Thiết kế điều khiển thang máy chở người mười tầng

Trong thang máy có thể sử dụng các hệ truyền động sau: + Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ + Hệ truyền động Tiristo - động cơ một chiều có đảo chiều+ Hệ truyền động xoay chiều

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy

 Các thông số kỹ thuật của thang máy:

 Tính toán công suất của động cơ:

+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:

g: Gia tốc trọng trờng (m/s2); ta lấy g = 9,81m/s2

: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy  = 0,8

k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hớng và đối trọng;

ta lấy k = 1,2

P c =1,2ì(1000+630)ì1ì9,81ì10−3

0,8 =23,9855( KW )Vậy Pc = 23,9855(KW)

+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng:

+ Độ chính xác khi dừng

+ Tốc độ di chuyển buồng thang

+ Gia tốc lớn nhất cho phép

+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Trong thang máy có thể sử dụng các hệ truyền động sau:

+ Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ

+ Hệ truyền động Tiristo - động cơ một chiều có đảo chiều+ Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ

điều chỉnh bằng biến tần

* Ngày nay hệ truyền động cho thang máy chở ngời có tốc độ trungbình hầu hết đều sử dụng hệ truyền động biến tần - động cơ rôto

+ Có thể thay đổi đợc các thông số thông qua việc lập trìnhcho biến tần.

+ Có khả năng thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lậptrình cho biến tần

+ Có khả năng thay đổi thời gian khởi động, thời gian hãm mộtcách mềm mại để giảm độ dật cho buồng thang, điều khiểntốc độ mềm hoàn toàn

+ Có khả năng giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành vàbảo dỡng

 Nhợc điểm:

+ Giá thành đầu t cao song ngày nay với việc chế tạo hàng loạtnên giá thành cho một biến tần ngày càng giảm

+ Dạng điện áp đầu ra của biến tần có chứa nhiều sóng hài nên

dễ gây nhiễu cho lới điện áp ba pha và lới thông tin ở gần vị trí

đặt biến tần nhất là đối với các biến tần công suất lớn thì khảnăng gây nhiễu lớn nên các bộ biến tần công suất lớn thờng đợcchế tạo kèm theo với một bộ lọc nhiễu

Vậy i= 2ì3,14ì0,225ì15,081ì1 =21

→ M n =(630+1000−1252)ì0,225ì9,81

1ì21ì0,8 =49,66( Nm)Vậy Mn = 49,66(Nm)

 Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định

 Thời gian mở máy và hãm máy

 Tổng thời gian còn lại: thời gian đóng mở cửa buồng thang + thời gian ra vào buồng thang của hành khách

Ta có biểu đồ tốc độ tối u, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ dật:

Hình 2.2 Biểu đồ tốc độ tối u, biểu đồ gia tốc, biểu đồ để dật

* Giả sử thang máy từ khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng chuyển

động chậm dần đều với tốc độ giật bằng không và quãng đờng hãm

là 0,045 (m), vận tốc giảm xuống còn 0,2 (m/s)

Ta có: s = vtb.t

 Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng:

+ Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s)

TĐ% = tilv tilv + ting

TĐ% = 245,57245,57 + 255 + 10 100% = 42%

P = Pđt TĐth%

TĐtc% = 4,664 42

25 = 6 (KW)

Trong đó: tilv là khoảng thời gian làm việc

ting là khoảng thời gian nghỉ

mà Pđt = Mđt.Đ

Trong đó Đ là vận tốc góc của động cơ, ta có:

ω D = n 9,55 =60.v i 9,55.2 π R=60ì1ì219,55ì2ì3,14ì0,225 =93,37(rad/s)

 Pđt = 93,3749,95 = 4664 (W) = 4,664(KW)

* Tính hệ số tiếp điện tơng đối:

Dựa vào cuốn “ Các đặc tính động cơ trong truyền động điện” ta chọn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25%

Kí hiệu: MTK-22-6 có các thông số sau:

Pđm = 7,5 KW nđm = 905 vg/phIstđm = 19,3 (A) Ist0 = 12 (A)

Rst = 0,685 () Xst = 0,733 ()Mô men quán tính của rôto: J = 0,138 Kgm2

1 Giới thiệu về biến tần:

* Bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi năng lợng điện từ tần

số công nghiệp (50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho

động cơ xoay chiều

* Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau:

 Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mongmuốn

 Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từthông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không

đổi

 Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số

* Các bộ biến tần đợc chia làm hai loại chính:

a.Bộ biến tần phụ thuộc (hay BBT trực tiếp): Là loại biến tần có

tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lới f1, fs = (0 đến 0,5)f1 Đặc điểmcủa loại biến tần này là có số lợng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù có u

điềm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần

số khác với hiệu suất cao, nhng vẫn ít đợc sử dụng vì lý do kinh tế.Thực tế thờng dùng cho truyền động có công suất lớn

 Sơ đồ khối:

f1,U1 f2,U2

BBTf1f2

Hình 2.3 Cấu trúc của BBT trực tiếp

 BBT trực tiếp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1

thành f2, không qua khâu chỉnh lu nên hiệu suất cao nhng việcthay đổi tần số ra khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1

b.Bộ biến tần độc lập (hay BBT gián tiếp):

+ Sơ đồ khối:

Hình 2.4 Cấu trúc của BBT gián tiếp

+ Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) đợc chỉnh luthành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lu không điều khiển hoặc bộchỉnh lu điều khiển, sau đó đợc lọc và bộ nghịch lu sẽ biến đổithành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấpcho động cơ

+ Tuỳ theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra

mà BBT gián tiếp chia ra BBT nguồn dòng hay BBT nguồn áp:

 Bộ biến tần nguồn dòng: có nguồn cấp một chiều là nguồn

dòng, điện trở trong của nguồn rất lớn Điều này dẫn đến dạngsóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữ nhậtnếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng Sin nhngmang các định nhọn ở thời điểm chuyển mạch Khác với bộnghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch lu dòng liên lạc điện áp mộtchiều phải qua cuộn dây Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn cácbiến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rấtthích hợp với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột củamômen trên trục động cơ Hơn nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòng

động cơ chỉ với mạch lực đơn giản Bộ biến tần nguồn dònglàm tăng đợc công suất đơn vị động cơ nên thích hợp chotruyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền độnglớn.Dạng dòng điện của nguồn dòng xác định dạng dòng điện

ra trên tải, còn dạng điện áp trên tải thì phụ thuộc các thông sốtải Đặc điểm là có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng

đợc sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều

ba pha, động cơ rôto lồng sóc Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lu vàmột cầu biến tần, mỗi tiristor đợc nối tiếp thêm một điôt gọi là

điôt chặn

Ta có cấu trúc BBT nguồn áp:

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nguồn áp

- Bộ biến tần nguồn áp có nguồn cấp một chiều là nguồn áp,

điện trở trong rất nhỏ Dạng điện áp của nguồn áp xác định dạng

điện áp ra trên tải, còn dạng dòng điện tải thì phụ thuộc các thông

số của tải Việc điều chỉnh điện áp ra ở trên tải đợc thực hiện dễdàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lu Phơngpháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộcvào lới

- Nguyên lý của BBT nguồn áp bao gồm một mạch chỉnh lu CL,chỉnh lu điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều Điện

áp một chiều này qua mạch lọc trung gian L sau đó đa vào bộ nghịch

lu NL tạo ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ khác sovới điện áp lới

- Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với bộ biến tầnnguồn áp:

Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần sốnguồn cung cấp Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽthay đổi tốc độ đồng bộ và tơng ứng là tốc độ của động cơ

Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần sốcung cấp và từ thông khe hở trong không khí Nếu bỏ qua điện áp rơitrên điện trở stator, có thể xem suất điện động E  điện áp nguồncung cấp Nếu giảm tần số nguồn nhng giữ nguyên điện áp sẽ dẫn

đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến bão hoà mạch

từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng tổnhao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao Ngợc lại

từ thông khe hở không khí giảm dới định mức sẽ làm giảm khả năngtải của động cơ Vì vậy, việc giảm tần số động cơ dới tần số địnhmức thờng đi đôi với việc giảm điện áp pha U sao cho từ thông trongkhe hở không khí đợc giữ không đổi

+ Thiết bị biến tần chỉ tạo ra đợc điện áp hình sin chữ nhậthoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài Muốn giảm nhỏ ảnh hởngcủa sóng hài, ngời ta có thể dùng các bộ lọc, và nh vậy, trọng lợng vàgiá thành của thiết bị biến tần sẽ cao Điều mong muốn là làm thếnào để vừa điều chỉnh đợc điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ đợc ảnh h-ởng của các sóng hài bậc thấp

Biện pháp “ điều biến độ rộng xung” nhằm đáp ứng yêu cầu trên cónội dung chính nh sau:

+ Tạo một sóng dạng sin um, ta gọi là sóng điều biến, có tần sốbằng tần số mong muốn

+ Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định up, ta gọi là sóngmang, có tần số lớn hơn nhiều (thờng là bội ba) tần số của sóng điềubiến

+ Dùng một khâu so sánh để so sánh um và up Các giao điểmcủa hai sóng này xác định khoảng tác động của xung điều khiểntiristor và transitor công suất

Hình 2.6 Sơ đồ điều biến độ rộng xung

Điều biến độ rộng xung đơn cực:

+ Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị

số 0 và +E trong nửa chu kì dơng và 0 và -E trong nửa chu kì âm.+ Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L:Hình 1.8

+ Sóng hài trong điện áp tải:

Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải u là một hàm chu kì,

lẻ Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng dạng sin Biên độ của các sóng hài tính theo công thức:

U nm= 2π∫

0

π

E (α )sin nθdθ

Hình 2.7 Điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L

7 π ∑1,k (−1)i−1 cos7α i=0

Điều biến độ rộng xung lỡng cực:

+ Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị

số E

Tỷ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, kí hiệu

là M, đợc gọi là tỷ số điều biến, M = Am / Ap

Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung

Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ lớn nhất Muốn giảm nhỏ

điện áp ra, ta giảm nhỏ Am

+ Giản đồ điều biến độ rộng xung lỡng cực, tải R+L: Hình 1.9+ Sóng hài trong điện áp tải:

Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chỉchứa các thành phần sin

Hình 2.8 Điều biến đồ rộng xung lỡng cực, tải L+R

Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có:

1 - 2cos31 + 2cos32 = 0

1 - 2cos51 + 2cos52 = 0Bằng phơng pháp tính gần đúng tìm đợc 1 = 230 616, 2 = 3303

Nh vậy điện áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao7,9,11… Có thể xem:

u= 4 E

π sin ωt

* Các BBT hiện nay đợc chế tạo chọn bộ, các BBT này thông thờng baogồm: hệ thống mạch có thể là tiristor hoặc có thể là tranzitor và mộttrung tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ one-chip Trung tâm

điều khiển này làm nhiệm vụ đóng mở các van bán dẫn mạch lực, cókhả năng giao tiếp với thế giới bên ngoài và truyền thông với các thiết

bị khác Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ cho các van

Từ những đặc điểm của biến tần vừa nêu, đối chiếu với yêucầu của đồ án thì em chọn biến tần nguồn áp

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ trongnhiều ngành công nghiệp Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh vànâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ

động cơ xoay chiều nói chung và động cơ xoay chiều nói chung và

động cơ không đồng bộ nói riêng Trớc hết chúng ta ứng dụng cácthiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh các

truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn… phơng pháp nàycòn đợc ứng dụng nhiều cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơcấu có yêu cầu tốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệthống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cungcấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc sẽ có kết cấu

đơn giản vững chắc giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môitrờng

2 Chọn biến tần:

Dựa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với

động cơ, em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều khiểntrở phanh hãm PLKEB47P5 + 75/780W của hãng OMRON có các thông

số nh sau:

 Điện áp danh định: 3 pha 400VAC

 Cấu trúc bảo vệ: Loại kín lắp trên tờng (NEMA1 và IP20)

 Công suất tải động cơ tối đa: 7,5KW

a.Các chức năng thuận tiện khi sử dụng biến tần 3G3MV - A4075:

+ Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnhFREQ ở mặt điều khiển trớc

+ Dễ bảo trì, quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế.Tuổi thọ của quạt có thể kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tầnbắt đầu hoạt động

+ Triệt tiêu sóng hài: có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quảhơn cuộn kháng AC thông thờng; hoặc có thể kết hợp cả hai để tănghiệu quả

Hình 2.9 Sơ đồ biến tần 3G3MV-A4075

Trong đó:

Hình 2.10 Sơ đồ hiển thị của biến tần

c Hành trình của thang máy:

Hình 2.11 Đồ thị hoạt động của thang máy

d Đặt đờng cong V/f (n11 đến n17):

Đặt đờng cong V/f sao cho mômen đầu ra motor đợc điềuchỉnh đến mức mômen tải yêu cầu 3G3MV có sẵn chức năng tăngmomen tự động Do đó một mức tối đa là 150% momen bình th-ờng có thể đợc đa ra đầu ra ở tần số 3Hz mà không cần thay đổithông số mặc định nếu không cần phải thay đổi đặc tính momen

Ta có bảng khoảng đặt, đơn vị đặt các giá trị tần số, điện áp

Bảng 2.1 Bảng thông số điện áp và tấn số của biến tần

Khoảng đặt Đơn vị

đặtn11 Tần số max ( FMAX) 50 - 400 (Hz) 0.1 Hz

n12 Điện áp max (VMAX) 1 - 255 (V) 1V

n13 Tần số điện áp max (FA) 0.2 - 400 (Hz) 0.1 Hz

Hình 2.12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tần số và điện áp

Chú ý: Tải trục đứng hay tải với ma sát trợt lớn có thể yêu cầu mômen

cao ở tốc độ thấp Nếu không đủ mômen ở tốc độ thấp, tăng điện

áp ở dải tốc độ thấp khoảng 1V, với điều kiện là không có quá tải đểphát hiện Nếu phát hiện thấy có quá tải, hãy giảm giá trị đặt hayxem xét đến một loại biến tần có công suất cao hơn

Theo tính toán ở phần trên, ta tính đợc f1stator,U1; f2stator,U2; f3stator,U3 để

Chơng 3 Vấn đề điều khiển thang máy

3.1 Yêu cầu chung về điều khiển:

3.1.1 Yêu cầu về kĩ thuật:

Thang máy phải dễ điều khiển, làm việc tin cậy, có độ bền vững

và tuổi thọ lớn, dừng chính xác ở sàn tầng

3.1.2 Yêu cầu về an toàn:

Đối với thang máy chở ngời, yêu cầu về an toàn là yếu tố quan trọngnhất vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trảgiá bằng tính mạng của hành khách Để đảm bảo thang máy làm việctuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang máy phải đạt độ tin cậycao nhất

Giữa phần cơ và phần điện của thang máy phải có khoá liên độngchặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toànthì phần điện mới đợc phép hoạt động

3.1.3 Yêu cầu về kinh tế:

Thang máy phải có vốn đầu t vừa phải tơng ứng với loại nhà, chiphí vận hành ít

3.1.4 Yêu cầu về công nghệ:

+ Thang máy phải dễ điều khiển và hiệu chỉnh ( tính đơn giảncao )

+ An toàn tuyệt đối cho ngời và thiết bị

+ Yêu cầu về dừng chính xác cao, không gây khó chịu cho hànhkhách, phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 3:1 đến 10:1

3.1.5 Yêu cầu về truyền động:

Có thể nói một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền

động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi

mở máy và khi hãm

Các tham số chính đặc trng cho chế độ làm việc của thang máy là:

 Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cáchgiảm thời gian mở máy và hãm máy, nghĩa là tăng gia tốc Nhng khi giatốc lớn có thể gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách ( nh chóngmặt, sợ hãi, nghẹt thở,…) vì vậy gia tốc tối u là a  2 m/s2.

 Một đại lợng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang làtốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ của gia tốc khi hãm máy

đó chính là độ dật :

Khi gia tốc a  2 m/s2 thì độ dật không đợc quá 20 m/s3

Biểu đồ làm việc tối u của thang máy tốc độ trung bình và tốc độcao biểu diễn trên hình II.1

Hình 3.1 Các đờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của

Biểu đồ trên chia làm 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãmxuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

* Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môitrờng nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.Phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải đặcbiệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trờng giảm làm tăng mômen

ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh.Khi  = 0 thì Mc lớn; Mc = ( 2 2,5) Mcđm

3.1.6 Yêu cầu về cơ cấu hãm:

* Buồng thang dừng chính xác:

Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằngcủa tầng cần dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gâynhững hiện tợng sau:

 Đối với thang máy chở khách làm cho khách ra, vào khó khăn; tăngthời gian ra, vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất

 Đối với thang máy chở hàng gây khó khăn trong việc xếp và boóc

dỡ hàng Trong một số trờng hợp có thể không thực hiện đợc việcxếp và bốc dỡ hàng

* Buồng thang không đợc rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo

* Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang khi tốc độ di chuyển vợt quá (2040)% tốc độ định mức

3.1.7 Yêu cầu về mômen quán tính:

Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng Động cơ truyền động chothang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn.

a PLC (Program mable Logic Controler - Bộ điều khiển lập trình):

Thực chất là một máy tímh công nghiệp đặt tại dây truyền sản xuất.Hiện nay PLC không những tín hiệu logic mà còn xử lý những tínhiệu analog (tơng tự) thực hiện các luật điều khiển trong các bộ

điều chỉnh tự động PI, PID, Fuzzy hoặc các mạch vòng điều khiển

nh mạch vòng tốc độ, mạch vòng vị trí

b Hệ thống điều khiển PLC:

* Hệ thống điều khiển là tập hợp các dụng cụ thiết bị điện tử đợcdùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sựchỉnh đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sảnxuất Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ từ cung cấp năng l-ợng đến một thiết bị bán dẫn.Với những thành quả của sự phát triểnnhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thốngphức tạp sẽ đợc thực hiện bởi hệ thống tự động hoá hoàn toàn đó làPLC

* PLC đợc sử dụng để kết hợp với máy tính chủ Ngoài ra nó còn đợcgiao diện để kết nối vối các thiết bị khác (nh bảng điều khiển độngcơ, quận dây, hiển thị LED,…) Khả năng chuyển giao mạng của PLC

có thể cho phép chúng phối hợp xử lí, điều khiển hệ thống lớn.Ngoài

ra nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống

điều khiển Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng vai tròrất quan trọng PLC sẽ không nhận biết đợc điều gì nếu không đợckết nối với các thiết bị cảm ứng (sensor) và nó cũng không cho phépbất kì máy móc nào hoạt động nếu đầu ra của PLC không đợc kếtnối với động cơ , rơle,…

c Đặc điểm của bộ điều khiển PLC :

 PLC là một máy tính công nghiệp , PLC đợc chế tạo ở các dạngmodul chuẩn dễ dàng lắp ráp và bảo dỡng

 PLC thực chất là một hệ vi xử lí có cấu trúc đặc biệt.

d Khả năng làm việc của bộ điều khiển chơng trình của PLC :

+ Điều khiển chuyên gia giám sát :

 Thay cho điều khiển rơle

 Thời gian đếm

 Thay cho các PANEL điều khiển mạch in

 Điều khiển tự động , bán tự động bằng tay các máy và các quátrình

+ Điều khiển dãy:

 Các phép toán số học

 Cung cấp thông tin

 Điều khiển PID

 Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất)

 Điều động cơ chấp hành

 Điều khiển động cơ bớc

+ Điều khiển mềm dẻo:

 Điều hành quá trình và báo động

 Phát hiện lỗi và điều hành

 Ghép nối với máy tính (RS 232C/ RS 242)

f Ưu và nhợc điểm khi sử dụng PLC trong các hệ điều khiển:

+ Khi sử dụng PLC trong hệ điều khiển lôgic truyền thống:

 Ưu điểm :

- Tính tác động nhanh cao

- Dễ thực hiện với các sơ đồ đơn giản

- Sử dụng trong các mạch công suất lớn

 Nhợc điểm: Tính không bền dẻo thể hiện:

- Mỗi cấu trúc vật lý của hệ thực hiện một hàm điều khiển lôgicduy nhất

- Muốn thay đổi hàm điều khiển phải thay đổi cấu trúc vật lý

+ Thực hiện hàm điều khiển logic bằng chơng trình:

 Ưu điểm: Tính mềm dẻo cao thể hiện:

- Mỗi cấu trúc vật lý có thể thực hiện các hàm điều khiển khácnhau tuỳ thuộc vào chơng trình

- Để thay đổi hàm điều khiển chỉ cần thay đổi chơng trình

mà không cần thay đổi cấu trúc vật lý

 Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập

 Dựa vào chơng trình logic để xử lý tín hiệu và đa ra tín hiệu

* PLC đợc dùng để kiểm tra hệ thống từ đơn giản đến phức tạphoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông

có thể điều khiển một quá trình phức tạp

h Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá:

 Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn

 Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính

 Có thể tính toán chính xác giá thành

 Cần ít thời gian huấn luyện

 Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm

 ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng

 Dễ bảo trì các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ hơn vànhanh hơn

 Độ tin cậy cao

 Chuẩn hoá đợc phần cứng điều khiển

 Thích ứng trong môi trờng khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện

Bộ nhớ chương trỡnh

Bộ nhớ Dữ liệu

Nguồn cấp điện

Khối ngừ vào

Khối ngừ ra

Khối điều khiển trung tõm

Mạch giao tiếp và cảm biến

Mạch cụng suất

và cơ cấu tỏc động

của hệ thống tự động hoá vì thế nó ảnh hởng trực tiếp vào hiệu suấtcủa hệ thống Tuy nhiên các thiết bị ra khác nh: đèn pilot, còi và cácbáo động chỉ cho biết các mục đích khác nh: báo cho chúng ta biếtgiao diện tín hiệu ngõ vào, các PLC thiết bị ngõ ra đợc giao tiếp vớiPLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC

3 Đặc điểm chung của các bộ điều khiển khả trình PLC:

a Bộ điều khiển khả trình PLC (Program mable Logic Controler):

Bộ điều khiển PLC đợc thiết kế nhằm thay thế phơng pháp

điều khiển truyền thống dùng rơle, công tắc tơ và các thiết bị cồngkềnh Nó tạo ra khả năng điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng

và linh hoạt dựa trên việc lập trình bằng tệp lệnh cơ bản Ngoài raPLC còn có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nh: định thời gian,… làmtăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp

b .Sơ đồ khối bên trong PLC:

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong PLC.

* PLC thực hiện chơng trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp

đợc gọi là vòng quét (SCAN) Quá trình đọc các đầu vào thực hiệnchơng trìnhvà đa tín hiệu đầu ra gọi là quét Thời gian quét là quátrình liên tục và tuần tự từ đọc đầu vào, đánh giá và quyết địnhlogic điều khiển và đa tín hiệu ra Đặc điểm của thời gian quét là

nó cho ra bộ điều khiển phản ứng với đầu vào và xử lý chính xáclogic điều khiển nhanh hay chậm Thời gian cần thiết cho một lầnquét thay đổi từ 1ms đến 30ms

Hình 3.3 Sơ đồ vòng quét.

* Các yếu tố ảnh hởng đến thời gian quét:

Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài chơng trình ứng dụng.Việc sử dụng các hệ thống I/O từ xa sẽ làm tăng thời gian quét do phảitruyền tín hiệu từ đầu ra I/O đến hệ thống từ xa Việc điều hànhchơng trình điều khiển cũng làm tăng thêm thời gian quét bởi vì bộ

xử lý trung tâm (CPU) phải giữ trạng thái của các cuộn dây và các tiếp

điểm đến CRT hoặc đến các phần tử khác

d Hoạt động của PLC:

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ởngõ vào đa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic đợc lập trìnhtrong chơng trình và kích ra tín hiệu điều khiển ở các đầu ra chocác thiết bị bên ngoài tơng ứng Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khốivào/ra PLC cho phép nó kết nối trực tiếp với những cơ cấu tác động

thì cần phải có các mạch điện tử công suất trung gian.

e Ưu điểm khi sử dụng PLC:

* Sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điềukhiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây Nếu có

sự thay đổi chỉ là thay đổi chơng trình điều khiển trong bộ nhớthông qua các thiết bị lập trình thông dụng

* Khi sử dụng PLC thì thời gian lắp đặt và đa vào hoạt độngnhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống đòi hỏiphải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

4 Cấu trúc phần cứng của PLC:

* Phần cứng PLC tơng tự nh một máy tính, chúng có đặc điểmthích hợp cho mục đích điều khiển công nghiệp nh:

 Khả năng chống nhiễu tốt

 Cấu trúc dạng môdul cho phép dễ dàng ghép nối và thay thế,tăng khả năng (nối thêm môdul mở rộng vào ra), thêm chức năng(nối thêm các môdul chuyên dùng)

 Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở cổng vào vàcổng ra đợc chuẩn hoá

 Thực hiện các logic điều khiển phức tạp mà hệ thống điềukhiển rơle, công tắc tơ không thể thực hiện đợc

 Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng là LADDER, STL,FUNCTIONCHART dễ hiểu và dễ sử dụng

“tiếp điểm” để kích hoạt các thiết bị tơng ứng Nh vậy sự hoạt

động của các thiết bị điều khiển hoàn toàn tự động theo chơngtrình có trong bộ nhớ Chơng trình đợc nạp vào PLC thông qua các

thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc bằng máy tính với các phầnmềm chuyên dụng.

a Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit ):

CPU điều khiển và quản lý toàn bộ tất cả các hoạt động bêntrong PLC Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối ra thựchiện thông qua hệ thống Bus dới sự điều khiển của CPU Một mạch daođộng thạch anh cung cấp xung clock, tần số chuẩn thờng là 1 MHz hay 8 MHz tuỳthuộc vào bộ vi xử lý thờng dùng Tần số xung clock xác định hoạt

động của PLC và đợc dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả cácphần tử trong hệ thống

b Bộ nhớ:

 Tất cả các loại PLC đều sử dụng loại bộ nhớ sau:

+ ROM ( READ ONLY MEMORY ): Bộ nhớ chỉ đọc dùng để lu giữchơng trình điều hành

+ RAM ( RANDON ACCESS MEMORY ): Bộ nhớ truy nhập ngẫunhiên dùng để lu giữ tạm thời các giá trị logic khi chơng trìnhthực hiện

+ EEROM ( ELECTRONIC EARSABLE PROGRAM MABLE READ ONLYMEMORY ): Bộ nhớ này thờng dùng để lu giữ chơng trình côngnghệ

Đối với PLC loại nhỏ thông thờng bộ nhớ có dung lợng cố định thờngkhoảng 2 KByte Dung lợng này là đủ cho khoảng 80% hoạt động

điều khiển trong công nghiệp

 Cấu trúc vùng nhớ trong PLC:

Vùng nhớ này đợc chia làm hai vùng nhớ:

+ Vùng xuất nhập: Các Bit trong vùng này đợc phân bố đều chocác ngõ nhập và xuất Chúng phản ánh trạng tháI ON/OFF của tínhiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra Các Bit nhập bắt đầu từ IR

0000 và các Bit xuất bắt đầu từ IR 1000

+ Vùng làm việc: Đối với các CPM2 CPU thì tất cả các Bit nằmtrong khoảng IR 020 đến IR 049 và IR 200 đến IR 207 không sửdụng các chức năng đặc biệt mà nó đợc sử dụng nh các Bit làmviệc Các Bit làm việc reset khi CPU bị mất nguồn hoặc bắt

đầu làm việc hoặc ngừng

Bit này đợc sử dụng để lu giữ tạm thời điều kiện thực hiện tại điểm

rẽ nhánh Chúng chỉ đợc sử dụng cho mã gợi nhớ khi lập trình trực tiếpsơ đồ hình thang bằng cách sử dụng phần mềm Ladder SupportSoftware (LSS) hoặc phần mềm Sysmac Support Software (SSS) thìcác Bit TR sẽ đợc xử lý một cách tự động

Các Bit TR giống nhau không thể sử dụng quá một lần trong cùng một

hệ lệnh nhng có thể sử dụng lại trong bộ các Bit TR không thể kiểmtra từ các thiết bị ngoại vi

c Khối vào/ra:

* Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp5VDC và 15VDC ( điện áp cho TTL và CMOS ) trong khi tín hiệu điềukhiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều thờng là 24VDC đến 240VDC vớidòng lớn

* Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa các vi mạch điện

tử của PLC với các mạch công suất lớn bên ngoài kích hoạt các cơ cấutác động, nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu vàcách ly Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ

cấu tác động có công suất nhỏ, dòng nhỏ cỡ 2A trở xuống không cầncác mạch công suất trung gian hay các rơle trung gian.

* Các loại cổng vào/ra:

Loại cổng ra:

 Loại cổng ra dùng rơle:

Hình 3.4 Động cơ kéo buồng thang

Hình 3.5 Mô hình thang máy của công ty ThyssenKrupp

Hình 3.6 Bảng điều khiển phía trong buồng thang.

Hình 3.7 Bảng điều khiển bên ngoài buồng thang đặc điểm.

+ Tất cả các loại cổng vào đều đợc cách ly với các tín hiệu điềukhiển bên ngoài bằng mạch cách ly quang ( opto - isolator )

+ Mạch cách ly quang dùng một điôt phát quang và một tranzitorgọi là bộ opot - coupler Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ điqua và gim các tín hiệu điện áp xuống mức điện áp chuẩn.Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi chuyển các công tắc bảo

vệ quá áp từ điện cấp, thờng lên đến 1500V

Hình 3.9 Cấu tạo của cảm biến đến gần

 Chọn cảm biến đến E2EV-X10 có các thông số sau:

+ Khoảng cách phát hiện: 10mm  10%

+ Điện áp nguồn cung cấp: 1224VDC

+ Dòng điện: 15mA max

+ Chức năng cảm nhận chính: Phát hiện những kim loại có tính

từ hay không có tính từ

b Cảm biến quang điện

 Cấu tạo: