TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ PLC S7-1200
Thang máy tải khách và đặc điểm sản phẩm
- Thang máy tải khách chuyển sử dụng để tải người, tải trọng đa dạng từ 300kg trở lên.
Thang máy tải khách ngày càng phổ biến tại siêu thị, trung tâm thương mại và chung cư, và hiện nay nhiều hộ gia đình cũng đã trang bị thang máy tải khách loại nhỏ cho nhu cầu di chuyển tiện lợi.
- Mẫu mã đẹp, sang trọng và đa dạng về chủng loại
Hình 1-I-1 Hình ảnh thang máy tại chung cư
Hệ điều khiển thang máy tải khách được lập trình bằng vi xử lý, cho phép tự động phục vụ các lệnh gọi tầng theo chiều di chuyển hiện tại Sau khi hoàn thành, thang máy sẽ tiếp tục phục vụ theo chiều ngược lại, đảm bảo hiệu quả và tiện lợi cho người sử dụng.
Thang máy tải khách có chế độ điều khiển linh hoạt, cho phép hoạt động tự động hoặc có người phục vụ Nó tự động đáp ứng các cuộc gọi theo lệnh đăng ký lên hoặc xuống tại bất kỳ tầng nào, giúp tối ưu hóa quy trình hoạt động và nhanh chóng đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
Thời gian đóng mở cửa cần được điều chỉnh phù hợp với tính chất của từng công trình như nhà ở tư nhân, chung cư mini hay khách sạn Việc xác định thời gian này giúp tối ưu hóa sự tiện lợi và an toàn cho người sử dụng.
Tại bảng điều khiển trong cabin thang máy, khách hàng có thể nhanh chóng đóng hoặc mở cửa khi thang dừng tại tầng Khi đã đủ người trong cabin và không cần chờ thêm ai, người gần bảng điều khiển sẽ nhấn nút để tăng tốc quá trình di chuyển và vận chuyển.
Thang máy được trang bị chức năng bảo vệ quá tải, với công tắc bảo vệ quá tải lắp đặt tại khung dưới sàn cabin Khi thang máy gặp tình trạng quá tải, công tắc sẽ kích hoạt, khiến cửa thang không thể đóng và chuông cảnh báo sẽ vang lên Thang máy chỉ hoạt động trở lại khi số lượng khách bên trong giảm xuống.
Trong trường hợp mất điện khi thang máy đang di chuyển, bộ cứu hộ tự động sẽ sử dụng nguồn điện từ bộ lưu điện UPS để đưa thang máy về tầng gần nhất và mở cửa cho hành khách ra ngoài Thang máy sẽ dừng lại ở tầng đó và tự động hoạt động trở lại khi có điện.
Cấu tạo thang máy
Tìm hiểu về cấu tạo của thang máy.
Thang máy được cấu tạo từ hai phần chính: phần cơ khí và phần điện Khi được chuyển đến công trình, thang máy ở dạng các thiết bị rời và cần trải qua quá trình lắp đặt để hoạt động Để thang máy hoạt động hiệu quả, cả cấu tạo và lắp đặt đều phải đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Trong đồ án này, chúng em sẽ trình bày về cấu tạo của thang máy ròng rọc có đối trọng, loại thang máy phổ biến nhất hiện nay Loại thang máy này chiếm thị phần lớn do tính phù hợp trong việc lắp đặt cho cả công trình thấp tầng và siêu cao ốc Phần cơ khí của thang máy sẽ được phân tích chi tiết.
Bên trong hố thang máy, phần thiết bị cơ khí trong giếng thang sẽ bao gồm:
Rail dẫn hướng trong thang máy bao gồm rail dẫn hướng đối trọng và rail dẫn hướng cabin Thang máy chở người thông thường sử dụng một dàn rail cabin với 2 rail, trong khi thang máy có kích thước cabin lớn, như thang máy tải ô tô, có thể sử dụng từ 2 đến 3 dàn rail Khối lượng đối trọng được tính toán dựa trên trọng lượng của cabin và tải trọng của thang máy, và đối trọng có thể được làm từ bo quặng, bo gang hoặc bo bê tông.
Hệ thống cabin thang máy bao gồm các thành phần chính như khung, sàn, nóc và vách cabin, trong đó vách cabin có thể được thiết kế từ nhiều loại vật liệu khác nhau như inox sọc nhuyễn, inox gương và thép phủ sơn.
Cáp tải thang máy gia đình là loại cáp chuyên dụng có lõi bố tẩm dầu, vì vậy không cần bôi dầu mỡ vào cáp để tránh tình trạng trượt cáp.
Hệ thống giảm chấn, bao gồm giảm chấn đối trọng và giảm chấn cabin.
Hệ thống khung cơ khí bệ máy.
Máy kéo là một phần quan trọng trong thang máy Đối với thang máy có phòng máy, có thể sử dụng cả máy kéo có hộp số và không hộp số Tuy nhiên, thang máy không có phòng máy chỉ có thể sử dụng máy kéo không hộp số.
Hình 1-I-2 Hình ảnh cơ khí thang máy b) Phần điện thang máy
Phần điện bên trong hố thang máy, gồm:
Cáp tín hiệu: Cáp tín hiệu được đấu nối từ tủ điện trên máy tính đến tủ điều khiển.
Hệ thống các công tắc giới hạn hành trình.
Tủ điều khiển là trung tâm điều phối mọi hoạt động của cầu thang máy, bao gồm các thành phần như vỏ tủ, hệ thống relay, contactor, và các thiết bị điều khiển tín hiệu như PLC hoặc bo vi xử lý, cùng với các bo mạch trung gian.
Hệ thống cứu hộ tự động là thiết bị thiết yếu cho thang máy chở người, giúp ngăn chặn tình trạng kẹt người khi xảy ra mất điện đột ngột Hệ thống này hoạt động dựa trên nguồn dự phòng, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Để đảm bảo thang máy hoạt động hiệu quả và ổn định, các bộ phận cơ khí cần được sản xuất với độ chính xác cao, sắc nét và chắc chắn Đồng thời, hệ thống điện phải sử dụng thiết bị chất lượng, có nguồn gốc và xuất xứ rõ ràng để đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn cho thang máy.
Hình 1-I-3 Hình ảnh về tủ điều khiển của thang máy
Giới thiệu
Kỹ thuật điều khiển đã phát triển từ lâu, với việc con người là chủ yếu thực hiện điều khiển hệ thống Gần đây, ứng dụng của ngành điện đã cho phép điều khiển thông qua việc đóng ngắt tiếp điểm relay, giúp thực hiện các thao tác điều khiển logic đơn giản mà không cần công tắc cơ khí Sự ra đời của máy tính điện tử vào những năm 1970 đã đánh dấu bước tiến mới trong lĩnh vực này, với kỹ thuật điều khiển lập trình PLC nhanh chóng trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc điều khiển sản xuất.
Chi tiết về PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình.
Người sử dụng có thể lập trình PLC để thực hiện các trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi tác nhân kích thích hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và các sự kiện đếm PLC thay thế cho các mạch relay trong thực tế, hoạt động bằng cách quét trạng thái đầu vào và đầu ra Khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic, và hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC như INVT, Allen-Bradley, Omron, và Honeywell.
Cấu trúc cơ bản của PLC gồm:
- CPU: Thực hiện chương trình và chứa dữ liệu cho điều khiển các quá trình tự động.
- Nguồn cấp điện : cấp điện 24V cho PLC hoạt động(Power supply)
- Các đầu vào/ra hệ thống (Inputs/Outputs)
- Các cổng truyền thông (Communications Port)
- Các đèn trạng thái (Status light )
Hình 1-I-4 Cấu trúc PLC 2.2.2 Module vào/ra của PLC được phân loại
- Tương tự ( Continous/analog Signals) a) PLC Input
- Tín hiệu ra từ các loại cảm biến : số và tương tự.
- Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor ); cảm biến điện cảm, điện dung, quang hồng ngoại…
- Khóa chuyển mạch (Switchs): đóng mở cơ khí –tín hiệu logic.
- Potentiometer: đo vị trí góc dùng điện trở- tín hiệu liên tục.
Hình 1-I-5 Sơ đồ mạch điện đầu vào PLC b) PLC Output
Các phần tử chấp hành :
- Van điện từ ( Solenoid Valves ) : logical outputs
- Relay, công tắc tơ , động cơ…
- Động cơ bước (Servo Motor) ; Countinuous outputs ( Tốc độ, vị trí )
Phân loại theo cấu tạo:
- Relay( dry contacts ) : DC và AC Thời gian đáp ứng >= 10ms.Ứng dụng: Khi yêu cầu dòng lớn 2A hoặc điện trở tải rất nhỏ
- Solid state : Tranzitor (DC) , Triac (AC) Thời gian đáp ứng 4 m/s b) Theo khối lượng vận chuyển của cabin:
1.2.5 Theo kết cấu các cụm cơ bản a) Theo kết cấu bộ tời kéo:
- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc a) Có hộp giảm tốc b) không có hộp giảm tốc
Hình 2-II-14 Bộ tời của thang máy
- Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: thường dùng cho các loại thang máy tốc độ cao (v > 2,5 m/s).
- Bộ tời kéo sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính.
- Bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống. b) Theo hệ thống cân bằng:
- Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn.
- Không có xích hoặc cáp cân bằng. c) Theo cabin và đối trọng:
- Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin.
- Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin.
- Đẩy từ phía dưới đáy cabin lên thông qua puly trung gian.
1.2.6 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin
- Thang máy thẳng đứng là loại thang máy di chuyển theo phương thẳng đứng, hầu hết các loại thnag máy đang sử dụng thuộc loại này.
- Thang máy nghiêng, là loại thang máy nghiêng một góc so với phương thẳng đứng.
2 Lựa chọn phương án thiết kế
Đặc tính kĩ thuật của thang máy
Thang máy có đặc tính kĩ thuật sau:
- Loại thang: chuyên chở người
Phân tích các phương án và chọn lựa phương án thiết kế
2.2.1 Phân tích phương án hệ dẫn động thang máy a) Thang máy sử dụng puly ma sát:
Phương pháp này hiện đang được sử dụng rộng rãi, trong đó đối trọng được dùng để cân bằng với cabin Dây cáp được luồn qua puly, với một đầu được gắn cố định vào cabin và đầu còn lại được kết nối với đối trọng.
- Chiều cao nâng lớn tùy theo chiều cao của công trình.
- Công suất dẫn động puly nhỏ (vì có sự cân bằng về lực khi cabin và đối trọng chuyển động).
- Dễ điều khiển và sử dụng.
- Làm việc an toàn do có thể dùng nhiều sợi cáp, trong quá trình làm việc không thể đứt cùng lúc.
- Không gây ồn khi làm việc Bộ tời dùng puly ma sát làm cho thang máy chuyển động được êm dịu.
- Hiện nay thang máy này đang được sử dụng rộng rãi và chủ yếu đối với loại thang máy đang chở khách.
Nhược điểm: Cáp làm việc với puly ma sát nhanh bị mòn vì vậy cần kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên. b) Thang máy sử dụng tang quấn cáp:
Dây cáp được quấn quanh tang Một đầu dây cáp được mắc cố định vào tang dây quấn, đầu còn lại được mắc với cabin.
Hình 2-II-15 Thang máy có tang cuốn cáp Ưu điểm: không cần đối trọn do đó có thể tiết kiệm diện tích buồng thang. Nhược điểm:
- Số vòng cáp quấn trên tang nhiều nên cáp dễ mòn và nhanh đứt, tuổi thọ dây cáp giảm. tang quấn cabin
- Chiều cao nâng bị hạn chế do phụ thuộc kích thước tang.
- Công suất dẫn động phải lớn.
- Làm việc không êm. c) Thang máy thủy lực: Ưu điểm:
- Gỉam được diện tích của giếng thang do không phải dùng đối trọng
- Toàn bộ tải trọng được truyền lên pittong do đó không ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực của công công trình
- Chiều cao nâng không lớn
- Khó bảo trì bảo dưỡng khi có sự rò rỉ dầu
- Sự thay đổi độ nhiệt độ làm thay đổi độ nhớt của dầu dẫn đến hiện tượng dừng tầng không chính xác d) Thang máy bằng vit-đai ốc:
Hình 2-II-16 Thang máy chuyển động nhờ vít-đai ốc
(1 - đai ốc; 2 - Trục vít; 3 - Cabin) Ưu điểm:
- Không cần buồng máy do động cơ được bố trí ngay trên nóc cabin
- Độ dừng tầng chính xác cao
Tải động được truyền từ trục vít xuống móng công trình thông qua đai ốc cố định trên cabin, do đó không làm ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực của công trình.
- Làm việc gây tiếng ồn ào do quá trình làm việc nhờ kết cấu cơ khí trục vit-đai ốc.
- Chiều cao của thang hạn chế
- Vì vậy phương án sử dụng thang máy dẫn động bằng trục vít- đai ốc cũng không phù hợp cho các nhà cao tầng.
Như vậy phương án thang máy dẫn động cáp dùng puly là phương án phù hợp nhất.
2.2.2 Phân tích phương án bố trí sơ đồ dẫn động thang máy: Đối với những thang máy dẫn động cáp, ta có nhiều cách mắc cáp và bố trí bộ tời trong công trình tùy theo điều kiện cụ thể như kết cấu công trình, tốc độ định mức, tải trọng định mức ta có một số phương án sau: a) b) c) d)
Hình 2-II-17 trình bày các phương án bố trí sơ đồ dẫn động, bao gồm: a) Phương án sử dụng palăng cáp, b) Phương án dùng puly phụ quấn cáp hai lần, c) Phương án sử dụng puly đổi hướng cáp, và d) Phương án không sử dụng puly đổi hướng cáp Phương pháp dùng palăng cáp là một trong những lựa chọn quan trọng trong thiết kế hệ thống dẫn động.
Loại thang này giảm lực căng cáp trên mỗi nhánh, nhưng tốc độ của thang lại giảm do sử dụng nhiều puly đổi hướng, dẫn đến việc chiếm nhiều không gian trong giếng thang Phương pháp dùng puly phụ quấn cáp 2 lần có ưu điểm nổi bật.
- Loại này làm tăng góc ôm của cáp quấn lên puly ma sát, tăng khả năng kéo của puly ma sát.
- Có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa tâm cáp nối cabin và tâm cáp nối đối trọng.
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt bảo dưỡng.
- Làm tăng ứng suất cáp làm giảm tuổi thọ cáp.
- Kích thước công trình tăng.
- Tính kinh tế không cao. c) Phương pháp puly đổi hướng: Ưu điểm:
- Có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dưỡng.
- Có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa tâm cáp nối cabin và tâm cáp nối đối trọng nhờ dịch chuyển puly phụ.
- Sử dụng phổ biến cho cả 2 loại thang máy chở người và trở hàng.
- Làm tăng chiều cao công trình do có phòng máy d) Phương pháp không dùng puly đổi hướng: Ưu điểm:
Có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dưỡng.
- Gía trị lực vòng ổn định trên puly.
- Chỉ sử dụng cho các loại thang máy có cabin nhỏ, không sử dụng cho các thang máy có tải trọng lớn vì dễ xảy ra hiện tượng trượt.
Từ những phân tích trên, ta thấy phương án dẫn động có bộ tời đặt trên giếng thang dùng puly đổi hướng cáp là hợp lý nhất.
2.2.3 Phân tích phương án truyền động: a) Bánh vít – trục vít:
Bộ truyền bánh vít trục vít là thiết bị quan trọng dùng để truyền chuyển động và tải trọng giữa hai trục chéo nhau Nguyên lý hoạt động của nó dựa vào sự ăn khớp giữa các ren trên trục vít và các bánh răng trên bánh vít.
Hình 2-II-18 Bộ truyền bánh vít trục vít Ưu điểm:
- Bộ truyền có kích thước nhỏ gọn hơn so với các bộ truyền khác, khi thực hiện cùng tỉ số truyền.
- Thực hiện được tỉ số truyền lớn.
- Làm việc êm không gây tiếng ồn
- Có khả năng tự hãm, chuyển động không thể truyền ngược từ bánh vít đến trục vít.
- Gia công phức tạp, cần sử dụng vật liệu đắt tiền Gía thành rất cao.
- Bộ truyền làm việc có trượt nhiều, hiệu suất truyền động rất thấp.
- Nhệt độ làm việc của bộ truyền cao làm nóng các chi tiết lân cận
- Được dùng trong cơ yêu cầu tỉ số truyền lớn.
- Công suất không quá 50 – 60 kw
- Tỷ số truyền trong khoảng 20 – 60, đôi khi lên đến 100. b) Bộ truyền bánh răng:
Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải động nhờ sự ăn khớp giữa các răng trên bánh răng.
Bộ truyền bánh răng bao gồm các loại như: bánh răng trụ tròn với răng thẳng, bánh răng trụ tròn với răng nghiêng, bánh răng trụ tròn với răng chữ V, và bánh răng nón với răng thẳng.
Hình 2-II-19 Các bộ truyền động bánh răng Ưu điểm:
- Khả năng tải lớn, kích thước nhỏ gọn.
- Tỷ số truyền không thay đổi.
- Hiệu suất cao, có thể đạt tới 0,97-0.98 trong 1 cấp.
- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy.
- Công nghệ cắt răng phức tạp.
- Yêu càu cao về độ chính xác chế tạo cũng như lắp ráp
- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn.
- Có thể truyền công suất nhỏ đến rất lớn (hàng chục ngàn kw), vận tốc có thể từ thấp đến cao (20 m/s).
- Được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của ngành chế tạo máy và dụng cụ đo.
Bộ truyền đai thực hiện truyền chuyển động và công suất giữa các trục nhờ lực ma sát sinh ra trên bề mặt giữa dây đai và bánh đai.
Hình 2-II-20 Bộ truyền đai Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp.
- Làm việc êm, không có tiếng ồn nhờ độ dẻo dai thích hợp với vận tốc lớn.
- Có khả năng truyền động giữa 2 trục xa nhau.
- Đề phòng được quá tải cho máy, nhờ đai trượt trên bánh đai khi quá tải.
- Bị trượt qua sự giãn nở của dây đai
- Tỉ lệ truyền không chính xác
- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn
- Thêm tải trọng lên ổ trục do lực căng cần thiết của dây đai.
Truyền động đai là giải pháp hiệu quả để truyền chuyển động giữa hai trục cách xa nhau Trong hệ thống chuyển động cơ khí, đai thường được lắp đặt ở cấp nhanh hoặc gần với động cơ để giảm thiểu nguy cơ quá tải cho máy.
Bộ truyền xích truyền chuyển động và công suất từ đĩa đan 1 sang đĩa dẫn
2 nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích với các bánh răng của đĩa xích. Ưu điểm:
- Có thể truyền momen xoắn và chuyển động đến 1 số trục cách nhau tương đối xa.
- So với bộ truyền đai, khả năng tải và hiệu suất của bộ truyền xích cao hơn, kết cấu nhỏ gọn hơn (hiệu suất của bộ truyền xích đạt η=0.96÷0.98)
- Lực tác dụng lên bộ truyền xích nhỏ hơn so với trong bộ truyền đai.
- Tỷ số truyền trung bình không đổi.
- Có nhiều tiếng ồn do va chạm khi vào khớp, nhất là khi đĩa xích có số răng lớn và bước xích lớn.
- Vận tốc tức thời của xích và của đĩa bị dẫn không ổn định.
- Bản lề mòn tương đối nhanh do bôi trơn bề mặt khó khăn.
- Tuổi thọ đai thấp (trong khoảng 1000h – 5000h)
- Sử dụng phổ biến trong các máy nông nghiệp, máy vận chuyển Thông thường công suất truyền N
