Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 1 Lời nói đầu Thang máy là một thiết bị không thể thiếu đợc trong việc vận chuyển ngời và hàng hoá theo phơng thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng hay trong các nhà máy xí nghiệp. Ngày nay trên thế giới thang máy luôn đợc nghiên cứu cải tiến hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đất nớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Lúc này bộ mặt đô thị đã có nhiều thay đổi xuất hiện nhiều nhà cao tầng, các nhà máy xí nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều do đó thang máy và thang cuốn nói chung, thang máy chở ngời nói riêng đã và đang đợc sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy đã có nhiều hãng thang máy hàng đầu xuất hiện ở nớc ta. Tuy nhiên so với các nớc trong khu vực thì số lợng thang máy đợc lắp đặt ở nớc ta còn cha lớn và đây vẫn còn là thiết bị mới, sự hiểu biết về thang máy còn giới hạn nhiều trong các nhà chuyên môn. Trong thời gian học tập tại trờng ĐH Nông nghiệp I - Hà Nội tôi đã đợc đào tạo có hệ thống, tiếp thu đợc các kiến thức hiện đại tiên tiến nhất trong lĩnh vực Tự động hoá. Để kết thúc khoá học tôi đợc nhận đề tài ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy. Do thang máy là một thiết bị vận chuyển ngời và hàng hoá nên vấn đề về an toàn, vận hành chính xác và tối u về quãng đờng đi là vấn đề đợc quan tâm hàng đầu, nên mục đích của đề tài này là Nghiên cứu cấu tạo, các yêu cầu của thang máy, các thiết bị cơ khí trong thang máy, an toàn của thang máy. Nêu ra đợc các phơng án truyền động cho thang máy truyền động và xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng bằng việc ứng dụng PLC. Nội dung cơ bản của quyển đồ án này bao gồm 5 chơng: Chơng I: Giới thiệu chung về thang máy. Chơng II: Các hệ truyền động cơ bản. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 2 Chơng III: Hệ thống điện và các hệ thống điều khiển trong thang máy. Chơng IV: Giới thiệu về bộ lập trình PLC. Chơng V: Xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng. Dới sự hớng dẫn khoa học và tận tình của thầy giáo: ThS. Nguyễn Văn Đạt cùng các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật - khoa Cơ Điện - trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, cùng với sự cố gắng của bản thân tôi đã hoàn thành bản đồ án trên. Do còn hạn chế của bản thân và thời gian nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót tôi rất mong đợc sự chỉ bảo tiếp của các thầy cô trong bộ môn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 17 tháng 2 năm 2006 Sinh viên: Phạm Văn Thuận Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 3 Chơng i Giới thiệu chung về thang máy 1.1 Giới thiệu chung Thang máy là một thiết bị vận tải theo phơng thẳng đứng dùng trong các công trình xây dựng, trong các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong các công trình nhà dân dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần dùng máy để nâng hạ các thiết bị trong các công trình xây dựng, vận chuyển hàng hoá nặng hoặc vật liệu xây dựng lên các tầng cao, vận chuyển ngời trong các toà nhà cao tầng nên thang máy xuất hiện tơng đối sớm. Xuất phát là thang tải hàng từ thế kỷ 19, dùng để giải quyết vấn đề vận tải hàng hoá và vật liệu xây dựng, nhng khi đó khâu an toàn cha đợc thiết kế thoả mãn để dùng chở ngời. Sau này khi nhu cầu vận chuyển ngời ở các toà nhà cao tầng ở đô thị rất bức bách, ngời ta đầu t nhiều để nghiên cứu về hệ thống phanh cho thang máy, và một kỹ s ngời Mỹ là Otis đã thành công trong việc chế tạo ra hệ thống phanh an toàn cho thang máy, mở ra một ngành công nghiệp chế tạo thang máy cho nhà cao tầng, góp phần phát triển mạnh mẽ cho tốc độ phát triển đô thị hoá của toàn thế giới. Với một toà nhà cao tầng thì chi phí của việc trang bị hệ thống thang máy chiếm một phần không nhỏ trong vốn đầu t cơ bản (đối với nhà > 20 tầng thì nó chiếm 20% giá thành toàn bộ ngôi nhà), nhng việc sử dụng thang máy, máy nâng trong các hạng mục công trình sẽ làm giảm đáng kể thời gian xây dựng, giảm bớt sức ngời (khoảng 10 lần), giảm đáng kể chi phí xây dựng cơ bản. Việc sử dụng thang máy trong các toà nhà cao tầng, trong khách sạn, công sở giảm đáng kể thời gian, sức ngời, sức lực của con ngời, góp phần lớn vào việc khai thác các toà nhà cao tầng, vào các mục đích kinh doanh và sinh hoạt. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 4 Thang máy nói chung đợc phân loại nh sau : 1.1.1 Theo chức năng phân theo các nhóm + Thang máy dùng trong nhà ăn, bệnh viện. + Thang máy chở ngời trong các toà nhà cao tầng. + Thang máy chở hàng có ngời điều khiển. 1.1.2 Theo tải trọng phân thành các nhóm + Thang máy loại nhỏ có tải trọng Q < 160 kg + Thang máy loại trung bình có Q = 500 ữ 2000 kg. + Thang máy loại lớn có Q > 2000 kg 1.1.3 Theo tốc độ di chuyển phân thành các nhóm + Thang máy tốc độ chậm : v = 0,5m/s + Thang máy tốc độ trung bình : v = 0,75 ữ 1,5 m/s + Thang máy cao tốc : v = 2,5 ữ 5 m/s Ngày nay nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong kỹ thuật truyền động điện nh : Công nghệ biến đổi công suất lớn bằng thiết bị bán dẫn; công nghệ vi điện tử, kỹ thuật vi điều khiển, máy tính nhờ đó mà công nghệ thang máy có những bớc tiến nhảy vọt. Nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến mà thang máy ngày càng đạt các yêu cầu khắt khe đề ra : An toàn hơn, chất lợng điều khiển tin cậy cao, chuyển động êm hơn phù hợp với sinh lý ngời, dừng tầng chính xác hơn, hiệu suất truyền động cao. Trên thị trờng Việt Nam trớc đây, thang máy ít đợc sử dụng, chủ yếu là các máy nâng hàng dùng cho các nhà máy, xí nghiệp hoặc trên các công trình xây dựng. Từ khi có chính sách mở cửa, nền kinh tế thị trờng mà sản phẩm của nó một phần là các toà nhà cao ốc 20 24 tầng ra đời, các toà nhà chung c cao tầng trong đô thị đợc quy hoạch mọc lên thì cũng là lúc nhu cầu thang máy trong nớc tăng lên một cách cấp bách và có yêu cầu số lợng lớn, hàng loạt các loại thang máy xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, một số công ty thang máy trong nớc xuất hiện, trong đó công ty Thang máy Thiên Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 5 Nam (Thien Nam Elerator-Co) là một trong những công ty đầu tiên hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, thi công, lắp đặt và cung ứng thang máy lớn nhất trong nớc, sánh vai cùng các Công ty thang máy Tự động (Tu dong Elerator-Co), Công ty thang máy Thái Bình (Thai Binh Elerator-Co). Các công ty này có cùng mục đích là nghiên cứu và lắp đặt các loại thang máy có chất lợng cao của các hãng nổi tiếng thế giới nh : Otit Elerator (Mỹ); Mitsubishi (Nhật); Nippon Elerator, Fuji Elevator (Nhật); LG Elevator (Hàn Quốc). Đồng thời tự sản xuất các loại thang có chất lợng và giá thành cạnh tranh trong các công trình có yêu cầu về chất lợng tơng đối cao. 1.2 Các yêu cầu đối với thang máy 1.2.1 Yêu cầu về an toàn + Đối với thang máy chở ngời, yêu cầu về an toàn là yếu tố tối quan trọng, vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá bằng tính mạng của hành khách. Để đảm bảo cho thang làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang phải đạt độ tin cậy cao nhất. Giữa phần điện và phần cơ của thang phải có các khoá liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì phần điện mới đợc phép hoạt động, ví dụ : Cửa tầng, cửa buồng thang phải đợc đóng kín thì thang mới làm việc; khi trọng tải không vợt quá mức cho phép thì thang mới hoạt động, khi thang chạy quá tốc độ cho phép thì bộ phận phanh cơ phải hoạt động hãm chặt buồng thang. 1.2.2 Yêu cầu dừng chính xác buồng thang Buồng thang của thang máy yêu cầu phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng, khi mà buồng thang đó đến đúng tầng cần dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác (mặt sàn buồng thang không cùng độ cao với mặt sàn của tầng) thì sẽ xảy ra các hiện tợng sau : + Đối với thang chở khách : Làm cho khách ra vào khó khăn tăng thời gian chờ đợt, dẫn đến giảm năng suất của thang. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 6 + Đối với thang chở hàng : Khó khăn trong việc xếp dỡ thậm chí không chuyển đợc hàng ra - vào buồng thang. 1.2.3 Yêu cầu về hạn chế độ giật của thang máy Một trong những yêu cầu cơ bản đối với thang máy, nhất là thang máy chở ngời là phải đảm bảo chở buồng thang chuyển động phải êm. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi dừng máy. Tốc độ trung bình của thang quyết định đến năng suất của thang. Tốc độ di chuyển trung bình của thang có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc của buồng thang. Nhng khi gia tốc quá lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, hụt hẫng). Theo thực nghiệm thì gia tốc tối u là a 2m/s 2 . Độ giật của thang là đạo hàm bậc nhất của gia tốc, nó quyết định bởi các phơng pháp mở máy và hãm máy. Yêu cầu về gia tốc lại càng quan trọng đối với thang máy chở bệnh nhân trong các trờng hợp bệnh nặng, vì vậy trong trờng hợp này ngời ta thiết kế loại thang dùng thuỷ lực trong truyền động. V h (m/s 3 ) a (m/s 2 ) v (m/s) Mở máy Chế độ ổn định Hãm xuống tốc độ thấp Chạy tốc độ thấp và hãm dừng 0 t(s) t 0 v 0 t 1 v 1 t 2 v 2 t 3 v h t 4 v h t 5 v 3 t 6 v 4 t 7 v 1 t 8 v 0 Hình I - 1 Đờng cong biểu diễn sự phụ thuộc ,,,s vào thời gian a 0 V 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 7 I.2 1.2.4 Các yêu cầu khác Vì thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên yêu cầu mạch đóng cắt động lực phải đảm bảo làm việc an toàn chắc chắn và có khả năng chịu đợc tần số đóng cắt cao. Vì ngời sử dụng thang máy hầu hết là không phải là chuyên nghiệp nên các vị trí gọi tầng, đóng mở cửa phải đơn giản, dễ hiểu, dễ sử dụng, lôgíc điều khiển thang phải chặt chẽ và đầy đủ. 1.3 Cấu tạo chung của thang máy 1.3.1 Cấu tạo chung của thang máy Những loại thang máy hiện đại thờng có kết cấu cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Hình I.2 là hình cấu tạo chung của thang máy chở ngời. Tất cả các thiết bị điện đợc lắp đặt kín và an toàn trong buồng thang, buồng máy. Buồng máy thờng bố trí ở trên cùng của thang (mặt sàn trên cùng). Tủ điện 1 đợc đặt trong buồng máy 22 bên cạnh đó bộ hạn chế tốc độ 2 cũng đợc đặt trên buồng máy. Cáp của bộ hạn chế tốc độ 8 có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo hiểm 17 trên cabin. Khi đứt cáp hoặc cáp trợt trên rãnh puly do không đủ ma sát mà cabin đi xuống vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ hãm bảo I.2 Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 8 hiểm 17 để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng trong giếng thang. ở một số thang máy, bộ hãm bảo hiểm và bộ phận hạn chế tốc độ còn đợc trang bị cho cả đối trọng. Cabin và đối trọng đợc treo trên hai đầu cáp nâng 20 nhờ vào hệ thống treo 19 hệ thống này đảm bảo cho các nhánh cáp riêng biệt có sức căng nh nhau. Cáp nâng đợc vắt qua các rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo. Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Khi chuyển động, cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hớng trong giếng thang nhờ các ngàm dẫn hớng 16. Giếng thang 15 chạy dài theo suốt chiều cao toà nhà hay công trình đợc che chắn bằng kết cấu chịu lực nh(bê tông, gạch hoặc kết cấu thép, lới che hoặc kính) và chỉ để các cửa vào giếng thang để lắp cửa tầng 7. Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng thang có gắn các ray dẫn hớng12 và 13 cho đối trọng 14 và cabin 18. Bộ tời kéo 21 đợc đặt trong buồng máy 22 nằm ở phía trên giếng thang 15. Cửa cabin 4 và cửa tầng 7 thờng là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở khi cabin dừng trớc cửa tầng nhờ cơ cấu đóng mở cửa 3 đặt trên nóc cabin. Cửa cabin và cửa tầng đợc trang bị khoá liên động và các tiếp điểm điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động. Thang máy sẽ không hoạt động đợc nếu một trong các cửa tầng hoặc cửa cabin cha đóng hẳn, hệ thống khoá liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng và không mở đợc từ bên ngoài khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng, đối với loại cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở cửa cabin, hệ thống khoá liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở. Tại các điểm trên cùng và dới cùng có đặt các công tắc hạn chế hành trình cho cabin. Phần dới của cabin là hố thang10 để đặt các giảm chấn 11 và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ 9. Khi hỏng hệ thống điều khiển, cabin hoặc đối trọng có thể đi xuống phần hố thang 10 vợt qua công tắc hành trình và tỳ lên giảm chấn 11 để đảm bảo an toàn cho kết cấu máy và tạo khoảng trống cần thiết dới đáy cabin để có thể đảm bảo an toàn khi sửa chữa và bảo dỡng. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 9 Hệ thống điều khiển thang máy là toàn bộ các trang thiết bị và linh kiện điện, điện tử, bán dẫn đảm bảo cho thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn. Thang máy chở ngời thờng dùng nguyên tắc điều khiển kết hợp cho năng suất cao(cùng lúc có thể nhận nhiều lệnh điều khiển hoặc gọi tầng cả khi thang dừng và khi chuyển động ). Các nút ấn trong cabin cho phép thực hiện các lệnh chuyển động đến các tầng cần thiết. Các nút ấn ở cửa tầng cho phép hành khách gọi cabin đến cửa tầng đang đứng. Các đèn tín hiệu ở cửa tầng và trong cabin cho biết trạng thái làm việc của thang máy và vị trí của cabin. 1.4 Thiết bị cơ khí của thang máy 1.4.1 Các thiết bị cố định trong giếng thang Các thiết bị cố định trong giếng thang gồm: Hệ thống ray dẫn hớng, giảm chấn, bộ tời kéo, hệ thống hạn chế tốc độ và hệ thống các cửa tầng. * Ray dẫn hớng Ray dẫn hớng đợc lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hớng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang. Ray dẫn hớng đảm bảo cho đối trọng và cabin luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theo phơng ngang trong quá trình chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hớng phải đảm bảo độ cứng để giữ trọng lợng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên ray dẫn hớng cùng với các thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trờng hợp đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép ). * Giảm chấn Giảm chấn đợc lắp đặt dới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đối trọng trong trờng hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dới vợt quá vị trí đặt công tắc hạn chế hành trình cuối cùng. Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dới cho việc kiểm tra và sữa chữa. Giảm chấn phải có độ cứng và hành trình cần thiết Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 10 sao cho gia tốc dừng cabin hoặc đối trọng không vợt quá giá trị cho phép đợc quy định trong tiêu chuẩn. Hình I.3 Giảm chấn kiểu lò xo 1. Lò xo; 2. Đĩa tỳ; 3. Đệm cao xu; 4,5. ống dẫn; 6.Đế. Giảm chấn bằng lò xo đợc dùng thông dụng cho các loại thang máy có tốc độ 0,5 - 1 m/s. Trên hình I.3 là sơ đồ cấu tạo của giảm chấn lò xo. Bộ phận chính của nó là lò so 1, phía trên có đĩa tỳ 2 và đệm cao su 3. Các ống dẫn 4 và 5 có tác dụng giữ ổn định ngang cho lò xo. Vì cabin và đối trọng đi xuống luôn luôn tựa trên các day dẫn hớng nên trong nhiều trờng hợp ngời ta bỏ các ống dẫn 4 và 5. Đế 6 của giảm chấn đợc bắt với đáy hố thang bằng bulông hoặc vít nở. . các yêu cầu của thang máy, các thiết bị cơ khí trong thang máy, an toàn của thang máy. Nêu ra đợc các phơng án truyền động cho thang máy truyền động và xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng. nhà máy xí nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều do đó thang máy và thang cuốn nói chung, thang máy chở ngời nói riêng đã và đang đợc sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy đã có nhiều hãng thang máy hàng. 4 Thang máy nói chung đợc phân loại nh sau : 1.1.1 Theo chức năng phân theo các nhóm + Thang máy dùng trong nhà ăn, bệnh viện. + Thang máy chở ngời trong các toà nhà cao tầng. + Thang máy