3.3.10 Dây cáp và puly.
❖ Khái niệm.
Dây cáp là một phụ kiện quan trọng của truyền động cơng nghiệp.
Nó có một hình dạng đường dài, trắng có bọc nhựa, liên tục . Bề mặt bên ngồi mịn màng, có thể được tùy chỉnh và bên trong gập ghềnh.
Puly (hay cịn gọi là pulley) là thiết bị có dạng đĩa trịn với phần rìa được chia thành rãnh để đặt dây dây cáp phục vụ cho mục đích truyền động. Có nhiệm vụ truyền momen lực chuyển động, giúp máy móc có thể vận hành.
❖ Tính tốn lực kéo.
Để nâng được thang máy có trọng lượng 2kg và khối lượng hàng hóa tối đa là 3kg. Ta có thể tính được lực kéo dây curoa để nâng cabin thông qua công thức :
∆𝐺 = 𝐺 𝑘 = 2 4 = 0,5 F = G+𝐺𝐵𝑇 − ( 𝐾 ∗ ∆𝐺) ∗ 𝑔 = [1 + 3 − (3 ∗ 0,5)] ∗ 10 = 25 𝑁. Trong đó:
• GBT : Khối lượng của hàng hóa (3 kg).
• K : Số lần dừng dự kiến của buồng thang .
• ∆G : Độ thay đổi trọng tải qua mỗi lần dừng.
• G : Gia tốc trọng trường, ( chọn g=10 m/s2).
Vậy lực kéo để nâng cabin thang máy của dây curoa là 25N. Muốn tính chiều dài dây curoa thì ta thơng qua công thức sau : Chiều dài dây cáp :
L = 2a + 𝜋(𝑑2+ 𝑑1) 2 +(𝑑2−𝑑1)2 4𝑎 L = 2*990 + 𝜋(12+12) 2 +(12−12)2 4∗990 = 2017,69(mm)~2018 (mm).
Vì dây cáp tính tốn được là mm ta suy ra kích thước dây cáp bằng hệ inch theo công thức :
𝐿𝑖𝑛𝑐ℎ = 2018
25,4 = 79,44(𝑖𝑛𝑐ℎ).
❖ Trong đó:
• L : Chiều dài dây cáp (mm).
• a : Khoảng cách tâm của 2 puly ( 99cm=990mm).
• d1 : Đường kính của Puly 1 (12mm).
• d2 : Đường kính của Puly 2 (12mm).
❖ Lựa chọn dây cap.
Sau khi tính tốn tụi em đã quyết định chọn dây cáp với số chiều dài 2018 mm để nâng thang máy.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 52 Nguyễn Hồng Hòa
HÌNH 3. 16 Puly.
3.3.11 Rịng rọc nhỏ.
Có hai loại rịng rọc.
Ròng rọc cố định: Làm thay đổi hướng của lực tác dụng vào nó, cường độ lực: F=P. Loại rịng rọc này khơng được lợi về lực nhưng được lợi về chiều.
Ròng rọc động: Giúp kéo vật lên cao với 1 lực nhỏ hơn trọng lượng của vật; cường độ lực: f < P. Loại rịng rọc này tuy khơng được lợi về chiều nhưng được lợi về lực. Khi dùng ròng rọc động, ta được lợi hai lần về lực nhưng lại thiệt hai lần về đường (2F = P ).
Ứng dụng của ròng rọc.
Ròng rọc được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến trong các công việc nâng hạ vật nặng trong cuộc sống. Nó được sử dụng chủ yếu trong dân dụng vì chi phí rẻ, dễ dàng sử dụng, hoạt động thủ công. Tải trọng nâng vật nặng khá nhỏ bởi nó phụ thuộc vào sức kéo của mỗi người.
3.3.12 Đối trọng thang máy.
❖ Khái niệm.
Đối trọng thang máy là bộ phận dùng để cần bằng tải trọng của cabin.
❖ Chức năng.
+ Tạo lực căng cáp từ đó tạo lực ma sát nhất định giữa cáp và Puly máy kéo.
+ Giảm cơng suất máy kéo đi ( Thay vì phải kéo nguyên khối lượng của cabin và khối lượng tải của thang thì khi có đối trọng mức tải mà động cơ phải kéo chỉ bằng 1/2 tải trọng của thang) chính điều đó làm giảm đi cơng suất của động cơ và giúp tiếp kiệm điện hơn.
❖ Cấu tạo đối trọng thang máy.
+ Khung đối trọng.
+ Shoe trượt.
+ Puly đối với thang sử dụng chuyền 2( Ty cáp đối với thang chuyền một).
+ Bo tải ( được đúc bằng betong hoặc bằng gang).
❖ Tính tốn khối lượng.
Khối lượng của đối trọng: Đối trong của thang máy được tính bằng : Khối lượng của cabin không tải + 50% tải trọng định mức của thang.
Khối lượng cabin không tải 2kg. Tải định mức của thang là 3kg.
=> Khối lượng của đối trọng bằng: 2+1/2*3= 3,5kg.
❖ Lựa chọn đối trọng.
Sau khi tính tốn và khảo sát nhóm quyết định làm đối trọng bằng sắt có khối lượng 3.5kg.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 54 Nguyễn Hồng Hòa
3.3.13 Cảm biến tiệm cận.
❖ Khái niệm.
Cảm biến tiệm cận là một loại cảm biến có thể phát hiện được sự hiện diện của các vật thể gần đó, mà khơng cần phải có bất kỳ tiếp xúc vật lý nào với vật thể đó bằn cách phát ra một trường điện từ hoặc một chùm tia bức xạ điện từ để tìm kiếm các thay đổi xuất hiện trong trường điện từ hoặc trong tín hiệu thu về.
❖ Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận.
Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý.
❖ Lựa chọn.
Ở đề tài này nhóm sử dụng 4 cảm biến Cảm biến tiệm cận Gs 102 NPN được bố trí dọc theo các vị trí từ tầng 1 đến tầng 4 để xác định vị trí cabin.
HÌNH 3. 19 Cảm biến tiệm cận Gs 102 NPN.
3.3.14 Biến tần số Schneider-Altivar 11Hu18M2A(ATV11).
❖ Khái niệm biến tần.
Biến tần là một thiết bị điện biến đổi tần số dòng điện đầu vào từ tần số này (50Hz, 60Hz) sang tần số khác ở đầu ra (phổ biến là từ 0 đến 400 hz), biến tần chủ yếu sử dụng để điều khiển tăng giảm vận tốc động cơ xoay chiều bằng cách tăng giảm tần số.
❖ Nguyên lí hoạt động.
Nguyên lý làm việc cơ bản của biến tần gồm 2 giai đoạn sau.
+ Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.
+ Sau đó, điện áp một chiều này được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thơng qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
HÌNH 3. 20 Ngun lí hoạt động biến tần
❖ Phân loại biến tần.
Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là:
+ Biến tần cho động cơ 1 pha.
+ Biến tần cho động cơ 3 pha.
Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.
❖ Nguyên tắc lựa chọn biến tần.
Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư. Để chọn được loại biến tần phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng, cần lưu ý những nguyên tắc lựa chọn sau đây:
+ Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và cơng suất động cơ: tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì, đồng bộ hay khơng đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu… để chọn biến tần phù hợp. Công suất biến tần phải chọn tương đương hoặc lớn hơn công suất động cơ.
+ Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng: khi lựa chọn biến tần cần xác định rõ ứng dụng của bạn là gì? Tốc độ u cầu bao nhiêu? Có u cầu tính năng điều khiển cao cấp đặc biệt nào hay khơng? Có u cầu tính đồng bộ hệ thống hay truyền thơng? Mơi trường làm việc có đặc điểm nào cần lưu ý (ẩm ướt, nhiệt độ cao, nhiều bụi, dễ cháy nổ).
+ Chọn biến tần theo tải thực tế: Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng. Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục… từ đó chọn loại biến tần phù hợp.
+ Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình khi lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 56 Nguyễn Hồng Hòa
+ Chọn biến tần theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ (trong trường hợp thay thế hãng khác) hoặc theo thông số kỹ thuật thiết kế yêu cầu.
+ Và cuối cùng, đừng quên cân nhắc đến yếu tố tài chính.
❖ Lựa chọn biến tần.
Ở đề tài này nhóm sử dụng Biến tần số Schneider-Altivar11Hu18M2A(ATV11)
Biến tần Altivar 11 sẽ làm giải pháp điều khiển tốc độ bằng cơ hoặc cơ điện. Với phương pháp điều khiển vector từ thông và nhiều chức năng bảo vệ khác, Altivar 11 là lời bảo đảm về hiệu suất cao và tính hoạt động liên tục cho hệ thống của Bạn. Đặc biệt thích hợp cho các chức năng đặc biệt (như tương hợp điện từ,…).
- Các đặc tính tổng quát.
+ Điều khiển tốc độ bằng phương pháp định hướng theo vector từ thông.
+ Bảo vệ cho biến tần và động cơ.
+ Ổn định thậm chí trong mơi trường từ -10ºC đến +50ºC.
+ Đấu dây và kết nối bằng cách bắt vít giúp thay thế dễ dàng các hệ thống truyền động cơ điện hiện hữu.
+ Có kích thước gọn, liền khối, có thể đặt cạnh nhau.
+ Có thể gắn trên thanh DIN rail.
+ Có 2 loại: loại có tích hợp sẵn bộ lọc nhiễu điện từ lớp B hoặc loại có thể chọn lắp thêm bộ lọc nhiễu. Có dịng rị rất nhỏ và tương thích với CB chơng dòng rò với ngưỡng tác động 30mA để đảm bảo an toàn chống chạm điện (trực tiếp hoặc gián tiếp) đối với người.
+ Có thể lựa chọn loại khơng có tản nhiệt.
- Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0,18 đến 2,2 kW.
+ Băng chuyền, cửa gara, cửa thang máy, thanh chắn điều khiển tự động ở các bãi đỗ xe,…
+ Máy xay, máy cưa, máy khoan, các thiết bị tập luyện, màn hình cuộn, máy trộn,…
- Dãy điện áp nguồn cung cấp.
+ 1 pha, 100 ~ 120V / 200 ~ 240V.
+ 3 pha, 200 ~ 230V.
HÌNH 3. 21 Biến tần số Schneider – Altivar 11HU18M2A.
3.3.15 Cảm biến loadcell Import HS000211 5kg.
❖ Khái niệm.
Cảm biến loadcell hay còn gọi là load cell Là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell.
❖ Cấu tạo.
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là “Strain gage” và thành phần còn lại là “Load”.
Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load”
Load – một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 58 Nguyễn Hồng Hòa
Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ lệ.
❖ Phân loại.
Có thể phân loại loadcell như sau:
+ Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịunén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell) .
+ Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu,dạng chữ S
+ Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.
❖ Lựa chọn.
Ở đề tài này nhóm sử dụng load cell Import HS000211 5kg.
Cảm biến Loadcell 5kg sử dụng để đo khối lượng của vật thể tối đa 5kg.
• Dây đỏ : ngõ vào (+).
• Dây đen : ngõ vào (-).
• Dây xanh lá : ngõ ra (+).
• Dây trắng : ngõ ra (-).
BẢNG 3. 9 Thông số kỹ thuật Cảm biến load cell.
Thông số Giá trị Đơn vị
Tải trọng 5 kg
Điện áp hoạt động 5 v Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 0C
3.3.16 Mạch khuếch đại loadcell LF-S01.
Cảm biến Loadcell là tín hiệu điện đưới dạng mV/V. Đây là tín hiệu điện rất nhỏ và rất khó để đưa về các bộ điều khiển. Vì thế chúng ta phải sử dụng đến một bộ khuếch đại tín hiệu loadcell.
- Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell.
Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điện dạng mV/V về dạng 0-10V hoặc 4-20mA. Vì hầu hết các thiết bị như PLC, SCADA ngày nay chỉ có thể đọc được dạng 4-20mA/0- 10V hoặc tín hiệu modbus rs485. Do đó, các bộ khuếch đại loadcell rất cần thiết và được sử dụng rất nhiều hiện nay.
❖ Lựa chọn bộ khuyếch đại.
Nhóm đã lựa chọn mạch khuếch đại loadcell LF-S01 để khuyếch đại tính hiệu từ cảm biến load cell.
• Chân GNDD : chống nhiễu có thể lắp hoặc khơng.
• Izero : điều chỉnh dịng ra về gần 4mA.
• Vzero : điều chỉnh áp ra về 0V.
• Vspan : điều chỉnh độ khuếch đại áp.
• Ispan : điều chỉnh độ khuếch đại dòng.
BẢNG 3. 10 Thông số kỹ thuật mạch khuếch đại loadcell LF-S01.
Thông số Giá trị Đơn vị
VO đầu ra 0-5 và 0-10 V Điện áp nguồn cấp 24 VDC
IO đầu ra 4-20 mA
Độ nhạy 2 mV/V
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 60 Nguyễn Hồng Hòa
3.4 Sơ đồ đấu nối.
❖ Sơ đồ đấu nối PLC.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 66 Nguyễn Hồng Hòa
❖ Sơ đồ bố trí thiết bị tủ điện.
- Mặt trước sau của tủ điện
HÌNH 3. 25 Mặt trước và sau tủ điện. - Mặt trên dưới tủ điện. - Mặt trên dưới tủ điện.
HÌNH 3. 26 Mặt trên tủ điện. Mặt trên tủ điện gồm: Mặt trên tủ điện gồm:
+ Công tắc để chọn chế độ.
HÌNH 3. 27 Mặt dưới tủ điện.
❖ Bố trí thiết bị trong tủ điện.
HÌNH 3. 28 Bố trí thiết bị trong tủ điện. Bên trong tủ điện gồm có: Bên trong tủ điện gồm có:
+ 1 MCB 1 pha.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 68 Nguyễn Hồng Hòa
+ 1 Biến tần.
+ 1 Nguồn tổ ong 24v.
+ 1 Nguồn tổ ong 12v.
+ 3 Relay trung gian.
+ 3 Relay khối.
+ 2 Domino.
Dây nguồn 220VAC đưa vào CB, từ CB cấp nguồn 220V vào PLC S7 – 1200, Biến tần và nguồn tổ ong. Nguồn tổ ong đưa ra điện áp 24VDC và 12VDC cấp nguồn cho các tiếp điểm rơ le và các cơ cấu chấp hành bao gồm nút nhấn,cơng tắc hành trình, cảm biến, động cơ, led hiển thị, các van điện từ, mạch khuếch đại tín hiệu Loadcell, các đèn báo.
❖ Bố trí thiết bị trên thang máy.
3.5 Thi cơng mơ hình hệ thống.
❖ Thi cơng phần cơ khí.
HÌNH 3. 30 Thi cơng phần cơ khí.
❖ Thi cơng phần điện.
Thiết kế và thi cơng mơ hình thang máy sử dụng PLC S7 1200
Sinh viên thực hiện: Thái Duy Đoan Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 70 Nguyễn Hồng Hịa
❖ Mơ hình hồn thiện.