Thiết kế điều khiển thang máy chở người năm tầng

1 Lời nói đầu Trong nhiều thế kỷ qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần đáng kể vào sự phát triển của điều khiển tự động và tự động hoá. Có thể nói, ngày nay, không một hệ thống điều khiển tự động thực tế nào, dù đơn giản, mà không có sự góp mặt của vi xử lý, của máy tính và phần mềm. Nói đến công nghệ thông tin trong điều khiển tự động và tự động hoá là ta nói đến ba lĩnh vực chính: công nghệ máy tính (vi xử lý, vi điều khiển, PLC, máy tính công nghiệp,), công nghệ phần mềm (phần mềm công nghệ, phần mềm điều khiển,) và công nghệ truyền thông (Fielbus, Bus hệ thống). Trong một hệ điều khiển, các thiết bị điều khiển đóng một vai trò quan trọng, là phần cứng và là nền tảng để thực hiện các thuật toán, các chơng trình điều khiển. Trong rất nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau, từ những rơle đơn giản đến những bộ vi điều khiển hay những máy tính công nghiệp hiện đại, các bộ điều khiển logic khả trình (PLC - Programmer Logic Controller) đ-ợc sử dụng rất phổ biến đặc biệt trong công nghiệp. Kể từ khi xuất hiện vào đầu thập niên 70 của thế kỷ tr-ớc nh- một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC đã phát triển nhanh chóng kể cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, các bộ vi xử lý mạnh và bộ nhớ lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý đơn giản và bộ nhớ khoảng 1KB. Các cổng vào/ra không chỉ tăng về số l-ợng mà còn có thể đ-ợc phân tán. Các cổng t-ơng tự cũng đ-ợc thêm vào giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà còn có thể đ-ợc sử dụng rất hiệu quả trong điều khiển các quá trình liên tục. Về mặt cấu trúc, các PLC ngày nay có cấu trúc dạng môdul linh hoạt. Bên cạnh đó, khả năng nối mạng góp phần tăng hiệu quả và sức mạnh của PLC lên nhiều lần khi chúng hoạt động phối hợp. Về phần mềm, tập lệnh của các PLC ngày nay không chỉ giới hạn ở các lệnh logic đơn giản mà đã trở nên rất phong phú với các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời, Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã đ-ợc xây dựng trên khắp miền đất n-ớc và nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung và thang máy chở 2 ng-ời nói riêng đã, đang và sẽ đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều. Thang máy là một thiết bị không thể thiếu đ-ợc trong vận chuyển ng-ời và hàng hoá theo ph-ơng thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng. Chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn đ-ợc nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách. Với sự phát triển nhanh chóng của các loại PLC, để ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC vào điều khiển thang máy tiện lợi và đơn giản. 3 Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Mục lục. 3 Ch-ơng I: Giới thiệu chung về thang máy chở ng-ời I.1.Giới thiệu chung . 5 I.1.1.Giới thiệu 5 I.1.2.Phân loại thang máy 5 I.2.Cấu tạo phần cơ 8 I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động 10 I.4.Tính chọn biến tần và động cơ .12 I.4.1.Tính chọn động cơ 13 I.4.2.Chọn biến tần 19 I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần 19 I.4.2.2.Chọn biến tần 26 Ch-ơng II: Vấn đề điều khiển thang máy II.1. Yêu cầu chung về điều khiển 34 II.2. Chọn thiết bị điều khiển 37 II.2.1.Tổng quan về PLC 37 II.2.1.1.Giới thiệu về PLC 37 II.2.1.2.Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC .40 II.2.1.3.Đặc điểm chung của bộ điều khiển khả trình PLC 41 II.2.1.4.Cấu trúc phần cứng của PLC .43 II.2.2.Sensor 48 4 Ch-ơng III: Lập trình điều khiển III.1.Các b-ớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng cho PLC 51 III.2.Thủ tục thiết kế bộ điều khiển ch-ơng trình 52 III.3.ứng dụng bộ điều khiển PLC vào điều khiển thang máy năm tầng53. III.3.1.Luật điều khiển thang máy 53 III.3.2.L-u đồ điều khiển thang máy 56 III.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC 58 III.3.4.Giản đồ thang điều khiển thang máy năm tầng 61 Kết luận72 Tài liệu tham khảo. 73 Ch-ơng I 5 Giới thiệu chung về thang máy I.1.Giới thiệu chung: I.1.1.Giới thiệu: Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở ng-ời theo ph-ơng thẳng đứng. Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị điện đ-ợc lắp trong buồng thang và buồng máy của thang máy. Thang máy đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng, trong các xí nghiệp sản xuất kinh doanh góp phần thay thế sức ng-ời và mang lại năng suất cao. I.1.2.Phân loại thang máy: Dựa vào các chức năng của thang máy có thể phân loại theo các loại sau: 1.Phân loại theo mục đích sử dụng: a.Thang máy chở ng-ời: + Đối với thang máy chở ng-ời gia tốc cho phép của thang máy là a 1,5m/s 2 , nếu gia tốc lớn hơn thì sẽ gây cảm giác khó chịu cho con ng-ời. + Thang máy trong các nhà cao tầng đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh và có tính mỹ thuật. + Thang máy dùng trong bệnh viện đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh, có tính -u tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viên. + Thang máy dùng trong công nghiệp đòi hỏi có tải trọng lớn, chịu đ-ợc môi tr-ờng làm việc khắc nghiệt nh- nhiệt độ, độ ẩm, b.Thang máy chở hàng: Thang máy chở hàng yêu cầu là tốc độ cao, chịu đ-ợc tải trọng lớn và khi bốc xếp hàng hoá phải thuận tiện, dễ dàng. 2.Phân loại theo tải trọng của ca bin: 6 Tuỳ theo tải trọng định mức Q của buồng thang mà thang máy chia thành các loại sau: + Thang máy loại nhỏ: Q < 160 KG + Thang máy loại trung bình: Q = 500 2000 KG + Thang máy loại lớn: Q > 2000 KG 3.Phân loại theo tốc độ di chuyển của ca bin: + Thang máy chạy chậm: v = 0,5 m/s + Thang máy tốc độ trung bình: v = ( 0,75 1,75 ) m/s + Thang máy cao tốc: v = ( 2,5 5 ) m/s 4.Phân loại theo hệ thống vận hành: + Theo mức độ tự động: Loại nửa tự động Loại tự động + Theo tổ hợp tự động: Điều khiển đơn Điều khiển kép Điều khiển theo nhóm 5.Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo: + Đối với thang máy điện: Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang. Thang máy có bộ tời kéo đặt phía d-ới giếng thang. + Đối với thang máy thuỷ lực: Buồng thang đặt tại tầng trệt. 6.Phân loại theo vị trí điều khiển: + Điều khiển trong ca bin. + Điều khiển ngoài ca bin. + Điều khiển cả trong và ngoài ca bin. 7.Phân loại theo kết cấu của bộ tời kéo: + Theo hệ thống cân bằng: 7 5 4 3 2 1 11 10 9 8 7 6 Có đối trọng. Không có đối trọng. Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho thang máy có hành trình lớn. Không có cáp hoặc xích cân bằng. + Theo cách treo ca bin và đối trọng. + Theo hệ thống cửa ca bin: Ph-ơng pháp đóng, mở cửa ca bin. Theo kết cấu cửa ca bin. Theo số cửa ca bin. + Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn ca bin. 8.Phân loại theo quỹ đạo di chuyển ca bin: + Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển theo ph-ơng thẳng đứng, hầu hết thang máy đang sử dụng là loại thang máy này. + Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển nghiêng một góc so với ph-ơng thẳng đứng. 9.Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin: + Thang máy dẫn động điện. + Thang máy thuỷ lực. + Thang máy khí nén. 10.Phân loại theo vị trí của ca bin và đối trọng giếng thang: + Đối trọng bố trí phía sau. + Đối trọng bố trí một bên. + Trong một số tr-ờng hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với ca bin. I.2.Cấu tạo phần cơ: 8 Hình I.1.Kết cấu bố trí thiết bị của thang máy Hình I.1 là sơ đồ cấu tạo của thang máy chở ng-ời thông dụng nhất, dẫn động bằng tời điện tới puli dẫn cáp bằng ma sát. Kết cấu của thang máy gồm có các bộ phận sau: 1- Thanh dẫn h-ớng. 2- Gọng kìm. 9 3- Khung của buồng thang. 4- Puli quấn cáp. 5- Hộp giảm tốc. 6- Động cơ. 7- Giá treo. 8- Buồng thang. 9- Thanh dẫn h-ớng. 10- Cáp treo 11- Hố giếng. Tất cả các thiết bị điện của thang máy đ-ợc lắp trong buồng thang và buồng máy. Buồng máy th-ờng bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng một cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào. Để nâng - hạ buồng thang, ng-ời ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 đ-ợc nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp buồng thang đ-ợc treo lên puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc 5 với tỉ số truyền i = 18 120. Khung của buồng thang 3 đ-ợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 4 (th-ờng dùng một đến bốn sợi cáp ). Buồng thang luôn luôn đ-ợc giữ theo ph-ơng thẳng đứng nhờ có giá treo 7 và những con tr-ợt dẫn h-ớng (con tr-ợt là loại puli tr-ợt có bọc cao su bên ngoài). Buồng thang và đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn h-ớng 9. Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm ( phanh dù ). Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển v-ợt quá (20 40)% tốc độ định mức. Phanh bảo hiểm th-ờng đ-ợc chế tạo theo ba kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu nêm. Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm. Phanh bảo hiểm kiểu kìm. 10 I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động: Sơ đồ tổng quan: Hộp số Biến tần ĐK Đối trọng Ca bin Puli ~ ~3pha P dm Hình I.2 Các thông số kĩ thuật của thang máy: Số tầng: 5 tầng Chiều cao trần nhà: 4,5 m Trọng l-ợng ca bin: 1000 Kg Trọng l-ợng định mức: 900 Kg Tốc độ của thang: 1 m/s Gia tốc cực đại: 1,5 m/s 2 Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s 3 Đ-ờng kính puli dẫn độmg: 0,45 m Tính toán công suất của động cơ: + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng: )( 10 ) ( 3 KW gvGGk P bt c Trong đó: G bt : Khối l-ợng buồng thang (Kg); ta có G bt = 1000 Kg G: Khối l-ợng hàng (Kg); ta có G = 900 Kg V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s [...]... tầng của thang máy là: 5,57 + 5 = 10,57 (s) Khi thang đi đến tầng 5, cho dừng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống + Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng 2 lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 4 lên tầng 5 bằng 5,57(s) + Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s) 3.Tính mô men đẳng trị và tính chọn... đề điều khiển thang máy II.1.Yêu cầu chung về điều khiển: 1.Yêu cầu về kĩ thuật: Thang máy phải dễ điều khiển, làm việc tin cậy, có độ bền vững và tuổi thọ lớn, dừng chính xác ở sàn tầng 33 2.Yêu cầu về an toàn: Đối với thang máy chở ng-ời, yêu cầu về an toàn là yếu tố quan trọng nhất 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 thang máy. .. khí để thang máy dừng hẳn là: t 0,045 0,045 0,45( s) 0,2 0 0,1 2 Vậy thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là: Th+d = 0,67 + 0,025 + 0,45 = 1,145 (s) Tổng thời gian hoạt động trong một tầng của thang máy là: T = Tm + Tlv + Th+d = 0,8 + 3,625 + 1,145 = 5,57 (s) Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng là 5(s) Vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy. .. 2 2,5) Mcđm 6.Yêu cầu về cơ cấu hãm: * Buồng thang dừng chính xác: Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây những hiện t-ợng sau: Đối với thang máy chở khách làm cho khách ra, vào khó khăn; tăng thời gian ra, vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất Đối với thang máy chở hàng gây khó khăn trong việc xếp và boóc... toàn thì mọi bộ phận của thang máy phải đạt độ tin cậy cao nhất Giữa phần cơ và phần điện của thang máy phải có khoá liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì phần điện mới đ-ợc phép hoạt động 3.Yêu cầu về kinh tế: Thang máy phải có vốn đầu t- vừa phải t-ơng ứng với loại nhà, chi phí vận hành ít 4.Yêu cầu về công nghệ: + Thang máy phải dễ điều khiển và hiệu chỉnh (... định mức nh-ng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5 m/s, giá thành tăng lên 4 5 lần Vì vậy, tuỳ theo độ cao của toà nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối -u Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, nghĩa là tăng gia tốc Nh-ng khi gia tốc lớn có thể gây... Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ truyền động, chọn một loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau: + Độ chính xác khi dừng + Tốc độ di chuyển buồng thang + Gia tốc lớn nhất cho phép + Phạm vi điều chỉnh tốc độ 11 * Ngày nay hệ truyền động cho thang máy chở ng-ời có tốc độ trung bình hầu hết đều sử dụng hệ truyền động biến tần - động cơ rôto lồng sóc kết hợp... tr-ng cho chế độ làm việc của thang máy là: Tốc độ di chuyển: v [m/s] Gia tốc: a [m/s2] Độ dật: [m/s3] Tốc độ di chuyển của buồng thang: quyết định năng suất của thang máy, có ý nghĩa quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng Đối với các nhà cao tầng, tối -u nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt gần 34 bằng tốc độ định... thiết bị + Yêu cầu về dừng chính xác cao, không gây khó chịu cho hành khách, phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 3:1 đến 10:1 5.Yêu cầu về truyền động: Có thể nói một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm Các tham số chính đặc tr-ng cho chế độ làm việc của thang. .. tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ one-chip Trung tâm điều khiển này làm nhiệm vụ đóng mở các van bán dẫn mạch lực, có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoàI và truyền thông với các thiết bị khác Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ cho các van I.4.2.2.Chọn biến tần: Dựa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với động cơ, chúng em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều . kéo: + Đối với thang máy điện: Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang. Thang máy có bộ tời kéo đặt phía d-ới giếng thang. + Đối với thang máy thuỷ lực: Buồng thang đặt tại tầng. ca bin: + Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển theo ph-ơng thẳng đứng, hầu hết thang máy đang sử dụng là loại thang máy này. + Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có. điều khiển thang máy năm tầng53. III.3.1.Luật điều khiển thang máy 53 III.3.2.L-u đồ điều khiển thang máy 56 III.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC 58 III.3.4.Giản đồ thang điều khiển thang máy