Đồ Án Truyền Động Điện Tự Động Tính Toán Thiết Kế Điều Khiển Động Cơ Cho Thang Máy 5 Tầng.pdf

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG THANG MAY 1.1, Nguyên lý hoạt động của thang máy 1.1.1, Hoạt động bình thường Hành khách nhắn nút gọi tầng và chờ cabin: Nhắn nút gọi tầng theo hướng muốn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

HCMUTE KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỎ AN TRUYÊN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÍNH TOÁN THIẾT KÉ DIEU KHIEN ĐỘNG CƠ

CHO THANG MAY 5 TANG

GVHD: PGS.TS TRAN QUANG THO

SVTH:

1 BINH MINH HOANG MSSV: 21142527

2 TRƯƠNG PHÚ QUÍ MSSV: 21142445

3 HO DOAN TRUNG HIEU MSSV: 21142095

TP.HO CHI MINH - 31/12/2024

TOM TAT NOI DUNG DE TAI

® Tính cần thiết

Thang máy tại Việt Nam đã trở thành những yếu tố quan trọng đóng góp vảo sự

phát triển năng động của cảnh quan đô thị và câu trúc kiến trúc Khi Việt Nam trải qua

sự tăng trưởng kinh tế nhanh chóng và quá trình đô thị hóa, vai trò của thang máy

không chỉ dừng lại ở việc vận chuyền theo chiều đọc, mà còn trở thành biểu tượng của

sự tiến bộ và hiện đại Trone một quốc gia mà các tòa nhà cao tầng vả trung tâm đô thị

sôi động đang phát triển mạnh mẽ, thang máy đóng vai trò thiết yếu trong việc nâng

cao khả năng tiếp cận, sự tiện lợi và hiệu quả cho cả cư dân và khách vãng lai Đối với

các gia đình sống trong các tòa nhà có từ 5 tang trở lên, thang máy là phương tiện di

chuyên giữa các tầng Đặc biệt, đối với các gia đình có người giả và trẻ nhỏ, việc di

chuyên giữa các tầng trở nên khó khăn

Do đó, thang máy đóng vai trò quan trọng trong các gia đình này Gần đây, số

lượng nhà hàng quy mô nhỏ và vừa mở cửa ngảy cảng tăng Vì vậy, thang máy cũng

đảm nhận vai trò vận chuyên hàng hóa và thức an gitra các tầng trong các nhà hàng

® Mục (tiêu báo cáo

Tính toán, thiết kế điện hợp lý cho thang máy 5 tầng ứng yêu cầu kinh tế - kỹ thuật

Củng cố lý thuyết đã học, áp dụng những gì đã học vào thực tế, làm quen với công

việc thiết kế trong tương lai Tích lũy kinh nghiệm và kiến thức quý báu từ giảng viên

trong quá trình thực hiện dự án

®_ Đôi tượng và phạm vi nghiên cứu

Dựa vào việc phân tích ảnh hưởng của các thành phần điện áp thứ tự nghịch khi xảy

ra mắt cân bằng điện áp 3 pha của nguồn lưới, đã nghiên cứu kỹ thuật vòng khóa pha

dé tach các thành phần thứ tự nghịch nhằm hỗ trợ cho việc điều khiển nghịch lưu nối

lưới Khái niệm sụt ap trong đề tài được hiểu là sự sụt giam cua ø1á trị điện áp ước

lượng được của vòng khóa pha khi xảy ra mắt cân bằng điện áp

® Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận: Đề tài dựa vào phân tích các ưu điểm và khuyết điểm của các nghiên

cứu đã được thực hiện

Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp giải tích: được thực hiện bằng cách phân tích mô tả toán học của các

thành phần điện áp nguồn hoạt động của thang máy khi vận hành giúp cho đề tài có

cách tiếp cận tông quát, khoa học và xác định đúng hướng nghiên cứu

- Phương pháp mô phóng: giải pháp đề xuất đã được kiểm tra trên phần mềm CX one

để thể hiện tính trực quan và độ tin cậy cao trong miền khảo sát mong muốn Với

những ưu điểm, chọn OMRON PLC để điều khiến hệ thống thang máy OMRON PLC

có thể được triển khai tại phòng điều khiển hoặc trone phòng dự trữ của một ngôi nha,

nhỏ gọn và dễ bảo trì Ngoài ra, CX-Proprammer dễ dàng theo dõi mã và nhẹ, phù hợp

để sử dụng trên mọi máy tính xách tay và máy tính bản

® Nội dung của báo cáo

Nội dung của báo cáo gồm 4 chương:

Chương 1: Tông quan về hệ thông thang máy

Chương 2: Tính toán lựa chọn động cơ

Chương 3: Thuật toán hệ thông

Chương 4: Kết quả mô phỏng

Chương 5: Kết luận đồ án

® Kế hoạch thực hiện theo tuần:

Trinh bay tinh can thiết, tính năng của hệ thống điều khiến p.2, 3

Phân tích các yêu tô đâu vào, đầu ra, các điêu kiện ràng buộc

cua ban thiét ké

Đề xuất trình tự giải quyết hợp lý

Đánh giá tính kinh tế kỹ thuật của giải pháp

Trình bày ý tưởng bằng văn bản một cách hiệu quả

Trinh bày ý tưởng và hiểu các ý tưởng khác thông qua các bản vẽ ký thuật

Có khả năng tìm kiếm thông tin từ nhiều nguồn

Tổ chức hoạt động nhóm

Phân tích số liệu đầu vào

Tính toán, xây dựng, lựa chọn hệ thống

Đánh giá và đề xuất biện pháp cải thiện chất lượng hệ

thong

Phân tích số liệu đầu vào

Tính toán, xây dựng, lựa chọn hệ thống

Thảo luận nhóm

Tham vấn người hướng dẫn

Thực hiện mô phỏng/thí nghiệm

Thu thập và trình bày hiệu quả số liệu đo lường/mô phỏng

Đánh giá kết quả và đề xuất biện pháp cải thiện chất lượng

MỤC LỤC

CHƯƠNG I1: TÓNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁYY 5 <5:

1.2, Nguyên lý hoạt động của thang máy

1.2.1 Hoạt động bình thường

1.2.2 Hoạt động khi thang máy mất điện

1.2.3 Thang máy gặp trường hợp chảy

1.2 Sơ đồ nối dây của hệ thống thang máy

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHON DONG CO

2.1 Sơ đồ động học của thang máy

2.2 Tính công suất của động cơ

2.3 Tỉnh thời gian thang máy chuyền động

2.4 Chọn đông cơ

3.1 Tạo các địa chỉ cho chương tình

3.2 Chương trình PUC

3.2.1 Tạo tầng cho cho chương trình vào Ladder

3.2.2 Tạo mạch và gán địa cho chuyển động của thang máy, -

3.2.3 Chuyển động lên xuống

3.2.4 Hoạt động dừng và đóng mở cửa

3.2.5 Reset hoạt động mở của bộ nhớ

3.2.6 Các nút mở cửa, cảm biên quá tải và cảm biên chướng ngại

CHUONG 4: KET QUA MO PHONG

4.2 Thang máy đi xuống

4.3 Khi thang máy nhận hai lệnh

4.4, Tinh huéng khan cap

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Mô phỏng thang máy có phòng máy

Hình 3.2 Mô phỏng thang máy không phòng máy

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG THANG MAY

1.1, Nguyên lý hoạt động của thang máy

1.1.1, Hoạt động bình thường

Hành khách nhắn nút gọi tầng và chờ cabin: Nhắn nút gọi tầng theo hướng muốn đi

và chờ đến khi cabin đến Khi vào cabin: Khi cabin đến cửa tầng, cửa mở Kiểm tra

hướng đi chuyên của cabin bằng đèn báo hiệu hướng trước khi vào Nếu tải trọng của

hành khách hoặc đồ vật vượt quá tải trọng quy định, hệ thống Cảnh báo quá tải

(OLH) sẽ được kích hoạt và chuông sẽ kêu để cảnh báo, buộc một số hành khách phải

ra khỏi thang máy cho đến khi chuông dừng và chờ cabin tiếp theo trong sảnh Nếu

cửa bắt đầu đóng khi hành khách vẫn đang vào thang máy, nhẹ nhàng nhắn giảy an

toàn ở mép cửa với tay lên cảm biến để đảo ngược hướng mở cửa Nếu cửa gần đóng,

nhân nút gọi tầng theo hướng đi chuyên, sau đó cửa sẽ mở Nhân nút gọi tầng: sau khi

vào cabin, nhấn nút gọi tầng trên bảng điều khiển ngay lập tức Hướng di chuyển có

thể bị đảo ngược nếu nút cabin được nhắn quá muộn Ra khỏi cabin: khi cabin đến

tầng mong muốn và cửa mở, ra khỏi cabin và bước can than

1.1.2 Hoạt động khi thang máy mất điện

Nếu xảy ra cúp điện hoặc bộ ngắt mạch được kích hoạt, cabin được trang bị chức

năng cứu hộ tự động trong trường hợp mắt điện sẽ tự động di chuyển và đừng tại tang

gần nhất bằng pin dự trữ và mở cửa để tạo điều kiện cho hành khách thoát ra Trong

trường hợp mắt điện, đèn chiếu sáng khẩn cấp của cabin sẽ bật lên Khi khoảng thời

gian đã được quy định hết sau khi phục hồi điện, cabin sẽ tự động quay trở lại hoạt

động bình thường

1.1.3 Thang máy gặp trường hợp cháy

Đối với các thang máy được trang bị chức năng vận hành trong trường hợp cháy

(FER): khi công tắc của chức năng vận hành cháy trong phòng điều khiến, sảnh thang

máy, v.v được kích hoạt hoặc máy thang nhận được tín hiệu từ hệ thông báo cháy của

tòa nhà, tất cả các cabin trong cùng một nhóm sẽ đi đến tầng để sơ tán hành khách

Công tắc của chức năng vận hành trong trường hợp cháy được lắp đặt ở vị trí đã quy

định khi đặt hàng Trong chức năng vận hành trong trường hợp cháy, các tầng sơ tán

đã được quy định khi đặt hàng, đó là các tầng mà cabin sẽ đến và dừng để cho phép

hành khách sơ tán khỏi cabin

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ

2.1 Sơ đồ động học của thang máy

Chiều cao: họ : 3.5m

Số tầng: 5

Vận tốc chuyên dong: 5 x 10 = 50 m/min = 0,833 m/s

Gia tốc: A„„= Im⁄s?

Kích thước của puli (D) : D =0.4

Khối lượng của puli (m,u¡) : 50kp

Trọng lượng của cabin thang may: Gein = 600kg

Tải trọng tối da của thang máy: G„„, = 900kg

Từ đó ta có: Tổng trọng lượng nâng Gạ=G.„„ +0,

Trong đó: œ : số dư ( œ=0.3 + 0.6), ta chọn 0.5

2.2 Công suất của động cơ

Tìm F hoạt động puli khi kéo lên và kéo xuống: F=( Gmax+ Gbt -k LAG1 -Gdt).g0 [N] Trong đó:

kI : số lần dừng

AGI]: giam tải khi dừng

ø0 =9,81 (m/plây)

Hoặc từ sơ đồ động học ta có:

- Ở phia cabin : F1= [Geabin +Ginax + ø.(H-huu„)]go (2.2)

- Tại đối trọng: F2=(Ga + g(H-ha)).g0 (2.3)

Trong đó:

øc: Trọng lượng của cáp

heabin : Chiéu cao từ cabin dén mat dat

h„ : Chiều cao từ vật đối trọng đến bề mặt

En= FI-F2=[ Gan TGma.- Gái † (hạ— hua¡s )0c]pao (2.4)

Fy=F2-F 1 =[ -Geavin -Gmnaxt Gat (- hạ + hon )Øc Jgo (2.5)

Đề đơn giản chương trình ta giả sử: he = Heabin

Fn=( Geabin +Ginax — Ga) Đo (2.6)

¡ : ty số truyền của hệ thống (ở đây ta có ¡ = 30)

rị : hiệu quả của hệ thống ( 0,5 + 0,8), ở trạng thái này chúng ta chọn 0.7

Trên thực tế chúng ta phải có k trong F tính toan, ta chon: k = 1,2

F trong pulli khi lên :

Sau khi có F, ta tính động lượng

Động lượng của động cơ khi nâng lên:

Công suất động cơ khi nâng lên khi không có đối trọng:

_ 1,15.9,81 1,5(900+600,

0.75

Khi có đối trong : P= {(900 + 500).(1/0,75) - 1150 0,75} 1,15.1,5 = 1,879(Kw)

Khi động cơ xuống :

Pa= {(900 + 500).0,75 - 1150 (1/0,75)} 1,15.1,5 =-0,819 (Kw)

2.3 Thời gian thang máy chuyển động

Đề tính toán chúng ta cần biết:

- Thời gian thang máy di chuyên với tốc độ ôn định

- Thời p1an động cơ mở và dừng thang máy

- Thời gian hành khách ra vào thang máy

Đầu tiên chúng ta có:

- Thời gian hành khách ra/vào: l giây

- Thời p1an cửa tự động mở: 1 giây

- Thời p1an cửa tự động đóng: I piây

- Thời p1an cửa tự động chờ hành khách: 1 giây

Gia str 6 tang 1 ta có 10 khách đi vào vả ở tang 5 có 10 khách đi ra, ta có:

Sau 0,833 giây thang máy di chuyên:

> (shaft =Wdnum 1 = 4,17 30 = 125rad/s

Vì ta có động lượng của trục động cơ:

Md _ Fd r_ (900+6 00~1 200)9.81 0

ye i 0.75 30 = 26,13(Nm)

“ li: —

Vi vay ta nén chon M > Mshaft

Từ công thức tính Mu„aa ở trên, từ đó chọn động cơ có thê được lựa chọn theo yêu cầu

và các vân đề liên quan chăng hạn như giá cả, chât lượng, v.v

Ta có một sô động cơ cảm ứng loại D đáp ứng các yêu câu trên như sau đây:

- Động cơ ABB M2BA 160M 4A: Công suất 15 kW, Mô-men xoắn cực đại 126 Nm,

Khi kiểm tra tinh trang qua tai của thang máy, cần phải kiểm tra thông số kỹ thuật của thang máy, bao gồm:

- Tải trọng thiết kế của thang máy: Đây là trọng lượng tối đa mà thang máy có thể chịu được mang theo đúng thiết kế ban đầu

- Tải trọng thang máy: Là trọng lượng thực tế mà thang máy phải mang theo tại thời điểm điều tra

- Tốc độ di chuyên của thang máy: Tốc độ di chuyền của thang máy cũng là một yếu tố quan trọng trong kiém tra quá tải

- Thang máy có được trang bị cân điện tử không: Nếu thang máy được trang bị Với cân điện tử, chúng ta có thê dễ dàng kiểm tra tải trọng của thang máy

Nếu thang máy vượt quá tải trọng thiết kế, tốc độ di chuyền quá nhanh hoặc không có cân điện tử để kiểm tra tải trọng, thang máy đang hoạt động trong điều kiện quá tải và cần phải khắc phục đề đảm bảo an toàn và tuôi thọ của thang máy

Theo catalog, chung ta co:

Myratea= 26,8(N/m)

Mô-men xoắn cực đại khi nâng toàn tải:

900+6 00—1 200)9 51.0

Do Mrated > Mehag én động cơ đã thỏa mãn diéu kién quá tải cua m6-men xoắn

Đê kiêm tra khả năng sưởi âm của động cơ thang máy, các thông sô sau đây là yêu cầu:

- Công suất định mức của động cơ

- Hiệu suất động cơ

- Dòng điện định mức và hệ số công suất của động cơ

- Tốc độ quay của động cơ

- Mô-men xoắn định mức của động cơ

- Mômen quán tính của hệ tải

- Môi trường làm việc của động cơ (nhiệt độ, độ âm, bụi)

- Kiểu cách điện của động cơ

Thông số trên sẽ giúp tính toán nhiệt độ tăng của động cơ trong quá trình hoạt động,

do đó đánh giá khả năng tạo nhiệt của động cơ Nếu nhiệt độ tăng quá cao hơn mức

cho phép có thê dẫn đến hư hỏng động cơ hoặc cháy.

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN HỆ THÔNG

3.1 Tạo các địa chỉ cho chương trình

Hình 3.1 Ký hiệu, địa chỉ gán

Từ nút ký hiệu, nút được sử dụng để gọi cabin đi đến tầng sẽ là đầu vào, nơi nó không thế chuyền đổi trạng thái khi nhấn, giữ tín hiệu gọi cho thang máy đi đến tầng Nút mở và đóng cũng tương tự Chúng ta sẽ thay đôi trạng thái của nút trong chương

trình PLC

Ngoài ra, cảm biến cũng được sử dụng làm đầu vào của PLC để xác định xem thang máy có đến tầng đó hay không Trong thực tế, cũng có các cảm biến khác như: cảm biến hồng ngoại để biết có người đứng giữa thang máy hay không, cảm biến tải để biết thang máy có quá tải hay không, Tất cả các cảm biến đó đều là đầu vào tương tự Trong hệ thống này, chúng ta sẽ sử dụng tất cả cảm biến dưới đạng đầu vào số, nơi 0

và | duoc str dung dé biết điều kiện mà chúng ta gặp phải

3.2 Chương Trình PUC

3.2.1 Tạo tầng cho cho chương trình vào Ladder

Hình 3.2 Tao cac tng

Hình 3.3 Lưu đ ôcủa tầng Đây là chương trình thang máy đầu tiên và quan trọng nhất, được sử dụng để kích hoạt cuộc gọi cabin “F1 Inside” đại diện cho cuộc gọi từ bên trong cabIn và “Fl outside” dai điện cho cuộc gọi từ bên ngoài Đồng thời, "Go to F1" có nghĩa là cabin

sẽ di chuyên đến tầng F1 Vì trong hệ thống có 5 tầng, nên sẽ có 5 chương trình cho mỗi tang, tương tự nhự Hình 3.2 Vì vậy, khi một trong hai đầu vào “F1 inside” hoặc

“F1 outside” được nhắn, tín hiệu sẽ được oui dé gitr trang thai “Go to F1” và đặt thành

1 Nút của thang máy không chuyên đổi trạng thái khi thả ra để người dùng biết tầng nao đang được gỌI

3.2.2 Tao mach va gan dia cho chuyén dong cua thang may

Chuyển động của thang máy được thiết kế để tiết kiệm năng lượng động cơ hiệu quả Điêu này được thực hién bang cách yêu câu thang máy hoàn thành tật cả các cuộc

gọi theo một hướng (lên hoặc xuống) trước khi phản hồi các cuộc gọi còn lại Để làm

điều này, hai bộ nhớ đầu vào được tao ra ("Ghi_nho_len" va"Ghi_nho_xuong") dé đại

diện cho hướng hiện tại của cabin thang máy Việc cài đặt và đặt lại các đầu vào nay

có thể được xem trong các hình dưới đây

Hình 3.4 Cấu trúc chuyển động

Hình 3.5 Lưu đ`ôchuyển động của thang máy

Hình 3.6 Lưu đ `ôreset chuyển động của thang máy

Đâu tiên, đầu ra bộ nhớ "up_memory" được đặt bằng phép AND giữa "motor up"

và phép OR của "F2_sensor", "F3_sensor" và "F4_sensor" Điều này có nghĩa là nếu

hệ thống phản hồi tín hiệu đi lên và thang máy đi đến tầng 2, 3 hoặc 4, thì cabin sẽ

được gán hướng đi lên Đầu ra sẽ được thiết lập lại (trong bậc thang thứ ba) nếu cabin đạt đến tầng 5, điều này có nghĩa là từ điểm này, thang máy chỉ có thể đi xuống Một lưu y quan trọng là việc án hướng chỉ được sử dụng khi có các lệnh gọi từ cả hai hướng, để ưu tiên một hướng hơn hướng khác Ví dụ, nếu hướng đi lên được gán cho cabin trong khi cabin chỉ còn các lệnh gọi từ những tầng dưới, nó vẫn sẽ di chuyên xuống

Tương tự, cabin sẽ được gán hướng đi xuống nếu có tín hiệu đi xuống tại các tầng 2,3, 4 Đầu ra "đown_memory" sẽ được thiết lập lại khi cabin di chuyển xuống tầng

1 Các đầu ra được sử dụng để gán hướng cũng có thê được thiết lập lại bằng các tín hiệu từ động cơ

3.2.3 Chuyển động lên xuống

Hình 3.7 Tạo, gán địa chỉ chuyển động lên của thang máy

Hình 3.8 Tạo, gán địa chỉ chuyển động xuống của thang máy