THIẾT kế điều KHIỂN THANG máy 6 TẦNG

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phương thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ... TM đã thay thế cho sức lực của con người và đem lại năng suất lao động cao. Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy cũng được sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ quan, khách sạn...

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

1.1.1 Vai trò của thang máy (TM)

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phươngthẳng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng trong cácngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ,ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ TM đã thay thế cho sức lực củacon người và đem lại năng suất lao động cao Trong sinh hoạt dân dụng, thangmáy cũng được sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ quan, kháchsạn

1.1.2 Phân loại thang máy

Tuỳ thuộc vào các chức năng, trọng tải, tốc độ di chuyển mà thang máy có thểphân loại theo các nhóm sau [1]:

1.1.2.1 Phân loại theo chức năng

* Thang máy chở người:

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trungbình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu

về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điềukiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm,nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn

* Thang máy chở hàng:

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trongnhà ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang

để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động

1.1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển

- Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s: Hệ truyền động buồng thang thường

sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừngchính xác không cao

- Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75  1,5) m/s: Thường sử dụng trongcác nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều

- Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s: Sử dụng hệ truyền động một chiềuhoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển

sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vimạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý

1.1.2.3 Phân loại theo trọng tải

- Thang máy loại nhỏ Q < 160kG

- Thang máy trung bình Q = 500  200kG

- Thang máy loại lớn Q > 2000 kG

1.1.3 Sơ lược sự phát triển thang máy

1.1.3.1 Lịch sử thang máy

Nhân loại đã biết đến chiếc thang máy đầu tiên khi nó xuất hiện vào năm

1853, đó là chiếc thang máy của hãng OTIS- Mỹ Cuối thế kỉ 19 hãng thang máythứ 2 ra đời: Schindler của Thụy Sĩ Thang máy Schindler cũng chế tạo thànhcông và bắt đầu lắp đặt nhiều công trình

Sang thế kỉ 20 có nhiều hãng thang máy khác ra đời như: Kone của PhầnLan, Nippon và Mitsubishi của Nhật Bản, Thyssen của Đức, Sabiem của Italia,

LG của Hàn Quốc… Các thang máy này đã được thiết kế, thử nghiệm nên hoạtđộng êm và dừng tầng chính xác hơn Cho tới những năm 1975 thang máy trênthế giới đã đạt tới tốc độ 400m/phút, những thang máy lớn với tải trọng lên tới

25 tấn đã được chế tạo thành công Thời gian này xuất hiện nhiều hãng thangmáy nữa ra đời Các sản phẩm phục vụ ngành thang máy cũng bắt đầu cải tiến,thang cuốn, băng chuyền lần lượt xuất hiện

Đến năm 1981 trên thế giới đã xuất hiện công nghệ hệ thống điều khiển thangmáy bằng phương pháp biến đổi tần số VVVF Thành tựu này là mốc quan trọngđưa ngành thang máy lên tầm cao mới.Ngoài ưu điểm đỗ dừng tầng êm ái nó cònkhai thác cho nhân loại giảm thiểu khả năng tiêu thụ điện còn 50% so với trước.Càng ngày công nghệ càng được nâng cấp, cải tiến trong ngành thangmáy.Các thang máy tốc độ cao lần lượt xuất hiện Thang máy tốc độ 500m/phút

rồi đến 600m/phút rồi 800m/phút lần lượt ra đời Ngày nay chúng ta thấy đối vớigiải pháp thang máy cho các toà nhà cao ốc đã lên tới trên 100 tầng [10].

1.1.3.2 Sơ lược sự phát triển thang máy ở Việt Nam

Trước đây thang máy ở Việt nam đều do Liên xô cũ và một số nước Đông

Âu cung cấp Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chởngười trong các nhà cao tầng, tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn Trongnhững năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy

đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:

+ Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tincậy nhưng với giá thành rất cao

+ Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giảnkhác Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu vàbán sản phẩm của mình vào Việt Nam như: OTISW (Hoa Kỳ), NIPPON (NhậtBản), HUYNDAI (Hàn Quốc) Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫuthì phổ biến ở hai dạng:

- Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường

- Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến

là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện [10].Cùng với sự phát triển của các hãng thang máy trên thế giới, ở Việt Namlần lượt các Công ty thang máy ra đời Phải kể đến những đơn vị đầu tiên trongngành thang máy như công ty thang máy Tự Động, Thang máy Thiên Nam, TháiBình, Á Châu Meco… Đến năm 2001 các công ty khác lần lượt ra đời như:Thang máy Thăng Long, Hồng Đạt, Hanoel, Fuji… Các dịch vụ phục vụ chongành thang máy cũng rất phát triển Trong tương lai tới, có nhiều nhà máy sảnxuất tại Việt Nam sẽ ra đời để phục vụ cho ngành xây dựng

1.1.4 kết cấu của thang máy

Sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1: Hố giếng củathang máy (11) là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng (1) cho đến đáy

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng cabin

3 Ray dẫn hướng cabin

giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào Để

nâng-hạ buồng thang, người ta dùng động cơ (6) Động cơ (6) được nối trực tiếp với

cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy đượcnâng qua puli cuốn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ cónắp hộp giảm tốc (5) với tỷ số truyền i = 18  120

Cabin (1) được treo lên puli cuốn cáp bằng kim loại (8) (thường dùng 1 đến

4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫnhướng (3) và những con trượt dẫn hướng (2) (con trượt là loại puli trượt có bọccao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theocác thanh dẫn hướng (6)

1.1.5 Chức năng của một số bộ phận chính trong thang máy

+ Cabin: Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy, nó sẽ

là nơi chứa hàng, chở người đến các tầng, do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra

về kích thước, hình dáng, thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

+ Động cơ: Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm

quay puli kéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động

cơ 3 pha rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc, vì chế độ làm việc của thang máy làngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dảinào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Động cơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờmột hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

+ Phanh: Là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở

các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tangphanh gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phốihợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

+ Động cơ cửa: Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở

cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng, rơle thời gian sẽđóng đặc biệt ở gờ cửa có gắn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm.Mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽđảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập Nếu không may một vật gì

đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận

+ Cửa: Gồm cửa cabin và cửa tầng: cửa cabin để khép kín cabin trong quá

trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn

không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộgiếng thang và các thiết bị trong đó Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động đểđảm bảo đóng mở kịp thời

Các thiết bị phụ khác như: quạt gió, chuông, các chỉ thị số báo chiềuchuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác

dễ chịu khi đi thang máy

Trong các thang máy chở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao vàdùng Puli ma sát để dẫn động trong cabin(3) và đối trọng(4) Đối với thang máy

có chiều cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ độngngười ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng.Puli ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang Mỗi sợicáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm rãnh

Đối trọng là bộ phận cân bằng, đối với thang máy có chiều cao không lớnngười ta thường chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọnglượng ca bin và một phần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cápđiện và không dùng cáp và xích cân bằng Việc chọn các thông số cơ bản của hệthống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lớn nhất và chọn cáptính công suất động cơ và khả năng kéo của puli ma sát

1.1.6 Các yêu cầu đối với thang máy

1.1.6.1 Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao nàyđến độ cao khác, vì vậy trong thang máy vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu

Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt cácthiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

1 - Puly ma sát

2 - Cáp nâng

3 - Cabin

4 - Đối trọng1

3

42

Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ

cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện chođộng cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhảcác má phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đó buồng thang mới có thể chuyểnđộng được Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽtác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi

1.1.6.2 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy

* Phanh bảo hiểm: Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp,

mất điện và khi tốc độ vượt quá (20  40)% tốc độ định mức

Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảo hiểm kiểunêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm(2) trượttheo thanh hướng dẫn(1) khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa haicánh tay đòn của kìm có nêm (5) gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít Hệtruyền động trục vít có hai loại ren: ren phải và ren trái

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấuhạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đaitruyền (3) sẽ làm cho thang quay và kìm (2) sẽ ép chặt buồng thang vào thanhdẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang [1]

* Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín: Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh

thang và được điều khiển bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua pulicủa bộ điều tốc vòng xuống dưới một puli cố định ở đáy giếng thang Cáp nàychuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và được liên kết với cácthiết bị an toàn Khi tốc độ của cabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bịkéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác

1- Thanh dẫn hướng

2 - Gọng kìm

3 - Cơ cấu đai truyền

4 - Hệ thống động bánh vít

5 - Nêm

Hình 1-3: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

dụng của một lực kéo Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thangnhư ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc.

Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 1-4.Tốc độ cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theokinh nghiệm tốc nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang

1.1.6.3 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ

và hệ thống báo sự cố

Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấnhãm khẩn cấp trong buồng thang

Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không

bị va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ởđáy thang

Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơibuồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác

Khi có người trong cabin và chuẩn bị đóng cửa cabin tự động phải có tínhiệu báo sắp đóng cửa cabin

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng củatầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác

sẽ gây ra các hiện tượng sau:

- Đối với thang máy chở khách, làm cho hành 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 cho việc bốc xếp và bốc dỡhàng Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡhàng

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khidừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của haiquãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang khôngtải theo cùng một hướng di chuyển

Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm: mômen

cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một

số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: Khi buồng thang đi đến gần sàntầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ đểdừng buồng thang

Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồngthang đi được quãng đường là:

S' =v0 t, [m] (1-1)Trong đó: v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm [m/s]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời giannày, buồng thang đi được một quãng đường S'':

Trong đó:

Fph - Lực phanh, [N]

m - Khối lượng các phần chuyển động của buồng thang, [kg]

J- Mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang, [kgm2]

Mph - Mômmen ma sát, [N]

Mc - Mômen cản tĩnh, [N]

0 - Tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - Đường kính puli kéo cáp, [m]

i - Tỷ số truyền

Bảng 1-1 Các tham số của các hệ truyền động với s khi dừng [1]

Hệ truyền động điện Phạm vi điều

chỉnh tốc độ

Tốc độ di chuyển [m/s]

Gia tốc [m/s 2 ]

Độ không chính xác khi dừng [mm]





(1-4)

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làmsao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải

và không tải

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

Trong đó: S1 - Quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - Quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 1-5

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy,điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v =3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang

Mức đặt cảm biến dòng

Hình 1-5: Dừng chính xác buồng thang.

đặt gần bằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thànhcủa thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s, giáthành tăng lên 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy

có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách thời gian

mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây racảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở v.v ) Bởivậy gia tốc tối ưu là a<2m / s2

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho

hành khách, được đưa ra trong bảng 1-2 [1]

dt hoặc đạo hàm bậc haicủa tốc độ   d v

dt

2

2 ) Khi gia tốc a<2m / s2 thì độ giật không quá 20m/s2..Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểudiễn trên hình 1-6

Biểu đồ tối ưu hình 1-6 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều

(F-Đ) Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấptốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn: Mở máy, chế độ

ổn định và hãm dừng

1.2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THANG MÁY

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệtruyền động, loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau:

- Độ chính xác khi dừng

- Tốc độ di chuyển buồng thang

- Gia tốc lớn nhất cho phép

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

và rôto dây quấn được dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy

và máy nâng Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thường dùngcho thang máy chở hàng tốc độ chậm

Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độthường dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuếch đại trung gianthường dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển độnghợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới  (510) mm Nhược điểm của hệ

Đến tần g

Hãm dừng

Hình 1-6: Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,

tốc độ v, gia tốc a và độ giật  theo thời gian.

này là công suất đặt lớn gấp 3  4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong

vận hành và sửa chữa

1.2.1 Điều khiển vị trí và dừng chính xác buồng thang

1.2.1.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều khiển vị trí [2]

Trong hệ điều chỉnh vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đặt W) có ý nghĩaquan trọng, quyết định cấu trúc điều khiển hệ Thông thường, lượng điều khiển

W là một hàm của thời gian Nó có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyến tínhhoặc tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parabol và hàm điều hoà

Tuỳ thuộc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trícho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám (hệtuỳ động)

Với hệ truyền động điều khiển vị trí chuyển dịch, trong các chỉ tiêu chấtlượng chung, người ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ Điều này

có liên quan đến giản đồ tối ưu về tốc độ (t), gia tốc (t) và vị trí (t) Để xâydựng hệ điều khiển người ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh truyền độngđiện trên việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động

Nếu lượng điều khiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ (t), (t), (t) và quỹ

đạo pha tối ưu trên hình 1-7.

Đối với giản đồ (t), (t) và (t) ta có:

0 < t < T/2 thì

( ) ( )



W W

W

1(0) và 3(0), đường 2 ứng với độ dài dịch chuyển lớn cần thời gian chạy ổnđịnh với  = max , với các điểm K1, K2, K3 là điểm bắt đầu hãm.

1.2.1.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính

Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh vịtrí R là tuyến tính Giả sử các mạch vòng trong đã được tổng hợp theo phươngpháp môđun tối ưu dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là:

Tiến trình tổng hợp tham số bộ điều chỉnh vị trí R cũng tương tự như các

mạch vòng khác Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên hình 1-8, thì hàm truyền bộ

điều chỉnh vị trí sẽ không có thành phần tích phân, tức là chỉ có P và PD

1 p

-Hình 1-9: Cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính

2 2

2 2

Bộ điều chỉnh vị trí ở đây được tính chọn theo điều kiện gia tốc hãm cựcđại hmax đối với quãng đường hãm cực đại hmax sao cho thời gian hãm khôngvượt quá thời gian tmax Tại thời điểm hãm, tương ứng với điều kiện là tín hiệusai lệch tốc độ  ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không

max là gia tốc hãm cực đại

max max

Từ công thức (1-11) ta thấy bộ điều chỉnh vị trí được tính theo quan hệ phituyến giữa tốc độ và vị trí (parabol) Nhưng khi thực hiện nó lại là tuyến tính vàkhông đổi Chính điều này đã dẫn đến việc kéo dài quá trình với quãng đườngkhác nhau

1.2.2 Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy

Để tính chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có cácđiều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang

- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tínhtheo công thức sau:

PCh - Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng

Gdt - Khối luợng của đối trọng, [kG]

k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (k = 1,15 1,3)

- Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây:

Trong đó:  - hệ số cân bằng ( = 0,3  0,6)

- Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng những giờcao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải Vì vậy, đối với thang máy trởkhách nên chọn hệ số  = 0,35  0,4

- Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thường là đầy tải và khi hạ thường

là không tải, nên chọn  = 0,5

- Dựa trên hai biểu thức (1-12) và (1-13) có thể xây dựng được biểu đồ phụtải và chọn sơ bộ công suất của động cơ theo sổ tay tra cứu

Muốn xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác cần phải tính đến thời gian mởmáy; thời gian hãm; thời gian đóng, mở cửa và số lần dừng của buồng thang khichuyển động

- Thông số tương đối để tính toán các thời gian trên được đưa ra trong bảng1-3 [1]

- Thời gian ra, vào buồng thang được tính gần đúng 1s/1người Số lần dừng(được tính theo xác suất) của buồng có thể được tìm theo các đường cong trênhình 1-11 [1]

Phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hànhtheo các bước sau đây:

+ Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dưới cùng và các lần dừng tiếp theo:

F = (G + Gbt - K1 G1 - Gđ t ).g , [N] (1-16)Trong đó:

K1 - Số lần dừng của buồng thang

G1 = G/mđ - Thay đổi (giảm) khối lượng tải sau mỗi lần dừng

Thời gian mở máy và

hãm máy với khoảng

cách giữa tầng (s)

Tổng thời gian còn lại Buồng thang

có cửa rộng dưới 800mm (mở bằng tay)

Buồng thang

có cửa rộng dưới 800 (mở tự động)

Buồng thang

Có cửa rộng dưới

1000mm (mở tự động) 3,6 mét >7,2 mét

1,6 1,6 1,8 1,8 2,0 2,5

12,0 12,0 13,0 - - -

7,0 7,0 7,0 7,2 - -

- 6,3 6,3 6,5 7,0

-Trong đó: R - Bán kính của puli, [m]

i - Tỷ số truyền của cơ cấu

 - Hiệu suất của cơ cấu

+ Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang: Tổng thời

gian này bao gồm: Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định, thời

E = 21 người

E = 16 người

E = 13 người

E = 10 người

E = 5

Hình 1-11: Đường cong để xác định số lần dừng (theo xác suất của buồng thang).

gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại (thời gian đóng mở cửa buồngthang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng 1-3:

+ Dựa trên kết quả của các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ.

+ Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính đến các quá trình quá độ và tiến hành kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng, quá tải.

Để tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy ta dựa vào các

1.2.3 Các hệ truyền động điều khiển thang máy

Như đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chấtlượng truyền động có yêu cầu không cao lắm, người ta thường sử dụng các hệtruyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ - rôto lồng sócnhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã được mô tả ở trên

Hệ truyền động này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàngtrong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng được về mặtchất lượng đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật

Để khắc phục những hạn chế của hệ thống trên, với sự phát triển mạnh mẽ củacông nghiệp điện tử, ngày nay người ta có xu hướng sử dụng phương pháp điềukhiển vô cấp tốc độ động cơ Trên thực tế tồn tại 2 hệ thống chủ yếu sau đây:

- Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

- Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc

1.2.3.1 Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòngxoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động

61

cơ Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lượng dảiđiều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của các thang máy cao tốc.

Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: động cơ mộtchiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm giánđoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịuquá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhânlành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng v.v

1.2.3.2 Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Trên thị trường hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phươngpháp điều chỉnh tần số theo các phương thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu:

- Biến tần điều chỉnh theo phương pháp U/f

- Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control)

Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control) lại sử dụngnhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thựchiện điều chỉnh trực tiếp mô men

1.3 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1.3.1 Chọn phương án

Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thờicăn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu sao chothoả mãn được một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật Dotính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảochiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì không yêu cầuthang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng bộbiến tần - động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc Với bộ biến tần này động cơ có thểHình 1-12: Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều

làm việc được ở cả 4 góc phần 4 với đầy đủ các trạng thái hãm và dễ dàng đảochiều quay động cơ

Bộ biến tần thực chất là 1 bộ biến đổi có điều khiển hoàn toàn Các bộ Biếntần này có thể là bộ biến đổi hình cầu hay hình tia Bộ biến tần mắc hình cầu có

ưu điểm là chất lượng dòng điện ra tốt hơn Nhưng nó lại có nhược điểm là sốvan điều khiển nhiều hơn dẫn đến các thiết bị trong mạch điều khiển cũng tăng

Bộ biến tần mắc hình tia có ưu điểm là số lượng van điều khiển ít hơn dẫn đếnmạch điều khiển đơn giản hơn nhưng nhược điểm của nó là chất lượng dòngđiện ra của biến tần hình tia không tốt bằng bộ hình cầu

Qua phân tích ưu nhược điểm của 2 bộ biến tần có đảo chiều trên ta chọn

bộ biến tần hình tia 3 pha

1.3.2 Phương pháp điều khiển bộ biến tần

Có 2 phương pháp điều khiển bộ biến tần đó là:

- Biến tần điều chỉnh theo phương pháp U/f

- Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control)

Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control) lại sử dụngnhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thựchiện điều chỉnh trực tiếp mô men.Vì vậy để điều khiển động cơ ta dùng phươngpháp điều khiển trực tiếp mô men [3]

1.4 HỆ THỐNG KHỐNG CHẾ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

1.4.1 Tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệuđưa về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống Căn cứ vàocác tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các cơcấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả như sau:

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đếntầng, người ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầngđược bố trí trong cabin, trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ cónút gọi lên Trong cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động được

bố trí vào một bảng điều khiển Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể

là thường đóng hoặc thường mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện,

từ đó tác động về hệ điều khiển

- Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người

ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn LED hay các mạchhiển thị 7 thanh được bố trí ở các tầng cũng như trong cabin nhằm hiển thị vịtrí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút

ấn, thứ tự ưu tiên

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, người ta sử dụng các Sensor báo vịtrí phi tiếp điểm Trong đó, phần tĩnh của Sensor được gắn dọc theo chiềuchuyển động của thang, còn phần động được gắn với buồng thang

- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt cáp,trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc Để lấy tín hiệu cho cácthiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các Sensor ởđỉnh và đáy thang Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thốngđiều khiển khi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệthống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị trítầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cách khác, ởmỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù cabin đang ở trên hay dưới tầngđều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này phụthuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồng thang) Để choviệc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thường bố trínhiều Sensor

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensordưới sàn cabin Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới tácđộng đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệu đếnphần bảo vệ của hệ điều khiển

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thangchỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cưả buồng thang đã đóng, không chophép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng thangđang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra

1.4.2 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử có tiếp điểm

1.4.2.1 Các loại cảm biến có tiếp điểm và nhược điểm của chúng

Trong thang máy tốc độ trung bình và thấp, người ta thường sử dụng cáccông tắc hành trình Đây là một thiết bị cơ - điện có tay gạt với 3 tiếp điểm,

tương ứng với 3 trạng thái đầu ra Công tắc hành trình có ưu điểm là các trạngthái đầu ra rất rõ ràng Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là tuổi thọ giảmkhi hoạt động ở tốc độ cao và gây tiếng ồn lớn.

Do những nhược điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao người ta không

sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến không tiếpđiểm được trình bày trong phần dưới đây

1.4.2.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình sử dụng các phần tử cơ khí, phần tử điều khiển có tiếp điểm

Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bìnhthường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ Hệ nàythường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5  10 tầng)với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyềnđộng thang máy được giới thiệu trên hình 1-13

Trong đó:

C1  C5 là là các công tắc cửa của các tầng

Ck là công tắc cửa cabin

DB và DK là các công tắc dự phòng trong Cabin

DP1 và DP2 là các công tắc dự phòng thang trôi được đặt trong hốthang

D1  D5 là các công tắc điểm cuối của các tầng

T1  T5 là các tiếp điểm thường kín của các rơle chuyển tầng

CTK là công tắc đèn trong cabin

RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ

KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ

Hệ thống được cấp nguồn qua áptômát AP Các cuộn dây stato của động cơđược nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các công tắc tơ nâng KNhoặc công tắc tơ hạ KH Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một

pha qua biến áp cách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V Khi APđóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các công tắc tơ KA và

KB có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp

BA Khi đó mới có điện áp một chiều đưa đến toàn bộ mạch điều khiển

Các cửa tầng được trang bị các công tắc liên động C1  C5 và công tắc cửacabin Ck Khi buồng thang đang ở tầng 1 Khi đó, công tắc điểm cuối D1 vàcông tắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thường

Hình 1-13: Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình

kín RCT1 mở ra Điều này đảm bảo rằng: nếu cố tình ấn các công tắc gọi thangN1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH đềukhông được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện.

Tương tự, khi buồng thang đang ở tầng 5 thì D5 và CTT đóng, RCT5 cóđiện, tiếp điểm thường kín RCT5 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọithang N5 và gọi tầng 5 NK5 Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2

có điện Các tiếp điểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của côngtắc tơ KN, KH và rơle RN, RH đều hở mạch

Hệ thống truyền động thang máy với các tiếp điểm cơ khí tuy đơn giảnnhưng có các nhược điểm sau:

- Độ tin cậy thấp

- Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra

- Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trong cácthang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng)

1.4.3 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử phi tiếp điểm

1.4.3.1 Các loại cảm biến không tiếp điểm

Các bộ cảm biến không tiếp điểm có rất nhiều loại, được ứng dụng trongrất nhiều hệ thống điều khiển, đo lường, điều khiển và bảo vệ Trong phần này

sẽ mô tả một số phần tử cảm biến không tiếp điểm được sử dụng trong thực tế

* Công tắc vị trí kiểu cảm ứng:

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí

kiểu cảm ứng có dạng như hình 1-14 Cấu tạo của nó bao gồm: mạch từ hở (2),

cuộn dây (3) Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiềuqua cuộn dây tương đối lớn Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh

ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộndây sẽ giảm xuống

Hình 1-14: Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được mộtphần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển Tuỳ theo mục đích sửdụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xácbuồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang

* Transistor quang: Đây là loại Transistor loại PNP hoặc NPN Dưới tác

dụng của ánh sáng nó phát sinh một dòng điện tương ứng với lượng ánh sáng

* Bộ cảm biến hồng ngoại:

Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát ramột năng lượng hồng ngoại yếu Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao,thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L

là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình 1-17.

1.4.3.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc với hệ truyền động một chiều sử dụng bộ biến đổi Thyristor - Động cơ một chiều, có sử dụng các phần tử logic

Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống

tự động khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp

điểm (phần tử logic) Việc ứng dụng các phần tử logic trong mạch điều khiểncho phép xây dựng một hệ thống điều khiển với số lượng phần tử là ít nhất.

Hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy dùng các phần tửphi tiếp điểm có thể khắc phục được các nhược điểm trên, ngoài ra còn có các

ưu điểm đáng kể như:

Giảm được số lượng các dây dẫn điều khiển nối với buồng thang và chuyểnđộng cùng với buồng thang

Để truyền động thang máy có tốc độ di chuyển buồng thang v3m/s thườngdùng hệ truyền động một chiều Trong mạch điều khiển thang máy cao tốc, côngtắc chuyển tầng có tay gạt cơ khí làm việc không tin cậy và gây tiếng ồn lớn Vìvậy, chúng được thay thế bằng công tắc phi tiếp điểm Công tắc chuyển đổi tầngphi tiếp điểm thường dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng và bộ cảm biến vị trídùng tế bào quang điện

+12 V

Trên hình 1-18 là sơ đồ khối hệ truyền động một chiều cho thang máy dùng

Thyristor Điện áp đặt được lấy từ đầu ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT Độlớn và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành ĐH quyết định

Điện áp của khâu HCGT tăng dẫn theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thayđổi tín hiệu đầu vào

Điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động bằng bộ điều chỉnh tốc độ R Tínhiệu đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ R là tổng đại số của hai tín hiệu: tín hiệuchủ đạo (điện áp ra của khâu HCGT) và tín hiệu phản hồi âm tốc độ tỷ lệ với tốc

độ quay của động cơ (điện áp ra của khâu K) Khâu R dùng bộ khuyếch đạimột chiều (hàm tỷ lệ P) Tín hiệu ra của R là tín hiệu đầu vào RiN (khi thangmáy đi lên) và RiH (khi thang máy đi xuống) Cả hai khâu RiN và RiH dùng bộkhuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ, tích phân PI) Ngoài ra, tín hiệu phản hồi âmdòng lấy từ đầu ra của khâu 1Ki (tỷ lệ với dòng của động cơ) đưa vào đầu vàocủa RiN và từ khâu 2Ki đưa vào RiH Tín hiệu ra của khâu RiN hoặc RiH chính

là tín hiệu điều khiển đưa vào khối điều khiển tương ứng KĐKN hoặc KĐKH

Để thực hiện dừng chính xác buồng thang, hệ thống sẽ chuyển từ chế độđiều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra của khâu cảm biếndừng chính xác CBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí Tín hiệu ra từ khâuCBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí Rvt Khi buồng thang nằm ngang với sàntầng, tín hiệu ra của khâu CBDCX sẽ bằng 0

1.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG RƠLE

1.5.1 Hệ điều khiển rơle

Vào thời điểm ban đầu của cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là vàonhững thập niên 60 & 70, các hệ thống máy móc tự động được điều khiển bởicác hệ thống rơle điện/cơ Các rơle này được “nối cứng” với nhau đặt trong một

tủ điều khiển Trong một số trường hợp, nó lớn đến mức có thể chiếm cả mộtcăn phòng Tất cả các đường kết nối trong hệ thống rơle đều phải được nối lạivới nhau Việc làm này tốn rất nhiều thời gian Đặc biệt là khi phải giải quyếtcác sự cố của hệ thống Và bất lợi lớn nhất là các rơle chỉ có số tiếp hạn chế nhấtđịnh Khi cần có sự thay đổi thì máy móc phải ngừng làm việc, có khi phải cầnthay đổi cả vị trí lắp đặt Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho một quá trình

hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không thể thay đổi ngaylập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần phải có sự thay đổi lạicách đấu dây trong hệ thống Việc làm đó đòi hỏi người vận hành phải được đàotạo để có kỹ năng thành thạo trong việc xử lý hệ thống Nói chung, hệ thốngđiều khiển bằng rơle có tiếp điểm là rất phức tạp.

1.5.2 Các nhược điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm

Hệ điều khiển rơle có tiếp điểm có các nhược điểm sau:

- Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển

- Việc thay đổi cấu trúc tủ điều khiển là rất khó khăn

- Việc khắc phục các sự cố đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao

- Năng lượng do các cuộn dây tiêu thụ là khá lớn

- Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thờigian để tìm sự cố trong tủ điều khiển

- Sơ đồ mạch không được cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn

có sự thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời giansửa chữa khi có sự cố

1.6 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGICKHẢ TRÌNH

1.6.1 Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) làmột tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm việc

ổn định, chính xác và trơn tru của một quá trình hoặc một hoạt động sản xuấtnào đó Nó được phân ra thành rất nhiều loại với nhiều mức độ khác nhau, từcác nhà máy sản xuất năng lượng lớn đến các máy móc sử dụng công nghệ bándẫn Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phứctạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể làthiết bị điều khiển khả trình (Programable Logic Controller - PLC) hoặc có thể

là một máy tính chủ v.v Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết bị thu nhậntín hiệu (tủ điều khiển, các động cơ, các sensor, các công tắc, các cuộn dây rơlev.v ), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng để điều khiển cácquá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có liên hệ mật thiết vớinhau Mỗi một thiết bị đơn lẻ trong hệ thống điều khiển có một vai trò quantrọng riêng không phụ thuộc vào kích thước của nó Trong ví dụ được chỉ ra trên

hình 1-1, thiết bị PLC không thể biết được những gì đang xảy ra xung quanh nó

nếu thiếu những sensor báo tín hiệu Nó cũng không thể kích hoạt một chuyểnđộng cơ khí nếu không có động cơ chấp hành Và nếu cần thiết thì một máy tínhchủ phải được lắp đặt để điều khiển đồng bộ các hoạt động có liên hệ mật thiếtvới nhau

Cũng có những ứng dụng mà trong đó chỉ cần một thiết bị PLC đơn lẻ điềukhiển một hoặc một vài thiết bị khác

1.6.2 Các ưu điểm của hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình có các ưu điểm sau:

- Việc đấu dây có thể giảm được 80% so với hệ thống điều khiển sử dụngrơle thông thường

- Lượng năng lượng tiêu thụ được giảm đáng kể do PLC tiêu thụ công suấtkhông đáng kể

- Các chức năng tự phân tích chương trình điều khiển hệ thống giúp choviệc kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng

- Việc thay đổi trình tự thực hiện chương trình hoặc thay đổi cả chươngtrình ứng dụng rất dễ dàng bằng cách lập trình thông qua thiết bị lập trình hoặcphần mềm chạy trên máy vi tính mà không phải thay đổi cách đấu dây, khôngcần thêm bớt các thiết bị vào/ra (I/O)

- Các bộ định thời được tích hợp bên trong PLC làm giảm phần lớn các rơle

và mạch cứng định thời gian so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thôngthường

- Thời gian thực hiện chu kỳ máy được cải thiện một cách đáng kể do tốc

độ hoạt động của PLC chỉ cỡ miligiây (ms) Do đó năng suất lao động tăng lênmột cách đáng kể

- Giá thành hệ thống hạ hơn một cách đáng kể so với hệ thống điều khiển

sử dụng rơle thông thường trong trường hợp các đầu vào/ra là rất lớn và hoạtđộng điều khiển rất phức tạp

- Tính tin cậy của PLC cao hơn so với các rơle và các bộ định thời cơ khí

- Chương trình trong PLC có thể in ra một cách dễ dàng trong vài phút Do

đó ta có thể cập nhật chương trình trong PLC một cách dễ dàng

Kết luận chương 1:

Ngày nay tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, rất nhiều nhà cao tầng được xây

dựng và như vậy nhu cầu sử dụng Thang Máy là rất cao Việc nghiên cứu về HệThống Thang Máy là hết sức cần thiết, nhất là đối với sinh viên ngành Tự ĐộngHóa Nó vừa giúp sinh viên củng cố kiến thức về Truyền Động Điện và Trang BịĐiện vừa nâng cao hiểu biết về Thang Máy

Qua việc phân tích ở trên về các hệ thống điều khiển thang máy ta thấy HệThống Điều Khiển Thang Máy Sử Dụng PLC là có nhiều ưu điểm hơn cả Trongphạm vi đồ án tốt nghiệp được giao, em đi sâu vào nghiên cứu về Thiết Bị ĐiềuKhiển Logic Khả Trình (PLC) và ứng dụng vào điều khiển Hệ Thống ThangMáy Cụ thể em đi sâu nghiên cứu về PLC S7 – 200 ở chương 2

+ Phần cứng: Được cấu tạo nên bởi vi xử lí, ROM, RAM

+ Phần mềm: Thực chất là một ngôn ngữ dịch để tạo ra ngôn ngữ lập trìnhgần con người nhất và tối giản nhất, nó có nhiệm vụ chỉ ra các thiết bị được sửdụng với địa chỉ cụ thể và chức năng với thông số cụ thể cũng như cách nối cácthiết bị với nhau Phần mềm này cho phép ta lập được chương trình điều khiểntheo công nghệ có thể thực hiện trên máy tính PC hoặc trên máy lập trình PGsau đó chuyển chương trình vào bộ nhớ RAM

Thực tế trong công nghệ để đảm bảo độ tin cậy sau khi lập trình chươngtrình điều khiển chạy thử kiểm nghiệm đảm bảo thì chuyển chương trình vàoEPROM khi đó trong quá trình sử dụng không sợ chương trình bị thay đổi [4]

2.1.2 Cấu tạo

Với PLC là một hệ vi xử lý có chức năng chuyên dụng hơn, chủ yếu giảiquyết việc điều khiển logic nhưng để tận dụng khả năng của vi xử lý còn cóthêm một số chức năng như: thực hiện các phép tính số học, thực hiện các phép

so sánh và tạo nên các hàm trong điều khiển quá trình và cũng có thể sử dụng tínhiệu vào dạng logic, dạng số mã nhị phân hoặc dạng tương tự Muốn vậy trongPLC có các khối cơ bản sau:

2.1.2.1 Khối điều hành (Chương trình điều hành)

Khối này dưới chương trình điều hành hệ thống và phân chia các bộ nhớvới các địa chỉ cố định đặt trước tạo nên các vùng nhớ cụ thể như: vùng nhớchương trình điều khiển, vùng nhớ biến trung gian, vùng nhớ cho tín hiệu vào vàtín hiệu ra cũng như các chương trình giám sát kiểm tra hệ thống Khối nàythường sử dụng bộ nhớ ROM

2.1.2.2 Khối chương trình

Khối này lưu giữ toàn bộ chương trình điều khiển của PLC và khối này

được thực hiện bằng bộ nhớ RAM, chương trình được ghi vào hoàn toàn chủđộng do người sử dụng, tương ứng với công nghệ Trong quá trình thực hiệntrong PLC thì chươngtrình này được gọi ra lần lượt từ cau lệnh đầu tiên đến cuốicùng, khi đó nó chỉ dẫn cho vi xử lý thực hiện các phép thao tác toán học để lấytín hiệu vào và gửi tín hiệu ra Trong khối này chỉ có một chương trình.

2.1.2.3 Khối ảnh vào ra

Đây cũng là một phần bộ nhớ RAM nó được khối điều hành địa chỉ hoá và

giao nhiệm vụ chỉ làm việc với các đầu vào và đầu ra của PLC, nó làm việc theonguyên tắc: Khi có lệnh ghi tín hiệu vào thì khối bảng ảnh vào sẽ ghi giá trị tứcthời của các cửa lúc đó và kết quả xử lý ở đầu ra không được đưa thẳng ra đầu ra

mà được ghi kết quả lại ở bảng ảnh ra và chò tới khi được lệnh chuyển tới đầu rathì tín hiệu này mới được đưa ra ngoài

2.1.2.4 Cổng truyền thông

Cổng này dùng để truyền thông tin giữa PLC với các thiết bị bên ngoàinhư: máy lập trình, máy tính cá nhân hoặc để nối mạng trong hệ PLC thông tinđược truyền theo kiểu nối tiếp và quá trình truyền được chuẩn hoá qua cáp ghépnối RS 232, RS485

2.1.2.5 Khối số học

Trong PLC ngoài việc xử lý các phép tính logic còn có thêm khả năng xử

lý các phép tính số học hoặc so sánh tín hiệu tương tự biến đổi từ đó tạo nênđược các hàm dùng trong điều khiển quá trình chẳng hạn như PID.Muốn vậytrong PLC có 2 thanh ghi tích luỹ ký hiệu ACCU1, ACCU2 Đây là hai thanhghi mỗi thanh 16 bít chia làm 2 byte: byte cao và byte thấp Quá trình thực hiệncác phép tính số học hoặc so sánh được thực hiện trên hai thanh ghi này theonguyên tắc dữ liệu đầu tiên sẽ được chuyển vào ACCU1 khi đó dữ liệu cũ trênACCU1 được đẩy sang ACCU2 và thực hiện các phép tính (+),(-), (x),(: ) hoặc

so sánh được thực hiện qua câu lệnh, kết quả phép tính được ghi lại trên ACCU1

2.1.2.7 Bus

Trong PLC những thông tin cần ghép nối như giữa khối điều khiển trungtâm CPU, cơ sở với các khối bên ngoài mở rộng hoặc giữa PLC với bộ nhớ cứngEPROM cũng như giữa vi xử lý với các bộ nhớ ROM, RAM được thực hiệnbằng các dây nối, đó là cơ cấu các hệ thống bus Người ta phân biệt hệ thống busthành 3 nhóm chức năng:

+ Bus số hiệu: Tín hiệu truyền trên đó theo 2 chiều

+ Bus địa chỉ: Tín hiệu chỉ truyền theo 1 chiều từ CPU tới (hoặc từ thiết bị

điều khiển trực tiếp: DMAC), bộ nhớ hoặc cửa vào ra

+ Bus các tín hiệu điều khiển: Gồm một số là tín hiệu gửi từ CPU ra còn

một số lại là tín hiệu gửi từ ngoài vào CPU

+ Bước 1: Nhận dữ liệu đầu vào ghi lại bảng ảnh vào.

+ Bước 2: Đọc chương trình điều khiển trên cơ sở dữ liệu vào đã có (cố

định) xử lý theo chương trình được kết quả ghi lại bảng ảnh ra

+ Bước 3: Thực hiện truyền thông trong PLC hoặc các PLC với nhau cũng

như thông tin qua lại với máy tính, từ đó kiểm nghiệm lại kết quả

Vòng quét

Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I

Thực hiện chương trình

Truyền thông

và kiểm tra nội bộ

Chuyển

dữ liệu từ

Q tới cổng ra

Hình 2-1: Vòng quét chương trình

+ Bước 4: Gửi kết quả từ bảng ảnh ra đến thiết bị chấp hành bên ngoài.

Như vậy để thực hiện một chu kỳ quét mất một khoảng thời gian, thời giannày càng nhỏ càng tốt, nhưng phụ thuộc vào tốc độ xử lý của mỗi loại vi xử lýnằm trong PLC và thời gian được đặt cố định do nhà chế tạo Vì vậy chươngtrình điều khiển nên lập sao cho càng ngắn càng tốt

2.1.4 Ưu nhược điểm

2.1.4.1 Ưu điểm

Với một hệ điều khiển được tạo lập bởi PLC có ưu điểm nổi bật là hoàntoàn chủ động kết hợp với phần cứng và chương trình phần mềm để tạo nên một

hệ điều khiển với công nghệ bất kỳ mà không cần phải thay đổi phần cứng vì tất

cả các thiết bị được sử dụng trong hệ đều thông qua chương trình phần mềm vàchúng được ghép nối với nhau cũng qua phần mềm, chính vì vậy làm cho quátrình cải tiến thay đổi hoàn chỉnh và sửa chữa rất đơn giản, chỉ cần thay đổi phầnmềm tức là sẽ tạo nên được hệ điều khiển là tối ưu mà các hệ điều khiển logictrước không có được

Với hệ điều khiển dùng PLC vừa có thể tiến hành hiệu chỉnh sửa chữanhưng hệ thống vẫn làm việc tức là vẫn đảm bảo dây chuyền công nghệ không

bị dừng, vì vậy nó cho phép hiệu chỉnh dể đạt được chất lượng hiệu chỉnh là tốiưu

bị biến đổi trung gian như các rơ le hoặc công tắc tơ

Do điện áp sử dụng trên PLC thấp vì vậy để đảm bảo an toàn phải có biệnpháp cách ly với điện áp lưới Để thực hiện lập được chương trình điều khiển bắtbuộc phải có máy tính hoặc máy lập trình đi kèm với các cáp chuẩn hoá

2.1.5 Trình tự thiết kế hệ điều khiển logic PLC

Để tạo nên một hệ điều khiển logic dùng PLC ta phải qua các bước: