ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN CẦU THANG MÁY DÙNG PLC

M ỤC L ỤC M ỤC L ỤC LỜI NÓI ĐẦU .2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1-1 TỔNG QUAN .4 1-1.1 Khái niệm chung thang máy (theo TCVN 6395:1998) .4 1-1.2 Cấu trúc điển hình thang máy 1-2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG DÙNG CHO THANG MÁY CHƯƠNG II 11 KHẢO SÁT THANG MÁY KHOA MAY 11 2-1 CẤU TRÚC THANG 11 2-1.1 Giếng thang 11 2-1.2 Cửa tầng 12 2-1.3.Phòng điều khiển 13 2-1.4 Hệ thống an toàn 15 2-1.5 Sơ đồ mạch điện 16 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 động tương ứng với lực kéo 30 2-5 THỰC TRẠNG CỦA THANG MÁY 30 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ PLCS7-200 32 VÀ BIẾN TẦN MM4XX 32 3-1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 32 3-1.1 Cấu trúc nhớ PLC S7-200 33 3-1.2 Vòng quét PLC S7-200 35 3-1.3 Ngơn ngữ lập trình .36 3-1.4 Bộ đếm tốc độ cao .42 3-2 HỌ BIẾN TẦN MM440 VÀ MM420 CỦA SIEMENS 47 3-2.1 Cấu tạo chung 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 .55 CHƯƠNG IV .62 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 62 5-1 TÍNH TỐN TOẠ ĐỘ CABIN VÀ TỐC ĐỘ THANG 62 5-1.1 Xác định toạ độ cabin 62 5-1.2 Tính tốn tần số chạy tốc độ cao .64 5-1.3 Tính tốn tần số xung encoder .65 5-2 CÀI ĐẶT BIẾN TẦN .65 5-2.1.Cài đặt biến tần MM440 .65 5-2.2 Cài đặt biến tần MM420 71 5-3 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 72 5-3.1 L ưu đồ thuật toán 72 5-3.2 Bảng Symbol .74 5-3.3 Chương trình điều khiển 76 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 88 5.1 KẾT LUẬN .88 PHỤ LỤC .91 LỜI NĨI ĐẦU Hồ chung với cơng xây dựng phát triển đất nước, nghiệp giáo dục nước ta bước chuyển mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh chóng Một mục tiêu mà ngành giáo dục đưa giúp Việt Nam có đội ngũ giáo viên kỹ thuật nòng cốt, kỹ sư chun ngành có lực, đủ đức, đủ tài phục vụ cho nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá Để đạt mục tiêu hệ trẻ đặc biệt sinh viên phải chủ động tìm hiểu ứng dụng thành tựu khoa học xây dựng công nghiệp nước nhà ngày vững mạnh Xuất phát từ nhu cầu thiết thực sống niềm đam mê khoa học, nhóm sinh viên chúng em nghiên cứu đề tài: “Điều khiển cầu thang máy dùng PLC” Đề tài đề cập đến lĩnh vực ứng dụng phổ biến sống, lại khối kiến thức mẻ sinh viên chúng em Quyển thuyết minh gồm chương : Chương I : Những vấn đề chung thang máy Chương II : Khảo sát thang máy thực tế khoa kỹ thuật May Thời trang Chương III : Tổng quan PLC- PLC S7-200 biến tần MM4XX Chương IV : Lập trình điều khiển chạy thử Chương V : Kết luận khuyến nghị Do thời gian kinh nghiệm hạn chế nên thuyết minh khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận bảo tận tình Thầy Cơ giáo đóng góp bạn để thuyết minh hồn thiện Hưng n, ngày 20/8/2008 Nhóm sinh viên thực CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY Trong chương trình bày vấn 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, lắp đặt cố định, phục vụ cho tầng dừng xác định, có cabin thiết kế chở người hàng có khơng có người kèm, treo cáp xích, di chuyển theo rail dẫn hướng theo phương thẳng đứng nghiêng góc nhỏ 15 so với phương thẳng đứng theo tuyến định sẵn Thang máy thường dùng khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát, tháp truyền hình, nhà máy, cơng xưởng… Đặc điểm vận chuyển thang máy so với phương tiện vận chuyển khác thời gian chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cơng trình Nhiều quốc gia giới quy định: nhà cao tầng trở lên phải trang bị thang máy để đảm bảo cho người lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian tăng suất lao động Giá thành thang máy trang bị cho cơng trình so với tổng giá thành cơng trình chiếm khoảng 6% đến 7% hợp lý Đối với cơng trình đặc biệt bệnh viện, nhà máy, khách sạn… số tầng nhỏ yêu cầu phục vụ nên phải trang bị thang máy Với nhà nhiều tầng có chiều cao lớn việc trang bị thang máy bắt buộc để phục vụ việc lại nhà Nếu vấn đề vận chuyển người tồ nhà khơng giải dự án xây dựng nhà cao tầng không thành thực Thang máy thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tài sản tính mạng người Vì u cầu chung thang máy thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng sửa chữa phải tuân thủ cách nghiêm ngặt yêu cầu kỹ thuật an toàn quy định tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm Thang máy có cabin đẹp, sang trọng, thơng thống, êm dịu chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, hãm bảo hiểm, an tồn cabin, cơng tác an tồn cabin, khố an toàn cửa tầng, cứu hộ điện nguồn… 1-1.2 Cấu trúc điển hình thang máy Các loại thang máy đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an tồn, tiện lợi vận hành Thang máy thường bao gồm số phận chức sau: - Cơ cấu dẫn động - Cabin hệ thống treo cabin - Cơ cấu đóng, mở cửa cabin phanh an toàn đảm bảo cho cabin không bị rơi tự gặp cố - Hệ thống ray dẫn hướng cho cabin đối trọng - Bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh an toàn để dừng cabin tốc độ vượt giới hạn cho phép - Bộ giảm chấn đáy giếng thang - Hệ thống thiết bị an toàn phục vụ khác - Tủ điện hệ thống điều khiển Mỗi phận chức đảm nhận nhiệm vụ làm thang máy hoàn chỉnh hơn, an toàn thuận tiện Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị thang máy thể hình sau: Cabin Con trượt ray dẫn hướng Ray dẫn hướng cabin Thanh kẹp tăng cáp Cụm đối trọng Ray dẫn hướng đối trọng ụ dẫn hướng đối trọng Cáp tải 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 Bulơng bắt giá ray 18 Gía ray đối trọng 19 Kẹp ray đối trọng Hình 1.1 Kết cấu khí thang máy Thang máy chia thành khu vực sau: 1-1.2.1 Giếng thang Giếng thang khoảng không gian hoạt động lên xuống thang máy Trong hố thang có rail dẫn hướng phòng thang đối trọng, cáp chịu lực truyền động cho cabin Phần đáy hố bố trí giảm sốc lò xo, cao su thuỷ lực Người ta thiết kế khối lượng đối trọng khối lượng cabin cộng với 1/2 khối lượng định mức hoạt động thang Hệ thống điện dọc hố thang: giới hạn hành trình (có hộp giới hạn quy định tài liệu 1-3-5 2-4-6 Cabin gắn cam để tác động tiếp điểm hộp giới hạn Khi cabin tác động hộp theo chiều di chuyển bắt buộc phải giảm tốc độ, tiếp tục tác động hộp thứ chiều điều khiển dịch chuyển cắt, tác động hộp cuối tồn hệ thống điều khiển ngắt Người ta lợi dụng hộp điều khiển để reset lại đếm Hệ thống đèn chiếu sáng dọc hố, tiếp điểm cửa tầng, mạch hiển thị, nút nhấn, đèn nhớ tầng, thiết bị an toàn, switch nhận biết đứt dãn cáp hệ thóng phanh khẩn cấp khí gọi chung Govenor (hiểu theo chuyên mơn) Govenor gồm có puly đặt phòng máy, puly đối trọng làm cho sợi cáp căng di chuyển đặt hố thang Puly quay nhờ sợi cáp di chuyển theo cabin, cabin di chuyển Puly Govenor quay với tốc độ tương ứng Sợi cáp nối với tay giật ổ thắng lắp theo cabin Hệ thống điện di chuyển theo cabin(loại cáp dẹp, chuyên môn gọi cáp Cordon): bao gồm tủ điều khiển cabin (có cơng 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 chức điều khiển cabin (đèn, quạt, nút nhấn, đèn nhớ, đèn cứu hộ, chuông dừng tầng, liên lạc nội bên bên ngồi phòng thang, nút nhấn cảm biến mở, giữ cửa, nút nhấn đóng cửa sớm, đèn chng báo q tải…) Ngồi có hệ thống điều khiển nhận biết đóng/ mở cửa cabin, hệ thống an tồn (nóc hiểm, thắng cơ), hệ thống cảm biến đếm dừng ngang tầng (dùng cảm biến quang từ) 1-1.2.2 Cửa tầng Khi đứng tầng thấy cửa tầng thang máy, với hộp điều khiển tầng gồm có: hiển thị trạng thái thang hoạt động (thang tầng nào, chiều phục vụ tại, thang chế độ kiểm tra bảo dưỡng, báo lỗi…), nút nhấn gọi thang (loại có đèn nhớ), ổ khố hoạt động thang khoá gọi sử dụng thang Trạng thái bình thường cửa tầng đóng kín (có cấu khố khí bên chuyên môn gọi doorlock, muốn mở cửa từ bên ngồi bạn phải có chìa khố để mở doorlock ra, doorlock bố trí tiếp điểm điện để nhận biết cửa đóng kín) Cửa tầng thiết kế ln ln có xu hướng đóng lại nhờ vào đối trọng cửa ln kéo cửa đóng Muốn mở cửa phải tác dụng lực lớn lực kéo (một số thang Châu Âu không sử dụng đối trọng mà dùng lò xo Thang máy hoạt động tất cửa đóng kín, thang ngang tầng cửa cabin mở kéo theo cửa tầng mở, cửa đóng kín mà tiếp điểm cửa khơng đóng điều khiển hiểu cửa chưa đóng thang không hoạt động Tuỳ vào thiết kế thang mà cửa tầng có nhiều cánh, cánh cửa liên kế truyền động với để chúng mở đồng 1-1.2.3 Phòng điều khiển a Phần động lực Đa số máy kéo thang máy sử dụng động phases 380V kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho loại thang sản xuất đồng nước (Việt Nam chưa sản xuất máy kéo thang máy) Đối với thang tốc độ cao người ta sử dụng trực tiếp tốc độ động (gọi động không hộp số, Gearless) Mỗi loại máy kéo có thơng số chịu tải tốc độ kéo cabin định Thơng thường ngồi Puly máy kéo, có Puly đỡ phụ, dùng để thay đổi hướng cáp tải, vị trí kích thước Puly đỡ phụ tính tốn cho góc ơm hợp lý, góc ơm nhỏ sinh tượng trượt cáp, góc ơm lớn q cáp mau mỏi, ma sát với Puly lớn làm giảm tuổi thọ cáp tải Tuỳ vào thiết kế riêng thang mà máy kéo lắp đặt giếng thang, sàn tầng dừng sàn tầng dừng thấp nhất, hay bố trí bên hố thang (thang khơng phòng máy) b Phần điều khiển Phần sử dụng để điều khiển toàn hoạt động thang máy Kết hợp điều khiển PLC VĐK c An toàn Thang hoạt động xảy tượng đứt cáp truyền động cáp truyền động bị trượt Puly kéo Hệ thống hoạt động sau: cabin di chuyển với tốc độ cao quy định đứt cáp treo switch an tồn Puly Govenor ngắt, tồn hệ thống điều khiển thang bị ngắt hoàn toàn Đồng thời có switch an tồn phụ lắp tay giật ổ thắng để nhận biết tay giật dịch chuyển Trong trường hợp phòng thang tiếp tục di chuyển sau hệ thống điều khiển ngắt cấu lực li tâm Puly Govenor hoạt động, nêm chặt sợi cáp lại Như ta biết sợi cáp di chuyển theo thang, bị nêm lại tất nhiên qn tính giật tay giật ổ thắng, cấu ổ thắng ép chặt rail dẫn hướng giữ cabin lại Ngoài có hệ thống phanh bảo hiểm (chun mơn gọi thắng khí) Thắng khí bố trí cạnh máy kéo (có thể thắng đĩa thắng Ở trạng thái bình thường lực ma sát tĩnh thắng khí khơng cho trục moto quay, giữ chặt phòng thang cố định, muốn thang di chuyển ta phải mở thắng khí cách cấp dòng điện vào 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, với phát triển loại biến tần công nghiệp, hệ truyền động với động không đồng ứng dụng cách rộng rãi Việc lựa chọn hệ truyền động phải dựa yêu cầu: - Độ dừng xác buồng thang - Tốc độ di chuyển buồng thang - Trị số gia tốc lớn cho phép - Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu Hệ truyền động với động không đồng sử dụng loại thang máy, máy nâng có tốc độ thấp trung bình Với động khơng đồng ta lựa chọn phương án truyền động: - Hệ truyền động xoay chiều với động khơng đồng bộ, rơto lồng sóc thường dùng thang máy máy nâng có tốc độ thấp tải trọng nhỏ - Hệ truyền động xoay chiều với động không đồng rôto dây quấn thường dùng cho thang máy máy nâng có tải trọng lớn, cho phép nâng cao chất lượng hệ thống truyền động tăng, giảm tốc, nâng cao độ xác dừng - Hệ truyền động xoay chiều với động không đồng rôto lồng sóc hai cấp tốc độ (có hai dây quấn stato độc lập nối theo sơ đồ hình sao) thường dùng thang máy có tốc độ trung bình Số đôi cực dây quấn stato thường chọn 2p = → 2p = 24 2p = → 2p = 20, tương đương với tốc độ đồng động 1000/250vòng/phút 1500/300vòng/phút - Hệ truyền động xoay chiều với động không đồng rơto lồng sóc đựơc cấp nguồn từ biến tần dùng thang máy có tốc độ cao (v > 1,5m/s), cho phép hạn chế gia tốc độ giật giới hạn cho phép đạt độ xác cao dừng ( ∆S ≤ ±5mm) Hệ truyền động với động đồng thường dùng máy nâng có tải trọng lớn, cơng suất động truyền động P > 300kW Loại hệ truyền động thường sử dụng ngành khai thác mỏ Hệ truyền động với động chiều thường dùng thang máy có tốc độ cao ( V ≥ ±1,5m/ s) Có hai dạng hệ truyền động thường ứng dụng: - Hệ F-Đ, hệ máy phát chiều - động chiều có khuyếch đại trung gian làm nguồn cấp cho cuộn kích từ máy phát Hệ thường dùng cho loại thang máy cao tốc, có khả đảm bảo sơ đồ chuyển động hợp lý, nâng cao độ xác dừng Nhược điểm hệ công suất lắp đặt cao, lớn gấp đến lần so với hệ xoay chiều, phức tạp vận hành sửa chữa - Hệ T-Đ, máy phát chiều thay chỉnh lưu thyristor Hiện với phát triển lĩnh vực điện tử công suất lớn, loại hệ truyền động áp dụng rông rãi thay cho hệ F-Đ Như vậy, điểm lại ta thấy hệ truyền động dùng thang máy đa dạng ứng dụng động chiều động xoay chiều Tuy nhiên giống xu chung ngành công nghiệp khác, động điện xoay chiều dần thay cho loại động chiều tính đơn giản thiết kế, chế tạo có khả linh động việc chọn lựa hệ truyền động phù hợp 10 Chương trình Reset thang 111 112 Chương trình hiển thị 113 114 115 116 117 118 119 Chương trình xố lệnh 120 121 Chương trình đếm xung tốc độ cao 122 123 124 ... 2-1.3.2 Phần điều khiển Các thiết bị điều khiển thang máy lắp đặt tủ điều khiển bao gồm: - Bộ nút ấn điều khiển thang Manule phòng điều khiển - Bộ điều khiển xử lý lệnh sử dụng PLC S7-200 CPU224,... nguyên lý điều khiển cuả thang máy - Các tín hiệu điều khiển từ tầng cabin đưa xử lý trung tâm PLC - Biến tần PLC kết nối với qua đầu vào số PLC biến tần Các tín hiệu điều khiển từ đầu PLC, qua... riêng thang mà máy kéo lắp đặt giếng thang, sàn tầng dừng sàn tầng dừng thấp nhất, hay bố trí bên hố thang (thang khơng phòng máy) b Phần điều khiển Phần sử dụng để điều khiển toàn hoạt động thang