LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nước ta sau chiến tranh đang bước vào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra xản phẩm có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quan trọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay và sau này. Nó là một phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nước đã đề ra để xây dựng đất nước tiến lên giàu mạnh. Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá. Xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng góp phần làm vào để điÒu khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm. Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ sư chuyên ngành nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt được điều đó đảng và nhà nước đã tìm mọi cách để đào tạo được một một đội ngũ tri thức bằng việc hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ sư điện chuyên ngành tự động hoá ở các trường đại học kỹ thuật . Với tư cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đông hoá , để chuẩn bị cho công việc ra trường và đi xây dựng đất nước . Em đã được nhà trường giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy để làm đồ án tốt nghiệp . Đề tài của em gồm 3 phần : Phần I : Tổng quan về thang máy Phần II : Tổng quan về PLC Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyển động thang máy 7 tầng Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân . Đặc biệt là sự hướng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn. Nay em đã hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài . Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản đồ án này . Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệm trong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránh khỏi những sai sót . Em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của thầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên ngày 20/06/2005 Sinh viên thiết kế TrÇn Nh Hưng Phần I Tổng quan về thang máy CHƯƠNG I Giới thiệu chung về thang máy 1.1 Vai trò của thang máy. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phương thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ... Nó đã thay thế cho sức lực của con người và đem lại năng suất lao động cao. Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy cũng được sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ quan, khách sạn ... Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trong cạnh tranh xây dựng và chiếm một chi phí tương đối lớn. Trong các hệ thống dịch vụ, bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng là một yếu tố thu hút khách hàng . 1.2 phân loại thang máy. Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau: 1.2.1 Phân loại theo chức năng: a. Thang máy chở người: - Thang máy chở người trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật. - Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện. - Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động môi trường về độ Èm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn ... b. Thang máy chở hàng: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện ... Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động. 1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển: - Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thang thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao. - Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 1,5) m/s : Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều. - Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s : Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý. 1.2.3 Phân loại theo trọng tải: - Thang máy loại nhỏ Q < 160kG. - Thang máy trung bình Q = 500 200kG. - Thang máy loại lớn Q > 2000 kG. 1.3 sơ lược sự phát triển thang máy ở việt nam. Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt nam đều do Liên xô cũ và một số nước Đông âu cung cấp. Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lượng 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 hai hướng là: 1. Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tin cậy; nhưng với giá thành rất cao. 2. Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác. Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt nam như : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON (Nhật bản), HUYNDAI (Hàn quốc). Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng: a. Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường. b. Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực. Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện. 1.4 kết cấu của thang máy. Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1. Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào. Để nâng- hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy được nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 120. Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài). Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6. Hình 1-1: Kết cấu cơ khí của thang máy. 1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy. 1.5.1 Cabin: Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó. Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc. Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo. Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ. 1.5.2 Động cơ: Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống. Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm. 1.5.3 Phanh: Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ. 1.5.4 Động cơ cửa: Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng . Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo mét quy luật nhất đinhj sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm. 1.5.5 Cửa: Gồm cửa cabin và cửa tầng . cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khachs hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì. Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó . Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc. Các thiết bị phụ khác: nh quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy. Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống. Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4. Đối với thang máy có chiều cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng ( cáp 5 ). Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang . mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm rãnh. Đối trọng là bộ phận cân bằng. đối với thang máy có chiều cao không lớn người ta thường chọm đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp và xinh cân bằng.việc trọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất và trọn cáp tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát. Chương II Các yêu cầu đối với thang máy 2.1 yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu. Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố. Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ. Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi. 2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy: a. Phanh bảo hiểm: Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượt quá (20 40)% tốc độ định mức . Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu : Phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm. Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được dử dụng rộng rãi hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1. Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4. Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái. Hình 2-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm. Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ Ðp chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang. b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín: Hình 2-2 :Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiểnt bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dưới một puli cố định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo. Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc. Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 2-2. Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp qua ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp. Trường hợp cáp bị đứt hay bị trượt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 còng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng với Cabin. 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 làm cho động cơ dừng lại. Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại. Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm việc. Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả. Theo kinh nghiệm tốc nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang. 2.1.2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố : Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ và hệ thống báo sự cố. Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động. Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới. Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để thực hiện điều này người 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 đáy. Để dõng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút Ên hãm khẩn cấp trong buồng thang. Để dõng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không bị va đập mạnh người 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 được thực hiện tại tầng nơi buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác. Khi có người trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin. 2.2 dừng chính xác buồng thang 2.2.1 Dừng chính xác buồng thang: Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã Ên nút dừng . Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau : Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất. Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. Để khắc phục hậu quả đó, có thể Ên nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau: Hỏng thiết bị điều khiển. Gây tổn thất năng lượng. Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí. Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng. Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác . Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang . Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là : S'' = v0 t , [m] (2-1) Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]. Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''''. , [m] (2-2) Trong đó : m - Khối lượng các phần chuyển động của buồng thang, [kg] Fph - Lực phanh, [N] Fc - Lực cản tĩnh [N] Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực Fc : Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-). S'''' cũng có thể viết dưới dạng sau: , [m] (2-3) Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang, [kgm2] Mph - mômmen ma sát, [N] Mc - mômen cản tĩnh, [N] 0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s] D - đường kính puli kéo cáp [m] i - tỷ số truyền Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là: (2-4) Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải và không tải. Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là : (2-5) Trong đó : S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 2-3. Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dõng s. Bảng 2-1 Hệ truyền động điện Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển [m/s] Gia tốc [m/s2] Độ không chính xác khi dõng [mm] Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5 120150 Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5 10 15 Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5 25 35 Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0 10 15 Hệ máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2 5 10 Hình 2-3: Dừng chính xác buồng thang. 2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ, GIA TỐC VÀ ĐỘ GIẬT ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY. Mét trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Việc buồng thang chuyền động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy. Các tham số chính đặc trưng cho chế độ là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển v[m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật [m/s3]. Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng. Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đặt gần bằng tốc độ định mức. Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s , giá thành tăng lên 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu. Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc . Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (nh chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở ..v..v.. ). Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m / s2. Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách, được đưa ra trong bảng 2-2 . Bảng 2-2 THAM SÈ HỆ TRUYỀN ĐỘNG Xoay chiều Một chiều Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2 Gia tốc tính toán trung bình (m/s2) 0,5 0,8 0,8 1 1 1,5 Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy . Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ). Khi gia tốc a < 2m / s2 thì độ dật không quá 20m/s3 Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 2-4. 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, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng . Biểu đồ tối ưu hình 2-4 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-Đ). Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu. Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy chế độ ổn định và hãm dừng .
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nước ta sau chiến tranh đang bước vào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra xản phẩm có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quan trọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay và sau này. Nó là một phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nước đã đề ra để xây dựng đất nước tiến lên giàu mạnh. Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá. Xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng góp phần làm vào để điÒu khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm. Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ sư chuyên ngành nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt được điều đó đảng và nhà nước đã tìm mọi cách để đào tạo được một một đội ngũ tri thức bằng việc hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ sư điện chuyên ngành tự động hoá ở các trường đại học kỹ thuật . Với tư cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đông hoá , để chuẩn bị cho công việc ra trường và đi xây dựng đất nước . Em đã được nhà trường giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy để làm đồ án tốt nghiệp . Đề tài của em gồm 3 phần : Phần I : Tổng quan về thang máy Phần II : Tổng quan về PLC Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyển động thang máy 7 tầng Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân . Đặc biệt là sự hướng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn. Nay em đã hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài . Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúp Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 1 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản đồ án này . Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệm trong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránh khỏi những sai sót . Em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của thầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên ngày 20/06/2005 Sinh viên thiết kế TrÇn Nh Hưng Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 2 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH Phần I Tổng quan về thang máy Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 3 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH CHƯƠNG I Giới thiệu chung về thang máy 1.1 Vai trò của thang máy. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phương thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ . Nó đã thay thế cho sức lực của con người và đem lại năng suất lao động cao. Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy cũng được sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ quan, khách sạn . Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trong cạnh tranh xây dựng và chiếm một chi phí tương đối lớn. Trong các hệ thống dịch vụ, bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng là một yếu tố thu hút khách hàng . 1.2 phân loại thang máy. Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau: 1.2.1 Phân loại theo chức năng: a. Thang máy chở người: - Thang máy chở người trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật. - Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện. - Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động môi trường về độ Èm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn . b. Thang máy chở hàng: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện . Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động. 1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển: - Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thang thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao. Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 4 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH - Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ÷ 1,5) m/s : Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều. - Thang máy cao tốc v = (2,5 ÷5) m/s : Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý. 1.2.3 Phân loại theo trọng tải: - Thang máy loại nhỏ Q < 160kG. - Thang máy trung bình Q = 500 ÷ 200kG. - Thang máy loại lớn Q > 2000 kG. 1.3 sơ lược sự phát triển thang máy ở việt nam. Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt nam đều do Liên xô cũ và một số nước Đông âu cung cấp. Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lượng 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 hai hướng là: 1. Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tin cậy; nhưng với giá thành rất cao. 2. Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác. Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt nam như : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON (Nhật bản), HUYNDAI (Hàn quốc). Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng: a. Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường. b. Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực. Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện. 1.4 kết cấu của thang máy. Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1. Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào. Để nâng- hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 5 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH thang máy được nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 ÷ 120. Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài). Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6. Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 6 - ỏn tt nghip B mụn TH Hỡnh 1-1: Kt cu c khớ ca thang mỏy. Trn Nh Hng Lớp K36IB Trng i hc KTCN Thỏi Nguyờn - 7 - 1. Cabin 2. Con trợt dẫn hớng Cabin 3. Ray dẫn hớng Cabin 4. Thanh kẹp tăng cáp 5. Cụm đối trọng 6. Ray dẫn hớng đối trọng 7. ụ dẫn hớng đối trọng 8. Cáp tải 9. Cụm máy 10. Cửa xếp Cabin 11. Chêm chống rơi 12. Cơ cấu chống rơi 13. Giảm chấn 14. Thanh đỡ 15. Kẹp ray Cabin 16. Gá ray Cabin 17. Bu lông bắt gá ray 18. Gá ray đối trọng 19. Kẹp ray đối trọng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH 1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy. 1.5.1 Cabin: Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó. Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc. Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo. Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ. 1.5.2 Động cơ: Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống. Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm. 1.5.3 Phanh: Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ. 1.5.4 Động cơ cửa: Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng . Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo mét quy luật nhất đinhj sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 8 - 1 - Puly ma s¸t 2 - C¸p n©ng 3- Cabin 4 - §èi träng 5 - C¸p ®iÖn Cabin 6 - XÝch c©n b»ng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm. 1.5.5 Cửa: Gồm cửa cabin và cửa tầng . cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khachs hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì. Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó . Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc. Các thiết bị phụ khác: nh quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy. Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống. Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4. Đối với thang máy có chiều cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng ( cáp 5 ). Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang . mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm rãnh. Đối trọng là bộ phận cân bằng. đối với thang máy có chiều cao không lớn người ta thường chọm đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 9 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH cáp điện và không dùng cáp và xinh cân bằng.việc trọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất và trọn cáp tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát. Chương II Các yêu cầu đối với thang máy 2.1 yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu. Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố. Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ. Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi. 2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy: a. Phanh bảo hiểm: Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượt quá (20 ÷ 40)% tốc độ định mức . Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu : Phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm. Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được dử dụng rộng rãi hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1. Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4. Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái. Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên - 10 - . về thang máy Phần II : Tổng quan về PLC Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu. cho công việc ra trường và đi xây dựng đất nước . Em đã được nhà trường giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy để làm đồ án tốt