(Đồ án tốt nghiệp) NGHIÊN cứu, CHẾ tạo và lập TRÌNH điều KHIỂN mô HÌNH THANG máy 4 TẦNG

Nhóm có mô phỏng lại các chế độ giống thang máy thực tế như chế độ ưu tiên, gọi tầng từ bên ngoài, chọn tầng từ bên trong cabin, chế độ reset,… Nhóm đã thiết kế và hoàn thiện phần cứng c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN ĐỨC QUẬN

Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC THẠCH

Mã sinh viên: 1811505520248

HỒ VĂN LONG

Mã sinh viên: 1811505520316 LỚP: 18TDH2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG

Người hướng dẫn: NGUYỄN ĐỨC QUẬN

Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC THẠCH

Mã sinh viên: 1811505520248 Lớp: 18TDH2 Sinh viên thực hiện: HỒ VĂN LONG

Mã sinh viên: 1811505520316 Lớp: 18TDH2

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo và lập trình điều khiển mô hình thang máy 4 tầng

Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC THẠCH - Mã SV: 1811505520248 - Lớp 18TDH2

HỒ VĂN LONG - Mã SV: 1811505520316 - Lớp 18TDH2

Nội dung tóm tắt:

Trong đề tài đồ án tốt nghiệp này nhóm em đã nghiêng cứu và bắt tay vào thực hiện là mô hình thang máy 4 tầng sử dụng PLC S7-1200 và module mở rộng 6ES7223-16DI/16DO để điều khiển

Mô hình này nhận tín hiệu từ các cảm biến tầng và cảm biến cửa sau đó xử lý và chuyển tín hiệu ra các cơ cấu chấp hành để phục vụ hành khách sử dụng thang máy và giám sát trên wincc Nhóm có mô phỏng lại các chế độ giống thang máy thực tế như chế độ ưu tiên, gọi tầng từ bên ngoài, chọn tầng từ bên trong cabin, chế độ reset,… Nhóm đã thiết kế và hoàn thiện phần cứng của mô hình thang máy 4 tầng điều khiển bằng PLC S7-1200, thiết kế sơ đồ đấu nối dây, đấu nối dây cho hệ thống, thiết kế giao diện giám sát WinCC cho hệ thống mô hình thang máy trên, lập trình thành công chương trình điều khiển cho hệ thống mô hình thang máy

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận

Sinh viên thực hiện: Võ Ngọc Thạch MSV: 1811505520248

Hồ Văn Long MSV: 1811505520316

1 Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo và lập trình điều khiển mô hình thang máy

4 tầng

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Mô hình thang máy 4 tầng

- Lập trình điều khiển dùng PLC S7-1200 và giám sát bằng WinCC

- Mô hình hoạt động ở hai chế độ: điều khiển bằng tay và tự động

- Thang máy vận hành tự động đóng mở cửa và ưu tiên rước khách

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tổng quan về tháng máy

- Nghiên cứu, khảo sát và đánh giá một thang máy trong thực tế

- Thiết kế, chế tạo, lập trình điều khiển và giám sát mô hình thang máy 4 tầng

- Nhận xét, đánh giá và hướng phát triển của đồ án

4 Các sản phẩm dự kiến

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

- Mô hình thang máy 4 tầng

- Chương trình điều khiển dùng PLC S7-1200 và giám sát bằng WinCC

TS Nguyễn Đức Quận

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với bất kỳ một sinh viên nào thì đồ án tốt nghiệp luôn là thành quả quan trọng của nhiều năm học tập em sẽ không thể hoàn thành được đến tiến độ này nếu không có

sự chỉ dạy và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Đức Quận Em xin cảm ơn thầy!

Em cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo và nhà trường đã tạo điều kiện để em

có được môi trường học tập tốt nhất

Em xin kính chúc quý thầy, quý cô, quý nhà trường luôn mạnh khỏe

Xin cam đoan báo cáo đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành một cách trung thực, minh bạch và không sao chép Mọi thứ được làm dựa trên sự cố gắng và nổ lực của nhóm( Võ Ngọc Thạch – Hồ Văn Long ) Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo trong báo cáo này sẽ được liệt kê tại phần tài liệu tham khảo

Nhóm sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có trường hợp sao chép xảy ra

Sinh viên thực hiên

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lời nói đầu i

Cam đoan ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng, hình vẽ v

Mở đầu 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 2

1.1 Giới thiệu chung về thang máy: 2

1.2 Cấu trúc thang máy 3

2.1.1 Giếng thang 3

2.1.2 Cửa tầng 3

2.1.3 Máy kéo 4

2.1.4 Hệ thống an toàn 5

2.1.5 Bảng điều khiển 5

2.1.6 Đối trọng 6

2.1.7 Cảm biến dừng tầng 6

2.1.8 Tủ điện điều khiển 7

2.1.9 Cabin 8

1.3 Nguyên lý hoạt động và sử dụng thang máy 8

1.4 Nghiên cứu, khảo sát và đánh giá một thang máy trong thực tế 11

1.5 Vấn đề an toàn sức khỏe môi trường 11

Chương 2: TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200 SIEMENS 13

2.1 Giới thiệu PLC 13

2.2 Đặc điểm của hệ thống lập trình PLC 14

2.3 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 16

2.4 Ngôn ngữ lập trình 17

2.5 Tập lệnh S7-1200 18

Chương 3: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ, PHẦN CỨNG CỦA MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG 22

3.1 Động cơ 22

3.1.1 Động cơ kéo cabin 68KTYZ 22

3.1.2 Động cơ mở cửa JGI 370 22

3.2 Các thiết bị trong tủ điều khiển 23

3.2.2 Nguồn tổ ong 24V 10A 24

3.2.3 Role Miderton 24V: 24

3.2.4 Mạch hạ áp 24V xuống 12V 26

3.3 Các linh kiện khác 26

3.3.1 Cảm biến tiệm cận FOTEN PL-05N 26

3.3.2 Nút nhấn LA38 27

3.3.3 Nút dừng khẩn cấp 27

3.3.4 Công tắc xoay 3 vị trí ARS-L212 28

3.3.5 Đèn báo APT AD16 220V 28

3.3.6 Nút nhấn vuông có đèn 24V DC có đèn AL6 29

3.4 Vấn đề và giải pháp 29

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 31

THANG MÁY 4 TẦNG 31

4.1 sơ đồ đấu nối 31

4.2 Sơ đồ mạch động lực 31

4.3 Bảng phân công địa chỉ 32

4.4 Quy trình công nghệ 33

4.6 Sơ đồ khối hệ thống 34

4.7 Thiết kế mô hình thang máy 4 tầng 34

4.8 Thi công mô hình 36

Chương 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG 41

5.1 Lưu đồ thuật toán 41

5.2 Phần mềm tia portal và giao diện giám sát 43

5.2.1 Tổng quan phần mềm 43

5.2.2 Các thành phần trong bộ cài tia portal 44

5.2.3 Làm quen cơ bàn với phần mềm TIA Portal 44

5.3 Giao diện giám sát WinCC 46

5.3.1 Giới thiệu chung 46

5.3.2 Chức năng của WinCC 47

5.3.3 Giao diện giám sát của mô hình thang máy 4 tầng 51

5.4 Lập trình điều khiển hệ thống (phụ lục 1) 52

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Giếng thang 3

Hình 1.2: Cửa tầng thang máy thực tế 4

Hình 1.3: Bảng điều khiển ngoài cabin 6

Hình 1.4: Cảm biến tầng được nhóm sử dụng trong mô hình 7

Hình 1.5: Tủ điện điều khiển trong thang máy thực tế 7

Hình 1.6 Chuyển động của cabin trong mô hình thang máy của nhóm 8

Hình 1.7 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang 9

Hình 1.8 Bảng điều khiển bên trong thang máy 10

Hình 2.1 Một số loại PLC 13

Hình 2.2 Điều khiển động cơ bằng PLC 15

Hình 2.3 Mô hình bồn trộn hóa chất điều khiển bằng PLC 15

Hình 2.4 Sơ đồ mạng lưới điều khiển công nghiệp dùng PLC 16

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống 16

Hình 2.6: Giao diện vào ra của PLC 17

Hình 3.1 Động cơ kéo cabin 68KTYZ 22

Hình 3.2 Động cơ mở cửa JGI 370 23

Hình 3.3 Aptomat BW32A0 23

Hình 3.4 Nguồn 24V 10A 24

Hình 3.5 Role miderton 24V 25

Hình 3.6 Mạch hạ áp 24V xuống 12V 26

Hình 3.7 Cảm biến tiệm cận FOTEN PL-05N 26

Hình 3.8 Nút nhấn LA38 27

Hình 3.9 Nút dừng khẩn cấp 28

Hình 3.10 Công tắc xoay 2 vị trí ARS-L212 28

Hình 3.11 Đèn báo APT AD16 220V 28

Hình 3.12 Nút nhấn vuông có đèn 24V DC AL6 29

Hình 3.13 Module mở rộng 6ES7223-1BL32 30

Hình 4.1 sơ đồ đấu nối dây trong tủ điều khiển 31

Hình 4.2 Sơ đồ mạch động lực của hệ thống 31

Hình 4.3 Bảng phân công địa chỉ đầu ra 32

Hình 4.4 Bảng phân công địa chỉ đầu vào 33

Hình 4.5 Quy trình công nghệ của mô hình thang máy 4 tầng 33

Hình 4.7 Nhôm định hình 35

Hình 4.8 Khung chính mô hình thang máy 35

Hình 4.9 Mô hình thang máy 3D trên phần mềm inventor 36

Hình 4.10 Mô hình cabin 3D 36

Hình 4.11 Phần khung mô hình thang máy 37

Hình 4.12 Bên ngoài tủ điều khiển 37

Hình 4.13 Bên trong tủ điều khiển 38

Hình 4.14 Động cơ kéo cabin 38

Hình 4.15 Khoan cabin thang máy và cơ cấu cửa được in 3D 39

Hình 4.16 bảng điều khiển mô phỏng bên trong khoan cabin 39

Hình 4.17 Mô hình thang máy sau khi hoàn thiện 40

Hình 5.1 Lựa chọn chế độ 41

Hình 5.2 Chương trình stop 41

Hình 5.3 Chương trình tự động 42

Hình 5.4 Chương trình tay 43

Hình 5.5 chọn new project 44

Hình 5.6 Đặt tên project 45

Hình 5.7 chọn configure a device 45

Hình 5.8 chọn add new device 45

Hình 5.9 chọn CPU PLC 46

Hình 5.10 Một project đã được tạo 46

Hình 5.11 Tạo mới 1 HMI 47

Hình 5.12 Chọn loại CPU 48

Hình 5.13 Chọn HMI theo yêu cầu 48

Hình 5.14 Kết nối HMI với PLC 48

Hình 5.15 Cài đặt hiển thị cho HMI 49

Hình 5.16 Cài đặt cấu hình HMI 49

Hình 5.17 Lựa chọn số màn hình hiển thị 49

Hình 5.18 Lựa chọn số màn hình hiển thị 50

Hình 5.19 Cài đặt cấu hình hiển thị HMI 50

Hình 5.20 Cài đặt vị trí hiển thị 50

Hình 5.21 Giao diện HMI 51

Hình 5.22 Giao diện giám sát mô hình thang máy 4 tầng 51

Hình 5.23 lệnh gọi thang đi lên 52

Hình 5.24 Đóng mở cửa tầng 52

MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa

và hiện đại hóa ngày càng phát triển và chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội

Tự động hóa cao giúp cho việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả nhất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc và nhu cầu sống của con người

Là một sinh viên ngành kỹ thuật tự động hóa mỗi sinh viên chúng ta đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về ngành này

Trong kỳ thực tập vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiết bị hiện đại đang được ứng dụng trong ngành tự động hóa Do đó trong giai đoạn làm đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp đỡ của thầy Nguyễn Đức Quận em đã chọn đề tài:

Nghiên cứu, chế tạo và lập trình điều khiển mô hình thang máy 4 tầng

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành còn rất nhiều thiếu sót do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế Nên đồ án chưa thể phát huy hết ý tưởng của em vào trong

mô hình này Rất vui khi được sự giúp đỡ của các Thầy Cô trong khoa đặc biệt sự giúp

đỡ của thầy Nguyễn Đức Quận người đã hướng dẫn trực tiếp em thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 Giới thiệu chung về thang máy:

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu,… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15⁰ so với phương thẳng đứng Thang máy thường được dùng trong các tòa nhà cao như khách sạn, chung cư, bệnh viện, trong các nhà máy, công xưởng,… Đặc điểm của việc vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian vận chuyển nhanh, tần suất vận chuyển lớn, quãng đường vận chuyển tối ưu Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi công trình

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với tất cả các loại 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 tiêu chuẩn quy trình, quy phạm

Phân loại thang máy:

- Phân loại theo chức năng:

+ Thang máy chuyên chở người

+ Thang máy chuyên chở hàng nhưng có người đi kèm

+ Thang máy chuyên chở người nhưng có hàng đi kèm

+ Thang máy bệnh viện

+ Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

- Phân loại theo hệ thống dẫn động:

+ Thang máy dẫn động điện

+ Thang máy thủy lực

+ Thang máy khí nén

- Phân loại theo hệ thống điều khiển:

+ Điều khiển bằng relay

+ Điều khiển bằng PLC

+ Điều khiển bằng máy tính

- Phân loại theo trọng tải:

+ Thang máy loại nhỏ Q < 160 kg

+ Thang máytrung bình Q = 500-2000 kg

+ Thang máy loại lớn Q > 2000 kg

- Phân loại theo độ dịch chuyển:

+ Thang máy chạy chậm V = 0, 5 m/s

+ Thang máy tốc độ trung bình V = 0,75 - 1,5 m/s

+ Thang máy cao tốc V = 2,5 - 5 m/s

[1]

1.2 Cấu trúc thang máy

Thang máy có nhiều loại khác nhau, nhưng nhìn chung gồm có các bộ phận chính như sau:

2.1.1 Giếng thang

Giếng thang là khoảng không gian hoạt động lên xuống của thang máy Trong hố thang có các ray dẫn hướng, đối trọng và dây cáp chịu lực truyền động chính cho cabin Phần đáy hố bố trí các giảm chấn như lò xo, cao su hoặc thuỷ lực Thiết kế khối lượng của đối trọng sẽ bằng khối lượng của cabin cộng với 1/2 khối lượng định mức hoạt động của thang

Hình 1.2: Cửa tầng thang máy thực tế

Trạng thái bình thường thì các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu khoá cơ khí bên trong, nếu muốn mở được cửa từ bên ngoài thì phải có chìa khoá để mở door lock này ra, trên các door lock được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết của đóng kín) Thang máy chỉ hoạt động khi tất cả các cửa đều được đóng kín, khi thang ngang bằng tầng thì cửa cabin mở ra kéo theo cửa tầng mở, nếu cửa đã đóng kín rồi mà tiếp điểm cửa không đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là của chưa đóng và thang không hoạt động Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc nhiều cánh, các cánh cửa này sẽ liên kết truyền động với nhau đề chúng mở đồng bộ

Hệ thống đóng mở cửa thang máy đóng vai trò quan trọng bởi lẽ muốn quá trình

sử dụng cầu thang máy trở nên dễ dàng, tiện lợi, đảm bảo an toàn thì khâu đóng mở cần được chú trọng Hiện nay, có 2 hệ thống truyền động điển hình như sau:

- Hệ thống cửa mở xếp lùa: đây là một trong những dòng cửa hay dùng cho thang

máy ở trường học, bệnh viện bởi giếng thang khá nhỏ Cửa được mở về một phía - cung cấp sự tiện ích cho mục đích sử dụng của mọi người

- Hệ thống cửa mở từ hai cánh cửa trung tâm và mở ở giữa: đây là một trong những loại cửa khá thông dụng với hầu hết các thang máy hiện nay

Do khoảng không gian của mô hình bị hạn chế và để đơn giản hóa mô hình nên nhóm đã quyết định sử dụng hệ thống cửa mở xếp lùa 1 cửa

2.1.3 Máy kéo

Đa số máy kéo thang máy hiện nay sử dụng động cơ 3 pha 380V được kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho từng loại thang và được sản xuất đồng bộ Đối với thang tốc độ cao người ta sử dụng trực tiếp tốc

độ của động cơ (gọi là động cơ không hộp số, Gearless) Mỗi loại máy kéo sẽ có thông

số chịu tải và tốc độ kéo cabin nhất định Thông thường ngoài puly chính của máy kéo, còn có các puly đỡ phụ, dùng để thay đổi hướng đi của cáp tải, vị trí và kích thước của các puly đỡ phụ này được tính toán sao cho góc ôm là hợp lý, nếu góc ôm nhỏ quá sẽ sinh ra hiện tượng trượt cáp, còn nếu góc ôm lớn quá thì cáp mau mỏi, ma sát với puly lớn làm giảm tuổi thọ cáp tải Tùy vào thiết kế riêng của từng thang mà máy kéo có thể lắp đặt ngay trên giếng thang, sàn tầng dừng trên cùng hoặc sàn tầng dùng thấp nhất, hay bố trí bên trong hố thang (thang không phòng máy) Phần điều khiển được sử dụng

để điều khiển toàn bộ hoạt động của thang máy Kết hợp điều khiển bằng PLC và VĐK Khi áp dụng vào mô hình thì nhóm em lựa chọn động cơ giảm tốc KTYZ vì gọn nhẹ hơn động cơ gắn hộp số và thiết kế mô hình không phải là thang tốc độ cao, ưu tiên tính an toàn

2.1.4 Hệ thống an toàn

Thang đang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp truyền đông bị trượt trên puly kéo hệ thống hoạt động nhưng sau khi cabin di chuyển với tốc độ cao hơn quy định hoặc đứt cáp treo thì đầu tiên switch an toàn trên puly Govenor chính sẽ ngắt, toàn bộ hệ thống điều khiển thang bị ngắt hoàn toàn Đồng thời

có một switch an toàn phụ được lắp tại tay giật ổ thắng để nhận biết tay giật dịch chuyển, trong trường hợp phòng thang vẫn tiếp tục di chuyển sau khi hệ thống điểu khiển đã ngắt thì cơ cấu lực li tâm của puly Govenor chính hoạt động, nó nêm chặt sợi cáp lại Khi bị nêm lại thì quán tính của nó sẽ giật tay giật của ổ thắng, cơ cấu ổ thắng sẽ lập tức ép chặt rail dẫn hướng giữ cabin lại

Ngoài ra còn có hệ thống phanh cơ khí Thắng cơ khí được bố trí cạnh máy kéo (có thể thắng đĩa hoặc thắng càng) Ở trạng thái bình thường thì lực ma sát tĩnh của thắng

cơ khí sẽ không cho trục moto quay, giữ chặt phòng thang cố đinh, muốn thang di chuyền được ta phải mở thắng cơ khí này ra bằng cách cấp dòng điện vào cuộn thắng

2.1.5 Bảng điều khiển

Bảng điều khiển ngoài cabin (gọi thang) gồm một cặp nút nhấn để người sử dụng thang máy gọi thang, thiết bị gồm hai dấu mũi tên chỉ hướng đi lên và hướng đi xuống Khi người sử dụng ấn mũi tên hướng lên là yêu cầu thang đưa lên các tầng trên, ngược lại khi người sử dụng ấn mũi tên hướng xuống là yêu cầu thang đưa xuống các tầng dưới Ở vị trí tầng trệt bảng điều khiển chỉ có duy nhất mũi tên đi lên, tương tự đó ở tầng trên cùng cũng chỉ có một mũi tên đi xuống

Hình 1.3: Bảng điều khiển ngoài cabin Bên trong buồng thang có bảng điều khiển Khi muốn đến tầng nào thì hành khách chỉ việc ấn số tương ứng với tầng muốn đến Tùy thuộc số tầng của tòa nhà, trên bảng điều khiển sẽ có bấy nhiêu nút nhấn và được đánh số theo từng tầng

Ngoài các nút ấn đánh số các tầng, trên bảng điều khiển trong buồng thang còn có một số nút nhấn khác như: Nút nhấn pen Door, nút nhấn Close door, nút nhấn khẩn cấp khi gặp sự cố (kí hiệu: hình chiếc chuông), Nút nhấn liên lạc với bên ngoài (kí hiệu: hình điện thoại)

2.1.6 Đối trọng

Đối trọng của thiết bị thang máy chính là khối nặng được treo ở một đầu dây cáp,

từ đó tạo một lực ma sát nhất định tại rãnh cáp của puly thang máy và hệ thông cáp tải Việc sử dụng đối trọng trong thang máy giúp đảm bảo có thể cân bằng khối lượng cabin thang máy với 50% tải để hỗ trợ giúp motor của thang máy có thể vận hành êm ái, hiệu quả với hiệu suất lý tưởng nhất

Trong mô hình thang máy mà nhóm chế tạo, đối trọng được chế tạo bằng cách gắn các vật nặng lại với nhau

2.1.7 Cảm biến dừng tầng

Đây là thiết bị quan trọng trong thang máy nhằm đảm bảo việc xác định được vị trí dừng thang chuẩn xác để cửa cabin thang máy ăn khớp với vị trí cửa tầng Bộ phận này sẽ nhận biết và xác định được tầng cần đến, dừng đúng tầng sao cho giếng thang và mặt sàn tầng bằng nhau, tạo thuận lợi cho hành khách di chuyển

Để tiết kiệm chi phí trong quá trình làm đồ án và tính chính xác, nhóm đã dùng cảm biến tiệm cận

Hình 1.4: Cảm biến tầng được nhóm sử dụng trong mô hình

2.1.8 Tủ điện điều khiển

Tủ điều khiển thang máy là bộ phận có nhiệm vụ điều khiển tất cả các hoạt động của thang máy để thang có thể vận hành trơn tru, đúng theo ý muốn của người sử dụng Hoạt động của tủ điện có ảnh hưởng trực tiếp đến sự vận hành của thiết bị thang máy

Bộ phận này cũng được ví như là bộ não của thang máy bởi bộ phận này điều khiển toàn

bộ của thang máy để nó thực hiện chức năng di chuyển, đem lại lợi ích cho người sử dụng

Các thiết bị sử dụng trong tủ điều khiển bao gồm:

2.1.9 Cabin

Cabin là phần quan trọng nhất trong thang máy, là nơi chứa và vận chuyển hàng hóa hoặc người đến các tầng nên phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng và các tiện nghi trong đó

Chuyển động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ vào động cơ kéo Trọng lượng thang máy và trọng lượng vật nâng được cân bằng bởi đối trọng treo trên các dây cáp Buồng thang máy và đối trọng khi di chuyển sẽ trượt trên thanh ray dẫn hướng 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 puly kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên puly cabin

Hình 1.6 Chuyển động của cabin trong mô hình thang máy của nhóm

1.3 Nguyên lý hoạt động và sử dụng thang máy

Thang máy hoạt động theo các nguyên tắc sau:

a Reset thang máy:

Dù cho buồng thang đang ở bất kỳ vị trí hoặc trạng thái nào, thì khi nhấn nút reset cabin sẽ dừng lại tại vị trí đó và được đưa về tầng trệt

b Nguyên tắc di chuyển thang lên xuống và đóng mở cửa

- Cabin chỉ hoạt động khi cửa hoàn toàn đóng

- Cửa chỉ mở khi cabin dừng đúng tầng

- Cửa sẽ tự động mở và đóng sau khi nhận được các yêu cầu

Hình 1.7 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang

- Gọi thang: ở mỗi tầng đều có các nút bấm mục đích phục vụ cho việc gọi thang bao gồm:

+ Hai nút ấn: nút để gọi cho thang đi lên, nút để gọi thang đi xuống Riêng

ở tầng dưới và trên cùng chỉ có một nút (là đi lên hoặc đi xuống)

+ Khi muốn gọi thang, hành khách chỉ cần ấn vào nút gọi tầng theo chiều muốn đi, tín hiệu đèn trên nút sẽ sáng lên báo hiệu hệ thống đã ghi nhận lệnh gọi

- Đáp ứng của thang sau lệnh gọi: nếu buồng thang đang ở một vị trí nào đó khác với tầng mà hành khách gọi, thang sẽ di chuyển đến tầng đó theo các ưu tiên sau: + Khi có lệnh gọi mới nếu cùng chiều di chuyển với lệnh gọi thang trước và khi cabin di chuyển ngang qua tầng vừa thực hiện lệnh gọi mới thang sẽ dừng lại và đón khách

+ khi có lệnh gọi mới nhưng cabin đang di chuyển ngược lại với chiều khách muốn

đi hoặc cùng chiều nhưng không đi ngang qua, thì sau khi đáp ứng hết các nhu cầu của lệnh trước, thang sẽ quay trở lại đón khách ở các tầng mà thang chưa đáp ứng

+ Nếu cabin đang ở ngay tại tầng mà hành khách vừa gọi, cabin sẽ mở cửa đón khách

- Gọi thang từ bên trong cabin: Trong cabin thang có bảng điều khiển (Car Operating Panel) Bao gồm các nút có chức năng sau:

Báo chiều thang

Bảng điều khiển

Hình 1.8 Bảng điều khiển bên trong thang máy

+ Các nút mang số: đại diện cho các tầng mà thang phục vụ

+ Nút (DO – Door Open): Dùng để mở cửa (có tác dụng khi thang dừng tại tầng)

+ Nút (DC – Door Close): Dùng để đóng cửa (có tác dụng khi thang dừng tại tầng)

+ Nút Interphone hoặc Alarm : Dùng để liên lạc với bên ngoài khi thang gặp các sự cố về điện, hoặc đứt cáp treo, khiến hành khách bị mắc kẹt trong cabin

Khi đã vào bên trong cabin, muốn đến tầng nào, khách ấn nút chỉ định tầng đó, thang máy sẽ lập tức di chuyển và tuần tự dừng để đón thêm khách tại các tầng mà nó

đi qua Cửa ở các tầng được thiết kế đóng mở tự động Khi cabin di chuyển đến một tầng nào đó, sau khi ngừng hẳn, cửa buồng thang và cửa tầng sẽ tự động mở để khách

có thể ra vào buồng thang, sau vài giây cửa sẽ tự động đóng lại Khách có thể bấm nút

DC để đóng cửa ngay mà không cần chờ vài giây

1.4 Nghiên cứu, khảo sát và đánh giá một thang máy trong thực tế

Với tốc độ đô thị hóa cao như hiện nay các tòa nhà, chung cư cao tầng mọc lên rất nhanh và người dân khi sống ở những nơi này cũng đã chú ý hệ thống thang máy Các

hệ thống thang máy ngày càng được phát triển, nâng cấp hiện đại, tiện nghi, chất lượng

và an toàn hơn Tuy nhiên, trong thực tế chất lượng thang máy trong các tòa nhà cao tầng ở Đà Nẵng rất khác nhau phụ thuộc vào tay nghề kỹ sư lắp đặt, năm lắp đặt, chủ đầu tư, giá thành bán căn hộ hoặc quy định của cơ quan chức năng…

Từ quá trình nghiên cứu và khảo sát đó nhóm em đã có các tiêu chí đánh giá để có một hệ thống thang máy chất lượng như sau:

- Lựa chọn sản phẩm: là một yếu tố quan trọng và ảnh hưởng tới chất lượng thang máy chính là thiết bị được mang ra sử dụng có phải là sản phẩm chính hãng hay không Thiết bị chính hãng được sản xuất trên dây chuyền công nghệ tiên tiến, hiện đại cùng tiêu chuẩn kỹ thuật có thể bảo vệ tốt hơn cho nhu cầu, điều kiện sử dụng thực tế ở mỗi công trình Ta nên cân nhắc dựa trên tình hình sử dụng thực tế, nhu cầu sử dụng thực tế

để có thể sớm lựa chọn ra thiết bị thang máy đạt tiêu chuẩn, phù hợp với nhu cầu vào sử dụng phục vụ quá trình đi lại của con người ở mỗi công trình

- Lắp đặt hệ thống: Thang máy được cấu tạo nên bởi nhiều chi tiết, các bộ phận lớn nhỏ khác nhau và mỗi bộ phận có những đặc điểm riêng Vì thế sau khi lựa chọn được thiết bị thang máy đạt tiêu chuẩn chất lượng thì quá trình lắp đặt cần được thực hiện đúng quy trình, đúng tiêu chuẩn Ngoài ra, khi tiến hành lắp đặt thang máy còn cần thực hiện bởi các đơn vị uy tín, chuyên nghiệp với đội ngũ nhân viên kỹ thuật lành nghề mới giúp thang máy được hoàn thiện đúng quy trình, đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và đảm bảo chất lượng

- Bảo trì thiết bị: để duy trì chất lượng, độ bền và khả năng hoạt động hiệu quả của thang máy thì việc kiểm tra, bảo dưỡng và bảo trì thường xuyên là điều rất cần thiết và quan trọng Tuy nhiên trong quá trình vận hành mặc dù ta bảo dưỡng và bảo trì tốt nhưng cũng có thể gặp những lỗi phát sinh khiến việc vận hành thiếu hiệu quả và mất an toàn nên việc sửa chữa và xử lý nhanh là điều cần thiết

1.5 Vấn đề an toàn sức khỏe môi trường

An toàn, sức khỏe và môi trường được gọi tắt là HSE (health, safety, environment), luôn là những vấn đề trọng tâm trong các nhà máy, dây chuyền sản xuất Qua tìm hiểu với các vấn đề về an toàn sức khoẻ môi trường nhóm em hiểu được rằng:

- Vấn đề an toàn: những bất cẩn trong quy trình sẽ gây nên những thiệt hại to lớn

về người và tài sản cũng như có những tác động lớn tới quá trình sản xuất

- Vấn đề sức khỏe: do tính chất khắc nghiệt của môi trường làm việc là điều kiện

để tạo nên những yếu tố bất lợi cho sức khỏe con người kéo theo năng xuất lao động giảm, phát sinh bệnh Qua đó ảnh hưởng tới các hoạt động trên nhà máy, dây chuyền sản xuất

- Vấn đề môi trường: những bất cẩn, thiếu trách nhiệm, ưu tiên lợi nhuận trong các quá trình hoạt động sản xuất, thi công đã dẫn đến sự ô nhiễm và mất cân bằng sinh thái tại những nơi có sự đa dạng sinh học cao và dễ bị tổn hại Vì thế làm ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân nơi đây cũng như gây ra những tổn hại lâu dài cho môi trường

Để tránh những tổn hại này có thể xảy ra, các công ty, doanh nghiệp thường đề ra một kế hoạch quản lý an toàn, Sức khỏe, Môi trường trong suốt quá trình hoạt động nhằm đảm bảo an toàn cho con người, tài sản và môi trường:

- Giám sát an toàn lao động

- Khảo sát và đánh giá các rủi ro về kỹ thuật

- Quản lý các loại hoá chất được sử dụng

- Giám sát sức khoẻ nghề nghiệp

- Giám sát môi trường lao động và các điều kiện vệ sinh lao động

- Phân tích nguyên nhân và chiều hướng của các tai nạn lao động, các dữ liệu về

sự cố để tìm ra các giải pháp phù hợp

Khi thực hiện thi công đồ án tốt nghiệp nhóm em đã áp dụng các vấn đề an toàn sức khỏe môi trường như:

- Dùng bút thử điện để kiểm tra các thiết bị trước khi thực hiện các thao tác

- Ngắt nguồn điện trước khi tiến hành lắp đặt, sữa chữa các thiết bị trong tủ điện

- Phân loại rác thải và vận chuyển đến nơi thu gom trong quá trình thi công mô hình thang máy

- Ưu tiên chọn những vật liệu có tính tái chế cao như khung nhôm định hình, bìa formex

- Mang khẩu trang khi thực hiện các công việc như hàn dây, đốt keo

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200 SIEMENS

2.1 Giới thiệu PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị có thể lập trình được, được thiết

kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình sử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình và sự kiện sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hay còn gọi là bộ định thì (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON hay OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra, các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC Như vậy, nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider, Hitachi…[2]

Hình 2.1 Một số loại PLC Ngoài ra các hãng cũng đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào

Hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory), có thể gắn thêm nhiều module bộ nhớ

để có thể tăng thêm kích thước chương trình Ngoài ra, các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các

hệ thống máy tính, tăng khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn, làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra / vào lớn hơn Một số thuật toán cơ bản dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng như điều khiển PID (cho điều khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động cơ, cho điều khiển vị trí), điều khiển

mờ, lọc nhiễu ở tín hiệu đầu vào, … [2]

2.2 Đặc điểm của hệ thống lập trình PLC

PLC có thể thực hiện những tác vụ khác như định thì, đếm, … Làm tăng khả năng điều khiển dành cho các hoạt động phức tạp

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả những trạng thái tín hiệu ngõ vào, được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được tập trung trong chương trình và xuất ra tín hiệu để điều khiển cho thiết bị bên ngoài Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối đầu vào và khối đầu ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra, và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers)

ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ le trung gian Tuy nhiên, ta cần phải có mạch trung gian điện tử công suất khi điều khiển những thiết bị có công suất lớn

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sự thay đổi về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống các thiết bị rời

Về phần cứng PLC giống như máy tính truyền thống, và có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp:

- Khả năng kháng nhiễu tốt

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, TTL… dễ hiểu và dễ sử dụng

- Thay đổi chương trình dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong công nghiệp

Một số ứng dụng được điều khiển bằng PLC thông dụng:

Hình 2.2 Điều khiển động cơ bằng PLC

Hình 2.3 Mô hình bồn trộn hóa chất điều khiển bằng PLC

Mỗi phần tử, hoặc thiết bị của một hệ thống điều khiển công nghiệp bất chấp kích thước của nó là nhỏ hay lớn đều có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình điều khiển Chẳng hạn như, nếu không có thiết bị cảm biến, bộ PLC sẽ không biết chính xác cái gì đang xảy ra trong quá trình

Nếu muốn các điều khiển các hoạt động phức tạp hơn, thì ta phải cần nhiều bộ PLC hơn kết nối với máy tính trung tâm

Hình 2.4 Sơ đồ mạng lưới điều khiển công nghiệp dùng PLC [2]

2.3 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC

Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống

Bộ xử lý: còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là nơi chứa bộ vi xử lý Bộ xử lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động xử lý tín hiệu, điều khiển theo chương

trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra

Bộ nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC thấp cho bộ vi

xử lý (thường là 5VDC) và cho các module còn lại (thường là 24V)

Thiết bị lập trình: được sử dụng để tạo các chương trình điều khiển sau đó được chuyển cho PLC Các loại thiết bị lập trình thường thấy là thiết bị lập trình chuyên dụng, thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ hoặc là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân

Bộ nhớ: là nơi lưu trữ chương trình Các dạng bộ nhớ có trên PLC là RAM, ROM, EPROM Trong PLC luôn có nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng loại PLC Bộ nhớ cũng có thể

là module cho phép dễ dàng thích nghi với các thiết bị điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm

Giao diện vào/ra: là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi Tín hiệu vào có thể là tín hiệu từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện Tín hiệu ra là tín hiệu có thể cung cấp cho các role, các van điện từ, cuộn dây công tắc tơ, các động cơ Tín hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic Các tín hiệu vào/ra thể hiện như sau:

Hình 2.6: Giao diện vào ra của PLC

Function block (FBD): là phương pháp lập trình theo sơ đồ khối, thích hợp cho ngành điện tử số

Các lệnh comparator operations giúp người lập trình xử lý nhiều tình hướng lên quan tới giá trị của một đại lượng nào đó, ví dụ nhiệt độ cao thì mở van, thấp thì đóng van,… ta chỉ cần lấy giá trị nhiệt độ so sánh với điểm đặt và cho ra kết quả Đặc biệt có lệnh In range và Out Range giúp ta quản lý 1 đại lượng nằm trong 1 phạm vi hay ngoài phạm vi nhanh chóng

Các lệnh math functions giúp ta tính toán và xử lý số liệu với các công thức đơn giản hay các hàm phức tạp

Các lệnh move operations giúp ta xử lý các vấn đề về dịch chuyển dữ liệu hay gán

dữ liệu từ vùng nhớ này qua vùng nhớ khác

Conversion operations là tập lệnh dùng để xử lý các số liệu là các giá trị như: chuyển đổi kiểu dữ liệu, làm tròn dữ liệu, Scale giá trị Analog,…

Các lệnh Program control giúp ta gán các LABEL để quản lý các nhóm tác vụ như xử lý, bỏ qua hay gọi các đoạn chương trình xử lý 1 vấn đề gì đó

Các lệnh word logic

Các lệnh Shift and Rotate

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ, PHẦN CỨNG CỦA MÔ HÌNH

THANG MÁY 4 TẦNG

3.1 Động cơ

3.1.1 Động cơ kéo cabin 68KTYZ

Là một thiết bị quan trọng trong hệ thống thang máy, động cơ kéo có nhiệm vụ di chuyển cabin trượt trên thanh ray đến các tầng theo yêu cầu gọi tầng và đến tầng của hành khách

Hình 3.1 Động cơ kéo cabin 68KTYZ

3.1.2 Động cơ mở cửa JGI 370

Được đặt bên dưới cabin có nhiệm vụ mở cửa đón khách khi cabin dừng ở các tầng So với đặt động cơ mở cửa ở mỗi tầng thì cách này giúp tiết kiệm và đơn giản hơn

từ khâu đi dây cho hệ thống, thiết kế, lập trình

Thông số:

- Điện áp sử dụng: 12VDC

- Kích thước: 76.8 x 32mm

Hình 3.2 Động cơ mở cửa JGI 370

3.2 Các thiết bị trong tủ điều khiển

3.2.1 Aptomat BW32A0

Là thiết bị cầu dao tự động chuyên dùng để đóng ngắt nguồn điện bảo vệ thiết bị,

hệ thống và con người khi xảy ra sự cố chập điện, cháy nổ

Khi ở trạng thái không xảy ra sự thì aptomat sẽ ở trạng thái thường đóng Cho đến khi có sự cố hoặc quá tải điện xảy ra, lực hút ở nam châm điện sẽ hút phần ứng làm ngắt mạch điện

3.2.2 Nguồn tổ ong 24V 10A

Nguồn tổ ong 24V 10A thực chất là nguồn xung Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn

từ việc lớp vỏ bảo vệ ngoài của mạch được đục các lỗ tản nhiệt trông giống như tổ ong Nguồn có tác dụng biến đổi dòng điện xoay chiều (220VAC) sang nguồn điện một chiều Mạch nguồn sử dụng nguyên lý dao động xung kết hợp với biến áp xung

Nguồn tổ ong thường được sử dụng để cấp điện áp hoạt động cho các thiết bị như động cơ, đèn led, thiết bị điện tử,…

Thông số:

- Điện áp đầu vào: AC110-220V

- Điện áp đầu ra: 24V

Trong ngành kỹ thuật điện công nghiệp, có nhiều cảm biến là những thiết bị điện

tử nhạy cảm và chỉ tạo ra dòng điện nhỏ Nhưng thường chúng ta cần chúng để điều khiển các thiết bị lớn hơn và sử dụng dòng điện lớn hơn Relay sẽ cho dòng điện nhỏ kích hoạt dòng điện lớn hơn Điều đó có nghĩa là role có thể hoạt động như công tắc (bật

và tắt) hoặc là bộ khuếch đại (chuyển đổi dòng điện nhỏ thành dòng lớn hơn)

Role có cấu tạo gồm 4 phần chính là:

- Nam châm điện

- Role nhiệt: Những công tắc này bật và tắt dựa vào nhiệt để ngăn chặn những sự

cố như động cơ điện quá nóng

- Role định hướng và quá dòng: những dòng role này ngăn dòng điện quá mức chảy sai hướng xung quanh mạch (thường là trong các thiết bị phát điện, phân phối hoặc cung cấp)

- Relay bảo vệ vi sai: Những role này dùng để khi có sự mất cân bằng dòng điện hoặc điện áp ở hai phần khác nhau của mạch điện

- Role bảo vệ tần số: được kích hoạt khi tần số của dòng điện xoay chiều quá cao, quá thấp hoặc cả hai

3.3.1 Cảm biến tiệm cận FOTEN PL-05N

Phát hiện vật bằng cách tạo ra trường điện từ nên loại cảm biến này chỉ có thể phát hiện các vật bằng kim loại

3.3.2 Nút nhấn LA38

Là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt các thiết bị điện, máy móc,…Thường được đặt trên bảng điều khiển hoặc ở tủ điện

Thông số:

- Điện áp tải Max: 660V

- Dòng điện tải max: 10A

Thông thường tiếp điểm sử dụng trong nút dừng khẩn cấp là tiếp điểm thường đóng nên lúc nào điện cũng qua tiếp điểm để cho máy hoạt động Sau khi được tác động thì nút dừng khẩn cấp sẽ ngắt điện đi

Nút nhấn khẩn cấp được sử dụng nhiều trên các dây chuyền máy móc Người ta thường đặt nhiều vị trí trên dây chuyền để chỗ nào cũng có thể ngừng máy trong trường hợp khẩn cấp