Đồ án Ứng dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng

Em đã lựa chọn đề tài : “ ứng dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng ” Sau 3 tháng liên tục đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo hớng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, oà cùng

Lời nói đầu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm

vị trí quan trọng trong đời sống xã hội Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lợng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lợng sản phẩm, cải tiến môi trờng làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con ngời.…

Là một sinh viên nghành điện tự động hóa ngay từ khi ngồi trên ghế nhà trờng mỗi sinh viên chúng em đã đ-

ợc các thầy cô trang bị cho những t duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa điện năng và hệ thống truyền

động điện tự động.

Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiêt bị hiện đại đang đợc ứng dụng trong ngành tự động hoá Do đó trong giai

đoạn làm đồ án tốt nghiệp, đợc sự đồng ý và giúp đỡ

của thầy giáo hớng dẫn Em đã lựa chọn đề tài : “ ứng

dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng ”

Sau 3 tháng liên tục đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo hớng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, oà cùng với sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay bản thiết kế của em đã hoàn thành

Qua đây em muốn gửi lời cám ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ hớng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này Đồng thời em muốn gửi lời cám

ơn sâu sắc tới thầy giáo T.S Trần Xuân Minh, ngời đã trực tiếp ra đề tài và hớng dẫn em trong suốt thời gian qua.

Mặc dù đợc sự chỉ đạo sát sao của thầy hớng dẫn, hết sức nỗ lực cố gắng Song vì kiến thức còn hạn chế,

điều kiện tiếp xúc thực tế cha nhiều Nên bản thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Vậy em mong tiếp tục đợc sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý trân thành của các bạn.

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ngời,hàng hoá, vật liệu.v.v theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêngmột góc nhỏ hơn 150 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến

đã định sẵn Thang máy thờng đợc dùng trong các khách sạn,công sở, chung c, bệnh viện, trong các nhà máy, v.v

Nó có u điểm so với các phơng tiện vận chuyển khác là thờigian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn.Ngoài ra thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng sựhiện đại tiện nghi của công trình

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6tầng trở lên đều phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho

ngời đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao

động Đối với những công trình nh bệnh viện, nhà máy, kháchsạn v.v tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải

đợc trang bị thang máy

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toànnghiêm ngặt, bởi nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạngcon ngời nên nó phải thỏa mãn yêu cầu về an toàn đợc quy địnhtrong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy

Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thangmáy ra đời nh: OTIS; Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã đợcchế tạo và đa vào sử dụng của hãng OTIS (Mỹ) năm 1853 Đếnnăm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạothành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ cómột tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằngtay, tốc độ di chuyển của cabin thấp

Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời nhKONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPON, ELEVATOR, (Nhật Bản),THYSEN (Đức), SABIEM (ý) đã chế tạo các loại thang máy có tốc

độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn

Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc

độ 7.5 m/s, những thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn

đồng thời cũng trong khoảng thời gian này cũng có các thangmáy thuỷ lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến

bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới10m/s Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển

động cơ mới bằng phơng pháp biến đổi điện áp và tần số(inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êmhơn, tiết kiệm đợc khoảng 40% công suất động cơ

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo nhữngthang máy có tốc độ đạt tới 12.5 m/s và các thang máy có cáctính năng kỹ thuật khác.

Nh đã trình bày ở trên, trớc đây thang máy ở Việt Nam đều

do Liên Xô cũ và một số nớc Đông Âu cung cấp Chúng đợc sử dụng

để vận chuyển trong công nghiệp và chở ngời trong các nhà caotầng Tuy nhiên số lợng còn rất khiêm tốn Trong những năm gần

đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy

đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo haihớng là:

+Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nớc ngoài, thiết bị hoạt

động tốt, tin cậy nhng với giá thành rất cao

+Trong nớc tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơkhí đơn giản khác

Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nớc đã giớithiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt Nam nh : OTIS (HoaKỳ), NIPPON, MISUBISHI (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc) Vềcông nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ởhai dạng:

-Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọngthông thờng

-Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điệnhiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiểnvô cấp tốc độ động cơ điện

1.1.3 Phân loại thang máy

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

1.1.3.1 Theo công dụng thang máy đợc phân thành 5

loại

1, Thang máy chuyên chở ngời: Loại này chuyên vận chuyểnhành khách trong các khách sạn, công sở, các khu chung c, trờnghọc, tháp truyền hình.v.v

2, Thang máy chuyên chở ngời có tính đến hàng đi kèm: Loạinày thờng dùng cho các siêu thị, khu triển lãm.v.v

3, Loại máy chuyên chở bệnh nhân: Loại này chuyên dùng chocác bệnh viện, các khu điều dỡng Đặc điểm của nó là kích th-

ớc cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giờng củabệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấpcứu đi kèm Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêuchuẩn kích thớc và tải trọng cho loại thang máy này

4, Thang máy chuyên chở hàng có ngời đi kèm: Loại thờng dùngcho các nhà máy, công xởng, kho, thang máy dùng cho nhân viênkhách sạn v.v chủ yếu để chở hàng nhng có ngời đi kèm đểphục vụ

5, Thang máy chuyên chở hàng không có ngời đi kèm: Loạichuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăntập thể v.v Đặc điểm của loại này chỉ có điều khiển ngoàicabin (trớc các cửa tầng) Còn các loại thang máy khác nêu ở trênvừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngoài cabin

Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng khác nh: thangmáy cứu hoả, chở ôtô v.v

1.1.3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin

1, Thang máy dẫn động điện: Loại này dẫn động cabin lênxuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly masát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin đợc treo bằng cáp màhành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn cóloại thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh

răng (Chuyên dùng để chở ngời phục vụ xây dựng các công trìnhcao tầng ).

2, Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông): Đặc điểm củaloại này là cabin đợc đẩy từ dới lên nhờ xylanh - pittông thuỷ lựcnên hành trình bị hạn chế vì vậy không thể trang bị cho cáccông trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếngthang so với dẫn động cáp có cùng tải trọng

2, Theo khối lợng vận chuyển của cabin:

+ Loại nhỏ: Q < 500 kg

+ Loại trung bình: Q = 500 1000 kg

+ Loại lớn: Q = 1000  1600 kg

+ Loại rất lớn: Q >1600 kg

1.1.3.4 Theo vị trí đặt bộ tời kéo

Đối với thang máy điện:

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt dới giếng thang

1.1.3.5 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

1, Thang máy thẳng đứng

2, Thang máy nghiêng

1.1.4 Kết cấu của thang máy

Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trênhình 1-4

Hố giếng của thang máy là khoảng không gian từ mặt bằngsàn tầng 1 cho đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2mét thì phải làm thêm cửa ra vào Để nâng - hạ buồng thang,ngời ta dùng động cơ Động cơ đợc nối trực tiếp với cơ cấu nânghoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy đợcnâng qua puli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp

và động cơ có nắp hộp giảm tốc với tỷ số truyền i = 18  120.Cabin đợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (thờng dùng 1

đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn đợc giữ theo phơng thẳng

đứng nhờ có ray dẫn hớng và những con trợt dẫn hớng (con trợt làloại puli trợt có bọc cao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theochiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hớng

H×nh 1-4: KÕt cÊu c¬ khÝ cña thang m¸y

1.1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy

1.1.5.1 Cabin

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy,

nó sẽ là nơi chứa hàng, chở ngời đến các tầng, do đó phải đảmbảo các yêu cầu đề ra về kích thớc, hình dáng, thẩm mỹ và cáctiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựatrên đờng trợt, là hệ thống hai dây dẫn hớng nằm trong mặtphẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ, chính xác khôngrung giật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo chocabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống, có tải haykhông có tải ngời ta sử dụng một đối trọng có chuyển động tịnhtiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống nh cabin nhngchuyển động ngợc chiều với cabin do cáp đợc vắt qua puli kéo

Do trọng lợng của cabin và trọng lợng của đối trọng đã đợc tínhtoán tỷ lệ và kỹ lỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũngkhông xảy ra hiện tợng trợt trên pulicabin, hộp giảm tốc đối trọngtạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phầnkhác điều chỉnh đó là động cơ

1.1.5.2 Động cơ

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy địnhlàm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ đợc sử dụng trongthang máy là động cơ 3 pha rôto 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, mômen động cơ theo một dải nào đócho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của ngời đi thangmáy Động cơ là một phần tử quan trọng đợc điều chỉnh phù hợpvới yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.1.5.3 Phanh

Phanh hãm điện từ: là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụgiữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng hoặc khi có sự cốxảy ra khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tangphanh gắn đồng trục với trục động cơ, cũng có thể chúng đợc

bố trí trên ca bin khi đó má phanh sẽ ép vào thanh dẫn hớng Hoạt

động đóng mở của phanh đợc phối hợp nhịp nhàng với quá trìnhlàm việc của động cơ

Phanh bảo hiểm: Chức năng của phanh bảo hiểm là hạn chếtốc độ di chuyển của buồng thang vợt quá giới hạn cho phép vàgiữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn h-ớng trong trờng hợp bị đứt cáp treo

1.1.5.4 Cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển độngkhông tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn khôngcho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì Cửa tầng để che chắn bảo vệtoàn bộ giếng thang và các thiết bị trong đó Cửa cabin và cửatầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời Cửa cabin

và cửa tầng khi hoạt động phải theo một quy luật nhất định sẽ

đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập Nếukhông may một vật gì đó hay ngời kẹp giữa cửa tầng đang

đóng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa cógắn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm

1.1.5.5 Động cơ cửa

Động cơ cửa gồm có động cơ cửa cabin và động cơ cửa tầng,khi làm việc phải êm không gây tiếng ồn Loại động cơ này th-ờng là động cơ một chiều không chổi than ( động cơ servo 1chiều) Để điều khiển đợc loại động cơ này cần có bộ Driver th-ờng đi kèm với từng loại động cơ

1.1.5.6 Các thiết bị phụ khác

Quạt gió, chuông liên lạc, các chỉ thị số báo tầng,… đợc lắp

đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịukhi đi thang máy Trong các thang máy trở ngời, tời dẫn động th-ờng đợc đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động trongcabin và đối trọng Đối với thang máy có chiều cao nâng lớn trọnglợng cáp nâng tơng đối lớn nên trong sơ đồ động ngời ta treothêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dới cabin hoặc đốitrọng Puly ma sát có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dới và rãnh hìnhthang Mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp th-ờng từ ba đến năm rãnh Đối trọng là bộ phận cân bằng, đối vớithang máy có chiều cao không lớn ngời ta thờng chọn đối trọngsao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng lợng ca bin và mộtphần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lợng cáp nâng, cáp điện vàkhông dùng cáp cân bằng Việc chọn các thông số cơ bản của hệthống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lớnnhất và chọn cáp tính công suất động cơ và khả năng kéo củapuly ma sát

1.1.5.7 Cảm biến vị trí

Trongthang máy cảm biến vị trí dùng để:

-Xác định vị trí của buồng thang

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ caosang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng,

để nâng cao độ dừng chính xác của buồng thang

3 - Tiếp điểm động

4 - Cần gạt

5 - Vòng đệm cao su

Hình 1-5: Cảm biến vị trí kiểu cơ khíCảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí Khibuồng thang di chuyển đi lên, dới tác dụng của vấu gạt (lắp ở mỗitầng) sẽ gạt tay gạt sang bên phải cặp tiếp điểm (2) bên trái kín,khi buồng thang di chuyển theo chiều đi xuống, vị trí tay gạt ởbên trái cặp tiếp điểm (2) ở bên phải kín, khi buồng thang dừngtại đó thì vị trí tay gạt ở giữa lúc này cả hai cặp tiếp điểm

đều hở

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí, có

u điểm là kết cấu đơn giản, thực hiện đủ ba chức năng của bộphận cảm biến vị trí Nhng khi làm việc thì gây tiếng ồn lớn,gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến, tuổi thọ làm việc khôngcao, đặc biệt là đối với thang máy tốc độ cao

Hình 1-6 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứngNếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ

đợc 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 cảmbiến chỉ thị vị trí buồng thang

3, Cảm biến quang

+V

Oscillator

Amplifier demodulator detector and switching circuits

Hình 1-7 Cảm biến quang

Cảm biến quang gồm nguồn phát quang và bộ thu quang,nguồn phát sử dụng LED hoặc LASER (thờng dùng điôt phát

quang), bộ thu sử dụng Transistor quang Để nâng cao độ tin cậycủa bộ cảm biến không bị ảnh hởng độ sáng của môi trờng th-ờng dùng phần tử phát quang và thu quang hồng ngoại Dùng mạchdao động để phát xa và tránh ảnh hởng của nhiễu Khi có vật điqua giữa bộ phát và bộ thu, bộ thu sẽ thay đổi trạng thái đầu ra.

4, Cảm biến điện dung

Object

Electricfield

Detector

LoadswitchingElectrode

+V

Hình 1-8 Cảm biến điện dungCông thức tính điện dung: C=A.K/D, cảm biến sẽ phát hiệnvật đến gần vì vật này làm thay đổi điện môi giữa 2 bản cực

đến giá trị đặt trớc Cảm biến có thể phát hiện vật đến gầncách vài cm

5, Cảm biến điện cảm

Metal

+VInductive coil

Oscillatorand leveddetector

Outputswitching

Hình 1-9 Cảm biến điện cảmDựa vào từ trờng cảm ứng để nhận biết vật kim loại đến gần,dòng điện cảm ứng trong vật kim loại sẽ tạo từ trờng ngợc với từ tr-

ờng ban đầu làm thay đổi cảmkháng cuộn dây Cảm biến này

có thể nhận biết bất kì kim loại nào

6, Phần tử HALL

Phần tử HALL là một chất bán dẫn Nếu dòng điện B+ đợccung cấp một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trờng đợc

đa vào thẳng góc với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ

đợc phát sinh thẳng góc với chiều dòng điện

1.2 Các yêu cầu đối với thang máy

1.2.1 Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở ngời, chở hàng từ

độ cao này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề

an toàn đợc đặt lên hàng đầu Để đảm cho sự hoạt động antoàn của thang máy, ngời ta bố trí một loạt các thiết bị giám sáthoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phảiphối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo

vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thìcũng cấp điện luôn cho phanh hãm, làm nhả các má phanh kẹpvào ray dẫn hớng Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động

đợc Khi mất điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đờng raygiữ cho buồng thang không rơi

1.2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy

1, Phanh bảo hiểm

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

điện và khi tốc độ vợt quá (20  40)% tốc độ định mức

Phanh bảo hiểm thờng đợc chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảohiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảohiểm kiểu kìm

Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm đợc dử dụngrộng rãi hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn Kếtcấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm đợc biểu diễn trên hình 1-12

Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang, gọngkìm 2 trợt theo thanh hớng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang

bình thờng Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắnvới hệ truyển động bánh vít - trục vít 4 Hệ truyền động trụcvít có hai loại ren : ren phải và ren trái.

Hình 1-12: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bịthêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển củabuồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay

và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hớng và hạn chếtốc độ của buồng thang

Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay đợc là nhờ chuyển

động của cáp qua ròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hớngcho cáp trờng hợp cáp bị đứt hay bị trợt thì vận tốc Cabin tănglên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng vớiCabin Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng

3 đập vào cam 4 Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làmcho động cơ dừng lại Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp

Hình 1-13: Nguyên

lý làm việc của bộ hạnchế tốc độ

chặt cáp lại Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéothanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làmviệc.

Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi

là tốc độ nhả Theo kinh nghiệm tốc nhả thờng bằng 1/4 lần tốc

độ vận hành bình thờng của thang

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh ngời ta còn đặt các tínhiệu bảo vệ và hệ thống báo sự cố Mục đích là để đảm bảo

an toàn cho thang máy và giúp ngời kỹ s bảo dỡng thấy đợc thiết

bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần đợc kiểm tra trớc khithang đợc tiếp tục đa vào hoạt động

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không

đợc vợt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dới

Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọichuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuốngdới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên Để thực hiện

điều này ngời ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động

ở đỉnh và đáy thang Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và

độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới

đỉnh hoặc xuống đáy

Để dừng thang trong những trờng hợp đặc biệt, ngời ta bố trícác nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang, để buồng thangkhông bị va đập mạnh ngời ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng

lò xo hay dầu đặt ở đáy thang

Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ đợc thực hiện tạitầng nơi buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chínhxác

Khi có ngời trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự độngphải có tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin

1.2.2 Dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so vớimặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng Nếu buồngthang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tợng sau :

- Đối với thang máy chở khách: làm cho hành khách ra, vào khókhăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năngxuất

- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp

và bốc dỡ hàng Trong một số trờng hợp có thể không thực hiện

đợc việc xếp và bốc dỡ hàng

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

đợc độ chính xác khi dừng, nhng sẽ dẫn đến các vấn đề khôngmong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lợng

- 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 đờng trợt khi phanh buồng thang đầy tải vàphanh buồng thang không tải theo cùng một hớng di chuyển Cácyếu tố ảnh hởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm:mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc

ợc quãng đờng là :

S' =v0 t , [m] (2-1)

S'' cũng có thể viết dới dạng sau:

thang Dừng

Mức đặt cảm biến dòng

, [m] (2-3)

Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển

động của buồng thang, [kgm2]

đờng trợt khi phanh đầy tải và không tải

Bảng 1-1

Hệ truyền động điện

Phạmvi

điềuchỉnhtốc

độ

Tốc

độdichuyển

[m/s]

Gia tốc[m/s2]

Độ không chính xáckhi dừng[mm]

S1 - quãng đờng trợt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đờng trợt lớn nhất của buồng thang khi phanh

Bảng 1-1 đa ra các tham số của các hệ truyền động với độkhông chính xác khi dừng s

1.2.3 ảnh hởng của tốc độ, gia tốc và độ giật

đối với hệ truyền động thang máy

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền độngthang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm.Việc buồng thang chuyển động êm hay không lại phụ thuộc vàogia tốc khi mở máy và hãm máy Các tham số chính đặc trng chochế độ là việc của thang máy là: tốc độ di chuyển v[m/s], giatốc a [m/s2] và độ giật [m/s3]

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất củathang máy, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối vớicác nhà cao tầng

Đối với các nhà cao tầng, tối u nhất là dùng thang máy cao tốc (v

= 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trungbình của buồng thang đặt gần bằng tốc độ định mức Nhngviệc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy Nếutăng 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 chọnthang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối u.

Bảng 1-2

Xoay chiều

Biểu đồ làm việc tối u của thang máy tốc độ trung bình vàtốc độ cao biểu diễn trên hình 1-15

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay

đổi tốc độ của buồng thang: mở máy, chế độ ổn định, hãmxuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

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 tốiu

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mởmáy chế độ ổn định và hãm dừng

Đ ến tầng Hã mdừng

Hã m xuống tốc độ thấp

a

v S

2.1 Các hệ truyền động điện thang máy

2.1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động

điện thang máy

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựachọn một hệ truyền động, loại động cơ phải dựa trên các yêucầu sau:

- Độ chính xác khi dừng

- Tốc độ di chuyển buồng thang

- Gia tốc lớn nhất cho phép

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Thang máy thờng đợc lắp đặt trong môi trờng khá là khắcnghiệt Phòng máy thờng đợc đặt ở thờng đợc đặt tại đỉnhcủa toà nhà vì vậy máy nhiệt độ của phòng máy thờng cao Chế

độ làm việc của động cơ là ngắn hạn lặp lại với tần số đóngcắt điện lớn, mở máy, hãm dừng liên tục

2.1.2 Các hệ truyền động cho thang máy

2.1.2.1 Hệ thống máy phát động cơ

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máyphát động cơ(F-Đ)

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch

đại trung gian thờng dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này

đảm bảo biểu đồ chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác

khi dừng tới  (510) mm Nhợc điểm của hệ này là công suất

đặt lớn gấp 3  4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vậnhành và sửa chữa

2.1.2.2 Hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều(BBĐ- Đ)

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi

tĩnh-động cơ một chiều

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực

điện tử công suất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộbiến đổi tĩnh nh: bộ biến đổi van, bộ biến đổi van khuếch

đại từ, bộ biến đổi xung điện áp đã đợc áp dụng khá rộng rãitrong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s

Hệ thống BBĐ - Đ là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến

đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điệnmột chiều cung cấp cho động cơ Đ Ưu điểm của hệ thống là làmviệc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lợng dải điều chỉnh tốc độ

có thể đáp ứng đợc với yêu cầu của các thang máy cao tốc Tuynhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhợc điểm nh: động cơ

một chiều là thiết bị cần phải đợc bảo dỡng thờng xuyên nên cóthể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sửdụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiểnthyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khicần sửa chữa, bảo dỡng vv

2.1.2.3 Hệ thống bộ biến tần- động cơ không đồng bộ

Các hệ thống sử dụng biến tần cho chất lợng khá tốt, thay đổilại linh động, đây là thiết bị đang đợc sử dụng rất nhiều, vàcũng sẽ đợc sử dụng trong đồ án này Tuy nhiên việc sử dụngcũng rất khó khăn đòi hỏi ngời sử dụng phải rất dành về thiết bị,

sử dụng nhiều thiết bị điện tử, việc vận hành, sửa chữa yêu cầucao

Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không

đồng bộ

2.1.2.4 Hệ thống dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ

Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng

bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn đợc dùng khá phổ biến trongtrang bị điện - điện tử thang máy và máy nâng Hệ truyền

động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thờng dùng cho

thang máy chở hàng tốc độ chậm Hệ truyền động động cơkhông đồng bộ rôto dây quấn thờng dùng cho các máy nâng cótrọng tải lớn (công suất động cơ truyền động có thể tới 200KW)nhằm hạn chế dòng khởi động để không làm ảnh hởng đếnnguồn điện cung cấp.

Trong các thang máy tốc độ thấp và chất lợng truyền động cóyêu cầu không cao lắm, ngời ta thờng sử dụng các hệ truyền

động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ

-Hệ truyền động này có u điểm là đơn giản dẫn đến giáthành hạ, dễ dàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lạikhông thể đáp ứng đợc về mặt chất lợng đối với các thang máy

có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật

2.1.3 Chọn hệ thống truyền động cho thang máy

Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào số tầngphục vụ, mà chọn hệ thống truyền động tối u sao cho thoả mãnmột cách hài hoà nhất giữa chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Đối vớicác nhà cao 7 tầng thờng chọn hệ thống truyền động điện sửdụng biến tần - động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc, hệ thốngnày đang đợc ứng dụng rất nhiều trong thực tế và có sự u việthơn các hệ thống khác nh: có độ chính xác cao, linh hoạt tronglắp đặt và sửa chữa, đồng thời tiết kiệm điện năng Việc thay

đổi tốc độ thực chất là thay đổi tần số của nguồn cấp cho

động cơ, nhờ bộ biến tần Sao cho đạt đợc tỉ lệ: Vmin / Vmax

=1/4 Để đảm bảo thang máy có tốc độ hợp lý thì giữa độngcơ kéo và puly có thêm hộp giảm tốc

Với yêu cầu công nghệ này thì ta có các thông số sau:

- Vận tốc di chuyển ổn định của buồng thang:  = 1m/s;

- Gia tốc cực đại: a= 1,5 m/s2;

- Độ không chính xác khi dừng: l = 20 25 mm

Để đảm bảo dừng chính xác thì trớc khi buồng thang đi tớisàn tầng cần dừng, động cơ chính phải chuyển về tốc độ thấp

và khi buồng thang đến ngang sàn tầng thì động cơ chính đợccắt ra khỏi lới và thực hiện hãm động năng, đồng thời phanh tác

động

2.1.4 Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy

Để tính chọn đợc công suất động cơ truyền động thang máycần có các điều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

G - Khối lợng hàng, [kg]

v - Tốc độ nâng , [m/s]

g - Gia tốc trọng trờng, [m/s2]

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

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

, [KW] (1-13)

Và khi hạ tải:

, [KW] (1-14)Trong đó :

Pcn - Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng

đối trọng

trọng

Gdt - Khối luợng của đối trọng, [kG]

k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hớng và đốitrọng

vậy, đối với thang máy trở khách nên chọn hệ số a = 0,35  0,4.

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

thờng là không tải, nên chọn a = 0,5.

Dựa trên hai biểu thức trên có thể xây dựng đợc biểu đồ phụtải 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 tơng đối để tính toán các thời gian trên đợc đa ratrong bảng 2-1

Thời gian ra/ vào buồng thang đợc tính gần đúng 1s/1ngời Sốlần dừng (đợc tính theo xác suất) của buồng có thể đợc tìmtheo các đờng cong trên hình 2-4

Bảng 2-1

Tổng thời gian còn lại

Buồng thang

có cửa rộng

dới 800mm (mở bằng tay)

Buồng thang

có cửa rộng

dới 800 (mở tự

động)

Buồng thang

có cửa rộng dới 1000 mm (mở tự

E = 13 ng ời

E = 10 ng ời

E = 5 ng ời

t

md - Số lần dừng ; mt - Số tầng ; E - Số ngời trong buồngthang

Phơng pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thangmáy tiến hành theo các bớc sau đây :

1 Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dớicùng 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 lợng tải sau mỗi lầndừng

g - Gia tốc trọng trờng, [m/s2]

2 Tính mômen tơng ứng với lực kéo

, [N.m] nếu F > 0

, [N.m] nếu F < 0

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 buồngthang

Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyểnvới tốc độ ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thờigian còn lại ( thời gian đóng mở cửa buồng thang, thời gian ra vàobuồng thang của hành khách) theo bảng 3-1:

4 Dựa trên kết quả của các bớc 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.

Để tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy

ta dựa vào các hệ số sau: Gbt = 320 (Kg) ; G = 630(Kg) ; V = 1(m/s) ; A = 1(m/s) ;  = 0,8

Với toà nhà cao 7 tầng qua các thông số đã chọn ta tính đợccông suất động cơ truyền động cho thang máy là:

7.7

ĐiềuchỉnhM~n

sẽ xử lý và đa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hànhtrong hệ thống Các tín hiệu này đợc mô tả nh sau:

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng nh các tín hiệu yêucầu đến tầng, ngời ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng

và các nút ấn đến tầng đợc bố trí trong Cabin Trừ tầng thợngchỉ có nút gọi thang lên và tầng 1 chỉ có nút gọi thang xuống.Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động

đợc bố trí vào một bảng điều khiển Tuỳ theo hệ điều khiển,các công tắc này có thể là thờng đóng hoặc thờng mở Khi bịtác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ

điều khiển

- Để thông tin cho ngời sử dụng biết trạng thái hoạt động củathang ngời ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể là các đènLED hay các mạch hiển thị 7 thanh đợc bố trí ở các tầng cũng

nh trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiềuchuyển động của thang,…

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, ngời ta sử dụng cácSensor báo vị trí phi tiếp điểm Trong đó phần tĩnh của Sensor

đợc gắn dọc theo chiều chuyển động của thang, còn phần

động đợc gắn với buồng thang

- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trờnghợp đứt cáp, trợt cáp, ngời ta bố trí các cảm biến trong bộ điềutốc Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng vàthiết bị hạn chế ngời 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 đợc tín hiệu từ các Sensor đó, vào thờigian trễ của hệ thống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệthống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoàiSensor 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 vùngdừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên hay dới tầng đều phải giảmtốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này phụthuộc vào tốc độ của thang Để cho việc xác định vị trí và

điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thờng bố trí nhiềuSensor

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bốtrí Sensor dới sàn Cabin Khi khối lợng vợt quá giới hạn cho phép,sàn thang dới tác động đủ lớn của trọng lợng sẽ tác động lên cácSensor, từ đó đa tín hiệu đến phần bảo vệ của hệ điềukhiển

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảmbảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cửa buồngthang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có ng-

ời, 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 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 vàtrung bình thờng là hệ truyền động xoay chiều với động cơkhông đồng bộ Hệ này thờng dùng cho các thang máy trở kháchtrong các nhà cao tầng (5  10 tầng) với tốc độ di chuyển buồngthang dới 1 m/s

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy đợc giớithiệu trên hình 2-5

C 7 C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 C K

DP 1

DP 2

DK DB

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

RCT1  RCT7 là các rơle chuyển tầng

R1  R7 là các rơle chuyển tầng

CTT công tắc từ chuyển tầng

N1  N7 là các nút ấn gọi thang ở các tầng

NK1  NK7 là các nút ấn đến tầng trong Cabin

T1  T7 là các tiếp điểm thờng kín của các rơle chuyểntầng

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 tơhạ

Hệ thống đợc cấp nguồn qua aptomát AP Các cuộn dây Statocủa động cơ đợc nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm củacác côngtắctơ nâng KL hoặc côngtắctơ hạ KX

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển đợc lấy từ một pha quabiến áp cách ly và chỉnh lu để đợc điện áp một chiều +15V.Khi AP đóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dâycủa các côngtắctơ KA và KB có điện, các tiếp điểm thờng mởcủa nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA Khi đó mới có điện

áp một chiều đa đến toàn bộ mạch điều khiển

Các cửa tầng đợc trang bị các công tắc liên động C1  C7 vàcông tắc cửa Cabin Ck