nghiên cứu và ứng dụng plc vào điều khiển thang máy

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nước ta sau chiến tranh đang bước vào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra xản phẩm có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quan trọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay và sau này. Nó là một phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nước đã đề ra để xây dựng đất nước tiến lên giàu mạnh. Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá. Xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng góp phần làm vào để điÒu khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm. Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ sư chuyên ngành nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt được điều đó đảng và nhà nước đã tìm mọi cách để đào tạo được một một đội ngũ tri thức bằng việc hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ sư điện chuyên ngành tự động hoá ở các trường đại học kỹ thuật . Với tư cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đông hoá , để chuẩn bị cho công việc ra trường và đi xây dựng đất nước . Em đã được nhà trường giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy để làm đồ án tốt nghiệp . Đề tài của em gồm 3 phần : Phần I : Tổng quan về thang máy Phần II : Tổng quan về PLC Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyển động thang máy 7 tầng Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân . Đặc biệt là sự hướng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn. Nay em đã hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài . Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản đồ án này . Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệm trong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránh khỏi những sai sót . Em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của thầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên ngày 20/06/2005 Sinh viên thiết kế TrÇn Nh­ Hưng Phần I Tổng quan về thang máy CHƯƠNG I Giới thiệu chung về thang máy 1.1 Vai trò của thang máy. 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, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ... Nó 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 ... Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trong cạnh tranh xây dựng và chiếm một chi phí tương đối lớn. Trong các hệ thống dịch vụ, bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng là một yếu tố thu hút khách hàng . 1.2 phân loại thang máy. Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau: 1.2.1 Phân loại theo chức năng: a. Thang máy chở người: - 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 làm việc nặng nề trong công nghiệp nh­ tác động môi trường về độ Èm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn ... b. Thang máy chở hàng: 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 buồng thang để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động. 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 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 buồng thang là truyền động một chiều. - 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 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 vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý. 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. 1.3 sơ lược sự phát triển thang máy ở việt nam. Như đã trình bày ở trên, 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 chở người trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn. Trong những 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: 1. Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tin cậy; nhưng với giá thành rất cao. 2. Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác. Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt nam như : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON (Nhật bản), HUYNDAI (Hàn quốc). Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng: a. Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường. b. 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. 1.4 kết cấu của thang máy. Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1. Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét 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 được nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18  120. Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài). Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6. Hình 1-1: Kết cấu cơ khí của thang máy. 1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy. 1.5.1 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. 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 cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như 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 trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ. 1.5.2 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 pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm. 1.5.3 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, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ. 1.5.4 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 sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo mét quy luật nhất đinhj 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 tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm. 1.5.5 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 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 cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc. Các thiết bị phụ khác: nh­ quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy. Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống. Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly 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 động người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng ( cáp 5 ). Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang . mỗi sợi cáp 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 lớn người ta thường chọm đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp và xinh cân bằng.việc trọn các thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất và trọn cáp tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát. Chương II Các yêu cầu đối với thang máy 2.1 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 này đến 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 các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố. 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 cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi. 2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy: a. 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 kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm. Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được dử dụng rộng rãi hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1. Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2 trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4. Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái. Hình 2-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm. Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ Ðp chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang. b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín: Hình 2-2 :Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiểnt bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dưới một puli cố định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo. Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh­ 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 2-2. Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp qua ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp. Trường hợp cáp bị đứt hay bị trượt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 còng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng với Cabin. Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3 đập vào cam 4. Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại. Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại. Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm việc. Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả. Theo kinh nghiệm tốc nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang. 2.1.2 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. Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động. Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới. Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để thực hiện điều này người ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy thang. Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy. Để dõng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút Ên hãm khẩn cấp trong buồng thang. Để dõng 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 ở đáy thang. Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơi buồng 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 tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin. 2.2 dừng chính xác buồng thang 2.2.1 Dừng chính xác buồng thang: Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã Ên 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, tăng thời gian 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 Ên nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi 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 quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải 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 sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng 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]. Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''''. , [m] (2-2) Trong đó : m - Khối lượng các phần chuyển động của buồng thang, [kg] Fph - Lực phanh, [N] Fc - Lực cản tĩnh [N] Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực Fc : Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-). S'''' cũng có thể viết dưới dạng sau: , [m] (2-3) Trong đó : 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 Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là: (2-4) Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao 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 : (2-5) 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 2-3. Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dõng s. Bảng 2-1 Hệ truyền động điện Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển [m/s] Gia tốc [m/s2] Độ không chính xác khi dõng [mm] Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5 120150 Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5  10  15 Động 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 máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2  5  10 Hình 2-3: Dừng chính xác buồng thang. 2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ, GIA TỐC VÀ ĐỘ GIẬT ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY. Mét trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Việc buồng thang chuyền động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy. Các tham số chính đặc trưng cho chế độ là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển v[m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật [m/s3]. 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 đặt gần bằng tốc độ định mức. Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s , giá thành 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 ra cảm giác khó chịu cho hành khách (nh­ chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở ..v..v.. ). Bởi vậy 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 2-2 . Bảng 2-2 THAM SÈ HỆ TRUYỀN ĐỘNG Xoay chiều Một chiều Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 Gia 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 buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy . Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ). Khi gia tốc a < 2m / s2 thì độ dật không quá 20m/s3 Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 2-4. Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng thang : mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng . Biểu đồ tối ưu hình 2-4 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 cấp tốc 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 .

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nước ta sau chiến tranh đang bướcvào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọnkhông tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo raxản phẩm có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trênthị trường, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quantrọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay và sau này Nó làmột phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nước đã đề

ra để xây dựng đất nước tiến lên giàu mạnh Nhu cầu nâng cao năng suất vàchất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tựđộng hoá Xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linhhoạt cao đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng gópphần làm vào để điÒu khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giáthành sản phẩm Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ sưchuyên ngành nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt được điều

đó đảng và nhà nước đã tìm mọi cách để đào tạo được một một đội ngũ trithức bằng việc hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ sư điện chuyên ngành tựđộng hoá ở các trường đại học kỹ thuật

Với tư cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đônghoá , để chuẩn bị cho công việc ra trường và đi xây dựng đất nước Em đãđược nhà trường giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiểnthang máy để làm đồ án tốt nghiệp Đề tài của em gồm 3 phần :

Phần I : Tổng quan về thang máy

Phần II : Tổng quan về PLC

Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy

Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điềukhiển lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyểnđộng thang máy 7 tầng

Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân Đặcbiệt là sự hướng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn Nay em

đã hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúpTrần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệmtrong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránhkhỏi những sai sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ củathầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên ngày 20/06/2005

Sinh viên thiết kế

TrÇn Nh Hưng

Phần I

Tổng quan về thang máy

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

Giới thiệu chung về thang máy1.1 Vai trò của thang máy.

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theophương thẳng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụngtrong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai tháchầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ Nó đã thay thếcho sức lực của con người và đem lại năng suất lao động cao Trong sinh hoạtdân dụng, thang máy cũng được sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng,

cơ quan, khách sạn Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trongcạnh tranh xây dựng và chiếm một chi phí tương đối lớn Trong các hệ thốngdịch vụ, bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng làmột yếu tố thu hút khách hàng

1.2 phân loại thang máy.

Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau:

1.2.1 Phân loại theo chức năng:

a Thang máy chở người:

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặctrung 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 bệnhviện

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

b Thang máy chở hàng:

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùngtrong nhà ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xácbuồng thang để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất laođộng

1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển:

- Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thangthường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu

về dừng chính xác không cao

- Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ÷ 1,5) m/s : Thường sử dụngtrong các 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 mộtchiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thốngđiều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiểnlôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý

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

1.3 sơ lược sự phát triển thang máy ở việt nam.

Như đã trình bày ở trên, 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 chuyểntrong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lượngcòn rất khiêm tốn Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăngmạnh, một số hãng thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thangmáy theo hai hướng là:

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

2 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

và bán sản phẩm của mình vào Việt nam như : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON(Nhật bản), HUYNDAI (Hàn quốc) Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mớicòn mẫu thì phổ biến ở hai dạng:

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

b Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổbiến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơđiện

1.4 kết cấu của thang máy.

Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1

Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1cho đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa

ra vào Để nâng- hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6 Động cơ 6 đượcnối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồngTrần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 ÷ 120.

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

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

Hình 1-1: Kết cấu cơ khí của thang máy.

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy.

1.5.1 Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơichứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra vềkích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đườngtrượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảochuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trìnhlàm việc Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên vàxuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyểnđộng tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyểnđộng 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 hiệntượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợpchuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

1.5.2 Động cơ:

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay pulikéo cabin lên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3pharôto 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 mộtdải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thangmáy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp với yêu cầunhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.5.3 Phanh:

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vịtrí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tangphanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanhđược phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

1.5.4 Động cơ cửa:

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kếthợp với mở cửa tầng Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóngmạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo mét quy luật nhất đinhj

sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập Nếu không may mộtvật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ

1 - Puly ma s¸t

2 - C¸p n©ng3- Cabin

để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vậntốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạnchế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc.Các thiết bị phụ khác: nh quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉthị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho kháchhàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy

Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống.

Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao

và dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4 Đối với thangmáy có chiều cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ

đồ động người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặcđối trọng ( cáp 5 ) Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnhhình thang mỗi sợi cáp 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 chọm đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng vớitrọng lượng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng,Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất vàtrọn cáp tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát.

Chương IICác yêu cầu đối với thang máy2.1 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 hàngđầu Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạtcác thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

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 cấpđiện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh,làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đó buồng thang mới có thểchuyển động được Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các máphanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi

2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy:

a Phanh bảo hiểm:

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độvượt 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

Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được dử dụng rộng rãihơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn Kết cấu của phanh bảo hiểmkiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằmgiữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít -trục vít 4 Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái

Hình 2-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm.

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơcấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơcấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ Ðp chặt buồng thangvào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang

b Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín:

Hình 2-2 :Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ.

Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiểnt bởi mộtvòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dướimột puli cố định ở đáy giếng thang Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc

độ của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn Khi tốc độ củaCabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điềukhiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo Lựcnày sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh 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 2-2

Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cápqua ròng rọc cố định 9 Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp Trường hợp cáp bịTrần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

cáp chuyển động cùng với Cabin Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làmvăng quả văng 3 đập vào cam 4 Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm chođộng cơ dừng lại Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại Trongkhi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin)làm cho bộ chống rơi làm việc.

Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theo kinh nghiệm tốc nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang

2.1.2 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 Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy vàgiúp người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng,cần được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượtquá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới Điều này cónghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên làkhông cho phép, còn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyểnđộng đi lên Để thực hiện điều này người ta lắp thêm các thiết bị khống chếdừng tự động ở đỉnh và đáy thang Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động vàđộc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặcđáy

Để dõng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút

Ên hãm khẩn cấp trong buồng thang

Để dõng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thangkhông bị va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo haydầu đặt ở đáy 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 cótín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin

2.2 dừng chính xác buồng thang

2.2.1 Dừng chính xác buồng thang:

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằngcủa tầng cần dừng sau khi đã Ên nút dừng Nếu buồng thang dừng khôngchính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn,

tăng thời gian 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 Ên nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính

xác khi 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

quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang

không tải 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

sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ

để dừng buồng 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]

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang Trong thời

gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''

Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác

dụng của lực Fc : Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-)

S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

ω0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đường kính puli kéo cáp [m]

i - tỷ số truyền

Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho

lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:

sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải

Tốc độ di chuyển [m/s]

Gia tốc [m/s 2 ]

Độ không chính xác khi dõng [mm]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5 ± 10 ÷ 15

Hệ mỏy phỏt - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0 ± 10 ữ 15

Hệ mỏy phỏt - động cơ cú khuyếch đại

Hỡnh 2-3: Dừng chớnh xỏc buồng thang.

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ, GIA TỐC VÀ ĐỘ GIẬT ĐỐI VỚI

HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY.

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang mỏy làphải đảm bảo cho buồng thang chuyển động ờm Việc buồng thang chuyềnđộng ờm hay khụng lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở mỏy và hóm mỏy Cỏctham số chớnh đặc trưng cho chế độ là việc của thang mỏy là : tốc độ dichuyển v[m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật ρ[m/s3]

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

Đối với cỏc nhà chọc trời, tối ưu nhất là dựng thang mỏy cao tốc (v =3,5m/s), giảm thời gian quỏ độ và tốc độ di chuyển trung bỡnh của buồngthang đặt gần bằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tănggiỏ thành của thang mỏy Nếu tăng tốc độ của thang mỏy v = 0,75 m/s lờn v =3,5m/s , giỏ thành tăng lờn 4ữ5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà màchọn thang mỏy cú tốc độ phự hợp với tốc độ tối ưu

Trần Như Hưng Lớp K36IB Trường Đại học KTCN Thỏi Nguyờn

Mức đặt cảm biến dòng

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

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu chohành khách, được đưa ra trong bảng 2-2

Bảng 2-2

THAM SÈ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Xoay chiều

dt hoặc đạohàm bậc hai của tốc độ ρ = d v

Biểu đồ tối ưu hình 2-4 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 haicấp tốc 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

Hình 2-4 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,

tốc độ v , gia tốc a và độ giật ρ theo thời gian

Chương IIICác 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 :

cơ không đồng bộ rôto dây quấn thường dùng cho các máy nâng có trọng tảilớn (công suất động cơ truyền động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dòngkhởi động để không làm ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

ρa

độ thường dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình.

Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gianthường dùng cho các thang máy cao tốc Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyểnđộng hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới ± (5÷10) mm Nhược điểmcủa hệ này là công suất đặt lớn gấp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạptrong vận hành và sửa chữa

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử côngsuất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã được áp dụngkhá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s

3.1 Điều khiển vị trí và dừng chính xác buồng thang.

3.1.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều khiển vị trí:

Trong hệ điều chỉnh vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đặt ϕW) có ýnghĩa quan trọng, quyết định cấu trúc điều khiển hệ Thông thường, lượngđiều khiển ϕW là một hàm của thời gian Nó có thể là một hàm nhảy cấp, hàmtuyến tính hoặc tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parabol và hàm điềuhoà

Tuỳ thuộc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vịtrí cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám(hệ tuỳ 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 Điềunày có liên quan đến giản đồ tối ưu về tốc độ ω(t), gia tốc ε(t) và vị trí ϕ(t)

Để xây dựng hệ điều khiển người ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanhtruyền động điện trên việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động

Hµm nh¶y cÊp Hµm tuyÕn tÝnh Hµm Parabol

ϕ W

Hình 3-1 Lượng điều khiển ϕW (t).

Nếu lượng điều khiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ ω(t), ε(t), ϕ(t) vàquỹ đạo pha tối ưu trên hình 3.1

Đối với giản đồ ω(t), ε(t) và ϕ(t) ta có :

0 < t < T/2 thì

ω ε

ϕ ε

( ) ( )

max max max max

(3-3)

Trong đó, thời điểm hãm t = T/2 với ω = ωmax.ϕK là độ dài dịch chuyển

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

Hình 3-2 Lượng điều khiển ϕW (t), ω(t), ε(t), ϕ(t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Đối với quỹ đạo pha chuyển động, đường nét đậm là quỹ đạo chuyển(đường hãm), đường 1 và đường 3 ứng với độ dài dịch chuyển nhỏ với sailệch vị trí ∆ϕ1(0) và ∆ϕ3(0) , đường 2 ứng với độ dài dịch chuyển lớn cần thờigian chạy ổn định với ω = ωmax , với các điểm K1, K2, K3 là điểm bắt đầu hãm.Trên hình 3.3 và 3.4 ứng với lượng điều khiển ϕW(t) là tuyến tính và hàmparabol Trên hình 3.5 là cấu trúc điều khiển biến trạng thái của hệ truyềnđộng điều khiển vị trí, trong đó các tọa độ trạng thái X1 = ϕ, X2 = ω và X3 = ε

Hình 3-3 Giản đồ ϕW (t), M(t), ω(t), ϕ(t), ∆ϕ(t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Hình 3-4 Giản đồ ϕW (t), ωW (t), εW (t) và quỹ đạo pha chuyển động.

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

3.1.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính:

Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh

vị trí Rϕ là tuyến tính Giả sử các mạch vòng trong đã được tổng hợp theophương pháp môđun tối ưu dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ

là :

Hình 3-6 Cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính.

Tiến trình tổng hợp tham số bộ điều chỉnh vị trí Rϕ cũng tương tự nhưcác mạch vòng khác Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên hình 3.6 thì hàm truyền

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

Bộ điều chỉnh vị trí ở đây được tính chọn theo điều kiện gia tốc hãm cựcđại εhmax đối với quãng đường hãm cực đại ∆ϕhmax sao cho thời gian hãmkhông vượt quá thời gian tmax Tại thời điểm hãm, tương ứng với điều kiện làtín hiệu sai lệch tốc độ ∆ω ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không Ta cóbiểu thức gần đúng :

2

-ở đây εhmax = εmax (xem hình 3.7)

Hình 3-7 Diễn biến thời gian của điều chỉnh vị trí tuyến tính.

Từ (3-6) ta thấy bộ điều chỉnh vị trí được tính theo quan hệ phi tuyếngiữa 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 Ví dụ : Khi cần dịch chuyển một lượng ∆ϕ2 < ∆ϕ ta cần KRϕ2 >

KRϕ nhưng vì KRϕ không đổi nên tốc độ hãm sẽ nhỏ hơn, dẫn đến kéo dàithời gian hãm một lượng ∆t=t2 - t1 Điều này được minh hoạ trên hình 3.8

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên ∆ϕ‘2 ∆ϕ2 ∆ϕ ∆ϕ

Hình 3-8 Kéo dài thời gian hãm.

3 2 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY.

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

η

3

10 ).

η - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5÷0,8)

Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải được tính theobiểu 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:

Gđt = Gbt + αG , [Kg] (1-15)Trong đó : α - hệ số cân bằng (a = 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

trở khách nên chọn hệ số a = 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 a = 0,5.

Dựa trên hai biểu thức (1-2) và (1-3) 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 thangkhi chuyển động

Thông số tương đối để tính toán các thời gian trên được đưa ra trongbảng 3.1

Thời gian ra / vào buồng thang được tính gần đúng 1s/1người Số lầndừng (được tính theo xác suất) của buồng có thể được tìm theo các đườngcong trên hình 3.9

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

1000 mm (mở tự động)

Hỡnh 3-4 Đường cong để xỏc định số lần dừng ( theo xỏc suất )

của buồng thang.

m d - Số lần dừng ; m t - Số tầng ; E - Số người trong buồng thang

Phương phỏp tớnh chọn cụng suất động cơ truyền động thang mỏy tiếnhành theo cỏc bước sau đõy :

1 Tớnh lực kộo đặt lờn puli cỏp kộo buồng thang ở tầng dưới cựng và cỏc lần dừng tiếp theo :

F = (G + Gbt - K1 ∆G1 - Gđ t ) g, [N] (1-16)Trong đú : K1 - Số lần dừng của buồng thang

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

Trong đú : R - Bỏn kớnh của puli, [m]

i - Tỷ số truyền của cơ cấu

η - Hiệu suất của cơ cấu

3 Tớnh tổng thời gian hành trỡnh nõng và hạ của buồng thang :

E = 21 ngư

ời

E = 16 người

E = 13 người

E = 10 người

E = 5 ngư

Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ

ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại ( thời gian đóng

mở cửa buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng3-1:

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

5 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 vàocác hệ số sau:

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, dễdàng trong vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng được

về mặt chất 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 triểnmạnh mẽ của công nghiệp điện tử, ngày nay người ta có xu hướng sử dụngphương pháp điều khiển vô cấp tốc độ động cơ Trên thực tế tồn tại 2 hệ thốngchủ yếu sau đây:

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

∏61

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

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

Hình 3-5 Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều.

Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổidòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấpcho động cơ Đ Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao,chất lượng dải điều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của cácthang máy cao tốc Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểmnhư : động cơ một chiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyênnên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụngthyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạpđòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng v.vv

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

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

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 làthực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

a Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen:

*Nội dung phương pháp:

Điều chỉnh trực tiếp mụmen động cơ khụng đồng bộ là phương phỏp rấtmới, trong đú việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ khụng đồng bộ

là rất chặt chẽ Lụgic chuyển mạch của biến tần dựa trờn trạng thỏi điện từ củađộng cơ mà khụng cần đến điều chế độ rộng xung ỏp của biến tần Do sử dụngcụng nghệ bỏn dẫn tiờn tiến và cỏc phần tử tớnh toỏn cú tốc độ cao mà phươngphỏp điều chỉnh trực tiếp mụmen cho cỏc đỏp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh,

cỡ vài phần nghỡn giõy

Phần cốt lừi của phương phỏp được mụ tả trờn hỡnh 3-11, gồm cỏc khốinhư sau: bộ điều chỉnh cú trễ với lụgic chuyển mạch tối ưu, mụ hỡnh động cơcho phộp tớnh toỏn nhanh và chớnh xỏc cỏc giỏ trị thực của mụmen, tốc độquay của rotor và từ thụng stator với tớn hiệu vào là dũng điện cỏc pha động

cơ và giỏ trị tức thời của điện ỏp mạch một chiều Cỏc giỏ trị thực này được sosỏnh với cỏc giỏ trị đặt để tạo ra tỏc động điều khiển bởi cỏc bộ điều chỉnhmụmen và cỏc mạch vũng bờn ngoài

Hỡnh 3-11 Điều khiển trực tiếp mụmen.

Trần Như Hưng Lớp K36IB Trường Đại học KTCN Thỏi Nguyờn

Điều khiển

ψ,M có trễ

Logic chuyển mạch tối

ưuMô hình động

chu kỳ điều khiển ( 25µs ) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyêndụng ( ASIC ) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( S1, S2, S3 )được dùng để tính vector điện áp stator.

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường địnhhướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tảbởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễntrong hệ toạ độ stator

Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtorhoặc giữa vector dòng điện stator và vector từ thông:

Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen nh sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng haygiảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator được điều chỉnh sao chomômen động cơ đạt được giá trị mong muốn Vector từ thông stator này lạiđược điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu Hay nói cách khác làlogic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vector điện áp tối ưu tuỳ thuộc vàosai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng được tính đến khichọn logic chuyển mạch

b Mô hình động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động

cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hìnhđộng cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việcđiều chế, nó cũng tính ra được tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator đểdùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chứcnăng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độchính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng

thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha củađộng cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều.

3.4 Chọn phương án truyền động.

3.4.1 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

Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khảnăng đảo chiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì khôngyêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sửdụng bộ biến đổi thyristor-động cơ 1 chiều.Với bộ biến đổi đảo chiều nàyđộng cơ có thể làm việc được ở cả 4 góc phần 4 với đầy đủ các trạng thái hãm

và dễ dàng đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ

Bộ biến đổi đảo chiều thực chất là 2 bộ chỉnh lưu có điều khiển mắc songsong ngược chiều nhau Các bộ chỉnh lưu này có thể là chỉnh lưu hình cầu haychỉnh lưu hình tia Bộ chỉnh lưu hình cầu có ưu điểm là chất lượng dòng điện

ra tốt hơn Nhưng nó lại có nhược điểm là số van điều khiển nhiều hơn dẫnđến các thiết bị trong mạch điều khiển cũng tăng

Bộ chỉnh lưu hình tia có ưu điểm là số lượng van điều khiển thích hơndẫn đến mạch điều khiển đơn giản hơn nhưng nhược điểm của nó là chấtlượng dòng điện ra của bộ chỉnh lưu hình tia không tốt bằng bộ chỉnh lưu hìnhcầu

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

bộ biến đổi chỉnh lưu hình cầu 3 pha

Phương pháp điều khiển bộ biến đổi đảo chiều: Có 2 phương pháp điềukhiển bộ biến đổi đảo chiều

+ Phương pháp điều khiển chung có ưu điểm là hạn chế dòng điện cânbằng

tốt hơn phương pháp điều khiển riêng, khi dùng phương pháp điều khiểnchung thì sự chiyển đổi giữa 2 bộ biến đổi được dễ dàng tạo ra các trạng tháihãm cho động cơ tốt hơn

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

đến không phải dùng cuộn kháng san bằng nhưng ở phương pháp này chế độđộng không tốt Vì vậy để điều khiển động cơ ta dùng phương pháp điềukhiển chung Sơ đồ điều khiển được mô tả nh sau:

Chương IVThiết kế mạch điều khiển có tiếp điểm và thuyết minh sơ

đồ nguyên lý

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

cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả nh sau :

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang còng nh các tín hiệu yêu cầu đếntầng, người ta bố trí các các nút Ên gọi thang ở các tầng và các nút Ên đếntầng được bố trí trong Cabin Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1chỉ có nút gọi lên Trong Cabin nót Ên đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báođộng được bố trí vào một bảng điều khiển

Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thường đóng hoặcthường 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 thangngười ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn LED haycác mạch hiển thị 7 thanh được bố trí ở các tầng cũng nh trong Cabin nhằmhiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng tháicủa các nút Ên, 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

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc Để lấy tín hiệucho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí cácSensor ở đỉnh và đáy thang.

Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiểnkhi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ cấuchấp hành và quán tính của hệ thống

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vịtrí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cáchkhác, ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trênhay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn củavùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồngthang) Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗitầng thường bố trí nhiều 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 dướitác động đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệuđến phần 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

4.2 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử có tiếp điểm 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 takhông sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến khôngtiếp điểm được trình bày trong phần dưới đây

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 này

thường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5 ÷ 10tầng) với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy được giới thiệu trênhình 4-1

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 hè thang.D1 ÷ D5 là các công tắc điểm cuối của các tầng

RCT1 ÷ RCT5 là các rơle chuyển tầng

R1 ÷ R5 là các rơle chuyển tầng

CTT công tắc từ chuyển tầng

N1 ÷ N5 là các nút Ên gọi thang ở các tầng

NK1 ÷ NK5 là các nút Ên đến tầng trong Cabin

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 aptomát AP Các cuộn dây Stato của động

cơ được nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng

KL hoặc côngtắctơ hạ KX

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một pha qua biến ápcách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V Khi AP đóng, nếu cả 3pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, cáctiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA Khi đómới 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 tắccửa Cabin Ck

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

1 - +

R H

R N

CTK

Hình 4-1 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình.

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

Khi buồng thang đang ở tầng 1 Khi đó, công tắc điểm cuối D1 và côngtắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thườngkín RCT1 mở ra Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình Ên các công tắc gọithang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RHđều không được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện.Tương tù, 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 Ên gọithang N5 và gọi tầng 5 NK5.

Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện Các tiếpđiểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH

và rơle RN, RH đều hở mạch

Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 :

Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa Cabin và Ên nútgọi tầng NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại.Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN được cấp điện qua

KH, RCT5, RCT4 và R4 Các tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại, động

cơ được cấp điện và thang chuyển động đi lên Khi nhả NK4 thì các cuộn dâynày vẫn được duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng.Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đónglại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thường kín RCT4 mở ra làm cho cáccuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện Cơcấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang

Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào

đó mà tiếp điểm thường kín RCT4 không mở ra, người ta bố trí các tiếp điểmthường kín T1÷T5 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1 ÷ R5 Lúc này, (dorơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếpđiểm R4 mở ra, sẽ làm hở mạch cuộn KN và RN

Trong sơ đồ có 5 đèn báo tầng L16 ÷ L56 và đèn báo thang máy đangchuyển động lên LBN6, xuống LBH6 lắp ở trên mỗi cửa tầng và trong Cabin

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

4.3 hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các

phần tử phi tiếp điểm.

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 thựctế

a Công tắc vị trí kiểu cảm ứng :

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị tríkiểu cảm ứng có dạng nh hình 2-1 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 thôngsinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi quacuộn dây sẽ giảm xuống

Hình 4-2 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng.

Hình 4-3 Transistor quang.

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

b Transistor quang :

Trần Như Hưng Líp K36IB Trường Đại học KTCN Thái Nguyên

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

c Phần tử HALL :

Phần tử HALL là một chất bán dẫn Nếu dòng điện B+ được cung cấpmột cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng gócvới chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiềudòng điện

d Bộ cảm biến hồng ngoại :

Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát

ra một năng lượng hồng ngoại yếu Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rấtcao, thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Bộ cảm biến hồng ngoạiHN911L là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng nh hình 4-5

2 6