Đề tài điều khiển đóng mở cửa thang máy

Kỹ thuật điều khiển động cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỂN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Đề Tài: Điều khiển đóng mở cửa thang máy:
Một cửa thang máy được mở ra và đóng vào bằng động cơ 1Hp.
Sử dụng biến tần Mitsubishi và Limit switch để điều khiển cửa mở ra và
đóng lại nhẹ nhàng.
Đóng và mở cửa phải sử dụng nút nhấn.
Cửa chuyển động nhanh và không va vào thành cửa.
Nếu cửa đang đóng mà có người vào thì phải mở ra,đợi ấn nút đóng cửa.

Giáo Viên Hướng Dẫn : TS. Lê Quang Đức.
Sinh Viên Thực Hiện:
Nhóm 8
Lê Đức Thái
Vũ Hoài Nam
Ngô Đức Thiệu

Nhóm 8

Page 1


Kỹ thuật điều khiển động cơ

I.Phân tích yêu cầu của khách hàng:
o

o
o
o

Dùng động cơ 3 pha điều khiển đóng mở cánh cửa
Dùng biến tần và limit switch để đóng mở cửa nhẹ nhàng
Dùng cảm biến hồng ngoại để tụ động mở cửa khi có người tới.
Chọn biến tần của hãng Mitsubishi.
Tập trung vấn đềchủ yếu là điều khiển:

1.
2.
3.

Điều khiển đóng là nếu khi ban đầu đóng cửa thì cần tốc độ nhanh khi
gần hết quá trình thì chậm lại và dừng ở cuối quá trình tránh va đập .
Yêu cầu mở cửa ngược lại thì cũng vậy.
Yêu cầu có cảm biến hồng ngoại phát hiện người tới cửa để mở ra hoặc
đang đóng cửa mà có người thì dừng lại và mở cửa ra.

II.Giải pháp sơ bộ:
•

Đặc tính phụ tải.

•

Do yêu cầu của đề tài là điều khiển cửa đóng mở nhẹ nhàng, không
va đập nên nhóm sẽ sử dụng các thiết bị chính như: động cơ, biến
tần, cảm biến hồng ngoại và 4 limit switch để điều khiển cửa.

Nhóm 8

Page 2


Kỹ thuật điều khiển động cơ

•
•
•

Limit switch SM1 có tác dụng giảm tốc độ ở cuối hành trình mở
cửa.
Limit switch SD1 có tác dụng giảm tốc độ ở cuối hành trình đóng
cửa.
Các Limit switch SM2 và SD2 có tác dụng để dừng êm động cơ.

III. Chọn thiết bị chính.
Nhóm 8

Page 3


Kỹ thuật điều khiển động cơ

1.Chọn động cơ mở cửa.
Theo yêu cầu của bài ta chọn động cơ có các thông số:
• Điện áp 3 pha 400/50Hz
• Công suất 1HP

Tiêu chí lựa chọn: động cơ kéo tải nhẹ, kích thước nhỏ gọn phù
hợp cho không gian giới hạn, chất lượng, tối ưu hóa hiệu quả giúp
giảm chi phí cho vận hành.
Theo đó nhóm chọn động cơ của hãng SIEMENS model 1LA7
083-4AA

•
•
•
•
•
•

Thông số của động cơ:
Động cơ: 3 pha – 4 cực
Điện áp: 400V, tần số 50Hz
Tốc độ động cơ: 1395rpm
Dòng điện: 1.91A
Hệ số công suất: cosφ=0,80
(Catalog trang 12)

2.Chọn hộp số cho động cơ.
Nhóm 8

Page 4


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Thiết kế hệ thống truyền động như hình vẽ :

r = 2cm : là bán kính Pulley gắn tại điểm nối với cánh cửa.
R = 4cm : là bán kính Pulley gắn tại trục hộp số.
L = 75cm : là chiều rộng của 1 cánh cửa.
(là Pulley loại bánh răng )

như vậy
Từ r = 2cm => C = 0,1256(m)
Vậy để thực hiện 1 hành trình đóng (mở) pulley có r = 2(cm) cần quay
Chọn thời gian để thực hiện 1 hành trình đóng ( mở ) cửa là 5s
như vậy tốc độ quay của Pulley có r = 2(cm) là 1,2 (v/s)
<=> 72 (v/p)
Ta có tỷ số truyền giữa 2 Pulley là :


Nhóm 8

Page 5


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Theo như đã chọn thì tốc độ của động cơ là 1395 (v/p), suy ra tỷ số
truyền của hộp số cần tìm là :
Vì vậy: ta chọn hộp số ZQ-250 của VNID.JSC.

( Catalog hộp giảm tốc trang : 5 )
Có các thông số như:
•
•

Tỷ số truyền: 40.17.
Công suất truyền: 2.9 KW

3.Chọn Biến Tần.


Nhóm 8

Giới thiệu một số dòng biến tần của Mitsubishi.

Page 6


Kỹ thuật điều khiển động cơ





Nhóm 8

FR-D700
Là dòng dòng biến tần mới.
Dải công suất từ 0,1-7,5 (kw)
Với thiết kế nhỏ gọn an toàn dễ sử dụng có cải tiến nhiều về
chức năng như Digital Dial với đèn LED hiển thị, tích hợp
chức năng dừng khẩn cấp..
FR-D700 phù hợp cho những ứng dụng như : bơm , quạt ,
máy ép, băng tải….
FR-A700

Là dòng biến tần tính năng cao
Dải công suất từ 0,4-630 (kw)
Kết hợp nhiều những chức năng sáng tạo và đáng tin cậy.
FR-A700 có thể điều khiển chính xác các đối tượng mà
không cần các Encoders và rất nhiều tính năng khác.
Page 7


Kỹ thuật điều khiển động cơ





•
•
•
•

FR-A700 phù hợp cho những ứng dụng như : sử dụng cho
thang máy (nâng hạ), cầu trục , sử dụng nhiều trong hệ thống
kho hàng.
FR-F700
Dải công suất từ 0,75 – 630 (kw)
FR-F700 phù hợp cho những ứng dụng như : hệ thống khai
thác khí, quạt , máy thổi, máy nén…
FR-E700
Dải công suất từ 0,1 – 15 (kw)
Là dòng biến tần có công suất tầm trung với nhiều tính năng,
điều khiển chính xác

FR-F700 phù hợp cho những ứng dụng như: máy dệt, cửa và
thiết bị truyền động của cửa thang máy, cần cẩu…

Tiêu chí lựa chọn
Phù hợp với động cơ có công suất 1 HP.
Chuyên dùng cho việc mở cửa.
Điện áp 380V, tần số 50Hz
Có điều khiển Vector.

Từ đó ta chọn biến tần:FR-E740-0.26 chuyên dùng cho việc đóng mở
cửa (catalo trang 37 manual )

Nhóm 8

Page 8


Kỹ thuật điều khiển động cơ

 Các thông số kĩ thuật cơ bản:
•
•
•
•

Nhóm 8

Điện áp 380 - 480 V.
Tần số 50/60Hz.
Công suất định mức 0,75kW.

Dòng điện định mức 2.6A
Page 9


Kỹ thuật điều khiển động cơ

4.Chọn thiết bị bảo vệ biến tần.
 Chọn AC Choke.
 Tác dụng.
- Giúp cải thiện hệ số công suất và ổn định nguồn vào.
- Giảm ảnh hưởng của nhiễu do biến tần sinh ra.
- lọc sóng hài sinh ra từ biến tần.
 Tiêu trí chọn.
Chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần.
(bientancatalog trang 63)

Thông số kỹ thuật:
• Chọn loại FR-BAL-B-4.0K.
• Điện áp 380 - 480 V.
• Dòng điện: 12A.


Nhóm 8

Chọn DC Reactors.
 Tác dụng.
- Giúp ổn định dòng biến tần, giảm nhấp nhô điện áp DC bus.

Page 10

Kỹ thuật điều khiển động cơ

- hạn chế sóng hài do biến tần sinh ra.


Tiêu chí chọn.
chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần.
( bientancatalog trang 64 )

Có các thông số:
• Chọn FFR-HEL-H0,75K-E.
• Công suất 9.4 kW



Nhóm 8

Chọn EMC.
 Tác dụng.
- Lọc nhiễu điện từ.
- hạn chế tác hại của sóng hài tới các thiết bị.
 Tiêu chí chọn.
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần.
( bientancatalog trang 58)
Page 11


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Có các thông số:
• Chọn FFR-MSH-040-8A-RF1
• Công suất 17W


Chọn điện trở hãm.
 Tác dụng.
- dùng điện trở hãm để dừng và hãm động cơ nhanh ở tốc độ
cao.
 Tiêu chí chọn.
chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần.
(biêntancatalog trang 67).

Có các thông số:
•
•

Mã FR-ABR-H0.75K
Điện trở 700 ôm

IV.Chọn thiết bị cho
mạch động lực.
1.Chọn MCCB.
Nhóm 8

Page 12


Kỹ thuật điều khiển động cơ



Tác dụng.
• Đây là thiết bị đóng ngắt bằng tay, có khả năng đóng ngắt tự
động khi hệ thống có dòng điện quá tải vượt quá giới hạn định
mức giúp bảo vệ biến tần.

Tiêu chí chọn
MCCB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn.
Có dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của biến tần
( 2.6A)
• Theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần ( nếu có).
Vậy nhóm chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần.


•

MCCB NF32-SV của hãng Mitsubishi ( catalog MCCB trang 20)

•
•
•
•

Dòng điện cắt : 5A.
Dòng điện MAX: 5kA
Loại : 3 cực
Điện áp: 380V

2.Chọn máy biến áp cách ly.



Nhóm 8

Tác dụng
- Cách biệt và độc lập nhau về điện.
- Chống nhiễu khi lưới điện dao động.
Page 13


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Ta chọn máy biến áp cách ly loại ST-1000VA-BACL của V-Standa.,
JSC. ( trang 11)

•
•

Điện áp vào : 1pha 220V, điện áp ra : 220V
Công suất :1 kVA

3.Chọn Contactor.
Tác dụng.
Contactor là khí điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc
trong mạch điên.
Tiêu chí chọn:
Chọn contactor loại dùng cho tải AC1.
Theo dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng của biến tần
Theo khuyến cáo nhà sx biến tần.( nếu có ).




•
•
•

Chọn contactor loại: S-N10 của Mitsubishi do nhà sản xuất biến tần
khuyến cáo.
( catalo contactor trang 11)
•

Nhóm 8

Có các thông số như sau:
• Dòng điện : 11A
• Điện áp cuộn hút :200- 220V
• Số tiếp điểm phụ cho sẵn : 1 NO
Page 14


Kỹ thuật điều khiển động cơ

•

Số cực : 3

3.Chọn relay trung gian.








Nhóm 8

Tác dụng.
Sử dụng role trung gian để đóng mở các tiếp điểm trên mạch.
Chọn relay của hãng Rockwell
Loại : 700-K22Z-KA
Điện áp : 240VAC
Dòng điện : 2A
Điện áp cuộn hút :240VAC- 50/60hz
Số cực : 4 cực , 2NO+2NC.

Page 15


Kỹ thuật điều khiển động cơ

( catalog relay control trang 1&2)

4.

Chọn Limit switch.
Tác dụng
Giới hạn hành trình các cấp tốc độ.
Chọn limit switch của hãng OMRON, số

hiệu:D4B-4111N.
Số lượng: 4 cái
Khối lượng: 960g
Đầu tác động: cần bánh xe


•
•
•

Nhóm 8

Page 16


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Có các thông số:
• Tốc độ hoạt động: 1mm/s đến 0.5m/s
• Tần số hoạt động: với điện là 30 tác động/phút
• Dòng định mức 20A
• Dòng ngắn mạch 100 A
(catalo trang 105)

5.Cáp động lực.

•
•
•

•

Nhóm 8

Tiêu chí chọn:
Chịu được quá tải động cơ
Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép phải lớn hơn 700C.
Theo khuyến cáo nhà sx biến tần chọn cáp PVC có tiết
diện 2,5mm2 cho mạch động lực và cáp vào động cơ.
Chọn cáp CADIVI
Cáp 3 lõi, ruột đồng, cách điện và vỏ bằng nhựa PVC, cấp điện áp
0,6/1kV.Tần số 50Hz.Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép đối với
cáp là 700C.(catalog cáp trang 10)
Page 17


Kỹ thuật điều khiển động cơ

V. Chọn thiết bị chính cho mạch điều khiển.
1.Chọn MCB cho mạch điều khiển.




Nhóm 8

Tiêu chí : Bảo vệ được cho các phần tử của mạch điều khiển được
an toàn khi có sự cố xảy ra như quá dòng thì MCB sẽ tác động bảo
vệ.
Nhóm tính toán sơ bộ dòng điện của các thiết bị trong mạch điều

khiển thì dòng điện tổng gần bằng 1A.
Chọn MCB hãng Mitsubishi BH-D6 (catalog trang 5)
• 2 poles
• Điện áp: 230 AC
• Dòng điện 1.6A
• Dòng điện cắt 6 kA

Page 18


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Chọn cáp điều khiển:
Kết nối các thiết bị điện trên mạch điều khiển.
Chọn loại cáp có mã1060101 1 lõivớiđường kính 1mm2của hãng Cadivi.
(catalog trang 2).

2.Chọn cảm biến hồng ngoại..

•

Nhóm 8

Tiêu chí chọn:
Chọn cảm biến hồng ngoại có thể nhận biết được người ra vào để
điều khiển cửa không đóng hoặc mở ra khi cửa đang đóng khi vẫn
còn có người ra vào.

Page 19

Kỹ thuật điều khiển động cơ

Chọn loại F3E-16-T6 của Omron.

Có các thông số:
• Khoảng cách có phát hiện 0-5m.
• Thời gian đáp ứng: max 110ms.
• Nguồn sáng: LED hồng ngoại
• Nguồn cấp : 10-30VDC.

3.Chọn nguồn riêng cho cảm biến.
chọn loạiS8JC-Z01524CD của OmRon

Nhóm 8

Page 20


Kỹ thuật điều khiển động cơ

• Nguồn cấp 200~240VAC (185~264VAC),50/60Hz
• Điện áp ngỏ ra: 24VDC

±10%

• Dòng ra : 0.7 A
• Vỏ sắt gắn DIN rail
• Bảo vệ quá dòng, quá áp

•

Có catalogue kèm theo_trang 1.

4.Chọn nút ấn.
Nhóm 8

Page 21


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Ta chọn nút nhấnYW1L-AF2E11QM3 của IDEC
Điện áp max. 250V , sử dụng loại 1NO-1NC. NO cho tiếp điểm
thường mở, NC cho tiếp điểm thường đóng. (catalog trang 6)

5.Đèn báo:
Đèn báo nguồn, chạy thuận ,chạy nghịch, báo lỗi.
Chọn loại YW1P-1M45 của hãng IDEC.
Sử dụng đèn led điện áp định mức: 230/240 AC/DC
Điện áp 220v AC ( catalog trang 3 )

VI. Cài đặt các thông số cho biến tần và động cơ.
Nhóm 8

Page 22


Kỹ thuật điều khiển động cơ

Cài đặt
thông số
cho động
cơ

Tham số

Mô tả

Pr.80

công suất
motor
Số cực
motor
dòng motor
điện áp
motor
tần số
motor

Pr.81
Pr.82
Pr.83
Pr.84

Các thông
số cơ bản

Pr.0

Pr.1
Pr.2
Pr.6
Pr.7
Pr.8
Pr.9

Pr.13
Pr.30
Pr.57

Pr.78
Nhóm 8

Tăng
momen
tần số max
xuất ra
tần số min
xuất ra
Tốc độ đặt
thấp nhất
thời gian
tăng tốc
thời gian
giảm tốc
dòng điện
bảo vệ quá
nhiệt của
motor

Tần số bắt
đầu
Chọn chức
năng hãm
tái sinh
Thời gian
khởi động
sau khi bị
mất điện
chế độ chạy

Pham vị cài Cài đặt
đặt
0.1-15kW
0.75kW
2,4,6,8

4 cực

0-500A
0-1000v

1.91A
400V

10-120Hz

50Hz

0-30%

6%

0-120Hz

50Hz

0-120Hz

0

0-400Hz

10Hz

03600/360s
03600/360s
0-500A

1s

0-60Hz

50Hz

0,1,2

1

Thông qua

điện trở hãm

0
0.1-5s
9999

9999

Không khởi
động lại.

0,1,2

0

Bật chạy

Page 23

2s
1.91 A


Kỹ thuật điều khiển động cơ

thuận, chạy
nghịch
Chức năng
bảo vệ đầu
vào, ra.

Pr.150

Pr.151

Pr.251
Pr.261
Pr.872
Pr.192

Phát hiện
quá dòng
động cơ
định mức
Thời gian
cho phép
quá dòng
150%
Bảo vệ đầu
ra khi mất
pha
Lựa chọn
khi mất
điện
Bảo vệ đầu
vào khi mất
pha
Chức năng
báo sự cố

thuận,nghịch
.
0-200%

150%

0-10s

2s

0,1

1

Có bảo vệ.

0,1,2

0

Khi mất
điện sẽ tắt
biến tần.
Có bảo vệ

3

Báo động
khi quá tải.

0,1
0/1/3/4/7/8
…

VII. Thuyết minh mạch động lực- mạch điều khiển.

•
•

Nhóm 8

•

Có file cad kèm theo.

•

Nguyên lý hoạt động:

Ban đầu chưa có cấp điện, hay biến tần bị lỗi thì tất cả các đèn đều
tắt
Bắt đầu ta thì ta ấn ON điện cấp nguốn cho cuộn hút Contactor
KM thì khi đó đóng tiếp điểm trên mạch động lực, cấp nguồn vào
biến tần. Đồng thời đóng 1 tiếp điểm thường mở trên mạch điều
khiển đóng để giữ dòng điện và bật sáng đèn Đ1.

Page 24


Kỹ thuật điều khiển động cơ

•

Giả sử cửa ban đầu đang đóng. Để thực hiện quá trình mở cửa ta
ấn nút nhất M:
Điện sẽ được cấp cho cuộn hút RL2 đèn Đ3 sáng. Tiếp điểm
thường mở sẽ đóng để giữ nguồn điện kết hợp bên mạch động
lực thì tiếp điểm RL2 bên đó cũng đóng cấp điện vào biến tần
ngõ vào STR(chạy ngược). Lúc này biến tần hoạt động cấp
điện cho động cơ chạy với tốc 1 50 hz ( mở nhanh) do mình cài
đặt. Động cơ chạy thuận cửa bắt đầu mở và khi đến công tắc
Limit Switch SM1 thì điện cấp cho cuộn hút RL3 đóng tiếp
điểm RL3 trên biến tần tức là chân RLmà ta đã chọn tốc độ số
2 với tần số 10Hz. Cửa vẫn tiếp tục được mở và khi đến SM2
cuộn hút KM2 được cấp điện, khi đó tiếp điểm thường đóng
của KM2 được mở ra thì ngắt dòng điện vào RL2, đèn D3 tắt
và quá trình mở kết thúc

•

Thực hiện quá trình đóng cửa:
Ta ấn nút nhấn Đ cấp nguồn cho cuộn hút RL1. Tiếp điểm
thường mở sẽ đóng đèn đóng,đèn Đ2 sáng và để giữ nguồn
điện kết hợp bên mạch động lực thì tiếp điểm RL1 bên đó
cũng đóng cấp điện vào biến tần ngõ vào STF (chạy thuận).
Lúc này biến tần hoạt động cấp điện cho động cơ chạy với tốc
độ 1 50 hz ( đóng nhanh) đo mình cài đặt. Động cơ chạy
ngược cửa bắt đầu đóng và khi đến công tắc Limit Switch SD1
thì điện cấp cho cuộn hút RL3, đóng tiếp điểm RL3 trên biến
tần hay chính là ta đã chọn tốc độ số 2 10Hz. Cửa vẫn tiếp tục

được mở và khi đến SD2 cuộn hút KD2 được cấp điện, khi đó
tiếp điểm thường đóng của KD2 được mở ra thì ngắt dòng điện
vào RL1, đèn Đ2 tắt và quá trình đóng kết thúc
• Khi có người vào mà cửa đang đóng thì cảm biến hồng ngoại phát
hiện khi đó cảm biến sẽ điều khiển Role đóng lại cấp nguồn cho
cuộn hút HN. Ngay lập tức quá trình đóng sẽ bị cắt nguồn điện và

Nhóm 8

Page 25