lv 1 2 3 t 2.t t t t (
2 8 ) Trong đó: t 1 : thời gian ra, chọn = 5s t 2 : thời gian vào, chọn = 5s Vậy tck = 40(s).
Hệ số tiếp điện tương đối: lv ck
Mô men tương ứng với lực kéo:
Công suất động cơ khi nâng tải tốc độ nhanh:
( 2 1 2 ) Công suất động cơ khi hạ tải tốc độ nhanh:
2 1 3 ) Công suất định mức của động cơ: t bt
( 2 1 5 ) Bảng 2 1: Bảng tính thời gian và công suất tải với từng tầng.
Truyền động thang máy hoạt động trong chế độ ngắn hạn lặp lại với tải định mức động cơ nặng Do đó, cần chọn động cơ 2 cấp tốc độ với hai dây quấn riêng biệt cho từng cấp độ, có tốc độ dưới 1000 vòng/phút Động cơ nên có công suất 2,6 kW để đảm bảo hiệu suất làm việc.
Tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ
2.7.1 Tính chọn động cơ Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ là động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc có :
Theo công thức 2.17 tính chọn được công suất động cơ P =2.6 kw.
Từ các dữ liệu trên em chọn được động cơ thang máy GTW7
Hình 2 6 Động cơ thang máy GTW7 Thông số kỹ thuật:
CB, hay còn gọi là aptomat, là thiết bị điện được thiết kế để thay thế cầu dao tổng, tự động ngắt nguồn điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch Thiết bị này hoạt động với điện áp 380 V, giúp bảo vệ hệ thống điện và các phụ tải khỏi hư hỏng do sự cố.
Momen lực xoắn: Max 322 Nm,
S5 - 40% Đường kính puly động cơ:
- Phân biệt các loại Aptomat
MCB : Máy cắt loại nhỏ
MCCB : Máy cắt kiểu khối
ACB : máy cắt không khí Đều Có chức năng bảo vệ mạch điện, chống quá tải và ngắn mạch
KCĐ ở trên được dùng trong mạng hạ áp và trung áp.
MCCB: apomat khối (dòng cắt cao, thường làm apomat tổng)
MCB: apomat tép ( dòng cắt thấp, thường dùng làm apomat nhánh)
ACB: là máy cắt có dòng cắt cao
I dm - cường độ dòng điện
U dm - điện áp định mức, U dm
P dm - công suất định mức η - hiệu suất động cơ, chọn η% cos ψ - hệ số công suất, thường cos ψ
= 0,8 Đối với động cơ cho cơ cấu di chuyển nâng hạ với công suất 55kW
=>Chọn Aptomat bảo vệ động cơ loại 20A
=> Chọn MCB bảo vệ động cơ loại 20A Aptomat LS BKN C32
Thương hiệu: LS - Hàn Quốc. Điện áp định mức: 230/400V AC
Tần số dòng điện: 50/60Hz
Sau đây là mạch động lực của hệ thống:
Hình 2.8: Mạch động lực của hệ thống.
=>Chọn Phương án mạch động lực:
Chọn động cơ 3 pha roto lồng sóc GTW7 có P = 2,6kW
Chọn phương án khởi động và đảo chiều động cơ bằng biến tần
Nguyên lý hoạt động của mạch động lực:
+ MCB đóng cấp điện cho biến tần.
Nguồn điện xoay chiều được chuyển đổi thành nguồn điện một chiều bằng phẳng thông qua quá trình chỉnh lưu và lọc Quá trình này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode kết hợp với tụ điện.
Sau khi chuyển đổi thành dòng điện một chiều, dòng điện sẽ đi qua một tụ lọc để làm sạch điện áp xoay chiều đã được chỉnh lưu, loại bỏ pha âm và tạo ra điện áp một chiều ổn định.
Cuối cùng, điện áp một chiều được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ thống IGBT, giúp cấp điện cho động cơ và cho phép động cơ hoạt động hiệu quả.
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Lựa chọn nút ấn
- Nhiệm vụ của nút ấn:
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là một thiết bị điện quan trọng được sử dụng để điều khiển từ xa các thiết bị điện khác nhau Nó có chức năng đóng ngắt, báo hiệu và chuyển đổi các mạch điện điều khiển cũng như tín hiệu liên động bảo vệ, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong hệ thống điện.
Nút ấn thường được lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện và hộp nút nhấn Chúng được thiết kế và chế tạo để hoạt động hiệu quả trong môi trường khô ráo, không có hơi hóa chất và bụi bẩn.
Hình 3 2: Các loại nút ấn thông dụng.
=>Trong hệ thống này, ta sử dụng: 1 nút Stop loại chịu áp 220VAC.
Chọn cảm biến
Ở bài toán này thì cảm biến tiệm cận là thích hợp bởi sở hữu nhiều ưu điểm như:
Phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc với vật thể đó
Ít bị hao mòn, tuổi thọ cao
Độ ổn định và chính xác cao
Thời gian đáp ứng nhanh, có điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng
Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu
Hình 3 3: Cảm biến tiệm cận SN04-N NPN.
Cảm biến tiệm cận SN04-N NPN là một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa và cơ điện tử, được sử dụng phổ biến để xác định điểm dừng của các cơ cấu trượt.
Bảng 3 1: Thông số cảm biến tiệm cận SN04-N NPN.
Trạng thái output NPN thường mở gồm 3 dây Điện áp hoạt động 6-36VDC
Phát hiện khỏng cách 4mm Đối tượng phát hiện Kim loại
Tần số chuyển đổi 200Hz
Vật liệu Nhựa ABS Độ dài dây 1.2m
Tiêu chuẩn chống nước IP65
Chọn công tắc hành trình
Thang máy hoạt động theo hành trình nhất định từ đáy hố pit đến mặt dưới của sàn phòng máy Để đảm bảo an toàn, mỗi đầu của thang máy được trang bị công tắc hành trình, giúp ngăn ngừa sự cố như vượt tốc độ, va chạm với sàn phòng máy hoặc tụt xuống đáy hố pit, từ đó giảm thiểu rủi ro và bảo vệ người sử dụng.
Hình 3 4: Công tắc hành trình loại 220VAC.
=>Trong hệ thống thang nâng hàng ta chọn công tắc hành trình loại220VAC
Đèn báo
Trong hệ thống điều khiển, việc lắp đặt đèn báo trên mạch điều khiển có vai trò quan trọng trong việc chỉ thị trạng thái hoạt động của hệ thống, từ đó hỗ trợ người vận hành trong việc giám sát và quản lý hiệu quả hệ thống.
Hình 3 5: Đèn báo có điện áp 220VAC.
=>Đối với hệ thống trên ta chọn loại đèn báo có điện áp 220VAC
Chọn biến tần
3.5.1 Giới thiệu chung về biến tần
Bộ biến tần là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang tần số khác Có hai loại biến tần chính: biến tần trực tiếp (biến tần phụ thuộc) và biến tần gián tiếp (biến tần độc lập).
Hình 3 6: Sơ đồ khối của bộ biến tần.
Biến đổi tần số dòng xoay chiều từ f1 sang f2 bằng bộ chỉnh lưu điều khiển pha đảo chiều mang lại hiệu suất cao vì không cần qua khâu chỉnh lưu Tuy nhiên, việc thay đổi tần số pha là phức tạp và phụ thuộc vào tần số pha f1.
+ Mạch chỉ cần dùng van Thyristor thông thường, quá trình chuyển mạch theo điện áp lưới.
+ Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian 1 chiều nên hiệu suất rất cao.
+ Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố.
+ Thường sử dụng cho dải công suất lớn đến vài chục MW
+ Sử dụng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiển rất phức tạp.
+ Hệ số công suất thấp.
Trong thực tế ít sử dụng biến tần trực tiếp, do đó không dùng biến tần trục tiếp trong hệ truyền động thang máy.
Dòng điện đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều (f=0), sau đó được lọc và biến đổi thành dòng xoay chiều tần số f2 Biến tần gián tiếp được chia thành hai loại: biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp, được phân biệt dựa vào khâu trung gian 1 chiều.
Khâu trung gian 1 chiều là cuộn kháng Lf, thực hiện chức năng nguồn dòng cho bộ nghịch lưu. Ưu điểm:
+ Có khả năng trả năng lượng về lưới
+ Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện 1 chiều được giữ không đổi
+ Phù hợp cho dải công suất trên 100kw
+ Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ.
+ Cồng kềnh vì có cuộn kháng.
+ Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ.
=> Ứng dụng thang máy với tải chỉ vào khoảng 4kW thì biến tần nguồn dòng là không phù hợp
Khâu trung gian 1 chiều là tụ Cc,thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịch lưu. Ưu điểm:
+ Phù hợp với tải nhỏ,dưới 30kw.
+ Hệ số công suất của mạch lớn(≈1).
+ Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải,dòng điện cho tải quy định.
3.5.2 Giới thiệu về biến tần FUJI FRENIC
Biến tần Fuji, sản phẩm chủ đạo của Fuji Electric từ Nhật Bản, nổi tiếng không chỉ trong nước mà còn trên toàn cầu Fuji Electric cung cấp một loạt sản phẩm đa dạng như Biến tần, PLC, HMI, Máy cắt, Contactor, Rơ le nhiệt, UPS và Máy biến áp Trong suốt nhiều năm, Fuji đã khẳng định được uy tín với các sản phẩm chất lượng cao, hoạt động ổn định và đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong ngành công nghiệp.
Hình 3 7: Biến tần Fuji Frenic.
Bảng 3 2 Thông số của biến tần Điện áp 3 pha 200-400VAC
Dải tần số 0.2-400Hz Khả năng quá tải
Đặc điểm nổi bật của biến tần Fuji Electric:
Biến tần Fuji tuân thủ các tiêu chuẩn RoHS của EU, đảm bảo an toàn cho con người và bảo vệ môi trường, góp phần vào sự phát triển bền vững.
Biến tần Fuji cải thiện hiệu suất động cơ, cung cấp sản phẩm đa dạng đáp ứng nhu cầu từ đơn giản đến hệ thống điều khiển phức tạp, đồng thời mang lại giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
- Độ bền cao và dễ bảo trì: Tuổi thọ lên tới 10 năm Việc nâng cấp cũng như bảo trì biến tần Fuji rất dễ dàng.
- Dễ sử dụng: Biến tần Fuji được cài đặt thông số trực tiếp thông qua bảng điều khiển hoặc cài đặt từ xa trên máy tính.
Lựa chọn PLC
3.6.1 Giới thiệu chung về PLC
PLC, hay bộ điều khiển logic khả trình, là thiết bị quan trọng trong kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại Sự phát triển của PLC gắn liền với sự tiến bộ của công nghệ thông tin, đặc biệt là kỹ thuật máy tính.
Kỹ thuật điều khiển logic khả trình (PLC) đã được phát triển từ những năm 1968 đến 1970 Ở giai đoạn đầu, việc sử dụng các thiết bị PLC đòi hỏi người dùng phải có kiến thức vững về điện tử và trình độ chuyên môn cao Tuy nhiên, hiện nay, các thiết bị PLC đã trở nên dễ tiếp cận hơn cho người sử dụng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) là một thiết bị linh hoạt cho phép điều khiển các thuật toán thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số Với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và giao tiếp hiệu quả với các thiết bị khác Để thực hiện chương trình điều khiển, PLC cần có các tính năng tương tự như máy tính, bao gồm bộ vi xử lý trung tâm (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ chương trình và các cổng vào ra để kết nối với thiết bị bên ngoài Ngoài ra, PLC cũng cần có các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàm chức năng đặc biệt để phục vụ các bài toán điều khiển số.
Các PLC tương tự như máy tính, nhưng được tối ưu hóa cho các nhiệm vụ điều khiển trong môi trường công nghiệp, khác với máy tính chỉ tập trung vào tính toán và hiển thị Do đó, PLC được thiết kế chuyên biệt để đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ứng dụng công nghiệp.
- Để chịu được các rung động, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và tiếng ồn.
- Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra.
- Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch.
Chức năng của bộ điều khiển logic PLC tương tự như bộ điều khiển dựa trên rơle và công tắc tơ, cũng như các khối điện tử khác.
- Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến.
- Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ.
- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp. a, Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
Hệ thống PLC phổ biến bao gồm năm thành phần cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình Sơ đồ cấu trúc hệ thống PLC được thể hiện rõ ràng qua các bộ phận này.
Hình 3 8: Sơ đồ hệ thống.
Bộ xử lý, hay còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện quan trọng chứa bộ vi xử lý Nó nhận tín hiệu vào, thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình lưu trữ trong bộ nhớ và truyền quyết định dưới dạng tín hiệu đến các thiết bị đầu ra.
Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC thấp, thường là 5V cho bộ vi xử lý và 24V cho các mạch điện của các module khác.
Thiết bị lập trình là công cụ quan trọng để tạo ra các chương trình điều khiển, sau đó được truyền tải đến PLC Các thiết bị lập trình có thể là thiết bị chuyên dụng, thiết bị cầm tay nhỏ gọn hoặc phần mềm cài đặt trên máy tính cá nhân.
Bộ nhớ trong các hệ thống điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ chương trình, với các loại như RAM, ROM và EPROM Để đảm bảo chương trình hoạt động liên tục ngay cả khi mất điện, nguồn dự phòng cho RAM thường được thiết kế, thời gian duy trì phụ thuộc vào từng loại PLC Ngoài ra, bộ nhớ cũng có thể được chế tạo dưới dạng module, giúp dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển khác nhau và cho phép mở rộng khi cần thiết.
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể đến từ các công tắc, cảm biến nhiệt độ, hay tế bào quang điện, trong khi tín hiệu ra có thể cung cấp cho cuộn dây công tắc tơ, rơle, van điện từ, và động cơ nhỏ Các tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, hoặc tín hiệu logic, và chúng có thể được thể hiện theo nhiều cách khác nhau.
Hình 3 9: Giao diện vào ra của PLC
- Mỗi điểm vào/ra có một địa chỉ.
Các kênh vào ra được thiết kế với chức năng cách ly và điều hoà tín hiệu, cho phép các bộ cảm biến và bộ tác động kết nối trực tiếp mà không cần sử dụng thêm mạch điện khác.
Tín hiệu vào cho các PLC thường được cách ly bằng linh kiện quang, giúp đảm bảo an toàn và ổn định Dải tín hiệu nhận vào của các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V hoặc 220V, trong khi các PLC cỡ nhỏ chỉ hỗ trợ tín hiệu 24V.
Tín hiệu ra được thiết kế với hai phương pháp cách ly, bao gồm cách ly kiểu rơle và cách ly kiểu quang Tín hiệu này có thể là tín hiệu chuyển mạch với thông số 24V và dòng điện 100mA.
PLC có thể hoạt động với điện áp 110V, 1A một chiều hoặc 240V, 1A xoay chiều, tùy thuộc vào loại PLC Đối với các PLC cỡ lớn, dải tín hiệu ra có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn các module phù hợp Việc đánh giá ưu nhược điểm của PLC là cần thiết để hiểu rõ hơn về khả năng và hạn chế của hệ thống này.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống.
- Khối nguồn: cấp nguồn cho toàn hệ thống
- Khối điều khiển trung tâm (PLC): sử dụng PLC điều khiển hệ thống
- Khối điều khiển: gồm cái nút nhấn
- Khối cảm biến: gồm các cảm biến, các công tắc hành trình dừng tầng
- Khối hiển thị đèn báo
- Biến tần dùng để điều khiển động cơ 2 cấp tốc độ
Yêu cầu công nghệ của hệ thống
Hệ thống hoạt động với chế độ auto:
- Chế độ auto, sử dụng PLC điều khiển cabin nâng hạ sử dụng biến tần điều khiển
+ Ban đầu động cơ đang ở vị trí tầng 1, đèn báo tầng 1 sáng Khi chọn đi lên tầng
Động cơ quay nghịch di chuyển cabin lên với tốc độ 50Hz, khi chạm vào cảm biến dưới tầng 3, tốc độ sẽ từ từ giảm xuống 10Hz cho đến khi chạm vào công tắc hành trình tầng 3 và dừng lại.
Khi ở tầng 3 và chọn tầng 2 hoặc tầng 1, động cơ sẽ quay thuận, đưa cabin xuống với tốc độ 50Hz Khi cabin chạm vị trí cảm biến tại tầng 2 (hoặc tầng 1), quá trình giảm tốc sẽ diễn ra từ từ, thời gian giảm tốc có thể được thiết lập theo yêu cầu.
Thiết kế tủ điện
Tủ điện điều khiển động cơ MCC (Motor Control Center) là thiết bị quan trọng dùng để điều khiển và bảo vệ các động cơ và máy bơm công suất lớn Tùy thuộc vào loại động cơ và yêu cầu của khách hàng, tủ MCC hỗ trợ nhiều phương thức khởi động và điều khiển như khởi động trực tiếp, khởi động sao – tam giác, khởi động mềm và sử dụng biến tần.
Tủ điều khiển động cơ bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển trung tâm PLC, thiết bị đóng cắt MCCB/MCB, contactor, relay, timer, bộ biến tần (inverter), khởi động mềm (soft starter) và bộ khởi động sao - tam giác.
Hình 4.2: Hình ảnh thiết kế tủ điện.
Bảng 4 1 Thông số và các thiết bị trong tủ điện
Biến tần Fuji Electric 1 Đèn báo 2
Thiết kế phần mềm lập trình điều khiển
Thực hiện chương trình kiểm tra chức năng
Thực hiện chương trình vận hành bình thường
Hình 4 3: Sơ đồ khối khởi động hệ thống.
Hình 4 4: Thuật toán chọn tầng.
Thuật toán thang máy đi lên
Hình 4 5: Thuật toán thang máy đi lên.
Thuật toán thang máy đi xuống
Hình 4 6: Thuật toán thang máy đi xuống.
4.4.2 Bảng phân công đầu vào ra
Bảng 4 2: Bảng phân công đầu vào ra.
X004 sensor giảm tốc tầng 2 dưới
X005 sensor giảm tốc tầng 2 trên
Thiết kế mô phỏng giao diện giám sát
Trong đồ án này, tôi sử dụng phần mềm GT Designer 3 để thiết kế giao diện giám sát hoạt động của hệ thống GT Designer 3 là phần mềm chuyên dụng cho việc thiết kế giao diện và lập trình điều khiển cho màn hình HMI của Mitsubishi Phần mềm này nằm trong gói GT Works 3, được Mitsubishi phân phối rộng rãi đến người dùng.
Một số ưu điểm nổi bật của phần mềm :
- Giao diện phần mềm được thiết kế trực quan, dễ nhìn và hiện đại
- Kho hình ảnh và biểu tượng phong phú và sinh động
- Hỗ trợ các dòng HMI từ đời cũ đến mới
- Tùy chỉnh, cài đặt, theo dõi các thông số trực tiếp trên phần mềm
- Cung cấp đầy đủ các công cụ hỗ trợ lập trình
- Tự động cài đặt thêm phần mềm GT Simulator3
- Phần mềm có kích thước nhỏ gọn và không yêu cầu máy tính có cấu hình cao
Hình 4 8: Giao diện màn hình giám sát
Hình ảnh mô hình hệ thống
Hình 4 9: Hình ảnh mô hình hệ thống