MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Thang máy

M ỤC L ỤC
PHẦN I: PHẦN BẢN VẼ
PHẦN II: PHẦN THUYẾT MINH
CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1-1.1. Khái niệm chung về thang máy (theo TCVN 6395:1998)
1-1.2. Cấu trúc điển hình của thang máy
CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƯƠNG IV:THIẾT KẾ HỆ THỐNG

5-3. LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN..............
5-3.1. L ưu đồ thuật toán.......................................................................................

1


PHẦN I: PHẦN BẢN VẼ
5-3. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.
5-3.1. L ưu đồ thuật tốn.

2


5-3.1.1. L ưu đồ thuật tốn điều khiển thang.

H
ình 4.2: L ưu đồ thuật toán điều khiển thang.

3

5-3.1.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển cửa.

4


H ình 4.3: Lưu đồ thuật tốn điều khiển cửa.

5


PHẦN II: PHẦN THUYẾT MINH
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
Hoà chung với công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, sự nghiệp giáo dục của
nước ta cũng đang từng bước chuyển mình mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh chóng.
Một trong những mục tiêu mà ngành giáo dục đưa ra là giúp Việt Nam có được một đội
ngũ giáo viên kỹ thuật nịng cốt, kỹ sư chun ngành có năng lực, đủ đức, đủ tài phục
vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Để đạt được mục tiêu đó thế hệ trẻ đặc
biệt là những sinh viên chúng ta phải chủ động tìm hiểu và ứng dụng những thành tựu
khoa học xây dựng nền công nghiệp nước nhà ngày một vững mạnh.
Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhóm
sinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài:

“Điều khiển cầu thang máy dùng PLC”
Đề tài đề cập đến lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống, thế
nhưng đây lại là khối kiến thức rất mới mẻ đối với sinh viên chúng em.
Phần thuyết minh gồm 4 chương :
CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƯƠNG IV:THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh không tránh khỏi
những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của Thầy Cơ giáo và
đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn.
Hưng Yên, ngày 20/8/2008.

6


Nhóm sinh viên thực hiện.

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Trong chương này trình bày các vấn đề :
- Cấu trúc điển hình của thang máy.
- Các hệ truyền động được sử dụng trong thang máy.

1-1. TỔNG QUAN.
1-1.1. Cấu trúc điển hình của thang máy.
Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an
toàn, tiện lợi trong vận hành. Thang máy thường bao gồm một số bộ phận chức năng
sau:
- Cơ cấu dẫn động.
- Cabin cùng hệ thống treo cabin.
- Cơ cấu đóng, mở cửa cabin và phanh an toàn đảm bảo cho cabin không bị rơi
tự do khi gặp sự cố.
- Hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng.
- Bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh an toàn để dừng cabin khi tốc độ vượt
quá giới hạn cho phép.

- Bộ giảm chấn ở đáy giếng thang
- Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác
- Tủ điện và hệ thống điều khiển
Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hồn chỉnh
hơn, an toàn thuận tiện hơn.
Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy được thể hiện ở hình sau:

7


Hình 1.1. Kết cấu cơ khí của thang máy
Thang máy có thể chia thành các khu vực chính sau:

1. Cabin.

2. Con trượt ray dẫn hướng.
3. Ray dẫn hướng cabin.

4. Thanh kẹp tăng cáp.

5. Cụm đối trọng.

6. Ray dẫn hướng đối trọng.

7. ụ dẫn hướng đối trọng.

8. Cáp tải.

9. Cụm máy.

10. Cửa xếp cabin.
8


11. Nêm chống rơi.

12. Cơ cấu chống rơi.

13. Giảm chấn.

14. Thanh đỡ.

15. Kẹp ray cabin.

16. Gía ray cabin.

17. Bulơng bắt giá ray.

18. Gía ray đối trọng.

19. Kẹp ray đối trọng.

CHƯƠNG II
2-1. CẤU TRÚC THANG.
2-1.1. Giếng thang.
2-1.2. Cửa tầng.
2-1.3.Phòng điều khiển .
2-1.3.1. Phần động lực.
Phần động lực của thang máy gồm một động cơ kéo ca bin và một động cơ mở
cửa cabin. Cả hai động cơ này đều được sử dụng là động cơ 3 phases 380V . Động cơ

kéo cabin được kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải).

9


Hình 2.3: Động cơ kéo cabin.
2-1.3.2. Phần điều khiển.
Các thiết bị điều khiển thang máy được lắp đặt trong tủ điều khiển bao gồm:
- Bộ nút ấn có thể điều khiển thang Manule ở phòng điều khiển.
- Bộ điều khiển và xử lý lệnh được sử dụng là PLC S7-200 CPU224, có mơ đun
mở rộng EM223 và EM222.
- Thiết bị công suất: Biến tần SIEMENS MM440 và MM420, công tắc tơ, áp
tômát.
- Các rơ le trung gian.
Nhận xét về nguyên lý điều khiển cuả thang máy.
- Các tín hiệu điều khiển từ các tầng và cabin đều được đưa về bộ xử lý trung
tâm PLC.
- Biến tần và PLC được kết nối với nhau qua các đầu vào và ra số trên PLC và biến
tần. Các tín hiệu điều khiển từ đầu ra PLC, qua các rơ le trung gian đưa tới đầu vào số
của biến tần để điều khiển động cơ kéo cabin và động cơ mở cửa cabin.

10


- Động cơ kéo ở đây được điều khiển theo vịng kín có phản hồi tốc độ sử dụng
Encoder. Tín hiệu phản hồi từ Encoder gắn ở đầu trục động cơ được đưa tới các đầu
vào môdul ENCODER của biến tần MM440.
2-1.4. Hệ thống an tồn.
Thang đang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp
truyền động bị trượt trên Puly kéo. Hệ thống hoạt động như sau: khi cabin di chuyển

với tốc độ cao hơn quy định hoặc đứt cáp treo thì đầu tiên switch an tồn trên Puly
Govenor chính sẽ ngắt, tồn bộ hệ thống điều khiển thang bị ngắt hoàn toàn. Đồng thời
có một switch an tồn phụ được lắp tại tay giật ổ phanh để nhận biết tay giật dịch
chuyển. Trong trường hợp cabin vẫn tiếp tục di chuyển sau khi hệ thống điều khiển đã
ngắt thì cơ cấu lực li tâm của Puly Govenor chính hoạt động, nó nêm chặt sợi cáp lại.
Như ta đã biết sợi cáp thì di chuyển theo thang, khi bị nêm lại thì tất nhiên qn tính
của nó sẽ giật tay giật ổ thắng, cơ cấu phanh sẽ lập tức ép chặt rail dẫn hướng giữ cabin
lại.
Ngồi ra cịn có hệ thống phanh bảo hiểm (chun mơn gọi là thắng cơ khí).
Thắng cơ khí được bố trí cạnh máy kéo . Ở trạng thái bình thường thì lực ma sát tĩnh
của thắng cơ khí sẽ không cho trục moto quay, giữ chặt cabin cố định, muốn thang di
chuyển được ta phải mở thắng cơ khí này ra bằng cách cấp dòng điện vào cuộn thắng.
2-1.5. Sơ đồ mạch điện.
2-1.5.1. Sơ đồ bố trí tủ điện.

11


Hình 2.7: Sơ đồ bố trí tủ điện.

12


2-1.5.2. Mạch động lực.

Hình 2.8: Sơ đồ mạch động lực.

13

2-1.5.3. Mạch điều khiển.

14


2-1.5.4. Sơ đồ
đầu vào và ra của CPU224.
15


Hình 2.10: Sơ đồ các đầu vào ra CPU224.
16


2.1
1: Sơ đồ các đầu vào, ra môdul EM223.
17


Hìn
h 2.12. Sơ đồ mạch điều khiển tín hiệu trong cabin

18


19


Hình 2.13: Sơ đồ mạch điều khiển tín hiệu ngồi cửa tầng.

2-2. HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY
Sau quá trình tìm hiểu khảo sát thực tế tại, đã xác định hệ truyền động của thang
máy sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được điều khiển bởi biến tần với
hệ điều khiển dùng PLC. Các thông số của hệ truyền động thu thập được:
Máy kéo sử dụng động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sóc có các thơng số sau:
- Mã hiệu: Tipo GF 132S.22
- Tốc độ định mức: n = 1425 vòng / phút
- Điện áp định mức: Uđm = 400 V
- Dòng điện định mức: Iđm = 13 A
- Hệ số công suất: cos  = 0,84
- Công suất định mức: Pđm = 5,5 kW
- Tần số định mức: f = 50 Hz
- Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường cho phép: 400C max
Động cơ được nối với hộp số có tỉ số truyền là 1/43, đường kính puly chủ động
là 54 cm.
Phanh hãm động cơ có điện áp làm việc là 110 VDC, dịng làm việc 0,92 A .
Động cơ máy kéo được điều khiển bằng biến tần MM440 của hãng siemen có
thơng số cụ thể như sau:
- MM440: 6SE6440-2UD27-5CA1.
- Nguồn cung cấp: 3 pha 380 - 480 V, 47 -63 Hz.
- Dải tần số đầu ra: 0 - 650 Hz.
- Có 6 đầu vào số có thể lập trình được.
- 2 ngõ vào tương tự.
- 2 ngõ ra tương tự.
- Loại A, kích cỡ H x W x D: 245 x 185 x 195.
- Dải nhiệt độ làm việc: -100C - +500C.

20

Động cơ kéo cửa được điều khiển bởi biến tần MM420 có các thơng số cụ thể
như sau:
- MM420: 6SE6420 -2UC17 -5AA1.
- Nguồn cung cấp: 1 hoặc 3 pha 200 -240 V 10% , 10 45 -63 Hz .
- Dải tần số đầu ra: 0 - 650 Hz.
- Công suất: 0,75 kW.
- 3 đầu vào số có thể lập trình được.
- 1 ngõ vào tương tự: 0 -10 V.
- 1 ngõ ra tương tự: 0 -20 mA.
- Loại A, kích cỡ H x W x D: 173 x 73 x 149 .

Hình 2.19. Mơ hình động học của hệ thơng máy
Các lực tác động lên puli gồm có: F1 và F2
21


F1 G BT  G
F2 G ĐT

Trong đó:
GBT: Trọng lượng của buồng thang
GĐT: Trọng lượng đối trọng
G: Tải trọng thang máy mang theo ( tính cơng suất động cơ ta lấy
G= Gmax)
Tổng lực tác dụng lên puli cáp kéo là F:






F  F1  F2
 F F1  F2 GBT  G  GDT GBT  G  G DT
 F (mBT  mmax  mDT ).9,8
 F (870  600  1140 ).9,8
 F 330.9,8 3234 N

Ngoài ra động cơ còn phải thắng được các lực:
- Lực ma sát giữa ngoàm dẫn hướng và ray dẫn hướng.
- Lực cản khơng khí khi thang di chuyển trong giếng thang.
Nhìn chung hai thành phần lực này có giá trị khơng đáng kể so với lực vòng
tĩnh F cho nên thường người ta tính đến bằng hệ số k = 1,2.
Vậy tổng lực cản mà động cơ phải thắng là P = k.F = 1,2 . 3234 = 3880,8 N
Đây là lực kéo tĩnh tác dụng lên puli ( P = 3880,8 N ). Để sinh ra được gia tốc lớn nhất
cho buồng thang thì động cơ phải sinh ra một lực kéo đủ để thắng lực kéo tĩnh và có
thể sinh ra được gia tốc a = 1m/s2. Ta có thể tính riêng thành phần lực kéo để sinh gia
tốc cho buồng thang ở chế độ làm việc nặng nề nhất:
F '  ma (m BT  mTT  m DT ).a
F ' (870  600  1140 ).0,7 330.1 330( N )

Vậy lực kéo lớn nhất mà động cơ phải sinh ra là:
FK  p  F ' 3880,8  330 4210,8( N )

22


2-4.2.Tính momen của động cơ tương ứng với lực kéo.
Momen đầu trục động cơ phải sinh ra là:
M ( FK .

D 1 1
0,52 1 1
) . (4210,8.
). .
31,83( N .m)
2 i 
2 43 0,8

Trong đó: i – tỉ số truyền

của hộp số;  - hiệu suất của cơ cấu truyền.
Để thang chạy với tốc độ v = 0,75 m/s thì tốc độ đầu trục động cơ là n = 1138
vòng/phút, khi đó ta có cơng suất tính tốn của động cơ là:
PTT M . M .

2 .n
2 .1138
31,83.
3790W
60
60

Vậy công suất thực tế của động cơ sẽ là:
P = 1,2 . 3216 = 3790 (kW)
Chuẩn hóa chọn động cơ có cơng suất: 5,5 kW.
NHẬN XÉT:
Với những kiến thức đã tìm hiểu ở chương I, chúng em vận dụng để khảo sát
thực tế thang máy khoa May và thu được kết quả sau:

Hình 2.20: Cấu trúc điều khiển thang máy

23


3-1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programmable Logic Control ) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ
lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật tốn bằng mạch số.

Hình 3.1 Cấu trúc của PLC S7 200

24


Hình 3.2: Q trình hoạt động của một vịng qt.

3-2.3.3. Các đầu nối điều khiển.

Hình 3.14: Đầu nối điều khiển của biến tần MM440.

25