Đồ án môn học Kỹ thuật điều khiển động cơ: Điều khiển đóng mở cửa thang máy

Đồ án môn học Kỹ thuật điều khiển động cơ với đề tài Điều khiển đóng mở cửa thang máy có nội dung trình bày về: Một cửa thang máy được mở ra và đóng vào bằng động cơ 1Hp, sử dụng biến tần Mitsubishi và Limit switch để điều khiển cửa mở ra và đóng lại nhẹ nhàng, đóng và mở cửa phải sử dụng nút nhấn, cửa chuyển động nhanh và không va vào thành cửa... Để nắm nội dung chi tiết của đồ án, mời các bạn cùng tham khảo.

Kỹ thuật điều khiển động cơ   TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỂN THƠNG ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Đề Tài: Điều khiển đóng mở cửa thang máy: Một cửa thang máy được mở ra và đóng vào bằng động cơ 1Hp Sử dụng biến tần Mitsubishi và Limit switch để điều khiển cửa mở ra và  đóng lại nhẹ nhàng Đóng và mở cửa phải sử dụng nút nhấn Cửa chuyển động nhanh và khơng va vào thành cửa Nếu cửa đang đóng mà có người vào thì phải mở ra,đợi ấn nút đóng cửa Giáo Viên Hướng Dẫn : TS. Lê Quang Đức Sinh Viên Thực Hiện:   Nhóm 8 Lê Đức Thái Vũ Hồi Nam Ngơ Đức Thiệu  I.Phân tích u cầu của khách hàng  : o Nhóm 8 Dùng động cơ 3 pha  điều khiển đóng mở cánh cửa Page 1 Kỹ thuật điều khiển động cơ o o tới o Dùng biến tần và limit switch để đóng mở cửa nhẹ nhàng Dùng cảm biến hồng ngoại để tụ động mở cửa khi có người  Chọn biến tần của hãng Mitsubishi Tập trung vấn đềchủ yếu là điều khiển: Điều khiển đóng là nếu khi ban đầu đóng cửa thì cần tốc độ  nhanh khi gần hết q trình thì chậm lại và dừng ở cuối q trình  tránh va đập  u cầu mở cửa ngược lại thì cũng vậy u cầu  có cảm biến hồng ngoại phát hiện người tới cửa để  mở ra hoặc đang đóng cửa mà có người thì dừng lại và mở cửa ra II.Giải pháp sơ bộ: Đặc tính phụ tải Do u cầu của đề tài là điều khiển cửa đóng mở nhẹ nhàng,  khơng va đập nên nhóm sẽ sử dụng các thiết bị chính như: động  cơ, biến tần, cảm biến hồng ngoại và 4 limit switch để điều  khiển cửa Nhóm 8 Page 2 Kỹ thuật điều khiển động cơ Limit switch SM1  có tác dụng giảm tốc độ ở cuối hành trình mở  cửa Limit switch SD1 có tác dụng giảm tốc độ ở cuối hành trình đóng  cửa Các Limit switch SM2 và SD2 có tác dụng để dừng êm động cơ.  Nhóm 8 Page 3 Kỹ thuật điều khiển động cơ III. Chọn thiết bị chính 1.Chọn động cơ mở cửa Theo u cầu của bài ta chọn động cơ có các thơng số: Điện áp 3 pha 400/50Hz Cơng suất 1HP Tiêu chí lựa chọn: động cơ kéo tải nhẹ,  kích thước nhỏ gọn phù  hợp cho khơng gian giới hạn, chất lượng, tối ưu hóa hiệu quả  giúp giảm chi phí cho vận hành Theo đó nhóm chọn động cơ của hãng SIEMENS model 1LA7  083­4AA Thơng số của động cơ: Động cơ: 3 pha – 4 cực Điện áp: 400V, tần số 50Hz Tốc độ động cơ: 1395rpm Dòng điện: 1.91A Hệ số cơng suất: cosφ=0,80 (Catalog trang 12) 2.Chọn hộp số cho động cơ Nhóm 8 Page 4 Kỹ thuật điều khiển động cơ Thiết kế hệ thống truyền động như hình vẽ : r = 2cm  : là bán kính Pulley gắn tại điểm nối với cánh cửa R = 4cm : là bán kính Pulley gắn tại trục hộp số L = 75cm : là chiều rộng của 1 cánh cửa (là Pulley loại bánh răng ) như vậy  Từ r = 2cm => C = 0,1256(m) Vậy để thực hiện 1 hành trình đóng (mở) pulley có r = 2(cm) cần quay  Chọn thời gian để thực hiện 1 hành trình đóng ( mở ) cửa là 5s như vậy tốc độ quay của Pulley có r =  2(cm) là 1,2 (v/s)  72 (v/p) Ta có tỷ số truyền giữa 2 Pulley  là :  Theo như đã chọn thì tốc độ của động cơ là 1395 (v/p), suy ra tỷ số  truyền của hộp số cần tìm là :  Vì vậy: ta chọn hộp số ZQ­250 của VNID.JSC Nhóm 8 Page 5 Kỹ thuật điều khiển động cơ ( Catalog hộp giảm tốc trang : 5 ) Có các thơng số như: Tỷ số truyền: 40.17 Cơng suất truyền: 2.9 KW 3.Chọn Biến Tần  Nhóm 8 Giới thiệu một số dòng biến tần của Mitsubishi Page 6 Kỹ thuật điều khiển động cơ     FR­D700 Là dòng dòng biến tần mới Dải cơng suất từ 0,1­7,5 (kw)  Với thiết kế nhỏ gọn an tồn dễ sử dụng có cải tiến nhiều  về chức năng như Digital Dial với đèn LED hiển thị, tích  hợp chức năng dừng khẩn cấp FR­D700 phù hợp cho những ứng dụng như : bơm , quạt ,  máy ép, băng tải… FR­A700 Là dòng biến tần tính năng cao Dải cơng suất từ 0,4­630 (kw) Kết hợp nhiều những chức năng sáng tạo và đáng tin cậy.  FR­A700 có thể điều khiển chính xác các đối tượng mà  khơng cần các Encoders và rất nhiều tính năng khác FR­A700 phù hợp cho những ứng dụng như : sử dụng cho  thang máy (nâng hạ), cầu trục , sử dụng nhiều trong hệ  thống kho hàng FR­F700 Dải cơng suất từ  0,75 – 630 (kw) FR­F700 phù hợp cho những ứng dụng như : hệ thống khai  thác khí, quạt , máy thổi, máy nén… FR­E700 Dải cơng suất từ 0,1 – 15 (kw) Là dòng biến tần có cơng suất tầm trung với nhiều tính  năng, điều khiển chính xác  FR­F700 phù hợp cho những ứng dụng như: máy dệt, cửa  và thiết bị truyền động của cửa thang máy, cần cẩu… Tiêu chí lựa chọn Phù hợp với động cơ có cơng suất 1 HP Chun dùng cho việc mở cửa Điện áp 380V, tần số 50Hz Có điều khiển Vector Nhóm 8 Page 7 Kỹ thuật điều khiển động cơ Từ đó ta chọn biến tần:FR­E740­0.26 chun dùng cho việc đóng mở  cửa (catalo trang 37 manual )  Các thơng số kĩ thuật cơ bản: Điện áp 380 ­ 480 V Tần số 50/60Hz Cơng suất định mức 0,75kW Nhóm 8 Page 8 Kỹ thuật điều khiển động cơ Dòng điện định mức 2.6A 4.Chọn thiết bị bảo vệ biến tần   Chọn AC Choke .   Tác dụng ­ Giúp cải thiện hệ số cơng suất và ổn định nguồn vào.  ­ Giảm ảnh hưởng của nhiễu do biến tần sinh ra.  ­ lọc sóng hài sinh ra từ biến tần   Tiêu trí chọn.  Chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần (bientancatalog trang 63) Thơng số kỹ thuật:  Chọn loại FR­BAL­B­4.0K Điện áp 380 ­ 480 V Dòng điện: 12A  Nhóm 8 Chọn DC Reactors  Tác dụng ­ Giúp ổn định dòng biến tần, giảm nhấp nhơ điện áp DC  Page 9 Kỹ thuật điều khiển động cơ bus ­ hạn chế sóng hài do biến tần sinh ra  Tiêu chí chọn chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần ( bientancatalog trang 64 ) Có các thơng số: Chọn FFR­HEL­H0,75K­E Cơng suất 9.4 kW  Nhóm 8 Chọn EMC  Tác dụng ­ Lọc nhiễu điện từ ­ hạn chế tác hại của sóng hài tới các thiết bị  Tiêu chí chọn Theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần Page 10 Kỹ thuật điều khiển động cơ ( bientancatalog trang 58) Có các thơng số: Chọn FFR­MSH­040­8A­RF1 Cơng suất 17W  Chọn điện trở hãm  Tác dụng   ­ dùng điện trở hãm để dừng và hãm động cơ nhanh ở tốc độ  cao  Tiêu chí chọn   chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần (biêntancatalog trang 67) Có các thơng số: Mã  FR­ABR­ H0.75K Điện trở 700 ơm IV.Chọn thiết bị cho  mạch động lực 1.Chọn MCCB  Nhóm 8 Tác dụng Page 11 Kỹ thuật điều khiển động cơ Đây là thiết bị đóng ngắt bằng tay, có khả năng đóng ngắt  tự động khi hệ thống có dòng điện q tải vượt q giới hạn  định mức giúp bảo vệ biến tần  Tiêu chí chọn MCCB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn Có dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của biến  tần ( 2.6A) Theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần ( nếu có) Vậy nhóm chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần  MCCB NF32­SV của hãng Mitsubishi ( catalog MCCB trang 20) Dòng điện cắt : 5A Dòng điện MAX:  5kA Loại : 3 cực Điện áp:  380V 2.Chọn máy biến áp cách ly  Nhóm 8 Tác dụng ­ Cách biệt và độc lập nhau về điện ­ Chống nhiễu khi lưới điện dao động Page 12 Kỹ thuật điều khiển động cơ Ta chọn máy biến áp cách ly loại ST­1000VA­BACL của V­Standa.,  JSC. ( trang 11) Điện áp vào : 1pha 220V,  điện áp ra : 220V Cơng suất  :1 kVA 3.Chọn Contactor Tác dụng Contactor là khí điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên  lạc trong mạch điên  Tiêu chí chọn: Chọn contactor loại dùng cho tải AC1 Theo dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng của biến tần   Theo khuyến cáo nhà sx biến tần.( nếu có ) Chọn contactor loại:  S­N10 của Mitsubishi do nhà sản xuất biến  tần khuyến cáo  ( catalo contactor trang 11) Có các thơng số như sau: Dòng điện : 11A Điện áp cuộn hút :200­ 220V Số tiếp điểm phụ cho sẵn : 1 NO Số cực : 3  Nhóm 8 Page 13 Kỹ thuật điều khiển động cơ 3.Chọn relay trung gian       Nhóm 8 Tác dụng Sử dụng role trung gian để đóng mở các tiếp điểm trên mạch.  Chọn relay của hãng Rockwell Loại : 700­K22Z­KA Điện áp : 240VAC Dòng điện : 2A Điện áp cuộn hút :240VAC­ 50/60hz Số cực : 4 cực , 2NO+2NC Page 14 Kỹ thuật điều khiển động cơ ( catalog relay control trang 1&2)  Chọn Limit switch.  Tác dụng Giới hạn hành trình các cấp tốc độ Chọn limit switch của hãng OMRON, số  hiệu:D4B­4111N Số lượng: 4 cái Khối lượng: 960g Đầu tác động: cần bánh xe  Nhóm 8 Page 15 Kỹ thuật điều khiển động cơ Có các thơng số: Tốc độ hoạt động: 1mm/s đến 0.5m/s Tần số hoạt động: với điện là 30 tác động/phút Dòng định mức 20A Dòng ngắn mạch 100 A (catalo trang 105) 5.Cáp động lực  Nhóm 8 Tiêu chí chọn: Chịu được q tải động cơ Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép phải lớn hơn 700C Theo khuyến cáo nhà sx biến tần chọn cáp PVC có tiết  diện 2,5mm2  cho mạch động lực và cáp vào động cơ Chọn cáp CADIVI Cáp 3 lõi,  ruột đồng, cách điện và vỏ  bằng nhựa PVC,  cấp điện áp 0,6/1kV.Tần số 50Hz.Nhiệt độ làm việc dài hạn cho  phép đối với cáp là 700C.(catalog cáp trang 10) Page 16 Kỹ thuật điều khiển động cơ V. Chọn thiết bị chính cho mạch điều khiển  1. Ch   ọn MCB cho mạch điều khiển .    Nhóm 8 Tiêu chí : Bảo vệ được cho các phần tử của mạch điều khiển  được an tồn khi có sự cố xảy ra như q dòng thì MCB sẽ tác  động bảo vệ Nhóm tính tốn sơ bộ dòng điện của các thiết bị trong mạch điều  khiển thì dòng điện tổng gần bằng 1A.  Chọn MCB  hãng Mitsubishi BH­D6 (catalog trang 5) 2 poles Điện áp: 230 AC Dòng điện 1.6A Dòng điện cắt 6 kA Page 17 Kỹ thuật điều khiển động cơ Chọn cáp điều khiển: Kết nối các thiết bị điện trên mạch điều khiển Chọn loại cáp có mã1060101 1 lõivớiđường kính 1mm2của hãng  Cadivi.(catalog trang 2) 2.Chọn cảm biến hồng ngoại  Nhóm 8 Tiêu chí chọn: Chọn cảm biến hồng ngoại có thể nhận biết được người ra vào  để điều khiển cửa khơng đóng hoặc mở ra khi cửa đang đóng khi  vẫn còn có người ra vào Page 18 Kỹ thuật điều khiển động cơ Chọn loại F3E­16­T6 của Omron Có các thơng số: Khoảng cách có phát hiện 0­5m Thời gian đáp ứng: max 110ms Nguồn sáng: LED hồng ngoại Nguồn cấp : 10­30VDC 3.Chọn nguồn riêng cho cảm biến chọn loạiS8JC­Z01524CD của OmRon Nguồn cấp 200~240VAC (185~264VAC),50/60Hz Nhóm 8 Page 19 Kỹ thuật điều khiển động cơ Điện áp ngỏ ra:  24VDC  ±10% Dòng ra : 0.7 A   Vỏ sắt gắn DIN rail Bảo vệ q dòng, q áp Có catalogue kèm theo_trang 1.  4.Chọn nút ấn Ta chọn nút nhấnYW1L­AF2E11QM3 của IDEC Điện áp max. 250V , sử dụng loại 1NO­1NC. NO cho tiếp điểm  thường mở, NC cho tiếp điểm thường đóng. (catalog trang 6) Nhóm 8 Page 20 Kỹ thuật điều khiển động cơ  5.Đèn báo :  Đèn báo nguồn, chạy thuận ,chạy nghịch, báo lỗi.  Chọn loại YW1P­1M45 của hãng IDEC  Sử dụng đèn led điện áp định mức: 230/240 AC/DC Điện áp 220v AC ( catalog trang 3 ) VI. Cài đặt các thơng số cho biến tần và động cơ Cài đặt  thơng số  cho động  Nhóm 8 Tham số Mô tả Pr.80 công suất  motor Số cực  motor Pr.81 Pham vị cài  Cài đặt đặt 0.1­15kW 0.75kW 2,4,6,8 Page 21 4 cực Kỹ thuật điều khiển động cơ Pr.82 Pr.83 Pr.84 Các thông  số cơ bản Pr.0 Pr.1    Pr.2 Pr.6 Pr.7  Pr.8 Pr.9 Pr.13 Pr.30 Pr.57 Pr.78 Nhóm 8 dòng motor điện áp  motor tần số  motor Tăng  momen tần số max  xuất ra tần số min  xuất ra Tốc độ đặt  thấp nhất thời gian  tăng tốc thời gian  giảm tốc dòng điện  bảo vệ quá  nhiệt của  motor Tần số bắt  đầu Chọn chức  năng hãm  tái sinh Thời gian  khởi động  sau khi bị  mất điện chế độ  chạy  thuận,  chạy  nghịch 0­500A 0­1000v 1.91A 400V 10­120Hz 50Hz 0­30% 6% 0­120Hz 50Hz 0­120Hz 0­400Hz 10Hz 0­ 3600/360s 0­ 3600/360s 0­500A 1s 0­60Hz 50Hz 0,1,2 Thông qua  điện trở hãm 0.1­5s 9999 9999 Không khởi  động lại 0,1,2 Bật chạy  thuận,nghịch Page 22 2s 1.91 A Kỹ thuật điều khiển động cơ Chức năng  Pr.150 bảo vệ  đầu vào,  Pr.151 Pr.251 Pr.261 Pr.872 Pr.192 Phát hiện  quá dòng  động cơ  định mức Thời gian  cho phép  quá dòng  150% Bảo vệ  đầu ra khi  mất pha Lựa chọn  khi mất  điện Bảo vệ  đầu vào khi  mất pha Chức năng  báo sự cố 0­200% 150% 0­10s 2s 0,1 Có bảo vệ 0,1,2 Khi mất  điện sẽ tắt  biến tần Có bảo vệ Báo động  khi q tải 0,1 0/1/3/4/7/8 … VII. Thuyết minh mach đơng l ̣ ̣ ực­ mach điêu khiên ̣ ̀ ̉ Có file cad kèm theo Ngun lý hoạt động:  Ban đầu chưa có cấp điện, hay biến tần bị lỗi thì tất cả các đèn  đều tắt Bắt đầu ta thì ta ấn ON điện cấp nguốn cho cuộn hút Contactor  KM thì khi đó đóng tiếp điểm trên mạch động lực, cấp nguồn  vào biến tần. Đồng thời đóng 1 tiếp điểm thường mở trên mạch  điều khiển đóng để giữ dòng điện và bật sáng đèn Đ1 Giả sử cửa ban đầu đang đóng. Để thực hiện q trình mở cửa  ta ấn nút nhất M: Nhóm 8 Page 23 Kỹ thuật điều khiển động cơ Điện sẽ được cấp cho cuộn hút RL2 đèn Đ3 sáng. Tiếp điểm  thường mở sẽ đóng để giữ nguồn điện kết hợp bên mạch  động lực thì tiếp điểm RL2 bên đó cũng đóng cấp điện vào  biến tần ngõ vào STR(chạy ngược). Lúc này biến tần hoạt  động cấp điện cho động cơ chạy với tốc 1 50 hz ( mở nhanh)  do mình cài đặt. Động cơ chạy thuận cửa bắt đầu mở và khi  đến cơng tắc Limit Switch SM1 thì điện cấp cho cuộn hút  RL3 đóng tiếp điểm RL3 trên biến tần tức là chân RLmà ta  đã chọn tốc độ số 2 với tần số 10Hz. Cửa vẫn tiếp tục được  mở và khi đến SM2 cuộn hút KM2 được cấp điện, khi đó  tiếp điểm thường đóng của KM2 được mở ra thì ngắt dòng  điện vào RL2, đèn D3 tắt và q trình mở kết thúc  Thực hiện q trình đóng cửa:  Ta ấn nút nhấn Đ cấp nguồn cho cuộn hút RL1. Tiếp điểm  thường mở sẽ đóng đèn đóng,đèn Đ2 sáng  và để giữ nguồn  điện kết hợp bên mạch động lực thì tiếp điểm RL1 bên đó  cũng đóng cấp điện vào biến tần ngõ vào STF (chạy thuận).  Lúc này biến tần hoạt động cấp điện cho động cơ chạy với  tốc độ 1 50 hz ( đóng  nhanh) đo mình cài đặt. Động cơ chạy  ngược cửa bắt đầu đóng và khi đến cơng tắc Limit Switch  SD1 thì điện cấp cho cuộn hút RL3, đóng tiếp điểm RL3 trên  biến tần hay chính là ta đã chọn tốc độ số 2 10Hz. Cửa vẫn  tiếp tục được mở và khi đến SD2 cuộn hút KD2 được cấp  điện, khi đó tiếp điểm thường đóng của KD2 được mở ra thì  ngắt dòng điện vào RL1, đèn Đ2 tắt và q trình đóng kết  thúc Khi có người vào mà cửa đang đóng thì cảm biến hồng ngoại  phát hiện khi đó cảm biến sẽ điều khiển Role đóng lại cấp  nguồn cho cuộn hút HN. Ngay lập tức q trình đóng sẽ bị cắt  nguồn điện và dừng lại đồng thời q trình mở được cấp điện  và bắt đầu mở cửa ra bởi các tiếp điểm thường đóng và mở ký  hiệu trên mạch điều khiển Nhóm 8 Page 24 Kỹ thuật điều khiển động cơ + Khi xay ra lôi  ̉ ̃ ở đâu ra ,tiêp điêm C­B  ̀ ́ ̉ ở biến tần  mở  =>  ngăt  ́ biên tân ra khoi nguôn, C­A đong lai đen Đ4  sang bao lôi ́ ̀ ̉ ̀ ́ ̣ ̀ ́ ́ ̃ + Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải lúc đó MCB ngắt  mạch điều khiển ra khỏi lưới, MCCB ngắt động cơ, biến tần ra khỏi  lưới Nhóm 8 Page 25 ... và thiết bị truyền động của cửa thang máy,  cần cẩu… Tiêu chí lựa chọn Phù hợp với động cơ có cơng suất 1 HP Chun dùng cho việc mở cửa Điện áp 380V, tần số 50Hz Có điều khiển Vector Nhóm 8 Page 7 Kỹ thuật điều khiển động cơ... Limit switch SD1 có tác dụng giảm tốc độ ở cuối hành trình đóng cửa Các Limit switch SM2 và SD2 có tác dụng để dừng êm động cơ.  Nhóm 8 Page 3 Kỹ thuật điều khiển động cơ III. Chọn thiết bị chính 1.Chọn động cơ mở cửa Theo u cầu của bài ta chọn động cơ có các thơng số:... Chọn cảm biến hồng ngoại có thể nhận biết được người ra vào  để điều khiển cửa khơng đóng hoặc mở ra khi cửa đang đóng khi  vẫn còn có người ra vào Page 18 Kỹ thuật điều khiển động cơ Chọn loại F3E­16­T6 của Omron Có các thơng số: