Xuất phát tư tầm quan trong của thang máy trong cuộc sống, sau khoảng thời gian học tập và rèn luyện tại trường ĐH Dân lập Hải Phòng, chuyên nghành Điện Tự Động CN em đã có điều kiện học hỏi và tích lũy kiến thức về chuyên nghành học của mình.Với mục đích ứng dụng nhưng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống em được giao và hướng dẫn thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động thang máy đôi sử dụng PLC S7300, giám sát điều khiển băng WinCC”
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Giới thiệu chung về thang máy
1.1.1 Khái niệm chung về thang máy:
Thang máy là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng dưới 15 độ, phục vụ cho nhiều mục đích như di chuyển thực phẩm, vật liệu, và giường bệnh.
Thang máy là phương tiện vận chuyển phổ biến trong khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, và các đài quan sát, tháp truyền hình So với các phương tiện vận chuyển khác, thang máy có thời gian chu kỳ vận chuyển ngắn, tần suất vận chuyển cao và khả năng đóng mở liên tục.
Thang máy hiện nay đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các tòa nhà cao tầng, vì nó giúp tiết kiệm sức lực cho người sử dụng, thay thế cho việc leo cầu thang bộ.
1.1.2 Yêu cầu chung đối với thang máy
Thang máy là thiết bị vận chuyển yêu cầu tính an toàn cao, ảnh hưởng trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Do đó, trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa thang máy, cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn và quy định về kỹ thuật an toàn Thang máy phải được trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn và đảm bảo độ tin cậy, bao gồm điện chiếu sáng dự phòng, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, công tắc an toàn cabin, khóa an toàn cửa tầng và bộ cứu hỏa khi mất điện.
1.1.3 Vai trò của thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải thiết yếu, phục vụ cho việc di chuyển hàng hóa và con người theo phương thẳng đứng, giúp tăng năng suất lao động và tiết kiệm thời gian Sự phát triển của thang máy phản ánh nhu cầu vận chuyển nhanh chóng trong các lĩnh vực như công nghiệp, xây dựng, và dịch vụ Đặc biệt, trong các ngành như khai thác hầm mỏ và xây dựng, thang máy đóng vai trò quan trọng không thể thiếu Ngoài ra, thang máy cũng được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, bệnh viện và khách sạn, góp phần nâng cao hiệu quả công việc Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng thang máy đang gia tăng, đặc biệt trong bối cảnh kinh tế phát triển mạnh mẽ, mặc dù hiện tại vẫn chủ yếu ở dạng thô sơ Thang máy không chỉ là một yếu tố cạnh tranh trong xây dựng mà còn chiếm khoảng 7-10% tổng giá trị công trình đối với các tòa nhà từ 25 tầng trở lên, điều này cho thấy tầm quan trọng của nó trong các hệ thống xây dựng hiện đại.
Phân loại thang máy
Thang máy ngày nay được thiết kế đa dạng với nhiều loại khác nhau, phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình Việc phân loại thang máy có thể dựa trên các nguyên tắc và đặc điểm cụ thể.
1.2.1 Phân loại theo công dụng
1.2.1.1 Thang máy chuyên chở người
Loại này để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình vv
1.2.1.2 Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm
Loại này thường dùng trong siêu thị
1.2.1.3 Thang máy chuyên chở người bệnh nhân
Thang máy y tế được thiết kế đặc biệt cho các bệnh viện và khu điều dưỡng, với kích thước thông thuỷ cabin đủ lớn để chứa băng ca hoặc giường bệnh cùng với bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu Hiện nay, thang máy này đã được sản xuất theo tiêu chuẩn kích thước và tải trọng đồng nhất trên toàn thế giới.
1.2.1.4 Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm
Loại xe nâng này thường được sử dụng trong các nhà máy, công xưởng, và kho bãi, cũng như trong các khách sạn để phục vụ nhân viên Mặc dù chủ yếu được thiết kế để chở hàng hóa, nhưng vẫn có người đi kèm để hỗ trợ trong quá trình vận chuyển.
1.2.1.5 Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm
Thang máy chuyên dụng được thiết kế để vận chuyển vật liệu và thực phẩm trong các khách sạn và nhà ăn tập thể, với đặc điểm nổi bật là chỉ có điều khiển bên ngoài cabin Ngoài ra, còn có các loại thang máy chuyên dụng khác như thang máy cứu hỏa và thang chở ô tô.
1.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin
1.2.2.1 Thang máy dẫn động điện
Loại cabin này sử dụng động cơ điện để điều chỉnh quá trình lên xuống thông qua hộp giảm tốc và puli ma sát hoặc tang cuốn cáp Nhờ vào việc treo cabin bằng cáp, hành trình di chuyển của nó không bị giới hạn.
Thang dẫn động ca bin sử dụng bánh răng và thanh răng là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người trong các công trình xây dựng cao tầng.
Hình 1.1 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang a,b: Dẫn động cabin bằng puli masat c:Dẫn động cabin bằng tang cuốn
1.2.2.2 Thang máy dẫn động thủy lực
Thang máy thủy lực được thiết kế với các loại pittông khác nhau, bao gồm pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabin, pittông đẩy từ phía sau cabin và pittông kết hợp với cáp gián tiếp Đặc điểm nổi bật của thang máy này là cabin được nâng lên từ dưới nhờ hệ thống pittông - xylanh thủy lực, dẫn đến hành trình bị hạn chế tối đa là 18m, không phù hợp cho các công trình cao tầng Mặc dù có kết cấu đơn giản và tiết diện giếng thang nhỏ hơn so với thang máy dẫn động cáp, thang máy thủy lực vẫn đảm bảo chuyển động êm ái, an toàn, đồng thời giảm chiều cao tổng thể của công trình khi phục vụ cùng một số tầng, do buồng thang được đặt ở tầng trệt.
1.2.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời treo Đối với thang máy điện
Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang (h1.1)
Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang (h1.3)
Thang máy điện có bộ tời được đặt phía dưới giếng thang, với cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin hoặc cáp vòng qua đáy cabin Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng và thanh răng, bộ tời được lắp đặt ngay trên nóc cabin Còn đối với thang máy thủy lực, buồng máy được đặt tại tầng trệt.
1.2.4 Phân loại theo hệ thống vận hành
1.2.4.1 Theo mức độ tự động
1.2.4.2 Theo tổ hợp điều khiển
1.2.4.3 Theo vị trí điều khiển
+ Điều khiển trong ca bin
+ Điều khiển ngoài ca bin
+ Điều khiển cả trong và ngoài ca bin
1.2.5 Phân loại theo các thông số cơ bản
1.2.5.1 Theo tốc độ di chuyển của ca bin
+ Loại tốc độ rất cao: V> 4m/s
1.2.5.2 Theo khối lượng vận chuyển của ca bin
Nhận xét
Thang máy hiện nay có nhiều cấu trúc đa dạng, đòi hỏi sự lựa chọn khắt khe về kinh tế và an toàn cho người sử dụng Với sự phát triển kinh tế ở Việt Nam, việc chọn cấu trúc thang máy hợp lý trở nên quan trọng Trong chương 2, tôi sẽ trình bày các chi tiết chính liên quan đến thang máy.
TẠO CỦA THANG MÁY VÀ CÁC CHỨC NĂNG
Một số kiểu thang máy thường gặp
a, b, c, Hình 2.1 Sơ đồ thang máy thường gặp
+ Thang máy có thêm puly dẫn hướng cáp đối trọng (hình 2.1 a)
Lắp thêm puly dẫn hướng để điều chỉnh cáp đối trọng là cần thiết, đặc biệt khi kích thước cabin lớn Sơ đồ này thường được áp dụng khi cáp đối trọng không thể dẫn hướng trực tiếp từ puly dẫn cáp hoặc tang cuốn cáp.
+ Thang máy có sự bố trí bộ tời bên dưới (hình 2.1 b)
Bộ tời được lắp đặt ở bên hông hoặc bên dưới cửa đáy giếng giúp giảm tiếng ồn khi thang máy hoạt động Tuy nhiên, sơ đồ này làm tăng tải trọng tác dụng lên giếng thang và kéo dài chiều dài cũng như các điểm uốn của cáp nâng, dẫn đến tăng độ mòn của cáp Kiểu bố trí bộ tời này chỉ nên được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt, khi buồng giếng không thể đặt trên giếng thang và cần yêu cầu cao về việc giảm tiếng ồn.
+ Thang máy kiểu đẩy (hình 2.1 c)
Cáp nâng treo cabin được dẫn qua các puly lắp trên khung cabin, sau đó đi qua puly phía trên đến puly dẫn cáp của bộ tời Trọng lượng cabin và vật nâng được cân bằng bởi đối trọng, trong khi các dây cáp của đối trọng uốn qua puly dẫn hướng phụ.
Cấu trúc điển hình của thang máy
2.2.1 Tổng quát về cơ khí thang máy
Thang máy có cấu trúc phức tạp nhưng nhìn chung được cấu tạo gồm một số bộ phận như sau:
+ Cơ cấu nâng hạ bao gồm: Đ/C KĐB đảo chiều
Puly (tang cuốn cáp nâng hạ)
HT phanh giữ (phanh từ)
+ Bộ phận dẫn hướng (gồm một hệ thống ray)
+ Bộ phận treo ca bin (hệ thống cáp)
+ Bộ phận hạn chế tốc độ
+ Bộ giảm chấn đáy hầm
+ Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác
+ Tủ điện và hệ thống điều khiển
Tất cả các thiết bị của thang máy được lắp đặt trong giếng buồng thang, bao gồm khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1, trong buồng máy trên sàn tầng cao nhất, và trong hố buồng thang dưới mức sàn tầng 1.
Mỗi bộ phận chức năng của thang máy đảm nhận nhiệm vụ quan trọng, giúp nâng cao tính hoàn chỉnh, an toàn và thuận tiện Độ phức tạp của thang máy tỷ lệ thuận với số lượng bộ phận cấu thành, điều này làm cho quá trình chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh trở nên khó khăn hơn, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ và độ chính xác của thang máy.
Hình 2.2 minh họa kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy, bao gồm các thành phần quan trọng như: đối trọng, cảm biến xác định vị trí, cabin, cáp dây truyền, puly, động cơ, giá treo, khung đế cabin, ray dẫn hướng, xích cân bằng, hố giếng thang và tủ điều khiển.
Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an toàn và tiện lợi trong vận hành
Kết cấu, sơ đồ bộ trí thiết bị của thang máy giới thiệu ở hình vẽ bên
2.2.2 Sơ bộ về chức năng của một số bộ phận
Mỗi một bộ phận trong thang máy đều đảm nhiệm chức năng và nhiệm vụ khác nhau Nhưng lại có quan hệ mật thết với nhau
2.2.2.1 Bộ phận lắp trong phòng điều khiển
Cơ cấu nâng được chia thành hai loại: một loại có hộp tốc độ và một loại không sử dụng hộp tốc độ Các thành phần chính bao gồm cảm biến xung, cảo bố thắng, phanh điện từ, bố thắng, quạt làm mát động cơ, tay quay, động cơ, chân đế và puly.
Cơ cấu nâng tạo ra lực kéo chuyển động cabin và đối trọng Trong thang máy thường sử dụng hai cơ cấu nâng (hình 2.3)
Cơ cấu nâng thang máy thường bao gồm hộp giảm tốc nằm giữa động cơ và puly (hoặc tang), đặc biệt phù hợp cho các thang máy có số tầng thấp mà không yêu cầu tốc độ cao.
Cơ cấu nâng không sử dụng hộp giảm tốc, với puly dẫn cáp được lắp trực tiếp trên trục động cơ, thường được áp dụng trong các thang máy của tòa nhà cao tầng để đáp ứng yêu cầu về tốc độ cao.
Cơ cấu nâng gồm các bộ phận sau:
- Bộ phận kéo cáp: là puly hoặc tang cuốn cáp có đường kính
Động cơ trong thang máy, thường là động cơ 3 pha không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc, có vai trò quan trọng trong việc dẫn động hộp giảm tốc để quay puly và kéo cabin lên xuống Do thang máy hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại và yêu cầu điều chỉnh tốc độ, momen động cơ cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả kinh tế và cảm giác thoải mái cho người sử dụng Hệ thống điều khiển trung tâm giúp điều chỉnh động cơ phù hợp với các yêu cầu cụ thể.
Cơ cấu nâng được đặt chắc chắn trên kệ làm bằng thép chữ u
+ Tủ điện : trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ,các loại rơle trung gian,và bộ điều khiển
Bộ phận hạn chế tốc độ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi vận tốc thay đổi vượt quá mức cho phép Khi xảy ra tình huống này, bộ phận sẽ kích hoạt cơ cấu khống chế, ngắt điều khiển động cơ và phối hợp với phanh bảo hiểm qua cáp liên động để giảm tốc độ di chuyển của buồng thang.
2.2.2.2 Các bộ phận lắp trong giếng thang a, Thiết bị động
+ cabin và các thiết bị đi kèm
Cabin thang máy là bộ phận mang tải, di chuyển trong giếng thang theo các thanh dẫn hướng Cabin được thiết kế để có thể tháo rời thành từng bộ phận nhỏ, bao gồm kết cấu chịu lực (khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin Trên khung cabin, có các ngàm dẫn hướng, hệ thống treo, tay đòn, bộ hãm bảo hiểm, cùng với hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa Nóc cabin lắp đặt phanh bảo hiểm và động cơ truyền động cho cửa Trong buồng thang, có hệ thống nút bấm điều khiển, đèn báo, đèn chiếu sáng, công tắc liên động với sàn cabin và điện thoại liên lạc khi mất điện Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm, và cabin thang máy chở người cần đảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng.
Khung cabin là cấu trúc chính của cabin thang máy, được làm từ các thanh thép chịu lực lớn, đảm bảo khả năng chịu tải định mức Vách che cabin bao quanh khung cabin, tạo nên sự bảo vệ và an toàn cho người sử dụng.
- Ngàm dẫn hướng (rãnh trượt)
Ngàm dẫn hướng là thiết bị quan trọng giúp cabin và đối trọng di chuyển dọc theo ray dẫn hướng, đồng thời kiểm soát sự dịch chuyển ngang của chúng trong giếng thang Có hai loại ngàm dẫn hướng phổ biến: ngàm trượt (bạc trượt) và ngàm con lăn, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của thang máy.
Hình 2.6 Ngàm dẫn hướng và rãnh trượt
-Hệ thống treo ca bin
Cabin và đối trọng được treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt, do đó cần có hệ thống treo để đảm bảo rằng các sợi cáp nâng này có độ căng đồng đều.
Trong trường hợp sợi cáp chịu lực căng lớn nhất bị quá tải, sợi cáp chùng có thể trượt trên rãnh puly ma sát, gây ra nguy hiểm Sự không đồng đều giữa sợi cáp căng và chùng cũng dẫn đến mòn không đều trên các rãnh cáp của puly Để đảm bảo an toàn, hệ thống treo cabin cần được trang bị tiếp điểm điện trong mạch an toàn, tự động ngắt điện khi có sợi cáp chùng quá mức cho phép Thang chỉ hoạt động khi độ căng của các cáp đã được điều chỉnh đồng đều Hệ thống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng, đảm bảo chịu lực cho cabin.
+ Hệ thống cửa cabin và cửa tầng
Cửa cabin và cửa tầng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ảnh hưởng lớn đến chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa được thiết kế để khi thang máy dừng tại tầng, động cơ sẽ mở cửa cabin, đồng thời cửa tầng cũng sẽ mở ra nhờ cơ chế liên kết Khi thang máy đóng cửa, hệ thống liên kết sẽ không tác động vào cửa tầng, cho phép cabin di chuyển đến các tầng khác.
Hệ thống phanh bảo hiểm là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ buồng thang trong trường hợp xảy ra sự cố, như đứt cáp hoặc mất điện Khi tốc độ buồng thang vượt quá giới hạn cho phép, hệ thống này sẽ hoạt động để ngăn chặn tai nạn Thông thường, có ba loại phanh bảo hiểm được sử dụng trong các thang máy.
Hình 2.7 Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Lựa chọn thang máy
Quá trình chọn thang máy thường diễn ra qua hai bước chính: lựa chọn sơ bộ và đánh giá kết quả Bài toán này được xác định dựa trên các thông số của tòa nhà và các yêu cầu khác, nhằm chọn thang máy hoặc nhiều thang máy phù hợp với nhu cầu vận chuyển trong 5 phút tại thời điểm i, đồng thời đảm bảo khoảng thời gian chờ đợi trung bình là tối ưu nhất với mức đầu tư thấp nhất.
Nếu chưa có đủ số liệu về tòa nhà và các yêu cầu khác, bạn có thể tham khảo bảng 1.3.3.1 để chọn thang phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Trong các tòa nhà cao tầng với lưu lượng hành khách lớn, việc lựa chọn thang máy trở nên phức tạp Để đảm bảo hiệu quả, có thể sử dụng các phần mềm chọn thang hiện có hoặc tìm kiếm sự tư vấn từ các chuyên gia trong lĩnh vực này.
Dưới đây chỉ xin trình bày nguyên tắc chọn thang chở người cho các toà nhà không quá phức tạp
Bảng 2.1 Lựa chọn tốc độ theo chiều cao của tòa nhà
Chọn tốc độ theo chiều cao toà nhà Đặc điểm thang Chiều cao toà nhà (m)
Loại thang máy Tốc độ định mức x (m/s)
Cơ quan khách sạn nhỏ
Cơ quan khách sạn loại lớn
Bệnh viện nhà ở tập thể
Chế độ hoạt động nhẹ (ít hoạt động) x ≤ 0,63 12 10 - - -
Thang cho hoạt động chung
Chọn tốc độ theo chiều cao toà nhà Đặc điểm thang Chiều cao toà nhà (m)
Loại thang máy Tốc độ định mức x (m/s)
Cơ quan khách sạn nhỏ
Cơ quan khách sạn loại lớn
Bệnh viện nhà ở tập thể
Thang cần vận chuyển nhanh
Thang máy cho bệnh viện
Thang chở hàng thông thường
Thang chở hàng loại nặng
Trình tự quá trình chọn thang được tiến hành như sau:
- Phân tích các đặc điểm đã cho của toà nhà
- Chọn giá trị của năng suất vận chuyển i trong 5 phút tại giờ cao điểm và giá trị
- Khoảng thời gian chờ đợi trung bình
- Bố trí sơ bộ sơ đồ phục vụ của thang
Khi tính toán và chọn thang máy, cần xác định các thông số kỹ thuật phù hợp Đánh giá và kiểm tra phương án đã chọn về yêu cầu kỹ thuật, tiêu chí phục vụ và vốn đầu tư là rất quan trọng Cuối cùng, xác định phương án hợp lý nhất để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
2.3.2 Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế thang máy
+ Khi thiết kế giếng thang máy, chúng ta chú ý một số điểm sau:
Kích thước giếng thang cần phải phù hợp với tải trọng theo catalogue, nhưng cũng cần chú ý đến chiều cao của tòa nhà Đối với các tòa nhà cao, nên thiết kế giếng thang rộng hơn kích thước được nhà sản xuất khuyến nghị từ 100-200mm, nhằm tránh hiện tượng lệch hoặc hẹp giếng thang trong quá trình xây dựng.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao OH, được định nghĩa là khoảng cách từ sàn của điểm dừng trên cùng đến bệ đặt máy kéo Nếu chiều cao OH quá thấp, sẽ không đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thang máy và không đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam về an toàn lắp đặt thang máy.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng đến độ sâu của hố Pit, được định nghĩa là khoảng cách từ sàn của tầng dừng thấp nhất đến đáy giếng Yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành của thang máy.
OH và hố Pit đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ êm ái của thang máy khi di chuyển lên đỉnh hoặc xuống tầng dưới cùng Nếu OH hoặc hố Pit ngắn, thang sẽ dừng lại một cách đột ngột khi đến tầng trên hoặc dưới cùng.
+ Phòng máy của thang phải đảm bảo các yếu tố:
- Độ cao: Nếu độ cao không đủ thì sẽ liên quan đến góc ôm của Puly và cáp
Do đó, sẽ ảnh hưởng đến độ bền của puly, cáp và chất lượng vận hành của thang
Thông gió là yếu tố quan trọng trong phòng máy, vì nếu không được thông gió tốt, nhiệt độ sẽ tăng cao, ảnh hưởng đến dầu hộp số máy kéo Nhiệt độ quá cao có thể gây nhiễu cho bộ biến tần của thang máy, dẫn đến tình trạng thang máy bị trục trặc Thực tế cho thấy, trong nhiều trường hợp, vào giữa trưa nắng, khi nhiệt độ phòng máy tăng lên, thang máy thường gặp sự cố.
Khi bố trí phòng máy, cần chú ý không đặt gần bể nước để tránh tình trạng nước tràn, đồng thời cũng không nên đặt gần giàn nóng của hệ thống điều hòa trung tâm, vì khí nóng thải ra từ hệ thống này có thể làm tăng nhiệt độ trong phòng máy.
Khi thiết kế thang máy, việc tham khảo ý kiến từ các nhà cung cấp là rất quan trọng Bản vẽ trong catalogue chỉ mang tính chất sơ bộ, do đó nhiều tòa nhà sau khi hoàn thành phải đục bê tông cửa tầng để lắp đặt thang máy, điều này không chỉ tốn kém mà còn ảnh hưởng đến kết cấu của tòa nhà.
Nhận xét
Việc tính chọn các thiết bị như động cơ, bộ điều khiển, biến tần và các cơ cấu chấp hành cho thang máy là rất quan trọng do yêu cầu khắt khe của hệ thống Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sự chính xác, độ tin cậy và an toàn của thang máy Nội dung chi tiết về quá trình tính chọn này sẽ được trình bày trong chương 3: Thiết kế hệ thống tự động hóa cho thang máy.
KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO THANG MÁY
Yêu cầu thiết kế
Thang máy là thiết bị vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng, vì vậy an toàn trong hệ thống thang máy cần được ưu tiên hàng đầu Để đảm bảo an toàn, các biện pháp thực hiện cần được tính toán và thiết kế kỹ lưỡng, bao gồm việc trang bị các thiết bị sẵn sàng ứng phó khi có sự cố Đồng thời, cần lắp đặt nhiều thiết bị kiểm tra, theo dõi và giám sát hoạt động của thang máy nhằm phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố.
Trong quá trình hoạt động của thang máy, có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp bị trượt trên puly kéo Khi tốc độ rơi của thang vượt mức an toàn, cần phải giữ thang lại để ngăn chặn sự rơi tiếp Để phòng tránh tình huống này, bộ hạn chế tốc độ được lắp đặt ở đỉnh thang và điều khiển bởi một vòng cáp kín, kết nối từ buồng thang qua puly của bộ điều tốc xuống dưới một puli cố định ở đáy giếng thang Cáp này chuyển động với tốc độ tương đương với buồng thang Khi tốc độ vượt quá giới hạn cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ phát tín hiệu ngắt mạch điện, kích hoạt hệ thống phanh và thiết bị chống rơi hoạt động.
Hình 3.1 Bộ hạn chế tốc độ
Nguyên lý hoạt động của bộ hạn chế tốc độ
Cáp (2) treo vòng qua puly (1) qua ròng rọc cố định (9) dẫn hướng theo cáp
Khi cáp bị đứt hoặc trượt, puly (1) sẽ quay nhanh hơn tốc độ định mức do cáp (2) di chuyển cùng tốc độ với buồng thang Tốc độ của puly (1) tăng lên tương ứng với tốc độ rơi hoặc trượt của buồng thang, và khi đạt đến một tốc độ nhất định, quả văng có thể xảy ra.
Khi lực ly tâm tác động, sẽ khiến cam (4) văng ra và va chạm vào công tắc điện (10), dẫn đến việc động cơ ngừng hoạt động Đồng thời, cam (4) sẽ đẩy má phanh (6) kẹp chặt cáp truyền động khi cabin rơi xuống Cáp (2) kết nối với thanh đòn bộy sẽ kích hoạt bộ chống rơi và phanh bảo hiểm Tốc độ của buồng thang tại thời điểm này được gọi là tốc độ nhả, nơi mà bộ hạn chế tốc độ hoạt động.
Trong quá trình vận hành thang máy, cần đảm bảo thang không vượt quá giới hạn chuyển động lên và xuống; khi đã lên tầng cao nhất, thang không được phép di chuyển lên, và khi đã xuống dưới tầng 1, chỉ được phép di chuyển lên Để thực hiện điều này, các thiết bị khống chế dừng tự động được lắp đặt ở đỉnh và đáy thang, cho phép dừng thang một cách độc lập khi buồng thang đạt đến các giới hạn này Ngoài ra, còn có bộ trị các cực hạn, đảm bảo thang dừng an toàn khi thiết bị tự động gặp sự cố Khi buồng thang lên đến tầng trên cùng, thiết bị khống chế sẽ tác động, cấm mọi khả năng di chuyển lên và xuống Để đảm bảo an toàn trong trường hợp khẩn cấp và tránh va chạm mạnh, các bộ đệm như lò xo hoặc thủy lực thường được bố trí ở đáy giếng thang.
Việc đóng, mở cửa buồng thang và cửa tầng chỉ thực hiện khi buồng thang đã dừng hẳn và chính xác
Buồng thang chỉ hoạt động khi các cửa tầng và cửa buồng thang đã hoàn toàn đóng và không bị quá tải Ngoài ra, hệ thống cũng cần đảm bảo yêu cầu về tốc độ đóng mở cửa nhanh và khả năng dừng khẩn cấp.
3.1.2 Yêu cầu về tối ưu thuật toán
Khi thang máy phục vụ nhiều người cùng lúc với các điểm đến khác nhau, việc tối ưu hóa điều khiển thang máy trở nên cực kỳ quan trọng Để đạt được sự tối ưu này, cần đảm bảo rằng các yêu cầu cơ bản được đáp ứng đồng thời.
- Phục vụ được hết các tín hiệu gọi tầng, đến tầng
- Tổng quãng đường mà thang phải di chuyển là ngắn nhất
- Hệ thống truyền động không phải hãm, dừng nhiều lần đảm bảo tối đa thời gian quá độ
- Sao cho người sử dụng thang máy cảm thấy được phục vụ 1 cách tốt nhất Tránh tình trang người gọi thang trước mà phải đợi thang quá lâu
Thường các hệ thống điều khiển thang máy hiện nay tuân theo 2 luật điều khiển sau:
Luật điều khiển tối ưu theo vị trí ưu tiên phục vụ tín hiệu gọi thang gần nhất, tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là thang có thể chỉ phục vụ ở một khu vực nhất định.
1 phạm vi tầng nhất định, nếu ở trong phạm vi tầng có lưu lượng khách ra vào đông – khó đáp ứng
Luật điều khiển tối ưu theo chiều chuyển động quy định rằng tín hiệu gọi đầu tiên sẽ xác định hành trình đầu tiên của thang máy Khi thanh chuyển động lên, thang sẽ phục vụ tất cả các tín hiệu gọi trước đó trước khi chuyển sang hành trình ngược lại.
3.1.3 Yêu cầu về gia tốc, tốc độ, độ giật
Một yêu cầu thiết yếu đối với hệ truyền động thang máy là đảm bảo buồng thang di chuyển êm ái Sự êm ái của buồng thang phụ thuộc vào gia tốc trong quá trình khởi động và hãm.
Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là:
Tốc độ di chuyển của buồng thang là yếu tố quyết định năng suất của thang máy, đặc biệt quan trọng đối với các nhà cao tầng Đối với các tòa nhà chọc trời, thang máy cao tốc với tốc độ 3,5 m/s là tối ưu, giúp giảm thời gian di chuyển Tuy nhiên, việc tăng tốc độ đồng nghĩa với việc tăng chi phí; ví dụ, khi tốc độ từ 0,75 m/s tăng lên 3,5 m/s, giá thành có thể tăng từ 4 đến 5 lần Do đó, cần lựa chọn thang máy có tốc độ phù hợp với độ cao của tòa nhà Tốc độ di chuyển trung bình có thể được cải thiện bằng cách giảm thời gian mở và hãm máy, nhưng gia tốc lớn có thể gây khó chịu cho hành khách, vì vậy gia tốc tối ưu nên giữ dưới 2 m/s².
Gia tốc đảm bảo năng suất cao khụng gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 3.1 Lựa chọn gia tốc
Tham số Hệ truyền động
Gia tốc tính toán thiết bị (m/s 2 ) 0,5 0,5 0,8 1 1 1,5
Tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy là những yếu tố quyết định sự di chuyển êm ái của buồng thang, được gọi là độ giật.
(Tạo hàm bậc 1 của gia tốc f = da/dt là đạo hàm bậc 2 của vận tốc d 2 v/dt 2 ) Khi gia tốc a < 2 m/s 2 thì độ giật không được quá 20 m/s 2
3.1.4 Yêu cầu về dừng chính xác
Buồng thang cần dừng chính xác tại mặt bằng tầng sau khi nhấn nút dừng; nếu không, sẽ gây khó khăn cho hành khách ra vào, làm tăng thời gian và giảm năng suất đối với thang máy chở khách Đối với thang máy chở hàng, việc dừng không chính xác có thể gây khó khăn trong bốc dỡ hàng hóa, thậm chí không thể thực hiện được Để khắc phục, có thể nhấn nút bấm để cải thiện độ chính xác khi dừng, nhưng điều này có thể dẫn đến các vấn đề không mong muốn khác.
Hỏng thiết bị điều khiển
Gây tổn thất năng lượng
Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí
Để dừng chính xác buồng thang, cần tăng thời gian từ lúc hãm đến lúc dừng, tính toán một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh, với buồng thang đầy tải và không tải theo cùng một hướng chuyển động.
Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm:
Moment quán tính của buồng thang
Tốc độ bắt đầu hãm và 1 số yếu tố phụ khác
3.1.5 Yêu cầu các hệ truyền động dùng trong thang máy
Khi thiết kế trang bị điện, điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ truyền động 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 xoay chiều sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và roto dây quấn đang ngày càng phổ biến trong các thiết bị điện tử như thang máy và máy nâng.
Nguyên tắc sử dụng thang máy
Trong những năm gần đây, sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử công suất lớn đã dẫn đến việc áp dụng rộng rãi các hệ truyền động lC sử dụng bộ biến đổi thành trong các thang máy cao tốc, đạt tốc độ lên tới 5m/s.
3.1.6 Các tiêu chuẩn thiết kế thang máy
- TCVN 5744: 1993 Thang máy – Yêu cầu an toàn trong lắp đặt và sử dụng
- TCVN 5866: 1995 Thang máy – Cơ cấu an toàn cơ khí
- TCVN 5867: 1995 Thang máy – Cabin, đối trọng, ray dẫn hướng
- TCVN 6395: 1998 Thang máy điện - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6396: 1998 Thang máy thuỷ lực - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6397: 1998 Thang cuốn và băng chở người - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6904: 2001 Thang máy điện – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6905: 2001 Thang máy thuỷ lực – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6906: 2001 Thang cuốn và băng chở người – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- Đối với các loại thang máy mà chưa có TCVN: Áp dụng tiêu chuẩn của các hãng chế tạo (bảo đảm tiêu chuẩn châu Âu, Nhật Bản)
3.2 NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG THANG MÁY
+ Gọi thang từ bên ngoài buồng thang(ở các tầng)
Hình 3.2 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang
Mỗi tầng có một hộp điều khiển thang máy gần cửa, bao gồm nút gọi thang đi lên và đi xuống Tại tầng 1 và tầng trên cùng, chỉ có một nút để gọi thang Đèn báo tầng và chiều hoạt động giúp người dùng nhận biết vị trí và hướng di chuyển của thang Khi người dùng ấn nút gọi thang, đèn sẽ sáng lên để xác nhận lệnh gọi Thang sẽ di chuyển đến tầng được gọi theo thứ tự ưu tiên, bất kể vị trí hiện tại của buồng thang.
Khi thang máy di chuyển cùng chiều với lệnh gọi và đi qua tầng mà hành khách vừa gọi, nó sẽ dừng lại tại tầng đó để đón khách.
Nếu buồng thang đang ở ngay tầng mà hàng khách vừa gọi thang sẽ mở cửa đón khách
Trong buồng thang, người dùng có thể gọi thang thông qua bản điều khiển, hay còn gọi là hộp Button Car, với các nút bấm để phục vụ theo yêu cầu đến tầng mong muốn.
Hình 3.3 Bảng điều khiển trong buồng thang
Các nút mang số đại diện cho các tầng mà thang phục vụ
Nút mở (DO) đóng (DC) cửa dùng để mở đóng cửa nhanh chỉ có tác dụng khi thang dừng tại các tầng
Nút Interphone dùng để liên lạc với bên ngoài khi thang gặp sự cố về điện hoặc đứt cáp treo
Khi vào buồng thang, khách chỉ cần ấn nút chọn tầng và thang máy sẽ tự động di chuyển, dừng tại các tầng theo tín hiệu từ PLC Cửa buồng thang và cửa tầng được thiết kế tự động mở để khách ra vào, sau vài giây sẽ tự động đóng lại Nếu không muốn chờ, khách có thể ấn nút DC để đóng cửa nhanh chóng Trong trường hợp khẩn cấp, khách có thể sử dụng nút dừng thang (E.Stop) trên bảng điều khiển Nếu xảy ra sự cố mất điện, khách có thể ấn nút interphone để yêu cầu trợ giúp từ bên ngoài.
3.2.2.Nguyên tắc hoạt động thang máy
Reset buồng thang khi đóng nguồn: Dù thang ở bất kì vị trí hoặc trạng thái nào thì khi đóng nguồn đều được reset và đưa về tầng trệt
Nguyên tắc di chuyển lên xuống đóng mở cửa:
Buồng thang chỉ hoạt động khi cửa đã hoàn toàn đóng
Cửa chỉ mở khi buồng thang dừng đúng tầng
Cửa sẽ tự động mở hoặc đóng sau khi nhận được các yêu cầu tín hiệu từ PLC cấp
Có chế độ ưu tiên gọi tầng theo chiều thang đang di chuyển
Có chế độ ưu tiên đến tầng theo chiều thang đang di chuyển
Khi buồng thang chạm HCT/ HCD, nguồn điện cung cấp cho động cơ chính phải bị cắt ngay lập tức
Khi thang không hoạt động trong thời gian quy định, nguồn điện cung cấp cho hệ thống chiếu sáng và quạt thông gió trong buồng thang sẽ bị cắt.
Có chế độ đếm thời gian hoạt động (theo chỉnh định) của động cơ kéo buồng thang để bảo trì
Nguyên tắc hoạt động của thang máy dựa vào việc xác định vị trí hiện tại thông qua các cảm biến đặt tại mỗi cửa tầng Khi buồng thang dừng ở một tầng cụ thể, cảm biến sẽ nhận tín hiệu từ tầng đó và gửi thông tin về PLC để xử lý.
Nguyên tắc dừng buồng thang:
Hình 3.4 Sơ đồ dừng tầng thang máy và vị trí đặt lá cờ
Trong đó: 1 – móng ngựa 1; 2 – móng ngựa 2; 3 – móng ngựa 3
Hình 3.5 Sơ đồ vị trí đặt các cờ cảm biến
Việc điều khiển dừng tầng của thang máy phụ thuộc vào sự phối hợp giữa ba lá cờ bằng thép: cờ LVU (Level Up), cờ DZ (Door Zone) và cờ LVD (Level Down) Những lá cờ này được gắn cố định trên các thanh thép hoặc dây thép chạy dọc theo chiều hoạt động của buồng thang, cùng với ba móng ngựa cảm biến quang và bộ đếm lên-xuống (Counter Up-Down) để đảm bảo quá trình dừng tầng chính xác.
- LVU (Level Up): Là cờ dùng để phát hiện và đếm tầng khi buồng thang đi lên
- DZ (Door Zone): Là cờ giúp buồng thang dừng bằng tầng (dừng đúng cửa tầng)
- LVD (Level Down): Là cờ dùng để phát hiện và đếm tầng khi buồng thang đi xuống
Móng ngựa 1 được trang bị bộ phận phát và thu tín hiệu ở hai đầu, với khoảng cách giữa chúng là 2÷3cm Tín hiệu từ móng ngựa 1 được truyền vào chân CU (đếm lên) của bộ Counter Up_Down, giúp hỗ trợ việc đếm tầng khi thang di chuyển lên.
- Móng ngựa 2: Tín hiệu của móng ngựa 2 dùng để thực hiện việc dừng bằng tầng
Móng ngựa 3 là tín hiệu được kết nối vào chân CD (đếm xuống) của bộ Counter Up_Down, giúp hỗ trợ quá trình đếm tầng khi thang máy di chuyển xuống.
Vị trí của ba móng ngựa trong buồng thang cần được cố định và đặt ngang nhau, có thể ở phía sau hoặc bên hông Khi thang di chuyển, tín hiệu giữa móng ngựa 1 và móng ngựa 3 phải được khóa chéo; cụ thể, khi buồng thang đi lên, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 1 sẽ gửi vào chân CU, và khi buồng thang đi xuống, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 3 sẽ gửi vào chân CD của bộ đếm Counter Up_Down.
Nguyên lý hoạt động của 3 lá cờ LVU _ DZ _ LVD:
Khi thang máy di chuyển từ tầng 1 lên tầng 2, cờ LVU1 sẽ che móng ngựa 1, dẫn đến việc cảm biến tại hai đầu móng ngựa không nhận được tín hiệu Điều này kích hoạt một xung điện vào bộ đếm Counter Up, làm cho bộ đếm tăng lên 1, cho phép chương trình điều khiển xác nhận rằng buồng thang đang hướng đến tầng 2 Việc dừng tại tầng 2 sẽ diễn ra khi cờ DZ che móng ngựa 2 và các điều kiện dừng tại tầng 2 được thỏa mãn.
Khi thang máy di chuyển lên tầng 3, tác động của LVU2 lên móng ngựa 1 làm giá trị đếm của bộ đếm Counter tăng lên 2 Tương tự, khi thang lên tầng 4, giá trị Counter sẽ là 3, và khi lên tầng 5, giá trị Counter sẽ đạt 4 Việc dừng thang tại mỗi tầng được thực hiện khi cờ DZ tại tầng đó che móng ngựa 2 và đồng thời đáp ứng các điều kiện cần thiết để dừng buồng thang tại tầng đó.
Khi buồng thang di chuyển từ tầng 4 xuống tầng 1, bộ đếm Counter 1 bắt đầu với giá trị 3 Khi thang gần đến tầng 4, cờ LVD4 che móng ngựa 3, gửi xung điện vào chân CD của Counter 1, giảm giá trị xuống 2 Tương tự, khi thang xuống gần tầng 3, cờ LVD3 che móng ngựa 3, làm giá trị Counter giảm xuống 1 Khi thang gần đến tầng 2 và chuẩn bị vào tầng 1, giá trị Counter giảm xuống 0 Khi Counter đạt giá trị 0, chương trình điều khiển nhận biết buồng thang đã đến tầng 1, và việc dừng tầng sẽ được thực hiện khi cờ DZ che móng ngựa 2 và thỏa mãn các điều kiện dừng tại tầng 1.
Khi buồng thang di chuyển từ tầng trên xuống các tầng phía dưới, giá trị của bộ Counter sẽ giảm dần, với mỗi giá trị tương ứng với một tầng cụ thể Việc dừng buồng thang phụ thuộc vào cờ DZ và các điều kiện cho phép thang dừng bằng tầng Từ giá trị của bộ Counter, chúng ta có thể xác định vị trí buồng thang tại mỗi tầng, trong đó Counter = 0 tương ứng với thang ở tầng 1.
Lựa chọn các thiết bị tự động hóa
Hình 3.6 Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy
Các thông số kỹ thuật của thang máy:
Trọng lượng ca bin: 500 Kg
Trọng lượng định mức: 450 Kg
Gia tốc cực đại: 1,5 m/s 2 Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s 3 Đường kính puli dẫn độmg: 0,45 m
Tính toán công suất của động cơ:
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
Gbt: Khối lượng buồng thang (Kg); ta có Gbt = 500 Kg G: Khối lượng hàng (Kg); ta có Gđm = 450 Kg
V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ); ta lấy g = 9,81m/s 2
: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy = 0,8 k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng; ta lấy k = 1,2
0,8 ,97925(KW) + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng:
mà G đt = Gbt + .G đm (Kg)
Trong đó: là hệ số cân bằng; ta chọn = 0,4
0,8− 680 × 0,8] × 1 × 1,2 × 9,81 × 10 −3 = 7,58(𝐾𝑊) + Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải có dùng đối trọng:
3.3.1.1 Tính chọn biến tần và động cơ:
Khi thiết kế hệ thống trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn hệ truyền động và loại động cơ cần dựa trên các yêu cầu cụ thể.
+ Độ chính xác khi dõng
+ Tốc độ di chuyển buồng thang
+ Gia tốc lớn nhất cho phép
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Trong thang máy có thể sử dụng các hệ truyền động sau:
+ Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ
+ Hệ truyền động Tiristo - động cơ một chiều có đảo chiều
+ Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ điều chỉnh bằng biến tần
Hiện nay, hầu hết các thang máy chở người sử dụng hệ truyền động biến tần kết hợp với động cơ rôto lồng sóc và bộ điều khiển PLC Hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Biến tần cho phép người dùng điều chỉnh các thông số và thời gian khởi động thông qua lập trình, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất tối ưu cho hệ thống.
Có khả năng điều chỉnh thời gian khởi động và thời gian hãm một cách mượt mà, giúp giảm thiểu độ dật cho buồng thang và đảm bảo tốc độ hoạt động êm ái.
+ Có khả năng giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành và bảo dưỡng
+ Giá thành đầu tư cao song ngày nay với việc chế tạo hàng loạt nên giá thành cho một biến tần ngày càng giảm
Biến tần có đầu ra điện áp chứa nhiều sóng hài, gây nhiễu cho lưới điện ba pha và lưới thông tin gần đó Đặc biệt, biến tần công suất lớn có khả năng gây nhiễu cao hơn, vì vậy chúng thường được trang bị bộ lọc nhiễu để giảm thiểu tác động này.
3.3.1.2 Tính chọn động cơ: a Tính mô men nâng và mô men hạ:
Mômen nâng tải: c dt bt dm n ui
Gđm: Trọng lượng tải (Kg)
Gbt: Trọng lượng buồng thang (Kg)
Gđt: Trọng lượng đối trọng (Kg) u: Bội số hệ thống ròng rọc; chọn u = 1 i: Tỉ số truyền; ta có: u v i Rn
R: Bán kính puli dẫn động; 0 , 225 ( )
R D Động cơ dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s
Vậy Mh = 21,28(Nm) b Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang bao gồm:
Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định
Thời gian mở máy và hãm máy
Tổng thời gian còn lại: thời gian đóng mở cửa buồng thang + thời gian ra vào buồng thang của hành khách
Ta có biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ dật:
Hình 3.7 Biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ để dật
Ta có phương trình tốc độ, phương trình quãng đường:
Để con người không có cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) và độ dật
Thay vào phương trình của v3 ta có:
Vậy thời gian mở máy:
Giả thiết quãng đường từ khi gặp sensor giảm tốc đến khi dừng là sd = 0,45 (m)
* Thời gian thang máy chuyển động đều là:
Khi thang máy giảm tốc cho đến khi gặp sensor dừng, nó chuyển động chậm dần đều với vận tốc giảm dần về 0 Quá trình hãm diễn ra trên quãng đường 0,045 mét, với vận tốc cuối cùng đạt 0,2 mét/giây.
Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dõng:
Thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
Vậy thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
Tổng thời gian hoạt động trong một tầng của thang máy là:
Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng là 5(s)
Vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy là: 5,07 + 5 = 10,07 (s)
Khi thang đi đến tầng 5, cho dõng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống
+ Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng
2 lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 4 lên tầng 5 bằng 5,07(s)
+ Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s) c Tính mô men đẳng trị và tính chọn công suất động cơ:
Trong đó Mi là trị số mômen tương ứng với khoảng thời gian ti
Trong đó Đ là vận tốc góc của động cơ, ta có:
Chọn động cơ đóng mở cửa buồng thang
Tần số vào : f = 3 Hz đến 50 Hz
Dòng điện : I n = 5 A d Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn:
Thực tế động cơ chịu M = 2,3.M đm = 2,358.06 = 133.55 (Nm) mà ta có: Mđt = 58,5 (Nm)
Mđc> Mđt vì vậy theo phương pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu về mặt phát
3.3.2 Lựa chọn biến tần để điều khiển động cơ:
Nhiệm vụ của biến tần biến đổi tần số của dòng điện từ tần số này sang tần số khác
Nguyên lý hoạt động của biến tần rất đơn giản: nguồn điện xoay chiều một hoặc ba pha được chuyển đổi và lọc thành nguồn điện một chiều ổn định.
Quá trình chỉnh lưu cầu diode và tụ điện giúp tạo ra điện áp một chiều với hệ số công suất cosβ ổn định ở mức 0,96, không phụ thuộc vào tải Điện áp này sau đó được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ thống IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ vào sự phát triển của công nghệ vi xử lý và bán dẫn, tần số chuyển mạch có thể đạt tới dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra cho phép điều chỉnh biên độ và tần số một cách linh hoạt thông qua bộ điều khiển Theo lý thuyết, tần số và điện áp phải tuân theo các quy định nhất định tùy thuộc vào chế độ điều khiển.
Hình 3.8 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp
Hình 3.9 Sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển PLC 3.3.2.1 Chọn biến tần điều khiển động cơ nâng hạ
Chọn biến tần điều khiển động cơ kéo là biến tần MM440 của siemen:
Hình 3.11.Sơ đồ đấu nối biến tần MM440 Thông số:
- Dải tần số đầu ra: 0 – 650 Hz
- Có 6 đầu vào số có thể lập trình được
- Dải nhiệt độ làm việc: -10ºC÷ +50ºC
3.3.2.2 Lựa chọn biến tần điều khiển động cơ mở đóng cửa:
Chọn biến tần điều khiển động cơ mở đóng cửa là biến tần MM420 của siemen:
Hình 3.13.Sơ đồ đấu nối biến tần MM420
Hình 3.14 Sơ đồ đống nối động cơ
3.3.3 Một số thiết bị khác
- Các rơ le chấp hành gồm rơ le 220V xoay chiều
Hình 3.14 Rơ le 220V xoay chiều
- Cảm biến sử dụng 3 cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 24 VDC
-Cảm biến quang loại điện cảm 24 VDC
Hình 3.16 Cảm biến tiệm cận loại điện cảm
- Khởi động từ và áp to mát 3 pha cùng loại 50A, 20A để đóng ngắt và bảo vệ biến tần động cơ.
Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Control) Bộ điều khiển logic khả trình
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Với sự phát triển của kỹ thuật máy tính, PLC đã trở thành công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp, thay thế các hệ thống điều khiển truyền thống như rơle và cơ cấu cam Kỹ thuật PLC ra đời vào khoảng những năm 1960 - 1970 và đã phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng cao Ngày nay, PLC không chỉ điều khiển các máy độc lập mà còn hỗ trợ các hệ thống sản xuất phức tạp và điều khiển tổng thể Đặc trưng của PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, cho phép người dùng lập trình và cài đặt các thuật toán khác nhau trên cùng một thiết bị mà không cần thay đổi phần cứng Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC và thực hiện theo chu kỳ quét Để hoạt động hiệu quả, PLC cần có bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ và các cổng vào ra để giao tiếp với thiết bị điều khiển và môi trường xung quanh, cùng với các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm và bộ thời gian.
Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành
Cổng ngắt và đếm tốc độ cao
Chọn CPU 313C và modul mở rộng SM 323 trong đồ án
Xây dựng chương trình điều khiển
CB1 di chuyển đến tầng yêu cầu
CB2 di chuyển đến tâng yêu cầu
Stop Lưu đồ chương trình chính Đ
Còi báo + khắc phục sự cố Đóng mở và phục vụ trong cabin
-CB đang lên, vi trí gọi cùng chiều và ở trên CB;
-CB đang xuống, vị trí gọi cùng chiều và ở dưới CB
Vị trí được gọi cùng chiều và ở cùng vị trí của cabin
Vị trí được gọi ngược chiều di chuyển cabin
-cabin đang đi lên, vị trí gọi gần nhất cùng chiều và ở dưới cabin;
-cabin đang đi xuống, vị trí gọi gần nhất cùng chiều và ở trên cabin;
K= tầng được gọi - vị trí cabin
K=|tầng yêu cầu của cabin - vị trí cabin| + |tầng yêu cầu của cabin
Lưu đồ: Tính toán k1, k2 (vị trị gọi là vị trí gọi gần nhất)
Cabin đến vị trí được gọi?
Cabin mở cửa, cho khách vào cabin
Cabin đang rảnh hoặc cùng chiều tầng được gọi
S Điều khiển động cơ đưa CB đến tầng gọi Đ Đk động cơ đưa CB di chuyển hết yêu cầu rồi quay lại phục vụ lệnh mới end Begin
Chương trình con di chuyển ca bin đến tầng được gọiS
CB dừng đúng tâng
Có tín hiệu mở cửa Điều khiển mở cửa
Delay 5s khách vào chọn tầng Điều khiển đóng cửa
Có quá tải hoặc có lệnh mở cửa
Begin Điều khiển động cơ đưa cabin đến tầng được gọi Đóng cưỡng bức
Lưu đồ đóng mở và phục vụ trong cabin
3.5.2 Các đầu vào đầu ra PLC S7300 CPU 313C và modul mở rông SM323 16in/16out
3.5.4 Giao diện mô phỏng giám sát WINCC
Mô phỏng giám sát wincc cho thang máy đôi 5 tầng
Hình 3.1: Sơ đồ cấp điện và đấu dây biến tần
Hình 3.2 Sơ đồ mạch động lực
Hình 3.3 Mạch đảo chiều động cơ
Hình 3.4.Mạch hiển thị LED 7 thanh
Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn của TS Đỗ Thị Hồng Lý, cùng với sự hỗ trợ từ bạn bè và nỗ lực cá nhân, em đã hoàn thành đồ án của mình Nội dung đồ án bao gồm những phần quan trọng và có giá trị.
Giới thiệu về hệ thống thang máy, cấu trúc, nguyên tắc hoạt động của một hệ thống thang máy
Bài viết trình bày về PLC, cấu trúc phần cứng và ngôn ngữ lập trình của PLC S7-300 Chúng tôi đã thiết kế chương trình điều khiển hệ thống thang máy sử dụng PLC S7-300 CPU 313C và modul mở rộng SM323 16in/16out, giám sát điều khiển bằng WinCC Đồ án này đã giúp tôi hiểu rõ hơn về ứng dụng thực tế của PLC, đồng thời bổ sung kiến thức về lập trình và các kỹ năng liên quan Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu hạn chế và kiến thức chưa đủ, tôi vẫn còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các thầy cô để nâng cao kiến thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!