ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử THIẾT KẾ CẢI TIẾN THANG MÁY 5 TẦNG
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử THIẾT KẾ CẢI TIẾN THANG MÁY 5 TẦNG
MỞ ĐẦU
Thế kỷ 19, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển rất mạnh mẽ.
Lúc này trên thế giới đã bắt đầu xuất hiện nhiều nhà cao tầng, vì vậy thang máy cũng bắt đầu xuất hiện để đáp ứng nhu cầu cấp thiết đó.
Năm 1853, hãng thanh máy OTIS (Mỹ) đã chế tạo và đưa vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới.
Thang máy là một thiết bị không thể hiếu trong việc vận chuyển người và hàng hóa… theo phương thẳng đứng trong các nhà cao tầng, chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.
Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước và nhờ đó thang máy đã, đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy các hãng thang máy hàng đầu trên thế giới đã có mặt tại nước ta.
Cùng với sự cố gắng của bản thân và nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy em đã hoàn thành bản bài tập lớn về tự động hóa sản xuất này. Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn mô hình của em được hoàn thiện hơn.
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 7
Chương 1: Giới thiệu chung........................................................................... 7
1.1: Khái niệm chung về thang máy............................................................ 7
1.2: Lịch sử phát triển của thang máy........................................................ 9
Chương 2: Cấu trúc thang máy.................................................................... 10
2.1: Phân loại thang máy............................................................................... 10
2.1.1: Phân loại theo chức năng...................................................................... 10
2.1.2: Phân loại theo tốc độ dịch chuyển...................................................... 10
2.1.3: Phân loại theo tải trọng......................................................................... 11
2.1.4: Phân loại theo vị trí bộ kéo tời............................................................. 11
2.1.5: Phân loại theo hệ thống vận hành....................................................... 11
2.2: Trang thiết bị cơ khí của thang máy................................................... 12
2.2.1: Tổng thể cơ khí của thang máy............................................................ 12
2.2.2: Thanh rây dẫn hướng............................................................................. 15
2.2.3: Động cơ nâng hạ Cabin......................................................................... 16
2.2.4: Cabin........................................................................................................ 17
2.2.5: Đối trọng................................................................................................. 17
2.2.6: Phanh....................................................................................................... 18
2.2.7: Động cơ cửa............................................................................................ 18
2.2.8: Cơ cấu đóng mở cửa.............................................................................. 19
2.2.9: Cửa........................................................................................................... 20
Chương 3: Hệ thống điều khiển.................................................................... 21
3.1: Mạch điều khiển....................................................................................... 21
3.2: Mạch động lực.......................................................................................... 22
3.2.1: Mạch động lực kéo buồng thang.......................................................... 22
3.2.2: Mạch động lực kéo cửa Cabin.............................................................. 24
3.3: Một số linh kiện được sử dụng.............................................................. 26
3.4: Bảng sơ đồ kết nối chân.......................................................................... 29
3.5: Bảng symbol............................................................................................. 34
Chương 4: Nguyên lý hoạt động của thang máy....................................... 36
4.1: Nguyên lý hoạt động của thang máy................................................... 36
4.2: Cách vận hành thang máy..................................................................... 37
4.3: Môt số ví dụ về hoạt động của thang máy.......................................... 38
4.4: Lưu đồ giải thuật hoạt động của thang máy...................................... 40
4.5: Lập trình hoạt động................................................................................ 44
4.5.1: Lập trình PIC1........................................................................................ 44
4.5.2: Lập trình PIC2........................................................................................ 60
Chương 5: Các bài thực hành VĐK............................................................. 69
KẾT LUẬN........................................................................................................ 84
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................... 85
MỞ ĐẦU
Chương 1 Giới thiệu chung
1.1 Khái niệm chung về thang máy
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu, v..v.. theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15o so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.
Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng, v..v.. Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy lien tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẽ đẹp và tiện nghi của công trình.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các tòa nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động.
Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lí. Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn, v..v.. tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy.
Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong tòa nhà. Nếu vấn đề vận chuyển người, hàng trong những tòa nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng không thành hiện thực.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn đựợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.
Thang máy chỉ có Cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa và sử dụng, mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn Cabin, công tắc an toàn cửa Cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn v..v..
Với các đối tượng cần nâng và vận chuyển khác nhau thì thang máy có cấu tạo khác nhau, nhưng nhìn chung có thể phân làm 2 phần chính:
- Buồng thang:
- Buồng thang còn gọi là cabin, là phần chuyển động thẳng đứng trực tiếp mang tải. Khung buồng treo trên puli quấn cáp. Thông thường là cáp đôi hoặc cáp 4 nhằm tăng độ bám và tăng độ bền cơ khí, cùng chuyển động với buồng thang là đối trọng.
- Đối trọng là một khối kết từ các khối gang, chuyển động ngược chiều với buồng thang để cân bằng khối lượng với buồng thang nhằm mục đích giảm công suất của cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng. Khối lượng đối trọng phụ thuộc trọng lượng buồng thang và khối lượng tải trọng trung bình.
- Buồng thang chuyển động trong một nơi được gọi là hố giếng. Hố giếng: phần không gian từ mặt tiếp tuyến dưới puli (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng.
- Buồng máy: Là nơi đặt động cơ kéo, bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang. Động cơ kéo nối với puli qua hộp số giảm tốc. Ngoài ra buồng thang trang bị một phanh cơ khí bảo hiểm, khi được cấp điện má phanh được lực điện từ hút vào puli, khi ngắt điện không còn lực điện từ, lực lò xo sẽ đẩy má phanh ra khỏi puli.
1.2 Lịch sử phát triển của thang máy
Cuối thế kỷ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS(Mỹ), SCHINDLER(Thụy Sĩ). Năm 1853, hãng thang máy OTIS đã chế tạo và đưa vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới.
Đến năm 1874, hãng thang máy SCHINDLER cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, Cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc độ di chuyển của Cabin thấp.
Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như: KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON, ELEVATOR(Nhật Bản), THYSEN(Đức), SABIEM (ý), v.v.. đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong Cabin tốt và êm hơn.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tớ tốc độ 450(m/ph), những thang máy chở hàng đã có tải trọng nâng tới 30 tấn, đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600(m/ph). Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (Inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ.
Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng điện cảm ứng tuyến tính.
Đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạt tới 750(m/ph) và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác.
Chương 2 Cấu trúc thang máy
2.1 Phân loại thang máy
2.1.1 Phân loại theo chức năng
- Thang máy chở người
Gia tốc được quy định theo cảm giác của hành khách gia tốc tối đa u<2m/s²
Thang máy dùng trong các tòa nhà cao tầng loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật cao.
Thang máy dùng trong bệnh viện phải đảm bảo tính an toàn tối ưu về độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên theo các yêu cầu của bệnh viện.
Thang máy dùng trong hầm mỏ, xí nghiệp đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp tác động của môi trường làm việc như độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn...
- Thang máy chở hàng
Thang máy đươc dùng rộng rãi trong xí nghiệp, trong kinh doanh… Nó đòi hỏi cao viêc dừng tầng chính xác buồng thang máy phải đảm bảo cho viêc vận chuyển hàng hóa lên xuống thang máy được dễ dàng, thuận tiện.
2.1.2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển
- Thang máy có tốc độ thấp v <1m/s
- Thang máy có tốc độ trung bình v=1÷2.5m/s thường dùng cho các nhà có từ 6 ÷ 12 tầng.
- Thang máy tốc độ cao v = 2.5 ÷ 4 m/s thường dùng cho các nhà cao tầng có số tầng > 16 tầng.
- Thang máy có tốc độ rất cao (cao tốc) v= 5m/s thường dùng cho các tòa tháp cao tầng.
2.1.3 Phân loại theo tải trọng
- Thang máy loại nhỏ Q < 500kg hay dùng trong các thư viện trong các nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách hoặc vật phẩm.
- Thang máy trung bình Q = 500 ÷ 1000kg.
- Thang máy loại lớn Q = 1000 ÷ 1600kg.
- Thang máy loại rất lớn Q > 1600kg.
2.1.4 Phân loại theo vị trí bộ kéo tời
- Đối với thang máy điện
- Thang máy có bộ kéo tời đặt trên giếng thang.
- Thang máy có bộ kéo tời đặt dưới giếng thang.
- Đối với thang máy dẫn động Cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc Cabin.
- Đối với thang máy dùng thủy lực thì piton đặt tại tầng trệt.
2.1.5 Phân loại theo hệ thống vận hành
- Theo mức dò tự động
- Loại nữa tự động.
- Loại tự động.
- Theo tổ hợp điều khiển
- Điều khiển đơn.
- Điều khiển kép.
- Điều khiển theo nhóm.
- Theo vị trí điều khiển
- Điều khiển trong Cabin.
- Điều khiển ngoài Cabin.
- Điều khiển cả trong và ngoài Cabin.
2.2 Trang thiết bị cơ khí của thang máy
2.2.1 Tổng thể cơ khí của thang máy
Các thiết bị chính của thang máy gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo, đối trọng, động cơ truyền động, phanh diện và các thiết bị điều khiển khác.
Tất cả các thiết bị thang máy được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1). Buồng máy được bố trí trên trần của tầng cao nhất, hố buồng thang ở mức thấp nhất (dưới mức sàn tầng 1).
- Đối trọng
- Cảm biến hành trình
- Buồng thang
- Dây cáp truyền
- Puli
- Động cơ dẫn động
- Giá treo
- Đế Cabin
- Thanh ray
- Xích hạn chế tốc độ
- Tầng hầm
- Tủ điều khiển
Hình 2.2.1 Sơ đồ kết cấu và bố trí thiết bị thang máy
Trong buồng máy lắp đặt cơ cấu nâng hạ buồng thang, tạo ra lực kéo để chuyển động buồng thang và đối trọng.
Cơ cấu nâng gồm các bộ phận sau: Bộ phận kéo cáp ( puli hoặc tang quấn cáp), phanh hãm điện và động cơ truyền động. Tất cả các thiết bị trên được lắp trên một khung bằng nhôm. Trong thang máy thường dùng 2 cơ cấu nâng.
- Cơ cấu nâng có dùng giảm tốc
- Cơ cấu nâng không dùng giảm tốc
Cơ cấu nâng không dùng hộp giảm tốc thường được dùng trong các thang máy tốc độ cao.
Puli làm nhiệm vụ dẫn hướng.
Trong quá trình làm việc buồng thang di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng. Trên nóc buồng thang có lắp động cơ đóng mở cửa. Trong buồng có lắp hệ thống nút nhấn và đèn báo.
Hệ thống cáp treo là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với buồng thang một đầu nối với đối trọng qua puli dẫn hướng.
Trong giếng thang máy có lắp các bộ cảm biến vị trí dùng dể điều chỉnh tốc độ động cơ dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chế hành trình nâng – hạ của thang máy.
2.2.2 Thanh rây dẫn hướng
Ray dẫn hướng được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho Cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang. Ray dẫn hướng đảm bảo cho đối trọng và cabin luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theo hướng nằm ngang trong quá trình chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hướng con phải đủ cứng vững để trọng lượng của Cabin và tải trọng tựa vào dẫn hướng cùng các thành phần tải trọng động khi phanh làm việc. Trong trường hợp đứt cáp hoặc Cabin đi xuống với tốc độ cao lớn hơn giá trị cho phép.
Hình 2.2.2a: Ngàm dẫn hướng Hình 2.2.2b: Rây dẫn hướng
2.2.3 Động cơ nâng hạ Cabin
Mô hình sử dụng động cơ DC tốc độ 1200 vòng/phút, nguồn cấp cho động cơ hoạt động tối đa là 12V (DC).
Để cho động cơ DC hoạt động, chúng ta cần đặt điện áp 1 chiều vào động cơ và dòng điện 1 chiều sẽ chạy qua động cơ, động cơ sẽ quay theo 1 chiều nào đó.
Nếu chúng ta đổi chiều của điện áp 1 chiều này, động cơ sẽ quay ngược lại.
- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh độ rộng xung (PWM).
Điều khiển độ rộng của xung được làm bằng cách tắt bật nhanh nguồn điện lên động cơ. Nguồn áp 1 chiều DC sẽ chuyển thành tín hiệu xung vuông, thay đổi từ 12V xuống 0V.
Nếu tần số bật tắt mà đủ cao, motor sẽ chạy ở một tốc độ ổn định nhờ mômen quay của động cơ.
Bằng cách thay đổi chu kỳ hoạt động của tín hiệu (thay đổi độ rộng xung – PWM), tức là khoảng thời gian “Bật”, nguồn điện trung bình đặt lên động cơ thay đổi và dẫn đến thay đổi tốc độ.
