Thiết kế chế tạo mô phỏng và điều khiển thang máy chở người

Vương văn Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học ngành : học kỹ thuật Cơ häc kü thuËt THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY CHỞ NGƯỜI 2005 - 2007 V­¬ng văn Hà Nội -2007 Hà NộI - 2007 LI NĨI ĐẦU Dường trở thành phần khơng thể thiếu, ngày vào tòa nhà cao tầng, ta bắt gặp hệ thống thang máy Sự xuất thang máy giúp ích cho người nhiều việc di chuyển vận chuyển hàng hóa Chính vậy, từ đời đến nay, thang máy nghiên cứu, cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày cao người Trên giới, thang máy sản xuất từ lâu ngày hoàn thiện, chất lượng phục vụ ngày tốt Ở nước ta, thang máy có mặt lâu, nhiên phát triển nhiều hạn chế Đối với thang máy chở người, công ty Việt Nam dừng lại việc nhập cung cấp thang máy sản xuất từ nước Xuất phát từ nhu cầu thực tế việc điều khiển hệ thống thang máy Đề tài tập trung vào tìm hiểu hệ thống điều khiển cho nhóm thang máy chở người điều khiển mờ, áp dụng kết điều khiển cho mơ hình nhóm thang máy gồm hai thang sử dụng vi điều khiển hướng phát triển để thiết kế hệ thống điều khiển cho tịa nhà có số tầng lớn hơn, có nhiều thang máy Trong khn khổ luận văn tập trung vào tính tốn động học thang, thiết kế hệ thống điều khiển cho nhóm thang máy thực tế với việc chế tạo mơ hình nhóm thang máy chở người có bốn điểm dừng Áp dụng điều khiển mờ Vi xử lý để điều khiển mơ hình nhóm thang máy Mơ hình có đầy đủ thành phần hệ thống nhóm thang máy Hệ thống sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển nhóm thang máy thực tế, gồm nhiều thang máy, nhiều tầng trí trí tuệ nhân tạo, điều khiển mờ Tồn luận văn trình bày chương Chương 1, tập trung vào tìm hiểu loại thang máy; Chương 2, trình bày cách tính toán động học thang máy Chương 3, tập chung vào thiết kế điều khiển mờ điều khiển nhóm thang; Chương 4, tập trung vào trình bày kết thực nghiệm mơ hình nhóm thang máy điều khiển điều khiển mờ; Chương 5, trình bày hướng phát triển đề tài Cũng thời gian có hạn hạn chế điều kiện vật chất cách tiếp cận kết giới đạt nên luận văn khơng tránh khỏi thiết sót định Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bổ ích từ người đọc luận văn quan tâm đến thang máy Sau nội dung chi tiết luận văn: MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY 1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY 1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744-1993) 1.3.2 Theo hệ dẫn động cabin 10 1.3.3 Theo vị trí đặt tời kéo 11 1.3.4 Theo hệ thống vận hành 11 1.3.5 Theo thông số 12 1.3.6 Theo kết cấu cụm 12 1.3.7 Theo vị trí cabin đối trọng giếng thang 12 1.3.8 Theo quỹ đạo di chuyển cabin 14 1.4 KÝ HIỆU THANG MÁY 14 1.5 CẤU TẠO THANG MÁY 15 1.5.1 Thiết bị khí thang máy 16 1.5.1.1 Cơ cấu dẫn động 16 1.5.1.2 Puly mas sat 18 1.5.1.3 Cáp nâng dây cân 20 1.5.1.4 Khung cabin 22 1.5.1.5 Buồng cabin 23 1.5.1.6 Ngàm dẫn hướng 23 1.5.1.7 Đối trọng 24 1.5.1.8 Ray dẫn hướng 25 1.5.1.9 Phanh bảo hiểm hạn chế tốc độ 26 1.5.1.10 Thiết bị giảm chấn 28 1.5.2 Hệ thống điều khiển thang máy 29 1.5.2.1 Mạch động lực 29 1.5.2.2 Mạch điều khiển 29 1.5.2.3 Hệ thống chiếu sáng 30 1.5.2.4 Mạch tín hiệu 30 1.5.2.5 Mạch an tồn 30 1.6 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG 31 CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THANG MÁY 34 2.1 THÔNG SỐ CỦA THANG MÁY 34 2.2 XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG CÁP LỚN NHẤT 34 2.3 TÍNH CHỌN CÁP 35 2.4 TÍNH PULY DẪN VÀ RỊNG RỌC 36 2.5 TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỘP GIẢM TỐC 38 2.5.1 Động 38 2.5.2 Hộp giảm tốc 38 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO NHÓM THANG 40 MÁY CHỞ NGƯỜI 3.1 TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ 40 3.1.1 Khái niệm 40 3.1.2 Biến ngôn ngữ giá trị 41 3.1.3 Luật hợp thành mờ 43 3.1.4 Thuật toán xác định luật hợp thành có cấu trúc MISO 44 3.1.5 Thuật tốn xây dựng luật hợp thành có nhiều mệnh đề hợp thành 44 3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 45 3.2.1 Sơ đồ khối 45 3.2.2 Mờ hoá 46 3.2.2.1 Mờ hoá đơn vị 47 3.2.2.2 Mờ hoá Gauss 47 3.2.2.3 Mờ hoá tam giác 47 3.2.3 Giải mờ 47 3.2.4 Khối luật mờ 47 3.3 ĐIỀU KHIỂN NHÓM THANG MÁY BẰNG ĐIỀU KHIỂN MỜ 48 3.3.1 Giới thiệu 48 3.3.2 Hệ thống điều khiển nhóm thang máy 50 3.3.3 Tiêu chuẩn quy tắc thiết kế điều khiển mờ cho nhóm thang 51 máy 3.3.4 Thuật giải Logic mờ điều khiển nhóm thang máy 52 3.3.5 Thiết kế điều khiển mờ cho nhóm thang máy 54 3.3.5.1 Các biến vào 54 3.3.5.2 Chọn hàm liên thuộc giá trị biến ngôn ngữ 55 3.3.5.3 Luật điều khiển 57 3.3.5.4 Cài đặt điều khiển mờ mơ hình thang máy 58 CHƯƠNG CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHĨM HAI THANG MÁY CHỞ 59 NGƯỜI 4.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 59 4.2 KHỐI GỌI TẦNG 60 4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 62 4.4 BỘ PHẬN CHẤP HÀNH 62 4.4.1 Thang A 62 4.4.2 Thang B 62 4.4.3 Điều khiển cửa 63 4.4.4 Điều khiển động nâng hạ cabin 64 4.4.5 Khởi tạo hệ thống 64 4.5 KHỐI BÁO TẦNG 65 4.6 MƠ HÌNH CHẾ TẠO 67 4.6.1 Mở đầu 67 4.6.2 Chọn kết cấu vật liệu chế tạo 68 4.6.2.1 Thơng số chung mơ hình 69 4.6.2.2 Cabin 69 4.6.2.3 Ngàm dẫn hướng 70 4.6.2.4 Đối trọng 71 4.6.2.5 Cửa tầng cửa cabin 72 4.6.2.6 Thiết bị giảm chấn 73 4.6.2.7 Cơ cấu dẫn động 74 4.6.3 Thiết kế mạch lập trình hệ thống 75 4.6.3.1 Khối nguồn 75 4.6.3.2 Khối vi điều khiển 76 4.6.3.3 Khối tín hiệu đầu vào 76 4.6.3.3.1 Tín hiệu gọi tầng tín hiệu đóng mở cửa 76 4.6.3.3.2 Tín hiệu báo đến tầng 78 4.6.3.3.3 Mạch báo tải 79 4.6.3.4 Khối tín hiệu đầu 80 4.6.3.4.1 Mạch điều khiển báo tầng 80 4.6.3.4.2 Mạch báo chiều 81 4.6.3.4.3 Mạch điều khiển động 84 4.6.4 Kết mơ mơ hình thang điều khiển mờ 86 CHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 88 5.1 CHUẨN TRUYỀN THƠNG RS-485 88 5.1.1 Đặc tính điện học 88 5.1.2 Số trạm tham gia 89 5.1.3 Tốc độ truyền tải chiều dài dây dẫn 90 5.1.4 Cấu hình mạng 90 5.1.5 Cáp nối 91 5.1.6 Trở đầu cuối 92 5.2 SƠ ĐỒ GHÉP NỐI 92 PHỤ LỤC 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 KẾT LUẬN 115 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY Thang máy thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu, v.v… 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, công xưởng, v.v 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 Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cơng trình Nhiều quốc gia giới quy định, tòa nhà cao tầng trở lên phải trang bị thang máy để đảm bảo cho người lại thuận tiện, hàng hóa di chuyển dễ dàng, 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, v.v…, số tầng nhỏ yêu cầu phục vụ phải trang bị thang máy Với tịa nhà nhiều tầng có chiều cao lớn việc trang bị thang máy bắt buộc để phục vụ việc lại tòa nhà Nếu vấn đề vận chuyển người hàng hóa tịa nhà khơng giải dự án xây dùng tòa nhà cao tầng không thành thực Thang máy thiết bị vận chuyển địi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tài sản tính mạng người Vì vậy, yêu 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 Thang máy có cabin đẹp, thơng thống, sang trọng, êm dịu chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng Để đưa vào sử dụng, thang máy phải có kết cấu khí vững chắc, hệ thống mạch điều khiển ổn định đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Chng báo q tải, hãm bảo hiểm phịng đứt cáp, vượt tốc, cơng tắc an tồn cửa cabin, khóa an tồn cửa tầng, v.v… 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THANG MÁY Cuối kỷ thứ 19, giới có vài hãng thang máy đời OTIS; Schindler Chiếc thang máy chế tạo đưa vào sử dụng hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schinder (Thụy Sĩ) chế tạo thành công thang máy khác Lúc đầu tời kéo có tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở tay, tốc độ di chuyển cabin thấp Đầu kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác đời KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR, v.v… (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý), v.v… chế tạo loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi cabin tốt êm Vào đầu năm 1970, thang máy chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph, thang máy chở hàng có tải nâng tới 30 đồng thời khoảng thời gian có thang máy thủy lực đời Sau khoảng thời gian ngắn với tiến ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đạt tới 600m/ph Vào năm 1980, xuất hệ thống điều khiển động phương pháp biến đổi điện áp tần số VVVF (inverter) Thành tựu cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm khoảng 40% công suất động Đồng thời, vào năm xuất loại thang máy dùng động điện cảm ứng tuyến tính Vào đầu năm 1990, giới chế tạo thang máy có tốc độ đạt tới 750 m/ph thang máy có tính kỹ thuật đặc biệt khác Chiếc thang máy Việt Nam hãng OTISLAWPS lắp đặt từ năm 30 kỷ trước Đến nay, nhiều thang máy hãng lớn lắp đặt Việt Nam Theo thống kê sơ đến năm 2000, MITSUBISHI lắp khoảng 370 chiếc, OTIS 240 chiếc, NIPPON 80 Điều thể nhu cầu lớn thang máy thị trường Việt Nam Trong nước có số cơng ty thang máy Thiên Nam, Thái Bình (Pacific), Thăng Long, v.v…, chủ yếu nhập toàn tận dụng linh kiện, thiết bị có trước Phần chế tạo nước cịn mang tính thủ cơng, chất lượng khơng ổn định 1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY Hiện thang máy thiết kế, chế tạo đa dạng phong phú với nhiều kiểu loại khác để phù hợp với mục đích sử dụng cơng trình Có thể phân loại thang máy theo nguyên tắc đặc điểm sau: 1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) thang máy phân thành loại else if (StopA_4==0) { gt_tangA=4; } if (StopB_1==0) { gt_tangB=1; } else if (StopB_2==0) { gt_tangB=2; } else if (StopB_3==0) { gt_tangB=3; } else if (StopB_4==0) { gt_tangB=4; } if (led1==bat) { goi1=1; } else goi1=0; if (led2==bat) { goi2=2; } else goi2=0; 102 if (led3==bat) { goi3=3; } else goi3=0; if (led4==bat) { goi4=4; } else goi4=0; if (led1==bat) { goi1A=1; } else goi1A=0; if (led2==bat) { goi2A=2; } else goi2A=0; if (led3==bat) { goi3A=3; } else goi3A=0; if (led4==bat) { goi4A=4; } else goi4A=0; if ((goi1==1)&&(gt_tangA==gt_tangB)&&(gt_tangA>goi1)) { 103 thangA_down(); downA(); } if ((StopA_1==0)&&(led1==bat)) { stopA(); led1=tat; } if ((goi1==1)&&abs(gt_tangA-goi1)>abs(gt_tangB-goi1)) { thangB_down(); downB(); } if ((goi1==1)&&abs(gt_tangA-goi1)goi2)) { thangA_down(); downA(); } if ((goi2==2)&&(gt_tangA==gt_tangB)&&(gt_tangAgoi2)) // GIA TRI TUYET DOI BANG NHAU { thangA_down(); 104 downA(); } if ((goi2==2)&&(abs(gt_tangA-goi2)-abs(gt_tangB-goi2)==0)&&(gt_tangAabs(gt_tangB-goi2)&&(gt_tangB>goi2)) { thangB_down(); downB(); } if ((goi2==2)&&abs(gt_tangA-goi2)>abs(gt_tangB-goi2)&&(gt_tangBabs(gt_tangB-goi3)&&(gt_tangB