TỔNG QUAN
Phạm vi, tính cần thiết của hệ thống thang máy
Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa - Hiện đại hoá đất nước, đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm nhanh chóng sánh vai cùng các quốc gia tiên tiến trên thế giới, lĩnh vực Tự động hoá Công nghiệp ngày càng chứng tỏ vai trò không thể thiếu đƣợc, trong đó có Điều khiển Hệ thống điện Công nghiệp
Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước, ngày càng xuất hiện nhiều công trình xây dựng cao tầng đồ sộ: Những cao ốc thương mại, nhà hàng, khách sạn hiện đại theo tiêu chuẩn Quốc tế, và cả những siêu thị, bệnh viện đều có xu hướng “phát triển theo chiều cao” Đó là một quy luật phát triển hiển nhiên, khi mà dân số ngày càng gia tăng nhƣng đất đai lại không thể nào tăng theo đƣợc Đi đôi với sự phát triển này là nhu cầu về thiết bị chuyển tải hàng hoá và con người theo “độ cao” Thiết bị hiện đại đó chính là Thang máy
Thang máy phục vụ con người, tải hàng hoá, một phần thể hiện bộ mặt hiện đại của một đất nước Chính vì vậy, nó có vai trò không kém phần quan trọng Nó quyết định giờ giấc làm việc, năng suất lao động, tiết kiệm thời gian và rất tiện lợi cho việc di chuyển lên xuống ở các toà nhà cao tầng…
Nhìn chung, thang máy hiện nay cũng đã phần nào đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của con người, nhưng trong tương lai, nhóm em tin rằng nó sẽ còn phát triển hơn nữa Đó là lý do nhóm em xin đƣợc nghiên cứu về “điều khiển thang máy”.
Tổng quan về hệ thống thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải chuyên dùng để chở hàng và người theo phương thẳng đứng
Thang máy đƣợc dùng trong các khách sạn, công ty, chung cƣ, bệnh viện,…đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đƣợc hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng của con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một
3 cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn đƣợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình quy phạm
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chƣa đủ điều kiện để đƣa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nhƣ: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, công tắc an toàn của cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng,…
Lịch sử phát triển
Thang máy đầu tiên được chế tạo năm 1743 dưới thời vua LOUIS XV Ở thời kỳ đó, người ta thiết kế thang máy rất đơn giản dựa theo nguyên lý đối trọng, chỉ chở một người lên những ngôi nhà 2 tầng Sau đó, thang máy dần được cải tiến để phổ biến hơn vào những thập niên 80 với thang máy cơ học, thang máy thuỷ lực- piston, thang máy điện có khả năng đưa nhiều người hơn, lên những ngôi nhà 5 tầng
Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp Đầu thế kỷ 20 có nhiều hãng thang máy khác ra đời nhƣ: KONE, MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR… đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn
Và cho đến những năm gần đây, thang máy vẫn không ngừng đƣợc cải tiến với những tính năng vƣợt trội nhằm tăng thêm độ an toàn và trở thành thiết bị tự động hoá phổ biến, thân thiết hơn với người sử dụng.
Nguyên lý hoạt động
Động cơ của thang máy khi hoạt động sử dụng bộ điều khiển biến tần VVVF
(Inverter) Động cơ xoay chiều, động cơ cửa dừng đƣợc nối với các panel cửa bằng đai răng truyền động giúp cho cửa thang máy luôn êm ái, nhẹ nhàng, không phát ra âm thanh mỗi lần đóng mở
Hệ thống cảm biến cửa thang máy sẽ đƣợc đấu nối trực tiếp với bộ điều khiển cửa tầng đảm bảo sự an toàn mỗi khi thang máy
Hình 4.1 Cấu tạo thang máy
4 di chuyển Hệ thống cảm biến này sẽ giúp tái mở cửa trở lại khi phát hiện vật cản hoặc dừng thang để đảm bảo an toàn cho người sử dụng
Trên cửa cabin là đầu cửa có động cơ – đây chính là hệ thống truyền động cửa của thang máy giúp thực hiện hoạt động đóng mở cửa
Toàn bộ tín hiệu vận hành của thang máy khi hoạt động đều đƣợc xuất phát từ hệ thống điều khiển trung tâm PLC Hệ thống truyền động cửa thang máy hoạt động dựa trên nguyên lý:
PLC điều khiển lệnh chạy thang máy giúp chúng hoạt động và khi đến tầng cần dừng, PLC điều khiển lệnh mở cửa thang xuống cơ cấu đóng mở và ngay khi nhận đƣợc tín hiệu từ hệ điều khiển, cửa cabin thang máy sẽ mở và kéo theo cửa tầng mở dựa trên cơ cấu kẹp cửa tầng
Cửa tầng chỉ mở cùng cửa cabin khi thang nằm bằng tầng Tốc độ mở cửa cabin nhanh hay chậm tùy thuộc vào sự điều khiển của sensor cửa.
Phân loại thang máy
Tuỳ thuộc vào chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau:
Thang máy chuyên chở người
Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm
Thang máy chuyên chở bệnh nhân
Thang máy chuyên chở hàng có nguời đi kèm
Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm
Phân loại theo hệ thống dẫn động:
Thang máy dẫn động điện
Phân loại theo trọng tải:
Thang máy loại nhỏ Q < 160Kg
Thang máy trung bình Q = 500 2000kG
Thang máy loại lớn Q > 2000Kg
Phân loại theo tốc độ di chuyển:
Thang máy tốc chạy chậm v = 0,5m/s
Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 1,5) m/s
Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các hệ thống thang máy
Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s Để dễ dàng hơn trong việc làm đề tài, nhóm chúng em xin phép đƣợc phân loại thang máy theo 2 hướng chính là thang máy chở người và thang máy chở hàng
1.6 Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các hệ thống thang máy
Nhƣ đã nêu ở trên trên, thang máy đƣợc chia ra làm hai loại chính: thang máy chở người và thang máy chở hàng Sau đây chúng em xin đưa ra những ưu điểm cũng nhƣ nhƣợc điểm của hai loại thang máy này
1.6.1 Thang máy chở người Ƣu điểm
Tiết kiệm thời gian lên xuống giữa các tầng trong tòa nhà
Hệ thống hoạt động đơn giản, dễ sử dụng, thích hợp với tất cả người dùng
Đảm bảo sức khỏe người dùng
Tận dụng đƣợc các không gian của tầng ở trên cao
Góp phần tạo nên sự hiện đại trong thời kì công nghiệp phát triển của đất nước
Giá thành lắp ráp và bảo trì, bảo dƣỡng cao
Khi thang máy gặp sự cố sẽ gây khó khăn cho người bên trong thang máy
Giới hạn số lượng người nhất định khi đi thang máy
1.6.2 Thang máy chở hàng Ƣu điểm
Nâng hàng hóa một cách dễ dàng và an toàn nhất mà không cần phải tốn công sức của con người
Mang đến hiệu quả lớn trong việc di chuyển hàng hóa cồng kềnh từ khu vực này đến khu vực khác
Giảm tải nhân công và công sức lao động
Được thiết kế với kiểu dáng và kích thước phù hợp vận chuyển các loại hàng hóa kích thước lớn, hàng dễ vỡ một cách an toàn và tiện lợi nhất
Hệ thống hoạt động đơn giản, dễ điều khiển, mang đến công suất và hiệu quả tối đa
Góp phần tạo nên sự chuyên nghiệp, hiện đại của các doanh nghiệp sản xuất hàng hóa
Kích thước của phòng thang máy chở hàng khá lớn, tốn diện tích khi thiết kế
Chi phí lắp đặt, thiết kế cũng nhƣ bảo trì, bảo dƣỡng cao.
Đánh giá và lựa chọn hệ thống thang máy với yêu cầu thực tiễn của dự án
Thang máy tải người được ứng dụng khá nhiều trong các công trình của hộ gia đình kinh doanh, khách sạn, nhà hàng, trung cƣ mini, Tải trọng thang máy càng lớn thì giá tiền càng cao, do các trang bị đi kèm khác nhau nhƣ công suất máy kéo, tải của đối trọng, độ lớn của cáp, ray, công suất biến tần,…
Do trọng lượng mỗi người trung bình là 60kg, mỗi lần di chuyển thang máy tải được 17 người nên nhóm em chọn thang máy tải trọng 1000kg
NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ
Nguyên lý vận hành của hệ thống thang máy
Khi nhấn nút gọi tầng (gửi tín hiệu điều khiển gọi tầng), tín hiệu điều khiển đƣợc đƣa về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển tiếp nhận tín hiệu điều khiển, xử lý và điều khiển động cơ quay, động cơ truyền lực kéo cabin thang máy đến vị trí nhận tín hiệu điều khiển, thang máy dừng và mở của Khi cửa thang máy đƣợc điều khiển đóng lại, khách hàng ấn nút gọi tầng, tín hiệu điều khiển sẽ đƣợc gửi đến bộ vi xử lý – bộ điều khiển trung tâm, phân tích xem tầng nào gần nhất, tầng nào xa nhất, điều khiển động cơ kéo cabin, đồng thời khi di chuyển tới một tầng khác thì nó sẽ chuyển động với vận tốc v 1 , sau đó mới tăng tốc lên vận tốc v 2 Khi gần đến tầng cần dừng thì vận tốc sẽ giảm từ v2 xuống v 1 và cuối cùng là dừng lại ở tầng đó Qúa trình lặp đi lặp lại nhƣ vậy
Thang máy chở khách, hoặc 1 số loại thang máy chở hàng hiện đại ngày này sẽ đƣợc sử dụng các bộ phận an toàn để kiểm soát tốc độ, quá trình hoạt động của thang máy một cách hiệu quả Nhờ có những thiết bị an toàn mà thang máy ngày nay hoạt động thật sự an toàn, tránh các trường hợp như rơi tự do, chạy vượt tốc, kẹp cửa khi đang có người sử dụng hoặc mở cửa khi không có cabin.
Xác định các thông số thiết kế trong một hệ thống điều khiển
2.2.1 Yêu cầu về chất lƣợng điều khiển a) Yêu cầu về chất lƣợng thang máy
Bên cạnh các yêu cầu về độ tin cậy và an toàn làm việ với các thang máy còn thêm một số yêu cầu sau:
Độ chính xác dừng cabin ở mỗi tầng
Sự giới hạn trị số tăng tốc và hãm máy khi mở máy và dừng cabin
Không ồn khi làm việc và không gây nhiễu cho sự thu vô tuyến b) Độ chính xác dừng cabin ở mỗi tầng Độ chính xác dừng cabin là hiệu số các cao trình sàn cabin và sàn tầng mà cabin dừng tại đó Ngƣỡng tạo ra do độ không chính xác dừng cabin sẽ gây nguy hiểm cho hành khách và khó khăn cho việc chất tải và dỡ tải cabin đối với các thang máy nâng hàng
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5744 – 1993, độ chính xác dừng cabin ở mỗi điểm dừng phải đảm bảo trong giới hạn 20 mm đối với thang máy bệnh viện, thang máy chất tải bằng xe, và 50 mm đối với các thang máy khác Độ chính xác dừng cabin phụ thuộc vào tốc độ di động của cabin Có thể coi một cách gần đúng là độ chính xác dừng cabin lớn nhất là 20 mm ứng với tốc độ giới hạn của cabin là 0.15 – 0.2 m/giây, còn độ chính xác dừng cabin là 50 mm ứng với tốc độ cabin không quá 0.7 m/giây
Bảng 2.1 Độ chính xác dừng cabin và gia tốc tối đa cho phép c) Sự giới hạn trị số tăng tốc và hãm máy khi mở máy và dừng cabin Để tăng năng suất thang máy cần sử dụng gia tốc lớn hơn trong thời kỳ mở máy và dừng cabin Điều này đặc biệt cần thiết trong các thang máy của các tòa nhà cao tầng làm việc với chế độ nặng
Theo nghiên cứu số liệu hiện có thì gia tốc nguy hiểm đối với sức khỏe là với tốc độ khoảng 40 – 50 m/giây, ở gia tốc này hành khách có cảm giác khó chịu ( nhƣ chóng mặt, cảm giác sợ hãi, ) Khi chọn trị số gia tốc cũng cần chú ý đến đối tƣợng tuổi tác và trạng thái sức khỏe của hành khách (người bệnh, người già, ) Người ta thường lấy trị số gia tốc không quá 2.5 m/s2
Theo quy phạm an toàn, trị số gia tốc giới hạn đƣợc ấn định tùy thuộc vào tốc độ chuyển động của cabin thang máy (v) Khi tốc độ chuyển động của cabin đến 1 m/giây thì gia tốc không đƣợc vƣợt quá 1.5 m/s2, khi cabin chuyển động với tốc độ lớn hơn thì gia tốc không được vượt quá 2 m/giây2 Trong trường hợp có sự cố (cabin đang bị giữ lại trên bộ hãm bảo hiểm cơ khí) thì cho phép tăng gia tốc hãm cabin tới 25 m/s2
9 d) Không ồn khi làm việc và không gây nhiễu cho sự thu vô tuyến
Khi chế tạo và lắp đặt các khí cụ, các cơ cấu thang máy cần phải chú ý để loại bỏ tiếng ồn và nhiễu Mức độ về cường độ ồn, giới hạn cho phép trong các gian nhà, nơi có lắp đặt thang máy khi làm việc theo điều kiện kỹ thuật thiết kế thang máy đƣợc cho trong Bảng 4.3 Khả năng cách âm của các tường buồng máy cần phải không thấp hơn
50 dB, còn khả năng cách âm của cửa ra vào không dưới 35 dB
STT Đặc điểm nơi lắp đặt
Mức độ cường độ ồn cho phép
Trong khoảng lớn của tần số
1 Đài phát thang, vô tuyến, phòng ghi âm 30 Không cho phép
2 Nhà ở, bệnh viện, phòng hòa nhạc, phòng đọc sách, văn phòng làm việc 40 30
3 Cơ quan, nhà ăn, nhà hàng, nhà hát 50 40
4 Tòa nhà công nghiệp Không định chuẩn
Bảng 2.2 Mức độ cường độ ồn cho phép khi thang máy làm việc
2.2.2 Yêu cầu về hệ thống thang máy
Theo TCVN 6396-20:2017 ta có: a) Yêu cầu chung
Các thang máy chở người và chở hàng phải tuân theo các yêu cầu về an toàn và hoặc các biện pháp bảo vệ theo các điều dưới đây Ngoài ra các thang máy chở người và thang máy chở hàng phải đƣợc thiết kế theo các nguyên tắc trong ISO 12100 đối với các mối nguy hiểm tương tự nhưng không đáng kể để phải giải quyết trong tiêu chuẩn này (ví dụ cạnh sắt)
Tất cả các nhãn, biển thông báo, ký hiệu và hướng dẫn hoạt động phải được gắn cố định, không thể tẩy xóa, dễ đọc và dễ hiểu Chúng phải đƣợc làm từ vật liệu đủ bền, đƣợc đặt ở vị trí dễ nhìn, và đƣợc viết bằng ngôn ngữ công nhận ở quốc gia nơi thang máy đƣợc lắp đặt b) Bố trí thiết bị thang máy
Tất cả các thiết bị thang máy phải nằm trong giếng thang hoặc trong buồng máy hoặc buồng puli Nếu có các bộ phận của thang máy khác cùng nằm chung trong một buồng máy và hoặc buồng puli thì moios thang máy phải đƣợc phân biệt bằng số, ký tự
10 hoặc màu sắc thống nhất cho tất cả các bộ phận (máy dẫn động, bộ điều khiển, bộ khống chế vƣợt tốc, các công tắc,…) c) Yêu cầu về thoát hiểm
Nếu không có phương tiện cứu hộ nào được trang bị cho người bị kẹt trong giếng thang thì các thiết bị kích hoạt báo động cho các hệ thống báo động, theo TCVN 6396-
28 (EN 81-28), phải đƣợc lắp đặt ở những nơi xuất hiện rủi ro mắc kẹt và có thể đƣợc vận hành từ (các) không gian lánh nạn
Nếu rủi ro bị mắc kẹt ở khu vực bên ngoài giếng thang thì những rủi ro nhƣ thế này nên đƣợc thỏa thuận với chủ tòa nhà d) Buồng máy và buồng puli
Các không gian và khu vực làm việc gắn liền với công việc bảo trì kiểm tra và các hoạt động cứu hộ phải được bảo vệ một cách phù hợp khỏi những ảnh hưởng của môi trường
Phải trang bị các bảng thông báo để dễ dàng nhận biết công tắc nguồn và các công tắc đèn Nếu sau khi ngắt công tắt nguồn, mà vẫn còn một số bộ phận mang điện thì phải có bảng thông báo chỉ rõ điều này Trong buồng máy, tủ máy hay ở các bảng điều khiển dành cho hoạt động khẩn cấp và thử nghiệm, phải có các hướng dẫn chi tiết để thực hiện theo trong trường hợp thang máy bị hỏng, đặc biệt là các hướng dẫn liên quan đến việc sử dụng thiết bị cho hoạt động cứu hộ và chìa khóa mở cửa tầng…
2.2.3 Yêu cầu về môi trường
"Các tòa nhà không tiết kiệm năng lƣợng ngày nay không thể đáp ứng nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng của chúng ta Các quyết định của chúng ta ngày hôm nay sẽ ảnh hưởng đến tương lai của các thành phố Phát triển đô thị cần dựa trên tư duy có tầm nhìn và tập trung vào tính bền vững - vì lợi ích của các thế hệ mai sau Chúng ta đã có chuyên môn và sản phẩm, thách thức duy nhất là nâng cấp các tòa nhà nhanh chóng hơn." Ông Peter Walker, CEO của công ty Thang máy TK Elevator
Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy
2.3.1 Lý thuyết Để tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy cần có các điều kiện và tham số sau:
Sơ đồ động lực học của thang máy
Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
Lực kéo khi nâng đầy tải:
( ) (N) Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng đƣợc tính theo công thức sau:
Trong đó: Gbt: Khối lƣợng buồng thang (kg)
G: Khối lƣợng hang (kg) v: Tốc độ nâng (m/s) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) Ղ: hiệu suất của cơ cấu nâng (0.5 ÷ 0.8)
Khi có đối trọng, công suất tỉnh của động cơ lúc nâng tải đƣợc tính theo biểu thức sau:
{, - ) (kW) Trong đó: P cn : công suất tỉnh của động cơ khi nâng có dung đối trọng
P ch : công suất tỉnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng
G đt : khối lƣợng của đối trọng
K: hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (k~ 1,15÷1.3)
Khối lƣợng của đối trọng đƣợc tính theo biểu thức sau đây:
G đt = G bt +αG (kg) Trong đó: α: hệ số cân bằng (α = 0.3÷0.6)
13 Đối với thang máy chở hang, khi nâng thường đầy tải và khi hạ thường là không tải, nên ta chọn α=0.5
Các thông số kỹ thuật cơ bản:
Trọng lƣợng buồng thang: G bt 00 kg
Hiệu suất của cơ cấu nâng: ղ= 0.7
Hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng: k=1.2
Tỷ số truyền của cơ cấu: i = 8
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
Công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải khi có đối trọng:
Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải khi có đối trọng:
Vậy ta chọn động cơ cho thang máy là động cơ điện 3 pha rotor lồng sóc có công suất P ĐC = 11 kW
PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN VÀ CẢI TIẾN SƠ ĐỒ
Phương án cung cấp điện và nguyên lý hoạt động
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí điện của thang máy
Cấp nguồn cung cấp cho hệ bằng cầu dao CD và aptomat Ap Cuộn dây stator của động cơ đƣợc nối vào nguồn cấp qua các tiếp điểm của công tắc tơ nâng N hoặc
15 công tắc tơ hạ H và các tiếp điểm của công tắc tơ tốc độ cao C hoặc công tắc tơ tốc độ thấp T
Nguồn cấp cho mạch điều khiển lấy từ hai pha hai cầu chỉ 1 CC Ccs cửa tầng đƣợc trang bị khóa liên động với các hãm cuối 1CT ÷ 5CT Then cài ngang cửa liên động với các hãm cuối 1PK ÷ 5PK Việc đóng-mở cửa tầng sẽ tác động lên khóa và then cài cửa tầng làm cho nam châm NC1 tác động Khi cắt nguồn nam châm NC1 lúc buồng thang đến sàn tầng, làm quay then cài, then cài tác động lên một trong các hãm cuối PK và mở khóa cửa tầng Để dừng buồng thang tại mỗi sàn tầng, trong sơ đồ dung hãm cuối HC đặt trong buồng thang Tác động lên tiếp điểm HC hoặc bằng nam châm dừng theo tầng NC2 hoặc bằng cần đóng-mở cửa tầng
Công tác chuyển đổi tầng 1CĐT ÷ 5CĐT có ba vị trí là cảm biến dừng buồng thang và xác định vị trí thực của buồng thang so với các tầng Điều khiển hoạt động của thang máy đƣợc thực hiện từ hai vị trí: tại cửa tầng bằng nút bấm gọi tầng 1GT ÷ 5GT và trong buồng thang bằng các nút bấm đến tầng 1ĐT ÷ 5ĐT
Khởi động cho thang máy làm việc chỉ khi: 1D kín, 1CT ÷ 5CT kín (các cửa tang đã đóng), 2D, CT kín, FBH kín, cửa buồng thang đóng, CBT kín và 3D kín
Hãm cuối 1HC và 2 HC liên động với sàn buồng thang Nếu trong buồng thang có người, tiếp điểm của chúng mở ra 1HC đấu song song với CBT cho nên dù 1HC hở nhƣng mạch vẫn nối liền qua CBT, còn 2HC mở ra loại trừ khả năng điều khiển thang máy bằng nút bấm gọi tầng GT
Trong sơ đồ có 5 đèn báo Đ1 ÷ DD5 lắp ở trên mỗi cửa tầng và 1 đền chiếu sáng buồng thang Đ6 Khi có người trong buồng, tiếp điểm 2HC mở ra, cuộn dây role trung gian mất điện, tiếp điểm thường kín RTr đóng lại làm cho 1Đ ÷ 6Đ sáng lên báo cho thang biết thang đang “bận” và chiếu sáng cho buồng thang
Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa buồng thang Do trọng lượng cửa hàng, 2 tiếp điểm thường đóng 1HC và 2 HC mở ra Ấn nút bấm đến tầng 4 ĐT, role tầng RT4 có điện Các tiếp điểm của RT4 đóng lại cấp nguồn cho cuộn dây của công tắc tơ tốc độ cao C Các tiếp điểm của công tắc tơ tốc độ cao đóng lại cấp nguồn cho cầu chỉnh lưu CL là nguồn 1 chiều cấp cho hai nam châm NC1 và NC2 Nam châm NC1 sẽ đóng tiếp điểm 1 PK, cuộn dây công tắc tơ N có điện Cuộn dây
16 stator của động cơ đƣợc cấp nguồn qua các tiếp điểm C và N, buồng thang đi lên Nam châm NC2 sẽ kéo con đội làm cho hãm cuối HC mở ra
Khi nhả nút bấm 4 ĐT, cuộn dây của công tắc tơ N đƣợc duy trì nguồn cấp qua hai tiếp điểm T (thường kín) và N (đã đóng lại) Đồng thời cuộn dây của role 4RT vẫn đƣợc tiếp tục duy trì nguồn cấp qua công tắc chuyển đổi tầng 4CĐT và các tiếp điểm 1PK ± 5PK Khi buồng thang gần đến tầng 4, buồng thang tác động vào công tắc chuyển đổi tầng 4 CĐT, làm cho role tầng RT4 và công tắc tơ tốc độ cao mất điện Cuộn dây công tắc tơ tốc độ thấp T có điện qua tiếp điểm thường hở N (đã đóng kín) và tiếp điểm thường kín C Cuộn dây stator của động cơ được đấu vào nguồn cấp qua các tiếp điểm N và T Buồng thang tiếp tục đi lên với tốc độ thấp hơn Đồng thời cắt nguồn cấp cho chỉnh lưu CL, hai nam châm NC1 và NC2 mất điện NC2 mất điện làm cho hãm cuối HC kín lại, vẫn duy trì nguồn cấp cho cuộn dây công tắc tơ N Khi buồng thang đến ngang với sàn tầng 4, cần đóng mở cửa đặt ở cửa tầng sẽ tác động làm hãm cuối HC hở ra Cuộn dây công tắc tơ N mất điện, động cơ truyền động dừng lại và phanh hãm điện từ NCH sẽ dừng buồng thang
Hệ thống tự động khống chế thang máy hoàn toàn tương tự nhue trên khi điều khiển bằng các nút bấm gọi tầng 1GT ± 5GT Điều khiển thang máy làm việc bằng các nút bấm gọi tần chỉ thực hiện khi 2 HC kín
Hình 3.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển
Khối cảm biến: Sử dụng các cảm biến quang hay từ bố trí dọc theo đường ray dung để phát hiện vị trí của cabin, các tiến hiệu này đƣợc đƣa tới mạch tổng hợp tín hiệu
Khối bàn phím: Tập hợp các nút bấm ở trên các tầng và trong cabin Các tín hiệu này đƣợc đƣa tới mạch tổng hợp tín hiệu
Khối tổng hợp tín hiệu
Khối động lực: Bao gồm biến tần và động cơ xoay chiều 3 pha, biến tần có thể điều khiển động cơ chạy nhanh, chậm, thuận, ngược tùy theo chương trình điều khiển đã định sẵn từ PLC đƣa vào
Khối hiển thị: Hiển thị vị trí của cabin
Khối chuông và đèn báo: Sử dụng để báo cho người sử dụng biết các trạng thái làm việc nhƣ khi sắp đóng, mở cửa, sự cố,…
Đánh giá các sơ đồ mạch điều khiển hiện có
3.2.1 Phân tích ƣu nhƣợc điểm sơ đồ mạch hiện hữu
Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí điện của thang máy
+ Hệ này có tốc độ trung bình phù hợp với các thang máy chở khách + Độ chính xác khi dừng cao
+ Tính bảo vệ của sơ đồ cao
+ Khi có người trong thang thì 2HC mở ra loại trừ khả năng điều khiển thang máy bằng nút bấm gọi tầng GT
+ Khi có sự cố sẽ khó khăn trong việc sửa chữa
Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc
Hình 3.4 Sơ đồ khống chế thang máy cao tốc a Truyền động ở thang máy cao tốc dùng hệ Bth – D b Sơ đồ khối của hệ Bth - D
+ Có thể điều chỉnh tốc độ động cơ truyền đồng bằng bộ điều chỉnh tốc độ
+ Độ dừng chính xác cao nhờ tín hiệu ra từ khâu cảm biến dừng chính xác CBDCS đƣa vào khâu điều chỉnh vị trí Rvt
+ Tốc độ di chuyển buồng thang lớn, công tắc chuyển đổi tầng cơ khí làm việc không tin cậy, gây ra tiếng ồn lớn
+ Công suất đặt lớn gấp (3 – 4) lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa
Tự động khống chế thang máy dùng các phần tử logic
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí khống chế thang máy dùng các phần tử logic
+ Độ tin cậy cao nhờ dùng các phần tử phi tiếp điểm ( phần tử logic)
+ Có thể nâng lên các tầng khác nhau nhƣng khi hạ chỉ hạ xuống tầng một
+ Sử dụng các phần tử logic đòi hỏi kiến thức cao và khó khăn trong sửa chữa
3.2.2 Đánh giá (bình luận – nhận xét) thì có hiện tƣợng gì cần phải khắc phục
Hệ thống tự động khống chế tốc độ thang máy với tên gọi khác là hệ thống hạn chế tốc độ thang máy theo đúng tên gọi của nó, bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tốc độ thang máy Thiết bị này có tác dụng khống chế thang máy di chuyển với tốc độ nhất định trong khoảng thời gian cho phép, trong trường hợp thang máy vƣợt quá tốc độ bộ phận này sẽ hoạt động nhƣ bộ phận cứu hộ đẩm bảo an toàn cho người đi thang
Khi thang máy vận hành một cách bình thường thì bộ khống chế tốc độ thang máy lúc này sẽ không làm đúng nhiệm vụ mà nó vốn làm, và trở thành một thiết bị dƣ thừa Thế nhƣng không loại bỏ đƣợc những rủi ro xảy ra, và đặc biệt là sự cố thang máy bị đứt cáp, lúc này hậu quả xảy ra sẽ khó có thể lường trước được Để han chế và đề phòng những sự cố xảy ra, tất cả các thang máy trang bị cho mình một bộ khống chế thang máy Nếu trong trường hợp thang máy đứt cáp và cabin rơi tự do lúc này tốc độ thang máy sẽ rất nhanh, lúc này bộ khống chế tốc độ thang máy sẽ phát huy tác dụng Giúp kìm hãm cabin, cabin sẽ bám chặt vào ray dẫn hướng nên đứng yên một chỗ và không bị rơi xuống đất
Bộ khống chế tốc độ hoạt động với độ tin cậy cao để đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi có sự cố Bên cạnh đó bộ khống chế tốc độ thang máy phải tác động tới bộ hãm bão hiểm đối trọng hoạt động ở vận tốc chƣa vƣợt quá vận tốc của bộ hãm bảo hiểm cabin Trong thực tế cáp của bộ khống chế tốc độ không chịu tải chỉ tác dụng vào thắng cơ vì vậy cáp không cần đường kính lớn cáp thép đường kính không nhỏ hơn 6mm
Cáp xích của bộ khống chế vận tốc phải đƣợc kéo căng bằng thiết bị kéo căng tương ứng và phải được giữ bằng một lực không nhỏ hơn 1.25 lần yêu cầu tác động của cơ cấu hãm bảo hiểm, nhƣng không nhỏ hơn 300N, thiết bị kéo căng phải có công tắc điện an toàn
Cáp hoặc xích của bộ khống chế vận tốc phải đƣợc tính toán với hệ số dự trữ bền không nhỏ hơn 8
Thang máy trước khi đưa ra sử dụng cần được thực hiện kiểm định toàn diện, đánh giá về bộ khống chế tốc độ của thang máy cũng nhƣ tổng thể thiết bị để có đƣợc điều chỉnh kỹ lƣỡng, tính toán sau cùng hợp lý nhất Đƣợc đánh giá là thiết bị đƣợc hoàn thiện giúp nâng cao độ an toàn của con người khi mang ra sử dụng càng giúp thang máy có khả năng đáp ứng tốt hơn cho nhu cầu sử dụng thực tế của người dùng tại mỗi công trình Hiểu về sự cần thiết của bộ phận duy trì an toàn quan trọng này, tìm hiểu các yêu cầu, tiêu chuẩn cần đảm bảo để việc hoàn thiện chất lƣợng của bộ khống chế vƣợt tốc cũng nhƣ thiết bị thang máy trở nên dễ dàng hơn Quyết định đúng đắn, chọn mua lý tưởng và sử dụng hiệu quả là cách để hỗ trợ tốt cho con người, đồng thời cũng duy trì yếu tố an toàn lý tưởng nhất.
Đề xuất giải pháp nâng cao chất lƣợng điều khiển của hệ thống
Trong sơ đồ hình 3.6, hệ thống chỉ có chức năng nâng hạ theo một tốc độ nhất định, tăng giảm tốc đột ngột mà không thể điều khiển được Điều này làm cho người dùng thang máy có cảm giác chóng mặt, gây khó chịu khi sử dụng Mặc khác, việc tăng giảm tốc độ đột ngột làm ảnh hưởng đến cơ cấu trục động cơ, làm biến dạng thậm chí là gãy trục…gây nguy hiểm đến tính mạng con người, cũng như thiệt hại về tài sản
Chính vì những lý do trên, nhóm chúng em xin đƣợc đề xuất một giải pháp nhằm phần nào cải tiến đƣợc những kẻ hở trên nhƣ sau:
Sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ động cơ
Sử dụng PLC điều khiển biến tần để lập trình sẵn các đường đặc tuyến tăng giảm tốc độ cho mỗi tầng
Hình 3.6 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S, tốc độ v, gia tốc a và độ dật Dựa vào hình 3.6 nhóm chúng em có nhận xét:
Giai đoạn mở máy: tốc độ động cơ sẽ tăng từ 0 và tăng từ từ đến một giá trị đặt trước, trong khoảng thời gian lập trình sẵn Điều này làm cho thang máy hoạt động mềm mại, tạo cảm giác thoải mái khi sử dụng
Giai đoạn ổn định tốc độ: sau khi kết thúc giai đoạn mở máy, lúc này, hệ thống sẽ hoạt động với tốc độ tối đa, không đổi nhằm rút ngắn thời gian vận chuyển
Giai đoạn hãm xuống tốc độ thấp: trong giai đoạn này, tốc độ động cơ sẽ đƣợc giảm dần làm cho người sử dụng thích nghi được với tốc độ của hệ thống mà không gây choáng
Giai đoạn đến tầng: hệ thống sẽ chạy với tốc độ thấp và không đổi, nhằm tiếp cận với tầng dừng
Giai đoạn hãm dừng: sau khi tiếp cận đến tầng dừng, hệ thống sẽ hãm động cơ và dừng đúng vị trí tầng
Tóm lại, bằng cách sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ thông qua lập trình PLC, là giải pháp mà nhóm em cảm thấy khả thi nhất Nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chất lượng cho người sử dụng cũng như đảm bảo an toàn cho hệ thống
Đánh giá lợi ích của việc cải tiến sơ đồ
Thiết bị điều khiển logic PLC (Programmable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán bằng mạch số Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặt biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Toàn bộ chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, không đủ cho việc lưu giữ chươg trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ ngoài (Catridge), hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu
Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thang máy sử dụng PLC đã qua cải tiến
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nhƣ các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những ƣu điểm nhƣ:
Có thể thay đổi đƣợc các thông số thông qua việc lập trình cho biến tần, có khả năng thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lập trình cho biến tần, vì thế có khả năng giảm đến 80% số lƣợng dây nối Bên cạnh đó, PLC có khả năng thay đổi thời gian khởi động, thời gian hãm một cách mềm mại để giảm độ giật cho buồng thang, điều khiển tốc độ mềm hoàn toàn, giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành và bảo dƣỡng PLC cóyếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hƣ hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lƣợng đầu vào nhập và đầu ra xuất đƣợc đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động
MÔ PHỎNG MATLAB VÀ NHẬN XÉT
Mô phỏng Matlab
Hình 4.1: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống
Hình 4.2: Cài đặt đặc tuyến điện áp đầu vào và momen
Hình 4.3: Kết quả mô phỏng tốc độ và momen của thang máy sau cải tiến
Tính toán kiểm tra
Gia tốc khi máy khởi động: a 1 =
= m/s 2 Gia tốc khi máy hãm tốc độ thấp :
| 0.5 m/s 2 Gia tốc khi máy tổng hãm dừng :
| 0.5 m/s 2 Độ giật của máy khi khởi động:
= 0.667 m/s 3 Độ giật của máy khi hãm tốc độ thấp:
| = 0.25 m/s 3 Độ giật của máy khi tổng hãm dừng:
Nhận xét
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhƣng khi gia tốc lớn có thể gây ra cảm giác khó chịu cho hàng khách nhƣ chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở, Bởi vậy, gia tốc tối ƣu là a
Một đại lƣợng nữa 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 1 = hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ
1 = ) Khi gia tốc a thì độ dật không vƣợt quá
Qua kết quả mô phỏng và tính toán ta thấy đƣợc gia tốc của thang máy luôn bé hơn 2 , độ dật của thang máy luôn bé hơn 20 Điểu này cho thấy thang máy hoạt động êm, mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng hơn khi dùng biến tần và PLC