Ứng dụng PLC s7 200 điều khiển thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

Danh mục các hình vẽ và đồ thị 1.1 Sơ đồ cấu tạo của thang máy 1.2 Sơ đồ cấu tạo bộ hUm bảo hiểm tác động êm với mô men phanh không đổi 1.3 Cấu tạo của phanh hUm điện từ 1.4 Sơ đồ nguyê

Trường Đại Học mỏ - địa chất

Nguyễn Thanh Long

ứng dụng PLC s7-200 điều khiển thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2006

Trường Đại Học mỏ - địa chất

Nguyễn Thanh Long

ứng dụng PLC s7-200 điều khiển thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

Chuyên ngành: Mạng và hệ thống điện, cung cấp điện và điện khí hoá Mã số: 2.03.01

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Phan Xuân Minh

Hà nội - 2006

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong lưuËn ¸n lµ trung thùc vµ chưa tõng

®ưîc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶

NguyÔn Thanh Long

Mục lục

1.2 Đặc điểm công nghệ của hệ truyền động ……… 14

2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy 30

Chương 3 - Giải pháp kỹ thuật điều khiển thang máy 49

3.1 Lựa chọn thiết bị cảm biến và chấp hành 49

3.2 Cấu hình hệ thống điều khiển trên nền ………… 54 Chương 4 – Chương trình điều khiển, mô phỏng kiểm chứng

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

1.1 Sơ đồ cấu tạo của thang máy

1.2 Sơ đồ cấu tạo bộ hUm bảo hiểm tác động êm với mô men phanh

không đổi 1.3 Cấu tạo của phanh hUm điện từ

1.4 Sơ đồ nguyên lý công tắc tầng cơ khí

1.5 Tế bào quang điện kiểu đèn

1.6 Sơ đồ nối tế bào quang điện

1.7 Tế bào quang điện kiểu bán dẫn

1.8 Tế bào quang điện đợc nối với rơ le tầng

1.9 Công tắc không tiếp điểm kiểu điện cảm

1.10 Hình ảnh và cấu tạo của công tắc giới hạn hành trình

2.1 Biểu đồ tốc độ, gia tốc và độ giật của thang máy

2.2 Sơ đồ mạch điện nguyên lý hệ thống truyền động Máy phát -

Động cơ điện một chiều có khuếch đại trung gian 2.3 Sơ đồ khối của hệ truyền động Thyristor - Động cơ một chiều 2.4 Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rô to

2.5 Biểu đồ điện trở tương đương Re theo thời gian

2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôtor

lồng sóc hai cấp tốc độ 2.7a Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB bằng biến tần nguồn áp

2.7b Khâu điều chỉnh dòng isd, isq bằng khâu ĐCD riêng biệt

2.8 Cấu trúc biến tần nghịch lưu độc lập

2.9 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động xoay chiều 3 pha dùng biến tần nguồn áp 2.10 Đường cong để xác định số lần dừng (theo xác suất) của buồng thang 3.1 Sơ đồ động học của thang máy

3.2 Đường cong tốc độ

3.3 Tuyến tính hoá đường cong tốc độ

3.4 Đồ thị phụ tải theo thời gian

3.5 Hình dáng ngoài cảm biến kiểu quang YG-1

3.13 Mặt trên của mô dun mở rộng EM223

4.1 Lưu đồ của chương trình chính (Main OB1)

4.2 Lưu đồ thuật toán thực hiện việc nhập yêu cầu (SBR0)

4.3 Lưu đồ thuật toán tìm yêu cầu lên 1 (SBR1)

4.4 Lưu đồ thuật toán tìm yêu cầu lên 2 (SBR2)

4.5 Lưu đồ thuật toán tìm yêu cầu xuống 1(SBR3)

4.6 Lưu đồ thuật toán tìm yêu cầu xuống 2(SBR4)

4.7 Lưu đồ thuật toán thực hiện việc xác định vị trí của buồng thang

và hiển thị (SBR5) 4.8 Lưu đồ thuật toán xử lý hành trình lên (SBR6)

4.9 Lưu đồ thuật toán xử lý hành trình xuống (SBR7)

4.10 Lưu đồ thuật toán thực hiện việc đóng mở cửa (SBR8)

4.11 Lưu đồ xử lý mất điện (SBR9)

4.12 Kích thước của bộ điều khiển

4.13 Kích thước của ray gá bộ điều khiển

4.14 Kích thước của các panel điều khiển, cảm biến tầng

4.15 Mô hình mô phỏng trong phòng thí nghiệm

4.16 Sơ đồ nối dây các đầu vào mô hình mô phỏng

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay nền công nghệ chế tạo linh kiện điện tử công suất và vi mạch điều khiển của nhân loại đU phát triển tới mức cao Mặt khác việc ứng dụng công nghệ

điện tử công suất và vi mạch điều khiển vào các dây chuyền công nghệ nó đU đem lại những thành công rực rỡ cho nền khoa học của nhân loại đó là: đU tạo ra các dây chuyền sản xuất, các máy móc, thiết bị… có tính tự động hoá cao và có tính năng sử dụng hoàn hảo… Nhờ đó mà việc ứng dụng vi mạch điều khiển và điện tử công suất

đU lan toả, xâm nhập rất nhanh vào các dây chuyền công nghệ Có thể nói hiện nay khoa học công nghệ nói chung, kỹ thuật điều khiển hệ thống truyền động điện nói riêng đU vượt lên một tầm cao mới Từ việc điều khiển hệ thống truyền động điện bằng hệ thống rơ le công tắc tơ, nay đU tiến tới điều khiển hệ thống truyền động điện bằng chương trình, với tốc độ xử lí cực nhanh (đơn vị tính chỉ là às) Trong đó chương trình điều khiển do nhà lập trình viết và nhập vào cho bộ điều khiển dưới dạng phần mềm Khi cải tiến, thay đổi công nghệ thì chủ yếu là thay đổi chương trình điều khiển, ít can thiệp vật lý vào hệ thống điều khiển Điều đó nói lên rằng thiết bị điều khiển khả trình rất tiện lợi và linh hoạt

Có thể nói hiện nay thiết bị khả trình đU len lõi vào hầu hết các hệ thống điều khiển truyền động điện, các dây chuyển sản xuất bởi tính tiện ích vốn có của chúng Thế nhưng hiện nay ở Việt Nam chúng ta thì đội ngũ cán bộ kỹ thuật về lĩnh vực này còn rất mỏng Trước thực tiễn đó trường ĐHSPKT Vinh đU nhập một số không

ít bộ điều khiển bằng PLC Với mong muốn đào tạo kịp thời đội ngũ kỹ thuật viên

đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn về lĩnh vực này cho đất nước Mặt khác trong

thời đại công nghiệp hiện nay, thang máy là thiết bị không thể thiếu trong các toà nhà cao tầng, vì nhờ có thang máy mà người ta rút ngắn được khoảng cách giữa các tầng và con người không còn tốn năng lượng cho việc lên xuống tầng nữa Bởi thế thực tế hiện nay nhu cầu sử dụng thang máy đang gia tăng một cách đáng kể Đứng trước bối cảnh đó, là một giáo viên thuộc khoa Điện của trường, sau khi học xong chương trình cao học của trường ĐH Mỏ - Địa Chất Hà Nội, đựơc sự định hướng của PGS.TS.Phan Xuân Minh (trưởng tổ môn Điều khiển - trường ĐHBK Hà Nội), tôi

đU quyết định chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “ứng dụng PLC S7-200 điều

khiển thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm”

2 Mục đích nghiên cứu

Hoàn thiện chương trình phần mềm điều khiển thang máy nhà 5 tầng dùng PLC S7-200

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống tự động điều khiển thang máy chở người sử dụng bộ điều khiển khả trình (PLC) S7-200 do hUng Siemen sản xuất Phạm vi nghiên cứu là hệ thống tự động điều khiển thang máy chở người nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

4 Nội dung nghiên cứu

- Lựa chọn hệ thống truyền động thang máy phù hợp

- Xây dựng thuật toán và cấu trúc chương trình điều khiển thang máy nhà cao tầng

- Kiểm chứng chương trình bằng cách mô phỏng trong phòng thí nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng cho đề tài là: “Nghiên cứu ứng dụng”

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài được thực hiện có ý nghĩa về khoa học là đưa ra được một giải pháp một công nghệ sử dụng PLC S7 – 200 để điều khiển thang máy nhà 5 tầng Mặt khác đề tài hoàn thành góp phần tạo ra một mô hình thực tập mới cho cho sinh viên thực tập lập trình điều khiển thang máy bằng PLC S7-200

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội, các thầy cô giáo thuộc tổ môn điều khiển trường ĐHBK Hà Nội, cùng các bạn bè, đồng nghiệp đU giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện lưuận văn Mặc dù đU rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế, nên đề tài khó tránh khỏi sai sót Tôi xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến

đóng góp cho lưuận văn đạt tính khoa học, thực tiễn và giáo dục

Chương 1 - Công nghệ điều khiển thang máy

1.1 Tổng quan

1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của thang máy trên thế giới

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 đU định sẵn so với phương thẳng đứng Thang máy thường được dùng trong các nhà cao tầng, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặc thù của vận chuyển bằng thang máy là: thời gian một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục…

Ngoài ý nghĩa vận chuyển thang máy còn góp phần làm tăng vẻ đẹp, tính tiện nghi và hiện đại của công trình

Vào cuối thế kỷ 19 đU có một vài hUng sản xuất thang máy ra đời như: OTIS, Schindler…Chiếc thang máy đầu tiên được đưa vào sử dụng năm 1853

do hUng OTIS (Mỹ) sản xuất Đến năm 1874 hUng thang máy Schindler (Thuỵ Sỹ) cũng đU chế tạo thành công thang máy khác Ban sơ bộ tời kéo chỉ có một cấp tốc độ, buồng thang có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc

độ của buồng thang thấp

Đầu thế kỷ 20 đU có nhiều hUng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (ý),… và đU chế tạo được các loại thang máy tốc độ cao, có nhiều

đặc tính sử dụng ưu việt hơn, như tính tiện nghi cao, độ dật thấp…

Vào đầu những năm 1970 đU chế tạo được thang máy có tốc độ cao đạt 450m/phút, thang máy chở hàng có tải trọng lên tới 30 tấn, trong thời gian này thang máy thuỷ lực cũng đU ra đời Sau đó không lâu tốc độ của thang máy đU

đạt tới 600m/phút Vào những năm 1980 nhờ sự phát triển mạnh của công nghệ vi xử lý nên đU xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ bằng phương pháp biến đổi tần số và điện áp (inverter) Với công nghệ này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, linh hoạt hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đU chế tạo được thang máy có tốc

độ lên tới 750m/phút và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt

1.1.2 Tình hình thực tiễn Việt Nam và nhu cầu thực tập của sinh viên trường ĐHSPKT Vinh

ở Việt Nam ta hiện nay với chủ trương hội nhập, tốc độ phát triển kinh

tế đang được ngày một nâng cao, nhu cầu sử dụng thang máy cũng đang ngày một gia tăng Thị trường sử dụng thang máy ở nước ta đang hé mở một tiềm năng lớn

Hiện nay trên thị trường nước ta có các sản phẩm thang máy của các hUng như: MITSUBISHI elevartor, LG elevartor, NIPON elevartor, FUJI elevartor…

Việt Nam có nhiều công ty kinh doanh thang máy như công ty thang máy Thiên Nam của thành phố Hồ Chí Minh, là độc quyền cho hUng thang máy nổi tiếng Hàn Quốc SIGMA, công ty thang máy Thái Bình cũng là một

đại diện của TP.Hồ Chí Minh… các công ty này có khả năng cung cấp các loại thang máy chất lượng cao mà giá thành lại thấp chỉ bằng 1/3 giá thành thang máy nhập ngoại Hiện nay các công ty thang máy trong nước đU có khả năng lắp đặt, bảo trì và sữa chữa tất cả các loại thang máy và đang không ngừng cải tiến kỹ thuật, nâng cao chất lượng, nâng cao tỷ lệ nội địa hoá để giảm giá thành sản phẩm, tăng tính độc lập trong việc sản xuất thang máy Thực tế hiện nay nhu cầu sử dụng thang máy và các hệ truyền động có bộ

điều khiển khả trình đang ngày một bùng nổ nhưng lực lượng cán bộ kỹ thuật

về lĩnh vực này còn mỏng Trước sự bức thiết đó trường ĐHSPKT Vinh đU đưa các nội dung trên vào nội dung thực tập của sinh viên chuyên ngành Điện tự

động hoá Sinh viên của trường đU được tiếp cận với các bộ điều khiển khả trình Hằng năm nhà trường đU đầu tư khá nhiều cho việc mua sắm trang thiết

bị, các mô hình thực tập hiện đại Tuy vậy, thực tế việc khai thác, sử dụng các thiết bị đó vào việc đào tạo còn chưa cao Trước tình hình đó, nhờ có sự định

hướng của giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.Phan Xuân Minh tôi đU quyết định chọn đề tài “ứng dụng PLC S7-200 điều khiển thang máy nhà 5 tầng”, với mục tiêu nâng cao tính thực tiễn về nội dung thực tập bộ điều khiển khả trình của sinh viên nhà trường

1.1.3 Phân loại thang máy

Với tốc độ phát triển nhanh của khoa học công nghệ thang máy được thiết kế và chế tạo rất phong phú và đa dạng, với nhiều kiểu loại khác nhau, sử dụng cho từng mục đích riêng phù hợp với từng công trình Để phân loại thang máy có thể dựa vào các nguyên tắc và đặc điểm sau: Phân loại theo công dụng, theo hệ thống dẫn động buồng thang, theo vị trí đặt bộ tời kéo, theo hệ thống vận hành, theo các thông số cơ bản, theo kết cấu các cụm cơ bản…

Phân loại theo công dụng: theo công dụng có thể phân ra làm 5 loại như sau (TCVN 5744 – 1993):

- Thang máy chuyên chở người

- Thang máy chuyên chở người có hàng đi kèm

- Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm

- Thang máy chuyên chở hàng

Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng như thang máy chữa cháy, thang máy chở ô tô…

Phân loại theo hệ thống dẫn độngbuồng thang:

- Thang máy dẫn động điện: loại này dẫn động buồng thang lên xuống nhờ

động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang quấn cáp

- Thang máy thuỷ lực

- Thang máy khí nén

Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo:

- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang

- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang

- Thang máy dẫn động ca bin lên xuống bằng bánh răng, thanh răng (bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc buồng thang)

- Thang máy thuỷ lực (buồng máy đặt tại tầng trệt)

Phân loại theo hệ thống vận hành:

- Theo mức độ tự động: loại bán tự động, 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 buồng thang, điều khiển ngoài buồng thang, điều khiển cả trong và ngoài buồng thang

Loại tốc độ rất cao: v > 4m/s;

- Theo khối lượng vận chuyển của buồng thang (Q):

Loại nhỏ: Q < 500kg

Loại trung bình: Q = (500 ữ 1000) kg

Loại lớn: Q = (1000 ữ 1600) kg

Loại rất lớn: Q > 1600 kg

Phân loại theo kết cấu các cụm cơ bản:

- Theo kết cấu bộ tời kéo:

Bộ tời kéo có hộp giảm tốc độ

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

- Theo hệ thống cân bằng: có đối trọng, không có đối trọng

- Theo hệ thống cửa buồng thang:

+ Theo kết cấu của cửa:

Cánh cửa dạng xếp lùa về một phía hoặc hai phía

Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng mở bản lề một cánh hoặc hai cánh Cánh cửa dạng tấm (panen) hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía Cánh cửa dạng tấm (panen) hai cánh mở chính giữa lùa về 2 phía trên và dưới Cánh cửa dạng tấm (panen) hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên + Theo số cửa buồng thang: thang máy có một cửa, hai cửa đối xứng nhau, hai cửa vuông góc nhau

- Theo loại bộ h2m bảo hiểm an toàn buồng thang:

HUm tức thời: thường dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45m/phút HUm êm: thường dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45m/phút và thang máy chở bệnh nhân

1.1.4 Các ký hiệu thang máy thông dụng

Thang máy được ký hiệu bằng các chữ số, dựa vào các thông số cơ bản sau: + Loại thang: theo thông lệ Quốc tế ngừơi ta dùng các chữ cái (La tinh)

để ký hiệu như sau:

- Thang máy chở hành khách: P (Passenger)

- Thang máy chở bệnh nhân: B (Bed)

- Thang máy chở hàng: F (Freight)

+ Số người hoặc tải trọng (người, kg)

Kiểu mở cửa:

- Mở chính giữa lùa về hai phía: CO (Center opening)

- Mở một bên lùa về một phía: 2S (Single Side)…

Ký hiệu trên có nghĩa là: thang máy chở khách, tải trọng 11 người, kiểu

mở cửa chính giữa lùa về hai phía, vận tốc di chuyển buồng thang 90m/phút,

có 11 điểm dừng phục vụ trên tổng số 14 tầng của toà nhà, hệ thống điều khiển bằng cách biến đổi điện áp và tần số, hệ thống vận hành kép (chung)

1.2 Đặc điểm công nghệ của hệ truyền động

thang máy nhà cao tầng

1.2.1 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của thang máy

Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà thang máy có cấu tạo khác nhau, hình 1.1, là sơ đồ cấu tạo của loại thang máy chở người thông dụng nhất, dẫn

động bằng tời điện với puly dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là puly ma sát)

Bộ tời kéo 21 được đặt trong buồng máy 22 nằm ở phía trên giếng thang

15 chạy dọc suốt chiều cao công trình và được che chắn bằng kết cấu chịu lực (gạch, bê tông hoặc kết cấu thép với lưới che bằng kính) và chỉ để các cửa vào giếng thang để lắp cửa tầng 7 Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng thang có gắn các ray dẫn hướng 12 và 13 cho đối trọng 14 và buồng thang 18 Buồng thang và đối trọng được treo trên hai đầu của cáp nâng 20 nhờ hệ thống treo

19 Hệ thống treo có tác dụng đảm bảo cho các cáp nâng riêng biệt có độ căng như nhau Cáp nâng được vắt qua các rUnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cho buồng thang và đối trọng đi lên hoặc xuống theo giếng thang Khi chuyển động, buồng thang và đối trọng tựa trên các đường ray dẫn hướng trong giếng thang nhờ các ngàm dẫn hướng 16 Cửa buồng thang 4 và cửa tầng

7 thường là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở được khi buồng thang dừng trước cửa tầng, nhờ cơ cấu đóng mở cửa 3 đặt trên nóc buồng thang Cửa buồng thang và cửa tầng được trang bị hệ thống khoá liên

động bằng cơ và điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động (thang máy không thể hoạt động nếu một trong các cửa tầng hoặc buồng thang chưa

đóng hẳn Hệ thống khoá liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng không mở

được từ bên ngoài nếu buồng thang không ở đúng vị trí cửa tầng đối với loại cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở buồng thang, hệ thống khoá liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở) Tại các điểm trên cùng và

dưới cùng của giếng thang có đặt các công tắc giới hạn hành trình cho buồng thang để đảm bảo an toàn hơn khi làm việc

Phần dưới của giếng thang là hố thang 10, để đặt các gảm chấn 11 và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ 9 Khi hỏng hệ thống điều khiển, buồng thang hoặc đối trọng có thể đi xuống phần hố thang 10, vượt qua công tắc hành trình

và tỳ lên giảm chấn 11, để đảm bảo an toàn cho người và buồng thang mặt khác còn tạo khoảng trống cần thiết dưới đáy buồng thang để thuận tiện cho việc kiểm tra sữa chữa khi cần

Bộ hạn chế tốc độ 2 được đặt trong buồng thang 22 và cáp của bộ hạn chế tốc độ 8 có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ hUm bảo hiểm 17 trên buồng thang Khi có sự cố đứt cáp hoặc cáp trượt trên rUnh puly do không đủ

ma sát mà buồng thang đi xuống với tốc độ vượt giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ hUm bảo hiểm 17 để dừng buồng thang tựa trên đường ray dẫn hướng trong giếng thang ở một số thang máy, bộ hUm bảo hiểm và hệ thống hạn chế tốc độ còn được trang bị cho cả đối trọng

Trên đây trình bày cấu tạo chung của hệ thống thang máy Để thấy rõ nhiệm vụ của các bộ phận trong hệ thống, sau đây sẽ giới thiệu các thiết bị cơ khí và các thiết bị điện thường lắp trong thang máy

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của thang máy

1.2.2 Thiết bị cơ khí của thang máy

Trong phạm vi lưuận văn này không đi sâu vào việc giới thiệu cấu tạo của các thiết bị cơ khí của thang máy mà chỉ đề cập đến vị trí lắp đặt và nhiệm vụ của các thiết bị này trong thang máy chở người

Thiết bị cơ khí của thang máy được chia làm 5 nhóm sau:

Nhóm 1: Các thiết bị cố định trong giếng thang

+ Ray dẫn hướng: Ray dẫn hướng được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho buồng thang và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hướng đảm bảo cho buồng thang và đối trọng lưuôn nằm ở vị trí thiết

kế của chúng trong giếng thang và không bị chuyển dịch theo phương ngang trong quá trình chuyển động Ngoài ra ray dẫn hướng phải đủ cứng để giữ trọng lượng buồng thang và tải trọng trong buồng thang tựa lên dẫn hướng cùng các thành phần tải trọng động khi bộ hUm bảo hiểm làm việc (trong trường hợp đứt cáp hoặc buồng thang đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép)

+ Giảm chấn: được lắp đặt dưới hố thang để dừng và đỡ buồng thang và

đối trọng trong trường hợp buồng thang và đối trọng chuyển động xuống phía dưới vượt quá vị trí đặt công tắc hạn chế hành trình dưới cùng Giảm chấn phải

có độ cao đủ lớn để khi buồng thang hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dưới để cho người có trách nhiệm thực hiện việc kiểm tra,

điều chỉnh, sữa chữa

Một số loại giảm chấn thường dùng trong thang máy:

- Giảm chấn cứng: là một ụ tỳ bằng gỗ, bên tông hoặc thép có bọc

đệm cao su Loại này hiện nay ít được dùng vì chất lượng giảm chấn thấp

- Giảm chấn lò xo: được dùng thông dụng cho các loại thang có tốc

độ 0,5 ữ1m/s

- Giảm chấn thuỷ lực: là loại tốt nhất và thường dùng cho thang máy

có tốc độ trên 1m/s

Nhóm 2: Buồng thang và các thiết bị liên quan

Buồng thang là bộ phận mang tải của thang máy Cấu tạo buồng thang gồm 2 phần:

Khung buồng thang: là khung chịu lực của buồng thang máy, hiện nay khung buồng thang thường làm bằng thép có trọng lượng nhẹ

Buồng thang: có kết cấu có thể tháo rời được, gồm trần, sàn và vách buồng thang Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của buồng thang Vật liệu làm buồng buồng thang thường là thép tấm (chế tạo bằng phương pháp dập) với các gân tăng cường để đảm bảo độ cứng và trọng lượng nhỏ

Các ngàm dẫn hướng, hệ thống treo buồng thang, hệ thống tay đòn và bộ hUm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa… các hệ thống này được lắp trên khung buồng thang

Nhóm 3: Hệ thống cân bằng trong thang máy

- Đối trọng: là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng của thang máy Kích thước và trọng lượng mỗi quả đối trọng đU được tiêu chuẩn hoá Đối trọng có thể tựa và trượt trên ray dẫn hướng khi chuyển động

Hệ thống treo đối trọng thường là hệ thống treo kiểu là xo

- Xích và cáp cân bằng: khi thang máy có chiều cao nâng trên 45m hoặc trọng lượng cáp nâng và cáp điện có giá trị trên 0,1Q thì người ta phải đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần trọng lượng của cáp nâng và cáp điện chuyển từ nhánh treo buồng thang sang nhánh treo đối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt động, đảm bảo mô men tải tương đối ổn định trên puly ma sát

Xích cân bằng thường được dùng cho thang máy có tốc độ dưới 1,4m/s

Nhóm 4: Bộ tời kéo

Bộ tời kéo của thang máy được đặt trong phòng máy dẫn động nằm ở phía trên, phía dưới hoặc nằm cạnh giếng thang tuỳ thuộc vào sơ đồ dẫn động

Nếu phân loại theo phương pháp dẫn động thì có 2 loại bộ tời kéo:

- Bộ tời kéo dẫn động bằng thuỷ lực: chỉ dùng cho thang máy có chiều cao nâng không lớn

- Bộ tời kéo dẫn động điện là thông dụng hơn cả Trong phạm vi phần này ta chỉ tìm hiểu bộ tời kéo dẫn động điện

Bộ tời kéo dẫn động điện gồm loại có hộp giảm tốc và loại không có hộp giảm tốc

Bộ tời kéo có hộp giảm tốc gồm có động cơ điện, hộp giảm tốc, khớp nối, phanh và puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Bộ tời kéo có hộp giảm tốc độ thường chỉ dùng cho thang máy có tốc độ danh nghĩa của buồng thang dưới 1,4m/s

Đối với thang máy có tốc độ lớn người ta thường dùng bộ tời kéo không

có hộp giảm tốc Puly ma sát và bánh phanh được lắp trực tiếp với động cơ không qua bộ truyền

Nhóm 5: Thiết bị an toàn cơ khí

Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho người và thang máy trong trường hợp xẩy ra các sự cố như: đứt cáp, cáp trượt trên rUnh puly ma sát, buồng thang hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm 2 bộ phận chính: bộ hUm bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ

- Bộ hUm bảo hiểm: để tránh cho buồng thang rơi tự do trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vượt giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ tác

động lên bộ hUm bảo hiểm để dừng và giữ buồng thang tựa trên các ray dẫn hướng Buồng thang của tất cả các loại thang máy đều phải được trang bị bộ hUm bảo hiểm Bộ hUm bảo hiểm cần được trang bị cho đối trọng trong trường hợp đối trọng nằm phía trên lối đi hoặc phần diện tích có người đứng

Bộ hUm bảo hiểm gồm có hai tay đòn 1 và 2 có thể xoay quanh khớp 3 gắn trên khung chịu lực của buồng thang Trong trạng thái làm việc bình

thường, giữa ray dẫn hướng 8 và các bề mặt chuyển động của quả nêm 9 và vỏ phanh có khe hở là δ Khe hở δ có thể điều chỉnh bằng cách vặn các đai ốc 6 trên trục 4

Lò xo 5 bị nén lưuôn tỳ 2 đầu của nó để đẩy các tay đòn 1 và 2 ra Các ụ

tỳ 7 dùng để khống chế vị trí các tay đòn và đảm bảo cho các khe hở giữa nêm

và võ phanh với ray dẫn hướng đều là δ

Khi có sự cố, cáp của bộ hạn chế tốc độ dừng làm quả nêm 9 dừng theo, song buồng thang vẫn tiếp tục đi xuống nên quả nêm có chuyển động tương

đối đi lên trong vỏ của nó, ăn hết các khe hở δ và ép vào ray dẫn hướng 8 Cấu tạo của quả nêm cho phép nó chỉ có thể chuyển động đi lên trong vỏ nêm với hành trình hạ (mặt cắt A – A Hình 1.2) để đảm bảo lực nén của quả nêm vào ray dẫn hướng có giá trị nhất định Khi có lực nén của quả nêm vào ray dẫn hướng, tay đòn 1 và 2 xoay quanh khớp 3 theo chiều mũi tên trên hình 1.2, làm xuất hiện khe hở giữa tay đòn 1, 2 với các đai ốc 6 và nén lò xo 5 Lực nén lò xo 5 gây nên mô men trên các tay đòn 1, 2 và tạo nên lực nén không

đổi trên bề mặt của ray dẫn hướng làm buồng thang dừng êm và có độ trượt trên ray

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo bộ hUm bảo hiểm tác động êm

với mô men phanh không đổi

8- Ray dẫn hướng buồng thang

9- Quả nêm

+ Bộ hạn chế tốc độ: Khi buồng thang hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho

phép, bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hUm bảo hiểm để dừng buồng thang tựa trên các ray dẫn hướng

1.2.3 Hệ thống mạch điện và các thiết bị điện lắp đặt trong thang máy

a Hệ thống mạch điện

Hệ thống mạch điện của thang máy được phân ra làm các loại sau:

- Mạch động lực: Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để

điều khiển đóng mở động cơ dẫn động và phanh cơ khí của cơ cấu Hệ thống phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của buồng thang sao cho quá trình mở máy và phanh được êm, dừng thang máy chính xác trước các cửa tầng Mạch động lực có thể là các thiết bị điều chỉnh tốc độ, mô men động cơ Độ phức tạp của mạch tuỳ thuộc vào loại động cơ

- Mạch điều khiển: Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một chương trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng, yêu cầu của thang máy Hệ thống điều khiển tầng có nhiệm vụ lưu trữ các lệnh di chuyển của buồng thang và các lệnh gọi tầng của hành khách, thực hiện các lệnh di chuyển theo một chế độ ưu tiên nào đó đU được định sẵn Sau khi đU thực hiện xong lệnh

điều khiển thì xoá bỏ, xác định và ghi nhận thường xuyên vị trí của buồng thang

và hướng di chuyển của nó Hệ thống điều khiển tự động chủ yếu dùng các bộ vi

xử lý, các bộ nhớ dưới dạng ROM, RAM và các bộ đệm vào ra Tất cả các hệ thống điều khiển tự động đều sử dụng nút ấn

- Ngoài ra còn có mạch tín hiệu, mạch chiếu sáng, mạch an toàn

b Các thiết bị điện lắp đặt trong thang máy

* Động cơ điện

Các loại động cơ được sử dụng trong thang máy bao gồm động cơ truyền

động buồng thang và động cơ đóng, mở cửa

Yêu cầu đối với động cơ truyền động buồng thang là làm việc êm, rôto của

động cơ có quán tính lớn để hạn chế gia tốc khi mở máy, có hệ số trượt định mức cao (5% - 12%), bội số mô men mở máy lớn (1,8 – 2,5) và thoả mUn biểu đồ tốc

độ tối ưu của buồng thang Việc lựa chọn loại động cơ và công suất động cơ liên quan đến các phương án truyền động được áp dụng đối với các loại thang máy khác nhau và sẽ được trình bày ở các mục tiếp theo thuộc chương trình này

* Phanh hãm điện từ

Được dùng để hUm động cơ khi mất nguồn hoặc khi cần dừng thang máy

Cấu tạo của phanh hUm điện từ được chỉ ra ở Hình 1.3

Hình 1.3 Cấu tạo của phanh hUm điện từ

Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây của nam châm 6 không có điện, lò xo 4

sẽ ép tay đòn 3 liên kết với má phanh 2 quay một góc về phía bánh hUm trục

động cơ Khi đó má phanh 2 sẽ ép chặt vào bánh hUm trục động cơ, động cơ

được hUm Khi động cơ hoạt động, cấp điện cho cuộn hút 6 hút phần ứng 8, tương ứng thanh đẩy 7 sẽ tác động vào tay đòn tam giác 3, tay đòn 3 lại tác động vào vít cấy 10 làm má phanh 2 được tách ra khỏi bánh hUm, động cơ được nhả phanh Trong trường hợp sửa chữa hay bảo dưỡng có thể dừng bằng hUm tay 9

* Công tắc tầng

Công tắc tầng dùng để chuyển đổi trạng thái mạch điện khi buồng thang đi qua hoặc đến tầng Các công tắc tầng được đặt tại các vị trí thích hợp trong giếng thang Sau đây giới thiệu loại công tắc tầng cơ khí được sử dụng trong thang máy

Cấu tạo của công tắc tầng cơ khí được chỉ ra ở hình 1.4

đó thì cầu dao 4 ở vị trí thẳng đứng do vậy cặp tiếp điểm 1-3 hở mạch, cặp tiếp

điểm 2-3 của công tắc ở các tầng trên đều bị đóng còn các tầng dưới thì cặp tiếp

điểm 1-2 đều được đóng Loại công tắc này có cấu tạo đơn giản nhưng làm việc không tin cậy lắm và gây tiếng ồn khi làm việc, khi buồng thang chuyển động với tốc độ cao Do đó công tắc tầng cơ khí chỉ thường dùng trong thang máy tốc

độ thấp hoặc tốc độ trung bình

C Một số loại cảm biến thường dùng trong thang máy

* Cảm biến vị trí kiểu quang: sử dụng tế bào quang điện, thường dùng 2

loại tế bào quang điện sau:

- Tế bào quang điện kiểu đèn

- Tế bào quang điện kiểu bán dẫn

+) Tế bào quang điện kiểu đèn:

Nguyên lý cấu tạo như Hình 1.5, gồm một bóng thuỷ tinh chân không hoặc chứa một ít khí trơ (Hêli, nêon…) Phía trong bóng được đặt 2 điện cực A nốt (A) và Ka tốt (K), ca tốt là một lớp mỏng chất cảm quang 2, nó được phủ một phần mặt trong của bóng và có đầu cực xuyên ra 4 Anốt dạng vòng tròn nhỏ 3 ở tâm đèn

Nguyên lý hoạt động: khi có chùm tia sáng từ bên ngoài tác dụng vào catốt

K, catốt K sẽ làm bức xạ các điện tử và nếu anốt A có điện thế dương hơn so với

ca tốt K thì các điện tử phát xạ sẽ chuyển dịch từ K đến A và tạo nên dòng quang

điện Tế bào quang điện được đặt trên thành giếng thang ở mỗi thành tầng và

+) Tế bào quang điện kiểu bán dẫn

Nguyên lý cấu tạo như Hình 1.7

Hình 1.7 Tế bào quang điện kiểu bán dẫn Gồm lớp bán dẫn 2, hai đầu có hai lớp kim loại 3 dùng làm điện cực và phía dưới của nó có phủ một lớp cách điện

Độ dẫn điện của lớp bán dẫn 2 phụ thuộc vào độ chiếu sáng của nó Khi lớp bán dẫn 2 không được chiếu sáng, nó chứa một số lượng rất ít hạt mang điện (điện tử tự do và lỗ trống) và điện trở của nó rất lớn Khi lớp bán dẫn 2 được chiếu sáng, số hạt mang điện trong đó tăng lên rất nhanh và điện trở của nó giảm

đi rõ rệt

Tế bào quang điện được nối với rơ le tầng như Hình vẽ 1.8

Hình 1.8 Tế bào quang điện được nối với rơ le tầng

Khi buồng thang còn ở xa sàn tầng, tế bào quang điện được chiếu sáng,

điện trở của nó rất bé, nên dòng điện qua tế bào quang điện và rơ le đủ lớn để rơ

le tác động Khi buồng thang đến sàn tầng, buồng thang che mất ánh sáng, điện trở của tế bào trở nên rất lớn và dòng điện qua tế bào và rơ le không đủ cho rơ le tác động

* Cảm biến kiểu điện cảm

Đây là loại công tắc tầng không tiếp điểm, cấu tạo và sơ đồ nối dây được chỉ ra như hình vẽ 1.9

Hình 1.9 Công tắc không tiếp điểm kiểu điện cảm

Cấu tạo: Bao gồm một cuộn dây có lõi thép 1 gắn trên thành giếng thang ở mỗi sàn tầng Thanh sắt có 2 (phần ứng) được gắn trên buồng thang Điện áp xoay chiều được đặt vào hai đầu của cuộn dây 3

Hoạt động: Khi buồng thang ở xa sàn tầng, mạch từ cuộn dây hở do đó điện cảm của cuộn rất bé, dòng qua rơ le sẽ lớn Khi buồng thang đi tới gần sàn tầng thì thanh sắt 2 sẽ khép kín mạch từ của cuộn dây làm cho điện kháng của nó khá lớn (Do điện cảm của cuộn dây L tăng) Dòng điện I1 giảm rõ rệt làm cho rơ le không còn tác động được nữa mạch điều khiển sẽ tác động dừng động cơ kéo buồng thang Thông thường thì ta mắc thêm một tụ điện C sao cho khi khép

U

mạch điện từ thì dòng rơ le gần như bằng không Điều này đảm bảo chắc chắn rơ

le sẽ ngừng tác động (dòng qua rơ le I = I1 – Ic)

* Công tắc giới hạn hành trình

Hình ảnh và cấu tạo của công tắc giới hạn hành trình được chỉ ra ở Hình 1.10

Đây là công tắc thực hiện ngắt động cơ khi buồng thang đi lên quá cao hoặc đi xuống quá giới hạn cho phép Vì vậy công tắc này được lắp trên sàn tầng cuối cùng

Hình 1.10 Hình ảnh và cấu tạo của công tắc giới hạn hành trình

Cấu tạo của công tắc: gồm tiếp điểm tĩnh 1, tiếp điểm động 2, tay gạt có bánh xe 3

Hoạt động: Khi thang máy di chuyển từ dưới lên trên và lên hết giới hạn cho phép thì cần gạt 3 sẽ bị một thanh sắt trên buồng thang gạt vào, đồng thời trượt trên thanh sắt Do đó cần gạt 3 sẽ nghiêng một góc làm cho tiếp điểm 1, 2

ra những ích lợi trong việc sử dụng thang máy, tình hình sử dụng thang máy ở Việt Nam hiện nay Có phân tích một cách khái quát về cấu tạo chung và nguyên

lý hoạt động của thang máy chở người và giới thiệu các thiết bị cơ khí, các thiết

1

bị điện được sử dụng phổ biến trong hệ thống thang máy Những nội dung đU đề cập đến ở chương này là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu các yêu cầu công nghệ trong lĩnh vực điều khiển thang máy, các hệ thống điều khiển và các phương án

được lựa chọn trong truyền động thang máy, nhằm giải quyết bài toán tối ưu trong điều khiển thang máy để có thể giải quyết được những tình huống xảy ra trong thực tế sử dụng thang máy, đảm bảo an toàn và thuận tiện cho người sử dụng

Chương 2 - Hệ thống truyền động thang máy 2.1 Khái quát chung

Ngày nay với tốc độ phát triển như vũ bUo của khoa học kỹ thuật và công nghệ, nhu cầu sử dụng, thưởng thức của con người cũng không ngừng gia tăng Truyền động điện đóng vai trò hết sức to lớn trong mọi lĩnh vực Hệ thống truyền

động điện hiện đại cho phép nâng cao năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm, giảm thiểu sức lao động của con người, đặc biệt

là phù hợp hơn với những nhu cầu của con người

Cùng với sự phát triển đó, hệ thống truyền động điện thang máy cũng đU không ngừng được cải tiến nhằm nâng cao chất lượng phục vụ và giảm giá thành, góp phần thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế xU hội Thang máy ra đời với mục

đích chính là phục vụ nhu cầu đi lại, vận chuyển hàng hoá theo phương thẳng

đứng một cách thuận tiện hơn, hiệu quả hơn

Khi tính toán thiết kế hệ thống truyền động thang máy ngoài yêu cầu về vấn

đề nâng cao tốc độ nhằm nâng cao năng suất vận chuyển của buồng thang thì còn phải đặc biệt quan tâm đến vấn đề điều chỉnh tốc độ độ động cơ truyền động buồng thang Phụ tải của cơ cấu thang máy là phụ tải thế năng, về cơ bản gồm hai thành phần chính: tải trọng và trọng lượng buồng thang Yêu cầu cơ bản của truyền động thang máy là khởi động và dừng buồng thang phải êm, tốc độ cao, thời gian quá độ bé Vì vậy các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là tốc độ di chuyển V(m/s), gia tốc chuyển động của buồng thang a(m/s2) và độ giật ρ(m/s3)

Với sự phát triển nhanh và mạnh của công nghệ chế tạo linh kiện điện tử bán dẫn, sự ra đời của các vi mạch máy tính, đU thúc đẩy hệ truyền động điện nói chung và hệ truyền động điện thang máy nói riêng phát triển lên một tầm cao mới Một hệ thống thang máy hiện đại hoàn hảo, ngoài việc có tốc độ cao, kết cấu hiện đại thuận tiện cho người sử dụng còn cần phải tạo được cảm giác êm ái,

dễ chịu cho người sử dụng Để đạt được những yêu cầu này khi thiết kế phải tính tới tất cả những yếu tố ảnh hưởng quá trình chuyển động của thang máy

2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy 2.2.1 Tốc độ, gia tốc và độ giật

Để có được cảm giác êm ái, dễ chịu cho người sử dụng thì yêu cầu cơ bản

đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo buồng thang chuyển động êm,

kể cả khi khởi động và khi dừng Điều này lại do gia tốc khi mở máy và khi hUm máy quyết định Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là tốc độ di chuyển [m/s], gia tốc [m/s2] và độ giật [m/s3]

Đối với nhà cao tầng, do đặc điểm là có quảng đường vận chuyển dài vì vậy

để tăng khả năng phục vụ cần quan tâm nhiều đến vấn đề tốc độ Bởi vậy khi thiết kế lắp đặt thang máy cho nhà cao tầng nên chọn thang máy tốc độ cao (v > 3,5m/s) Thế nhưng một điều chúng ta cần lưu ý là khi tăng tốc độ thì kèm theo giá thành của hệ thống thang máy cũng tăng theo Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75m/s lên v = 3,5m/s giá thành của hệ thống tăng lên từ 4 ữ 5 lần Bởi vậy khi thiết kế lắp đặt thang máy cần căn cứ vào số tầng để lựa chọn tốc độ thang máy cho tối ưu

Tốc độ chuyển động trung bình của thang máy có thể được tăng nếu ta giảm

được thời gian quá độ khi mở máy và khi hUm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng khi gia tốc lớn thì độ giật cũng tăng theo, điều này sẽ tạo ra cảm giác khó chịu cho hành khách như: chóng mặt, sợ hUi, nghẹt thở… Theo kinh nghiệm gia tốc tối ưu là 2m/s2

Ngoài gia tốc ra còn có một yếu tố nữa cũng quyết định đến chuyển động

êm của buồng thang, đó chính là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của nó khi hUm máy hay nói một cách khác đó chính là đạo hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc 2 của tốc độ theo thời gian, hay còn gọi là độ giật

ρ = da/dt = dv2/dt2 Khi a = 2m/s2 thì độ giật không được vượt 20m/s3

Biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc và biểu đồ độ giật của thang máy

được biểu diễn trên Hình 2.1

Trên biểu đồ ta thấy có 3 khoảng thời gian tương ứng với 3 giai đoạn:

- Giai đoạn mở máy: ứng với thời gian mở máy Tm

- Giai đoạn làm việc xác lập: ứng với thời gian làm việc ổn định Tlv

- Giai đoạn hUm máy: ứng với thời gian hUm máy Th

Để cho buồng thang chuyển động êm ái, tạo cảm giác dễ chịu cho hành khách thì giai đoạn mở máy và hUm máy phải gữ cho độ giật ρ không đổi và không vượt quá độ giật cho phép Thời gian mở máy Tm thường chọn bằng thời gian hUm máy Th Gia tốc a khi mở máy và dừng máy không được vượt quá gia tốc cho phép Tốc độ v trong thời gian làm việc ổn định Tlv có thể chọn lớn để tăng năng suất thang máy nhưng không vượt quá trị số cực đại cho phép

v

ta

am 0

2.2.2 Dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy phải dừng chính xác so với mặt bằng của sàn tầng cần dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác, sẽ gây ra hiện tượng mặt sàn của buồng thang lệch so với mặt sàn của tầng nhà, làm cho hành khách

có cảm giác khó chịu khi ra, vào buồng thang và tốc độ vào, ra chậm hơn, ảnh hưởng đến năng suất của thang máy Đối với thang máy chở hàng thì việc bốc chuyển hàng khó khăn hơn và cũng làm ảnh hưởng đến năng suất của thang máy Để khắc phục sự sai lệch giữa 2 mặt sàn (sàn buồng thang và sàn tầng), ta

có thể dùng nút ấn điều khiển bằng tay để điều chỉnh cho chính xác nhưng nó lại gây ra một số nhược điểm sau:

- ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Tạo độ giật mạnh gây hỏng hóc thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ lúc hUm đến lúc dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến hiệu số của hai quảng đường khi phanh buồng thang đầy tải và khi không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm mô men của cơ cấu phanh, mô men quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hUm …

Nếu hệ thống dùng công tắc chuyển đổi tầng bằng cơ khí thì nó phải được

đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó để cho buồng thang dừng ở giữa hiệu hai quảng đường khi phanh đầy tải và khi phanh không tải

Nếu hệ thống không dùng công tắc chuyển đổi tầng bằng cơ khí mà dùng

bộ đếm tốc độ cao thông qua bộ xử lý trung tâm để xác định vị trí buồng thang thì cũng cần xác định vị trí buồng thang sao cho buồng thang cũng dừng ở giữa hiệu hai quảng đường khi phanh đầy tải và khi phanh không tải

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là:

∆ = (S2 – S1)/2

Trong đó: S1 là quảng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 là quảng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh

Bảng 2.1 Các tham số hệ thống truyền động với độ không chính xác khi dừng ∆s

TT Hệ truyền động điện

Phạm vi

điều chỉnh tốc

độ

Tốc độ

di chuyển

(m/s)

Gia tốc

(m/s 2 )

Độ không chính xác khi dừng

2 3 Các hệ truyền động điện dùng trong thang máy

Khi thiết kế lựa chọn hệ truyền động, chọn loại động cơ dùng cho hệ truyền

động thang máy phải dựa vào các yêu cầu sau:

- Dừng chính xác buồng thang

- Tốc độ di chuyển của buồng thang

- Gia tốc lớn nhất cho phép

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ

2.3.1 Phương án truyền động sử dụng động cơ điện một chiều

Hệ truyền động dùng cho thang máy có thể là hệ truyền động dùng động cơ

điện một chiều, cũng có thể là hệ truyền động dùng động cơ điện xoay chiều Việc lựa chọn hệ truyền động nào tuỳ thuộc vào từng loại thang máy và tuỳ

thuộc vào mục đích sử dụng cụ thể mà người thiết kế có thể lựa chọn nhằm đạt hiệu quả sử dụng cao nhất và phù hợp với nhu cầu sử dụng

a Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều

Sơ đồ mạch điện nguyên lý hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều có khuếch đại trung gian (F-Đ) như Hình 2.2

Đ1, điện áp của cuộn kích từ máy phát (CKF) được lấy từ 2 cực của máy khuếch

đại (MĐKĐ) Máy điện khuếch đại có 4 cuộn dây: cuộn chủ đạo (CCĐ), cuộn ổn

định (COĐ), cuộn phản hồi âm áp (CFA), cuộn phản hồi dương dòng (CFĐ), cuộn ổn định có tác dụng ổn áp máy khuếch đại trong thời gian quá độ

Điều chỉnh động cơ Đ thông qua cuộn chủ đạo (CCĐ)

Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện nguyên lý hệ thống truyền động Máy phát -

Động cơ điện một chiều có khuếch đại trung gian

Đ1

Ưu điểm của hệ truyền động này:

- Chuyển trạng thái làm việc linh hoạt

…Vì hệ truyền động này còn tồn tại nhiều hạn chế như trên, nên nó thường được

sử dụng cho các thang máy thế hệ cũ, trước khi công nghệ điện tử bán dẫn công suất – máy tính ra đời

b Hệ truyền động dùng bộ biến đổi Thyristor - Động cơ một chiều

Sơ đồ khối của hệ truyền động Thyristor - Động cơ một chiều như sau:

Với hệ truyền động này, nguồn điện một chiều cung cấp cho động cơ truyền

động buồng thang được lấy từ BBĐ thyristor (đầu vào của BBĐ thyristor là nguồn điện xoay chiều được lấy từ lưới điện) Phần ứng của động cơ truyền động chính được cấp nguồn từ bộ biến đổi dùng thyristor tạo bởi mạch chỉnh lưu 3 pha thuận (1Bth) và ngược (2Bth), mỗi bộ chỉnh lưu gồm 6 thyistor Cuộn kháng 1CK và 2CK dùng để hạn chế dòng điện Hai bộ biến đổi được điều khiển bằng 2 khối điều khiển KĐKN và KĐKH Trong mỗi khối gồm có các khâu đồng bộ, khâu tạo điện áp răng cưa, khâu so sánh, khâu tạo xung và khuếch đại xung Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau: Điện áp được lấy ra từ đầu ra của khâu hạn chế tốc độ HCGT, độ lớn và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành

ĐH quyết định Điện áp ra của khâu hạn chế tốc độ HCGT tăng dần theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thay đổi đầu vào Điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua

bộ điều chỉnh tốc độ Rω mà đầu vào là tổng hai tín hiệu, phản hồi âm của tốc độ

Kω và tín hiệu hạn chế gia tốc HCGT Tín hiệu ra làm tín hiệu đầu vào của R1N (khi thang lên), R1H (khi thang xuống) Ngoài ra R1N và R1H còn nhận tín hiệu

đầu vào là tín hiệu phản hồi âm dòng từ khâu 1K và 2K, tín hiệu ra của R1N và

R1H chính là tín hiệu đưa vào điều khiển KĐKN và KĐKH

Khi dừng chính xác buồng thang hệ sẽ chuyển từ chế độ điều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí, tín hiệu từ khâu cảm biến dừng chính xác CBDCX

được đưa vào khâu điều chỉnh vị trí RVT Khi buồng thang nằm ngang với sàn tầng tín hiệu ra của khâu CBDCX bằng 0

Ưu điểm của hệ truyền động T-Đ này là động cơ được điều chỉnh trơn, thời gian điều chỉnh nhanh, dải điều chỉnh rộng, mô men khởi động và hUm của động cơ một chiều lớn dễ điều chỉnh, khi làm việc BBĐ không gây ồn, dễ tự động hoá thuận tiện cho việc lập các hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống, tổn hao công suất điều chỉnh bé Nhược điểm của hệ thống truyền đông T-Đ: do van bán dẫn có đặc tuyến là phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao nên gây tổn thất, ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp nguồn Với phương

án truyền động này sử dụng động cơ điện một chiều nên độ tin cậy làm việc của

động cơ không cao

Tóm lại tuy có một số hạn chế, nhưng với những ưu điểm của hệ thống truyền động T-Đ như đU nêu trên nên hệ truyền động T-Đ vẫn thích hợp trong những truyền động thang máy chở người tốc độ cao và đây cũng là hệ truyền

động được sử dụng rộng rUi trước đây, khi công nghệ máy tính chưa phát triển

2.3.2 Phương án truyền động dùng động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ có kết cấu đơn giản, chắc chắn, vận hành an toàn và sử dụng nguồn điện xoay chiều trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên giảm được bộ phận biến đổi trung gian Bên cạnh những thuận lợi trên thì việc sử dụng động cơ điện xoay chiều cũng có những vướng mắc khó khăn nhất định Đặc biệt là vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều là rất khó khăn và phức tạp Nguyên nhân cơ bản dẫn đến việc điều chỉnh tốc độ khó khăn đó là do mối quan hệ giữa các đại lượng tốc độ (n), mô men (M) và dòng điện (I) không tuyến tính Trước đây, khi công nghệ máy tính chưa phát triển thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều với yêu cầu chất lượng

điều chỉnh cao là không thực hiện được Trong thời gian gần đây, do sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, kết hợp với những thành tựu trong việc nghiên cứu lý thuyết điều chỉnh tự

động động cơ điện xoay chiều Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều

đU thực hiện được một cách hiệu quả, có chất lượng tốt Hiện nay việc sử dụng

động cơ điện xoay chiều vào các hệ truyền động, đặc biệt là động cơ điện KĐB rô to lồng sóc đang có xu hướng phát triển mạnh

Các hệ truyền động sử dụng động cơ điện xoay chiều KĐB 3 pha thường áp dụng trong hệ thống điều khiển thang máy chở người là:

- Hệ truyền động sử dụng bộ biến đổi xung điện trở rô to Động cơ truyền

động buồng thang là động cơ rô to dây quấn

- Hệ truyền động dùng động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ

- Hệ truyền động dùng bộ biến tần - động cơ KĐB rô to lồng sóc

a Hệ truyền động sử dụng bộ biến đổi xung điện trở rô to

Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rô to như Hình 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rô to

Để thực hiện phương pháp điều chỉnh xung điện trở, người ta sử dụng các khoá không tiếp điểm bằng Tranzitor hoặc Thyristor Hình 2.4 là sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở dùng khoá Thyristor Thực chất phương pháp điều chỉnh xung

điện trở là điều chỉnh trị số trung bình điện trở mạch rôtor của động cơ

Điều chỉnh điện trở mạch rôtor là điều chỉnh thông số mạch rôtor, giá trị tổng trở mạch rôtor là: R = Rr + Rf Khi tăng giá trị điện trở tổng R của mạch rôtor tức là làm tăng độ trượt tới hạn Sth, còn mômen tới hạn của động cơ coi như không thay đổi

Điện áp rôtor Ur được chỉnh lưu bởi cầu chỉnh lưu 6 điốt, qua điện cảm lọc rồi khép mạch qua điện trở phụ Rf và bộ điều chỉnh xung BĐX Khi điều chỉnh thời gian dẫn t2 và thời gian khoá t1, hoặc điều chỉnh tần số đóng cắt của bộ

BĐX, ta điều chỉnh trơn đượcgiá trị điện trở tương đương Re Nếu coi BĐX là khoá lý tưởng thì có thể điều chỉnh trơn giá trị điện trở tương đương từ Re = 0

đến Re = Rf, tương đương với thời gian dẫn dòng biến thiên từ t1 = 0 đến t1 = T

Điều này được minh hoạ bằng đồ thị Hình 2.5

Hình 2.5 Biểu đồ điện trở tương đương Re theo thời gian

Giá trị điện phụ trở tương đương của mạch rô tor được xác định:

Các ưu điểm trên thích hợp cho việc áp dụng phương pháp điều chỉnh này cho hệ truyền động buồng thang sử dụng động cơ rô tor dây quấn

Bên cạch các ưu điểm trên thì hệ truyền động này vẫn tồn tại một số hạn chế sau: do dòng điện chỉnh lưu có dạng đập mạch nên đU tạo ra các mômen sóng hài bậc cao làm cho chỉ tiêu năng lượng khi điều chỉnh thấp

b Hệ truyền động - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc hai cấp tốc độ

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực, hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc hai cấp tốc độ ở Hình 2.6