đồ án thiết kế mạch điều khiên thang may 5 tang dùng PLC

Phần I:Mở Đầu
1. Lý do thực hiện đồ án môn học
Trong xu thế phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thị trường sự tăng trưởng
về kinh tế, sự ổn định về chính trị xã hội gắn liền với sự phát triển của các chung
cư ,siêu thị, nhà cao tầng, các công trình xây dựng phục vụ nhu cầu đời sống xã
hội, cũng như phát triển kinh tế xuất phát từ thực tế nhu cầu của con người cùng
với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hệ thống băng tải cầu thang máy đã và
đang sử dụng rộng rãi để phục vụ nhu cầu hàng hoá truyền tải thiết bị cũng như
nhu cầu đi lại của con người. Để đáp ứng những điều kiện trên em đã nghiên
cứu xây dựng mô hình cầu thang máy với đề tài “ Tính toán thiết kế trang bị
điện mô hình điều khiển thang máy nhà 5 tầng dung PLC – S7 – 300”.
2. Mục đích thực hiện đồ án môn học
Thực hiện đồ án môn học trang bị điện giúp cho cái nhìn tổng thể về kiến
thức chuyên ngành được đào tạo rút ra được những kiến thức kinh nghiệm và tác
phong công nghiệp.Trong quá trình thực hiện đề tài giúp chúng ta trao đổi kiến
thức của mình với bạn bè,giáo viên bộ môn từ đó mà ta có thể vận dụng kiến
thức lý thuyết của mình trong thực tế có khả năng tiếp cận được thị trường tốt
hơn.
3. Nội dung thực hiện
Đồ án môn học “ Tính toán thiết kế trang bị điện mô hình điều khiển
thang máy nhà 5 tầng dung PLC – S7 – 300” cần thực hiện nhiệm vụ sau:
- Khái quát chung về thang máy
- Truyền động điện cho thang máy
- Tính chọn các thiết bị
- Đưa ra được mô hình thang máy
- Tính toán và chọn thiết bị cho mô hình thang máy
- Lập trình điều khiển thang may bằng bộ lập trình PLC
4. Phương pháp thực hiện.
Trong quá trình thực hiện thiết kế đồ án môn học em đã vận dụng những
kiến thức chuyên ngành được đào tạo, qua khảo sát thực tế đã thu nhập những số
liệu phục vụ cho việc thiết kế và tham khảo một số tài liệu chuyên ngành.

5. Câú trúc đồ án
Đề tài được em tiến hành theo bước như sau:
Phần I: Mở đâù
Phần II: Nội dung
Chương 1: Khái quát chung về thang máy
Chương 2: Truyền động điện cho thang máy
Chương 3: Tính toán mô hình thang máy
Phần III: Kết luận và kiến nghị

1


Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG THANG MÁY
1.1

VAI TRÒ CỦA THANG MÁY
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phương
thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng 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 ... Nó đã thay thế cho sức lực
của con người và đem lại năng suất lao động cao. Trong sinh hoạt dân dụng,
thang máy cũng được 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 tương 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 người :
- Thang máy chở người 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 ưu
về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện.
- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều
kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm,
nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn ...

b. Thang máy chở hàng :
Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong
nhà ăn, thư 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:
- Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s : Hệ truyền động buồng thang
thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về
dừng chính xác không cao.
2


- Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ÷ 1,5) m/s : Thường sử dụng
trong các nhà cao tầng, hệ truyền động buồng thang là truyền động một chiều.
- Thang máy cao tốc v = (2,5 ÷ 5) 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 được 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 ÷ 200kG.
- Thang máy loại lớn Q > 2000 kG.
1.3 . 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, người ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 được nối
trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang
máy được 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 ÷ 120.
Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4
sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn
hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 (con trượt là loại puli trượt có bọc cao
su bên ngoài). Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các
thanh dẫn hướng 6.

3


Hình 1-1: Kết cấu cơ khí của
4

1. Cabin
2. Con trượt dẫn hướng
Cabin
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
thang
9. Cụmmáy
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


. Chức năng của một số bộ phận trong thang máy
1. Cabin: là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó
sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu
đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó.
Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên
đường trượt , là hệ thống hai dây dẫn hướng 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 người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến
trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược
chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo.
Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính
toán tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra
hiện tượng trượt 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.

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 được 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 người đi thang
máy.
Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phù hợp
với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm.
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 được
phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ.
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
5


sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất
định sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may
một vật gì đó hay người 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.
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
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 vượt 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: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ
thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách

hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy.
Sơ đồ động của hệ thống :

1 - Puly ma sát
2 - Cáp nâng
3- Cabin
4 - Đối trọng
5 - Cáp điện
Cabin

Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được 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 lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động
người ta treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng
( cáp 5 ). Puly ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang .

6


mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ ba đến năm
rãnh.
Đối trọng là bộ phận cân bằng. đối với thang máy có chiều cao không lớn
người ta thường chọm đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng
lượng ca bin và một phần tử tải trọngnâng bỏ qua trọng lượng 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.
1.5

YÊU CẦU VỀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này
đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu.
Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người 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 hướng. Khi đó buồng thang mới có thể
chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh
kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi.

1.5.1 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 vượt quá (20 ÷ 40)% tốc độ định mức .
Phanh bảo hiểm thường được 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 được dử dụng rộng rãi
hơn, nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm
kiểu kìm được biểu diễn trên hình 2-1.
Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang , gọng kìm 2
trượt theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. 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.

7


Hình 1.2 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 hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang.

b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín :
Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiểnt bởi một
vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dưới
một puli cố định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ
của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin
vượt 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 như
ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi
vào làm việc.

Hình 1.3:
Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ
Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 2-2.
Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp
qua ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp. Trường hợp cáp bị đứt
8


hay bị trượt 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 thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của
thang.

1.5..2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố :
Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người 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
người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần
được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động.
Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá
giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới. 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 dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để thực
hiện điều này người 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 trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn
hãm khẩn cấp trong buồng thang.
•
Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không
bị va đập mạnh người 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 được thực hiện tại tầng nơi
buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác.
•
Khi có người trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín
hiệu báo sắp đóng cửa Cabin.
1.5.3 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 tượng 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.
9


•

Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ
hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và
bốc dỡ hàng.
Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác
khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:
•
Hỏng thiết bị điều khiển.
•
Gây tổn thất năng lượng.
•
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 đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không
tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng 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 như 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 được quãng đường là :
S' = v0 ∆t , [m]
(1-1)
Trong đó :
v0 - 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 được một quãng đường S''.
S" =

m. v20
2(Fph ± Fc )

, [m]

(1-2)

Trong đó :

m - Khối lượng các phần chuyển động của buồng thang, [kg]
Fph - Lực phanh, [N]
Fc - Lực cản tĩnh [N]
Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng
của lực Fc : Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-).
S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:
D
2
S" =
2i (M ph ± M c )
J .ω 20 .

Trong đó :
thang, [kgm2]

, [m]

(1-3)

J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng
Mph - mômmen ma sát, [N]
Mc - mômen cản tĩnh, [N]
10


ω0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]
D - đường kính puli kéo cáp [m]
i - tỷ số truyền
Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho
lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:
D
2
S = S, + S" = v0 . ∆t +
2i (M ph ± M c )
J .ω 20

(1-4)

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 đường trượt khi phanh đầy tải
và không tải.

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là :
∆S =

S2 − S1
2

(1-5)

Trong đó : S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh
S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem
hình 1-3.
Bảng 1-1đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính
xác khi dừng ∆s.
Bảng 1-1
Phạm
vi
điều
chỉnh
tốc độ

Hệ truyền động điện

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc
độ
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc
độ
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ)

1:1

1:4
1:4

Tốc độ
di
chuyển
[m/s]

0,8
0,5
1

1 : 30 2,0

Gia
tốc
[m/s2]

Độ không
chính xác
khi dừng
[mm]

1,5

± 120 ÷

1,5

150

± 10 ÷

1,5

15
± 25 ÷

2,0

35
± 10 ÷
15

Hệ máy phát - động cơ có khuyếch đại
trung gian

1:100 2

11

2

± 5 ÷ 10


Buồng
thang

Mức dừng

Dừng

Mức đặt
cảm biến
dòng

Hình 1-4 Dừng chính xác buồng thang
1.6 ẢNH HƯỞNG 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 trưng cho chế độ là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển v[m/s],
gia tốc a [m/s2] và độ dật ρ[m/s3].
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 ưu 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. Nhưng 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 4÷ 5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của 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 thời
gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc . Nhưng khi gia tốc lớn sẽ
gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở
..v..v.. ). Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m / s2.
Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho
hành khách, được đưa ra trong bảng 2-2 .
12

Bảng 1-2
THAM SỐ

Tốc độ thang máy (m/s)
Gia tốc cực đại (m/s2)
Gia tốc tính toán trung bình
(m/s2)

HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Xoay chiều
0,5
0,75
1
1
0,5
0,8

1
1,5
0,8

Một chiều
1,5 2,5
1,5
2
1
1

3,5
2
1,5

Một đại lượng 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 ρ =
của tốc độ ρ =

da
hoặc đạo hàm bậc hai
dt

d2 v
). Khi gia tốc a < 2m / s2 thì độ dật không quá 20m/s3
dt2

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu
diễn trên hình 1-5
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 ưu hình 2-4 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (FĐ). 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 ưu.
Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy chế độ
ổn định và hãm dừng .

13

S,v, a,
ρ
Hãm
Đến dừng
Hãm
tầng
xuống
tốc độ
thấp ρ

Chế độ ổn định

Mở
máy
ρ

v

a

ρ

S

t
a

a
ρ

ρ

ρ

Hình 1-5 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,
tốc độ v , gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian.

14


Chương 2
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO THANG MÁY
2.1

trang bị truyền động chính
Truyền động chính cho cầu thang máy là truyền động nâng hạ buồng
thang.Muốn cho buồng thang di chuyển được chúng ta dùng một động cơ kéo
chuyển độmg qua dây cáp ở sau động cơ có một hộp điều tốc để điều chỉnh tôc
độ cho động cơ.
Sơđồ truyền động của thang máy
Trong đó :
- Đ là động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ
- TL là khâu truyền lực
- Gbt là khối lượng buồng thang
- Gdt là khối lượng dối trọng
- PL là puli
- H là chiều cao của toà nhà
TL

G§T

GBT

H

§

PL

Hình 1.6: Sơ đồ truyền động

2.2

Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy
Để tính chọn được công suất động cơ truyền được thang máy cần có các
điều kiện và tham số sau:
- Sơ đồ động học của thang máy
15


- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải
- Trọng lượng buồng thang.
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính
theo công thức sau:
PC =

(G bt + G). v. g.10 −3
, [KW]
η

(2-1)

Trong đó :

Gbt - Khối lượng buồng thang [kg]
G - Khối lượng hàng, [kg]
v - Tốc độ nâng , [m/s]
g - Gia tốc trọng trường, [m/s2]
η - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5÷ 0,8).
Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải được tính theo
biểu thức sau:


1
Pch = [ G + G bt ] − Gdt . η. v. k.g.10 −3 , [KW]
η



(2-2)

Và khi hạ tải:


1
Pch = [ G + Gbt ] + Gdt . η. v. k. g.10 −3 , [KW]
η



(2-3)

Trong đó : Pcn - Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối trọng
PCh - Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng
Và khi hạ tải:


1
Pch = [ G + Gbt ] + Gdt . η. v. k. g.10 −3 , [KW]
η



(2-4)

Trong đó : Pcn - Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối trọng
tha
Mứctĩnh
dừngcủa động cơ khi
PCh - Công suất
hạ cóDừng
dùng đối trọng
Gdt - Khối luợng của đối trọng, [kG]
k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng
( k = 1,15 ÷ 1,3 ).
Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây:
Gđt = Gbt + αG , [Kg]
(2-5)
Trong đó :

α - hệ số cân bằng (a = 0,3 ÷ 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 ÷ 0,4.
16


Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thường là đầy tải và khi hạ thường là
không tải, nên chọn a = 0,5.
Phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hành
theo các bước sau đây :
a..ính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng dưới cùng và các
lần dừng tiếp theo :
F = (G + Gbt - K1 . ∆G1 - Gđ t ) g, [N]
(2-6)
Trong đó :
K1 - Số lần dừng của buồng thang.
∆G1 = G/mđ - Thay đổi (giảm) khối lượng tải sau mỗi lần dừng.
g - Gia tốc trọng trường, [m/s2] .
b. Tính mô men tương ứng với lực kéo
M=

F. R
i.η

M=

F. R
η , [N.m] nếu F < 0
i

, [N.m] nếu F > 0

Trong đó :

R - Bán kính của puli, [m].
i - Tỷ số truyền của cơ cấu.
η - Hiệu suất của cơ cấu.
c.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):
d.Dựa trên kết quả của các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và
tính chọn công suất động cơ.
e.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.
2.3 Chọn phanh hãm điện từ
Phanh ham điện từ có cơ cấu điện từ dùng để hãm chuyển động của thang
máy.phanh hãm điện từ có nhiều kiểu như phang guốc ,phanh đĩa… Ơ đây ta
chọn loại phanh guốc
Phanh guốc có cấu tạo như sau:
** Cấu tạo của một phanh guốc lò xo
17


Trong đó: + 1 là nam châm điện
+ 2 là lò xo
+ 3 là guốc phanh
+4 là trục động cơ

Bình thường nam châm điện không có điện lò xo 2 sẽ tác động vào cấu đòn
bẩy để quốc phanh 3 ép vào trục 4 của động cơ.Khi động cơ được đóng đuiện để
quay thì đồng thời nam châm điện cũng được cấp điện ,hut nắp từ động gây
chuyển động các cơ cấu đòn bẩy kéo căng lò xo 2 để quốc phanh 3 nới lỏng trục
động cơ 4.Do đó động cơ có thể quay
Khi động cơ mất điện thì cuộng phanh cũng mất điện lò xo 2 sẽ tác động ép
chặt guốc phanh vào trục động cơ để dừng nhanh
2.4 Chọn bộ chỉnh lưu cầu
Trong mạch điện người ta sử dụng khả năng dẫn điện theo một chiều của
đi ốt để nắn dòng xoay chiều thành dòng một chiều để cấp nguồn cho hai nam
châm điện NC1 và NC2
Khi được phân áp thuận thì điôt thông,dẫn dòng ngay và chỉ số dòng điện
phụ thuộc vào điện áp nguồn và tổng trở phụ tải. Quan hệ giữa điện áp và dòng
điện qua điốt gọi là đặc tính von - ampe của điốt và có dạng
** Đặc tính von am pe của diot
Điôt thông (dẫn dòng qua tải) ở góc vuông thứ nhất ứng với phân áp thuận
và khoá (không cho dòng qua tải ) ở goá vuông thứ ba
Sự chuyển trạng thái thông khoá của điôt không thể xảy ra tức thời mà cần
phải có thời gian nhất định nên nếu điện áp tần số xoay chiều quá lớn thì điôt
không kịp trạng thái và điôt không làm việc được. Trương hợp này phải dùng
diôt tần số cao
2.5 Chọn cảm biến
Trong mạch tự động điều khiển ngoài các khâu khống chế điều khiển cho
mạch hoạt động thì các cảm biến tầng cho phép mạch hoạt động một cách chính
xác. Trong mạch này ta chọn cảm biến quang. Cảm biến quang cho phép xác
định vị trí của buồng thang cũng như điều khiển hoạt động của thang máy
Nguyên tắc đo cảm biến quang dịch chuyển:
Ánh phát ra từ nguồn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu
thẳng vào vật. Tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí
(PSD) bằng các thấu kính thu.Nếu vị trí của vật thay đổi hình ảnh vị trí vật hình

thành trên (PSD) sẽ khác đi và nếu trạng thái cân bằng của 2 ngõ PSD thay đổi
hình ảnh vị trí của vật hình thành trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng của
hai PSD cũng thay đổi
18


Nếu hai ngõ ra A và B tính A/(A+B) và sử dụng các hệ số thích hợp để tăng
hệ số K và C
Khoảng dịch chuyển =A/(A+B).K+C
Giá trị đo lường không phải là độ rọi nhưng 2 ngõ ra dịch chuyển A và B và
chính vì vậy nếu cường độ sáng nhận được vì khoảng cách đến vật thay đổi kết
quả nhõ ra tuyến tính tương ứng với sự thay đổi khoảng cách và thay đổi vị trí
2.6 Tính chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch điện
2.6.1 Tính chọn áp to mát (ATM)
Tatiến hành tính chọn ATM như sau:
Dòng điện định mức của ATM Iđm(A).Đây là dòng điện lớn nhất cho phép
ATM lầm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động. Dòng điện này
không được nhỏ hơn dòng điện tính toán phụ tải
Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của ATM Inm(A).Đây là dòng điện nhỏ nhất
để làm cho ATM tự ngắt chỉ những ATMcó kết cấu kiểu điện từ mới có thông số
naỳ.Đối với ATM có kết cấu kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với ATM loại
này khi chọn để ngắt động cơ thì dòng điện này không đươc chọn nhỏ hơn dòng
khởi động của động cơ (Inm>Ikd)
Dòng điện bảo vệ quat tải của ATM : Iqt=(1,1 1,2)
Điện áp làm việc của ATM không nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện
mà ATM sử dụng Ulv
2.6.2. Tính chọn Rơ le tầng và rơ le trung gian
Rơ le tầng và rơ le trung gian là các rơ le điện từ hoạt động trên nguyên
tắc của nam châm điện dùng để dóng cắt mạch điệncó công suất nhỏ tần số đóng
cắt lớn. Tín hiệuđiều khiển có thể là dòng điện hoặc điện áp. ta chọn rơ le

Dòng điện định mức: Iđm=(1,2-1,5)Itt
Điện áp làm việc của rơ le:Ulv
Điện áp định mức của quận hút Uh=24V- AC
Tần số lớn nhất đóng cắt cho phép 1800 lần/giờ
Số lượng các cặp tiếp điểm chính phụ thuộc vào chức năng mà rơle điện
từ đảm nhiệm
Hệ số nhả của rơ le là tỷ số nhả: knh
Hệ số điều khiển: kđk≥1
Thời gian tác động nhanh:Ttđ=(1-100)ms
2.7 Tổng

quan bộ điều khiển lập trình PLC

2.7.1.Lắp đặt trạm phần cứng

19


1. Thành phần của một trạm S7- 300

Modul
e CPU
Module
nguồn

Module
mở rộng
cổng tín
hiệu
vào/ra.

Profibus bus
cable

Cáp truyền
thông RS 485

.2 Các module của S7- 300

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong thực tế mà ở đó phần lớn các đối
tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào
ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu
hình. Chúng được chia nhỏ thành các modul, số các modul được sử dụng nhiều
hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có modul chính là
modul CPU. Các modul còn lại là những modul nhận truyền tín hiệu với đối
tượng điều khiển, các modul chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ,…..
được gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các modul được gắn trên những thanh
Ray ( Rack)
a. Module CPU
20


là loại module có chứa bộ vi xử lư, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ
đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có 1 vài cổng vào ra số. Các cổng
vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.
PLC S7_300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo
bộ vi xử lư có trong nó như module CPU312, module CPU314, module
CPU315…
Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lư, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện

của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được
phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function
Module). Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…
Ngoài ra cc̣n có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các
loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP
(Distributed Port) như là module CPU315-DP.
Trong luận văn sử dụng loại module 314 IFM sẽ được giới thiệu kĩ ở phần
sau.
b. Module mở rộng
Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
- PS (Power supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại:2A, 5A, 10A.
- SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.
DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. . Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.

21


DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số..
Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/ 16 ra tuỳ từng
loại module.
AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào
tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module.
AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng
ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module.
AI/AO (Analog input/ Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ

từng loại module.
- IM (Interface module): Module ghép nối, nối các module mở rộng lại
với nhau thành 1 khối và được quản lư chung bởi 1 module CPU. Thông thường
các module mở rộng được gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi
rack có thể gán nhiều nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module
nguồn nuôi. Một module CPU S7_300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4
racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM.
- FM (Function module): Module có chúc năng điều khiển riêng. Ví dụ
như module PID, module điều khiển động cơ bước…
- CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong
mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
2.7.2. Cấu trúc vùng nhớ CPU
Vùng nhớ của PLC S7-300 được chia thành 3 vùng nhớ cơ bản sau:
- Vùng nhớ hệ thống..Nhớ hệ thống các dữ liệu vào ra ,bít nhớ ,bộ
đếm,bộ thời gian.Bộ nhớ này nằm trên RAM trong các CPU.
- Vùng nhớ lưu giữ dùng lưu giữ chương trình người sử dụng trên
RAM của CPU và trên EEPROM trong hoặc card EEPROM cắm ngoài. Đối
với chương trình lưu dữ trên RAM ở vùng nhớ này có thể xoá bởi
MRES(CPU memory reset).
22


- Vùng nhớ làm việc : bbooj nhớ này có thể chứa các bản sao của các
phần tử chương trình đang được CPU thực hiện .Vùng nhớ này cũng bao
gồm nhớ tạm thời , được chiếm chỗ cho chương trình khi chương trình được
gọi. Dữ liệu trong vùng này chỉ có hiệu lực khi khối đó đang ở trạng tháI tích
cực .Khi khối mới được gọi thì vùng nhớ tạm thời được chiếm chỗ lạI .
NgoàI ra để thực thi các chương trình CPU còn sở dụng các thanh ghi
sau :
-

Thanh ghi ACCU bao gồm hai thanh ghi 32 bít ACCU1 và ACCU2 dùng cho
thực hiện các lệnh nạp truyền các phép tính toán học và các lệnh dịch chuyển .

-

Thanh ghi địa chỉ bao gồm hai thanh ghi 32 bít AR1 và AR2 dùng làm con
trỏ cho việc định địa chỉ thanh ghi dán tiếp .

-

Thanh ghi địa chỉ khối dữ liệu( Data block) gồm hai thanh ghi 32 bít chứa địa
chỉ của các khối DB đã được mở .cùng một lúc có thể mở được hai khối DB ,
một khối Db được mở cho dùng chung và một khối Db được mở cho dùng riêng
cho khối chương trình FB được gọi .

-

Thanh ghi từ trạng tháI STW nó gồm 16 bít chứa các thanh ghi đặc biệt như
RLO ,OV,OS,CC0 và CC1.Các vùng nhớ cơ sở được tổ chức thành từng nhóm
theo chức năng .

23


CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN MÔ HÌNH CHO THANG MÁY
3.1 MÔ HÌNH THANG MÁY

2

1

3

4
5

Mô hình cầu thang máy 5 tằng
Trong đó:
1 – Khung mô hình bằng nhôm
2- Bộ nút ấn gọi tầng đặt bên trong buồng thang
3- Cửa buồng thang
4- Bộ nút ấn gọi tầng bên ngoài
5- Ngăn đựng thiết bị điều khiển
24


Kết cấu của khung ngoài mô hình được làm bằng khung nhôm kính, bên trong
bố trí các hệ thống thanh ray bằng nhôm để di chuyển buồng thang, ở đó ở mỗi
tầng có bố tí các cảm biến tầng. Động cơ nâng hạ buồng thang đặt trên giá đỡ
được bố trí ở phần trên mô hình. Phần dưới của mô hình có bố trí một ngăn kéo
dùng để đặt các thiết bị phần cứng của PLC,bộ chuyển đổi nguồn, còi báo động
khi thang máy xảy ra sự cố.Buồng thang được làm bằng Mica trong,bên trên có
bố trí đặt động cơ đóng mở cửa buồng thang.Phía mặt ngoài buồng thang ở mỗ
tầng đều có bố trí đặ các bộ nút ấn nút gọi tầng. Đối trọng của buồng thang được
làm bằng gỗ hoặc bằng thép
3. 1.1 Đặc điểm chỉ tiêu kĩ thuật
- Mô hình được thiết kế một cách cân đối nhỏ gọn
- Các bộ phận của thang máy phải đúng kĩ thuật,có chất lượng cao

- Giá thành rẻ
- Dễ di chuyển,dễ vận hành thao tác
3.1.2 Yêu cầu về sư phạm
Mô hình điều khiển thang máy được xây dựng trên cơ sở phục vụ công tác
giảng dạy do đó ngoài các yêu cầu về đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật,yêu cầu công
nghệ và mỹ thuật thì mô hình phải đáp ứng được yêu cầu sư phạm như: phải nhỏ
gọn, dễ di chuyển dễ vận hành thao tác, dễ dàng quan sát được các truyền động
của thang máy, việc bố trí các thiế bị của thang máy phải được đảm bảo tính
khoa học, dễ thay đổi bảo dưỡng
3.2 Tính chọn
3.2.1 Chọn công suất động cơ
Với mô hình thang máy đã đưa ra như trên
- Số tầng:5 tầng
- Trọng tải : G= 20 kg ứng với một người
- Trọng lượng buồng thang Gbt = 2 kg
- Tốc độ v = 0,75 m/s
- Gia tốc cực đại amax = 1 m/s
- Gia tốc trung bình atb = 0,5 m/s
Bước 1: Tính công suất quy đổi cho động cơ
Hiệu suất của cơ cấu n = 0,5-0,8, chiều cao tầng nhà h=0,4(m)
Với số liệu trên ta chọn α =0,4,η = 0,8, k = 1,2
Gđt = Gbt + αG = 2+0,4 × 20 = 28(kg)
25