Thang may ng manh tung - ứng dụng PLC S7- 300 để điều khiển thang máy

DO AN THANG MAY

Lời nói đầu

Hiện nay sản phẩm công nghiệp đang đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Đặc biệt là những thành tựu khoa học kỹ thuật lại đang phát triển mạnh mẽ và được áp dụng phổ biến, rộng dãi vào lĩnh vực công nghiệp Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề này có ảnh hưởng lớn như thế nào đến vận mệnh phát triển của đất nước Nhà nước ta đang ra sức đào tạo và nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm thúc nhanh mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá nước nhà

Là sinh viên của chuyên ngành điện sau những tháng năm học hỏi và tu dưỡng tại Trường Đại Học Kỹ Thuật Công nghiệp Từ những thầy cô, từ những chính sách của Đoàn, Đảng Em đã nhận thức được con đường em đã chọn là đúng đắn Đặc biệt với ngành điện là rất quan trọng và không thể thiếu cho bất kỳ một lĩnh vực nào, một quốc gia nào

Khi được giao đồ án tốt nghiệp, xác định đây là công việc quan trọng để nhằm đánh giá lại toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu với

đề tài “ ứng dụng PLC S7-300 để điều khiển thang máy” đề tài này là một chuyên ngành còn khá mới mẻ ở Việt Nam cho nên trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vào công việc chính là sử dụng ngôn ngữ lệnh, lập trình cho toàn bộ PLC SIMATIC S7-300 của hãng SIMENS (Đức) để điều khiển thang máy cho nhà 7 tầng

Sau 3 tháng tìm hiểu và tham khảo, với ý thức và nỗ lực của bản

thân và được các thầy,cô và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Mạnh

Tùng đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình Em đã kết thúc công việc được

giao

Qua bản đồ án này cho em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân

thành tới thầy giáo Nguyễn Mạnh Tùng, cùng toàn thể các thầy cô

giáo trong khoa và nhà trường đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em, để hôm nay em hoàn thành đồ án một cách đầy đủ

Trong quỏ trỡnh làm việc, với trỡnh độ cũn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp, kinh nghiệm trong thực tế và thời gian cũn hạn chế nờn đồ ỏn của em khụng thể trỏnh được những thiếu sút Do đú

em rất mong muốn được sự chỉ bảo thờm của cỏc thầy cụ và sự đúng gúp của cỏc bạn để em được hoàn thiện hơn

Em xin chõn thành cảm ơn!

Thỏi nguyờn, ngày20 thỏng10 năm 2005

Sinh viờn thiết kế: Cao Văn Đụng

Mục lục

Chương I: Tim hiểu chung về công nghệ thang máy và các

hệ thống truyền động cho thang máy

I Giới thiệu chung về thang máy

1 Khái niệm chung về thang máy

2 Lịch sử phát triển của thang máy

3 Phân loại thang máy

5 ảnh hưởng của gia tốc, tốc độ và độ giật đối với hệ thống

truyền động thang máy

III Kết cấu chung của thang máy

1 Giếng thang

2 Ca bin

IV Các hệ truyền động cho thang máy

1 sử dụng bộ biến đổi tĩnh - Động cơ một chiều

2 Hệ sử dụng bộ biến tần - Động cơ không đồngg bộ rô to

lồng sóc

3 Hệ thống sử dụng bộ biến đổi máy phát - động cơ

Chương II:Phân tích một số sơ đồ trang bị điện cho thang máy

I Tín hiệu hoá cho hệ thóng điều khiển thang máy

1 Tín hiệu hoá

2 Các loại cảm biến

a Các loại cảm biến có tiếp điểm

b Các bộ cảm biến không tiếp điểm

II Một số sơ đồ hệ thống đièu khiển thang máy

1 Hệ thóng tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình (

Sử dụng động cơ không đồng bộ 2 cấp tốc độ)

2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình (

Sử dụng động cơ không đồng bộ 1 cáp tốc độ)

3 Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc với hệ

truyền động một chiều sử dụng bộ biến đổi thyrittor -

Động cơ một chiều

4 Hệ tự động khống chế thang máy dùng các phần tử logic

Chương III: Tìm hiẻu tổng quan về PLC, tìm hiểu PLC S7- 300

I Tim hiểu chung về bộ điều khiển logic khả lập trình

1 Sự ra đời và phát triển của công nghệ PLC

1 Cấu tạo cuả họ PLC S7 – 300

1 Cơ sở của việc ứng dụng

2 Các yêu cầu cho bài toán điều khiển

3 Tối ưu hoá chương trình điều khiển thang máy

II Tối ưu hoá chương trình điều khiển thang máy

Chương I TèM HIỂU CHUNG VỀ CễNG NGHỆ THANG MÁY VÀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

CHO THANG MÁY

I GIỚI THIỆU VỀ THANG MÁY

1 Khái niệm chung về thang máy

Thang mỏy là thiết bị vận tải chuyờn dựng để chở hàng và chở người theo phương thẳng đứng hoặc nghiờng một gúc nhỏ hơn 150 so vớiphương thẳng đứng theo một tuyến đó định sẵn

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư,bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy công xưởng v,v, Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn , đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng

vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Nhiều quốc gia trên thế giới đẫ quy định, đối với nhà cao 6 tầng trở lên đều được phải trang bị thang máy đẻ đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành

cả thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách san v,v.tuy nhiếnố tầng nhỏ hơn 6 do yêu cầu phục vụ vẫn phải trang bị thang máy

với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà nếu vấn đè vận chuyển người trong nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trựctiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy yêu cầu chung đối với 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 về kỹ thuật an toàn được quy định trong các quy trình, quy phạm

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết

bị an toàn, đảm bảo đọ tin cậy như: chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ(interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin ( đối trọng ), công tác an toàn của cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguần v.v

2 Lịch sử phát triển của thang máy

Cuối thế kỷ 19 trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang mảya đời như: OTIS,Schindler, chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo

và đưa vào sử dụng của hãng OTIS (Mỹ) Năm 1953, đến năm 1974 hãng thang máy Schindler (Thuỵ sỹ ) cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, ca bin

có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng bằng tay, tốc dộ di chuyển cảu cabin thấp

Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như COLE (phần lan), MISUBISHI, NIPON, ELEVATOR,…(Nhật bản) THYSEN (đức), SABIEN (ý),, đã chế tạo các loại thang máy có tốc

độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn

Vào những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7,5 m/s, những thang máy chở hàng đã có tải trọngtới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này cũng có các thang máy thuỷ lực ra đời Sau một khoảng thời gian ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc đọ thang máy đạt tới 10 m/s Vào những năm 1980 đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF( inveter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động

cơ

Đồng thời cũng vào những năm này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạt tới 12,5 m/s và các thang máy có đặc tính kỹ thuật khác

Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt nam đều do lien xô và các nước Đông Âu cung cấp, chúng được sủ dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn Trong những năm gần đây do nhu cầu thang máy tăng cao, một số hãng thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:

+ Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy Nhưng với giá thành rất cao

+ Trong nước tự chế tao phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác

Bên cạnh đó, nột số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt nam như:OTIS( Hoa Kỳ), NIPPON ( Nhật bản), HUYNHDAI (Hàn quốc) Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mấu mã thì phổ biến ở hai dạng:

- Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường

- Hệ thống năng hạ buồng thang bằng thuỷ lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc

độ đông cơ điện

3 Ph©n lo¹i thang m¸y

Thang máy hiện năy đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác nhau để phù hợp với từng mục đích của từng công trình

Có thể phân loại thang máy theo các nuyên tắc và các đặc điểm sau:

a Phân loại theo công dụng: (TCVN 5744 -1993) Thang máy được

phân thành 5 loại:

* Thang máy chuyên chở người :

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính

mỹ thuật

* Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm :

Loại này thường dùng cho các siêu thị , khu triển lãm…

* Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng, đặc điểm của nó là kích thước thông thuỷ cabin phải đủ lớn để chưa băng ca (Cáng) hoặc giường của bệnh nhân, cùng với các bác sỹ, nhân viên, các dụng cụ cấp cứu đi kèm hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho loại thang máy này

* Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm:

Loại thường dùng cho các nhà máy công xưởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách san chủ yếu đẻ chở hàng nhưng có người đi kèm đẻ phục vụ,

* Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kém:

Loại này chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể v.v Đặc điểm của loại nằy chỉ có điều khiển ở

ngoài cabin ( trước các cửa tầng) Còn các loại thang máy khác nêu trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngoài cabin

Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng khác như:Thang máy cứu hoả, chở ô tô.vv

b Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin:

* Thang máy dẫn động điện:

Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puli ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng ( chuyên dùng để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng)

* Thang máy thuỷ lực (bằng silanh – Pittông)

Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ silanh – Pitông thuỷ lực nên hành trình bị hàn chế Hiện nay thang máy thuỷ lực với hành trình tối đa khoảng 18 m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang máy nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồngmáy đặt ở tầng trệt

* Thang máy nén khí:

c Phân loại theo vị trí đặt tời kéo:

* Đối với thang máy điện:

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang (hình 1.1)

+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang (hình 1.2) + Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì hệ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin

+ Đối với thang máy thuỷ lực: buồng thang đặt ngay tầng trệt (hình 1.3)

d Phân loại theo hệ thống vận hành:

* Theo mức độ tự động:

+ Loại nửa tự đông + Loại tự động

* Theo tổ hợp điều khiển:

+ Điều khiển đơn + Điều khiển kép + Điều khiển theo nhóm

* Theo vị trí điều khiển

+ Điều khiển trong cabin + Điều khiển ngoài cabin + Điều khiển cả trong và ngoài cabin

e Theo các thông số cơ bản:

* Theo tốc độ di chuyển của cabin:

+ Loại tốc đọ trung bình v < 1÷ 2,5 m/s

+ Loại tốc đọ rất cao v > 4m/s

* Theo khối lượng vân chuyển của cabin:

- Thang máy loại nhỏ Q < 500kG

- Thang máy loại lớn Q = 1000 ÷ 1600 kG

- Loại rất lớn Q > 1600KG

g Theo kết cấu cum cơ bản:

* Theo kết cấu của bộ tời kéo:

- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc

- Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: Thường dùng cho các loại thang máy có tốc độ cao ( v > 2,5 m/s)

- Bộ tời kéo sử dụng đông cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính ( LIM – Linear induction Motor)

- Bộ tời kéo có puly ma sát: khi puly quay kéo theo cáp chuyển động là nhờ ma sát sinh ra giữa rãnh ma sát của puly và cáp, loại này đều phải có đối trọng (hình 1.1.a.b) còn loại tang cuấn cáp (hình 1.1.c)

- Không có cáp hoặc xích cân bằng

* Theo cách treo cabin và đối trọng:

- Treo trực tiép vào dầm trên của cabin (hình 1.1.a)

- Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) và dầm trên của cabin

(hình -1.1.b)

- Đẩy từ phía đáy cabin thông qua các puly trung gian

* Theo hệ thống cửa cabin:

- Phương pháp đóng mở cửa cabin + Đóng mở bằng tay: Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở trong hoặc ngoài cửa mở và đóng cửa cabin, cửa tầng

+ Đóng mở cửa tự động (bán tự động) Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động mở, khi đóng phải dùng tay hoặc ngược lại

cả hai loại này đều dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm, hoặc thang máy dùng cho nhà riêng

+ Đóng mở tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu ca bin Thời gian và tốc độ đóng mở có thể điều chỉnh được

- Theo kết cấu của cửa:

+ Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía

+ Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng,mở bản nề một cánh hoặc hai cánh

Hai loại này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm hoặc không có người đi kèm, hoặc thang máy dùng cho nhà riêng

+ Cánh cửa dạng tấm (Palen), hai cánh mở chính ở giữa lùa về hai phía Đối với thang máy này có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin

có bốn cánh mở chính ở giữa lùa về hai phía ( mỗi bên hai cánh) Loại này dùng cho thang máy có đối trọng đặt ở phía sau cabin

- Cánh cửa dạng tấm (palen), hai hoặc ba cánh mở một bên lùa

về một phía Loại này thường dúng cho thang máy có đối trọng đặt

- Cánh cửa dạng tấm (palen) coa hai cánh đặt ở chính giữa lùa về phía trên và dưới ( thang máy chở thức ăn)

- Cánh cửa dạng (palen) hai hoặc ba cánh ,lùa về phía trên loại này dùng cho thang máy chở ô tô và thang máy chở hàng

+ Theo số cửa cabin:

- Thang máy có một cửa

- Hai cửa đối xứng nhau

- Hai cửa vuông góc nhau

* Theo bộ hãm cửa cabin:

- Hãm tức thời, loại này dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45m/phút

- Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 0,75 m/s (thang máy chở bệnh nhân)

h Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang:

* Đối trọng bố trí phía sau:

* Đối trọng bố trí một bên:

g Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

* Thang máy thẳng đứng

* Thang máy nghiêng

* Thang máy Ziggag

a) b)

Hình 1.2: Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang:

a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên cabin b) Cáp vòng qua đáy cabin

a) b) c)

Hình 1.3: Thang máy thuỷ lực

a) Pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabin b) Pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabin c) Pittông kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin

II.CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THANG MÁY

1 Yªu cÇu vÒ an toµn cho ®iÒu khiÓn thang m¸y

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi

2 C¸c hÖ thèng b¶o vÖ sù cè

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ và hệ thống báo sự cố Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên Để thực hiện điều này người

ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy thang

Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy

- Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang

- Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không bị va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ở đáy thang

- Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơi buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác

- Khi có người trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin

3 Yêu cầu về sự tối ưu hoá luật điều khiển

Khi thang máy hoạt động có thể sảy ra trường hợp thang máy phải phục vụ đồng thời nhiều người, mỗi người lại có nhu cầu khác nhau Vì vậy tối ưu hoá trong điều khiển thang máy là rất quan trọng

Sự tối ưu đó phải được thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Phục vụ và nhớ được hết các tín hiệu gọi tầng, đến tầng

- Tổng quãng đường mà thang phải di chuyển là ngắn nhất

- Hệ thống truyền động không phải hãm dừng nhiều lần đảm bảo tối đa thời gian quá độ

- Sao cho người sử dụng thang máy cảm thấy được phục vụ một cách tốt nhất tránh tình trạng người gọi thang trước mà phải đợi thang quá lâu

Thường các hệ thống điều khiển thang máy hiện nay tuân theo hai luật điều khiển:

* Luật điều khiển tối ưu theo vị trí: luật này thì tín hiệu gọi thang ở gần nhất sẽ được phục vụ trước Phương án này có nhược điểm là có thể thang chỉ phục vụ ở phạm vi tầng nhất định, nếu ở phạm vi tầng có lưu lượng khách ra vào đông, khó đáp ứng, ít sử dụng

* Luật điều khiển tối ưu theo chuyển động: theo luật này thì tín hiệu gọi đầu tiên sẽ quyết định hành trình đầu tiên cho thang Nếu thang chuyển động theo hành trình nên thì nó phục vụ lần lượt tất cả các tín hiệu gọi tầng và đến tầng trên đường chuyển động đi lên

4 Dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang Trong quãng thời gian ∆t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là :

S' =v0 ∆t , [m] (2-1) Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''

) (

2

.

"

2 0

c

ph F F

v m S

) (

2

2

"

2 0

c

ph M M i

D J S

) M M

( i

D J t

v

"

S S

S

c ph

,

± +

∆

= +

Bảng 1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng ∆s

Bảng 2.1

Hệ truyền động điện

Phạm vi điều

chỉnh tốc

độ

Tốc độ

di chuyển [m/s]

Gia tốc [m/s2]

Độ không chính xác khi dừng [mm] Động cơ KĐB rô

15

Hệ máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian

ρ[m/s3]

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đặt gần bằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc

Mức dừng Buồng

thang Dừng

Mức đặt cảm biến dòng

độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s , giá thành tăng lên 4÷5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở v v ) Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m / s2

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách, được đưa ra trong bảng 2-2

Bảng 2.2

Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2 Gia tốc tính toán trung bình (m/s2)

Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc

độ cao biểu diễn trên hình 2-2 Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc

độ của buồng thang : mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối ưu hình 2-2 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-d) Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy chế độ ổn định và hãm dừng

Hình 1.5 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng

Chế độ ổn định

Hãm xuống tốc độ thấp Đến

tầng

Hãm dừng

t

III KÕt cÊu chung cña thang m¸y

Thang máy hiện nay rất đa dạng và nhiều kiểu loại khác nhau

Do đó ta chỉ trình bày loại thang máy đứng chở người trong các nhà cao tầng Nhìn chung thang máy gồm có các bộ phận chính sau: bộ tời kéo, cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin,

bộ hãm bảo hiểm , cáp nâng, đối trọng và hệ thống cân bằng, hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng huyển đổi trong giếng thang, bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ngay ở đáy giếng thang, hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ hãm bảo hiểm

để dừng cabin khi tốc độ hạ vượt quá giới hạn cho phép, tủ điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn, cửa cabin cùng các cửa tầng cùng hệ thống khoá liên động

Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy chỏ người thông dụng nhất dẫn động bằng tời điện với puli dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là

pu li ma sát) giới thiệu trên hình 1.3

Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào Để nâng- hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6 Động cơ 6 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy được nâng qua puli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 ÷ 120

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng

6

Hình 1.6 : Kết cấu cơ khí của thang máy

1.Cabin 2.Con trượt dẫn hưíơng cabin 3.Ray dẫn hướng cabin 4.Thanh kẹp tăng cáp 5.Cụm đối trọng 6.Ray dẫn hướng đối trọng

7 Trụ dẫn hướng đối trọng 8.Cáp tải

.9.Cụm máy 10.Cửa xếp cabin 11.Nêm chống rơi 12.Cơ cấu chống rơi 13.Giảm chấn 14.Thanh đỡ 15.Kẹp ray cabin 16.Gá ray cabin 17.Bu lông bắt gá ray 18.Gá ray đối trọng 19.Kẹp ray đối trọng

* Giếng thang:

Giếng thang là khoảng không gian được gới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao quanh và trần giếng trong có cabin cuae thang, đối trọng chuyển động theo phương thẳng đứng, đồng thời cũng là không gian để lắp đặt các thiế bị phục vụ riêng cho hoạt động của thang như giảm chấn, ray dẫn hướng, hệ thống dây dẫn

Giếng thang bao gồm hố giếng, phần giếng chính và đỉnh giếng

Hố giếng hay còn gọi là hố thang là phần giếng thang phía dưới mặt sàn tầng dừng thấp nhất

Phần giếng chính là khoảng không gian giới hạn bởi sàn dừng thất nhất và sàn dừng cao nhất

Đỉnh giếng là phần giếng thang trên cùng tính từ mặt sàn tầng dừng cao nhất trên trần giếng

* Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó

sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng

phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

* Động cơ:

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng với yêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Động cơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

* Phanh:

Là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im

ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng

mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

- Phanh bảo hiểm :

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượt quá (20 ÷ 40)% tốc độ định mức

Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu : Phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm

Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4 Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái

Hình 1.7: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ

ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang

* Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín :

Hình 1.8 : Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ

Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiển bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dưới một puli cố định ở đáy giếng thang Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn Khi tốc độ của Cabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang như ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc

Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 3.4

Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp qua ròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp Trường hợp cáp bị đứt hay bị trượt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng với Cabin Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3 đập vào cam

4 Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm việc

Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theo kinh nghiệm tốc độ nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang

* Động cơ cửa:

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không

có va đập Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đóng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm

* Cửa:

Gồm cửa cabin và cửa tầng cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách

chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bị trong đó Cửa cabin

và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vận tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc

* Các thiết bị phụ khác

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy

có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm rãnh

Đối trọng là bộ phận cõn bằng đối với thang mỏy cú chiều cao khụng lớn người ta thường chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nú cõn bằng với trọng lượng ca bin và một phần tử tải trọng nõng bỏ qua trọng lượng cỏp nõng, cỏp điện và khụng dựng cỏp và xinh cõn bằng.việc trọn cỏc thụng số cơ bản của hệ thống cõn bằng thỡ cú thể tiến hành tớnh lực cỏp cõn bằng lớn nhất và trọn cỏp tớnh cụng suỏt động cơ và khả năng kộo của puly ma sỏt

IV các hệ thống truyền động cho thang máy

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang mỏy, việc lựa chọn một hệ truyền động, loại động cơ phải dựa trờn cỏc yờu cầu sau :

truyền động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dòng khởi động để không làm ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp

Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ thường dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình.Hệ truyền động điện này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên nó lại không thể đáp ứng được về mặt chất lượng đối với thang máy có yêu cầu cao về tốc độ, gia tốc và độ dật

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian thường dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới ±

(5÷10) mm Nhược điểm của hệ này là công suất đặt lớn gấp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã được áp dụng khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới

5 m/s

Để khác phục những hạn chế của hệ thống trên ngày nay trong thực tế tồn tại hai hệ thống chủ yếu sau đây:

* Hệ thống dùng bộ biến đổi Thyristor động cơ một chiều

* Hệ thống sử dụng bộ biến tần- động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Dưới đây là một số hên thống truyền động diện điển hình cho thang máy:

1 Hệ thống dùng bộ biến đổi tĩnh - Động cơ một chiều

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh - Động cơ một

chiều Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn, các hệ thống truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh như: Bộ biến đổi van - Động cơ, bộ biến đổi van khuyếch đại từ,

bộ biến đổi xung điện áp đã được áp dụng khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5m/s

Hệ thống BBĐ – ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ ưu điểm của hề thốnglà làm việc em, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lượng dvải điều chỉnh tóc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của thang máy cao tốc 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 dán đoạn quá trình phục vị của thang máy; BBĐ xử 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.v

2 Hệ thống xử dụng bộ biến tần động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc

Trên thị trường hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần xử dụng các phương pháp điều chỉnh tần số theo các phương thức khác nhau chủ yếu là 2 kiểu:

- Biến tần điều chỉnh theo phương phápU/f

- Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC – Flux current control) Bíên tần điều chỉnh từ thông (FCC – Flux current control) lại xử dụng nhiều phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

a Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

* Nội dung phương pháp Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần đông cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ Lô gic chuyển mạch của bộ biến tần dựa trên trạng thái điện từ của đông cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của bộ biến tần Do xử dụng công nghệ bán dẫn tiến tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần ngìn giây

Phần cốt lõi của phương phgáp được mô tả trên hình 4-2, gồm các khối như sau:

Bộ điều chỉnh có trễ với lôgíc 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 rôto và từ thông stato với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều Các