Ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy

Lời nói đầu

Thang máy là một thiết bị không thể thiếu được trong việc vận chuyển người và hàng hoá theo phương thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng hay trong các nhà máy xí nghiệp. Ngày nay trên thế giới thang máy luôn được nghiên cứu cải tiến hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

Đất nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Lúc này bộ mặt đô thị đã có nhiều thay đổi xuất hiện nhiều nhà cao tầng, các nhà máy xí nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều do đó thang máy và thang cuốn nói chung, thang máy chở người nói riêng đã và đang được sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy đã có nhiều hãng thang máy hàng đầu xuất hiện ở nước ta.

Tuy nhiên so với các nước trong khu vực thì số lượng thang máy được lắp

đặt ở nước ta còn chưa lớn và đây vẫn còn là thiết bị mới, sự hiểu biết về thang máy còn giới hạn nhiều trong các nhà chuyên môn.

Trong thời gian học tập tại trường ĐH Nông nghiệp I - Hà Nội tôi đã được

đào tạo có hệ thống, tiếp thu được các kiến thức hiện đại tiên tiến nhất trong lĩnh vực Tự động hoá. Để kết thúc khoá học tôi được nhận đề tài “øng dụng PLC trong điều khiển thang máy”.

Do thang máy là một thiết bị vận chuyển người và hàng hoá nên vấn đề về an toàn, vận hành chính xác và tối ưu về quãng đường đi là vấn đề được quan tâm hàng đầu, nên mục đích của đề tài này là “Nghiên cứu cấu tạo, các yêu cầu của thang máy, các thiết bị cơ khí trong thang máy, an toàn của thang máy. Nêu ra

được các phương án truyền động cho thang máy truyền động và xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng bằng việc ứng dụng PLC.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 110 trang tài liệu này.

Nội dung cơ bản của quyển đồ án này bao gồm 5 chương: Chương I: Giới thiệu chung về thang máy.

Chương II: Các hệ truyền động cơ bản.

Chương III: Hệ thống điện và các hệ thống điều khiển trong thang máy. Chương IV: Giới thiệu về bộ lập trình PLC.

Chương V: Xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng.

Dưới sự hướng dẫn khoa học và tận tình của thầy giáo: ThS. Nguyễn Văn Đạt cùng các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật - khoa Cơ Điện - trường Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, cùng với sự cố gắng của bản thân tôi đã hoàn thành bản

đồ án trên.

Do còn hạn chế của bản thân và thời gian nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót tôi rất mong được sự chỉ bảo tiếp của các thầy cô trong bộ môn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 17 tháng 2 năm 2006 Sinh viên: Phạm Văn Thuận

Chương i

Giới thiệu chung về thang máy

1.1 Giới thiệu chung

Thang máy là một thiết bị vận tải theo phương thẳng đứng dùng trong các công trình xây dựng, trong các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong các công trình nhà dân dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần dùng máy để nâng hạ các thiết bị trong các công trình xây dựng, vận chuyển hàng hoá nặng hoặc vật liệu xây dựng lên các tầng cao, vận chuyển người trong các toà nhà cao tầng nên thang máy xuất hiện tương đối sớm. Xuất phát là thang tải hàng từ thế kỷ 19, dùng để giải quyết vấn đề vận tải hàng hoá và vật liệu xây dựng, nhưng khi đó khâu an toàn chưa được thiết kế thoả mãn để dùng chở người.

Sau này khi nhu cầu vận chuyển người ở các toà nhà cao tầng ở đô thị rất bức bách, người ta đầu tư nhiều để nghiên cứu về hệ thống phanh cho thang máy, và một kỹ sư người Mỹ là Otis đã thành công trong việc chế tạo ra hệ thống phanh an toàn cho thang máy, mở ra một ngành công nghiệp chế tạo thang máy cho nhà cao tầng, góp phần phát triển mạnh mẽ cho tốc độ phát triển đô thị hoá của toàn thế giới.

Với một toà nhà cao tầng thì chi phí của việc trang bị hệ thống thang máy chiếm một phần không nhỏ trong vốn đầu tư cơ bản (đối với nhà > 20 tầng thì nó chiếm 20% giá thành toàn bộ ngôi nhà), nhưng việc sử dụng thang máy, máy nâng trong các hạng mục công trình sẽ làm giảm đáng kể thời gian xây dựng, giảm bớt sức người (khoảng 10 lần), giảm đáng kể chi phí xây dựng cơ bản. Việc sử dụng thang máy trong các toà nhà cao tầng, trong khách sạn, công sở giảm

đáng kể thời gian, sức người, sức lực của con người, góp phần lớn vào việc khai thác các toà nhà cao tầng, vào các mục đích kinh doanh và sinh hoạt.

Thang máy nói chung được phân loại như sau :

1.1.1 Theo chức năng phân theo các nhóm

+ Thang máy dùng trong nhà ăn, bệnh viện.

+ Thang máy chở người trong các toà nhà cao tầng.

+ Thang máy chở hàng có người điều khiển.

1.1.2 Theo tải trọng phân thành các nhóm

+ Thang máy loại nhỏ có tải trọng Q < 160 kg

+ Thang máy loại trung bình có Q = 500 2000 kg.

+ Thang máy loại lớn có Q > 2000 kg

1.1.3 Theo tốc độ di chuyển phân thành các nhóm

+ Thang máy tốc độ chậm : v = 0,5m/s

+ Thang máy tốc độ trung bình : v = 0,75 1,5 m/s

+ Thang máy cao tốc : v = 2,5 5 m/s

Ngày nay nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong kỹ thuật truyền động

điện như : Công nghệ biến đổi công suất lớn bằng thiết bị bán dẫn; công nghệ vi

điện tử, kỹ thuật vi điều khiển, máy tính nhờ đó mà công nghệ thang máy có những bước tiến nhảy vọt. Nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến mà thang máy ngày càng đạt các yêu cầu khắt khe đề ra : An toàn hơn, chất lượng điều khiển tin cậy cao, chuyển động êm hơn phù hợp với sinh lý người, dừng tầng chính xác hơn, hiệu suất truyền động cao. Trên thị trường Việt Nam trước đây, thang máy ít

được sử dụng, chủ yếu là các máy nâng hàng dùng cho các nhà máy, xí nghiệp hoặc trên các công trình xây dựng. Từ khi có chính sách mở cửa, nền kinh tế thị trường mà sản phẩm của nó một phần là các toà nhà cao ốc 20 – 24 tầng ra đời, các toà nhà chung cư cao tầng trong đô thị được quy hoạch mọc lên thì cũng là lúc nhu cầu thang máy trong nước tăng lên một cách cấp bách và có yêu cầu số lượng lớn, hàng loạt các loại thang máy xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, một số công ty thang máy trong nước xuất hiện, trong đó công ty Thang máy Thiên

Nam (Thien Nam Elerator-Co) là một trong những công ty đầu tiên hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, thi công, lắp đặt và cung ứng thang máy lớn nhất trong nước, sánh vai cùng các Công ty thang máy Tự động (Tu dong Elerator-Co), Công ty thang máy Thái Bình (Thai Binh Elerator-Co). Các công ty này có cùng mục đích là nghiên cứu và lắp đặt các loại thang máy có chất lượng cao của các hãng nổi tiếng thế giới như : Otit Elerator (Mỹ); Mitsubishi (Nhật); Nippon Elerator, Fuji Elevator (Nhật); LG Elevator (Hàn Quốc). Đồng thời tự sản xuất các loại thang có chất lượng và giá thành cạnh tranh trong các công trình có yêu cầu về chất lượng tương đối cao.

1.2 Các yêu cầu đối với thang máy

1.2.1 Yêu cầu về an toàn

+ Đối với thang máy chở người, yêu cầu về an toàn là yếu tố tối quan trọng, vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá bằng tính mạng của hành khách. Để đảm bảo cho thang làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang phải đạt độ tin cậy cao nhất.

Giữa phần điện và phần cơ của thang phải có các khoá liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì phần điện mới được phép hoạt động, ví dụ : Cửa tầng, cửa buồng thang phải được đóng kín thì thang mới làm việc; khi trọng tải không vượt quá mức cho phép thì thang mới hoạt

động, khi thang chạy quá tốc độ cho phép thì bộ phận phanh cơ phải hoạt động hãm chặt buồng thang.

1.2.2 Yêu cầu dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy yêu cầu phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng, khi mà buồng thang đó đến đúng tầng cần dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác (mặt sàn buồng thang không cùng độ cao với mặt sàn của tầng) thì sẽ xảy ra các hiện tượng sau :

+ Đối với thang chở khách : Làm cho khách ra vào khó khăn tăng thời gian chờ đợt, dẫn đến giảm năng suất của thang.

+ Đối với thang chở hàng : Khó khăn trong việc xếp dỡ thậm chí không chuyển được hàng ra - vào buồng thang.

1.2.3 Yêu cầu về hạn chế độ giật của thang máy

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với thang máy, nhất là thang máy chở người là phải đảm bảo chở buồng thang chuyển động phải êm. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi dừng máy. Tốc độ trung bình của thang quyết định đến năng suất của thang. Tốc độ di chuyển trung bình của thang có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc của buồng thang. Nhưng khi gia tốc quá lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, hụt hẫng). Theo thực nghiệm thì gia tốc tối ưu là a 2m/s2. Độ giật của thang là đạo hàm bậc nhất của gia tốc, nó quyết định bởi các phương pháp mở máy và hãm máy.

Chế độ

Mở máy ổn định

Chạy tốc

Hãm xuống độ thấp và tốc độ thấp hãm dừng

0

t0 v0

t1 t2

v1 v2

t3 vh

t(s)

t4 t5 t6 t7 t8vh v3 v4 v1 v0

Yêu cầu về gia tốc lại càng quan trọng đối với thang máy chở bệnh nhân trong các trường hợp bệnh nặng, vì vậy trong trường hợp này người ta thiết kế loại thang dùng thuỷ lực trong truyền động.

(m/s3) a (m/s2) v (m/s)

Hình I - 1 Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc ,,s vào thời gian

1.2.4 Các yêu cầu khác

Vì thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên yêu cầu mạch đóng cắt động lực phải đảm bảo làm việc an toàn chắc chắn và có khả năng chịu được tần số đóng cắt cao. Vì người sử dụng thang máy hầu hết là không phải là chuyên nghiệp nên các vị trí gọi tầng, đóng mở cửa phải đơn giản, dễ hiểu, dễ sử dụng, lôgíc điều khiển thang phải chặt chẽ và đầy đủ.

I.2

1.3 Cấu tạo chung của thang máy

1.3.1 Cấu tạo chung của thang máy

Những loại thang máy hiện

đại thường có kết cấu cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Hình I.2 là hình cấu tạo chung của thang máy chở người. Tất cả các thiết bị điện

được lắp đặt kín và an toàn trong buồng thang, buồng máy. Buồng máy thường bố trí ở trên cùng của thang (mặt sàn trên cùng). Tủ điện 1

được đặt trong buồng máy 22 bên cạnh đó bộ hạn chế tốc độ 2 cũng

được đặt trên buồng máy. Cáp của bộ hạn chế tốc độ 8 có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo hiểm 17 trên cabin. Khi đứt cáp hoặc cáp trượt trên rãnh puly do không đủ ma sát mà cabin đi xuống

vượt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ hãm bảo

hiểm 17 để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hướng trong giếng thang. ở một số thang máy, bộ hãm bảo hiểm và bộ phận hạn chế tốc độ còn được trang bị cho cả

đối trọng. Cabin và đối trọng được treo trên hai đầu cáp nâng 20 nhờ vào hệ thống treo 19 hệ thống này đảm bảo cho các nhánh cáp riêng biệt có sức 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 chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Khi chuyển động, cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hướng trong giếng thang nhờ các ngàm dẫn hướng 16. Giếng thang 15 chạy dài theo suốt chiều cao toà nhà hay công trình được che chắn bằng kết cấu chịu lực như(bê tông, gạch hoặc kết cấu thép, 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 hướng12 và 13 cho đối trọng 14 và cabin 18. Bộ tời kéo 21 được đặt trong buồng máy 22 nằm ở phía trên giếng thang 15. Cửa cabin 4 và cửa tầng 7 thường là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở khi cabin dừng trước cửa tầng nhờ cơ cấu đóng mở cửa 3 đặt trên nóc cabin. Cửa cabin và cửa tầng được trang bị khoá liên động và các tiếp điểm điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động. Thang máy sẽ không hoạt động được nếu một trong các cửa tầng hoặc cửa cabin chưa đóng hẳn, hệ thống khoá liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng và không mở được từ bên ngoài khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng, đối với loại cửa lùa

đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở cửa cabin, hệ thống khoá liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở. Tại các điểm trên cùng và dưới cùng có đặt các công tắc hạn chế hành trình cho cabin.

Phần dưới của cabin là hố thang10 để đặt các giảm chấn 11 và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ 9. Khi hỏng hệ thống điều khiển, cabin hoặc đối trọng có thể

đi xuống phần hố thang 10 vượt qua công tắc hành trình và tỳ lên giảm chấn 11

để đảm bảo an toàn cho kết cấu máy và tạo khoảng trống cần thiết dưới đáy cabin

để có thể đảm bảo an toàn khi sửa chữa và bảo dưỡng.