Đồ án tốt nghiệp thiết kế, chế tạo mô hình thang máy 4 tầng

Thang máy cần phải có ñầy ñủ các thiết bị an toàn, ñảm bảo ñộ tin cậy như: ñiện chiếu sáng dự phòng khi mất ñiện, chuông báo, an toàn cabin, công tắc an toàn của cabin, khóa an toàn cửa

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ THANG MÁY 1

1.1 Giới thiệu 2

1.2 Lịch sử phát triển của thang máy 4

1.3 Phân loại thang máy 4

1.3.1 Phân loại thang máy theo công dụng 4

1.3.1.1 Thang máy chuyên chở người 4

1.3.1.2 Thang máy chuyên chở hàng có người ñi kèm 4

1.3.1.3 Thang máy chuyên chở hàng không có người ñi kèm 4

1.3.1.4 Thang máy chuyên chở người có hàng ñi kèm 4

1.3.1.5 Thang máy chuyên chở bệnh nhân 5

1.3.2 Phân loại theo hệ thống dẫn ñộng 5

1.3.2.1 Thang máy dẫn ñộng ñiện 5

1.3.2.2 Thang máy thủy lực 5

1.3.3 Phân loại theo các thông số cơ bản 6

1.3.3.1 Phân loại theo khối lượng vận chuyển của cabin 6

1.3.3.2 Phân loại theo tốc ñộ di chuyển của cabin 6

1.3.4 Phân loại theo hệ thống vận hành 7

1.3.4.1 Theo mức ñộ tự ñộng 7

1.3.4.2 Theo tổ hợp ñiều khiển 7

1.3.4.3 Theo vị trí ñiều khiển 7

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 8

2.1 Trang thiết bị cơ khí của thang máy 9

2.1.1 Tổng thể cơ khí thang máy 9

2.1.2 Thiết bị lắp ñặt trong buồng máy 9

2.1.3.Thiết bị lắp ñặt trong giếng thang máy (Hình 2.1) 10

2.1.4 Thiết bị lắp ñặt trong hố giếng thang máy 11

2.1.5.1 Ray dẫn hướng 12

2.1.5.2 Giảm chấn 12

2.1.6 Cabin và các thiết bị liên quan 12

2.1.6.1 Khung cabin 13

2.1.6.2 Ngàm dẫn hướng 13

2.1.6.3 Hệ thống treo cabin 13

2.1.6.4 Buồng cabin 13

2.1.6.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng 13

2.1.7 Hệ thống cân bằng trong thang máy 14

2.1.7.1 đối trọng 14

2.1.7.2 Xắch và cáp cân bằng 14

2.1.7.3 Cáp nâng 14

2.1.7.4 Bộ kéo tời 15

2.1.8 Thiết bị an toàn cơ khắ 15

2.1.9 Cảm biến vị trắ 15

2.2 Yêu cầu trong hệ thống thang máy 15

2.2.1 Yêu cầu chung của thang máy 15

2.2.1.1 An toàn 16

2.2.1.2 độ tin cậy 16

2.2.1.3 độ chắnh xác dừng cabin ở mỗi tầng 16

2.2.1.4 đáp ứng nhanh yêu cầu của hành khách 17

2.2.1.5 Hạn chế tiếng ồn 17

2.2.1.6 Tiện nghi 17

2.2.2.Yêu cầu ựối với hệ thống ựiều khiển thang máy 17

2.3 Hệ truyền ựộng trong thang máy 17

2.3.1 Ảnh hưởng của tốc ựộ, gia tốc và ựộ giật ựối với hệ truyền ựộng thang máy 17

2.3.1 Phân loại các hệ truyền ựộng trong thang máy 18

2.4 Nguyên tắc hoạt ựộng của thang máy 19

2.4.1 Hệ thống giao tiếp giữa hành khách và thang máy 19

2.4.2 Nguyên tắc hoạt ựộng của thang máy 19

2.4.2.1 Chế ựộ tự ựộng 19

2.4.2.2 Chế ựộ bằng tay 20

2.4.3.Tắnh năng hoạt ựộng của thang máy 20

2.4.3.1 Khi nhấn nút gọi tầng 20

2.4.3.2 Khi nhấn nút chọn tầng trong cabin 20

2.4.4 Phân tắch sự cố và an toàn trong thang máy 21

2.4.5 An toàn về cửa 21

2.4.6 Cabin bị quá tải 21

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22

3.1 Các phương pháp truyền ựộng của thang máy 23

3.1.1 Truyền ựộng kiểu kéo không có hộp số 23

3.1.1.1 Mô tả 23

3.1.1.2 Hoạt ñộng 23

3.1.2 Truyền ñộng kiểu kéo có hộp số 23

3.1.2.1 Mô tả 23

3.1.2.2 Phần cơ 24

3.1.2.3 Lực kéo và công suất 24

3.2 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Contronller) 25

32.1 Sơ lược các hệ thống ñiều khiển 25

3.2.1.1 Hệ thống ñiều khiển bằng relay 25

3.2.1.2 Hệ thống ñiều khiển ñiện tử 25

3.2.2 Tìm hiểu chung về PLC 29

3.2.2.1 ðặc ñiểm của hệ thống lập trình PLC 29

3.2.2.2 Cấu trúc phần cứng của bộ ñiều khiển PLC 31

3.2.3 Tìm hiểu họ PLC S7-300 của hãng Siemens 37

3.2.3.2 Kiểu dữ liệu, cấu trúc bộ nhớ và phương thức truy cập bộ nhớ 40

3.2.3.4 Khối cơ bản 42

3.3 Thiết kế mô hình 51

3.3.1 Yêu cầu về thiết kế thang máy 51

3.3.2 Thiết kế khung thang máy 52

3.3.3 Thiết kế hệ thống truyền ñộng 53

3.3.3.1 Thiết kế truyền ñộng xích 54

3.3.3.2 Thiết kế bộ truyền ñộng ñai 54

3.3.3.3 Tính chọn trục 55

3.3.3.4 Thiết kế buồng thang 56

3.3.3.5 Chọn ñộng cơ ñiện 57

3.3.3.6 Chọn sơ bộ ñộng cơ 60

3.4 Thiết kế mạch ñiều khiển 61

3.4.1 Yêu cầu về mạch ñiều khiển 61

3.4.2 Thiết kế mạch 62

3.4.2.1 Khối nguồn 62

3.4.2.2 Khối nút nhấn 62

3.4.2.3 Khối hiển thị chiều di chuyển của cabin và led báo hiệu 63

3.4.2.5 Khối công suất 67

3.5 Mô hình hoàn thiện 68

3.5 Lưu ñồ và giải thuật ñiều khiển 70

3.5.1 Lưu ñồ chương trình chính 70

3.5.2 Lưu ñồ chương trình bằng tay(manual) 71

3.5.3 Lưu ñồ chương trình tự ñộng(Auto) 72

3.5.4 Lưu ñồ ñiều khiển cửa 73

3.6 Chương trình ñiều khiển 73

Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 74

4.1 Thực nghiệm 75

4.2 Phân tích kết quả 75

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT 77

5.1 Kết luận 78

5.2 ðề xuất 78

Phụ lục 1 79

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ THANG MÁY

1.1 Giới thiệu

- Thang máy là thiết bị vận tải chuyên chở hàng và người theo phương thẳng ñứng hoặc nghiêng nhỏ hơn một góc 150 so với phương thẳng ñứng một tuyến ñã ñịnh sẵn

- Thang máy ñược sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất như: trong xây dựng, khai thác hầm mỏ, luyện kim, công nghiệp nhẹ, ở ñó thang máy ñược sử dụng

ñể vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, ñưa công nhân tới làm việc có ñộ cao khác nhau, … Nó ñã thay thế cho sức lực của con người, và mang lại năng suất cao Hình dáng tổng thể của thang máy ñược giới thiệu ở hình 1.1

- Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy ñược lắp ñặt và sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, trong các khách sạn, chung cư, bệnh viện, … Hệ thống thang máy ñã giúp con người tiết kiệm ñược nhiều thời gian và sức lực

- Nhiều quốc gia trên thế giới ñã quy ñịnh ñối với các nhà cao trên 6 tầng trở lên phải trang bị thang máy ñể ñảm bảo cho người ñi lại thuận lợi, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao ñộng Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% ÷ 7% là hợp lý

- Ở Việt Nam, trước ñây thang máy chủ yếu ñược sử dụng trong các ngành công nghiệp ñể vận chuyển hàng hóa và ít phổ biến Nhưng trong giai ñoạn hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế và ñời sống nhân dân ngày càng ñược nâng cao, việc sử dụng thang máy trong các lĩnh vực ngày càng tăng lên

- Thang máy là một thiết bị vận chuyển ñòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan ñến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung ñối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp ñặt vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kĩ thuật an toàn ñược quy ñịnh trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm Thang máy cần phải có ñầy ñủ các thiết bị an toàn, ñảm bảo ñộ tin cậy như: ñiện chiếu sáng dự phòng khi mất ñiện, chuông báo, an toàn cabin, công tắc an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng

Hình 1.1: Hình dáng tổng thể của một thang máy

1.2 Lịch sử phát triển của thang máy

- Cuối thế kỷ 19 trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy như OTIS, SHINDLER, chiếc thang máy ñã ñược chế tạo và ñưa vào sử dụng của hãng thang máy OITS năm 1853, ñến năm 1874 hãng thang máy SHINDLER cũng chế tạo thành công những chiếc thang máy khác Lúc ñầu bộ tời kéo chỉ có một tốc ñộ, cabin chỉ có kết cấu ñơn giản, cửa tầng ñóng bằng tay, tốc ñộ di chuyển của cabin thấp ðầu thế kỷ 20 có nhiều hãng thang máy khác ra ñời như: KONE, MITSUBISHI, NIPPON ELEVTOR, … ñã chế tạo các thang máy có tốc ñộ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn

- Vào những năm 1970 ñã chế tạo thang máy ñạt tốc ñộ 450m/ph, những thang máy chở hàng ñã có tải trọng nâng tới 30 tấn, ñồng thời trong thời gian này, ñã có những thang máy thủy lực ra ñời Sau một khoảng thời gian ngắn với sự tiến bộ của các ngành khoa học khác tốc ñộ của thang máy ñã ñạt tới 600m/ph

- Vào những năm 1980 ñã xuất hiện hệ thống ñiều khiển ñộng cơ bằng phương pháp biến ñổi ñiện áp và tần số Thành tựu này cho phép thang máy hoạt ñộng êm dịu hơn, tiết kiệm ñược khoảng 40% công suất ñộng cơ ðồng thời cũng vào những năm này ñã xuất hiện loại thang máy dùng ñộng cơ ñiện cảm ứng tuyến tính ðầu những năm 1990 trên thế giới ñã chế tạo ñược những thang máy

có tính năng kĩ thuật ñặc biệt khác

1.3 Phân loại thang máy

1.3.1 Phân loại thang máy theo công dụng

1.3.1.1 Thang máy chuyên chở người

Loại này chuyên chở hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, siêu thị, bệnh viện, trường học

1.3.1.2 Thang máy chuyên chở hàng có người ñi kèm

Loại này thường dùng cho nhân viên khách sạn, … chủ yếu dùng ñể chở hàng nhưng có người ñi kèm ñể phục vụ Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, nhà kho,

1.3.1.3 Thang máy chuyên chở hàng không có người ñi kèm

Loại này thường dùng ñể chở vật liệu, loại thang máy này có ñặc ñiểm chỉ

có ñiều khiển ở ngoài cabin

1.3.1.4 Thang máy chuyên chở người có hàng ñi kèm

Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm

1.3.1.5 Thang máy chuyên chở bệnh nhân

Loại này thường dùng cho các bệnh viện, các khu ñiều dưỡng

1.3.2 Phân loại theo hệ thống dẫn ñộng

1.3.2.1 Thang máy dẫn ñộng ñiện

Loại này dẫn ñộng cabin lên xuống nhờ ñộng cơ ñiện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin ñược treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế

Hình 1.2: Thang máy ñiện có bộ tời ñặt phía trên giếng thang

a, b) Dẫn ñộng cabin bằng puly ma sát c) Dẫn ñộng cabin bằng tang cuốn cáp

1.3.2.2 Thang máy thủy lực

ðặc ñiểm của loại thang này là cabin ñược ñẩy từ dưới lên nhờ xilanh thủy lực với hành trình tối ña là khoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng

pittông-Hình 1.3: Thang máy thủy lực

b) Pittông ñẩy trực tiếp từ phía sau cabin c) Pittông kết hợp với cáp gián tiếp ñẩy từ phía sau cabin

1.3.3 Phân loại theo các thông số cơ bản

1.3.3.1 Phân loại theo khối lượng vận chuyển của cabin

• Thang máy loại nhỏ Q < 500kg

• Thang máy loại trung bình Q = 500kg ÷ 1000kg

• Thang máy loại lớn Q = 1000kg ÷ 1600kg

• Thang máy loại rất lớn Q > 1600kg

1.3.3.2 Phân loại theo tốc ñộ di chuyển của cabin

• Thang máy tốc ñộ thấp v < 1 m/s

• Thang máy tốc ñộ trung bình v = 1 m/s ÷ 2,5 m/s

• Thang máy tốc ñộ cao v=2,5 m/s ÷ 4 m/s

• Thang máy tốc ñộ rất cao v > 4 m/s

1.3.4 Phân loại theo hệ thống vận hành

1.3.4.1 Theo mức ñộ tự ñộng

• Loại bán tự ñộng

• Loại tự ñộng

1.3.4.2 Theo tổ hợp ñiều khiển

• ðiều khiển ñơn

• ðiều khiển kép

• ðiều khiển theo nhóm

1.3.4.3 Theo vị trí ñiều khiển

• ðiều khiển trong cabin

• ðiều khiển ngoài cabin

• ðiều khiển cả trong và ngoài cabin

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

2.1 Trang thiết bị cơ khí của thang máy

2.1.1 Tổng thể cơ khí thang máy

- Các thiết bị chính của thang máy gồm có: cabin, tời nâng, cáp treo buồng thang, ñối trọng, ñộng cơ truyền ñộng, phanh hãm ñiện từ, và các thiết bị ñiều khiển khác

- Tất cả các thiết bị của thang máy ñược ñặt trong giếng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất ñến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy (trên sàn tầng cao nhất) và hố thang (dưới mức sàn tầng 1) Bố trí các thiết

bị của thang máy ñược biểu diễn trên hình 2.1

- Các thiết bị thang gồm có: 1 ðộng cơ ñiện; 2 Puly; 3 Cáp treo; 4 Bộ hạn chế tốc ñộ; 5 cabin; 6 Thanh dẫn hướng ; 7 Hệ thống ñối trọng; 8 Trụ cố ñịnh;

9 Puly dẫn hướng; 10 Cáp liên ñộng; 11 Cáp cấp ñiện; 12 ðộng cơ ñóng mở cửa buồng thang

2.1.2 Thiết bị lắp ñặt trong buồng máy

- Cơ cấu nâng: Trong buồng máy lắp ñặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang (cơ cấu nâng) 1 (trong hình 2.1) tạo ra lực kéo chuyển ñộng cabin và ñối trọng + Cơ cấu nâng gồm các bộ phận sau: Bộ phận kéo cáp (puly hoặc tang quấn cáp), hộp giảm tốc, phanh hãm ñiện từ hoặc ñộng cơ truyền ñộng Tất cả các bộ phân trên ñều ñược lắp ñặt trên một tấm ñế bằng thép Trong thang máy thường dùng hai cơ cấu nâng (hình 2.2)

• Cơ cấu nâng có hộp tốc ñộ

• Cơ cấu nâng không có hộp tốc ñộ: thường dùng trong các thang máy có tốc ñộ cao

- Tủ ñiện: Trong tủ ñiện lắp ráp cầu dao tổng, các cầu chì, công tắc tơ và các loại rơle trung gian

- Puly dẫn hướng 2 (hình 2.1)

- Bộ phận hạn chế tốc ñộ 4 (hình 2.1)

Hình 2.1: Thiết bị cơ khí lắp trong thang 2.1.3.Thiết bị lắp ñặt trong giếng thang máy (Hình 2.1)

- Cabin: Trong quá trình làm việc cabin (5) di chuyển trong giếng thang

máy dọc theo các thanh dẫn hướng (6)

- Trên nóc cabin có lắp ñặt phanh bảo hiểm ðộng cơ truyền ñộng ñóng mở cửa cabin (12) Trong cabin lắp ñặt hệ thống nút bấm ñiều khiển, hệ thống ñèn báo, ñèn chiếu sáng cabin, ñiện thoại liên lạc bên ngoài hoặc chuông báo ñộng trong trường hợp thang máy mất ñiện Cung cấp ñiện cho cabin bằng dây cáp mềm (11)

Hình 2.2: Cơ cấu nâng thang

- Hệ thống cáp treo (3) là hệ thống cáp treo hai nhánh một ñầu nối với cabin

một ñầu nối với ñối trọng (7) cùng với puly dẫn hướng

- Trong giếng thang máy còn lắp ñặt hệ thống cảm biến vị trí nhằm chuyển

ñổi tốc ñộ ñộng cơ, dừng cabin ở mỗi tầng

2.1.4 Thiết bị lắp ñặt trong hố giếng thang máy

Trong hố giếng thang máy lắp ñặt hệ thống giảm xóc 8 (hình 2.1) là hệ thống giảm xóc dùng lò xo và giảm xóc thủy lực tránh sự va ñập của cabin và ñối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình di chuyển xuống bị sự cố

2.1.5 Các thiết bị cố ñịnh trong giếng thang

2.1.5.1 Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng ñược lắp ñặt trong giếng thang ñể dẫn hướng cho cabin và ñối trọng ñể luôn nằm vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theo phương nằm ngang trong quá trình chuyển ñộng Ngoài ra ray dẫn hướng còn phải ñủ cứng ñể trọng lượng của cabin và tải trọng trong cabin tựa lên

2.1.5.2 Giảm chấn

Giảm chấn ñược lắp ñặt dưới ñáy hố thang ñể dừng và ñỡ cabin ñối trọng trong trường hợp cabin hoặc ñối trọng chuyển ñộng xuống dưới vọt quá vị trí ñặt công tắc hành trình cuối cùng Giảm chấn phải có ñộ cao ñủ lớn ñể khi cabin hoặc ñối trọng tì lên nó thì có ñủ khoảng trống cần thiết phù hợp cho người có trách nhiệm kiểm tra, ñiều chỉnh, sửa chữa

Hình 2.3: Giảm chấn dùng lò xo

2.1.6 Cabin và các thiết bị liên quan

Cabin là bộ phận mang tải của thang máy Cabin phải có kết cấu sao cho có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ Theo cấu tạo, cabin gồm hai phần: kết cấu chịu lực (khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin Trên khung cabin có lắp các ngàm dẫn hướng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay ñòn

và bộ bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu ñóng, mở cửa, … Ngoài ra, cabin thang máy chở người còn phải ñảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt ñộ và ánh sáng

2.1.6.1 Khung cabin

Khung cabin là phần xương sống của cabin thang máy, ñược cấu tạo từ các thanh thép chịu lực lớn Khung cabin phải ñảm bảo thiết kế sao cho chịu ñủ tải ñịnh mức

2.1.6.2 Ngàm dẫn hướng

Ngàm dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho cabin và ñối trọng dọc theo ray dẫn hướng và khống chế dịch chuyển ngang của cabin và ñối trọng trong giếng thang không vượt quá giá trị cho phép Có hai loại ngàm dẫn hướng: trượt

và con lăn

2.1.6.3 Hệ thống treo cabin

Do ñối trọng và cabin ñược treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt cho nên phải

có hệ thống treo ñể ñảm bảo cho các sợi cáp nâng riêng biệt có ñộ căng như nhau Trong trường hợp ngược lại, sợi cáp chịu lực căng lớn nhất sẽ bị quá tải còn sợi cáp chùng sẽ bị trượt trên rãnh puly ma sát nên rất nguy hiểm Ngoài ra,

do có sợi chùng sợi căng nên các rãnh cáp trên puly ma sát sẽ bị mòn không ñều

Vì vậy mà hệ thống treo cabin phải ñược trang bị thêm tiếp ñiểm ñiện của mạch

an toàn ñể ngắt ñiện dừng thang khi một trong các sợi cáp bị chùng quá mức cho phép ñể phòng ngừa tai nạn Khi ñó thang máy chỉ có thể hoạt ñộng ñược khi ñã ñiều chỉnh ñộ căng của các cáp như nhau Hệ thống treo cabin ñược lắp ñặt với dầm trên khung ñứng trong hệ thống chịu lực của cabin

2.1.6.4 Buồng cabin

Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời ñược gồm sàn, trần và vách cabin Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của cabin Buồng cabin phải ñược ñảm bảo với các yêu cầu cần thiết về mặt kĩ thuật cũng như mặt mỹ thuật

2.1.6.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin và cửa tầng là những bộ phận có vai trò rất quan trọng trong việc ñảm bảo an toàn và có ảnh hưởng ñến chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa cabin và cửa tầng ñược thiết kế sao cho khi dừng tầng nào thì chỉ dùng ñộng cơ mở cửa buồng thang ñồng thời hệ thống cơ khí gắn cửa buồng thang liên kết với cửa tầng làm cho cửa tầng cũng mở theo Tương tự khi ñóng lại thì hệ thống liên kết sẽ không tác ñộng vào cửa tầng nữa mà buồng thang lại di chuyển

ñi lên các tầng khác

2.1.7 Hệ thống cân bằng trong thang máy

- ðối trọng, cáp nâng, cáp ñiện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận

của hệ thống cân bằng trong thang máy ñể cân bằng với trọng lượng của cabin và tải trọng nâng Việc chọn sơ ñồ ñộng học và trọng lượng các bộ phận của hệ thống cân bằng có ảnh hưởng lớn ñến mô men tải trọng và công suất ñộng cơ của

cơ cấu dẫn ñộng, ñến lực căng lớn nhất của cáp nâng và khả năng kéo của puly

ma sát

2.1.7.1 ðối trọng

ðối trọng là bộ phận ñóng vài trò chính trong hệ thống cân bằng của thang máy ðối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, người ta chọn ñối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng Khi thang máy có chiều cao nâng lớn, trọng lượng của cáp nâng và cáp ñiện là ñáng kể nên người ta dùng cáp hoặc xích cân bằng ñể bù trừ lại phần tải trọng của cáp ñiện và cáp nâng chuyển từ nhánh treo cabin sang nhánh treo ñối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt ñộng

2.1.7.2 Xích và cáp cân bằng

Xích cân bằng thường ñược dùng cho thang máy có tốc ñộ dưới 1,4 m/s ðối với thang máy có tốc ñộ cao, người ta thường dùng cáp cân bằng và có thiết bị kéo căng cáp cân bằng ñể không bị xoắn Tại thiết bị kéo căng cáp cân bằng phải

có tiếp ñiểm ñiện an toàn ñể ngắt mạch ñiều khiển của thang máy khi cáp cân bằng

bị ñứt hoặc bị giãn quá lớn và khi có sự cố với thiết bị kéo căng cáp cân bằng

2.1.7.3 Cáp nâng

- Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 ÷ 1800N/mm2

- Trong thang máy thường dùng từ 3 ñến 8 sợi cáp bện Cáp nâng thường

ñược chọn theo ñiều kiện sau:

• Sd: tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo quy ñịnh và ñược cho trong bảng cáp tiêu chuẩn tùy thuộc vào loại cáp, ñường kính cáp

và giới hạn bền của vật liệu sợi thép bện cáp

2.1.7.4 Bộ kéo tời

Tùy theo sơ ñồ dẫn ñộng mà bộ tời kéo ñược ñặt ở trong phòng máy dẫn ñộng nằm ở phía trên, phía dưới hoặc nằm ở cạnh giếng thang Bộ tời kéo dẫn ñộng ñiện gồm có hộp giảm tốc hoặc không có hộp giảm tốc ðối với thang máy

có tốc ñộ lớn người ta dùng bộ tời kéo không có hộp giảm tốc

2.1.8 Thiết bị an toàn cơ khí

Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò ñảm bảo an toàn cho thang máy và hành khách trong trường hợp xảy ra sự cố như: ñứt cáp, cabin chạy với tốc ñộ quá giá trị cho phép Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm có: phanh hãm ñiện từ và phanh bảo hiểm

+ Cảm biến vị trí kiểu ñiện cảm

+ Cảm biến vị trí kiểu quang ñiện

2.2 Yêu cầu trong hệ thống thang máy

2.2.1 Yêu cầu chung của thang máy

ðể thang máy hoạt ñộng ổn ñịnh, phục vụ tốt cho người sử dụng, nó phải ñáp ứng các yêu cầu sau:

+ Thang máy hoạt ñộng bình thường: khi thang máy hoạt ñộng bình thường cửa thang máy phải ñóng kín khi cabin ñang chuyển ñộng hoặc chưa dừng hẳn Sau khi cửa mở ñể cho hành khách ra vào tầng yêu cầu thì cửa cabin chỉ ñóng lại Nếu chưa quá tải và không còn hành khách hoặc hàng hóa nào di chuyển qua cửa cabin + Thang máy có sự cố: khi cúp ñiện cabin cần ñược ñưa về tầng gần nhất và

mở cửa bằng nguồn phụ Khi cabin chạy quá hành trình cho phép do bộ ñiều khiển hoạt ñộng không bình thường hoặc vì lí do nào ñó, phải có biện pháp xử lý

ñể nó không tiếp tục chuyển ñộng phá vỡ kết cấu gây tai nạn Cửa cabin và cửa tầng phải có kết cấu thích hợp, cho phép mở ra trong trường hợp có sự cố và thang máy ñang ở vị trí tầng nào ñó Cabin cần có cửa thoát hiểm ñể sử dụng trong các trường hợp xấu nhất

- Các tín hiệu an toàn của hệ thống thang

+ Tín hiệu giới hạn trên: Bảo vệ khi cabin vượt lố tầng trên cùng

+ Tín hiệu giới hạn dưới: Bảo vệ khi cabin vượt lố tầng dưới cùng

2.2.1.2 ðộ tin cậy

ðộ tin cậy thang máy thể hiện ở:

+ Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao, ít bị hư hỏng

+ Xử lý nhanh chóng, chính xác các yêu cầu sử dụng cho người sử dụng ñặt ra + Sự phối hợp hoạt ñộng của các thiết bị, các thành phần trong thang máy ñược ñiều khiển ñồng bộ và thống nhất

2.2.1.3 ðộ chính xác dừng cabin ở mỗi tầng

- Một yêu cầu của thang máy là cabin phải dừng chính xác ở sàn tầng cần dừng, … Nếu buồng thang không dừng chính xác, sẽ gây ra khó khăn trong việc bóc dỡ hàng hóa (ñối với thang máy chở hàng) và hành khách ra vào khó khăn, tăng thời gian ra vào của hành khách, làm giảm năng suất của thang máy (ñối với thang máy chở người)

- ðể dừng chính xác cabin, cần tính một nửa hiệu số của hai quảng ñường trượt khi phanh cabin ñầy tải và phanh cabin không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng ñến dừng tầng chính xác cabin bao gồm: mô men

của cơ cấu phanh, mô men quán tắnh của cabin, tốc ựộ khi bắt ựầu hãm và các yếu tố phụ khác

2.2.1.4 đáp ứng nhanh yêu cầu của hành khách

- Hành khách sẽ trở nên thiếu kiên nhẫn sau một thời gian chờ ựợi thang máy Vì vậy thang máy phải thiết kế sao cho thời gian chờ trong giới hạn cho phép

- Thang máy phải ựáp ứng các nhu cầu của hành khách, ở nhiều tầng khác nhau theo thứ tự ưu tiên sao cho phù hợp và tối ưu nhất

- Thang máy phải phục vụ tốt lượng hành khách lớn trong giờ cao ựiểm

2.2.1.5 Hạn chế tiếng ồn

Tiếng ồn của thang máy gây ra bởi:

+ Chuyển ựộng của cabin

+ Kết cấu cơ khắ (truyền ựộng, ma sát)

2.2.1.6 Tiện nghi

đối với thang máy hiện ựại, các trang thiết bị giúp hành khách thoải mái như: chiếu sang, quạt gió, máy lạnh và diện tắch sử dụng trong mỗi cabin củng là yêu cầu rất cần thiết

2.2.2.Yêu cầu ựối với hệ thống ựiều khiển thang máy

- Giám ựịnh thường xuyên liên tục, ựiều hành các thiết bị hoạt ựộng theo

ựúng nguyên tắc làm việc ựịnh trước cho thang máy

- Nhận biết, xử lý mọi tình huống xảy ra khi thang máy ựang làm việc

- Tốc ựộ xử lý nhanh, giảm thời gian chờ của khách

- Các thiết bị trong hệ thống ựiều khiển khi làm việc ắt tiếng ồn

- Bộ ựiều khiển làm việc tin cậy, ắt hư hỏng, xử lý sai

- Việc lắp ựặt, kiểm tra và bảo trì ựược dễ dàng, nhanh chóng

2.3 Hệ truyền ựộng trong thang máy

2.3.1 Ảnh hưởng của tốc ựộ, gia tốc và ựộ giật ựối với hệ truyền ựộng thang máy

- Một trong những yêu cầu cơ bản ựối với hệ truyền ựộng thang máy là phải

ựảm bảo sao cho cabin chuyển ựộng êm Cabin chuyển ựộng êm phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy, khi hãm máy, tốc ựộ tăng tốc của gia tốc khi mở máy và tốc

ựộ giảm của gia tốc khi hãm máy (ựó chắnh là ựộ giật ρ của cabin ρ =d2v/dt)

- để con người không cảm thấy khó chịu Tốc ựộ v của cabin phải nhỏ hơn

5 m/s, gia tốc a của cabin phải nhỏ hơn 1,5 m/s2 và ựộ giật ρ của cabin phải nhỏ hơn 10 m/s3 Ngoài ra, khi làm việc thang máy phải có ựộ ồn và ựộ rung không vượt quá trị số tiêu chuẩn

- Bảng ñưa ra các thông số gia tốc tối ưu ñảm bảo năng suất cao, không gây

ra cảm giác khó chịu cho hành khách

Hệ truyền ñộng Tham số

0.75

1 0.5

1 1.5 0.8

1.5 1.5

Hình 2.3: Biểu ñồ vận tốc v, gia tốc a và ñộ giật ρ

2.3.1 Phân loại các hệ truyền ñộng trong thang máy

- Việc lựa chọn một hệ truyền ñộng, chọn ñộng cơ phải dựa trên các yêu cầu sau: + ðộ chính xác khi dừng tầng

Hãm dừng

cậy, nhưng khó ñiều chỉnh tốc ñộ Thường loại này dùng cho thang máy có tốc

ñộ thấp (v<0.5m/s) và tải trọng Q < 320Kg

- Hệ truyền ñộng xoay chiều dùng ñộng cơ không ñồng bộ rotor lồng sóc hai cấp tốc ñộ Tốc ñộ lớn ñược dùng khi thang máy chạy từ tầng này ñến tầng khác, còn tốc ñộ bé ñược dùng khi cabin gần ñến tầng cần dừng Hệ ñộng cơ này ñảm bảo dừng chính xác cao và hạn chế gia tốc dừng ðảm bảo năng suất cao Hệ này dùng cho thang máy có tốc ñộ trung bình và tải trọng Q = 320÷3200KG

- Hệ truyền ñộng xoay chiều dùng ñộng cơ không ñồng bộ rotor dây quấn Loại ñộng cơ này có cấu tạo phức tạp hơn và giá thành cao hơn ñộng cơ rotor lồng sóc, nhưng dễ ñiều chỉnh tốc ñộ hơn và có thể hạn chế dòng ñiện mở máy

Hệ truyền ñộng này dùng cho thang máy tốc ñộ nhanh và tải trọng lớn

- Hệ truyền ñộng dùng ñộng cơ một chiều ðộng cơ này có cấu tạo phức tạp hơn và giá thành cao hơn ñộng cơ không ñồng bộ, nhưng có thể ñiều chỉnh tốc ñộ một cách dễ dàng

2.4 Nguyên tắc hoạt ñộng của thang máy

2.4.1 Hệ thống giao tiếp giữa hành khách và thang máy

- Tại mỗi tầng có bố trí các nút nhấn gọi thang: nút nhấn gọi thang lên, nút nhấn gọi thang xuống Mỗi nút nhấn ñều có ñèn tín hiệu phản hồi

- Phía trên mỗi cửa tầng ñều có ñèn led 7 ñoạn Ngoài ra, ở cạnh mỗi cửa tầng ñều có mũi tên chỉ hướng cabin ñang di chuyển

- Trong cabin ñược bố trí các nút nhấn có ghi số ñể ra lệnh yêu cầu tầng ñến, mỗi nút nhấn ñều có ñèn phản hồi việc chọn tầng Một nút nhấn dừng khẩn cấp trong trường hợp cần thiết, một nút báo ñộng, một nút báo quá tải, ñèn chỉ hướng và hệ thống led 7 ñoạn báo hiệu vị trí hiện tại của cabin

- Ngoài ra, trong cabin còn bố trí nút nhấn mở cửa nhanh và nút nhấn ñóng cửa nhanh khi cần thiết

2.4.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của thang máy

Nhằm phục vụ và ñáp ứng các yêu cầu sử dụng thang, tính an toàn cao khi

sử dụng cũng như khi sửa chữa Hệ thống ñiều khiển thang ñược chia thành hai chế ñộ: tự ñộng và bằng tay

2.4.2.1 Chế ñộ tự ñộng

Nhằm phục vụ các yêu cầu sao cho tối ưu nhất về mặt năng lượng (năng suất sử dụng thang máy) ñồng thời giảm thời gian ñợi thang cho hành khách, thang máy phải hoạt ñộng theo giải thuật ưu tiên hành trình

+ Khi thang ñang lên hoặc xuống, thang chỉ dừng lại tại tầng có yêu cầu lên hoặc xuống gần nhất mà chưa phục vụ

+ Khi cabin ñã phục vụ xong các yêu cầu lên hoặc xuống, nếu có yêu cầu xuống hoặc lên thì cabin sẽ quay xuống hoặc lên ñể phục vụ

+ Khi thang máy ñang ở chế ñộ chờ phục vụ, nếu có nhiều tín hiệu gọi thang, cabin sẽ ñến tầng có yêu cầu ñầu tiên ñể phục vụ Trong quá trình này thang máy hoạt ñộng theo nguyên tắc ưu tiên hành trình như trình bày ở trên

2.4.2.2 Chế ñộ bằng tay

- Trong chế ñộ này hành khách không thể gọi thang một cách từ các tầng ñược

- Chế ñộ này chỉ dành riêng cho các nhân viên thang máy sử dụng nhằm mục ñích ñảm bảo an toàn cho nhân viên trong thành viên kiểm tra, bảo trì và sửa chữa khi thang máy gặp sự cố

2.4.3.Tính năng hoạt ñộng của thang máy

- Thang máy ñáp ứng tất cả các lệnh của người sử dụng bằng chế ñộ hoạt ñộng trên thông qua các bảng ñiều khiển, bảng báo hiệu ñã ñặt trước mỗi tầng và trong buồng thang

- Khi có yêu cầu sử dụng của hành khách, dù cabin ñang ở vị trí nào ñi nữa thì chúng cũng phải thực hiện theo các thao tác sau:

+ Khi nhấn nút gọi tầng

+ Khi nhấn nút chọn tầng trong cabin

2.4.3.1 Khi nhấn nút gọi tầng

- Cabin sẽ ñến tầng có tín hiệu gọi

- Cửa cabin sẽ tự ñộng ñóng mở cửa ra ñể ñón khách

- Sau khi hành khách ñã vào trong cabin, cửa cabin sẽ ñóng lại và chờ lệnh gọi tầng

2.4.3.2 Khi nhấn nút chọn tầng trong cabin

- Thang máy chạy ñến tầng cần dừng Trong quá trình ñó, tín hiệu ñèn báo

sẽ sáng báo hiệu báo cho hành khách biết tầng thang máy ñã ñi qua trong suốt hành trình

- Tại tầng ñến, cửa tự ñộng mở Sau khi hành khách ñã ra khỏi cabin thì cửa

tự ñộng ñóng lại và chờ lệnh gọi khác (nếu thang ñã phục vụ tất cả các lệnh của khách yêu cầu)

2.4.4 Phân tích sự cố và an toàn trong thang máy

- Khi thang máy ñang chạy xuống ñến tầng dưới cùng hoặc ñang chạy lên tầng trên cùng mà bộ phận ngừng tầng làm việc không chính xác, cabin sẽ chạy

lố rất nguy hiểm Vì vậy tại các tầng này ta ñặt các công tắc hành trình gọi là giới hạn trên và giới hạn dưới Khi chạm công tắc này thang máy tự ñộng dừng lại

- Khi cabin chạy với quá tốc ñộ cho phép: Khi thang máy ñang hoạt ñộng vì một sự cố nào ñó (ñứt cáp, ) mà thang máy chạy quá tốc ñộ (khoảng 110% so với tốc ñộ ấn ñịnh) lúc ñó cảm biến tốc ñộ sẽ tác ñộng cắt toàn bộ mạch ñiều khiển ñồng thời tác ñộng vào hệ thống phanh làm thang máy dừng khẩn cấp

2.4.5 An toàn về cửa

- Khi cửa ñã mở xong công tắc hành trình giới hạn mở cửa sẽ tác ñộng làm dừng ñộng cơ Và khi cửa ñóng xong thì công tắc hành trình giới hạn ñóng cửa sẽ tác ñộng làm ngừng ñộng cơ

- Khi thang ñang chạy thì cửa cabin và cửa tầng không thể mở ra ñược

2.4.6 Cabin bị quá tải

Trong khi cabin mở ñể ñón khách, nếu khách vào cùng lượt quá ñông gây quá tải Lúc này cảm biến quá tải sẽ phát hiện, tác ñộng vào hệ thống ñiều khiển cửa làm cho cửa cabin không ñóng lại ñược, ñồng thời phát tín hiệu quá tải cho hành khách tự ñiều chỉnh

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Các phương pháp truyền ñộng của thang máy

3.1.1 Truyền ñộng kiểu kéo không có hộp số

3.1.1.1 Mô tả

- Thiết bị nâng chuyển kiểu kéo không có hộp số bao gồm một ñộng cơ DC tốc ñộ thấp (từ 50 ÷ 200 vòng/phút) có 4÷8 puly có ñường kính (khoảng 750÷1000 mm) Một phanh lò xo có cách ly về ñiện ñược bố trí dùng cho puly

- ðộng cơ DC có tốc ñộ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và ñắt tiền nhưng cần thiết ñể duy trì mô men yêu cầu và truyền ñộng trực tiếp cho puly có bán kính lớn ñể ñảm bảo tốc ñộ dừng cũng như tăng tốc ñộ của thang

- Các puly càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo Thường người ta chọn puly có bán kính gấp 40 lần bán kính dây kéo

- Các máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn khoảng 4m/s Thường dùng nguyên tắc quấn dây ñôi ñể tránh trượt dây và giảm tối ña tốc ñộ mòn dây Các dây từ buồng thang ñược quấn puly truyền ñộng qua puly thứ hai (gọi là puly thứ cấp) rồi qua puly truyền ñộng một lần nữa, cuối cùng ñến ñối trọng

- Lớp ñệm rãnh làm bằng pulyuerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa rãnh của puly và dây kéo ñể kéo dài tuổi thọ của dây Kĩ thuật này phát triển dựa trên nguyên tắc quấn dây hai lần có thể bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết hợp với miếng ñệm rãnh

- Dây cáp: thường dùng dây cáp có khả năng chịu lực cao

3.1.1.2 Hoạt ñộng

Máy phát có thể khởi ñộng khi ñầy tải, có khả năng tăng tốc ñến tốc ñộ cực ñại trong khoảng cách chuyển ñộng từ tầng này ñến tầng khác Có khả năng chuyển ñộng chậm dần ñến mức có thể dừng trong khoảng từ 4,5 giây ñến 5 giây Yêu cầu ñó ñòi hỏi phải thực hiện dưới một ñiều khiển tải khi nâng củng như khi

hạ Hệ thống nâng chuyển phải bố trí sao cho khi tăng tốc hoặc giảm tốc không gây cảm giác khó chịu cho hành khách trong buồng thang

3.1.2 Truyền ñộng kiểu kéo có hộp số

3.1.2.1 Mô tả

- Máy nâng của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào ñộng cơ có tốc ñộ cao truyền ñộng ñến puly Kết quả là tốc ñộ của puly giảm xuống còn mô men tăng lên cần thiết cho sự làm việc của thang máy Hãm bằng

lò xo ñể dừng thang và giữ thang ở các tầng

- Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường dùng trong các thang máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 10 ñến 1400 kg hoặc lớn hơn với tốc ñộ từ 0,125 ñến 2,3 m/s

- Máy kéo có hộp số ñược truyền ñộng bằng ñộng cơ AC (một tốc ñộ hoặc hai tốc ñộ) hoặc sử dụng ñộng cơ DC dùng phương pháp ñiều khiển “ward-leonard” hoặc bằng mạch ñiện tử ðộng cơ AC thường dùng cho tốc ñộ từ 0,125 ñến 0,75 m/s và với mạch ñiện tử tốc ñộ có thể lên tới 1,75 m/s

- ðối với ñộng cơ một tốc ñộ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm phanh ðộng cơ hai tốc ñộ hoạt ñộng với bộ dây quấn kép Dây quấn tốc ñộ nhanh dùng ñể vận hành, dây quấn tốc ñộ chậm dùng ñể hãm phanh và dừng tầng ñúng mức

3.1.2.2 Phần cơ

ðây là bộ phận chính cung cấp lực kéo cho thang máy Nó bao gồm các bộ phận chính sau:

+ Motor kéo

+ Thiết bị biến ñổi tốc ñộ

+ Bánh kéo hay puly kéo cáp

3.1.2.3 Lực kéo và công suất

a lực kéo

- Buồng thang ñược nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp treo qua ròng rọc truyền ñộng, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi áp lực gây nên do trọng lượng của cabin và ñối trọng

- Thang máy kéo bằng lực có ñặc ñiểm an toàn khi không có cabin hoặc ñối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển thang máy do lực ma sát bị giải phóng

3.2 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Contronller)

32.1 Sơ lược các hệ thống ñiều khiển

3.2.1.1 Hệ thống ñiều khiển bằng relay

- Relay chiếm một phần quan trọng trong các hệ thống ñiều khiển, nhất là trong các mạch ñộng lực ðược phát triển vào thế kỷ 19, khi ñó relay chỉ dùng ñể ñiều khiển những hệ thống tương ñối Và ñến nay, relay nhanh chóng ñược kết hợp với những linh kiện ñiện tử ñể ñiều khiển những hệ thống phức tạp, tăng năng suất, tiết kiệm thời gian và chi phí

- Hệ thống ñiều khiển bằng relay (chỉ ñơn thuần dùng relay) là một hệ thống ñược cấu thành từ vài chục ñến vài trăm relay nối với nhau bằng dây dẫn Toàn

bộ các chức năng ñiều khiển ñược xác ñịnh thông qua cách ghép nối các relay nhờ vào các tiếp ñiểm ðể có ñược những chức năng ñiều khiển khác nhau thì phải thay ñổi sơ ñồ ñấu dây cũng như cấu trúc của hệ thống ñiều khiển Tùy thuộc vào cách ghép nối các tiếp ñiểm của relay với nhau hay giữa relay với ñối tượng ñiều khiển, ta sẽ tạo ra chức năng logic như mong muốn Chẳng hạn như khi ta mắc nối tiếp các tiếp ñiểm của relay với nhau ta ñược cổng AND, khi ta mắc song song các tiếp ñiểm của relay với nhau ta ñược cổng OR

- Hạn chế của hệ thống ñiều khiển bằng relay:

+ Do sử dụng một lượng lớn relay ñể ghép nối với nhau dẫn ñến bảng ñiều

3.2.1.2 Hệ thống ñiều khiển ñiện tử

- Hệ thống ñiều khiển ñiện tử là sự kết hợp các linh kiện ñiện tử với chức

năng khác nhau Nó khắc phục ñược ña số những hạn chế của hệ thống ñiều khiển bằng relay

- Việc kết hợp các linh kiện ñiện tử sẽ tạo ra các khối chức năng với vai trò ñiều khiển khác nhau Chẳng hạn, transitor chuyển trạng thái logic 0 và 1 ứng với trường hợp dẫn và ngắt, mạch tích hợp IC dùng ñể ñiều khiển các tín hiệu dạng analog truyền thông tin dưới dạng biên ñộ và dạng sóng, IC số xử lý thông tin

dưới dạng các cổng logic, ñặc biệt OP-AMP khuếch ñại thuật toán có thể thực hiện các toán tử toán học như: cộng, trừ, nhân, chia, tích phân, vi phân, …

- ðối với những hệ thống ñiều khiển lớn và phức tạp, việc ghép nối các linh kiện ñiện tử sẽ có rất nhiều khối ñiều khiển khác nhau gây khó khăn cho việc quản lý và kiểm tra từng khối Chính vì vậy cần, có bộ xử lý trung tâm kiểm tra

và ñiều khiển các khối này với nhau

- Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ sản xuất chip, hàng loạt các nhà sản xuất chip lớn trên thế giới ñưa ra loại chip với chức năng như một bộ xử lý trung tâm ñó là các họ vi ñiều khiển AVR Như vậy, chi phí giảm xuống ñồng thời ñộ tin cậy cao

- Từ ñó, các hệ thống ñiều khiển hiện ñại ra ñời thay thế dần dần các hệ thống ñiều khiển trước ñây, ñặc biệt là hệ thống ñiều khiển bằng PLC (S7-200, S7-300, S7-400, …) của các hãng khác nhau như: SIEMENS, OMRON, MISIBISHI

Hình 3.1: Bộ PLC Siemens S7-200

Hình 3.2: Bộ PLC Siemens S7-300

Hình 3.3: Bộ PLC Siemens S7-400

- Hệ thống điều khiển bằng PLC cĩ thể điều khiển những ứng dụng phức tạp khác nhau với tốc độ xử lý ngày càng cao như: điều khiển vị trí, tốc độ động

cơ, … và PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Cơng nghiệp, ơ tơ, y

tế, … Bởi những ưu điểm sau đây:

• Khơng cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng relay

• Cĩ độ mềm dẻo sử dụng rất cao, chỉ thay đổi chương trình điều khiển bằng phần mềm

• Kết cấu nhỏ gọn, nhiều chức năng điều khiển, tốc độ xử lý cao

• Chức năng chuẩn đốn lỗi được thực hiện nhanh chĩng

• Giá thành tương đối, cơng suất tiêu thụ nhỏ

• Khơng cần quan tâm đến vấn đề lắp đặt, cĩ thể mở rộng số lượng đầu vào/ra bằng cách ghép các module mở rộng

- Chính nhờ những ưu thế đĩ, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các

hệ thống điều khiển tự động, nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng, sự đồng nhất sản phẩm, an tồn và giảm chi phí

- Một vài ứng dụng của PLC dùng ñiều khiển thiết bị:

Hình 3.4: ðiều khiển ñộng cơ bằng PLC

Hình 3.5: Mô hình bồn trộn hóa chất ñiều khiển bằng PLC

3.2.2 Tìm hiểu chung về PLC

3.2.2.1 ðặc ñiểm của hệ thống lập trình PLC

- Nhu cầu về một bộ ñiều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp

ñã thúc ñẩy sự phát triển những hệ thống ñiều khiển lập trình Chính vì thế bộ ñiều khiển lập trình PLC ra ñời thay thế phương pháp ñiều khiển truyền thống và

nó tạo ra một khả năng ñiều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản

- PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị ñiều khiển logic khả trình,

là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán ñiều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán ñó bằng mạch số

Hình 3.7: Mô hình hệ thống ñiều khiển dùng PLC

3.2.2.2 Cấu trúc phần cứng của bộ ñiều khiển PLC

PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: Bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và khối vào/ra

Hình 3.8: Cấu trúc phần cứng bộ ñiều khiển PLC

a Bộ phận xử lý trung tâm CPU (Central Processing Units)

- Bộ xử lý trung tâm ñiều khiển và quản lý tất cả hoạt ñộng của PLC Bộ xử

lý trung tâm là một loại vi ñiều khiển như: vi ñiều khiển họ 8051 có 8 bits, ngày nay lên ñến 16 bits hoặc 32 bits như vi ñiều khiển AVR (ATmega 16, ATmega

32, …)

- Có nhiều loại CPU khác nhau chẳng hạn như: trong họ PLC S7-200 có CPU221, CPU222, CPU224…; trong họ PLC S7-300 có CPU312, CPU314, CPU315, …

- Ngoài ra còn có các loại CPU với hai cổng truyền thông, trong ñó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (Process Field Bus) Các loại CPU này ñược phân biệt với các CPU khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví dụ như CPU314C-2DP

- Các thông tin ñược lưu trữ trong bộ nhớ chương trình dưới sự ñiều khiển

và quản lý của bộ xử lý trung tâm Các thông tin này sẽ ñược gọi lên một cách

tuần tự, từ những tín hiệu riêng lẻ của ngõ vào ñược bộ xử lý trung tâm liên kết lại với nhau cho ra một tín hiệu tổng hợp ñiều khiển tại ngõ ra

- Thời gian cần thiết ñể PLC thực hiện ñược một vòng quét gọi là thời gian vòng quét Thời gian vòng quét không cố ñịnh, tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình và khối lượng dữ liệu ñược truyền mà thời gian quét nhanh hoặc chậm Như vậy thời gian vòng quét quyết ñịnh tính thời gian thực của chương trình ñiều khiển trong PLC

b Bộ nhớ

- Bộ nhớ của PLC ñược thành các vùng với những chức năng khác nhau Một số vùng nhớ trong bộ nhớ của PLC dùng ñể lưu trữ trang thái ngõ vào và ngõ ra Trạng thái ngõ vào/ra ñược lưu trữ dưới dạng bit nhớ, thường là ‘1’ hoặc

‘0’ Những vùng khác của bộ nhớ ñược dùng cho việc lưu trữ các nội dung cần thiết cho việc lập trình

- Bộ nhớ của PLC cấu tạo như sau:

Hình 3.10: Cấu trúc bộ nhớ của PLC

+ Tụ ñiện ñặc biệt: Có khả năng tích trữ năng lượng trong một thời gian dài, giúp lưu trữ dữ liệu trong RAM không bị mất ñi trong một thời gian khi không có ñiện

+ RAM: (Random Access Memory): Ram ñược sử dụng như một vùng nhớ tạm thời, các dữ liệu lưu trên Ram sẽ bị mất ñi khi không có ñiện Do ñó, thường

có một nguồn dự trữ ñề phòng trường hợp Ram bị mất ñiện trong một thời gian dài

+ EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Thời gian truy cập dữ liệu nhanh, thời gian ghi dữ liệu vào một ô nhớ lâu Dữ liệu có thể ñược xóa toàn bộ bằng tia cực tím Nhưng ñối với loại EPROM thông dụng có thể xóa

dữ liệu bằng ñiện

+ EEPROM (Electrically EPROM): Thời gian lập trình cho một ô nhớ nhanh, xóa dữ liệu bằng ñiện

c Nguồn ñiện cung cấp

- Các bộ ñiều khiển PLC sử dụng nguồn 24 VDC hoặc 220 VAC

- Trong bộ ñiều khiển PLC, mỗi module khác nhau thì nguồn ñiện nuôi

cũng khác nhau Chính vì vậy, người sử dụng phải nắm rõ ñiều này ñể cấp ñiện cho các thiết bị tạo ngõ vào/ra bằng nguồn riêng ñể ñảm bảo không gây hư hỏng

gì cho bộ ñiều khiển PLC

- ðối với một số bộ ñiều khiển PLC, nguồn cấp cho các thiết bị ngõ vào ñược lấy từ nguồn ñược tích hợp ở trong

Chương trình tham số

Hình 3.11: Nguồn ñiện cung cấp

d Module ngõ vào

- Module ngõ vào là khối ghép dùng ñể chuyển ñổi tín hiệu ñầu vào thành tín hiệu số (Digital) bên trong PLC Kết quả của việc xử lý ñược lưu trong vùng nhớ của ngõ vào

- Các ñầu vào ñược cách ly hoàn toàn với các mạch trong PLC Do ñó mọi

hư hỏng của ñầu vào không ảnh hưởng gì ñến hoạt ñộng của PLC

Hình 3.12: Giao diện ngõ vào với PLC

- Các thiết bị ngõ vào có thể là nút nhấn, công tắc, các bộ cảm biến, công tắc hành trình …

Hình 3.15: Giao diện PLC với ngõ ra

- Thiết bị ngõ ra có thể là ñộng cơ, led, van, khởi ñộng từ, …

- Số lượng ngõ vào/ra của PLC là có hạn, nhưng có thể tăng số lượng lên bằng cách ghếp nối thêm module vào bộ PLC nhờ vào module IM

- Ngoài các module ra, bộ ñiều khiển PLC còn có thêm:

+ Cáp nối (PC/PPI): Dùng ñể kết nối máy tính với PLC

Hình 3.16: Giao diện kết nối PLC và máy tính