3.1.1. Truyền ựộng kiểu kéo không có hộp số
3.1.1.1. Mô tả
- Thiết bị nâng chuyển kiểu kéo không có hộp số bao gồm một ựộng cơ DC tốc ựộ thấp (từ 50 ọ 200 vòng/phút) có 4ọ8 puly có ựường kắnh (khoảng 750ọ1000 mm). Một phanh lò xo có cách ly về ựiện ựược bố trắ dùng cho puly.
- động cơ DC có tốc ựộ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và ựắt tiền nhưng cần thiết ựể duy trì mô men yêu cầu và truyền ựộng trực tiếp cho puly có bán kắnh lớn ựể ựảm bảo tốc ựộ dừng cũng như tăng tốc ựộ của thang.
- Các puly càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo. Thường người ta chọn puly có bán kắnh gấp 40 lần bán kắnh dây kéo.
- Các máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn khoảng 4m/s. Thường dùng nguyên tắc quấn dây ựôi ựể tránh trượt dây và giảm tối ựa tốc ựộ mòn dây. Các dây từ buồng thang ựược quấn puly truyền ựộng qua puly thứ hai (gọi là puly thứ cấp) rồi qua puly truyền ựộng một lần nữa, cuối cùng ựến ựối trọng.
- Lớp ựệm rãnh làm bằng pulyuerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa rãnh của puly và dây kéo ựể kéo dài tuổi thọ của dây. Kĩ thuật này phát triển dựa trên nguyên tắc quấn dây hai lần có thể bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết hợp với miếng ựệm rãnh.
- Dây cáp: thường dùng dây cáp có khả năng chịu lực cao.
3.1.1.2. Hoạt ựộng
Máy phát có thể khởi ựộng khi ựầy tải, có khả năng tăng tốc ựến tốc ựộ cực ựại trong khoảng cách chuyển ựộng từ tầng này ựến tầng khác. Có khả năng chuyển ựộng chậm dần ựến mức có thể dừng trong khoảng từ 4,5 giây ựến 5 giây. Yêu cầu ựó ựòi hỏi phải thực hiện dưới một ựiều khiển tải khi nâng củng như khi hạ. Hệ thống nâng chuyển phải bố trắ sao cho khi tăng tốc hoặc giảm tốc không gây cảm giác khó chịu cho hành khách trong buồng thang.
3.1.2. Truyền ựộng kiểu kéo có hộp số
3.1.2.1. Mô tả
- Máy nâng của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào ựộng cơ có tốc ựộ cao truyền ựộng ựến puly. Kết quả là tốc ựộ của puly giảm xuống còn mô men tăng lên cần thiết cho sự làm việc của thang máy. Hãm bằng lò xo ựể dừng thang và giữ thang ở các tầng.
- Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường dùng trong các thang máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 10 ựến 1400 kg hoặc lớn hơn với tốc ựộ từ 0,125 ựến 2,3 m/s.
- Máy kéo có hộp số ựược truyền ựộng bằng ựộng cơ AC (một tốc ựộ hoặc hai tốc ựộ) hoặc sử dụng ựộng cơ DC dùng phương pháp ựiều khiển Ộward- leonardỢ hoặc bằng mạch ựiện tử. động cơ AC thường dùng cho tốc ựộ từ 0,125 ựến 0,75 m/s và với mạch ựiện tử tốc ựộ có thể lên tới 1,75 m/s.
- đối với ựộng cơ một tốc ựộ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm phanh. động cơ hai tốc ựộ hoạt ựộng với bộ dây quấn kép. Dây quấn tốc ựộ nhanh dùng ựể vận hành, dây quấn tốc ựộ chậm dùng ựể hãm phanh và dừng tầng ựúng mức.
3.1.2.2. Phần cơ
đây là bộ phận chắnh cung cấp lực kéo cho thang máy. Nó bao gồm các bộ phận chắnh sau:
+ Motor kéo.
+ Thiết bị biến ựổi tốc ựộ. + Bánh kéo hay puly kéo cáp.
3.1.2.3. Lực kéo và công suất a. lực kéo a. lực kéo
- Buồng thang ựược nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp treo qua ròng rọc truyền ựộng, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi áp lực gây nên do trọng lượng của cabin và ựối trọng.
- Thang máy kéo bằng lực có ựặc ựiểm an toàn khi không có cabin hoặc ựối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển thang máy do lực ma sát bị giải phóng.
b. Công suất
để chọn ựược công suất truyền ựộng của thang máy, cần có các ựiều kiện sau: + Tốc ựộ và gia tốc lớn nhất cho phép.
+ Trọng tải.
3.2. Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Contronller) 32.1. Sơ lược các hệ thống ựiều khiển 32.1. Sơ lược các hệ thống ựiều khiển
3.2.1.1. Hệ thống ựiều khiển bằng relay
- Relay chiếm một phần quan trọng trong các hệ thống ựiều khiển, nhất là trong các mạch ựộng lực. được phát triển vào thế kỷ 19, khi ựó relay chỉ dùng ựể ựiều khiển những hệ thống tương ựối. Và ựến nay, relay nhanh chóng ựược kết hợp với những linh kiện ựiện tử ựể ựiều khiển những hệ thống phức tạp, tăng năng suất, tiết kiệm thời gian và chi phắ.
- Hệ thống ựiều khiển bằng relay (chỉ ựơn thuần dùng relay) là một hệ thống ựược cấu thành từ vài chục ựến vài trăm relay nối với nhau bằng dây dẫn. Toàn bộ các chức năng ựiều khiển ựược xác ựịnh thông qua cách ghép nối các relay nhờ vào các tiếp ựiểm. để có ựược những chức năng ựiều khiển khác nhau thì phải thay ựổi sơ ựồ ựấu dây cũng như cấu trúc của hệ thống ựiều khiển. Tùy thuộc vào cách ghép nối các tiếp ựiểm của relay với nhau hay giữa relay với ựối tượng ựiều khiển, ta sẽ tạo ra chức năng logic như mong muốn. Chẳng hạn như khi ta mắc nối tiếp các tiếp ựiểm của relay với nhau ta ựược cổng AND, khi ta mắc song song các tiếp ựiểm của relay với nhau ta ựược cổng OR.
- Hạn chế của hệ thống ựiều khiển bằng relay:
+ Do sử dụng một lượng lớn relay ựể ghép nối với nhau dẫn ựến bảng ựiều khiển khá lớn.
+ Việc thay ựổi chức năng ựiều khiển khó khăn do phải ựi dây lại toàn bộ hệ thống.
- Từ những hạn chế trên, ựòi hỏi cần phải có một hệ thống ựiều khiển mới hiện ựại hơn, sử dụng các linh kiện ựiện tử như: Transitor, IC, vi xử lý ựể thực hiện chức năng ựiều khiển khác nhau, cấu tạo nhỏ gọn.
3.2.1.2. Hệ thống ựiều khiển ựiện tử
- Hệ thống ựiều khiển ựiện tử là sự kết hợp các linh kiện ựiện tử với chức năng khác nhau. Nó khắc phục ựược ựa số những hạn chế của hệ thống ựiều khiển bằng relay.
- Việc kết hợp các linh kiện ựiện tử sẽ tạo ra các khối chức năng với vai trò ựiều khiển khác nhau. Chẳng hạn, transitor chuyển trạng thái logic 0 và 1 ứng với trường hợp dẫn và ngắt, mạch tắch hợp IC dùng ựể ựiều khiển các tắn hiệu dạng analog truyền thông tin dưới dạng biên ựộ và dạng sóng, IC số xử lý thông tin
dưới dạng các cổng logic, ựặc biệt OP-AMP khuếch ựại thuật toán có thể thực hiện các toán tử toán học như: cộng, trừ, nhân, chia, tắch phân, vi phân, Ầ
- đối với những hệ thống ựiều khiển lớn và phức tạp, việc ghép nối các linh kiện ựiện tử sẽ có rất nhiều khối ựiều khiển khác nhau gây khó khăn cho việc quản lý và kiểm tra từng khối. Chắnh vì vậy cần, có bộ xử lý trung tâm kiểm tra và ựiều khiển các khối này với nhau.
- Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ sản xuất chip, hàng loạt các nhà sản xuất chip lớn trên thế giới ựưa ra loại chip với chức năng như một bộ xử lý trung tâm ựó là các họ vi ựiều khiển AVR. Như vậy, chi phắ giảm xuống ựồng thời ựộ tin cậy cao.
- Từ ựó, các hệ thống ựiều khiển hiện ựại ra ựời thay thế dần dần các hệ thống ựiều khiển trước ựây, ựặc biệt là hệ thống ựiều khiển bằng PLC (S7-200, S7-300, S7-400, Ầ) của các hãng khác nhau như: SIEMENS, OMRON, MISIBISHI.
Hình 3.1: Bộ PLC Siemens S7-200
Hình 3.3: Bộ PLC Siemens S7-400
- Hệ thống ựiều khiển bằng PLC có thể ựiều khiển những ứng dụng phức tạp khác nhau với tốc ựộ xử lý ngày càng cao như: ựiều khiển vị trắ, tốc ựộ ựộng cơ, Ầ và PLC ựược sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, ô tô, y tế, Ầ Bởi những ưu ựiểm sau ựây:
Ớ Không cần ựấu dây cho sơ ựồ ựiều khiển logic như kiểu dùng relay Ớ Có ựộ mềm dẻo sử dụng rất cao, chỉ thay ựổi chương trình ựiều khiển
bằng phần mềm.
Ớ Kết cấu nhỏ gọn, nhiều chức năng ựiều khiển, tốc ựộ xử lý cao. Ớ Chức năng chuẩn ựoán lỗi ựược thực hiện nhanh chóng.
Ớ Giá thành tương ựối, công suất tiêu thụ nhỏ.
ỚKhông cần quan tâm ựến vấn ựề lắp ựặt, có thể mở rộng số lượng ựầu vào/ra bằng cách ghép các module mở rộng.
- Chắnh nhờ những ưu thế ựó, PLC hiện nay ựược sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ựiều khiển tự ựộng, nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng, sự ựồng nhất sản phẩm, an toàn và giảm chi phắ.
- Một vài ứng dụng của PLC dùng ựiều khiển thiết bị:
Hình 3.4: điều khiển ựộng cơ bằng PLC
Hình 3.6: Mạch ựèn giao thông ựiều khiển bằng PLC
3.2.2. Tìm hiểu chung về PLC
3.2.2.1. đặc ựiểm của hệ thống lập trình PLC
- Nhu cầu về một bộ ựiều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp ựã thúc ựẩy sự phát triển những hệ thống ựiều khiển lập trình. Chắnh vì thế bộ ựiều khiển lập trình PLC ra ựời thay thế phương pháp ựiều khiển truyền thống và nó tạo ra một khả năng ựiều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản.
- PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị ựiều khiển logic khả trình, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán ựiều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán ựó bằng mạch số.
3.2.2.2. Cấu trúc phần cứng của bộ ựiều khiển PLC
PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: Bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và khối vào/ra.
Hình 3.8: Cấu trúc phần cứng bộ ựiều khiển PLC
a. Bộ phận xử lý trung tâm CPU (Central Processing Units)
- Bộ xử lý trung tâm ựiều khiển và quản lý tất cả hoạt ựộng của PLC. Bộ xử lý trung tâm là một loại vi ựiều khiển như: vi ựiều khiển họ 8051 có 8 bits, ngày nay lên ựến 16 bits hoặc 32 bits như vi ựiều khiển AVR (ATmega 16, ATmega 32, Ầ).
- Có nhiều loại CPU khác nhau chẳng hạn như: trong họ PLC S7-200 có CPU221, CPU222, CPU224Ầ; trong họ PLC S7-300 có CPU312, CPU314, CPU315, Ầ
- Ngoài ra còn có các loại CPU với hai cổng truyền thông, trong ựó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chắnh là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (Process Field Bus). Các loại CPU này ựược phân biệt với các CPU khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Vắ dụ như CPU314C-2DP.
- Các thông tin ựược lưu trữ trong bộ nhớ chương trình dưới sự ựiều khiển và quản lý của bộ xử lý trung tâm. Các thông tin này sẽ ựược gọi lên một cách
tuần tự, từ những tắn hiệu riêng lẻ của ngõ vào ựược bộ xử lý trung tâm liên kết lại với nhau cho ra một tắn hiệu tổng hợp ựiều khiển tại ngõ ra.
Hình 3.9: Vòng quét PLC
- Thời gian cần thiết ựể PLC thực hiện ựược một vòng quét gọi là thời gian vòng quét. Thời gian vòng quét không cố ựịnh, tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình và khối lượng dữ liệu ựược truyền mà thời gian quét nhanh hoặc chậm. Như vậy thời gian vòng quét quyết ựịnh tắnh thời gian thực của chương trình ựiều khiển trong PLC.
b. Bộ nhớ
- Bộ nhớ của PLC ựược thành các vùng với những chức năng khác nhau. Một số vùng nhớ trong bộ nhớ của PLC dùng ựể lưu trữ trang thái ngõ vào và ngõ ra. Trạng thái ngõ vào/ra ựược lưu trữ dưới dạng bit nhớ, thường là Ổ1Ỗ hoặc Ổ0Ỗ. Những vùng khác của bộ nhớ ựược dùng cho việc lưu trữ các nội dung cần thiết cho việc lập trình.
- Bộ nhớ của PLC cấu tạo như sau:
Hình 3.10: Cấu trúc bộ nhớ của PLC
+ Tụ ựiện ựặc biệt: Có khả năng tắch trữ năng lượng trong một thời gian dài, giúp lưu trữ dữ liệu trong RAM không bị mất ựi trong một thời gian khi không có ựiện.
+ RAM: (Random Access Memory): Ram ựược sử dụng như một vùng nhớ tạm thời, các dữ liệu lưu trên Ram sẽ bị mất ựi khi không có ựiện. Do ựó, thường có một nguồn dự trữ ựề phòng trường hợp Ram bị mất ựiện trong một thời gian dài.
+ EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Thời gian truy cập dữ liệu nhanh, thời gian ghi dữ liệu vào một ô nhớ lâu. Dữ liệu có thể ựược xóa toàn bộ bằng tia cực tắm. Nhưng ựối với loại EPROM thông dụng có thể xóa dữ liệu bằng ựiện.
+ EEPROM (Electrically EPROM): Thời gian lập trình cho một ô nhớ nhanh, xóa dữ liệu bằng ựiện.
c. Nguồn ựiện cung cấp
- Các bộ ựiều khiển PLC sử dụng nguồn 24 VDC hoặc 220 VAC.
- Trong bộ ựiều khiển PLC, mỗi module khác nhau thì nguồn ựiện nuôi cũng khác nhau. Chắnh vì vậy, người sử dụng phải nắm rõ ựiều này ựể cấp ựiện cho các thiết bị tạo ngõ vào/ra bằng nguồn riêng ựể ựảm bảo không gây hư hỏng gì cho bộ ựiều khiển PLC.
- đối với một số bộ ựiều khiển PLC, nguồn cấp cho các thiết bị ngõ vào ựược lấy từ nguồn ựược tắch hợp ở trong.
Chương trình tham số
Hình 3.11: Nguồn ựiện cung cấp
d. Module ngõ vào
- Module ngõ vào là khối ghép dùng ựể chuyển ựổi tắn hiệu ựầu vào thành tắn hiệu số (Digital) bên trong PLC. Kết quả của việc xử lý ựược lưu trong vùng nhớ của ngõ vào.
- Các ựầu vào ựược cách ly hoàn toàn với các mạch trong PLC. Do ựó mọi hư hỏng của ựầu vào không ảnh hưởng gì ựến hoạt ựộng của PLC.
Hình 3.12: Giao diện ngõ vào với PLC
- Các thiết bị ngõ vào có thể là nút nhấn, công tắc, các bộ cảm biến, công tắc hành trình Ầ
Hình 3.13: Các thiết bị ngõ vào
Hình 3.14: Hệ thống chọn lựa sản phẩm theo khối lượng dùng PLC
e. Module ngõ ra
- Biến ựổi các mức logic bên trong PLC thành các tắn hiệu ựiều khiển các thiết bị bên ngoài. Cũng giống như module ngõ vào, module ngõ ra ựược cách ly hoàn toàn với các mạch trong PLC. Do ựó mọi hư hỏng của thiết bị ựầu ra không ảnh hưởng gì ựến hoạt ựộng của PLC.
Hình 3.15: Giao diện PLC với ngõ ra - Thiết bị ngõ ra có thể là ựộng cơ, led, van, khởi ựộng từ, Ầ
- Số lượng ngõ vào/ra của PLC là có hạn, nhưng có thể tăng số lượng lên bằng cách ghếp nối thêm module vào bộ PLC nhờ vào module IM.
- Ngoài các module ra, bộ ựiều khiển PLC còn có thêm: + Cáp nối (PC/PPI): Dùng ựể kết nối máy tắnh với PLC
+ Thiết bị cầm tay dùng ựể lập trình hoặc thay ựổi chương trình của PLC.
Hình 3.17: Giao diện kết nối PLC và thiết bị cầm tay
3.2.3. Tìm hiểu họ PLC S7-300 của hãng Siemens
Trong phạm vi ựề tài này, em chọn họ PLC S7-300 CPU314C-2DP ựể ựiều khiển mô hình thang máy.
+ Họ S7-300 là PLC cỡ vừa, gồm CPU và các module sắp trên các rack. + Mỗi rack tối ựa có 8 module (trừ CPU và nguồn).
+ Mỗi CPU làm viêc tối ựa 4 rack.
+ Trong họ PLC S7-300 có nhiều module CPU khác nhau.
3.2.2.1. Cấu trúc phần cứng CPU314C-2DP
- CPU có thêm cổng ựể nối mạng phân tán
- Các thông số chắnh của CPU314C-2DP ựược cho ở bảng 3.1: