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 tối đa 15 độ Nó được sử dụng rộng rãi để di chuyển vật liệu, thực phẩm, và giường bệnh trong các tòa nhà và cơ sở y tế.
Thang máy là thiết bị phổ biến trong khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, cũng như tại các đài quan sát và tháp truyền hình Đặc điểm nổi bật của thang máy là thời gian vận chuyển ngắn và tần suất hoạt động cao, cho phép đóng mở liên tục, mang lại sự tiện lợi vượt trội so với các phương tiện vận chuyển khác.
Hiện nay, thang máy đóng vai trò quan trọng trong các tòa nhà cao tầng, giúp người sử dụng tiết kiệm sức lực và thay thế việc leo cầu thang bộ.
1.1.2 Yêu cầu chung đối với thang máy
Thang máy là thiết bị vận chuyển cần đảm bảo an toàn nghiêm ngặt, liên quan 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 chặt chẽ các yêu cầu kỹ thuật an toàn theo tiêu chuẩn và quy định Thang máy phải được trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn như 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 quan trọng, giúp chở hàng và người theo phương thẳng đứng, đáp ứng nhu cầu di chuyển nhanh chóng giữa các tầng Sự phát triển của thang máy không chỉ tăng năng suất lao động mà còn giảm thiểu thời gian và sức lực cho con người, do đó, nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế Trong ngành công nghiệp, thang máy vận chuyển hàng hóa và nguyên vật liệu, đồng thời đưa công nhân đến các vị trí làm việc ở độ cao khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực như khai thác hầm mỏ, xây dựng và luyện kim Ngoài ra, thang máy còn rất cần thiết trong các tòa nhà cao tầng, cơ quan, bệnh viện và khách sạn, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả công việc Đối với các tòa nhà từ 25 tầng trở lên, thang máy chiếm khoảng 7-10% tổng giá trị công trình, cho thấy tầm quan trọng của nó trong xây dựng và kinh doanh Mặc dù tại Việt Nam, thang máy chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp và còn ở dạng thô sơ, nhưng với sự phát triển kinh tế hiện nay, nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng gia tăng.
Phân loại thang máy
Thang máy ngày nay được sản xuất với nhiều kiểu dáng và thiết kế đa dạng, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của từng công trình cụ thể Có thể phân loại thang máy dựa trên các nguyên tắc và đặc điểm khác nhau.
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
Loại thang này được thiết kế đặc biệt cho bệnh viện và khu điều dưỡng, với kích thước thông thủy cabin đủ lớn để chứa băng ca hoặc giường bệnh nhân, cùng với bác sĩ, nhân viên và dụng cụ cấp cứu Hiện nay, thang 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 thang 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 vận chuyển hàng hóa, nhưng vẫn có thể 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 thức ăn 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 máy 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 khiển việc lên xuống, thông qua hộp giảm tốc puli ma sát hoặc tang cuốn cáp Việc treo cabin bằng cáp giúp 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, hỗ trợ trong việc xây dựng các công trình 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 sử dụng pít tông để đẩy cabin từ dưới lên, với hành trình tối đa 18m, nên không phù hợp cho các công trình cao tầng Dù có kết cấu đơn giản và diện tích giếng thang nhỏ hơn so với thang máy dẫn động cáp, thang máy thủy lực vẫn đảm bảo chuyển động êm ái và an toàn Việc lắp đặt buồng thang ở tầng trệt giúp giảm chiều cao tổng thể của công trình khi phục vụ cùng số tầng.
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 lắp 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 bằng bánh răng và thanh răng, bộ tời được đặt ngay trên nóc cabin Trong khi đó, buồng máy của thang máy thuỷ lực thường 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 tại Việt Nam, việc chọn lựa cấu trúc thang máy hợp lý là rất 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)
Để dẫn hướng cáp đối trọng trong các cabin lớn, có thể lắp thêm puly dẫn hướng (2) khi không thể dẫn hướng trực tiếp từ puly dẫn cáp hoặc tang cuốn cáp Sơ đồ này thường được áp dụng trong những trường hợp như vậy.
+ Thang máy có sự bố trí bộ tời bên dưới (hình 2.1 b)
Bộ tời được lắp đặt bên hông hoặc 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 việc cáp nâng nhanh mòn Kiểu bố trí này chỉ nên sử dụng trong những trường hợp đặc biệt khi buồng giếng không thể đặt trên giếng thang và cần giảm độ ồn cao khi thang máy làm việc.
+ 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 của 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 không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1, trong buồng máy nằm trên sàn tầng cao nhất, và trong hố buồng thang dưới mức sàn tầng 1.
Mỗi bộ phận chức năng của thang máy đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh, an toàn và tiện lợi Độ phức tạp của thang máy tỷ lệ thuận với số lượng bộ phận cấu thành, dẫn đến việc chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh trở nên khó khăn hơn Điều này ảnh hưởng đến tốc độ và độ chính xác hoạt động của thang máy.
Hình 2.2 mô tả 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 Những thiết bị này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của thang máy.
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
Hình 2.3 Cơ cấu nâng a:Cơ cấu nâng có hộp tốc độ b:Cơ cấu nâng không dùng hộp tốc độ
Trong đó:1, cảm biến xung 2, cảo bố thắng 3, phanh điện từ 4, bố thắng 5, quạt làm mát động cơ 6,tay quay 7, động cơ 8, chân đế 9, 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 trong thang máy có hộp giảm tốc giữa động cơ và puly (hoặc tang) thường được lắp đặt bộ truyền phụ, đặc biệt phù hợp cho các thang máy có số tầng thấp mà không yêu cầu tốc độ cao.
Cơ cấu nâng thang máy không sử dụng hộp giảm tốc, với puly dẫn cáp lắp trực tiếp trên trục động cơ Thiết kế này thường được áp dụng cho các thang máy trong tòa nhà cao tầng, nơi yêu cầu tốc độ di chuyển nhanh.
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 đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn động hộp giảm tốc, giúp quay puly hoặc tang quấn cáp để kéo cabin lên xuống Thang máy sử dụng động cơ 3 pha không đồng bộ với rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc, phù hợp với chế độ làm việc ngắn hạn và yêu cầu điều chỉnh tốc độ Momen động cơ được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất kinh tế và mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng Hệ thống điều khiển trung tâm giúp điều chỉnh động cơ theo 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 là một thiết bị an toàn quan trọng, hoạt động khi tốc độ di chuyển vượt quá giới hạn 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 thông qua cáp liên động, nhằm đảm bảo kiểm soát tốc độ 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 là bộ phận mang tải của thang máy Trong quá trình làm việc cabin di
Cabin thang máy được thiết kế để tháo rời thành từng bộ phận nhỏ, bao gồm hai phần chính: khung cabin chịu lực 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 Phanh bảo hiểm và động cơ đóng mở cửa được lắp đặt trên nóc cabin 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 trong trường hợp mất điện Nguồn điện cho buồng thang được cung cấp qua 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 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 an toàn và bảo vệ cho không gian bên trong.
- Ngàm dẫn hướng (rãnh trượt)
Ngàm dẫn hướng đóng vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn cabin và đối trọng di chuyển dọc theo ray dẫn hướng, đồng thời kiểm soát sự dịch chuyển ngang của chúng trong giếng thang, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép Có hai loại ngàm dẫn hướng phổ biến là ngàm trượt (bạc trượt) và ngàm con lăn.
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 riêng biệt có độ căng đồng đều.
Trong trường hợp cáp chịu lực căng lớn nhất bị quá tải, sợi cáp chùng sẽ trượt trên rãnh puly ma sát, gây nguy hiểm Sự tồn tại của sợi chùng và sợi căng dẫn đến tình trạng 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 của mạch an toàn, giúp ngắt điện và dừng thang khi có sợi cáp chùng quá mức cho phép Thang chỉ hoạt động khi độ căng của các cáp được điều chỉnh đồng đều Hệ thống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng trong cấu trúc chịu lực của 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 nâng cao chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa được thiết kế để khi thang dừng tại tầng, động cơ sẽ mở cửa cabin và đồng thời mở cửa tầng nhờ vào cơ cấu liên kết Khi cửa cabin đóng lại, hệ thống liên kết sẽ không tác động đến cửa tầng, cho phép cabin di chuyển đến các tầng khác một cách an toàn.
Hệ thống phanh bảo hiểm là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ buồng thang trong trường hợp xảy ra sự cố, như mất điện hoặc đứt cáp, khi tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép Thường thì hệ thống này bao gồm ba loại phanh khác nhau để đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng.
Hình 2.7 Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Phanh kiểu kìm là loại phanh phổ biến nhất, giúp đảm bảo buồng thang dừng an toàn hơn so với các loại phanh khác Loại phanh này thường được lắp đặt phía dưới buồng thang, với gọng kìm trượt theo thanh dẫn hướng.
+ Động cơ mở cửa cabin.
Lựa chọn thang máy
Quá trình chọn thang máy thường diễn ra qua hai bước: lựa chọn sơ bộ và đánh giá kết quả Bài toán này được đặt ra với các thông số của toà nhà và các yêu cầu cụ thể, nhằm tìm ra thang máy (hoặc nhiều thang máy) đáp ứng nhu cầu vận chuyển trong 5 phút tại thời điểm i, đồng thời đảm bảo khoảng thời gian chờ đợi trung bình ngắn nhất với mức đầu tư tối ưu.
Nếu chưa có đầy đủ thông tin về tòa nhà và các yêu cầu liên quan, bạn có thể tham khảo bảng 1.3.3.1 để lựa chọn thang phù hợp với các tiêu chí đã đề ra.
Khi lựa chọn thang cho các tòa nhà cao tầng với lượng hành khách lớn, việc này không hề đơn giản Chủ đầu tư có thể sử dụng các phần mềm chọn thang có sẵn hoặc tìm kiếm sự tư vấn từ các chuyên gia trong lĩnh vực này để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
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.
Trong quá trình tính toán và chọn thang, cần xác định các thông số kỹ thuật cụ thể Việc kiểm tra và đánh giá phương án đã chọn là rất quan trọng, bao gồm cả yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu phục vụ và nguồn vốn đầu tư Cuối cùng, cần 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 lưu ý đến chiều cao của tòa nhà Đối với những tòa nhà cao, nên thiết kế giếng thang rộng hơn kích thước do nhà sản xuất khuyến nghị từ 100-200mm, nhằm tránh hiện tượng lệch giếng trong quá trình xây dựng.
34 thang hoặc hẹp giếng thang.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao OH, 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 thang máy vận hành và không đáp ứng tiêu chuẩn an toàn lắp đặt thang máy tại Việt Nam.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng trực tiếp 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 trong quá trình vận hành thang máy.
OH và hố Pit ảnh hưởng đến độ êm ái của thang máy khi di chuyển lên hoặc xuống Nếu OH hoặc hố Pit ngắn, thang sẽ dừng một cách đột ngột khi đến tầng trên hoặc tầng dưới, gây cảm giác không thoải mái cho người sử dụng.
+ 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 sự cố trục trặc Thực tế, trong nhiều trường hợp, thang máy thường gặp sự cố vào giữa trưa nắng khi nhiệt độ phòng máy đạt đỉnh.
Khi bố trí phòng máy, cần tránh đặt gần bể nước để phòng ngừa tình trạng nước tràn, đồng thời không nên để gần giàn nóng của hệ thống điều hòa trung tâm, vì khí nóng thải ra 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 trường hợp sau khi hoàn thành xây dựng tòa nhà, cần 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 cơ cấu chấp hành cho thang máy là rất quan trọng và không thể xem nhẹ 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 sẽ được trình bày trong chương 3: Thiết kế hệ thống tự động hoá 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, do đó, an toàn trong hệ thống thang máy cần được ưu tiên hàng đầu Để đảm bảo an toàn, cần tính toán, bố trí và thiết kế các biện pháp an toàn, bao gồm việc trang bị các thiết bị sẵn sàng hoạt động khi có sự cố Ngoài ra, cần lắp đặt hàng loạt thiết bị kiểm tra, theo dõi và giám sát hoạt động của thang máy nhằm phát hiện và xử lý sự cố kịp thời.
Trong quá trình hoạt động, thang máy có thể gặp phải tình trạng đứt cáp truyền động hoặc cáp bị trượt trên puly kéo Khi thang rơi với tốc độ lớn, cần phải ngăn chặn việc tiếp tục rơi Để phòng tránh tình huống này, người ta lắp đặt bộ hạn chế tốc độ ở đỉnh thang, được điều khiển bởi một vòng cáp kín từ buồng thang qua puly xuống một puli cố định ở đáy giếng thang Vòng cáp này di chuyển với tốc độ tương đương với buồng thang Khi tốc độ vượt quá mức cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ phát tín hiệu để ngắt mạch điện, kích hoạt hệ thống phanh và thiết bị chống rơi.
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 theo tốc độ rơi hoặc trượt của buồng thang, và đến một mức tốc độ nhất định, quả văng sẽ xảy ra.
Khi lực ly tâm tác động, bộ phận cam (4) sẽ va chạm và kích hoạt công tắc điện (10), dẫn đến việc động cơ dừng lại Đồng thời, cam (4) cũng 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 bộ hạn chế tốc độ hoạt động được gọi là tốc độ nhả.
Trong quá trình vận hành thang máy, cần đảm bảo rằng thang không vượt quá giới hạn chuyển động lên và xuống Khi thang đã lên tầng cao nhất, mọi chuyển động đi lên đều bị cấm, và khi thang đã xuống dưới tầng 1, chỉ cho phép chuyển động đi 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 Ngoài ra, còn có bộ trị các cực hạn để đảm bảo an toàn khi thiết bị tự động gặp sự cố Khi thang lên đến tầng trên cùng, thiết bị khống chế sẽ tác động, ngăn không cho thang di chuyển lên nữa Để dừng thang trong các trường hợp khẩn cấp và tránh va đập 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 được đóng chặt, không bị quá tải, đồng thời cần đáp ứng yêu cầu đóng mở cửa nhanh và có khả năng dừng khẩn cấp.
3.1.2 Yêu cầu về tối ưu thuật toán
Khi thang máy hoạt động, có thể xảy ra tình huống cần phục vụ nhiều người cùng lúc với nhu cầu đi đến các tầng khác nhau Do đó, việc tối ưu hóa việc điều khiển thang máy là vô cùng quan trọng, và phải đáp ứng đồng thời các yêu cầu cơ bản.
- 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 quy định rằng thang máy sẽ phục vụ tín hiệu gọi gần nhất trước Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là thang chỉ hoạt động hiệu quả trong một phạm vi tầng nhất định, dẫn đến tình trạng ùn tắc khi có lưu lượng khách ra vào đông ở khu vực đó.
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 di chuyển lên, thang sẽ phục vụ tất cả các tín hiệu gọi trước khi thay đổi hướng di chuyển xuống.
3.1.3 Yêu cầu về gia tốc, tốc độ, độ giật
Hệ truyền động thang máy cần đảm bảo buồng thang chuyển động êm ái, điều này 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 nhà chọc trời, thang máy cao tốc với tốc độ 3,5 m/s là tối ưu, giúp giảm thời gian quá độ Tuy nhiên, việc tăng tốc độ từ 0,75 m/s lên 3,5 m/s sẽ làm giá thành tăng gấp 4 đến 5 lần Do đó, cần chọn thang máy có tốc độ phù hợp với độ cao của tòa nhà Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể được cải thiện bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, nhưng gia tốc lớn có thể gây khó chịu cho hành khách, vì vậy gia tốc tối ưu nên 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 hai yếu tố quan trọng quyết định sự di chuyển êm ái của buồng thang Điều này được gọi là độ giật, ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm của người sử dụng thang máy.
(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 so với mặt bằng tầng để đảm bảo an toàn và hiệu quả Nếu buồng thang dừng không đúng vị trí, hành khách sẽ gặp khó khăn khi ra vào, làm tăng thời gian ra vào và giảm năng suất, trong khi thang máy chở hàng sẽ gặp khó khăn trong việc bốc dỡ hàng hóa, thậm chí có thể không thực hiện được việc này Để khắc phục, có thể nhấn nút để đạt 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 bằng cách tính toán một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh, cả khi 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 với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và roto dây quấn là lựa chọn phổ biến trong các thiết bị điện tử như thang máy và máy nâng.
Nguyên tắc sử dụng thang máy
lần so với hệ xoay chiều Phức tạp trong vận hành và sửa chữa
Trong những năm gần đây, sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử công suất lớn đã thúc đẩy ứng dụng các hệ truyền động lC sử dụng bộ biến đổi thành.
AD khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ 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 3.2.1 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 phục vụ thang máy đều có một hộp điều khiển gọi thang, bao gồm nút gọi thang đi lên và nút gọi thang đi xuống Tại tầng 1 và tầng trên cùng, chỉ có một nút gọi thang Đèn báo tầng và chiều hoạt động cho biết vị trí của thang; khi ấn nút gọi, đèn sẽ sáng lên để xác nhận lệnh gọi Thang sẽ di chuyển đến tầng được gọi theo vị trí ưu tiên nếu đang ở một vị trí khác.
Khi thang máy di chuyển theo hướng lệnh gọi và ngang qua tầng mà hành khách đã yêu cầu, 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 máy, có một bảng điều khiển (hộp Button Car) cho phép khách hàng gọi thang đến tầng mình cần Bảng điều khiển này bao gồm các nút bấm với nhiều chức năng khác nhau.
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 lên tầng mong muốn, thang máy sẽ tự động di chuyển và 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 Khách có thể ấn nút DC để đóng cửa ngay nếu không muốn chờ Trong trường hợp khẩn cấp, khách có thể ấn nút dừng thang (E.Stop) trên bảng điều khiển Nếu mất điện, khách có thể sử dụng nút interphone để yêu cầu giúp đỡ.
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 xác định vị trí của thang máy dựa vào cảm biến được lắp đặt ở mỗi cửa tầng Khi buồng thang dừng lại ở một tầng, cảm biến sẽ nhận tín hiệu tại tầng đó và truyền 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), được gắn cố định trên các thanh thép hoặc dây thép dọc theo chiều hoạt động của buồng thang Hệ thống này còn bao gồm ba móng ngựa (cảm biến quang) và bộ đếm lên-xuống (Counter Up-Down) để đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn cho thang máy.
- 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 thiết kế với bộ phận phát và thu tín hiệu ở hai đầu, với khoảng cách giữa chúng là 2-3 cm Tín hiệu từ móng ngựa 1 sẽ được truyền vào chân CU (đếm lên) của bộ Counter Up_Down, giúp thực hiện chức năng đếm lên và xuống hiệu quả.
1 giúp cho việc đếm tầng khi thang đi 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, hỗ trợ quá trình đếm tầng khi thang máy di chuyển xuống.
Vị trí của ba móng ngựa cần được cố định trên buồng thang và phải đặt ngang nhau, có thể lắp đặt ở phía sau hoặc bên hông của buồng thang Tín hiệu giữa các móng ngựa cũng rất quan trọng.
Khi sử dụng bộ đếm Counter Up_Down, cần đảm bảo rằng tín hiệu từ móng ngựa 1 và móng ngựa 3 được khóa chéo với nhau trong quá trình thang di chuyển Cụ thể, khi buồng thang đi lên, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 1 được gửi vào chân CU, trong khi khi buồng thang đi xuống, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 3 được gửi vào chân CD của bộ đếm.
Nguyên lý hoạt động của 3 lá cờ LVU _ DZ _ LVD:
Khi thang máy bắt đầu di chuyển từ tầng 1 lên tầng 2, cờ LVU1 sẽ che móng ngựa 1, khiến cảm biến ở hai đầu móng ngựa không nhận tín hiệu Điều này gửi một xung điện vào bộ đếm Counter Up, làm tăng giá trị của bộ đếm lên 1, cho phép chương trình điều khiển nhận biết rằng thang đang trên đường đến tầng 2 Việc dừng lại ở tầng 2 sẽ chỉ diễn ra khi cờ DZ tại tầng 2 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 Tiếp tục lên tầng 4, giá trị Counter sẽ là 3, và lên tầng 5, giá trị Counter đạt 4 Việc dừng thang tại mỗi tầng chỉ được thực hiện khi cờ DZ tại tầng đó che móng ngựa 2 và đồng thời phải đáp ứng các điều kiện dừng buồng thang tại tầng đó.
Khi buồng thang nhận tín hiệu đi xuống từ tầng 4 xuống tầng 1, bộ đếm Counter 1 bắt đầu từ giá trị 3 Khi thang gần hết tầng 4, cờ LVD4 che móng ngựa 3, gửi xung điện vào chân CD của Counter 1, giảm giá trị xuống còn 2 Tương tự, khi thang gần hết tầng 3, cờ LVD3 che móng ngựa 3, giảm giá trị xuống còn 1 Khi buồng thang gần tầng 2, 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, đồng thời thỏa mãn các điều kiện dừng buồng thang tại 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: k.(G + G).v.g.10 −3
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 η: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy η = 0,8 k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng; ta lấy k = 1,2
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng:
(KW ) mà Gđt = Gbt + α.Gđm (Kg)
Trong đó: α là hệ số cân bằng; ta chọn α = 0,4
+ 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 điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn hệ truyền động và loại động cơ cần căn cứ vào 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.
Ngày nay, hầu hết các hệ truyền động cho thang máy chở người đều sử dụng công nghệ biến tần kết hợp với động cơ rôto lồng sóc, mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng.
d t η vớ i bộ điề u khi ển
Hệ tru yề n độ ng nà y có ưu và nh ượ c điể m là:
+ Có thể thay đổi được các thông số thông qua việc lập trình cho biến tần.
+ Có khả năng thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lập trình cho biến tần.
Có khả năng điều chỉnh thời gian khởi động và hãm một cách linh hoạt, giúp giảm độ dật cho buồng thang và đảm bảo tốc độ di chuyển mềm mại hoàn toàn.
+ 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, dễ gây nhiễu cho lưới điện ba pha và hệ thống thông tin gần đó Đặc biệt, với các biến tần công suất lớn, khả năng gây nhiễu càng cao, vì vậy chúng thường được thiết kế kèm theo 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:
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: i = 2 π Rn v.u
R: Bán kính puli dẫn động;
Vậy Động cơ dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s. i =2 × 3,14 × 0,225 ×15,08
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: η
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: da = ρ → a = ρ.t + a dt dv ' dt
2 0 0 6 2 0 Để con người không có cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) và độ dật ρ = 15 (m/s 3 ).
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 chạm vào sensor dừng, nó chuyển động chậm dần đều với tốc độ giật bằng không Quá trình hãm diễn ra trên quãng đường 0,045 mét, với vận tốc cuối cùng giảm xuống còn 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:
M dt Trong đó Mi là trị số mômen tương ứng với khoảng thời gian ti.
Trong đó ωĐ là vận tốc góc của động cơ, ta có: ω D = n
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.Mđm = 2,3×58.06 = 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 chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều phẳng nhờ vào chỉnh lưu cầu diode và tụ điện, giúp hệ số công suất cosβ đạt giá trị 0,96 không phụ thuộc vào tải Sau đó, điện áp một chiều này được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Công nghệ vi xử lý và bán dẫn hiện đại cho phép tần số chuyển mạch xung đạt đến dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha cho phép điều chỉnh biên độ và tần số một cách vô cấp thông qua bộ điều khiển Theo lý thuyết, tần số và điện áp phải tuân theo các quy định nhất định dựa trên 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.
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Ý tưởng về PLC được Richard Morley, một nhà phát minh người Mỹ, giới thiệu lần đầu vào năm 1968, nhằm đáp ứng yêu cầu của General Motors về một thiết bị lập trình mềm có thể thay thế cho mạch điều khiển logic cứng Công ty Allen Bradley và Bedford Associate (Modicon) đã trình bày PLC lần đầu tiên Trước đây, thiết bị này được gọi là Programmable Controller (PC), nhưng để tránh nhầm lẫn với máy tính cá nhân, thuật ngữ PLC đã trở nên phổ biến hơn.
3.4.2 Các loại PLC thông dụng.
Bảng 3 1 Một số loại PLC thông dụng
Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng CQM1
Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng CJ1/M
Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G…
Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Dòng Q PLC
Dòng L PLCHãng Delta Dòng DVP – SA
Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – SV Dòng DVP – ES
Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm: Ngôn ngữ lập trình cơ bản:
- Instruction List (IL): dạng hợp ngữ.
- Structured Text (ST): giống Pascal
Các ngôn ngữ đồ họa:
- Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le.
- Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.
- Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.
3.4.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC.
Hình 3 1 Sơ đồ khối PLC
Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt động của toàn hệ thống.
Các kênh truyền trong hệ thống máy tính bao gồm bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển và bus hệ thống Bus dữ liệu thường có kích thước 8 bit, truyền tải thông tin dưới dạng nhị phân với mỗi dây truyền 1 bit Bus địa chỉ, thường là 8 hoặc 16 bit, chịu trách nhiệm tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ Bus điều khiển truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận khác nhau, trong khi bus hệ thống đảm nhiệm việc trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhập xuất.
Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phần chức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12, 24V…).
Các thành phần vào/ra đóng vai trò quan trọng như giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật, chịu trách nhiệm chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách ly giữa các thiết bị ngoại vi như cảm biến và cơ cấu chấp hành Đầu vào số (DI: Digital Input) được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân từ các nút ấn, công tắc và cảm biến, với dải điện áp đầu vào từ 5 VDC đến 48 VDC/VAC.
Đầu vào tương tự (AI: Analog Input) có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, thường kết nối với các bộ chuyển đổi như cảm biến nhiệt độ và cảm biến lưu lượng, với các chuẩn tín hiệu phổ biến như 4 – 20mA, 0 – 5V, và 0 – 10V Đầu ra tương tự (AO: Analog Output) chuyển đổi tín hiệu số từ CPU thành tín hiệu tương tự để điều khiển các thiết bị như biến tần và van điện từ Đầu ra số (DO: Digital Output) kết nối với các thiết bị nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo và cuộn hút Relay.
3 loại đầu ra số là dạng Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay với các dải điện áp 5 VDC, 24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC.
3.4.4.2 Phương thức thực hiện chương trình.
PLC hoạt động theo chu trình lặp, với mỗi chu trình được gọi là vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số vào vùng bộ đệm ảo ngõ vào, sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình.
Trong mỗi vòng quét, chương trình PLC thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc, sau đó chuyển nội dung bộ đệm ảo ra các cổng số Vòng quét kết thúc với giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để hoàn thành một vòng quét, gọi là thời gian vòng quét, không cố định và có thể khác nhau giữa các vòng quét, phụ thuộc vào số lệnh và khối lượng dữ liệu cần truyền.
- Điều khiển các dây truyền đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm, sản xuất bia, sản xuất xi măng…
- Hệ thống rửa ô tô tự động.
- Điều khiển máy sấy, máy ép nhựa…
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển.
