lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Lời nói đầu
Trong công cuộc xây dựng XHCN , đất nớc ta sau chiến tranh đang bớc
vào thời kỳ xây dựng và đổi mới nếu trên thế giới tự động hoá là sự lựa chọn
không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra
xản phẩm có chất lợng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên
thị trờng, chắc chắn ở Việt nam nó sẽ trở thành một công cụ đặc biệt quan
trọng trong công cuộc khoa học kỹ thuật ở nớc ta hiện nay và sau này. Nó là
một phần mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà đảng và nhà nớc đã đề ra
để xây dựng đất nớc tiến lên giàu mạnh. Nhu cầu nâng cao năng suất và chất l-
ợng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phơng tiện tự động
hoá. Xu hớng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao
đang hình thành vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng góp phần làm
vào để điều khiển quá trình sản xuất làm tăng năng suất và hạ giá thành sản
phẩm. Muốn làm việc điều đó đòi hỏi phải có một đội ngũ kỹ s chuyên ngành
nắm vững và biết cách lập trình điều khiển nắm bắt đợc điều đó đảng và nhà n-
ớc đã tìm mọi cách để đào tạo đợc một một đội ngũ tri thức bằng việc hàng
năm đào tạo ra hàng trăm kỹ s điện chuyên ngành tự động hoá ở các trờng đại
học kỹ thuật .
Với t cách là một sinh viên năm cuối cùng của truyên ngành điện tự đông
hoá , để chuẩn bị cho công việc ra trờng và đi xây dựng đất nớc . Em đã đợc
nhà trờng giao cho đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy
để làm đồ án tốt nghiệp . Đề tài của em gồm 3 phần :
Phần I : Tổng quan về thang máy
Phần II : Tổng quan về PLC
Phần III: Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển thang máy
Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển
lập trình PLC S7-300 của hãng Sicmens (Đức) để điều khiển chuyển động
thang máy 7 tầng
Sau thời gian tìm hiểu và bắt tay vào việc với sự nỗ lực của bản thân . Đặc
biệt là sự hớng dẫn , giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lâm Hùng Sơn. Nay em đã

hoàn thành toàn bộ những nội dung , yêu cầu của đề tài .
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Lâm Hùng Sơn đã giúp đỡ
và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản đồ án này .
Do trình độ còn non trẻ về kiến thức trong nghề nghiệp , kinh nghiệm
trong thực tế còn hạn chế , thời gian có nên bản đồ án của em sẽ không tránh
khỏi những sai sót . Em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của
thầy giáo , bạn đọc đối với đồ án này .
Em xin chân thành cảm ơn !
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 1 -
§å ¸n tèt nghiÖp  Bé m«n T§H
Th¸i Nguyªn ngµy 20/06/2005
Sinh viªn thiÕt kÕ
TrÇn Nh Hng
PhÇn I
Tæng quan vÒ thang m¸y
TrÇn Nh Hng Líp K36IB Trêng §¹i häc KTCN Th¸i Nguyªn - 2 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Chơng I
Giới thiệu chung về thang máy
1.1 Vai trò của thang máy.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở ngời theo phơng
thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng trong các
ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ,
trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ Nó đã thay thế cho sức
lực của con ngời và đem lại năng suất lao động cao. Trong sinh hoạt dân
dụng, thang máy cũng đợc sử dụng rộng rãi ở các nhà làm việc cao tầng, cơ
quan, khách sạn Thang máy đã trở thành một vấn đề quan trọng trong cạnh
tranh xây dựng và chiếm một chi phí tơng đối lớn. Trong các hệ thống dịch vụ,
bán hàng việc có một thang máy tốt, đẹp, tiện lợi để phục vụ cũng là một yếu
tố thu hút khách hàng .

1.2 phân loại thang máy.
Tuỳ thuộc vào các chức năng, thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau:
1.2.1 Phân loại theo chức năng:
a. Thang máy chở ngời:
- Thang máy chở ngời trong các nhà cao tầng : Có tốc độ chậm hoặc
trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật.
- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối u
về tốc độ di chuyển và có tính u tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện.
- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng đợc các điều
kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động môi trờng về độ ẩm,
nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn
b. Thang máy chở hàng:
Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn đợc dùng trong
nhà ăn, th viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang
để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động.
1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển:
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 3 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
- Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thang th-
ờng sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về
dừng chính xác không cao.
- Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ữ 1,5) m/s : Thờng sử dụng
trong các nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều.
- Thang máy cao tốc v = (2,5 ữ5) m/s : Sử dụng hệ truyền động một chiều
hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều
khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển
lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình đợc hoặc các bộ vi xử lý.
1.2.3 Phân loại theo trọng tải:
- Thang máy loại nhỏ Q < 160kG.
- Thang máy trung bình Q = 500 ữ 200kG.

- Thang máy loại lớn Q > 2000 kG.
1.3 sơ lợc sự phát triển thang máy ở việt nam.
Nh đã trình bày ở trên, trớc đây thang máy ở Việt nam đều do Liên xô cũ
và một số nớc Đông âu cung cấp. Chúng đợc sử dụng để vận chuyển trong
công nghiệp và chở ngời trong các nhà cao tầng; tuy nhiên số lợng còn rất
khiêm tốn. Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một
số hãng thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo
hai hớng là:
1. Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nớc ngoài; thiết bị hoạt động tốt, tin
cậy; nhng với giá thành rất cao.
2. Trong nớc tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản
khác.
Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nớc đã giới thiệu và
bán sản phẩm của mình vào Việt nam nh : OTISW (Hoa kỳ), NIPPON (Nhật
bản), HUYNDAI (Hàn quốc). Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn
mẫu thì phổ biến ở hai dạng:
a. Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thờng.
b. Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực.
Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ
biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ
điện.
1.4 kết cấu của thang máy.
Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-1.
Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1
cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra
vào. Để nâng- hạ buồng thang, ngời ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 đợc nối trực
tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang
máy đợc nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và
động cơ có nắp hộp giảm tốc 5 với tỷ số truyền i = 18 ữ 120.
Cabin 1 đợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thờng dùng 1 đến 4

sợi cáp). Buồng thang luôn đợc giữ theo phơng thẳng đứng nhờ có ray dẫn h-
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 4 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
ớng 3 và những con trợt dẫn hớng 2 (con trợt là loại puli trợt có bọc cao su bên
ngoài). Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh
dẫn hớng 6.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 5 -
1. Cabin
2. Con trợt dẫn hớng Cabin
3. Ray dẫn hớng Cabin
4. Thanh kẹp tăng cáp
5. Cụm đối trọng
6. Ray dẫn hớng đối trọng
7. ụ dẫn hớng đối trọng
8. Cáp tải
9. Cụm máy
10. Cửa xếp Cabin
11. Chêm chống rơi
12. Cơ cấu chống rơi
13. Giảm chấn
14. Thanh đỡ
15. Kẹp ray Cabin
16. Gá ray Cabin
17. Bu lông bắt gá ray
18. Gá ray đối trọng
19. Kẹp ray đối trọng
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Hình 1-1: Kết cấu cơ khí của thang máy.
1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy.
1.5.1 Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi
chứa hàng , chở ngời đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về
kích thớc, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó.
Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đờng tr-
ợt, là hệ thống hai dây dẫn hớng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển
động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc.
Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải
hay không có tải ngời ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên
hai thanh khác đồng phẳng giống nh cabin nhng chuyển động ngợc chiều với
cabin do cáp đợc vắt qua puli kéo.
Do trọng lợng của cabin và trọng lợng của đối trọng đã đợc tính toán tỷ lệ
và kỹ lỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tợng
trợt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển
động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ.
1.5.2 Động cơ:
Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli
kéo cabin lên xuống. Động cơ đợc sử dụng trong thang máy là động cơ 3
pharôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là
ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một
dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của ngời đi thang
máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng đợc điều chỉnh phù hợp với yêu cầu
nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm.
1.5.3 Phanh:
Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị
trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh
gắn gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở của phanh đợc phối
hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ.
1.5.4 Động cơ cửa:
Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết
hợp với mở cửa tầng . Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch

điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất đinhj sẽ
đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may một vật
gì đó hay ngời kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận
đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm.
1.5.5 Cửa:
Gồm cửa cabin và cửa tầng . cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình
chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khachs hàng và ngăn
không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì. Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ
giếng thang và các thiết bọi trong đó . Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 6 -
1 - Puly ma sát
2 - Cáp nâng
3- Cabin
4 - Đối trọng
5 - Cáp điện Cabin
6 - Xích cân bằng
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
để đảm bảo đóng mở kpj thời.Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận
tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vợt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế
tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc.
Các thiết bị phụ khác: nh quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị
số báo chiều chuyển động đợc lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng
một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy.
Hình 1-2: Sơ đồ động của hệ thống.
Trong các thang máy trở ngời, tời dẫn động thờng đợc đặt trên cao và
dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4. Đối với thang máy
có chiều cao nâng lớn trọng lợng cáp nâng tơng đối lớn nên trong sơ đồ động
ngời ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dới cabin hoặc đối trọng
( cáp 5 ). Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dới và rãnh hình thang .
mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thờng từ ba đến năm

rãnh.
Đối trọng là bộ phận cân bằng. đối với thang máy có chiều cao không lớn
ngời ta thờng chọm đối trọng sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng l-
ợng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lợng cáp nâng, cáp điện
và không dùng cáp và xinh cân bằng.việc trọn các thông số cơ bản của hệ
thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lơns nhất và trọn cáp
tính công suát động cơ và khả năng kéo của puly ma sát.
Chơng II
Các yêu cầu đối với thang máy
2.1 yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở ngời, chở hàng từ độ cao này
đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn đợc đặt lên hàng đầu.
Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, ngời ta bố trí một loạt các
thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố.
Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo
vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ. Chẳng hạn, khi cấp điện
cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm
nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hớng. Khi đó buồng thang mới có thể
chuyển động đợc. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má
phanh kẹp sẽ tác động vào đờng ray giữ cho buồng thang không rơi.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 7 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy:
a. Phanh bảo hiểm:
Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ v-
ợt quá (20 ữ 40)% tốc độ định mức .
Phanh bảo hiểm thờng đợc chế tạo theo 3 kiểu : Phanh bảo hiểm kiểu
nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm.
Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm đợc dử dụng rộng rãi hơn,
nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu

kìm đợc biểu diễn trên hình 2-1.
Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang , gọng kìm 2 trợt
theo thanh hớng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thờng. Nằm giữa hai
cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4.
Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái.
Hình 2-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm.
Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ
cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ
cấu đai truyền 3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào
thanh dẫn hớng và hạn chế tốc độ của buồng thang.
b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín:
Hình 2-2 :Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ.
Bộ hạn chế tốc độ đợc đặt ở đỉnh thang và đợc điều khiểnt bởi một vòng
cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dới một
puli cố định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ
của buồng thang và đợc liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 8 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
vợt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ
giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo. Lực này sẽ tác
động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh ngắt mạch điện động cơ, đa thiết
bị chống rơi vào làm việc.
Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ đợc minh hoạ trên hình 2-2.
Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay đợc là nhờ chuyển động của cáp
qua ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hớng cho cáp. Trờng hợp cáp bị đứt
hay bị trợt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp
chuyển động cùng với Cabin. Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng
quả văng 3 đập vào cam 4. Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động
cơ dừng lại. Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại. Trong khi đó
Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho

bộ chống rơi làm việc.
Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả. Theo
kinh nghiệm tốc nhả thờng bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thờng của thang.
2.1.2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố :
Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh ngời ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ
và hệ thống báo sự cố. Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp
ngời kỹ s bảo dỡng thấy đợc thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần đợc
kiểm tra trớc khi thang đợc tiếp tục đa vào hoạt động.
Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không đợc vợt quá
giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dới. Điều này có nghĩa là
khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho
phép, còn khi thang đã xuống dới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để
thực hiện điều này ngời ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh
và đáy thang. Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị
vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy.
Để dừng thang trong những trờng hợp đặc biệt, ngời ta bố trí các nút ấn
hãm khẩn cấp trong buồng thang.
Để dừng thang trong những trờng hợp khẩn cấp và để buồng thang không
bị va đập mạnh ngời ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ở
đáy thang.
Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ đợc thực hiện tại tầng nơi
buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác.
Khi có ngời trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín
hiệu báo sắp đóng cửa Cabin.
2.2 dừng chính xác buồng thang
2.2.1 Dừng chính xác buồng thang:
Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng
của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng . Nếu buồng thang dừng không
chính xác sẽ gây ra các hiện tợng sau :
Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng

thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất.
Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ
hàng. Trong một số trờng hợp có thể không thực hiện đợc việc xếp và bốc dỡ
hàng.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 9 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính
xác khi dừng, nhng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:
Hỏng thiết bị điều khiển.
Gây tổn thất năng lợng.
Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí.
Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng.
Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai
quãng đờng trợt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không
tải theo cùng một hớng di chuyển. Các yếu tố ảnh hởng đến dừng chính xác
buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng
thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác .
Quá trình hãm buồng thang xảy ra nh sau : Khi buồng thang đi đến gần
sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ
để dừng buồng thang . Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết
bị điều khiển), buồng thang đi đợc quãng đờng là :
S
'
=

v
0
t , [m] (2-1)
Trong đó : v
0

- Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s].
Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian
này, buồng thang đi đợc một quãng đờng S''.
S
m v
F F
ph c
"
.
( )
=

0
2
2
, [m] (2-2)
Trong đó : m - Khối lợng các phần chuyển động của buồng thang,
[kg]
F
ph
- Lực phanh, [N]
F
c
- Lực cản tĩnh [N]
Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác
dụng của lực F
c
: Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-).
S'' cũng có thể viết dới dạng sau:
S

J
D
i M M
ph c
"
. .
( )
=


0
2
2
2
, [m] (2-3)
Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng
thang, [kgm
2
]
M
ph
- mômmen ma sát, [N]
M
c
- mômen cản tĩnh, [N]

0
- tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]
D - đờng kính puli kéo cáp [m]
i - tỷ số truyền

Quãng đờng buồng thang đi đợc từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh
dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:
S S S v t
J
D
i M M
ph c
= + = +

,
" .
.
( )
0
0
2
2
2


(2-4)
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 10 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm
sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đờng trợt khi phanh đầy tải và
không tải.
Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là :
S
S S
=

2 1
2
(2-5)
Trong đó : S
1
- quãng đờng trợt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh
S
2
- quãng đờng trợt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem
hình 2-3.
Bảng 2-1 đa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính
xác khi dừng s.
Bảng 2-1
Hệ truyền động điện
Phạm
vi điều
chỉnh
tốc độ
Tốc độ
di
chuyển
[m/s]
Gia
tốc
[m/s
2
]
Độ không
chính xác

khi dừng
[mm]
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5
120ữ150
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5
10 ữ 15
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5
25 ữ 35
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0
10 ữ 15
Hệ máy phát - động cơ có khuyếch đại
trung gian 1:100 2 2
5 ữ 10
Hình 2-3: Dừng chính xác buồng thang.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 11 -
Mức dừng
Buồng
thang
Dừng
Mức đặt
cảm biến dòng
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
2.3 ảnh hởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với
hệ truyền động thang máy.
Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là
phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Việc buồng thang chuyền
động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy. Các
tham số chính đặc trng cho chế độ là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển
v[m/s], gia tốc a [m/s
2

] và độ dật [m/s
3
].
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy,
điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng.
Đối với các nhà chọc trời, tối u nhất là dùng thang máy cao tốc (v =
3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng
thang đặt gần bằng tốc độ định mức. Nhng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng
giá thành của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v =
3,5m/s , giá thành tăng lên 4ữ5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà
chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối u.
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách thời
gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc . Nhng khi gia tốc lớn sẽ
gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (nh chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở
v v ). Bởi vậy gia tốc tối u là a < 2m / s
2
.
Gia tốc tối u đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho
hành khách, đợc đa ra trong bảng 2-2 .
Bảng 2-2
Tham số Hệ truyền động
Xoay
chiều
Một chiều
Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5
Gia tốc cực đại (m/s
2
) 1 1 1,5 1,5 2 2
Gia tốc tính toán trung bình
(m/s

2
)
0,5 0,8 0,8 1 1 1,5
Một đại lợng 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 một
cách khác, đó là độ dật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc
=
da
dt
hoặc đạo hàm
bậc hai của tốc độ
=
d v
dt
2
2
). Khi gia tốc a < 2m / s
2
thì độ dật không quá
20m/s
3
Biểu đồ làm việc tối u của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu
diễn trên hình 2-4.
Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của
buồng thang : mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang
đến tầng và hãm dừng .
Biểu đồ tối u hình 2-4 sẽ đạt đợc nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-
Đ). Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp
tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối u.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 12 -

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy chế
độ ổn định và hãm dừng .
Hình 2-4 Các đờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đờng S,
tốc độ v , gia tốc a và độ giật

theo thời gian
Chơng III
Các hệ truyền động điện thang máy
Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ
truyền động, loại động cơ 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 điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng
sóc và rôto dây quấn đợc dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang
máy và máy nâng. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc th-
ờng dùng cho thang máy chở hàng tốc độ chậm. Hệ truyền động động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn thờng dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn
(công suất động cơ truyền động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dòng khởi
động để không làm ảnh hởng đến nguồn điện cung cấp.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 13 -
S,v, a,
S
v
Mở máy Chế độ ổn định
Hãm xuống
tốc độ thấp
Đến

tầng
Hãm
dừng

a

a



a
t
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc
độ thờng dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình.
Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian
thờng dùng cho các thang máy cao tốc. Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển động
hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới (5ữ10) mm. Nhợc điểm của hệ
này là công suất đặt lớn gấp 3 ữ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận
hành và sửa chữa.
Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công
suất lớn, các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã đợc áp dụng
khá rộng rãi trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s.
3.1 Điều khiển vị trí và dừng chính xác buồng thang.
3.1.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều khiển vị trí:
Trong hệ điều chỉnh vị trí, đại lợng điều khiển (lợng đặt
W
) có ý nghĩa
quan trọng, quyết định cấu trúc điều khiển hệ. Thông thờng, lợng điều khiển

W
là một hàm của thời gian. Nó có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính
hoặc tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parabol và hàm điều hoà.
Tuỳ thuộc vào lợng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trí
cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám
(hệ tuỳ động).
Với hệ truyền động điều khiển vị trí chuyển dịch, trong các chỉ tiêu chất
lợng chung, ngời ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ. Điều này
có liên quan đến giản đồ tối u về tốc độ (t), gia tốc (t) và vị trí (t). Để xây
dựng hệ điều khiển ngời ta dựa trên quy luật tối u tác động nhanh truyền động
điện trên việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động.
Hình 3-1 Lợng điều khiển

W
(t).
Nếu lợng điều khiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ (t), (t), (t) và quỹ
đạo pha tối u trên hình 3.1.
Đối với giản đồ (t), (t) và (t) ta có :
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 14 -
Hàm nhảy cấp Hàm tuyến tính Hàm Parabol

W
t tt

W

W
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
0 < t < T/2 thì

( )
( )
max
max
t t
t t
=
=





1
2
2
(3-1)
T/2 < t < T thì


( ) ( )
( )
max
max
t T t
t T
t T
=
=

2 2
2 4
(3-2)
Từ (3-1) và (3-2) ta tính đợc :
T
T
K
t
T
K
=
= =
=
2
2
2

max
max max max
(3-3)
Trong đó, thời điểm hãm t = T/2 với =
max
.
K
là độ dài dịch chuyển.
Hình 3-2. Lợng điều khiển

W
(t),

(t),

(t),

(t) và quỹ đạo pha chuyển động.
Đối với quỹ đạo pha chuyển động, đờng nét đậm là quỹ đạo chuyển (đ-
ờng hãm), đờng 1 và đờng 3 ứng với độ dài dịch chuyển nhỏ với sai lệch vị trí

1
(0) và
3
(0) , đờng 2 ứng với độ dài dịch chuyển lớn cần thời gian chạy
ổn định với =
max
, với các điểm K
1
, K

2
, K
3
là điểm bắt đầu hãm.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 15 -
t
t
t
t

W
(t)
(t)
(t)

m

m
T/2 T

max
3
2
1
Đ ờng cong dịch chuyển


Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Trên hình 3.3 và 3.4 ứng với lợng điều khiển
W

(t) là tuyến tính và hàm
parabol. Trên hình 3.5 là cấu trúc điều khiển biến trạng thái của hệ truyền
động điều khiển vị trí, trong đó các tọa độ trạng thái X
1
= , X
2
= và X
3
= .
Hình 3-3. Giản đồ

W
(t), M(t),

(t),

(t),

(t) và quỹ đạo pha chuyển động.
Hình 3-4. Giản đồ

W
(t),

W
(t),

W
(t) và quỹ đạo pha chuyển động.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 16 -

M

x






(0)

(0)

K
Đ ờng cong chuyển

W

W

W
t
t
t

W

W

W
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Hình 3-5. Cấu trúc điều khiển biến trạng thái.
3.1.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính:
Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh
vị trí R


là tuyến tính. Giả sử các mạch vòng trong đã đợc tổng hợp theo phơng
pháp môđun tối u dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là :
Hình 3-6. Cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính.
Tiến trình tổng hợp tham số bộ điều chỉnh vị trí R

cũng tơng tự nh các
mạch vòng khác. Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên hình 3.6 thì hàm truyền bộ
điều chỉnh vị trí sẽ không có thành phần tích phân, tức là chỉ có P và PD.
Bộ điều chỉnh vị trí ở đây đợc tính chọn theo điều kiện gia tốc hãm cực
đại h
max
đối với quãng đờng hãm cực đại h
max
sao cho thời gian hãm không
vợt quá thời gian t
max
. Tại thời điểm hãm, tơng ứng với điều kiện là tín hiệu sai
lệch tốc độ ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không. Ta có biểu thức
gần đúng :
h.F
R

=
h
(3-4)
Trong đó :
h
,
h
là tín hiệu về quãng đờng và tốc độ tại điểm bắt
đầu và hãm. Vì vậy quãng đờng sẽ đợc tính theo 3-5.
max
2
max
max
.
.
2
1
h
C



=
(3-5)
Trong đó :
max
là gia tốc hãm cực đại
C

là hệ số đo lờng vị trí

C

=
1
Kết hợp (3-4) và (3-5) ta có :
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 17 -
Điều khiển

W

R


W

R

R

BĐ




W

W
+
R

K
p p


1 2 2
2 2
+ +
1
p



-
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
F
C C
K
R R





= = =
2 2
2 2
max
max
max
max

(3-6)
ở đây
hmax
=
max
(xem hình 3.7)
Hình 3-7 Diễn biến thời gian của điều chỉnh vị trí tuyến tính.
Từ (3-6) ta thấy bộ điều chỉnh vị trí đợc tính theo quan hệ phi tuyến giữa
tốc độ và vị trí (parabol). Nhng khi thực hiện nó lại là tuyến tính và không đổi.
Chính điều này đã dẫn đến việc kéo dài quá trình với quãng đờng khác nhau.
Ví dụ : Khi cần dịch chuyển một lợng
2
<

ta cần K
R

2
> K
R
nhng vì
K
R
không đổi nên tốc độ hãm sẽ nhỏ hơn, dẫn đến kéo dài thời gian hãm
một lợng t=t
2
- t
1
. Điều này đợc minh hoạ trên hình 3.8.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 18 -

2

2

K
R

1max

2

2

t
t
t

max

2
0
0
+
max
-
max


2

hM
t
1
t
2
t
max
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Hình 3-8 Kéo dài thời gian hãm.
3 2 Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy.
Để tính chọn đợc công suất động cơ truyền đợc thang máy cần có các
điều kiện và tham số sau:
- Sơ đồ động học của thang máy
- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải
- Trọng lợng buồng thang.
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng đợc tính
theo công thức sau:

3
10 ).(

+
=
gvGG
P
bt
C
, [KW] (1-12)

Trong đó : G
bt
- Khối lợng buồng thang [kg]
G - Khối lợng hàng, [kg]
v - Tốc độ nâng , [m/s]
g - Gia tốc trọng trờng, [m/s
2
]
- Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5ữ0,8).
Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải đợc tính theo
biểu thức sau:
[ ]
P G G G v k g
ch bt dt
= +







1
10
3

. . . . .
, [KW] (1-13)
Và khi hạ tải:
[ ]

P G G G v k g
ch bt dt
= + +







1
10
3

. . . . .
, [KW] (1-14)
Trong đó : P
cn
- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối
trọng
P
Ch
- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng
G
dt
- Khối luợng của đối trọng, [kG]
k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hớng và đối trọng
( k = 1,15 ữ1,3 ).
Khối lợng của đối trọng đợc tính theo biểu thức sau đây:
G

đt
= G
bt
+ G , [Kg] (1-15)
Trong đó : - hệ số cân bằng (a = 0,3 ữ 0,6).
Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng những giờ
cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải. Vì vậy, đối với thang máy trở
khách nên chọn hệ số a = 0,35 ữ 0,4.
Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thờng là đầy tải và khi hạ thờng là
không tải, nên chọn a = 0,5.
Dựa trên hai biểu thức (1-2) và (1-3) có thể xây dựng đợc biểu đồ phụ tải
và chọn sơ bộ công suất của động cơ theo sổ tay tra cứu.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 19 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Muốn xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác, cần phải tính đến thời gian mở
máy, thời gian hãm thời gian đóng , mở cửa và số lần dừng của buồng thang
khi chuyển động.
Thông số tơng đối để tính toán các thời gian trên đợc đa ra trong bảng
3.1.
Thời gian ra / vào buồng thang đợc tính gần đúng 1s/1ngời. Số lần dừng
(đợc tính theo xác suất) của buồng có thể đợc tìm theo các đờng cong trên
hình 3.9.
Bảng 3.1
Tốc độ
di
chuyển
(m/s)
Thời gian mở máy và
hãm máy với khoảng
cách giữa tầng (s)

Tổng thời gian còn lại
Buồng thang
có cửa rộng
dới 800mm
(mở bằng tay)
Buồng thang
có cửa rộng
dới 800
(mở tự động)
Buồng
thang có
cửa rộng
dới 1000
mm
(mở tự
động)
3,6 mét > 7,2 mét
0,5 1,6 1,6 12,0 7,0 -
0,75 1,6 1,6 12,0 7,0 -
1,0 1,8 1,8 13,0 7,0 6,3
1,5 1,8 1,8 - 7,2 6,3
2,5 2,0 2,0 - - 6,5
3,5 2,5 2,5 - - 7,0
Hình 3-4. Đờng cong để xác định số lần dừng ( theo xác suất )
của buồng thang.
m
d
- Số lần dừng ; m
t
- Số tầng ; E - Số ngời trong buồng thang

Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 20 -
E = 21 ng
ời
E = 16 ng
ời
E = 13
ng ời
E = 10 ng
ời
E = 5 ng
ời
t
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Phơng pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến
hành theo các bớc sau đây :
1. Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dới cùng và các
lần dừng tiếp theo :
F = (G + G
bt
- K
1
. G
1
- G
đ t
) g, [N] (1-16)
Trong đó : K
1
- Số lần dừng của buồng thang.
G

1
= G/m
đ
- Thay đổi (giảm) khối lợng tải sau mỗi lần dừng.
g - Gia tốc trọng trờng, [m/s
2
] .
2. Tính mômen tơng ứng với lực kéo :
M
F R
i
=
.
.
, [N.m] nếu F > 0
M
F R
i
=
.

, [N.m] nếu F < 0
Trong đó : R - Bán kính của puli, [m].
i - Tỷ số truyền của cơ cấu.
- Hiệu suất của cơ cấu.
3. Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang :
Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ
ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại ( thời gian đóng
mở cửa buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng
3-1:

4. Dựa trên kết quả của các bớc tính toán trên, tính mômen đẳng trị và
tính chọn công suất động cơ.
5. Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính
đến các quá trình quá độ và tiến hành kiểm nghiệm công suất động cơ đã
chọn theo điều kiện phát nóng, quá tải.
Để tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy ta dựa vào
các hệ số sau:
G
bt
= 320 (Kg)
G = 630(Kg)
V = 1 (m/s)
A = 1(m/s)
= 0,8
Với toà nhà cao 7 tầng qua các thông số đã chọn ta tính đợc công suất
động cơ truyền động cho thang máy là:
Động cơ 1 chiều có P
đm
= 6 KW; V
đm
= 1000 (vòng /phút) ; U
đm
= 110 V.
P
đm
(KW) I
đm
(A)

đm

R()
6 66 0,825 0,107
96
3.3 Các hệ truyền động điều khiển thang máy.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 21 -
61
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Nh đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chất l-
ợng truyền động có yêu cầu không cao lắm, ngời ta thờng sử dụng các hệ
truyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ - rôto lồng sóc
nhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã đợc mô tả ở trên.
Hệ truyền động này có u điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng
trong vận hành và sửa chữa. Tuy nhiên, nó lại không thể đáp ứng đợc về mặt
chất lợng đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật.
Để khắc phục những hạn chế của hệ thống trên, với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghiệp điện tử, ngày nay ngời ta có xu hớng sử dụng phơng pháp điều
khiển vô cấp tốc độ động cơ. Trên thực tế tồn tại 2 hệ thống chủ yếu sau đây:
Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều.
Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc.
3.3.1 Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều:
Hình 3-5. Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều.
Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi
dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp
cho động cơ Đ. Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao,
chất lợng dải điều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng đợc với yêu cầu của các thang
máy cao tốc. Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhợc điểm nh : động
cơ một chiều là thiết bị cần phải đợc bảo dỡng thờng xuyên nên có thể làm
gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả
năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có
công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dỡng v.vv

3.3.2 Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng
sóc:
Trên thị trờng hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phơng
pháp điều chỉnh tần số theo các phơng thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu:
Biến tần điều chỉnh theo phơng pháp U/f.
Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ).
Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng
nhiều phơng pháp, trong đó phơng pháp đợc coi là tiên tiến hiện nay là thực
hiện điều chỉnh trực tiếp mômen.
a. Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen:
*Nội dung phơng pháp:
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 22 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phơng pháp rất
mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ
là rất chặt chẽ. Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của
động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do sử dụng
công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phơng
pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh,
cỡ vài phần nghìn giây.
Phần cốt lõi của phơng pháp đợc mô tả trên hình 3-11, gồm các khối nh
sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối u, mô hình động cơ cho
phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay
của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và
giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều. Các giá trị thực này đợc so sánh
với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen
và các mạch vòng bên ngoài.
Hình 3-11. Điều khiển trực tiếp mômen.
Logic chuyển mạch tối u cho nghịch lu sẽ đợc xác định trong từng chu kỳ
điều khiển ( 25às ) và đợc thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng ( ASIC

). Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( S1, S2, S3 ) đợc dùng để
tính vector điện áp stator.
Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trờng định h-
ớng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lợng điện từ đợc mô tả bởi các
vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp đợc biểu diễn trong hệ toạ
độ stator.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 23 -
Điều khiển
,M có trễ

Logic
chuyển
mạch tối
u

Mô hình động
cơ
Tính các đại l
ợng
Nhận dạng
thông số

Bit M
Bit
M
đ
Bit đk
U l ới
công nghiệp
=

BT
U
i
S1,S2,S3
I
s
ASIC

ĐC
M
đ
M
đ


e
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtor hoặc
giữa vector dòng điện stator và vector từ thông:
M p
L
r r
m
=


,
^
1

Biên độ vector từ thông stator thờng đợc giữ không đổi và do đó mômen
đợc điều chỉnh bởi góc giữa các vector từ thông. Các động cơ bình thờng có
hằng số thời gian điện từ của mạch rotor cỡ hàng trăm miligiây, nh vậy có thể
coi từ thông rotor là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator. Vì thế có
thể đạt đợc mômen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hớng nào
càng nhanh càng có hiệu quả.
Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen nh sau:
Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay
giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator đợc điều chỉnh sao cho
mômen động cơ đạt đợc giá trị mong muốn. Vector từ thông stator này lại đợc
điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lu. Hay nói cách khác là logic
chuyển mạch tối u xác định cho ta vector điện áp tối u tuỳ thuộc vào sai lệch
mômen. Biên độ của vector từ thông stator cũng đợc tính đến khi chọn logic
chuyển mạch.
b. Mô hình động cơ
Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động
cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao. Mô hình
động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc
điều chế, nó cũng tính ra đợc tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để
dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài. Mô hình động cơ còn có chức
năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh. Độ
chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng
thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lờng chỉ gồm dòng điện 2 pha của
động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều.
3.4 Chọn phơng án truyền động.
3.4.1 Chọn phơng án:
Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thời
căn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối u sao cho

thoả mãn đợc một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật.
Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả
năng đảo chiều với tải thế năng. Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì không
yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm. Vì vậy trong bản đồ án này ta sử
dụng bộ biến đổi thyristor-động cơ 1 chiều.Với bộ biến đổi đảo chiều này
động cơ có thể làm việc đợc ở cả 4 góc phần 4 với đầy đủ các trạng thái hãm
và dễ dàng đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ.
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 24 -
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TĐH
Bộ biến đổi đảo chiều thực chất là 2 bộ chỉnh lu có điều khiển mắc song
song ngợc chiều nhau. Các bộ chỉnh lu này có thể là chỉnh lu hình cầu hay
chỉnh lu hình tia. Bộ chỉnh lu hình cầu có u điểm là chất lợng dòng điện ra tốt
hơn. Nhng nó lại có nhợc điểm là số van điều khiển nhiều hơn dẫn đến các
thiết bị trong mạch điều khiển cũng tăng.
Bộ chỉnh lu hình tia có u điểm là số lợng van điều khiển thích hơn dẫn
đến mạch điều khiển đơn giản hơn nhng nhợc điểm của nó là chất lợng dòng
điện ra của bộ chỉnh lu hình tia không tốt bằng bộ chỉnh lu hình cầu.
Qua phân tích u nhợc điểm của 2 bộ biến đổi có đảo chiều trên ta chọn
bộ biến đổi chỉnh lu hình cầu 3 pha.
Phơng pháp điều khiển bộ biến đổi đảo chiều: Có 2 phơng pháp điều
khiển bộ biến đổi đảo chiều.
+ Phơng pháp điều khiển chung có u điểm là hạn chế dòng điện cân bằng
tốt hơn phơng pháp điều khiển riêng, khi dùng phơng pháp điều khiển
chung thì sự chiyển đổi giữa 2 bộ biến đổi đợc dễ dàng tạo ra các trạng thái
hãm cho động cơ tốt hơn.
+ Phơng pháp điều khiển riêng mạck dù không có dòng cân bằng dẫn đến
không phải dùng cuộn kháng san bằng nhng ở phơng pháp này chế độ động
không tốt. Vì vậy để điều khiển động cơ ta dùng phơng pháp điều khiển
chung. Sơ đồ điều khiển đợc mô tả nh sau:
Trần Nh Hng Lớp K36IB Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên - 25 -