Nghiên cứu, hiệu chỉnh mô hình thang máy bốn tầng

Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “ Nghiên cứu, hiệu chỉnh mô hình Thang máy bốn tầng” do Thầy Hà Tất Thắng hướng dẫn gồm những nội dung sau: Chương 1: Tổng quan thang máy Chương 2:

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp có đề tài: “ Nghiên cứu, hiệu chỉnh mô hình thang máy bốn tầng ” do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Hà Tất Thắng Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực

Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối sách em đảm bảo rằng không saochép các công trình của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoantrên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Phạm Thành Trí

1

MỤC LỤC

69

2

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC HÌNH VẼ

3

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

4

Chương 1: Tổng quan thang máy

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa dất nước, cùng với sự bùng nổ củakhoa học kĩ thuật Trong đó có ngành công nghiệp tự động hóa phát triển ngày càngmạnh mẽ, ngày càng rộng rãi, đang chiếm một vị trí quan trọng trong sự phát triển củanền kinh tế đất nước, ứng dụng ngày càng nhiều vào đời sống sinh hoạt, sản xuất( điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ, ) Mặt khác nhờ công nghệ thôngtin, công nghệ điện tử, từ đó phát triển ra loại thiết bị điều khiển khả trình PLC vớinhiều ứng dụng rộng rãi trong các nhánh kỹ thuật

Các công ty, nhà máy, xí nghiệp thường sử dụng công nghệ lập trình PLC để phục

vụ cho quá trình sản xuất Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động củacông nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội

Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “ Nghiên cứu, hiệu chỉnh mô hình Thang máy bốn tầng” do Thầy Hà Tất Thắng hướng dẫn gồm những nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan thang máy

Chương 2: Trang thiết bị điện tự động hóa

Chương 3: Nghiên cứu và hiệu chỉnh mô hình thang máy bốn tầng

Chương 4: Ứng dụng PLC lập trình điều khiển cho mô hình thang máy bốn tầngVới tinh thần học hỏi, cố gắng nỗ lực hết sức, cùng sự hướng dẫn tận tình

của thầy Hà Tất Thắng nhưng do trình độ hiểu biết của em còn nhiều hạn chế nên

đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo

và giúp đỡ của thầy,cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Phạm Thành Trí

5

Chương 1: Tổng quan thang máy

Chương 1 TỔNG QUAN THANG MÁY

1.1 Khái niệm chung

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu,v.v hoạt động lâu bền và thường xuyên trong toà nhà hai tầng trở lên Cabin thangmáy được dẫn hướng bằng các ray dẫn hướng thẳng đứng hoặc nghiêng, tuy nhiên chỉcho phép góc nghiêng < 15 độ Nhiều quốc gia trên thế giới đã qui định các nhà có sốtầng lớn hơn 6 phải có thang máy đễ thuận lợi cho người sinh hoạt và làm việc Giáthành của thang máy trang bị cho các công trình so với tổng giá trị của công trình làkhoảng 6% đến 7% là hợp lý

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện,đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Thang máy là mộtthiết bị đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tínhmạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắpđặt, 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

Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác làthời gian của một chu kì vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liêntục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻđẹp và tiện nghi của công trình Các công trình tăng vẽ đẹp bên ngoài của nó nếu đượclắp đặt hệ thống thang máy phù hợp

1.2 Lịch sử phát triển

Trên thế giới, thang máy đã được sử dụng từ những năm 60 của thế kỷ XIX Đầutiên thang máy được phát triển cùng với công tác xây dựng nhà cao tầng Theo điềukiện làm việc của các tòa nhà này thì loại truyền động duy nhất được sử dụng là truyềnđộng thủy lực Đến những năm 30 của thế kỷ XX, ngành thang máy ở châu Âu vàchâu Mỹ phát triển theo hai con đường độc lập Ở châu Âu, nơi mà những tòa nhàđược xây dựng với số tầng tương đối ít, chủ yếu người ta sử dụng thang máy có các bộtời với tang quấn cáp kiểu cần trục Ở châu Mỹ, nơi mà ngành xây dựng nhà cao tầngphát triển rộng rãi người ta chế tạo các thang máy với bộ tời có puly dẫn cáp Hiện naythì các thang máy loại này đang được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới

Chương 1: Tổng quan thang máy

Ở Việt Nam thang máy có từ những năm 1920 nhưng phát triển mạnh nhất từ 10năm gần đây Khai thác thị trường thang máy ở Việt Nam chủ yếu là các công ty hàngđầu thế giới như : OTIS, Schindler, Mitsubishi, Hitachi, Kone Cho đến nay toàn quốc

đã có nhiều công ty được cho phép chế tạo, lắp đặt, bảo trì thang máy như : ThiênNam, Tự Động, Thái Bình, Á Châu, Tuy nhiên phải nhìn nhận, thang máy nhậpkhẩu và thang máy trong nước còn một khoảng cách khá xa về độ tin cậy, chất lượng

và tuổi thọ Các công ty trong nước chỉ chủ yếu chế tạo thang máy tải hàng, thang máyđơn, còn thang cao cấp, thang nhóm thì hầu như phải nhập hoàn toàn từ nước ngoài.Trong bối cảnh phát triển vượt bậc của nền kinh tế Việt Nam, các vùng đô thị bùng nổ

và phát triển với tốc độ rất cao, do đó giải quyết chỗ ở cho cư dân trở thành vấn đề cấpbách ở những thành phố lớn và đông dân như TP Hồ Chí Minh và Hà Nội Nguồn đấtxây dựng dần dần cạn kiệt, đòi hỏi phải phát triển các tòa nhà cao tầng để khôngnhững đáp ứng nhu cầu về chỗ ở cho người lao động mà còn được sử dụng vào cácmục đích khác như khách sạn, cao ốc văn phòng… Việc lắp đặt thang máy là tối cầnthiết cho nhu cầu đi lại Hơn nữa, ở những tòa nhà cao tầng mật độ lưu thông là rất lớncho nên những hệ thống thang máy nhóm cần được được lắp đặt để phục vụ

Vấn đề cần được giải quyết đối với một hệ thống thang máy nhóm là: đáp ứngnhanh nhất trong thời gian ngắn nhất những yêu cầu của hành khách, đồng thời phảitiết kiệm năng lượng Một hệ thống thang máy hiện đại là một hệ phức tạp bao gồmcác cơ phận, hệ thống điện và chương trình trình điều khiển Tuy nhiên ở một hệ thốngthang nhóm thì lại càng phức tạp hơn và công việc điều khiển đòi hỏi phải được thựchiện với độ chính xác và tin cậy cao

1.3 Phân loại thang máy

Tuỳ thuộc vào chức năng và mục đích sử dụng của từng công trình mà thang máy

có thể phân loại theo các nhóm sau:

1.3.1 Phân loại theo công dụng

− Chuyên chở người: Loại này dùng để vận chuyển hành khách trong các khách sạn,công sở, nhà nghỉ, các khu trung cư, trường học vv

− Chuyên chở người có tính hàng đi kèm: Loại này thường dùng cho siêu thị và khutriển lãm

− Thang máy chuyên chở bệnh nhân: Dùng để vận chuyển các bệnh nhân các phươngtiện vận chuyển bệnh nhân như xe đẩy, xe lăn, giường bệnh vv

7

Chương 1: Tổng quan thang máy

− Chở hàng có người đi kèm: Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởngkho, thang dùng cho khách sạn vv chủ yếu dùng để trở hàng có người đi kèm phụcvụ

− Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm: Là thang máy chuyên dùng đểchở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể vv Đặc điểm của loại này làchỉ điều khiển ngoài cabin

Ngoài ra còn có các loại thang chuyên dụng khác như thang máy cứu hỏa, thang chở ô tô vv

1.3.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động

− Thang máy dẫn động điện: Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điệntruyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin đượctreo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn có loạithang dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng (chuyên dùng để chở người phục vụxây dựng công trình cao tầng)

− Thang máy thuỷ lực (dẫn động bằng xilanh pittông) : Đặc diểm của loại thang mấy này

là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ pít tông, xy lanh thủy lực nên hành trình bị hạn chế.Hiện nay thang máy thủy lực với hành trình tối đa khoảng 18m, vì vậy không thểtrang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, chuyển động êm, antoàn, giảm được chiều cao tổng thể cho công trình khi có cùng số tầng phục vụ vìbuông mày đặt ở tâng trệt

− Thang máy khí nén

1.3.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo

− Bộ tời kéo đặt ở phía trên giếng thang

− Bộ tời kéo đặt ở phía dưới giếng thang

− Dẫn động buồng thang lên xuống bằng bánh răng, thanh răng thì bộ tời đặt nóc buồngthang

1.3.4 Phân loại theo hệ thống vận hành

- Theo mức độ tự động :

+ Đóng mở bằng tay: khi cabin dừng đúng tầng phải có người ở trong hoặc ởngoài cửa tầng mở và đóng cửa cabin và cửa tầng

Chương 1: Tổng quan thang máy

+ Đóng mở bán tự động: khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin mở và cửa tầng

tự động mở, khi đóng phải dùng bằng tay hoặc ngược lại

+ Đóng mở tự động: khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động

mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cửa cabin Thời gian và tốc độ đóng, mở điềuchỉnh được

- Theo tổ hợp điều khiển

- Theo vị trí điều khiển

1.3.5 Phân loại theo các thông số cơ bản

− Theo tốc độ di chuyển của buồng thang:

+ Loại tốc độ thấp: v < 1 m/s

+ Loại tốc độ trung bình: v = 1 ÷ 1,25 m~s

+ Loại tốc độ cao: v = 2,5 ÷ 4 m/s

+ Loại tốc độ rất cao: v > 4 m/s

− Phân loại theo trọng tải:

+ Thang máy loại nhỏ: Q < 1 60 kg

+ Thang máy loại trung bình: Q = 500 ÷ 2000 kg

+ Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg

1.3.6 Phân loại theo hệ thống cân bằng

− Có đối trọng

− Không có đối trọng

− Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn

1.3.7 Phân loại theo quỹ đạo di chuyển của cabin.

− Thang máy thẳng đứng: là loại thang máy có cabin di chuyển theo phương thẳng đứng,hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại này

− Thang máy nghiêng: là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so vớiphương thẳng đứng

− Thang máy zigzag: là loại thang máy có cabin di chuyển theo đường zigzag

9

Chương 1: Tổng quan thang máy

1.3.8 Phân loại theo số cửa cabin

− Thang máy có một cửa

− Thang máy có hai của đối xứng

− Thang máy có hai cửa vuông góc với nhau

1.4 Kết cấu chung thang máy

Đây là sơ đồ cấu tạo của thang máy chở người thông dụng nhất, dẫn động băng tờiđiện tới puly dẫn cáp bằng ma sát Kết cấu của thang máy gồm có các bộ phận sau:

Hình 1.1 Kết cấu bố trí thiết bị của thang máy

Chương 1: Tổng quan thang máy

1.4.1 Hố thang

Nhìn chung hố thang được chia làm ba phần chính : phần di chuyển của thang, phần

dự trữ an toàn trên được tính từ vị trí trên cùng của hành trình thang đến buồng máy,phần dự trữ an toàn dưới được tính từ vị trí dưới cùng của hành trình thang đến đáy hốthang

1.4.2 Ray dẫn hướng

Ray dẫn đường được lắp dọc theo hố thang để dẫn hướng cho cabin và đối trọngchuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn đường đảm bảo cho cabin và đối trọngluôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theophương ngang trong quá trình chuyển động Ngoài ra ray dẫn đường phải đủ cứng đểđảm bảo giữ trọng lượng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên dẫn hướng cùng cácthành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc ( trong trường hợp đứt cáphoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn cho phép )

Ray dẫn hướng gồm nhiều đoạn, các đoạn ray được nối với nhau nhờ các tấm ốpphía sau ray và ngạch định vị trí có gia công cơ khí để đảm bảo độ chính xác cần thiết.Tấm ớp và chân ray được liên kết với nhau bằng nhiều bu-lông để đảm bảo độ cứngvững cho mối nối Có thể dùng chính một đoạn ray để dùng thay cho tấm ốp phía saunối ray dẫn hướng Chiều dài của toàn bộ ray dẫn hướng phải đảm bảo sao cho khicabin và đối trọng ở vị trí trên cùng hoặc dưới cùng thì các ngàm dẫn hướng cho cabinhoặc đối trọng vẫn tỳ lên ray

Ray phải được cố định chắc chắn vào kết cấu chịu lực của giếng thang Các mối cốđịnh ray phải cách nhau từ 1,5 đến 3,5m tùy theo tính toán Đối với giếng thang đượclàm bằng gạch hoặc bê tông, thì có thể chôn bu-lông hoặc dùng các vít nở thép để bắtcác bản mã cố định ray Phương pháp dùng vít nở được dùng phổ biến hơn Các bản

mã của mố cố định được hàn với nhau sau khi đã căn chỉnh chính xác hoặc bắt bằngbu-lông với nhau qua các lỗ hình ô-van để có thể căn chỉnh và tháo lắp dễ dàng

Ray dẫn hướng được lắp ở hai bên cabin và đối trọng với độ chính xác cần thiếttheo yêu cầu đặt ra trong yêu cầu lắp đặt thang (độ thẳng, độ thẳng đứng của ray,khoảng cách các đầu ray )

11

Chương 1: Tổng quan thang máy

Hình 1.2 Mặt cắt ray dẫn hướng

1.4.3.Bộ giảm chấn

Đây là bộ phận an toàn được thêm vào hệ thống Được lắp đặt dưới đáy hố thang đểdừng và đỡ cabin và đối trọng trong trường hợp cabin hoặc đối trọng chuyển độngxuống dưới, vượt 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 thiếtphía dưới phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam cho người có trách nhiệm thực hiện việckiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa

Có hai loại bộ giảm chấn : giảm chấn lò xo, giảm chấn dầu

Hình 1.3 Giảm chấn lò xo thủy lực

Chương 1: Tổng quan thang máy

1.4.4 Bộ cảm biến

Xác định vị trí tầng và giới hạn hành trình : bộ phận nhận tín hiệu của sensor (cảmbiến) được gắn trên cabin, trên ray dẫn hướng được gắn các thanh kim loại ở những vịtrí xác định Khi thang máy di chuyển, bộ phận nhận tín hiệu của các sensor quétngang qua các thanh kim loại để xác định được thông tin cần thiết

− Các mặt bao của cabin gồm mặt bên, mặt trước, mặt sau và mặt nóc Tất cả được gắnchặt vào khung cabin, trên mặt nóc còn có một cửa thoát hiểm được mở từ bên ngoàiđược dùng trong những trường hợp khẩn cấp

− Bảng điều khiển : bao gồm những nút chọn tầng, nút đóng mở cửa, nút giữ cửa, nútdừng khẩn cấp, nút báo động, nút liên lạc, đèn báo chiều và tầng, loa dùng để liên lạc

b) Đối trọng

Đối trọng là bộ phận then chốt của thang máy hoạt động theo nguyên tắc ma sát

Để cân bằng khối lượng cabin và ,một phần tải Đối trọng bao gồm : khung, các vậtnặng và guốc dẫn hướng

13

Chương 1: Tổng quan thang máy

cáp bù Với những thang nâng cao tầng thì trọng lượng của cáp là đáng kể do đó sẽ tổnhao công suất để nâng trọng lượng cáp Để giải quyết điều này ta dùng cáp bù, cáp nàyđược mắc vào đáy cabin và đối trọng và sẽ cân bằng được trọng lượng cáp treo

1.4.7 Ngàm dẫn hướng (guốc dẫn hướng)

Ngàm dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động dọctheo ray dẫn hướng và khống chế độ dịch chuyển ngang của cabin và đối trọng tronggiếng thang không vượt quá giá trị cho phép Có hai loại ngàm dẫn hướng là: ngàmtrượt và ngàm con lăn

Ngàm trượt của các hãng thang máy khác nhau có kết cấu rất đa dạng Loại ngàmtrượt là loại má trượt có thể tự lựa trên bề mặt tiếp xúc với ray dẫn hướng với sai sốchế tạo cho phép do chế tạo và lắp đặt ray Má trượt lắp trong vỏ giữ và có thể xoaytrong vỏ giữ quanh trục thẳng đứng Hiện nay má trượt thường được làm bằng chấtdẻo tổng hợp có ưu điểm là không ồn, chịu mài mòn, có thể thay thế dễ dàng Vỏ giữađược lắp trong ống và có thể xoay quanh nằm ngang của ống Ngoài ra, nhờ tỳ lên lò

xo mà bạc trượt cùng vỏ có thể dịch chuyển ngang sang phải Độ nén cúa lò xo đượcđiều chỉnh nhờ đai ốc Đai ốc lắp trong ống dùng để điều chỉnh khe hở theo phươngngang giữa vỏ và ống

Ngàm con lăn: gồm ba con lăn lắp trên đế qua các tay đòn, chốt xoay và lò xo Conlăn được đặt và tiếp xúc với mặt đầu của ray còn các con lăn được đặt ở hai bên raydẫn hướng Hệ thống tay đòn , chốt xoay và lò xo tác động luôn ép con lăn lên bề mặtray và con lăn có thể dịch chuyển trong qua trình chuyển động do ray dẫn hướng có sai

số do chế tạo và lắp đặt Con lăn thường được lắp với ổ bi và có nắp che kín, mặt lăncủa con lăn có thể được bọc cao su hoặc chất dẻo

1.4.8 Bộ quá tốc và hệ thống an toàn

Hoạt động chung của hệ thống an toàn Ngày nay, một hệ thống an toàn điển hìnhbao gồm: một thiết bị phát hiện sự quá tốc gọi là governors, một cơ cấu kẹp phanh bảohiểm được gắn tại mỗi đầu của khung cabin và đối trọng có chức năng kẹp chặt raydẫn hướng khi bị tác động, một ròng rọc căng cáp nằm ở đáy hố thang, một sợi cápthép

a) Bộ quá tốc

Cáp của governor được nối với thiết bị kẹp khẩn cấp thông qua cơ cấu liên động

và đòn kéo Khi cáp nâng đứt hoặc thang đi quá tốc độ, governor sẽ kích hoạt một cơ

Chương 1: Tổng quan thang máy

cấu kẹp cáp, cáp này sẽ kéo đòn nâng và làm cho hệ thống an toàn làm việc Nhờ vào

ma sát của cơ cấu kẹp khẩn cấp vào ray, thang máy sẽ dừng lại một cách nhanh chóng

và an toàn

Hình 1.4 Sơ đồ bộ quá tốc

b) Phanh bảo hiểm

Giữ cabin tại chỗ khi bị đứt cáp, tốc độ di chuyển vượt quá 30% tốc độ định mức.Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: kiểu nêm - kiểu con lăn , kiểu lệchtâm, kiểu kìm

1.4.9 Cửa và hệ thống điều khiển cửa

a) Cửa dạng cánh

Gồm cửa một cánh, được sử dụng cho thang có sức chứa nhỏ và mật độ lưu thôngthấp Cửa một cánh cần một khoảng không gian lớn để mở cửa, việc đóng mở cửađược thực hiện bằng tay

b) Cửa dạng lùa

Cửa lùa ngang: gồm cửa lùa một bên (trái hoặc phải) có ưu điểm là khoảng mởcửa lớn, thích hợp cho thang bệnh viện hoặc thang chở hàng; cửa lùa hai bên cửa dạngnày có tính thẩm mỹ cao thích hợp cho văn phòng khách sạn

Cửa lùa thẳng đứng: cửa dạng này ít được sử dụng, chủ yếu được dùng trongthang chở hàng hạng nặng

c) Cơ cấu đóng mở cửa

15

Chương 1: Tổng quan thang máy

Tuỳ theo loại cửa mà có loại cơ cấu mở cửa thích hợp Cơ cấu mở cửa được gắntrên cabin vừa có chức năng mở cửa cabin vừa mở cửa tầng Nhìn chung cơ cấu mởcửa bao gồm: động cơ, cơ cấu liên động nối đến các cánh cửa, hộp điều khiển

d) Thiết bị bảo vệ cửa

Có một số thiết bị an toàn được gắn vào cửa và mạch điều khiển cửa Khi cửa mở,mạch điều khiển sẽ ngăn không cho cabin di chuyển khỏi vị trí tầng Ở hai mép cửa cógắn thiết bị an toàn cửa dùng để ngăn không cho cửa tiếp tục đóng, nếu có người hoặcvật gì đó ở ngưỡng cửa thì cửa sẽ lập tức dừng và đảo chiều

− Hệ truyền động dùng động cơ không đồng bộ

+ Điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp xung điện trở

+ Điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp tần số

Chương 1: Tổng quan thang máy

Hình 1.5 Sơ đồ điều khiển động cơ xoay chiều bằng biến tần

− Hệ truyền động máy phát- động cơ một chiều (F - Đ)

17

Chương 1: Tổng quan thang máy

Hình 1.7 Phanh hai má điện từ

1.5 Hệ thống điện của thang máy.

và hướng di chuyển của nó

1.5.3 Mạch tín hiệu.

Là hệ thống các đèn tín hiệu với các ký hiệu được chuẩn hóa nhằm báo hiệu cho

hành khách biết trạng thái của thang máy cũng như vị trí và hướng chuyển động của cabin

1.5.4 Mạch chiếu sáng và thông gió.

Là hệ thống đèn chiếu sáng và thông gió cho cabin, buồng máy và hố thang

1.5.5 Mạch an toàn.

Chương 1: Tổng quan thang máy

Là hệ thống các công tắc tơ, rơ le và tiếp điểm nhằm đảm bảo an toàn cho người, hàng và bản thân thang máy khi hoạt động Mạch an toàn có chức năng sau:

− Bảo vệ quá tải cho động cơ

− Hạn chế tải trọng cabin

− Hạn chế hành trình di chuyển của cabin và đối trọng

− Tự động mở cửa ra và đóng lại khi gặp chướng ngại vật trong quá trình đóng cửa

− Dừng thang máy hoặc không cho thang máy hoạt động khi xảy ra một trong cáctrường hợp sau: mất điện, mất pha, đứt cáp, cáp trùng quá mức cho phép, cửa cabinhoặc cửa tầng chưa đóng hẳn, quá tải trọng cho phép

1.5.6 Hệ thống cứu hộ.

Là hệ thống liên lạc từ trong cabin ra bên ngoài, nút báo cháy, chuông báo khẩn cấptrong trường hợp có sự cố

1.6 Các yêu cầu kỹ thuật

1.6.1 Yêu cầu công nghệ

Trong đồ án này chúng ta chỉ quan tâm đến thang máy chở người nên yêu cầu về công nghệ của thang máy trong trường hợp này rất chặt chẽ, bởi ngoài sự điều chỉnh

về kỹ thuật chính xác thì vấn đề an toàn và sự thoải mái của người sử dụng thang máy cũng phải được quan tâm

− Tốc độ: Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết đinh đến năng suất của thang máy và

có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng Đối với những nhà cao tầng, tối

ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v=3,5m/s) giảm thời gian quá độ di chuyển trungbình của thang máy đặt gần bằng tốc độ định mức Nhưng tốc độ tăng thì giá tiền cũngtăng theo

− Gia tốc: Gia tốc lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, ngạt thở )thường là a ≤ 2m/s2 Độ giật là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng của gia tốc khi mởmáy và độ giảm của gia tốc hãm Độ giật có ảnh hưởng lớn tới độ êm dịu của cabin độgiật cần ρ

≤ 20m/s3 Với tốc độc chọn 1,5m/s , ta chọn gia tốc 1,5m/s2 và độ giật ρ

=15 m/s3

19

Chương 1: Tổng quan thang máy

1.6.2 Dừng chính xác cabin

Khi ấn nút dừng, (hay gặp lệnh dừng trong mạch điều khiển) là một trong những

yêu cầu quan trọng trong yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang máy Nếu buồng thang

dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau: đối với thang máy chở khách sẽ

làm cho hành khách ra vào khó khăn.

Để khắc phục hậu quả đó có thể ấn nhắp nút bấm để đạt được 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 cabin, cần đến tính một nửa hiệu số của hai quảng đường trượt khi phanh cabin đầy tải và phanh cabin không tải theo cùng một hướng di chuyển.Quá trình hãm cabin xảy ra như sau: Khi cabin đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyểnđổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng cabin Trong quãng thời gian ∆t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), cabin đi được quãng đường là:

, [m] (1-2)Trong đó : m –Khối lượng các phần chuyển động của cabin, [kg]

2 2

, [m] (1-3)

Chương 1: Tổng quan thang máy

Trong đó: J là moomen quán tính của cabin, [kgm2]

2 0 0

ph c

DJ

S2 – Quãng đường trượt lớn nhất của cabin khi phanh

21

Chương 1: Tổng quan thang máy

Hình 1.8 Dừng chính xác buồng thangBảng 1.1 Các tham số của hệ truyền động với tốc độ không chính xác khi dừng ∆s

Hệ truyền động điện Dải điều

chỉnh (ω)

Tốc độ [m/s]

Gia tốc[m/s]

ΔS [mm]Động cơ KĐB lồng sóc 1 cấp độ 1:1 0,8 1,5 ± 120 ÷ 150

Động cơ KĐB lồng sóc 2 cấp độ 1:4 0,5 1,5 ± 10 ÷ 15

Động cơ KĐB lồng sóc 2 cấp độ 1:4 1 1,5 ± 25 ÷ 35

Hệ I - Đ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2 ± 5 ÷ 10

1.6.3 Các yêu cầu hệ truyền động dùng trong thang máy

Khi thiết kế, tính chọn hệ truyền động cho thang máy phải dựa trên các yêu cầu chính sau :

− Độ dừng chính xác của cabin

− Tốc độ di chuyển của cabin

− Trị số gia tốc lớn nhất cho phép

− Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu

− Đơn giản trong vận hành, làm việc tin cậy, thiết bị bền vững, hiệu suất cao

− Vốn đầu tư thích hợp với loại nhà sử dụng, chi phí bảo dưỡng và vận hành nhỏ

Chương 1: Tổng quan thang máy

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang di chuyển êm Cabin di chuyển êm hay không, phụ thuộc chủ yếu vào trị số gia tốc của cabin khi mở máy và hãm dừng Những tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là: Tốc độ di chuyển cabin v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ giật ρ

[m/s3]

Hình 1.9 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ v, gia tốc

a và độ giật ρ

theo thời gian

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy với tốc độ trung bình và tốc độ cao đượcbiểu diễn trên hình 1.9 Biểu đồ này có thể phân thành 5 giai đoạn theo tính chất thayđổi tốc độ di chuyển buồng thang : Tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định, hãmxuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối ưu (hình 1.9) sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều hoặc dùng

hệ biến tần - động cơ xoay chiều Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp độ, biểu đồ làm việc đạt gần với biểu đồ tối ưu như hình 1.9

Đối với thang máy tốc độ chậm, biểu đồ làm việc có 3 giai đoạn: Thời gian tăng tốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng

23

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Chương 2 TRANG BỊ ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA

2.1 Đặc điểm truyền động thang máy

− Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy là loại động cơ có điều chỉnh tốc

độ và có đảo chiều quay

− Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

− Thang máy chuyển động nhanh, dừng êm và chính xác

2.2 Trang thiết bị cho hệ thống điều khiển

2.2.1 Bộ điều khiển

Bộ điều khiển cho thang máy dùng bộ điều khiển khả trình PLC Bộ điều

khiển khả trình này là bộ điều khiển trung tâm cùng với các bộ vi điềukhiển chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu ở các tầng

Thang máy được thiết kế với hệ thống nút bấm ở ngoài cửa tầng và ở trongbuồng thang máy

2.2.2 Hệ thống cảm biến

Để có thể điều khiển được hệ thống thang máy thông thường, ta cần phải sử

dụng các cảm biến để đo và xác định được các thông số chính xác như sau:

− Cảm biến vị trí để xác định vị trí buống thang trong quá trình chuyển động

− Cảm biến trọng lượng để chống quá tải thang máy

− Cảm biến để xác định có người ra vào thang máy hay không

Một số loại cảm biến thông dụng như:

− Cảm biến quang điện

− Cảm biến điện dung

− Cảm biến điện từ

24

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

− Cảm biến từ

a)Cảm biến quang điện E3F3:

Hình 2.1 Cảm biến quang điện E3F3

Cảm biến quang điện hình trụ có sẵn bộ khuếch đại, giá thành thấp, chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC

+ Công nghệ Photo-IC tăng mức chống nhiễu

+ Hình trụ cỡ M18 DIN, vỏ nhựa ABS

25

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

26

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

2.3 Trang bị điện cho thang máy

2.3.1 Vị trí lắp đặt cảm biến và nút bấm

Puly

104 0V C¸p treo

§èi träng

005

007 107

006 106

105

004 0V

103 0V 003 0V

102 0V 002 0V

101 0V 001 0V 0V

0V

d e g

a

c

005 007 006 105 100 000

Hình 2.3 Bố trí cảm biến và nút bấm

27

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Bảng 2.1 Địa chỉ, ký hiệu đầu vào của PLC trong mô hình

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Bảng 2.2 Địa chỉ, ký hiệu đầu ra của PLC trong mô hình

ST

2.3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch lực lên xuống, đóng mở cửa

12V 5V 0V Nguån mét chiÒu

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

2.3.3 Động cơ mở cửa buồng thang và cửa tầng

Động cơ đóng cửa buồng thang là loại động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnhcửu điện áp 12VDC, công suất 4W Động cơ trên được gắn vào cửa cabin Mỗi khi cótín hiệu, điện áp được cấp cho động cơ chạy theo chiều RM làm việc Và muốn đảochiều động cơ ta đảo chiều dòng điện RĐ làm việc

2.3.4 Động cơ nâng hạ buồng thang

Động cơ nâng hạ buồng thang được đặt bên trong buồng thang trên nóc thang máy

là loại động cơ một chiều điện áp điều khiển 12V DC, công suất 4W Mỗi khi cấpđiện cho động cơ, động cơ quay theo một chiều nhất định Để đảo chiều động cơ tađảo chiều điện áp cấp cho động cơ

Khi lên xuống chuần bị đến cửa tầng Rơ-le giảm tốc sẽ tác động , động cơ giảm từtốc độ cao xuống tốc độ thấp Khi đến cửa tầng cảm biến tác động Khi động cơ chạyvới tốc độ cao ta đưa điện áp 12V vào điều khiển động cơ Để giảm tốc độ động cơkhi sắp dừng hay khởi động , ta cắt nguồn 12V và đưa vào nguồn 5V

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Đây là IC giải mã từ BCD sang LED 7 thanh với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra với chức năng của từng chân như sau:

− Chân 1, 2, 6, 7: chân dữ liệu BCD vào

− Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: các chân ra tác động mức thấp và được nối với LED 7 thanh

− Chân 8: chân nối GRD

− Chân 16: chân nối Vcc

− Chân 4: chân BI/RBO Nếu đếm BCD từ 0-15 thì trạng thái chân này ở mức 1

− Chân 5: chân RBI Nếu đếm BCD từ 0-15 thì trạng thái chân này ở mức 1

− Chân 3: chân LT Nếu đếm BCD từ 0-15 thì trạng thái chân này ở mức 1

Bảng 2.3 Bảng chân lý các giá trị IO của IC 74LS47

Trong bảng 2.3: H: mức điện áp cao

31

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

L: mức điện áp thấp

X: không xác định

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng trên, trong đó với các ngõ ra 1 là tắt và

0 là sáng Nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn led sáng hay tắt tùy vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là 0 hay 1 Do đó ta phải dùng led anot chung

Mô hình ta thực hiện là mô hình thang máy chở người có bốn tầng nên chỉ cần dùng

ba đầu vào BCD là A0, A1, A2 tương ứng với các chân 1, 2, 7

b) Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị số

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị số

2.4 Động cơ điện một chiều

2.4.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều là loại thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng vớinguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Động cơ điện một chiều được chia thành hai phần chính là phần tĩnh (stato) và phầnquay (roto)

32

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Hình 2.7 Động cơ điện một chiều

a) Phần tĩnh hay stato.

Hình 2.8 Nắp máy và stato động cơ điện một chiều

Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau:

− Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt từ và dây quấn cực

từ chính Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bu-lông Dây quấn kích từđược quấn bằng dây đồng bọc cách điện Các dây quấn kích thích đặt trên cáccực từ chính thường được nối tiếp nhau

− Cực từ phụ: Dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làmbằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống nhưdây quấn cực từ chính Cực từ phụ cũng được gắn vào vỏ máy nhờ những bu-lông

− Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trongđộng cơ điện lớn thường dùng thép đúc Có thể dùng ngang làn vỏ máy trongđộng cơ điện nhỏ

33

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

− Các bộ phận khác:

• Nắp động cơ: Để che chắn các vật ngoài rơi vào máy và làm giá đỡ ổ bi

• Cơ cấu chổi than: Hộp chổi than và chổi than được cố định lắp trên máy

b) Phần quay hay roto.

Hình 2.9 Roto động cơ điện một chiều

Phần quay gồm có những bộ phận sau:

− Lõi thép phần ứng: Có nhiệm vụ để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kýthuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi épchặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hìnhdạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào Trong những động cơ cỡ trungtrở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió dọc trục

− Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong động

cơ điện nhỏ (công suất dưới vài kW) thường dùng dây có tiết diện tròn Trongđộng cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấnđược cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

− Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp cónhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến1,2mm Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại với nhau.Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấnvào các phiến góp được dễ dàng

− Các bộ phận khác: Cánh quạt, trục động cơ

34

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Hình 2.10 Cấu tạo cổ góp

2.4.2 Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều.

− Phân loại động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện, người ta phân loại theo cách kích

từ động cơ Theo đó ta có bốn loại động cơ điện một chiều thường sử dụng, đó là: +) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cungcấp từ hai nguồn riêng rẽ

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc songsong với phần ứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếpvới phần ứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng

35

Chương 2 Trang bị điện tự động húa

Kích từ độc lập Kích từ song song

Kích từ nối tiếp Kích từ hỗn hợp

Hỡnh 2.11 Sơ đồ nguyờn lý động cơ điện một chiều

− Ưu điểm của động cơ điện một chiều:

+) Cú thể dựng làm động cơ điện hay mỏy phỏt điện trong những điều kiện làmviệc khỏc nhau

+) Cú khả năng điều chỉnh tốc độ và khả năng quỏ tải Nếu như bản thõn động cơkhụng đồng bộ khụng thể đỏp ứng được hoặc nếu đỏp ứng được thỡ chi phớ cỏc thiết

bị biến đổi đi kốm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thỡ động cơ điện một chiều khụngnhững cú thể điều chỉnh rộng và chớnh xỏc mà cấu trỳc mạch lực mạch điều khiểnđơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

− Nhược điểm của động cơ điện một chiều:

+) Cú hệ thống cổ gúp – chổi than nờn vận hành kộm tin cậy và khụng an toàn trong cỏc mụi trường rung chấn, dễ chỏy nổ

+) Thường xuyờn phải bảo trỡ bảo dưỡng mỏy

36

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

2.4.3 Các trị số định mức

Đối với máy điện một chiều các trị số định mức bao gồm:

− Công suất định mức: ñm

P( KW)

− Điện áp định mức: ñm

U(V)

− Dòng điện định mức: ñm

I(A)

− Điện áp định mức: kt

U(V)

− Dòng điện kích từ: Ikt

(A)

− Tốc độ định mức: ñm

n(vòng/phút)

2.4.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi đặt điện áp một chiều U vào hai đầu chổi than A và B, trong dây quấn phần ứngsinh dòng điện Iö

Các thanh dẫn ab và cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịulực ñt

F

tác dụng làm cho rotor quay, khi phần ứng quay nửa vòng vị trí các thanh dẫn

ab và cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều, dòng điện giữ cho chiều lựcđiện từ tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi Khi động cơquay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ xuất hiện cảm ứng sức điện dộng ö

E chiều quayxác định theo quy tắc bàn tay trái

37

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

∆

∆ =

∆

lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

nhỏ ( đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng

đặc tính cơ cứng tuyệt đối

Khi động cơ làm việc, roto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộncảm nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược với

38

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

điện áp đặt vào phần ứng động cơ Theo sơ đồ nguyên lý trên hình 2.12, có thể viếtphương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (roto) như sau:

= + +

(2.1) Trong đó: ö

U: Điện áp phần ứng, [V]

ö

E: Sức điện động phần ứng, [V]

Rö

: Điện trở mạch phần ứng, [Ω]

ö

I: Dòng điện của mạch phần ứng, [A]

p

R: Điện trở phụ trong mạch phần ứng, [Ω]

Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của roto:

= θ ωπ

N là số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng

a là số mạch nhánh song song của cuộn ứng

e

K

39

Chương 2 Trang bị điện tự động hóa

Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, roto quay dướitác dụng của momen quay:

MK.θ

.n (2.4)

Từ hai hệ phương trình (2.1) và (2.2) ta có thể rút được phương trình đặc tính cơđiện biểu thị mối quan hệ ω = f (I) của hệ động cơ điện một chiều kích từ song songnhư sau:

Tốc độ ω0

được gọi là tốc độ không tải lý tưởng khi không cólực cản nào cả Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đặt được ở chế độđộng cơ vì không bao giờ xảy ra trường hợpMc =0

40