Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chở khách 6 tầng dùng PLC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN--- ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chở khách 6 tầng dùng PLC Giáo viên hướng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN -

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN

Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển

thang máy chở khách 6 tầng dùng PLC

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Hữu Hải Lớp : Tự động hóa 2 – K8 Sinh viên thực hiện :

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN

Khoá : 8……… Khoa : Điện………….……….

Giáo viên hướng dẫn : THs.Nguyễn Hữu Hải

NỘI DUNG Tính toán , thiết kế hệ thống thang máy chở khách 6 tầng dùng PLC

TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng

2 Sơ đồ mạch điều khiển A3 01

Phần thuyết minh

1 Khái quát về hệ thống thang máy chở khách

2 Phân tích và lựa chọn mô hình hệ thống thang máy chở khách

3 Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống

4 Thuyế minh hoạt động mạch điều khiển

5 Tính chọn các thiết bị cần thiết

6 Vẽ sơ đồ đấu nối

Ngày giao đề : 26/08/2016 Hoàn thành:

Trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

PHẦN 1 TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY 4

1.1 Giới thiệu chung về thang máy 4

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy 4

1.1.2 Phân loại thang máy 6

1.1.2.1 Phân loại theo chức năng: 6

1.1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển: 7

1.1.2.3 Phân loại theo trọng tải: 7

1.1.3 Cấu Tạo Thang Máy 7

1.1.4 Chức nămg của một số bộ phận trong thang máy 10

1.1.4.1 - Cabin: 10

1.1.4.2 Động cơ: 10

1.1.4.3 Phanh: 10

1.1.4.4 Động cơ mở cửa: 10

1.1.4.5 Cửa: 11

1.1.4.6 - Bộ hạn chế tốc độ : 11

PHẦN 1 TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệuv.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳngđứng theo một tuyến đã định sẵn

Hình 1.1 : Hình dáng tổng thể của thang máy.

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện,các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặc điểm vận

[Type text] Page 2

chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của mộtchu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩavận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghicủa công trình.

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đềuphải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thờigian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang bị cho công trình sovới tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với nhữngcông trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v tuy nhiên số tầng nhỏ hơn 6nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc đểphục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà nàykhông được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiệnthực

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liênquan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thangmáy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ mộtcách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn,quy trình, quy phạm

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điềukiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậynhư: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuôngbáo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tác an toàn của cabin, khóa antoàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn

1.1.2 Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu và nhiềuloại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng loại công trình Có thể phânloại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

1.1.2.1 Phân loại theo chức năng:

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung bình,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 điều kiện làmviệc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm, nhiệt độ, thời gianlàm việc, ăn mòn

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà

ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác cabin để đảm bảo hànghoá 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 cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặcdây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao

 Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75  1,5) m/s:

Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền động mộtchiều

 Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s:

Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoaychiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, cácphần tử điều khiển lôgic, các vi mạch 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  2000kG

[Type text] Page 4

 Thang máy loại lớn Q > 2000 kG.

1.1.3 Cấu Tạo Thang Máy

Kết cấu cơ khí của thang máy được giới thiệu trên hình vẽ 1.2

Hố giếng của thang máy Là khoảng không gian từ mặt sàn tầng trệt cho đến đáy giếng

Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 9 Động cơ 9 được nối trực tiếp với cơcấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp buồng thang được nâng qua puliquấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ lắp hộp giảm tốc

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp kim loai 8 ( thương dùng từ 1 dến 4 sợi cáp).Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và nhữngcon trượt dẫn hướng 2 ( con trượt là loại puli có bọc cao su bên ngoài) Buồng thang

và dối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng6

[Type text] Page 6

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng Cabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

1.1.4 Chức nămg của một số bộ phận trong Thang máy

1.1.4.1 - Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứahàng , 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

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là

hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ ,chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabinhoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xửdụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giốngnhư cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và

kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trênpuli cabin, hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịpnhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

1.1.4.2 Động cơ:

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéocabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha rôto dâyquấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộngvới yêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêucầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy Động cơ là một phần tử quan trọngđược điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.1.4.3 Phanh:

Là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừngtầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồngtrục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng vớiquá trình làm việc của đông cơ

1.1.4.4 Động cơ mở 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 sẽ đóng mạch điều khiển động

cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá trình đóng mở

êm nhẹ không có va đập Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầngđang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi vớiđộng cơ qua bộ xử lý trung tâm

1.1.4.5 Cửa:

Gồm cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giácchóng mặt cho khachs hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì Cửa tầng

để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó Cửa cabin và cửatầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời

1.1.4.6 - Bộ hạn chế tốc độ :

Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốccho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanhlàm việc

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị sốbáo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảmgiác dễ chịu khi đi thang máy

1.2 YÊU CẦU AN TOÀN TRONG THANG MÁY

1.2.1 Yêu cầu an toàn của thang máy khi mất điện hoặc đứt cáp

Kết quả nghiên cứu đã đưa ra, một hệ truyền động hiện đại có đầy đủ các chế độthực hiện khi mất điện và việc đóng cắt chuyển nguồn cho an toàn thiết bị

Hiện nay Thang máy được lắp đặt hệ thống cứu hộ tự đông khi mất điện đột ngột Hệthống này gồm: Các mạch VXL, bộ chuyển đổi điện, bình ắc qui và tụ điện Các bộphận này được kết nối với tủ điều kiển chính của thang máy Khi có điện, thang máyhoạt động ắc qui được nạp điện Nếu mất điện đột ngột trong khi thang máy đang hoạt

[Type text] Page 8

động, dòng điện 1 chiều của ắc qui sẽ nhanh chóng chuyển thành dòng xoay chiều cấpđiện cho hệ thống

Nhờ có hệ thống chống mất nguồn đột ngột, hệ thống điều khiển không bị ảnh hưởng

do được nuôi bằng một hệ thống chống mất nguồn công suất nhỏ, các cảm biến vị trí

và các hệ đo lường cảnh báo khác vẫn làm việc bình thường Tuy nhiên do nguồn bịmất động cơ truyền động bị dừng lại trong thời gian tức thời Lúc này thiết bị điềukhiển động cơ phải xả nguồn do các hệ lưu tích điện đang chứa và chuẩn bị đóngnguồn mới, cắt hệ nguồn cũ tránh có điện trở lại gây xung đột nguồn Sau khi nguồnmới được cấp, chương trình điều khiển sẽ làm việc theo một chương trình mới dànhcho sự cố mất điện Chương trình này sẽ điều khiển thang máy về tầng gần nhất, sau

đó mở cửa tầng để cho khách đi ra, đồng thời từ chối tất cả các lệnh gọi khác, cảnhbáo hệ thống bị mất điện lúc này hệ thống cho phép việc mở cửa cabin, các hệ thốngchuông báo liên lạc thực hiện Sau đó truyền động công suất lớn sẽ không được thựchiện nhằm tiết kiệm điện năng có hạn của bộ lưu điện dự phòng Khi hệ thông có điệntrở lại, các role cảm nhận trạng thái mất điện sẽ hoạt động có phản hồi cho biết nguồnđiện đã có, hệ thống sẽ thực hiện tuần tự thao tác xả điện dư, đóng nguồn mới và thựchiện điều hiển theo chu trình bình thường Hệ thống lưu điện phục hồi dần công suấtbằng hệ thống nạp điện tự động

Ngoài thiết bị cứu hộ khi bị mất điện, trong thang máy còn có một bộ phận thắng cơ Trong trường hợp xảy ra đứt cáp thang máy, thiết bị khống chế vượt tốc độ

sẽ hoạt động và tác động đến thắng cơ, nêm chặt phòng thang máy vào ray dẫn hướng,giữ chặt không cho thang rơi để người đến ứng cứu

1.2.2 – Yêu cầu về vận tốc, gia tốc và độ dật

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảmbảo cho cabin chuyển động êm Việc cabin chuyển động êm hay không lại phụ thuộcvào gia tốc khi mở máy và hãm máy

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

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

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hànhkhách, được đưa ra trong bảng 1-1

Bảng 1-1

Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2

Gia tốc tính toán trung bình (m/s2) 0,5 0,8 0,8 1 1 1,5

Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của cabin là tốc độ tăng của gia tốc khi mởmáy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo

[Type text] Page 10

hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ) Khi gia tốc a < 2m / s2

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

và hãm dừng

v S

1.3 – Yêu cầu dừng chính xác buồng thang:

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 sẽgây ra các hiện tượng sau :

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thờigian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất

Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng.Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xáckhi dừng, 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 hai quãngđường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theocùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thangbao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắtđầu 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 để dừngbuồng thang Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển),buồng thang đi được quãng đường là :

S' =v0 t , [m] (2-1)Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]

[Type text] Page 12

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

2 , [m] (2-3)Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồngthang, [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]





(2-4)

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

S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 2-3

Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khidừng s

Bảng 2-1

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]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5 120150Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5  10  15Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5  25  35

Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0  10  15

Hệ F - Đ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2  5  10

[Type text] Page 14