Đề án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy

Đề án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com I. Mục lục Mục lục .1 Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy 2 I. Giới thiệu thang máy .2 II. Phân loại thang máy 5 1. Phân loại theo chức năng 5 2. Phân loại theo tốc độ dịch chuyển 6 3. Phân loại theo tải trọng .6 4. Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời 6 5. Theo hệ thống vận hành .6 III. Trang thiết bị cơ khí của thang máy 7 1. Tổng thể cơ khí thang máy .7 2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy .7 3. Thiết bị lắp trong giếng thang máy .9 4. Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy 9 5. Các thiết bị cố định trong giếng thang 10 5.1 Ray dẫn hớng 10 5.2 Giảm chấn .10 6. Cabin và các thiết bị liên quan 10 6.1 Khung cabin 10 6.2 Ngàm dẫn hớng .10 6.3 Hệ thống treo ca bin 10 6.4 Buồng cabin 11 6.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng .11 7. Hệ thống cân bằng trong thang máy 11 7.1 Đối trọng .11 7.2 Xích và cáp cân bằng .12 7.3 Cáp nâng 12 7.4 Bộ kéo tời 12 8. Thiết bị an toàn cơ khí 13 8.1 Phanh hãm điện từ : 13 8.2 Phanh bảo hiểm : 13 9. Cảm biến vị trí .14 IV. Hệ thống mạch điện của thang máy 16 1. Mạch động lực: 16 2. Mạch điều khiển: 16 3. Mạch tín hiệu: 17 4. Mạch chiếu sáng: 17 5. Mạch an toàn: .17 Chơng II: khảo sát đặc tính của thang máy và các yêu cầu điều khiển .17 a. Khảo sát đặc điểm của thang .17 b. Tính chọn công suất động cơ chuyền động thang máy 21 c. Các hệ truyền động dùng trong thang máy 25 d. Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ truyền động thang máy 26 e. ảnh hởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy .27 f. Dừng chính xác buồng thang .28 g. hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển pLc 32 Svth: Doãn Hoàng Mai 1 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 1. sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ .33 2. Giới thiệu về biến tần 3g3mv của omron 33 1.1 Đặt vấn đề 33 1.2 Tổng quan về biến tần 3G3MV và chức năng hoạt động .34 2 35 2.1 .35 chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy .35 I. Phơng pháp mô tả mạch trình tự 35 II. Tổng hợp mạch trình tự 37 III. Xây dựng các khối chức năng chính của thang .38 1. Xác định các yêu cầu phục vụ và lu giữ các yêu cầu đó .39 2. bài toán xác định vị trí hiện tại của buồng thang .39 3. Bài toán xác định hành trình hiện tại của buồng thang(đang nâng hay đang hạ) .39 4. Nâng hạ buồng thang .39 5. Điều khiển dừng buồng thang 39 6. Bi toán đóng mở cửa .42 7. Bài toán điều khiển đèn và quạt buồng thang 45 8. Bài toán xử lý các sự cố xảy ra đối với thang 45 IV. PLC .45 2.2 sơ đồ tổng quát của PLC 46 2.3 Cấu trúc bộ nhớ của CPU .49 2.4 Vòng quét chơng trình 51 2.4 Kỹ thuật lập trình 52 2.5 Ngôn ngữ lập trình 55 chơng IV: xây dựng mô hình mô phỏng thang máy 56 I. Xác định các vấn đề sẽ mô phỏng .56 II. Xây dựng kết cấu cho mô hình mô phỏng 56 III. Xây dựng kế hoạch mô phỏng và kiểm nghiệm trên thực tế 56 Chơng I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy I. Giới thiệu thang máy Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.Thang máy và máy nâng đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ,trong ngành xây dựng,luyện Svth: Doãn Hoàng Mai 2 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com kim,công nghiệp nhẹở những nơi đó thang máy và máy nâng đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá,sản phẩm,đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhauNó đã thay thế cho sức lực của con ngời và mang lại năng suất cao.Hình dáng tổng thể của thang máy đợc giới thiệu tại hình 1. Hình 1.1 : hình dáng tổng thể của thang máy Trong sinh hoạt dân dụng,thang máy đợc lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng,trong các khách sạn,siêu thị,công sở và trong các bệnh viện.Hệ thống thang máy đã giúp con ngời tiết kiệm đợc nhiều thời gian và sức lực Svth: Doãn Hoàng Mai 3 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các toà nhà cao trên 6 tầng trở lên 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.Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý. ở Việt Nam trớc đây thang máy chủ yếu đợc sử dụng trong các ngành công nghiệp để chở hàng hoá và ít đợc phổ biến.Nhng trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân ngày càng nâng cao,việc sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên. Phụ tải của thang máy thay đổi trong một phạm vi rất rộng ,nó phụ thuộc vào lợng hành khác đi lại trong một ngày đêm và hớng vận chuyển hành khách.Nh thang máy lắp đặt trong nhà hành chính,buổi sáng đầu giờ làm việc hành khách đi nhiều theo chiều lên.còn buổi chiều ,cuối giờ làm việc,hành khách sẽ đi theo chiều xuống nhiều. 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 ngời ,vì vậy yêu cầu chung đối với hệ thống 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 kỹ thuật an toàn đợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm. Thang máy chỉ có cabin đẹp ,sang trọng,thông thoáng , êm dịu thì cha đủ điều kiện để đa vào sử dụng mà còn phải đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện,điện thoại nội bộ(interphone), chuông báo,bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin(đối trọng), công tắc an toàn của cửa cabin,khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện Lựa chọn thang máy không chỉ đơn thuần xem xét các vấn đề kỹ thuật mà còn phải xem xét cả các yếu tố kinh tế .Hiển nhiên càng nhiều thang máy có tải định mức lớn,tốc độ định mức cao,hệ điều khiển càng hiện đại thì càng tạo điều kiện thuận lợi cho khách hàng sử dụng cũng nh rút ngắn thời gian chờ đợi,giảm thời gian đi tốc độ định mức,một mặt đòi hỏi vốn đầu t cho thang lớn,mặt khác làm tăng diện tích chiếm chỗ,tăng chi phí xây dựng cho giếng thangNh vậy điều kiện thuận lợi cho hành khách và vốn đầu t luôn là hai chỉ tiêu tỷ lệ nghịch với nhau.Quá trình lựa chọn thang máy chính là quá trình xác định số thang,tính năng kỹ thuật của thang (tải ,tốc độ định mức,phơng pháp điều khiển),các kích thớc cơ bản của thang và vị trí đặt Svth: Doãn Hoàng Mai 4 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com thang phù hợp với đặc điểm ,mục đích sử dụng của toà nhà với vốn đầu t chấp nhận đ- ợc. Đối với nhà sử dụng nhiều thang, bên cạnh việc chọn tính năng kỹ thuật còn phải bố trí chúng thành nhóm sao cho hợp lý để tận dụng năng suất tối u của thang cũng nh tạo thuận lợi cho khách. Đối với các toà nhà cao tầng có lợng hành khách cần vận chuyển lớn ngời ta thờng chi thang máy ra làm các nhóm riêng phục vụ các thành phần khác nhau theo chiều cao của toà nhà.Các thang máy ở các nhóm khác nhau có thể có tính năng kỹ thuật khác nhau,thờng các thang phục vụ cho các tầng cao có tảI và tốc độ định mức lớn hơn các thang phục vụ phần thấp hơn. II. Phân loại thang máy Tuỳ thuộc vào tính chất,chức năng của thang máy.Thang máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất.ví dụ nh phân loại theo hệ dẫn động cabin,theo vị trí đặt bộ kéo tời,theo hệ thống vận hành,theo công dụng.dới đây là một số phân loại: 1. Phân loại theo chức năng + Thang máy chở ngời Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác của hành khách :Gia tốc tối u là a< 2m/s 2 Thang máy dùng trong các toà nhà cao tầng : loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn,đòi hỏi vận hành êm,an toàn và có tính mỹ thuật Thang máy dùng trong bệnh viện:Phải đảm bảo rất an toàn,sự tối u về độ êm khi dịch chuyển,thời gian dịch chuyển ,tính u tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện Thang máy dùng trong các hầm mỏ ,xí nghiệp:Đáp ứng đợc các điều đợc các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động của môI trờng làm việc:độ ẩm,nhiệt độ,thời gian làm việc,sự ăn mòn + Thang máy chở hàng Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,trong kinh doanhNó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ dàng thuận tiện Svth: Doãn Hoàng Mai 5 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2. Phân loại theo tốc độ dịch chuyển. Thang máy tốc độ thấp : v < 1 m/s Thang máy tốc độ trung bình: v= 1 ữ 2,5 m/s. Thờng dùng cho các nhà có số tầng từ 6 ữ 12 tầng. Thang máy tốc độ cao:v =2,5 ữ 4 m/s. Thờng dùng cho các nhà có số tầng m t >16 tầng. Thang máy tốc độ rất cao(Siêu tốc) : v = 5m/s. Thờng dùng trong các toà tháp cao tầng. 3. Phân loại theo tải trọng Thang máy loại nhỏ :Q < 500 Kg.Hay dùng trong th viện,trong các nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm Thang máy loại trung bình : Q = 500 ữ 1000 Kg. Thang máy loại lớn : Q = 1000 ữ 1600 kg. Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg. 4. Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời đối với thang máy điện Thang máy có bộ kéo tời đặt phía trên giếng thang. Thang máy có bộ tời kéo đặt dới giếng thang . đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin. Đối với thang máy thuỷ lực : Buồng đặt tại tâng trệt . 5. Theo hệ thống vận hành. a) Theo mức dò tự động : + loại nửa tự động + loại tự động ; b ) theo tổ hợp điều khiển : + điều khiển đơn ; + điều khiển kép ; + điều khiển theo nhóm ; c ) theo vị trí điều khiển : + điều khiển trong cabin ; + điều khiển ngoài cabin ; + điều khiển cả trong và ngoài cabin ; Svth: Doãn Hoàng Mai 6 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com III. Trang thiết bị cơ khí của thang máy 1. Tổng thể cơ khí thang máy Các thiết bị chính của thang máy gồm có : buồng thang ,tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển khác. Tất cả các thiết bị của thang máy đợc trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy (trên sàn tầng cao nhất ) và hố buồng thang (dới mức sàn tầng 1). Bố trí cá thiết bị của một thang máy đợc biểu diễn trên hình 1.2. Các thiết bị thang gồm có : 1. Động cơ điện ; 2. Puli ; 3. Cáp treo; 4. Bộ hạn chế tốc độ ; 5.Buồng thang ; 6. Thanh dẫn hớng ;7. Hệ thống đối trọng ; 8. Trụ cố định ; 9. Puli dẫn hớng ; 10. cáp liên động ; 11. Cáp cấp điện ; 12. Động cơ đóng mở cửa buồng thang. 2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy + Cơ cấu nâng Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang (cơ cấu nâng) 1 (trên hình 1.2) tạo ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng. Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau : bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp ), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động. Tất cả các bộ phận trên đợc lắp đặt trên tấm đế bằng thép. Trong thang máy thờng dùng hai cơ cấu nâng (hình 1.3) : - cơ cấu nâng có hộp tốc độ (hình 1.3 a) - cơ cấu nâng không dùng hộp tốc độ (hình 1.3 b). Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thờng đợc sử dụng trong các thang máy tốc độ cao. + Tủ điện : trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ và các loại rơle trung gian. Svth: Doãn Hoàng Mai 7 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com + Puli dẫn hớng 2 (hình 1.2). Hình 1.2 :các thiết bị cơ khí lắp trong thang. + Bộ phận hạn chế tốc độ 4 (hình 1.2) làm việc phối hợp với phanh boả hiểm bằng cáp liên động 10 để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang Svth: Doãn Hoàng Mai 8 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 3. Thiết bị lắp trong giếng thang máy + Buồng thang : Trong quá trình làm việc, buồng thang 5 (hình 1.2) di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hớng 6 (hình 1.2). Trên nóc buồng thang có lắp đặt phanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở cửa buồng thang 12 (hình 1.2). Trong buông thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc liên động với sàn của buồng thang và điện thoại lên lạc với bên ngoài trong trờng hợp thang máy mất điện. Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm 11 (hình 1.2). + Hệ thống cáp treo 3 (hình 1.2) là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với buồng thang đầu còn lại nối với đối trọng 7 cùng với puli dẫn hớng . + Trong giếng của thang máy còn lắp đặt các bộ cảm biến vị trí dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chế hành trình nâng hạ của thang máy. 4. Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc 8 (hình 1.2) là hệ thống giảm xóc dùng lò xo và giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang vò đối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trờng hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình di chuyển xuống bị sự cố (không hoạt động). Hình 1.3 : Cơ cấu nâng thang Svth: Doãn Hoàng Mai 9 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 [...]... của bộ tời kéo Hệ thống phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của cabin sao cho quá trình mở máy và phanh đợc êm dịu và dừng cabin chính xác 2 Mạch điều khiển: Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một chơng trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu cầu của thang máy ,Hệ thống điều khiển tầng có Svth: Doãn Hoàng Mai 16 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd:... điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 2 2.1 i chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy I Phơng pháp mô tả mạch trình tự Có nhiều phơng pháp mô tả thờng đợc dùng trong phân tích và tổng hợp mạc trình tự.Đó là các phơng pháp bảng chuyển trạng thái,phơng pháp đồ hình trạng thái (đồ hình Mealy và đồ hình Moore),... đúng tầng, ánh sáng cha bị che khuất, transito quang TT thông, transito T1 khoá và transito T2 thông, rơle trung gian RTr tác động, còn khi buồng thang đến đúng tầng, ánh sáng bị che khuất, TT khoá, T1 thông, T2 khoá, rơle trung gian RTr không tác động IV Hệ thống mạch điện của thang máy 1 Mạch động lực: là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để đóng mở,đảo chiều cơ cấu dẫn động và phanh của... tự khi đóng lại thì hệ thống liên kết sẽ không tác động vào cửa tầng nữa mà buồng thang lại di chuyển đi đến các tầng khác 7 Hệ thống cân bằng trong thang máy Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận của hệ thống cân bằng trong thang máy để cân bằng với với trọng lợng của cabin và tải trọng nâng.Việc chọn sơ đồ động học và trọng lợng các bộ phận của hệ thống cân bằng có... của hành khách và thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một thứ tự u tiên nào đó,sau khi thực hiện xong lệnh điều khiển thì xoá bỏ ,xác định và ghi nhận thờng xuyên vị trí cabin và hớng chuyển động của nó.Tất cả các hệ thống điều khiển tự động đều dùng nút ấn 3 Mạch tín hiệu: là hệ thống các đèn tín hiệu với các ký hiệu đã thống nhất hoá để báo hiệu trạng thái của thang máy, vị trí và hớng chuyển... xác khi dừng buồng thang cho phép là: S MAX 20 mm h hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển pLc Svth: Doãn Hoàng Mai 31 Lớp: Trang bị điện-điện tử K44 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi Tim boi : nguyenvanbientbd47@gmail.com 1 sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ Nguồn dự phòng Hệ thống rơle Hệ thống phụ trợ PLC các cảm biến đầu vào điều khiển trung tâm Biến tần động cơ nâng hạ phanh Biến tần... phần:kết cấu chịu lực(khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin.Trên khung cabin có lắp các ngàm dẫn hớng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn và bộ hãm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa.Ngoài ra,cabin của thang máy chở ngời phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng 6.1 Khung cabin Khung cabin là phần xơng sống của cabin thang máy Đợc cấu tạo bằng các thanh... mức của thang máy Mặt khác, cần phải nhớ rằng, trị số tốc độ di chuyển của buồng thang tỷ lệ thuận với giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75 m/s lên v = 3,5 m/s, giá thành của thang máy tăng lên (4 ữ 5) lần Bởi vậy tuỳ thuộc vào độ cao cảu nhà mà thang máy phục vụ để chọn trị số di chuyển của thang máy phù hợp với tốc độ tối u, đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật... động của cabin 4 Mạch chiếu sáng: là hệ thống đèn chiếu sáng cho cabin,buồng máy và hố thang 5 Mạch an toàn: là hệ thống các công tắc, rơ le ,tiếp điểm nhằm đảm bảo an toàn cho ngời , hàng hoá và thang máy khi hoạt động, cụ thể là:bảo vệ quá tải cho động cơ, thiết bị hạn chế tải trọng nâng,các công tắc hành trình, các tiếp điểm tại cửa cabin, cửa tầng, tại hệ treo cabin và tại bộ hạn chế tốc độ, các... động các loại thang máy và máy nâng có tốc độ thấp và trung bình - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thờng dùng trong thang máy tốc độ thấp - Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thờng dùng cho các loại thang máy trọng tải lớn, cho phép chất lợng của hệ thống truyền động khi tăng tốc và giảm tốc, nâng cao độ chính xác khi dừng - Hệ truyền động . Đề án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Thầy Trần Văn Khôi. .35 chơng III: xây dựng hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển thang máy. 35 I. Phơng pháp mô tả mạch trình tự 35