Ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển thang máy

PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

• HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY SỬ DỤNG CÁC PHẦN TỬ PHI TIẾP ĐIỂM
• KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN RƠLE 1. Hệ điều khiển rơle
• KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

Như đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chất lượng truyền động có yêu cầu không cao lắm, người ta thường sử dụng các hệ truyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ - rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã được mô tả ở trên. Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như : động cơ một chiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng v.vv. Phần cốt lừi của phương phỏp được mụ tả trờn hỡnh 3-11, gồm cỏc khối như sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều.

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stator. Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều. - Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cưả buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng thang đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra.

Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho một quá trình hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không thể thay đổi ngay lập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần phải có sự thay đổi lại cách đấu dây trong hệ thống. Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) là một tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm. Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phức tạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể là thiết bị điều khiển khả trình (Programable Logic Controller - PLC) hoặc có thể là một máy tính chủ v.v.

Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết bị thu nhận tín hiệu (tủ điều khiển, các động cơ, các sensor, các công tắc, các cuộn dây rơle v.v.. ), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng để điều khiển các quá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có liên hệ mật thiết với nhau. Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào những phân tích các phương án ở trên ta chọn phương án truyền động cho thang máy trong đồ án này là: Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng PLC ghép nối qua biến tần.

SIEMENS

GIỚI THIỆU PLC S7-200 1 - Giới thiệu phần cứng

PLC, viết tắt của Programmaable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt. - Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.

- RUN : cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu bởi SM (Specical memory) có thể truy nhập để đọc. +) Vùng chương trình có tác dụng lưu chương trình điều khiển (chỉ có 1 chương trình). - Vùng đối tượng có tác dụng tạo ra các rơle thời gian, các bộ đếm, mỗi rơle thời gian và bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, và 1 bit để ghi giá trị logic vì vậy số đếm trong thanh ghi tối đa là 32767.

PLC S7-200 sử dụng cổng truyền thống nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Chương trình bao gồm 1 tập dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở tập lệnh cuối trong một vòng. Những lệnh này phải độc và phối hợp được trang thái đầu ra hoặc 1 giá trị logic cho phép, hoặc không cho phép thực hiện chức năng của một hay nhiều hộp.

Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng PLC. - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive on delaytimer): TONR Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nó với tín hiệu đầu vào.

THANG MÁY

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN

Trên cơ sở công thức (3.1) kèm theo điều kiện điểm trung tính của 3 cuộn dây không nối đất ta chỉ cần đo 2 trong 3 dòng điện stator là đã có đầy đủ thông tin về is(t) với các thành phần trong công thức (3.4). Tương tự với các vector dòng stator, các vector điện áp stator us, dòng rotor ir, từ thông stator Ψs, từ thông rotor Ψr đều có thể biểu diễn bằng các phần tử thuộc hệ toạ độ stator cố định. Từ hình vẽ (3.5) ta thấyω ≠ωs sự chênh lệch đó tạo nên dòng điện rotor với tần số fr, dòng điện đó cũng có thể biểu diễn dưới dạng vector ir với tốc độ góc ω =2.Π.frvà gốc trùng với gốc của hệ toạ độ α , β và đặt tên cho trục.

Ưu điểm của hệ toạ độ mới là do các vector is và Ψr cũng như bản thân hệ toạ độ dq quay đồng bộ với nhau với tốc độ góc ωs quanh điểm gốc, các phần tử của vector (isd,isq) là các đại lượng một chiều. Khó khăn thực tiễn của việc tính isdvà isq là việc xác định góc νs, trong trường hợp động cơ đồng bộ góc đó được xác định dễ dàng bằng thiết bị đo tốc độ vòng quay(máy phát xung kèm vạch o, resolver). Trường hợp động cơ không đồng bộ góc νs được tạo nên bởi tốc độ góc ωs =ω+ωr, trong đó chỉ có ω là có thể đo được, ngược lại ωr =2.Π.fr với fr là tần số mạch rotor ta chưa biết.

Trong hệ thống này sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc được nuôi bởi biến tần dùng van bán dẫn, hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số cao, các van bán dẫn ở đây chủ yếu là tranzitor(IGBT, MOSFET). Xét bố trí hình học của ba quận dây trên mặt phẳng tương tự như đối với khả năng thứ tư, ta dễ dàng xây dựng được vector điện áp tương ứng cho tất cả các trường hợp còn lại (Hình 3.9) các vectơ đó được đánh số từ 0÷7 như số thứ tự của bảng 3.1. Các vector chuẩn chia toàn bộ không gian thành các góc phần 6 S1 đến S6 chỉ bằng 8 vector chuẩn (Hình 3.9) ta phải tạo nên điện áp stator với biên độ góc pha bất kỳ mà khâu ĐCD sau này yêu cầu.

Ta đã biết rằng điện áp sẽ được quy đổi bằng thời gian đóng ngắt xung trong một chu kỳ nào đó, giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích được phép dùng để thực hiện vector khi này modul tối đa cũng không thể vượt quá 2/3 UMC do vậy ta có công thức. Như đã phân tích ở trên ta chọn động cơ truyền động là động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc và phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ là phương pháp điều chỉnh tần số dựa vào phương pháp điều chế vector không gian, ở các hệ truyền động một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ ta dùng các bộ biến đổi van, bộ biến đổi máy điện và bộ biến đổi xung áp.