Đồ án tốt nghiệp ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển thang máy

 Thang máy cao tốc v = 2,5 5 m/s: Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA: ĐIỆN

BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HOÁ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cán bộ hướng dẫn: TS Đỗ Trung Hải

Người thiết kế: Lê Hữu Thành

Năm 2010

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Lời Nói Đầu

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC Các thiết

bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang

là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao

Là sinh viên của chuyên ngành Tự Động Hoá Sau những tháng năm học hỏi và tu dưỡng tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp, em được giao

đề tài tốt nghiệp: Ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển Thang Máy

Nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển PLC trong

hệ thống điều khiển của Thang Máy Đối tượng đồ án đề cập đến là Thang máy cho nhà cao tầng, đây là thiết bị vân tải có yêu cầu tự động hóa cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển PLC

Trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vào công việc chính là sử dụng ngôn ngữ lập trình Step 7- Micro/win cho bộ PLC SIMATIC S7 - 200 của hãng SIEMENS (Đức) để điều khiển thang máy cho nhà 7 tầng

Trong quá trình tiến hành làm đồ án, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của

giáo viên hướng dẫn TS Đỗ Trung Hải và bản thân em đã cố gắng tham

khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế về Thang Máy, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Do đó,

em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo

viên hướng dẫn TS Đỗ Trung Hải đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành

được đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thiết kế

Lê Hữu Thành

Phần 1 TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

1.1 – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY 1.1.1- Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu v.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150

so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Hình 1.1 : Hình dáng tổng thể của thang máy

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v 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

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang

bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v tuy nhiên số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực

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 là 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, an toàn cabin (đối trọng), công tác an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn

1.1.2 - Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu và nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng loại công trình Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

1.1.2.1 - Phân loại theo chức năng:

 Thang máy chở người:

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu

về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn

 Thang máy chở hàng:

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác

cabin để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động

1.1.2.2 - Phân loại theo tốc độ di chuyển:

 Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s:

Hệ truyền động cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao

 Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75  1,5) m/s:

Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền động một chiều

 Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s:

Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc

các bộ vi xử lý

1.1.2.3 - Phân loại theo trọng tải:

 Thang máy loại nhỏ Q < 160kG

 Thang máy trung bình Q = 500  2000kG

 Thang máy loại lớn Q > 2000 kG

1.1.3 – Cấu Tạo Thang Máy

Kết cấu cơ khí của thang máy được giới thiệu trên hình vẽ 1.2

Hố giếng của thang máy Là khoảng không gian từ mặt sàn tầng trệt cho đến đáy giếng Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 9 Động cơ 9 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp buồng thang được nâng qua puli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ lắp hộp giảm tốc

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp kim loai 8 ( thương dùng từ 1 dến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 ( con trượt là loại puli có bọc cao su bên ngoài) Buồng thang và dối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều

Khiển Thang Máy

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng Cabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

1.1.4 – Chức nămg của một số bộ phận trong Thang máy

1.1.4.1 - Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán

tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

1.1.4.2 - Động cơ:

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.1.4.3 - Phanh:

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

1.1.4.4 - Động cơ mở cửa:

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định

Thuyết Minh Đồ ỏn Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Mỏy

sẽ đảm bảo quỏ trỡnh đúng mở ờm nhẹ khụng cú va đập Nếu khụng may một vật gỡ đú hay người kẹp giữa cửa tầng đang đũng thỡ cửa sẽ mở tự động nhờ

bộ phận đặc biệt ở gờ cửa cú găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tõm

1.1.4.5 - Cửa: Gồm cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin để khộp kớn cabin trong quỏ trỡnh chuyển động khụng tạo ra cảm giỏc chúng mặt cho khachs hàng và ngăn khụng cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ

gỡ Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và cỏc thiết bọi trong đú Cửa cabin và cửa tầng cú khoỏ tự động để đảm bảo đúng mở kịp thời

1.1.4.6 - Bộ hạn chế tốc độ :

Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyờn nhõn nào đú vượt quỏ vạn tốc cho phộp , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc

Cỏc thiết bị phụ khỏc: như quạt giú, chuụng điện thoại liờn lạc , cỏc chỉ thị số bỏo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khỏch hàng một cảm giỏc dễ chịu khi đi thang mỏy

1.2 - YấU CẦU VỀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

Thang mỏy là thiết bị chuyờn dựng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khỏc Vỡ vậy vẫn đề an toàn cho người sử dụng luụn đ-ợc đặt lên hàng đầu Để đảm bảo an toàn cho người và thang mỏy ta bố trớ một loạt cỏc thiết bị giỏm sỏt hoạt động của thang mỏy nhằm phỏt hiện và sử lớ sự

cố một cỏch nhanh nhất

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang mỏy phải phối hợp bảo

vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kộo cabin thỡ cũng cấp điện luụn cho động cơ phanh, làm nhả cỏc mỏ phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đú cabin mới cú thể chuyển động được Khi mất điện, động cơ phanh khụng mất điện, cỏc mỏ phanh kẹp

sẽ tỏc động vào trục động cơ làm động cơ khụng quay được giữ cho cabin khụng rơi

1.2.1 – Yờu cầu an toàn của thang mỏy khi mất điện hoặc đứt cỏp

Kết quả nghiờn cứu đó đưa ra, một hệ truyền động hiện đại cú đầy đủ cỏc chế độ thực hiện khi mất điện và việc đúng cắt chuyển nguồn cho an toàn thiết bị

Hiện nay Thang máy được lắp đặt hệ thống cứu hộ tự đông khi mất điện đột ngột Hệ thống này gồm: Các mạch VXL, bộ chuyển đổi điện, bình ắc qui và

tụ điện Các bộ phận này được kết nối với tủ điều kiển chính của thang máy Khi có điện, thang máy hoạt động ắc qui được nạp điện Nếu mất điện đột ngột trong khi thang máy đang hoạt động, dòng điện 1 chiều của ắc qui sẽ nhanh chóng chuyển thành dòng xoay chiều cấp điện cho hệ thống

Nhờ có hệ thống chống mất nguồn đột ngột, hệ thống điều khiển không bị ảnh hưởng do được nuôi bằng một hệ thống chống mất nguồn công suất nhỏ, các cảm biến vị trí và các hệ đo lường cảnh báo khác vẫn làm việc bình thường Tuy nhiên do nguồn bị mất động cơ truyền động bị dừng lại trong thời gian tức thời Lúc này thiết bị điều khiển động cơ phải xả nguồn do các hệ lưu tích điện đang chứa và chuẩn bị đóng nguồn mới, cắt hệ nguồn cũ tránh có điện trở lại gây xung đột nguồn Sau khi nguồn mới được cấp, chương trình điều khiển sẽ làm việc theo một chương trình mới dành cho sự cố mất điện Chương trình này sẽ điều khiển thang máy về tầng gần nhất, sau đó mở cửa tầng để cho khách đi ra, đồng thời từ chối tất cả các lệnh gọi khác, cảnh báo

hệ thống bị mất điện lúc này hệ thống cho phép việc mở cửa cabin, các hệ thống chuông báo liên lạc thực hiện Sau đó truyền động công suất lớn sẽ không được thực hiện nhằm tiết kiệm điện năng có hạn của bộ lưu điện dự phòng Khi hệ thông có điện trở lại, các role cảm nhận trạng thái mất điện sẽ hoạt động có phản hồi cho biết nguồn điện đã có, hệ thống sẽ thực hiện tuần

tự thao tác xả điện dư, đóng nguồn mới và thực hiện điều hiển theo chu trình bình thường Hệ thống lưu điện phục hồi dần công suất bằng hệ thống nạp điện tự động

Ngoài thiết bị cứu hộ khi bị mất điện, trong thang máy còn có một bộ phận thắng cơ Trong trường hợp xảy ra đứt cáp thang máy, thiết bị khống chế vượt tốc độ sẽ hoạt động và tác động đến thắng cơ, nêm chặt phòng thang máy vào ray dẫn hướng, giữ chặt không cho thang rơi để người đến ứng cứu

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

1.2.2 – Yêu cầu về vận tốc, gia tốc và độ dật

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho cabin chuyển động êm Việc cabin chuyển động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy

Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là:

Tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật  [m/s3]

Tốc độ di chuyển của cabin quyết định năng suất của thang máy, điều này

có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của cabin đặt gần bằng tốc độ định mức Nhưng 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 = 3,5m/s, giá thành tăng lên 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu

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 Nhưng khi gia tốc lớn

sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở .v v ) Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m/s2

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách, được đưa ra trong bảng 1-1

Bảng 1-1

Xoay chiều Một chiều

Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 Gia tốc cực đại (m/s2

là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc   da

dt hoặc đạo hàm bậc hai của tốc

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 1.3

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của cabin: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, cabin đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối ưu hình 1.3 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-Đ) Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn: Mở máy chế

độ ổn định và hãm dừng

v S

1.3 – Yêu cầu dừng chính xác buồng thang:

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất

Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc

dỡ hàng

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều

Khiển Thang Máy

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính

xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

Hỏng thiết bị điều khiển

Gây tổn thất năng lượng

Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí

Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai

quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang

không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng

chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của

buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau : Khi buồng thang đi đến gần

sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ

để dừng buồng thang Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết

bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là :

S' =v0 t , [m] (2-1)

Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời

gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''

Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác

dụng của lực Fc : Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-)

S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:

Mc - mômen cản tĩnh, [N]

0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đường kính puli kéo cáp [m]

.

0

0 2

2 2

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải và không tải

S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 2-3

Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng s

Bảng 2-1

Hệ truyền động điện

Phạm

vi điều chỉnh tốc độ

Tốc độ

di chuyển [m/s]

Gia tốc [m/s2]

Độ không chính xác khi dừng [mm]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5  120  150 Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5  10  15 Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5  25  35

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Hình 2 - 3: Dừng chính xác buồng thang

1.4 – TÌM HIỂU MỘT SỐ KẾT CẤU PHANH CỦA THANG MÁY

1.4.1 - Phanh bảo hiểm

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc

Hình 1.4: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4 Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái

Mức dừng Buồng thang Dừng

Mức đặt cảm biến dòng

Buồng thang Vượt quá

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang

1.3.2 - Bộ hạn chế tốc độ

Khi ca bin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Bộ hạn chế tốc độ qua

hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hướng

Về nguyên lý chung của bộ hạn chế tốc độ làm việc như sau:

Khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dưới tác dụng của lực ly tâm và mắc vào vấu cố định của

Trục 16 được gắn với vỏ 15 của bộ hạn chế tốc độ bằng đai ốc Trên trục

có lắp đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do quanh trục 16 Trên đĩa 1 có các chốt 2 để lắp quả văng 6 Quả văng này liên

hệ bằng thanh kéo 6 trên có lắp lò xo nén 5 Lò xo có một đầu tỳ lên vấu 4 gắn trên đĩa 1, đầu kia tỳ lên vòng đệm 7 và đai ốc 8 trên thanh kéo 9 để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo 5 Như vậy, do vấu 4 gắn cố định trên đĩa nên

lò xo 5 có xu hướng đẩy thanh kéo 9 sang trái để đầu các quả văng 6 không chạm vào các vấu cố định 3 trên vỏ 15 khi đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 quay

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Với tốc độ quay bình thường, ứng với tốc độ chuyển động danh nghĩa của cabin, đĩa quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu 3 trên

vỏ 15 Khi cabin nâng hoặc hạ với tốc độ vượt quá giới hạn cho phép, qua cáp hạn chế tốc độ vắt trên rãnh puli 14, đĩa 1 cũng quay và đạt tới vòng quay tới hạn ly tâm của quả văng đủ lớn để ép lò xo 5 và tách quả văng ra xa tâm quay làm đầu các quả văng mắc vào vấu 3 và đĩa 1 cùng puli 13,14 dừng lại Puli thường có rãnh cáp hình thang với hệ số ma sát tính toán cao nên khi nó dừng lai làm cáp hạn chế tốc độ vắt qua rãnh puli dừng theo, cabin tiếp tục đi xuống nên cáp hạn chế tốc độ tác động lên hệ tay đòn lắp trên cabin để bộ hãm bảo hiểm hoạt động dừng cabin trên các ray dẫn hướng Lực nén lò xo 5 càng lớn thì lực ly tâm cần thiết dễ tách các quả văng ra xa càng lớn vì vậy có thể điều chỉnh lực nén lò xo 5 bằng cách vít vặn đai ốc 8 để bộ hạn chế tốc độ làm việc chính xác với tốc độ quay cần thiết Nếu lực nén lò xo quá nhỏ thì rất dễ xẩy

ra hiện tượng ngừng ngẫu nhiên ngay cả khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa Vì vậy cần điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động ứng với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm cho từng loại thang máy Việc điều chỉnh kiểm tra và thử nghiệm bộ hạn chế tốc độ do nhà chế tạo tiến hành

và sau đó kẹp chì lại Puly 13 có đường kính nhỏ dùng để thử nghiệm, kiểm tra bộ hạn chế tốc độ, nếu vắt cáp hạn chế tốc độ qua rãnh của puli 13 thì khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa, bộ hạn chế tốc độ vẫn làm việc và tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin vì tốc độ quay của đĩa 1 vấn đạt tới số vòng quay tới hạn do đường kính của puly 13 nhỏ Ngoài ra người ta còn lắp vấu 10 xuyên qua vỏ 15 và trên vấu có lò xo 11 cùng chốt hãm 12 Trong điều kiện làm việc bình thường (cáp hạn chế tốc độ vắt qua puly 14 cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa) Nếu ấn lên vấu 10 thì đầu quả văng mắc vào nó để dừng đĩa 1 cùng các puli 13, 14 (măc dù số vòng quay của đĩa chưa đạt tới giá trị tới hạn và lực ly tâm chưa đủ lớn để tách quả văng

ra xa) Khi đó nếu bộ hãm bảo hiểm làm việc để dừng cabin thì điều đó chứng

tỏ rằng độ căng của cáp hạn chế tốc độ, hệ số ma sát tính toán giữa cáp và rãnh puly 14 đạt giá trị yêu cầu và hệ thống tay đòn cùng bộ hãm bảo hiểm

làm việc bình thường

15

1.5 - THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ CÔNG NGHỆ

Để làm rõ bài toán công nghệ về khách hàng đợi và ưu tiên về chiều chuyển động cũng như ưu tiên theo khoảng cách, ta đi thuyết minh một trường hợp phục vụ hành khách thoả mãn được các yêu cầu công nghệ của thang máy 7 tầng như sau:

Giả sử thang máy đang dừng ở tầng 1 Có một hành khách A đang ở tầng 2 và muốn lên tầng 7 Muốn vậy, khách A phải ấn nút gọi thang ở tầng 2

và thang đi lên với tốc độ cao Khi thang đến gần tầng 2 thì thang máy chuyển tốc độ thấp và dừng lại đón khách A Khách A vào cabin ấn nút đến tầng 7 Sau thời gian định sẵn cabin tiếp tục đi lên tầng 7

Giả sử lúc này có một hành khách B đang ở tầng 3 và muốn đi xuống tầng 1 muốn vậy khách B phải ấn nút gọi thang ở tầng 3 Lúc này thang đang

đi lên, khi đi qua tầng 3 nó sẽ không dừng lại Tuy nhiên nút gọi thang tầng 3

đã được nhớ, nó sẽ có tác dụng khi thang quay ngược hành trình Lúc này thang vẫn tiếp tục đi lên

Giả sử lúc này lại có một hành khách C ở tầng 4 muốn đi lên tầng 7 Muốn vậy hành khách C này lại ấn nút goi tầng ở tầng 4 Như vậy, tầng 4 đã được nhớ, khi thang máy đi qua tầng này thang sẽ dừng lại như dừng ở tầng 2

và đón khách C vào cabin Hành khách này lại ấn nút dừng 7 trùng với hành khách A và thang tiếp tục đi lên Vì tầng 7 đã được nhớ nên khi đến tầng này thang sẽ chuyển tốc độ thấp và dừng lại mở của trả khách A và C Như vậy, yêu cầu của khách A và C đã được phục vụ, còn lại yêu cầu của khách B đang

ở tâng 3 muốn đi xuống tầng 1 chưa được đáp ứng

Khi thang dừng ở tầng 7 trả khách song, sau thời gian định sẵn nó sẽ quay ngược hành trình chuyển động và đi xuống Khi đi đến gần tầng 3 nó sẽ giảm tốc độ và dừng lại mở cửa đón khách B Khách B đi vào thang máy và

ấn nút đến tầng 1, tầng 1 lại được nhớ và khi đi xuống thang sẽ dừng lại ở tầng 1 đáp ứng song yêu cầu của khách hàng B

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Phần 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

2.1 - CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THANG MÁY

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, 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

2.1.1 - Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy

Để tính chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có các điều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính theo công thức sau:

 - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,50,8)

Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải được tính theo biểu thức sau:

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Gdt - Khối luợng của đối trọng, [kG]

k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng ( k = 1,15 1,3 )

Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây:

Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thường là đầy tải và khi hạ thường

là không tải, nên chọn a = 0,5

Dựa trên hai biểu thức (1-2) và (1-3) có thể xây dựng được biểu đồ phụ tải và chọn sơ bộ công suất của động cơ theo sổ tay tra cứu

Muốn xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác, cần phải tính đến thời gian

mở máy, thời gian hãm thời gian đóng , mở cửa và số lần dừng của buồng thang khi chuyển động

Thông số tương đối để tính toán các thời gian trên được đưa ra trong bảng 3.1

Thời gian ra / vào buồng thang được tính gần đúng 1s/1người Số lần dừng (được tính theo xác suất) của buồng có thể được tìm theo các đường cong trên hình 3.9

Tổng thời gian còn lại (s) Buồng thang

có cửa rộng dưới 800mm (mở bằng tay)

Buồng thang

có cửa rộng dưới 800 mm (mở tự động)

Buồng thang

có cửa rộng dưới 1000mm (mở tự động) 3,6 ≥ 7,2 m

Hình 3.9 Đường cong để xác định số lần dừng ( theo xác suất )

của buồng thang

m d - Số lần dừng ; m t - Số tầng ; E - Số người trong buồng thang

Phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hành theo các bước sau đây :

1 Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dưới cùng và các lần dừng tiếp theo :

F = (G + Gbt - K1 G1 - Gđ t ) g, [N] (1-16) Trong đó : K1 - Số lần dừng của buồng thang

G1 = G/mđ - Thay đổi (giảm) khối lượng tải sau mỗi lần dừng

Trong đó : R - Bán kính của puli, [m]

i - Tỷ số truyền của cơ cấu

 - Hiệu suất của cơ cấu

3 Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang :

Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ

ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại ( thời gian

E = 21 người

E = 16 người

E = 13 người

E = 10 người

E = 5

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

đóng mở cửa buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng 3-1:

4 Dựa trên kết quả của các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ

5 Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính đến các quá trình quá độ và tiến hành kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng, quá tải

2.1.2 - Các hệ truyền động điều khiển thang máy

Như đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chất lượng truyền động có yêu cầu không cao lắm, người ta thường sử dụng các hệ truyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ - rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã được mô tả ở trên

Hệ truyền động này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng được

về mặt chất lượng đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và

độ giật Để khắc phục những hạn chế của hệ thống trên, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, ngày nay người ta có xu hướng sử dụng phương pháp điều khiển vô cấp tốc độ động cơ Trên thực tế tồn tại 2 hệ thống chủ yếu sau đây:

Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc

2.1.2.1- Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

Hình 3.10 Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao,

chất lượng dải điều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của các thang máy cao tốc Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như : động cơ một chiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng v.vv

* Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc với hệ truyền động một chiều sử dụng bộ biến đổi Thyristor - Động cơ một chiều, có sử dụng các phần tử lôgic :

Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp điểm (phần tử lôgic) Việc ứng dụng các phần tử lôgic trong mạch điều khiển cho phép xây dựng một hệ thống điều khiển với số lượng phần tử là ít nhất

Hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy dùng các phần

tử phi tiếp điểm có thể khắc phục được các nhược điểm trên, ngoài ra còn có các ưu điểm đáng kể như :

Giảm được số lượng các dây dẫn điều khiển nối với buồng thang và chuyển động cùng với buồng thang

Có thể thiết kế các nút ấn gọi tầng và phần hiển thị, báo hiệu nhỏ, gọn, kết cấu đẹp nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy

Dễ dàng thay đổi để sử dụng cho các thang máy khác nhau, vì chỉ cần thêm các tiếp điểm gọi tầng và viết lại phần mềm điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng

Để truyền động thang máy có tốc độ di chuyển buồng thang v  3m/s thường dùng hệ truyền động một chiều

Trong mạch điều khiển thang máy cao tốc, công tắc chuyển tầng có tay gạt cơ khí làm việc không tin cậy và gây tiếng ồn lớn Vì vậy, chúng được thay thế bằng công tắc phi tiếp điểm Công tắc chuyển đổi tầng phi tiếp điểm thường dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng và bộ cảm biến vị trí dùng tế bào quang điện

Trên hình 4-6 là sơ đồ khối hệ truyền động một chiều cho thang máy dùng Thyristor

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Hình 4-6: Sơ đồ khối hệ truyền động thang máy dùng Thyristor

Trong đó, các cuộn kháng 1CK, 2CK dùng để hạn chế dòng điện cân bằng Hai khối KĐKN và KĐKH điều khiển hai cầu chỉnh lưu 1BTh và 2BTh Trong mỗi khối điều khiển bao gồm các khâu : khâu đồng pha, khâu tạo điện áp răng cưa, khâu so sánh, tạo xung và khuyếch đại xung

Điện áp đặt được lấy từ đầu ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT Độ lớn

và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành ĐH quyết định

Điện áp của khâu HCGT tăng dẫn theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thay đổi tín hiệu đầu vào

Điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động bằng bộ điều chỉnh tốc độ R Tín hiệu đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ R là tổng đại số của hai tín hiệu : tín hiệu chủ đạo (điện áp ra của khâu HCGT) và tín hiệu phản hồi âm tốc độ

tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ (điện áp ra của khâu K) Khâu R dùng

bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ P) Tín hiệu ra của R là tín hiệu đầu vào RiN (khi thang máy đi lên) và RiH (khi thang máy đi xuống) Cả hai khâu RiN và RiH dùng bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ, tích phân PI) Ngoài

ra, tín hiệu phản hồi âm dòng lấy từ đầu ra của khâu 1Ki (tỷ lệ với dòng của động cơ) đưa vào đầu vào của RiN và từ khâu 2Ki đưa vào RiH Tín hiệu ra của khâu RiN hoặc RiH chính là tín hiệu điều khiển đưa vào khối điều khiển tương ứng KĐKN hoặc KĐKH

Để thực hiện dừng chính xác buồng thang, hệ thống sẽ chuyển từ chế độ điều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra của khâu cảm biến dừng chính xác CBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra từ khâu CBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí Rvt Khi buồng thang nằm ngang với sàn tầng, tín hiệu ra của khâu CBDCX sẽ bằng 0

2.1.2.2 - Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor

lồng sóc

Trên thị trường hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phương pháp điều chỉnh tần số theo các phương thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu: Biến tần điều chỉnh theo phương pháp U/f

Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control )

Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng nhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

a Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

*Nội dung phương pháp

Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ

là rất chặt chẽ Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây

Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình 3-11, gồm các khối như sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động

cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen và các mạch vòng bên ngoài

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Hình 3-11 Điều khiển trực tiếp mômen

Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong từng chu kỳ điều khiển ( 25s ) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng ( ASIC ) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( S1, S2, S3 ) được dùng để tính vector điện áp stator

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stator

Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtor hoặc giữa vector dòng điện stator và vector từ thông:

Điều khiển

,M có trễ

Logic chuyển mach tối

ưu

Mô hình động

cơ Tính các

stator Vì thế có thể đạt được mômen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hướng nào càng nhanh càng có hiệu quả

Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen như sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator được điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt được giá trị mong muốn Vector từ thông stator này lại được điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vector điện áp tối ưu tuỳ thuộc vào sai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch

b Mô hình động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động

cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra được tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều

2.1.3 chọn phương án truyền động

Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thời căn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu sao cho thoả mãn được một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật

Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảo chiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì không yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng hệ thống Bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc, làm phương án truyền động cho thang máy

2.2 – CÁC HỆ THỐNG KHỐNG CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 2.2.1 Tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu đưa về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống Căn cứ

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

vào các tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả như sau :

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đến tầng, người ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng được bố trí trong Cabin Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ

có nút gọi lên Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động được bố trí vào một bảng điều khiển

Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thường đóng hoặc thường mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về

hệ điều khiển

- Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn LED hay các mạch hiển thị 7 thanh được bố trí ở các tầng cũng như trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút ấn, thứ tự ưu tiên

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, người ta sử dụng các Sensor báo

vị trí phi tiếp điểm Trong đó, phần tĩnh của Sensor được gắn dọc theo chiều chuyển động của thang, còn phần động được gắn với buồng thang

- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các Sensor ở đỉnh và đáy thang

Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiển khi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị trí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cách khác, ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên hay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồng thang) Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thường bố trí nhiều Sensor

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensor dưới sàn Cabin Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới tác động đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệu đến phần bảo vệ của hệ điều khiển

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cưả buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng thang đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra

2.2.2 Hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử có tiếp điểm

2.2.2.1 Các loại cảm biến có tiếp điểm và nhược điểm của chúng

Trong thang máy tốc độ trung bình và thấp, người ta thường sử dụng các công tắc hành trình Đây là một thiết bị cơ-điện có tay gạt với 3 tiếp điểm, tương ứng với 3 trạng thái đầu ra Công tắc hành trình có ưu điểm là các trạng thái đầu ra rất rõ ràng Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là tuổi thọ giảm khi hoạt động ở tốc độ cao và gây tiếng ồn lớn

Do những nhược điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao người ta không sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến không tiếp điểm được trình bày trong phần dưới đây

2.2.2.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình sử dụng các phần tử cơ khí, phần tử điều khiển có tiếp điểm :

Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bình thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ Hệ này thường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5  10 tầng) với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy được giới thiệu trên hình 4-1

Trong đó :

C1  C7 là là các công tắc cửa của các tầng

Ck là công tắc cửa Cabin

DB và DK là các công tắc dự phòng trong Cabin

DP1 và DP2 là các công tắc dự phòng thang trôi được đặt trong hố thang

D1  D7 là các công tắc điểm cuối của các tầng

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

T1  T7 là các tiếp điểm thường kín của các rơle chuyển tầng

CTK là công tắc đèn trong Cabin

RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ

KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ

Hệ thống được cấp nguồn qua aptomát AP Các cuộn dây Stato của động

cơ được nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng

KL hoặc côngtắctơ hạ KX

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một pha qua biến áp cách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V Khi AP đóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA Khi đó mới có điện áp một chiều đưa đến toàn bộ mạch điều khiển

Các cửa tầng được trang bị các công tắc liên động C1  C7 và công tắc cửa Cabin Ck

2

1 - +

M2 M1

RT

KN KH

K B

KB

K A ATM

O C B

A

L 16 L26 L36 L46 L56 L66 L76 LBH6 LBN6 LK

TDT1 TDT2 TDT3 TDT4 TDT5 TDT6 TDT7 RH

R N CTK

2 1

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

Khi buồng thang đang ở tầng 1 Khi đó, công tắc điểm cuối D1 và công tắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thường kín RCT1 mở ra Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình ấn các công tắc gọi thang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH đều không được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện Tương tự, khi buồng thang đang ở tầng 7 thì D7 và CTT đóng, RCT7 có điện, tiếp điểm thường kín RCT7 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọi thang N7 và gọi tầng 7 NK7

Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện Các tiếp điểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH

và rơle RN, RH đều hở mạch

Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 :

Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa Cabin và ấn nút gọi tầng NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN được cấp điện qua

KH, RCT5, RCT4 và R4 Các tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại, động

cơ được cấp điện và thang chuyển động đi lên Khi nhả NK4 thì các cuộn dây này vẫn được duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đóng lại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thường kín RCT4 mở ra làm cho các cuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện Cơ cấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang

Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào

đó mà tiếp điểm thường kín RCT4 không mở ra, người ta bố trí các tiếp điểm thường kín T1T7 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1  R7 Lúc này, (do rơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếp điểm R4 mở ra, sẽ làm hở mạch cuộn KN và RN

Trong sơ đồ có 7 đèn báo tầng L16  L76 và đèn báo thang máy đang chuyển động lên LBN6, xuống LBH6 lắp ở trên mỗi cửa tầng và trong Cabin

LK là đèn chiếu sáng Cabin

Hệ thống truyền động thang máy với các tiếp điểm cơ khí tuy đơn giản nhưng có các nhược điểm sau :

Độ tin cậy thấp

Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra

Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng)

2.2.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY SỬ DỤNG CÁC PHẦN

TỬ PHI TIẾP ĐIỂM

2.2.3.1 Các loại cảm biến không tiếp điểm :

Các bộ cảm biến không tiếp điểm có rất nhiều loại, được ứng dụng trong rất nhiều hệ thống điều khiển, đo lường, điều khiển và bảo vệ Trong phần này sẽ mô tả một số phần tử cảm biến không tiếp điểm được sử dụng trong thực tế

a Công tắc vị trí kiểu cảm ứng :

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu cảm ứng có dạng như hình 2-1 Cấu tạo của nó bao gồm : mạch từ hở 2, cuộn dây 3 Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng 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

Hình 4-2 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Hình 4-3 Transistor quang

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy

b Transistor quang :

Đây là loại Transistor loại PNP hoặc NPN Dưới tác dụng của ánh sáng

nó phát sinh một dòng điện tương ứng với lượng ánh sáng

c Phần tử HALL :

Phần tử HALL là một chất bán dẫn Nếu dòng điện B+ được cung cấp một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiều dòng điện

d Bộ cảm biến hồng ngoại :

Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát

ra một năng lượng hồng ngoại yếu Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao, thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình 4-5

2.2.4 KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN RƠLE

2.2.4.1 Hệ điều khiển rơle

Vào thời điểm ban đầu của cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là vào những thập niên 60 & 70, các hệ thống máy móc tự động được điều khiển bởi các hệ thống rơle điện/cơ Các rơle này được “ nối cứng ” với nhau đặt trong một tủ điều khiển Trong một số trường hợp, nó lớn đến mức có thể chiếm cả một căn phòng Tất cả các đường kết nối trong hệ thống rơle đều phải được nối lại với nhau Việc làm này tốn rất nhiều thời gian Đặc biệt là khi phải giải quyết các sự cố của hệ thống Và bất lợi lớn nhất là các rơle chỉ có số tiếp hạn chế nhất định Khi cần có sự thay đổi thì máy móc phải ngừng làm việc, có khi phải cần thay đổi cả vị trí lắp đặt Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho một quá trình hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không thể thay đổi ngay lập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần phải có sự thay đổi lại cách đấu dây trong hệ thống Việc làm đó đòi hỏi người vận hành phải được đào tạo để có kỹ năng thành thạo trong việc xử lý

hệ thống Nói chung, hệ thống điều khiển bằng rơle có tiếp điểm là rất phức tạp

2.2.4.2 Các nhược điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm:

Hệ điều khiển rơle có tiếp điểm có các nhược điểm sau:

Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển

Việc thay đổi cấu trúc tủ điều khiển là rất khó khăn

Việc khắc phục các sự cố đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao Năng lượng do các cuộn dây tiêu thụ là khá lớn

Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thời gian

để tìm sự cố trong tủ điều khiển

Sơ đồ mạch không được cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn có sự thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời gian sửa

chữa khi có sự cố

2.2.5 KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

2.2.5.1 Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) là một tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm