ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY.
Nội dung
- Mô tả chung về thang máy
- Yêu cầu của thang máy
- Cấu trúc chung của thang máy
- Thiết bị cơ khí của thang máy
- Thiết bị điện trong thang máy
1.1. Mô tả chung về thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo
phương thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng
rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác
hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ... ở những nơi đó
thang máy được sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới
nơi làm việc có độ cao khác nhau... Nó đã thay thế cho sức lực của con người và
đã mang lại năng suất cao.
Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được sử dụng rộng rãi trong các toà
nhà cao tầng, cơ quan, khách sạn... Thang máy đã giúp cho con người tiết kiệm
được thời gian và sức lực...
Ở Việt Nam từ trước tới nay thang máy chỉ chủ yếu được sử dụng trong
công nghiệp để trở hàng và ít được phổ biến. Nhưng trong giai đoạn hiện nay
nền kinh tế nước ta đang có những bước phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng
thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.
Có thể phân loại thang máy như sau:
1.1.1. Phân loại theo chức năng:
a. Thang máy chở người:
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: a ≤1,5 m/s2
+ Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn,
đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật...
+ Dùng trong bệnh viện: phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi
dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh
viện...
+ Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng
nề trong công nghiệp như tác động của môi trường làm việc: độ ẩm, nhiệt độ;
thời gian làm việc, sự ăn mòn...
b. Thang máy chở hàng:
Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh...Nó đòi hỏi
cao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng
hoá lên xuống thang máy được dễ dàng thuận lợi...
1.1.2. Phân loại theo tốc độ dịch chuyển:
Thang máy tốc độ chậm: V = 0,5 m/s
Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75 ÷1,5 m/s
Thang máy tốc độ cao: V = 2,5 ÷5 m/s
1.1.3. Phân loại theo tải trọng:
Thang máy loại nhỏ: QTm < 160 KG
Thang máy loại trung bình: QTm = 500 ÷2000 KG
Thang máy loại lớn: QTm > 2000 KG
1.2. Yêu cầu của thang máy
a . Yêu cầu công nghệ:
Dễ điều khiển và hiệu chỉnh ( tính đơn giản cao ) .
An toàn tuyệt đối cho người và thiết bị .
Yêu cầu về dừng chính xác cao không gây khó chịu cho người và
hành khách phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 3:1 đến 10:1
b . Yêu cầu về truyền động
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm . Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm . Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là : Tốc độ di chuyển v( m/s) ,gia tốc a(m/s2) , độ giật ρ(m/s3).
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang
máy , có ý nghĩa rất quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng.
Đối với các nhà trọc trời tối ưu nhất là dùng thang máycao tốc ( v=35m/s ) giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt gần bằng tốc độ định mức .Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến giá thành thang máy tăng. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75m/s lên v= 3m/s giá thành tăng lên 4-5 lần. Bởi vậy tùy theo độ cao của toà nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu.
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi nghẹt thở...). Bởi vậy gia tốc tối ưu là: a ≤ 2(m/s2).
Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói cách khác đó là độ giật ρ: ρ = da/dt = d2v/dt2 = d3s/dt3 .
Hình 1.1. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường, vận tốc, gia tốc, độ giật vào thời gian:
Khi a ≤ 2(m/s2) thì độ giật ρ ≤ 20(m/s3) .
c, Yêu cầu về cơ cấu hãm:
+ Buồng thang dừng chính xác:
Hình 1.2. Mô tả quá trình dừng của cabin.
Đây cũng là một trong những yêu cầu quan trọng của hệ truyền động và điều khiển thang máy. Nếu dừng không chính xác buồng thang sẽ ảnh hưởng đến việc ra vào của người và hàng hóa, dẫn đến làm giảm năng suất của thang máy.
Khi buồng thang tác động vào cảm biến dừng đến khi phanh hãm điện từ tác động thì buồng thang đi một quãng đường là S’:
S’ = V0*Δt (m)
Trong đó :
V0 là vận tốc ban đầu khi phanh hãm tác động.
Δt là thời gian quán tính điện từ của các phần tử chấp hành.
Từ khi phanh hãm điện từ tác động đến khi dừng hẳn buồng thang sẽ trượt một đoạn là S’’:
S’’ =
Trong đó:
m: là khối lượng các phần tử chuyển động của buồng thang.
Fph là lực hãm của cơ cấu phanh điện từ.
Fc là lực cản của tải trọng gây ra.
i là tỉ số truyền.
dấu (+) cho trường hợp thang đi lên.
dấu (-) cho trường hợp thang đi xuống.
Biểu thức S’’ còn được tính bởi công thức:
S’’ =
Trong đó:
J là mô men quán tính
D là đường kính tang nâng
Mph là mô men hãm do cơ cấu phanh điện từ gây nên.
Mc là mô men cản do tải trọng gây ra.
Vậy: S = S’ + S’’ = V0*Δt +
Do đó, ta thấy độ dừng chính xác của buồng thang phụ thuộc vào nhiều tham số,tuy nhiên các tham số J,ω0,D,Mph,Mc không thay đổi.Ta chỉ xét thông số V0, muốn dừng chính xác buồng thang thì vận tốc V0 phải giảm nhanh. Vì vậy trước lúc tác động vào cảm biến dừng ta phải có một cảm biến chuyển đổi từ vận tốc cao xuống vận tốc thấp.
+ Không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo.
+ Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 ÷
40) %tốc độ định mức.
d,Yêu cầu vận hành:
Không được vận hành trong trạng thái bất thường, nếu cần đảo chiều
phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột.
e, Yêu cầu về mômen quán tính :
Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Động cơ truyền động cho
thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn.
1.3. Cấu trúc chung của thang máy
Thang máy có nhiều loại khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận
chính sau: bộ tời kéo: cabin cùng hệ thống treo cabin. Cơ cấu đóng mở cửa cabin và bộ hãm bảo hiểm, cáp nâng, đối trọng và hệ thống cân bằng, hệ thống
ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động trong giếng thang, bộ phận
giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở đáy giếng thang, hệ thống hạn chế tốc
độ tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ vượt quá giới hạn
cho phép, tủ điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn, cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khóa liên động.
Bộ tời kéo 21 được đặt trong buồng máy 22 nằm ở phía trên giếng thang 15.
Giếng thang 15 chạy dọc suốt chiều cao của công trình và được che chắn bằng kết cấu chịu lực (gạch, bêtông hoặc kết cấu thép với lưới che hoặc kính) và chỉ để các cửa vào giếng thang để lắp cửa tầng 7. Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng
thang có gắn các ray dẫn hướng 12
và 13 cho đối trọng 14 và cabin 18. Cabin
và đối trọng được treo trên hai đầu của
cáp nâng 20 nhờ hệ thống treo 19. Hệ
thống treo có tác dụng đảm bảo cho các Hình 1.3. Cấu trúc thang máy
nhánh cáp nâng riêng biệt có độ căng như nhau. Cáp nâng được vắt qua các rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo. Khi bộ tời kéo hoạt động puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin và đối trọng đi lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Khi chuyển động cabin và đối trọng tựa trên các .......................................
lên).
Hình ảnh của cabin và thanh ghi trạng thái cabin trong hành trình đi xuống.
- Cabin đang dừng: Lúc này mạch phát tín hiệu lên xuống đang liên tục thay đổi giá trị 0 và 1, tín hiệu này giống như 1 đèn chiếu sáng quét tìm các tín hiệu y/c, khi thì tìm tín hiệu y/c ở phía trên cabin (ứng với tín hiệu lên xuống = 1) khi thì tìm tín hiệu y/c ở phía dưới cabin (ứng với tín hiệu lên xuống = 0). Tín hiệu y/c nào xuất hiện trước sẽ được chấp nhận trước.
Hình 13: Hình ảnh cabin dừng.
a) Khi t/h lên xuống = 1, b) Khi t/h lên xuống = 0.
Tóm lại chu trình hoạt động của cabin là đi lên và đi xuống, lên tầng có người y/c cao nhất và xuống tầng có người y/c thấp nhất, trong hành trình thì đón và trả khách ở những tầng khoảng giữa.
Trên đây là một số phân tích về hoạt động của mạch điện thang máy 5 tầng, để thiết kế cho thang máy có số tầng nhiều hơn, ta chỉ việc mở rộng thêm thanh ghi trạng thái số bít lên bằng số tầng tương ứng và các linh kiện trong phần mạch logic cũng mở rộng thêm như phím ấn, mạch lật phím ấn, các mạch và, các mạch hoặc và các sensor tầng tương ứng.
vKết luận:
Trong chương này em đã giới thiệu khá tổng thể và đầy đủ các hệ thống điều khiển thang máy cùng các ưu nhược điểm của từng hệ thống.
Qua đó em đã chọn ra được hệ thống điều khiển tối ưu có thể đáp ứng tốt yêu cầu của đề tài.
Ngoài ra em cũng đưa ra các chương trình điều khiển, chọn chương trình điều khiển phù hợp từ đó thiết kế được mạch điều khiển thang máy theo yêu cầu công nghệ đề ra.
Tuy nhiên do chưa được thử nghiệm qua mô hình thực tế nên em chưa thể biết chính xác thiết kế đã đạt chính xác như thế nào.
CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 5 TẦNG.
vNội dung
- Giới thiệu chung về PLC
- Thống kê đầu vào, ra cho trạm PLC
- Sơ đồ mạch điều khiển PLC
- Lưu đồ thuật toán điều khiển
- Chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ LAD
4.1. Giới thiệu chung về PLC.
4.1.1. Các định nghĩa về PLC.
- PLC là chữ viết tắt của Programmable Logic Controller nghĩa là bộ điều khiển logic lập trình được.
- PLC là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính bao gồm bộ xử lý trung tâm CPU, bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng vào ra Input/Output.
Hình 4.1: Cấu trúc PLC.
- Vị trí của PLC trong hệ thống điều khiển:
a. Hệ thống điều khiển truyền thống:
Hệ điều khiển truyền thống gồm các khối:
+ Khối đầu vào:
- Các nút điều khiển
- Các công tắc
- Các công tắc hành trình đặt tại máy
- Các cảm biến đo lường đặt tại dây chuyền sản xuất
+ Khối điều khiển gồm các phần tử:
- Các loại rơ le
- Các bộ đếm thời gian
- Các bộ đếm
- Các bộ so sánh
- Các bản mạch điện tử
+ Khối đầu ra gồm:
- Các loại động cơ
- Các loại van
- Các thiết bị gia nhiệt
- Các thiết bị chỉ thị…
b. Hệ điều khiển dùng PLC:
- Khối đầu vào tương tự hệ điều khiển truyền thống
- Khối đầu ra tương tự hệ điều khiển truyền thống
- Khối điều khiển được thay bằng thiết bị điều khiển PLC kèm theo đó là một chương trình ứng dụng, được lập trình dưới dạng giản đồ hình thang.
4.1.2. Khả năng của PLC.
- Điều khiển logic:
- Chức năng điều khiển rơ le
- Thời gian, đếm
- Thay cho các panel điều khiển và các mạch in
- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay và các quá trình
- Điều khiển liên tục:
- Thực hiện các phép toán số học và lôgic
- Điều khiển liên tục nhiệt độ, áp suất, lưu lượng
- Điều khiển PID, FUZY
- Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước, servo, biến tần
- Khối đầu vào thêm các khâu cảm biến tương tự, chiết áp
- Khối điều khiển thêm các khâu biến đổi A/D, D/A…
- Điều khiển tổng thể:
- Điều hành quá trình và báo động
- Ghép nối máy tính
- Ghép nối mạng tự động hóa
- Điều khiển tổng thể quá trình
- Tín hiệu vào và ra có thêm thông tin
4.1.3. Các ưu điểm khi sử dụng PLC:
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn gọn hơn.
- Dễ thay đổi mà không gây tổn thất
- Có thể tính chính xác được giá thành
- Cần ít thời gian đào tạo
- Dễ thay đổi thiết kế nhờ phần mềm
- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng
- Dễ bảo trì, bảo hành
- Độ tin cậy cao
- Chuẩn hóa được thiết bị
- Thích ứng trong các môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động…
4.1.4. Giới thiệu một số loại PLC và module:
- Một số loại PLC của SIEMEN:
..........................
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc, với sự nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn gia công vật liệu đặc biệt là thầy Nguyễn Đức Toàn em đẫ hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp về đề tài: “Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Thang Máy Dùng PLC” với những công việc sau:
+ Tìm hiểu cấu trúc của thang máy, dựa vào điều kiện về tải trọng, tốc độ để lựa chọn loại thang phù hợp cho đề tài.
+ Xây dựng mô hình, tính toán cơ khí cho thang máy.
+ Đưa ra một số hệ thống điều khiển, từ đó chọn và thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu cho thang máy.
+ Thiết kế mạch điều khiển thang máy.
+ Lập trình điều khiển thang máy bằng ngôn ngữ LAD
Tuy nhiên bản đồ án của em vẫn còn một số hạn chế như:
+ Phần tính toán cơ khí cho thang máy vẫn chưa tối ưu, một số chi tiết, thiết bị có hệ số an toàn lớn dẫn đến kích thước tăng, gây tốn kém vật liệu, giá thành tăng.
+ Phần thiết kế mạch và hệ thống điều khiển chưa được áp dụng trong một mô hình thực tế nên chưa biết độ chính xác.
