Đồ án thiết kế hệ thống thang máy sử dụng PLC

M ỤC L ỤC M ỤC L ỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU .3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 4 1-1 TỔNG QUAN 4 1-1.1 Khái niệm chung về thang máy (theo TCVN 6395:1998) .4 1-1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy 5 1-2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG DÙNG CHO THANG MÁY 9 CHƯƠNG II: KHẢO SÁT THANG MÁY KHOA MAY 12 2-1 CẤU TRÚC THANG .12 2-1.1 Giếng thang 12 2-1.2 Cửa tầng 13 2-1.3.Phòng điều khiển 14 2-1.4 Hệ thống an toàn 16 2-1.5 Sơ đồ mạch điện 17 2-2 HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY KHOA MAY 24 2-3 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY KHOA MAY 25 2-3.1 Modul CPU 224 AC/DC/RLY: 214 -1BD22 -0XB0 26 2-3.2 Modul EM 223 DC/Relay: 223-1PL21-0XA0 .27 2-3.3 Modul EM 222 Relay output: 222 -1PL21-0XA0 .27 2-4 KIỂM TRA LỰA CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ .28 2-4.1 Tính lực kéo đặt lên puly .28 2-4.2.Tính momen của động cơ tương ứng với lực kéo 29 2-5 THỰC TRẠNG CỦA THANG MÁY .30 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ PLCS7-200 VÀ BIẾN TẦN MM4XX 32 3-1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 32 3-1.1 Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-200 33 3-1.2 Vòng quét của PLC S7-200 35 3-1.3 Ngôn ngữ lập trình 36 3-1.4 Bộ đếm tốc độ cao .42 1 3-2 HỌ BIẾN TẦN MM440 VÀ MM420 CỦA SIEMENS 47 3-2.1 Cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động 47 3-2.2 Lắp đặt phần điện 48 3-2.3.Các thông số cài đặt nhanh 51 3-2.4 Các thông số cài đặt ứng dụng .54 CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 63 5-1 TÍNH TOÁN TOẠ ĐỘ CABIN VÀ TỐC ĐỘ THANG 63 5-1.1 Xác định toạ độ cabin 63 5-1.2 Tính toán tần số chạy ở tốc độ cao 65 5-1.3 Tính toán tần số xung của encoder .66 5-2 CÀI ĐẶT BIẾN TẦN .66 5-2.1.Cài đặt biến tần MM440 .66 5-2.2 Cài đặt biến tần MM420 71 5-3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 73 5-3.1 L ưu đồ thuật toán 73 5-3.2 Bảng Symbol .75 5-3.3 Chương trình điều khiển 77 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .88 5.1 KẾT LUẬN .88 5.2 KHUYẾN NGHỊ .88 PHỤ LỤC .91 2 LỜI NÓI ĐẦU Hoà chung với công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, sự nghiệp giáo dục của nước ta cũng đang từng bước chuyển mình mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh chóng Một trong những mục tiêu mà ngành giáo dục đưa ra là giúp Việt Nam có được một đội ngũ giáo viên kỹ thuật nòng cốt, kỹ sư chuyên ngành có năng lực, đủ đức, đủ tài phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá Để đạt được mục tiêu đó thế hệ trẻ đặc biệt là những sinh viên chúng ta phải chủ động tìm hiểu và ứng dụng những thành tựu khoa học xây dựng nền công nghiệp nước nhà ngày một vững mạnh Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài: “Điều khiển cầu thang máy dùng PLC” Đề tài đề cập đến lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống, thế nhưng đây lại là khối kiến thức rất mới mẻ đối với sinh viên chúng em Quyển thuyết minh gồm 5 chương : Chương I : Những vấn đề chung về thang máy Chương II : Khảo sát thang máy thực tế tại khoa kỹ thuật May và Thời trang Chương III : Tổng quan về PLC- PLC S7-200 và biến tần MM4XX Chương IV : Lập trình điều khiển và chạy thử Chương V : Kết luận và khuyến nghị Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của Thầy Cô giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn Hưng Yên, ngày 20/8/2008 Nhóm sinh viên thực hiện 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY Trong chương này trình bày các vấn đề : - Khái niệm về thang máy - Cấu trúc điển hình của thang máy - Các hệ truyền động được sử dụng trong thang máy 1-1 TỔNG QUAN 1-1.1 Khái niệm chung về thang máy (theo TCVN 6395:1998) Thang máy là một thiết bị nâng hạ, lắp đặt cố định, phục vụ cho những tầng dừng xác định, có cabin được thiết kế chở người hoặc hàng có hoặc không có người đi kèm, được treo bằng cáp hoặc xích, di chuyển theo rail dẫn hướng theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn 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… Đặc điểm của 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 bằng 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… tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ nên 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 4 toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng 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 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, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, công tác an toàn cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn… 1-1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an toàn, tiện lợi trong vận hành Thang máy thường bao gồm một số bộ phận chức năng sau: - Cơ cấu dẫn động - Cabin cùng hệ thống treo cabin - Cơ cấu đóng, mở cửa cabin và phanh an toàn đảm bảo cho cabin không bị rơi tự do khi gặp sự cố - Hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng - Bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh an toàn để dừng cabin khi tốc độ vượt quá giới hạn cho phép - Bộ giảm chấn ở đáy giếng thang - Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác - Tủ điện và hệ thống điều khiển Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hoàn chỉnh hơn, an toàn thuận tiện hơn Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy được thể hiện ở hình sau: 1 Cabin 2 Con trượt ray dẫn hướng 5 3 Ray dẫn hướng cabin 4 Thanh kẹp tăng cáp 5 Cụm đối trọng 6 Ray dẫn hướng đối trọng 7 ụ dẫn hướng đối trọng 8 Cáp tải 9 Cụm máy 10 Cửa xếp cabin 11 Nêm chống rơi 12 Cơ cấu chống rơi 13 Giảm chấn 14 Thanh đỡ 15 Kẹp ray cabin 16 Gía ray cabin 17 Bulông bắt giá ray 18 Gía ray đối trọng 19 Kẹp ray đối trọng Hình 1.1 Kết cấu cơ khí của thang máy 6 Thang máy có thể chia thành các khu vực chính sau: 1-1.2.1 Giếng thang Giếng thang là khoảng không gian hoạt động lên xuống của thang máy Trong hố thang có các rail dẫn hướng của phòng thang và đối trọng, cáp chịu lực và truyền động chính cho cabin Phần đáy hố bố trí các giảm sốc như lò xo, cao su hoặc thuỷ lực Người ta thiết kế khối lượng của đối trọng sẽ bằng khối lượng của cabin cộng với 1/2 khối lượng định mức hoạt động của thang Hệ thống điện dọc hố thang: các giới hạn hành trình trên cùng và dưới cùng (có 6 hộp giới hạn được quy định trong các tài liệu là 1-3-5 ở dưới cùng và 2-4-6 ở trên cùng Cabin được gắn một thanh cam để có thể tác động các tiếp điểm của hộp giới hạn này Khi cabin tác động hộp đầu tiên theo chiều di chuyển thì bắt buộc phải giảm tốc độ, nếu tiếp tục tác động hộp thứ 2 thì chiều điều khiển dịch chuyển sẽ được cắt, tác động hộp cuối cùng thì toàn bộ hệ thống điều khiển sẽ ngắt Người ta còn lợi dụng hộp điều khiển đầu tiên để reset lại bộ đếm Hệ thống đèn chiếu sáng dọc hố, các tiếp điểm cửa tại các tầng, các mạch hiển thị, nút nhấn, đèn nhớ tại các tầng, các thiết bị an toàn, switch nhận biết đứt hoặc dãn cáp hệ thóng phanh khẩn cấp cơ khí được gọi chung là Govenor (hiểu theo chuyên môn) Govenor gồm có puly chính đặt ở phòng máy, puly đối trọng làm cho sợi cáp luôn căng và di chuyển được đặt dưới hố thang Puly quay nhờ một sợi cáp di chuyển theo cabin, cabin di chuyển bao nhiêu thì Puly Govenor quay với tốc độ tương ứng Sợi cáp này được nối với một tay giật ổ thắng lắp theo cabin Hệ thống điện di chuyển theo cabin(loại cáp dẹp, chuyên môn gọi là cáp Cordon): bao gồm tủ điều khiển trên cabin (có các công tắc hoạt động thang, nút nhấn điều khiển thang di chuyển lên/ xuống để phục vụ công tác kiểm tra bảo dưỡng), đèn chiếu sáng, đèn hiển thị và các chức năng điều khiển trong cabin (đèn, quạt, nút nhấn, đèn nhớ, đèn cứu hộ, chuông dừng tầng, liên lạc nội bộ bên trong và bên ngoài phòng thang, nút nhấn và cảm biến mở, giữ cửa, nút nhấn đóng cửa sớm, đèn và chuông báo quá tải…) Ngoài ra còn có hệ thống điều khiển và nhận biết đóng/ mở cửa cabin, hệ thống an toàn (nóc thoát hiểm, thắng cơ), hệ thống cảm biến đếm và dừng ngang tầng (dùng cảm biến quang hoặc từ) 7 1-1.2.2 Cửa tầng Khi đứng tại tầng chúng ta sẽ thấy cửa tầng thang máy, cùng với hộp điều khiển tầng gồm có: hiển thị trạng thái thang đang hoạt động (thang đang ở tầng nào, chiều phục vụ hiện tại, thang đang ở chế độ kiểm tra bảo dưỡng, báo lỗi…), nút nhấn gọi thang (loại có đèn nhớ), ổ khoá hoạt động của thang hoặc khoá gọi sử dụng thang Trạng thái bình thường thì các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu khoá cơ khí bên trong chuyên môn gọi là doorlock, nếu muốn mở được cửa từ bên ngoài thì bạn phải có chìa khoá để mở doorlock này ra, trên các doorlock được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết cửa đóng kín) Cửa tầng được thiết kế luôn luôn có xu hướng đóng lại nhờ vào đối trọng cửa luôn kéo cửa đóng Muốn mở cửa ra thì phải tác dụng lực lớn hơn lực kéo này (một số thang Châu Âu không sử dụng đối trọng mà dùng lò xo Thang máy chỉ hoạt động khi tất cả các cửa đều được đóng kín, khi thang ngang bằng tầng thì cửa cabin mở ra kéo theo cửa tầng mở, nếu cửa đã đóng kín rồi mà tiếp điểm cửa không đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là cửa chưa đóng và thang không hoạt động Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc nhiều cánh, các cánh cửa này sẽ liên kế truyền động với nhau để chúng mở đồng bộ 1-1.2.3 Phòng điều khiển a Phần động lực Đa số máy kéo thang máy hiện nay sử dụng động cơ 3 phases 380V được kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho từng loại thang và được sản xuất đồng bộ ở nước ngoài (Việt Nam chưa sản xuất được máy kéo thang máy) Đối với thang tốc độ cao người ta sử dụng trực tiếp tốc độ của động cơ (gọi là động cơ không hộp số, Gearless) Mỗi loại máy kéo sẽ có thông số chịu tải và tốc độ kéo cabin nhất định Thông thường ngoài Puly chính của máy kéo, còn có các Puly đỡ phụ, dùng để thay đổi hướng đi của cáp tải, vị trí và kích thước của các Puly đỡ phụ này được tính toán sao cho góc ôm là hợp lý, nếu góc ôm nhỏ quá sẽ sinh ra hiện tượng trượt cáp, còn nếu góc ôm lớn quá thì cáp mau mỏi, ma sát với Puly lớn làm giảm tuổi thọ cáp tải Tuỳ vào thiết kế riêng của từng thang mà máy kéo có thể lắp đặt ngay trên giếng thang, sàn tầng dừng trên 8 cùng hoặc sàn tầng dừng thấp nhất, hay bố trí bên trong hố thang (thang không phòng máy) b Phần điều khiển Phần này được sử dụng để điều khiển toàn bộ hoạt động của thang máy Kết hợp điều khiển bằng PLC và VĐK c An toàn Thang đang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp truyền động bị trượt trên Puly kéo Hệ thống hoạt động như sau: khi cabin di chuyển với tốc độ cao hơn quy định hoặc đứt cáp treo thì đầu tiên switch an toàn trên Puly Govenor chính sẽ ngắt, toàn bộ hệ thống điều khiển thang bị ngắt hoàn toàn Đồng thời có một switch an toàn phụ được lắp tại tay giật ổ thắng để nhận biết tay giật dịch chuyển Trong trường hợp phòng thang vẫn tiếp tục di chuyển sau khi hệ thống điều khiển đã ngắt thì cơ cấu lực li tâm của Puly Govenor chính hoạt động, nó nêm chặt sợi cáp lại Như ta đã biết sợi cáp thì di chuyển theo thang, khi bị nêm lại thì tất nhiên quán tính của nó sẽ giật tay giật ổ thắng, cơ cấu ổ thắng sẽ lập tức ép chặt rail dẫn hướng giữ cabin lại Ngoài ra còn có hệ thống phanh bảo hiểm (chuyên môn gọi là thắng cơ khí) Thắng cơ khí được bố trí cạnh máy kéo (có thể thắng đĩa hoặc thắng càng Ở trạng thái bình thường thì lực ma sát tĩnh của thắng cơ khí sẽ không cho trục moto quay, giữ chặt phòng thang cố định, muốn thang di chuyển được ta phải mở thắng cơ khí này ra bằng cách cấp dòng điện vào cuộn thắng 1-2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG DÙNG CHO THANG MÁY Hiện tại có rất nhiều dạng hệ truyền động được ứng dụng cho các loại thang máy Trước đây hệ truyền động với động cơ một chiều luôn chiếm ưu thế trong các loại thang máy và máy nâng nhưng ngày nay, với sự phát triển của các loại biến tần công nghiệp, hệ truyền động với động cơ không đồng bộ cũng đã được ứng dụng một cách rộng rãi Việc lựa chọn hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu: - Độ dừng chính xác buồng thang - Tốc độ di chuyển buồng thang - Trị số gia tốc lớn nhất cho phép 9 - Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu Hệ truyền động với động cơ không đồng bộ được sử dụng trong các loại thang máy, máy nâng có tốc độ thấp và trung bình Với động cơ không đồng bộ ta có thể lựa chọn các phương án truyền động: - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ, rôto lồng sóc thường dùng trong các thang máy và máy nâng có tốc độ thấp và tải trọng nhỏ - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thường dùng cho các thang máy và máy nâng có tải trọng lớn, cho phép nâng cao chất lượng của hệ thống truyền động khi tăng, giảm tốc, nâng cao độ chính xác khi dừng - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc độ (có hai dây quấn stato độc lập nối theo sơ đồ hình sao) thường dùng trong các thang máy có tốc độ trung bình Số đôi cực của dây quấn stato thường chọn là 2p = 6  2p = 24 hoặc 2p = 4  2p = 20, tương đương với tốc độ đồng bộ của động cơ là 1000/250vòng/phút hoặc 1500/300vòng/phút - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đựơc cấp nguồn từ bộ biến tần dùng trong các thang máy có tốc độ cao (v > 1,5m/s), cho phép hạn chế được gia tốc và độ giật trong giới hạn cho phép và đạt độ chính xác rất cao khi dừng ( S 5mm) Hệ truyền động với động cơ đồng bộ thường dùng trong các máy nâng có tải trọng lớn, công suất động cơ truyền động P > 300kW Loại hệ truyền động này thường chỉ sử dụng trong các ngành khai thác mỏ Hệ truyền động với động cơ một chiều thường dùng trong các thang máy có tốc độ cao ( V 1,5m/ s) Có hai dạng hệ truyền động thường được ứng dụng: - Hệ F-Đ, là hệ máy phát một chiều - động cơ một chiều có khuyếch đại trung gian làm nguồn cấp cho cuộn kích từ của máy phát Hệ này thường dùng cho các loại thang máy cao tốc, có khả năng đảm bảo sơ đồ chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng Nhược điểm của hệ này là công suất lắp đặt cao, lớn gấp 3 đến 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa 10 105 106 107 Chương trình điều khiển cửa 108 109 110 Chương trình Reset thang 111 112 Chương trình hiển thị 113 114 115 116 117 118 119 ... đề : - Khái niệm thang máy - Cấu trúc điển hình thang máy - Các hệ truyền động sử dụng thang máy 1-1 TỔNG QUAN 1-1.1 Khái niệm chung thang máy (theo TCVN 6395:1998) Thang máy thiết bị nâng hạ,... định hệ truyền động thang máy sử dụng động khơng đồng rotor lồng sóc điều khiển biến tần với hệ điều khiển dùng PLC Các thông số hệ truyền động thu thập được: Máy kéo sử dụng động không đồng... cuộn thắng 1-2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG DÙNG CHO THANG MÁY Hiện có nhiều dạng hệ truyền động ứng dụng cho loại thang máy Trước hệ truyền động với động chiều chiếm ưu loại thang máy máy nâng ngày nay,