Đặc biệt là những thành tựu khoa học kỹ thuât lại đangphát triển mạnh mẽ và được áp dụng phổ biển, rộng rãi vào lĩnh vực công nghiệp.Nhận thức được vấn đề này có tầm ảnh hưởng lớn đến sự
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Khái niệm chung về thang máy
Hình 1 1 Bản vẽ thang máy
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu… theo phương thẳng đứng hoặc nghiờng một gúc nhỏ hơn 15ơ0 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.
Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng… 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 về vận chuyển thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình.
Tại nhiều quốc gia, các tòa nhà cao từ 6 tầng trở lên bắt buộc phải lắp đặt thang máy để thuận tiện cho người sử dụng, tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất làm việc Chi phí lắp đặt thang máy thường chiếm khoảng 6-7% tổng giá trị công trình, được coi là mức hợp lý Đối với các công trình đặc thù như bệnh viện, nhà máy, khách sạn mặc dù có số tầng thấp hơn 6, nhưng do nhu cầu phục vụ cao nên vẫn cần trang bị thang máy.
Đối với những tòa nhà cao tầng, hệ thống thang máy đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc di chuyển trong tòa nhà Nếu không có hệ thống thang máy, việc vận chuyển người và hàng hóa trong những tòa nhà này sẽ trở nên bất khả thi, cản trở đáng kể đến quá trình xây dựng và vận hành các tòa nhà cao tầng.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng, mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, bộ hạn chế tốc độ, an toàn cabin, công tắc an toàn cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn…
Với đối tượng nâng chuyển khác nhau thang máy có cấu tạo phù hợp, nhưng nhìn chung có thể phân làm hai phần chính:
Buồng thang: Buồng thang còn gọi là cabin, là phần chuyển động thẳng đứng trực tiếp mang tải Khung buồng treo trên puli quấn cáp Thông thường là cáp đôi hoặc cáp bốn nhằm tăng độ bám và tăng độ bền cơ khí Cùng chuyển động với buồng thang là đối trọng. Đối trọng: là một khối kết từ các gối thang, chuyển động ngược chiều với buồng thang để giảm công suất cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng Khối lượng đối trọng phụ thuộc vào trọng lượng buồng thang và khối lượng tải trung bình.
Buồng thang chuyển động trong một nơi: gọi là hố giếng Hố giếng là phần không gian từ mặt tiếp tuyến dưới puli (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng.
Phần máy (gồm động cơ kéo) được bố trí tại buồng máy, nằm trên cùng của giếng thang máy Động cơ kéo kết nối với puli thông qua hộp số để giảm tốc độ.
Tỉ số truyền của hộp số i = 18÷120 Ngoài ra buồng thang trang bị một phanh cơ khí bảo hiểm, khi có điện má phanh được lực điện hút tách khỏi puli, khi mất điện không còn lực điện từ, lực lò xo sẽ đẩy má phanh ép chặt puli và làm cho buồng thang dừng chuyển động Phanh bảo hiểm thường dùng trong trường hợp mất điện,đứt cáp hoặc tốc độ vượt quá mức cho phép từ 20÷40%.
Lịch sử hình thành thang máy
Thang máy trong buổi sơ khai:
Từ thời trung cổ, người ta đã sử dụng những thang máy thô sơ vận hành bằng sức người, động vật hoặc nước Đến thế kỷ 19, thang máy hiện đại đầu tiên ra đời sử dụng hơi nước hoặc nước để kích hoạt Sau đó, một thùng chứa được thêm vào bên dưới để chứa chất lỏng (thường là nước) tạo áp suất và nâng thang máy Người vận hành kiểm soát dòng chảy chất lỏng bằng dây kéo và hệ thống đòn bẩy để điều chỉnh tốc độ Thang máy dùng máy kéo xuất hiện ở Anh vào thế kỷ 19, với sàn nâng được nâng lên bằng cáp chạy qua ròng rọc và đối trọng di chuyển dọc theo tường.
Bình minh của kỉ nguyên nâng chuyển:
Thang máy đầu tiên được chế tạo dưới thời vua Louis XV ở Versailles năm 1743 và chỉ để cho vua dùng Thang máy được sử dụng ở ngoài trời và trong sân nhà để cho nhà vua có thể đi từ phòng ông ở lầu 1 lên lầu 2 để gặp người yêu bà De Chateauroux Kỹ thuật này dựa trên đối trọng nên đỡ tốn sức lực hơn.
Cuối thế kỷ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như:
OTIS (Mỹ); SCHINDLER (Thụy Sỹ) Thang máy công suất lớn xuất hiện đầu tiên vào thế kỷ 19 ở Hoa Kỳ Đó là tời nâng hoạt động đơn giản giữa 2 tầng trong một công trình của thành phố New York Năm 1853, Elisha graves oits đã trình diện tạiNew York Crystal Palace, chứng minh hệ thống an toàn thang máy của ông bằng cách làm gián đoạn cabin rơi xuống khi loại bỏ cáp tải, nguyên nhân làm hạn chế quá trình phát triển của thang máy.
Năm 1857 thang máy Oits đầu tiên đã hoạt động tại cửa hang bách hóa thành phố New York Đến năm 1874 hãng thang máy SCHINLDER cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp. Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan);
MISUBISHI, NIPPON, ELEVATOR (Nhật Bản); THYSEN (Đức); SABIEM (Ý);
… đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt và êm hơn.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã đạt được tới tốc độ 450(m/ph), những thang máy chở hàng đã có tải trọng nâng tới 30 tấn, đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600(m/ph) Vào những năm 1980 đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (Inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ. Đồng thời cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng điện cảm ứng tuyến tính. Đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ cao đạt tới 750(m/ph) và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác.
Phân loại thang máy
Thang máy sử dụng cáp kéo
Thang máy hoạt động theo nguyên lý ròng rọc, với một bên là cabin và bên còn lại là đối trọng Đây là loại thang máy được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, từ các tòa nhà chọc trời cho đến hộ gia đình.
Thang hoạt động di chuyển lên xuống nhờ một hoặc nhiều pittong thủy lực.
Loại thang máy này bị gới hạn chiều cao hành trình thế nên chủ yếu được ứng dụng cho phân khsuc thang máy gia đình hoặc thang tải hàng.
Thang máy không phòng máy và có phòng máy
Loại thang máy không phòng máy sử dụng động cơ không hộp số có thiết kế nhỏ gọn, loại bỏ nhu cầu về phòng kỹ thuật trên nóc tòa nhà Đặc điểm này phù hợp cho các công trình có chiều cao xây dựng bị hạn chế, cho phép tận dụng tối đa không gian và chiều cao của tòa nhà.
Thang máy dẫn động điện
Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng).
Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông) Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittông thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thuỷ lực với hành trình tối đa khoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang máy nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồng máy đặt ở tầng trệt
Tuy nhiên, do những bất lợi như dễ gây nổ, độ an toàn không cao nên cách dùng chất khí tạo áp lực để nâng hạ cabin trong giếng thang máy rất ít được ứng dụng trong thực tế Các giải pháp thay thế như sử dụng hệ thống tời kéo điện hoặc thủy lực được ưu tiên hơn nhiều nhờ độ an toàn và hiệu quả cao.
Đối với thang máy điện:
Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang.
Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang. Đối với thang máy dẫn động: cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì hệ tời dẫn động đặt ngay trên nóc.
Theo các thông số cơ bản
Theo tốc độ di chuyển của cabin
+ Loại tốc độ trung bình: n < (1 – 2,5) m/s;
+ Loại tốc độ rất cao: n > 4 m/s;
Theo khối lượng vận chuyển của cabin
Các yêu cầu đối với thang máy
Đối với thang máy chở người, yêu cầu về an toàn là yếu tố quan trọng, vì nếu chẳng may sảy ra sự cố mất an toàn có thể trả giá bằng tình mạng của khách hàng. Để đảm bảo cho thang làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang phải đạt độ chính xác và tin cậy cao nhất
Giữa phần điện và phần cơ của thang phải có các khóa liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thỏa mãn các yêu cầu về chính xác và an toàn thì phần điện mới được phép hoạt động.
1.4.2 Yêu cầu về dừng chính xác buồng thang
Độ chính xác của vị trí dừng buồng thang máy so với mặt sàn tại cửa tầng là yêu cầu cần thiết để đảm bảo sự thuận tiện và an toàn cho người dùng Nếu buồng thang dừng không chính xác, hành khách có thể gặp khó khăn khi bước vào hoặc ra khỏi thang máy, gây nguy cơ bị vấp ngã hoặc tai nạn.
1.4.3 Yêu cầu về sự hoạt động ổn định của thang máy
Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên yêu cầu mạch đóng ngắt động lực bảo đảm làm việc an toàn chắc chắn và có khả năng chịu được tần số đóng ngắt cao Số người sử dụng thang máy hầu hết không phải là người có hiểu biết về kĩ thuật nên các vị trí gọi tầng, đóng mở cửa phải đơn giản, dễ hiểu dễ sử dụng
Thang máy hoạt động phải ổn định, không lỗi vặt, không rung lắc gây mất an toàn cho người sử dụng.
Cấu tạo thang máy
Hình 1 2 Cấu tạo thang máy
Là bộ phận mang tải nên phải chắc chắn, bên trên là hệ thống cáp treo, hai bên là ngàm dẫn hướng, phia dưới là hệ thống phanh an toàn Bên trong buồng thang có hệ thống thông gió, các thiết bị liên lạc với bên ngoài như điện thoại hoặc chuông báo khẩn cấp và cửa thoát hiểm.
Ray lắp dọc theo giếng thang để dẫn buồng thang và đối trọng di chuyển dọc theo giếng thang.
Ngàm dẫn hướng: Để khống chế thang không dịch chuyển quá giới hạn cho phép
Hệ thống treo buồng thang.
Buồng thang được treo bởi nhiều sợi cáp và cần đảm bảo cáp treo không được căng quá hoặc trùng quá.
Hệ thống có các tiêp điểm điện đảm bảo lực căng của các sợi cáp ổn định mới cho thang máy đi vào hoạt động.
Có 2 loại hệ thống treo buồng thang:
+ Loại kiểu lò xo có các lò xo để điều chỉnh lực căng của cáp.
Cơ cấu chuyển động của buồng thang gồm 2 loại:
+ Tời có hộp giảm tốc: Dùng cho thang máy tốc độ thấp.
+ Tời không có hộp giảm tôc: Thường dùng cho thang máy tốc độ cao.
Các yêu cầu đối với cửa:
+ Bền, chắc chắn, không được hở.
+ Có các công tắc hành trình hoặc cảm biến báo cửa đã đóng hoặc mở.
- Bộ hạn chế tốc độ: khi tốc độ buồng thang vượt quá giới hạn cho phép thì bộ hạn chế tốc độ sẽ tác động lên phanh an toàn.
- Phanh an toàn: khi có hiện tượng đứt cáp, mất điện hoặc tốc độ buồng thang vượt quá giới hạn cho phép bộ phận phanh an toàn sẽ dừng và giữ buồng thang lại.
+ Với thang máy tốc độ thấp thường là phanh tác động tức thời.
+ Với thang máy tốc độ cao thường là phanh dừng êm. Ở thang máy tang quấn cáp thì phanh mắc với cáp treo, còn thang máy dùng puli ma sát thì phanh mắc với cáp của bộ hạn chế tốc độ.
+ Gồm có động cơ cửa tầng và cửa cabin.
+ Loại động cơ này thường là động cơ một chiều không chổi than (động cơ servo 1 chiều).
Cảm biến dùng trong thang máy
Công dụng cảm biến dùng trong thang máy:
+ Xác định vị trí của buồng thang.
+ Bật chế độ dừng tầng khi đến đúng tầng yêu cầu.
+ Giảm tốc độ khi thang máy gần đến vị trí cần dừng.
Các loại cẩm biến thường dùng:
- Cảm biến vị trí kiểu cơ khí.
Hình 1 3 Cảm biến vị trí kiểu cơ khí
Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí Khi buồng thang di chuyển từ dưới lên, dưới tác dụng của vấu gạt lắp ở mỗi tầng sẽ gạt tay gạt sang bên phải cặp tiếp điểm (2) bên trái kín, khi buông thang di chuyển từ trên xuống, vị trí tay gạt ở bên trái cặp tiếp điểm (2) ở bên phải kín, khi buồng thang dừng tại đó thì vị trí tay gạt ở giữa lúc này cả hai cặp tiếp điểm đều hở.
+ Ưu điểm: là kết cấu đơn giản, thực hiện đầy đủ các chứ năng, dễ chế tạo.
+Nhược điểm: Khi làm việc gây ra tiếng ồn lớn, tuổi thọ làm việc không cao…
- Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng.
Hình 1 4 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng
Cấu tạo gồm: mạch từ hở 2, cuộn dây 3.
- Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây nhỏ, dòng điện xoay chiều qua cuộn dây tương đối lớn Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống.
- Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một role ta sẽ dược một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển Tùy theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm cộng tắc chuyển đồi tầng, cảm biến dừng chính sac buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang…
- Cảm biến vị trí kiểu quang học.
Amplifier demodulator detector and switching circuits Square wave smaller signal light lens
Hình 1 5 Cảm biến vị trí kiểu quang học
Cảm biến quang goomg một bộ phát quang và một bộ thu quang, nguồn phát sử dụng LED hoặc LASER (thường là diot phát quang), bộ thu sử dụng transistor quang Để nâng cao độ tin cậy không bị nhiễu bơi môi trường xung quanh thường dùng phần tử phát qunag và thu quang hồng ngoại Có thể bố trí bộ phát và bộ thu theo 2 cách: ánh sáng phản xạ hoặc ánh sáng xuyên Cảm biến quang theo kiểu phản xạ đòi hỏi đối tượng có khoảng cách chuẩn đối với cảm biến Cảm biến quang kiểu ánh sáng xuyên dễ dàng phát hiện đối tượng nên được dùng nhiều trong hệ thống thang máy Khi có vật đi qua giữa bộ phát và bộ thu, bộ thu sẽ thay đổi trạng thái tín hiệu đầu ra.
Các hệ truyền động điện dùng trong thang máy
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
+ Tốc độ di chuyển buông thang.
+ Gia tốc lớn nhất cho phép.
+ Độ dừng chính sác. Động cơ truyền động của thang máy thường được lắp đặt trong các môi trương khắc nhiệt như trên đỉnh tòa nhà nơi có nhiệt độ cao Chế độ làm việc cảu động cơ là chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, ngắn mạch và đảo chiều liên tục cùng với tần số đóng cắt lớn.
Hệ truyền động điện một chiều
Hình 1 6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ
Hệ truyền dộng một chiều máy phát – động cơ có bộ khuếch đại trung gian thường dung trong thang máy tốc độ cao Hệ này đảm bảo chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới ± (5÷ 10) mm Nhược điểm cảu hệ thống này là công suất lắp đặt lớn gắp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa.
Hệ thyristo-động cơ (T-Đ) phổ biến trong thang máy tốc độ cao nhờ ưu điểm về thiết kế ít thiết bị, giá thành rẻ hơn so với hệ thống truyền động máy phát động cơ (F-Đ) Ngoài ra, hệ thống T-Đ còn mang lại hiệu suất vận hành cao hơn, góp phần đáng kể vào việc tiết kiệm năng lượng.
Hệ truyền động điện xoay chiều. Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc và được dùng khá phổ biến trong thang máy.
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto dây quấn: thường được dùng trong thang máy có trọng tải lớn (công suất truyền động có thể lên tới vài trăm KW), nhằm hạn chế dòng khởi động để không gây ảnh hưởng xấu tới lưới điện.
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc: thường được dùng trong thang máy có trọng tải nhỏ, chạy với tốc độ chậm.
Các hệ thống sử dụng biến tần giúp thang máy đặt đượng chất lượng rất tốt và đang được sửu dụng rất phổ biến đi kèm với nó cũng đòi hỏi một cách sử dụng phức tạp và giá thành cao hơn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về PLC S7-1200
PLC là viết tắt của các từ tiếng anh: Programble Logic Controller là một bộ điều khiển logic lập trình phần mềm, làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình như: LAD, STL, FDB, IL, SFC, SCL…
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu điều khiển tự động của nhiều thiết bị đa dạng, cung cấp sự linh hoạt và sức mạnh cần thiết để đảm bảo hoạt động điều khiển hiệu quả.
Sự kết hợp giữa thiết kế nhỏ gọn và cấu hình linh hoạt giúp S7-1200 trở thành một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng đa dạng Bộ điều khiển này sở hữu tập lệnh mạnh mẽ, cho phép bạn điều khiển nhiều ứng dụng khác nhau một cách dễ dàng.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.
Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Chức Năng CPU 1211C CPU1212C CPU1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại
2 kB I/O tích hợp cục bộ
Kiểu số Kiểu tương tự
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bít (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các modul tín hiệu Không 2 8
Các modul truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao Đơn pha
1 tại 30 kHz 3 tại 80kHz 1 tại 20 kHz
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC tùy chọn
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực
Thông thường 10 ngày (ít nhất 6 ngày) tại 40 độ C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độc thực thi tớnh toỏn thực 18às/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0.1às/lệnh
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU.
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự Các LED trạng thái trên SB Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.
Bộ phận kết nối đường dẫn Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác.
Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
Bộ phận kết nối truyền thông
Cấu trúc bộ nhớ của CPU:
Vùng nhớ chương trình ứng dụng: được chia thành 3 miền.
OB (Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức.
FC (Funtions): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi với chương trình đã gọi.
FB (Funtions Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ chương trình nào khác.
Vùng chứa các khối dữ liệu:
DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối.
Vòng quét chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo l gi i đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Hình 2 4 Cấu trúc chương trình PLC
Khối tổ chức OB hay OBS (Organization blocks) là hệ thống điều hành theo chu trình, đóng vai trò là giao diện trung gian giữa chương trình người dùng và hệ điều hành.
Trong OB này, đơn vị điều khiển của PLC được thông tin bằng cách gọi các lệnh như khối chương trình để xử lý.
Khối FCs (Functions) và (Functions blocks) là các khối chương trình với các chức năng riêng giống như chương trình con hoặc 1 hàm.
Khối F: Đối với mỗi lần gọi (instance), FB cần 1 khu vực nhớ Khi một FB được gọi một Data Block(DB) được gán với Instance DB Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB.
Khối FC không có được gán một khu vực bộ nhớ Dữ liệu cục bộ FC sẽ bị mất sau khi chức năng được xử lý.
Khối DBs: Khối lưu trữ dữ liệu để thực hiện chương trình.
Nguyên lý hoạt động của PLC là quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào, có nghĩa là khi đầu vào thay đổi thì đầu ra cũng thay đổi theo.
Hệ thống lập trình cơ bản của PLC bao gồm 2 phần: khối xử lý trung tâm(CPU) và hệt hống giao tiếp vào ta như sơ đồ khối:
Hình 2 5 Sơ đồ cấu trúc của PLC
Khối xử lý trung tâm: Đây là một vi xử lý điều khieernt ất cả các hoạt động của PLC như: thực hiện chương trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.
Hình 2 6 Bộ nhớ PLC là vùng nhớ lưu trữ chương trình điều khiển các hoạt động của hệ thống, trong đó có sơ đồ LAD, giá trị Timer, Counter Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau để người dùng lựa chọn phù hợp với nhu cầu của hệ thống.
Bộ nhớ ROM: Đây là loại bộ nhớ chỉ nạp được một lần và không thay đổi được.
Tìm hiểu về SCADA
SCADA là 1 phần trong hệ thống quản lý của nhà máy như mô hình sau:
Hình 2 8 Hệ thống quản lý nhà máy
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition SCADA nghĩa là một hệ thống Điều khiến giám sát và thu thập dữ liệu Đọc định nghĩa cũng có thể hình dung ra nó được dùng để làm gì trong công nghiệp.
Chức năng của SCADA trong công nghiệp:
+ Kiểm soát quy trình tự động trong công nghiệp.
+ Điều khiển, giám sát các thiết bị như: Cảm biến áp suất, Cảm biến nhiệt độ…thông qua giao diện HMI.
+ Theo dõi, thu thập dữ liệu của thiết bị từ xa theo thời gian thực.
+ Lưu lại các thông số, sự kiện…gọi chung là file logs.
Cấu trúc của một hệ thống SCADA có các thành phần cơ bản sau:
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các thiết bị input/ouput từ xa RTU (Remote Teminal Units) Hoặc các khối PLC có thể điều khiển các thiết bị chấp hành Như: cảm biến, bộ chuyển đổi tín hiệu để đóng ngắt relay…
Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Là một hay nhiều máy chủ trung tâm.
Hệ thống truyền thông: các thiết bị truyền thông, viễn thông…Có chức năng truyền dữ liệu từ các trạm trung gian về máy chủ.
Giao diện HMI (Human Machine Interface): Là thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành giám sát.
Hình 2 9 Kiến trúc hệ thống SCADA
Kiến trúc cơ bản của hệ thống SCADA bao gồm PLC, các thiết bị điều khiển từ xa -RTU PLC hay RTU cũng là các máy tính giao tiếp với các thiết bị trong nhà máy Định tuyến truyền thông từ các thiết bị đó về máy tính có SCADA hệ thốngSCADA này thu thập, xử lý dữ liệu để hiển thị cho người vận hành biết những thông tin cần thiết.
Tìm hiểu về phần mềm lập trình TIA PORTIAL
Phần mềm TIA Portal cung cấp giao diện thân thiện với người dùng, phù hợp cho cả người mới bắt đầu và chuyên gia lập trình tự động hóa Phần mềm này đóng vai trò là nền tảng cơ sở cho các phần mềm khác được sử dụng để lập trình, cấu hình và tích hợp các thiết bị trong phạm vi sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens Ví dụ điển hình là phần mềm Simatic Step 7 V13 Sp1 để lập trình bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V13 Sp1 để cấu hình màn hình HMI và chạy hệ thống Scada trên máy tính.
Tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Ví dụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả” một biến của trong chương trình điều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm.
Phần mềm mới Simatic Step 7 V13 Sp1 tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step 7 V13 Sp1 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic Step 7 V13 Sp1 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.
Phần mềm mới Simatic WinCC V13 Sp1, cũng được tích hợp trên TIA Portal dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort,cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).
Tìm hiểu về phần linh kiện hệ thống
Biến tần Variable Frequency Drive (AC Drive) hoặc Inverter là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí thông thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự.
Nguyên lý làm việc của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều.
Hệ thống biến tần sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều và nâng hệ số công suất lên giá trị tối thiểu là 0,96 Sau đó, hệ thống sử dụng IGBT để nghịch lưu dòng điện một chiều đã chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều ba pha cân đối.
(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Biến tần được sử dụng hầu hết trên thị trường hiện nay là loại biến tần nguồn áp.
Mã sản phẩm: GD20-0R7G-2 Điện áp vào: 1 pha 220V Điện áp ra: 3 pha 220V
Ngõ ra tần số: 0.1-400Hz
Momen khởi động: 150%, 0.5Hz, (SVC)
- Keypad - Bộ điều khiển thắng (Breaking Unit) - Cổng truyền thông RS-485
- Bộ lọc EMC Ứng dụng:
- Dùng cho động cơ không đồng bộ (AM)
- Vận hành đơn giản, thích hợp cho nhiều ứng dụng tải trung bình và tải nhẹ
- Điều khiển nhiều cấp tốc độ Tiêu chuẩn: CE: Hợp chuẩn thị trường Châu Âu
Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật của biến tần
2.4.2 Một số linh kiện khác Nút Nhấn LA38-11DN
+ Điện áp tải Max: 660V + Dòng điện tải max: 10A + Màu sắc: Đỏ vàng, xanh lá.
+ Kích thước: 82x 33x 29mm + Kích thước lỗ lắp đặt: 22mm + Kích thước bề mặt nút nhấn: 29mm + Khối lượng: 60g Động cơ giảm tốc 24V 20RPM GB37
Hình 2 12 Động cơ giảm tốc 24V
+ Động cơ giảm tốc GB37-3530 sử dụng điện áp 24 VDC, có tốc độ quay 60 vòng/phút, là loại động cơ có chổi than với độ bền cao
Hệ thống bánh răng kim loại trong hộp số mang lại mô-men xoắn cao và tiếng ồn thấp, tạo nên một động cơ có khả năng chịu lực tốt Dù được tích hợp trên rô-bốt hay các động cơ khác, sản phẩm này đều đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng.
Tốc độ quay 20 rpm Điện áp 24 Vdc
Loại Có chổi than Đường kính trục 6mm
Chiều dài động cơ 59mm Đường kính động cơ 37mm
Bảng 2 3 Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc 24VDC Động cơ không đồng bộ 3 pha:
+ Motor giảm tốc SKK Nhật 2hp 1/45
+ Công suất: 1.5kw + Tỷ số truyền: 1/12 (~32 vòng/ phút) + Kiểu lắp chân đế
Hình 2 13 Động cơ không đồng bộ 3 pha
+ MCB-63 hay còn gọi là CB tép được sử dụng phân phối điện hoặc bảo vệ các mạch từ quá tải, ngắn mạch và điện áp thấp dân dụng
+ Được dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch và thấp áp cho thiết bị gia đình…
+ Chức năng: Đóng cắt, cách ly mạch điện
+ Bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch
+ Điều kiện hoạt động: Nhiệt độ tham chiếu để cài đặt phần tử nhiệt ( ) :30 ℃) :30 + Nhiệt độ môi trường xung quanh ( ): -35 ~ +70 ℃) :30
+ Nhiệt độ lưu trữ xung quanh ( ): -35 ~ +85 Độ cao: ≤5000m ℃) :30
+ Thông số kỹ thuật: Dòng điện định mức: 1A, 2A, 3A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A
+ Điện áp định mức: 230/400Vac Tần số: 50/60Hz + Số cực (Pole): 1P, 1P+N, 2P, 3P, 3P+N, 4P
+ Rated short-circuit breaking capacity Icu (A):
+ Dòng cắt ngắn mạch định mức: 6000A Short-circuit breaking capacity Icu (A): dòng cắt ngắn mạch 6000A
+ Xung điện áp định mức: 4kV Độ bền cơ học: 20000 lần
+ Độ bền điện: 10000 lần + Đường cong đặc tính loại: B, C, D;
+ Điện áp cuộn hút: 24VDC + Dòng tiếp điểm: 5A + Trở kháng tiếp điểm: < 50 mOhm + Nhiệt độ hoạt động: -40 - 70oC
Hình 2 16 Nguồn tổ ong 24VDC
Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện từ Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao.
+ Điện áp ngõ vào: 185V-260VAC + Điện áp ngõ ra: DC24V
+ Nhiệt độ làm việ: 0 - 80 oC + Kích thước: 198 x 98 x 42 mm
Hình 2 17 Cảm biến tiện cận
- Đường kính 12 mm – dài 55mm; đường kính18 mm – dài 60mm.
- Điện áp hoạt động: 6VDC – 36VDC.
- Đầu ra thường mở: NO- Khoảng cách phát hiện: 0-8 mm.
- Phát hiện các đối tượng: kim loại / sắt.
- Điện áp: 6 - 36V DC - Dòng: 300mA
- Khoảng cách: 3 - 30cm - Đầu ra NPN
+ Dây màu nâu: 6 -36V (Khuyến cáo dùng 6 -24V DC) + Dây màu xanh dương: GND
+ Dây màu đen: Tín hiệu NPN thường mở (Tín hiệu ra bằng điện áp cấp nuôi cho cảm biến)
- Nhiệt độ: -40°C - 70°C - Chiều dài dây: 1m - Điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở tinh chỉnh sau cảm biến
Cảm biến cân nặng Loadcell
Hình 2 19 Cảm biến cân nặng Loadcell
– Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp.
– Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.
– Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra.
– Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi).
– Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 – 15 V).
– Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả.
Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng.
– Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải
– Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại củaLoadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
– Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).
Trở kháng đầu ra là trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell không được kết nối hoặc đang hoạt động ở chế độ không tải.
Module mở rộng sẽ bao gồm các tùy chọn mở rộng và các chức năng tương ứng khác nhau Tất cả đều được thiết kế vô cùng nhỏ gọn và linh hoạt Đảm bảo tiết kiệm được không gian của hệ thống Nói cách khác, sử dụng module mở rộng sẽ thích ứng được một loạt các ứng dụng Bất kể là ứng dụng tự động hóa cấp cấp độ từ nhỏ đến trung bình, hay lớn.
Ngoài ra, Module mở rộng còn sở hữu giao diện truyền thông đạt tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông CN Module bao gồm đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ Tất cả sẽ được tích hợp sẵn và cài đặt dễ dàng cho người dùng sử dụng.
Module mở rộng còn có giữ chức năng kiểm soát hệ thống điều khiển vô cùng nhanh chóng Đặc điểm nổi bật này là do được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet Cùng với đó là khả năng sử dụng chung một phần mềm cho việc lập trình của PLC và HMI Nhờ đó mà việc thiết kế, lập trình hệ thống điều khiển trở nên đơn giản, hiệu quả hơn so với module.
Moudle Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp In/Out
16 x DC In 16 x DC Out 16 x DC In/16 x DC
Out 16 x Relay Out 16 x DC In/16 x
Kiểu tương tự 4 x Analog In
Kiểu số _ _ 2 x DC In/2 x DC
Kiểu tương tự _ 1 x Analog Out _
Bảng 2 4 Đặc tính của Modul mở rộng
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO THANG MÁY
Xây dựng mô hình của hệ thống
Hình 3 1 Sơ đồ khối của hệ thống
Sau khi tính toán, thiết kế, đề ra những phương án cụ thể, nhóm tiến hành thi công hệ thống Hệ thống được thi công bao gồm ba phần chính là thi công phần cơ khí, thi công phần điện và thiết kế giao diện điều khiển.
Về phần cơ khí tiến hành lắp ráp các thiết bị vào mô hình đã gia công trước đó.
Về phần điện kết nối PLC và các modul với nhau bằng dây điện.
Về phần điều khiển xây dựng giải thuật và viết chương trình cho hệ thống.
Lưu đồ thuật toán
START Đảm bảo an toàn?
Thang đi xuống đúng đúng sai sai sai đúng đúng
Dừng tại vị trí bằng 1
Thang đi lên Thang đi xuống
Hình 3 2 Lưu đồ thuật toán
Lệnh = 0? Đọc vị trí thang Đọc lệnh chính
So sánh với vị trí Đúng Đọc lệnh lưu
Hình 3 3 Lưu đồ thuật toán 2
Dừng tại vị trí quá giang
Gọi điều khiển cửa (Open/Close)
Dừng tại VT=lệnh đúng sai đúng đúng sai sai
Hình 3 4 Lưu đồ thuật toán 3
Dừng tại vị trí quá giang
Gọi điều khiển cửa (Open/Close)
Xóa lệnh quá giang Lưu lệnh
Dừng tại VT=lệnh đúng đúng Đúng sai đúng sai sai sai
Hình 3 5 Lưu đồ thuật toán 4
Cửa chạm CB mở hết
Sensor tác động? Đóng cửa nhanh? Đóng cửa
Cửa chạm CB đóng hết?
END sai đúng đúng đúng sai sai sai sai đúng
Hình 3 6 Lưu đồ thuật toán 4
Sơ đồ mạch điều khiển và mạch đấu nối
Thiết kế cơ khí và mô hình thực tế
Hình 3 7 Bản vẽ thiết kế cơ khí
Hình 3 8 Kết nối PLC và biến tần
Hình 3 9 Mô hình thực tế
+ Nút bấm số tầng Thang máy có các nút bấm tương ứng với các tầng thang.
+ Nút bấm đóng mở cửa.
Các nút bấm có chức năng chính để đóng mở cửa ngay lập tức thay vì chờ đóng mở thang tự động và nút mở cửa chỉ có thể sử dụng khi thang đã dừng tầng
+ Cảm biến phát hiện vật cản khi đóng cửa thang sẽ giữ cửa luôn mở.
+ Cảm biến tải trọng hoạt động khi tải trọng trong cabin quá mức cho phép thang sẽ dừng hoạt động.
+ Nút dừng khẩn cấp Có chức năng dừng thang khẩn cấp khi gặp sự cố.
+ Bước 1: kết nối PLC với máy tính + Bước 2: cấp nguồn cho PLC và hệ thống + Bước 3: thực hiện các chế độ vận hành của hệ thống + Bước 4: dừng hệ thông kiểm tra lại các thiết bị Kết quả thực nghiệm:
+ Tầng 1, 2, 3, 4 chạy đúng yêu cầu đề ra.
+ Cabin hoạt động và dừng đúng ở vị trí các tầng + Cảm biến, động cơ hoạt động ổn định.
+ Mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng yêu cầu đề bài.
Xây dựng chương trình mô phỏng trên WinCC
+ On: Bắt đầu + OFF: Dừng hoạt động + MỞ: Mở cửa cabin + ĐÓN: Đống của cabin + F1, F2, F3, F4: Nút gọi tầng trong cabin + Đèn báo vị trí thang
+ Các nút gọi ở cửa tầng
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Kính thưa các thầy cô, sau hai tháng tìm tòi và học hỏi, nay em đã biết về hệ điều khiển thang máy Hiểu được cấu tạo, nguyên lý cơ bản của một hệ thống thang máy Do vốn kiến thức thực tế còn hạn hẹp, kinh nghiệm thực tế còn rất non trẻ, trong phần báo cáo này còn một số thiếu sót cần bổ sung thêm Em kính mong quý thầy cô chỉ cho em những khiếm khuyết hiện tại để em có thể trau dồi thêm kiến thức, trau dồi thêm bản thân vững vàng bước vào thực tế Sau hai tháng tìm tòi và học hỏi, em nhận ra đây là một đề tài cực kỳ bổ ích Bời thời gian trôi đi cùng sự tiến bộ của toàn nhân loại, nhà nhà mọc lên cao vút, thang máy là không thể thiếu đối với cuộc sống của chúng ta
Bốn năm Đại học đã qua đi, những kiến thức các thầy cô trao cho sẽ dần đi vào thực tế, kinh nghiệm xã hội sẽ giúp chúng em trường thành hơn Qua phần báo cáo này, cho phép em được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô trong khoa và đặc biệt hơn đó là thầy Lương Việt Trung, người đã hướng dẫn em hoàn thành phần Đồ án tốt nghiệp này của mình Lời cuối cùng cho phép em được kính chúc các thầy cô luôn luôn mạnh khỏe, gia đình hạnh phúc Chúc các thầy cô công tác tốt! Đánh giá kết quả đạt được
Xây dựng được mô hình hoàn thiện vận hành đáp ứng yêu cầu đặt ra ban đầu của đề bài, mô hình hoạt động ổn định trong quá trình thực nghiệm.
Xây dựng được sơ đồ khối và lưu đồ thuật toán của hệ thống.
Xây dựng được 1 hệ thống tương đối hoàn chỉnh và nắm vững kiến thức về PLC.
Tuy đạt được một số kết quả nhất định nhưng nhóm chúng em nhận thấy mô hình vẫn tồn tại một số hạn chế như:
Hệ thống quy mô nhỏ chưa đầy đủ chế độ của một hệ thống thang máy hoàn chỉnh.
Thiết kế chưa được chỉnh chu do hạn chế kiến thức và kỹ năng.
