Tài liệu ứng dụng plc và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng (link full bản vẽ trang cuối)

Lời nói đầu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải tiến môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con người.… Là một sinh viên nghành điện tự động hóa ngay từ khi ngồi trên ghế nhà trường mỗi sinh viên chúng em đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa điện năng và hệ thống truyền động điện tự động. Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiêt bị hiện đại đang được ứng dụng trong ngành tự động hoá. Do đó trong giai đoạn làm đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn. Em đã lựa chọn đề tài : “ Ứng dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng ” Sau 3 tháng liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, oà cùng với sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay bản thiết kế của em đã hoàn thành. Qua đây em muốn gửi lời cám ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này. Đồng thời em muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo T.S Trần Xuân Minh, người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn em trong suốt thời gian qua. Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy hướng dẫn, hết sức nỗ lực cố gắng. Song vì kiến thức còn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều. Nên bản thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vậy em mong tiếp tục được sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý trân thành của các bạn. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  1  SVTK: Trần Văn Hạnh Em xin trân thành cảm ơn ! Thái Nguyên: 29/05/2009 SV: Trần văn Hạnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 Giới thiệu chung về thang máy 1.1.1 Khái niệm chung về thang máy Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu.v.v. theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, trong các nhà máy, v.v. Nó có ưu điểm so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn. Ngoài ra thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng sự hiện đại tiện nghi của công trình. Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động. Đối với những công trình như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v. tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy. Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, bởi nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người nên nó phải thỏa mãn yêu cầu về an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm. 1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS; Schindler. Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử dụng của hãng OTIS (Mỹ) năm 1853. Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  2  SVTK: Trần Văn Hạnh Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPON, ELEVATOR, ... (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý)... đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn. Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7.5 m/s, những thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này cũng có các thang máy thuỷ lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s. Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ. Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạt tới 12.5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác. Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ và một số nước Đông Âu cung cấp. Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng. Tuy nhiên số lượng 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 hướng là: +Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy nhưng với giá thành rất cao. +Trong nước 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 nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt Nam như : OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON, MISUBISHI (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc). Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng: -Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường. -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. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  3  SVTK: Trần Văn Hạnh 1.1.3 Phân loại thang máy Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích của từng công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và các đặc điểm sau: 1.1.3.1 Theo công dụng thang máy được phân thành 5 loại 1, Thang máy chuyên chở người: Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình.v.v. 2, Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm: Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm.v.v. 3, Loại máy chuyên chở bệnh nhân: Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng.... Đặc điểm của nó là kích thước cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm. Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho loại thang máy này. 4, Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm: Loại thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn v.v... chủ yếu để chở hàng nhưng có người đi kèm để phục vụ. 5, Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm: Loại chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể v.v... Đặc điểm của loại này chỉ có điều khiển ngoài cabin (trước các cửa tầng). Còn các loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngoài cabin. Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng khác như: thang máy cứu hoả, chở ôtô v.v... 1.1.3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin 1, Thang máy dẫn động điện: Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế. Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (Chuyên dùng để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng ). 2, Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông): Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittông thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế vì GVHD: T.S Trần Xuân Minh  4  SVTK: Trần Văn Hạnh vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang so với dẫn động cáp có cùng tải trọng. a) c) b) H×nh 1.1 Thang m¸y ®iÖn cã bé têi ®Æt phÝa trªn giÕng thang: a, b) DÉn ®éng cabin b»ng puly ma s¸t; c) DÉn ®éng cabin b»ng tang cuèn c¸p; 1.1.3.3 Theo các thông số cơ bản 1, Theo tốc độ di chuyển của cabin: + Loại tốc độ thấp:  <1 m/s + Loại tốc độ trung bình:  < 1  2,5 m/s + Loại tốc độ cao:  <2,5  4 m/s + Loại tốc độ rất cao:  > 4 m/s. 2, Theo khối lượng vận chuyển của cabin: + Loại nhỏ: Q < 500 kg + Loại trung bình: Q = 500 1000 kg + Loại lớn: Q = 1000  1600 kg + Loại rất lớn: Q >1600 kg 1.1.3.4 Theo vị trí đặt bộ tời kéo Đối với thang máy điện: GVHD: T.S Trần Xuân Minh  5  SVTK: Trần Văn Hạnh + Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang + Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang b) a) H×nh 1.2 Thang m¸y ®iÖn cã bé têi ®Æt phÝa d íi giÕng thang: a) C¸p treo trùc tiÕp vµo dÇm trªn cabin; b) C¸p vßng qua ®¸y cabin 1.1.3.5 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin 1, Thang máy thẳng đứng 2, Thang máy nghiêng 1.1.4 Kết cấu của thang máy Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-4. Hố giếng của thang máy 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. Động cơ 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 với tỷ số truyền i = 18  120. Cabin được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng và những con trượt dẫn hướng (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. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  6  SVTK: Trần Văn Hạnh 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 9. Cụm máy 10. Cửa xếp Cabin 11. Nêm 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 GVHD: T.S Trần Xuân Minh  7  SVTK: Trần Văn Hạnh Hình 1-4: Kết cấu cơ khí của thang máy 1.1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy 1.1.5.1 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 mặt phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ, chính xác không rung giật 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 sử 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. 1.1.5.2 Động cơ Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống. Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc, vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng với yêu cầu sử dụng tốc độ, mômen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy. Động cơ 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. 1.1.5.3 Phanh Phanh hãm điện từ: là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng hoặc khi có sự cố xảy ra. khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn đồng trục với trục động cơ, cũng có thể chúng được bố trí trên ca bin khi đó má phanh sẽ ép vào thanh dẫn hướng. Hoạt GVHD: T.S Trần Xuân Minh  8  SVTK: Trần Văn Hạnh động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của động cơ. Phanh bảo hiểm: Chức năng của phanh bảo hiểm là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo. 1.1.5.4 Cửa cabin và cửa tầng Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách 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 bị trong đó. Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời. Cửa cabin và cửa tầng khi hoạt động phải 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 đóng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có gắn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm. 1.1.5.5 Động cơ cửa Động cơ cửa gồm có động cơ cửa cabin và động cơ cửa tầng, khi làm việc phải êm không gây tiếng ồn. Loại động cơ này thường là động cơ một chiều không chổi than ( động cơ servo 1 chiều). Để điều khiển được loại động cơ này cần có bộ Driver thường đi kèm với từng loại động cơ. 1.1.5.6 Các thiết bị phụ khác Quạt gió, chuông liên lạc, các chỉ thị số báo tầng,… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy. Trong các thang máy trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động trong cabin và đối trọng. 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. Puly ma sát có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang. 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 chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng ca bin và một phần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp cân bằng. Việc chọn các GVHD: T.S Trần Xuân Minh  9  SVTK: Trần Văn Hạnh thông số cơ bản của hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lớn nhất và chọn cáp tính công suất động cơ và khả năng kéo của puly ma sát. 1.1.5.7 Cảm biến vị trí Trong thang máy cảm biến vị trí dùng để: -Xác định vị trí của buồng thang. - Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng. - Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác của buồng thang. Các loại cảm biến vị trí: 1, Cảm biến vị trí kiểu cơ khí (công tắc chuyển đổi tầng) 1 - Tấm cách điện 2 - Tiếp điểm tĩnh 3 - Tiếp điểm động 4 - Cần gạt 5 - Vòng đệm cao su Hình 1-5: Cảm biến vị trí kiểu cơ khí Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí. Khi buồng thang di chuyển đi lên, dưới tác dụng của vấu gạt (lắp ở mỗi tầng) sẽ gạt tay gạt sang bên phải cặp tiếp điểm (2) bên trái kín, khi buồng thang di chuyển theo chiều đi xuống, vị trí tay gạt ở bên trái cặp tiếp điểm (2) ở bên phải kín, khi buồng thang dừng tại đó thì vị trí tay gạt ở giữa lúc này cả hai cặp tiếp điểm đều hở. Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại công tắc ba vị trí, có ưu điểm là kết cấu đơn giản, thực hiện đủ ba chức năng của bộ phận cảm biến vị trí. Nhưng khi làm việc thì gây tiếng ồn lớn, gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến, tuổi thọ làm việc không cao, đặc biệt là đối với thang máy tốc độ cao. 2, Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng GVHD: T.S Trần Xuân Minh  10  SVTK: Trần Văn Hạnh Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu cảm ứng có dạng như hình 2-6. Cấu tạo của nó bao gồm: mạch từ hở 2, cuộn dây 3. Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây tương đối lớn. Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống. Hình 1-6 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển. Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang. .. 3, Cảm biến quang +V Square wave smaller signal lens Oscillator Led light +V Amplifier demodulator detector and switching circuits lens Phototransistor Hình 1-7 Cảm biến quang GVHD: T.S Trần Xuân Minh  11  SVTK: Trần Văn Hạnh Cảm biến quang gồm nguồn phát quang và bộ thu quang, nguồn phát sử dụng LED hoặc LASER (thường dùng điôt phát quang), bộ thu sử dụng Transistor quang. Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang hồng ngoại. Dùng mạch dao động để phát xa và tránh ảnh hưởng của nhiễu. Khi có vật đi qua giữa bộ phát và bộ thu, bộ thu sẽ thay đổi trạng thái đầu ra. 4, Cảm biến điện dung +V Electric field Electrode Oscillator Load switching Object Electrode Detector Hình 1-8 Cảm biến điện dung Công thức tính điện dung: C=A.K/D, cảm biến sẽ phát hiện vật đến gần vì vật này làm thay đổi điện môi giữa 2 bản cực đến giá trị đặt trước. Cảm biến có thể phát hiện vật đến gần cách vài cm. 5, Cảm biến điện cảm Inductive coil +V Metal Oscillator and leved detector Output switching Hình 1-9 Cảm biến điện cảm Dựa vào từ trường cảm ứng để nhận biết vật kim loại đến gần, dòng điện cảm ứng trong vật kim loại sẽ tạo từ trường ngược với từ trường ban đầu làm thay đổi cảmkháng cuộn dây. Cảm biến này có thể nhận biết bất kì kim loại nào. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  12  SVTK: Trần Văn Hạnh 6, Phần tử HALL Phần tử HALL là một chất bán dẫn. Nếu dòng điện B+ được cung cấp một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiều dòng điện. +12V HC205 Dßng ®iÖn §iÖn ¸p 470 100 PhÇn tö HALL Hình 1-10 Phần tử HALL 3 4 1 HN911L 2 5 6 K1 §Çu ra Hình 1-11 Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L 7, Bộ cảm biến hồng ngoại Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát ra một năng lượng hồng ngoại yếu. Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao, thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình 1-11. 1.2 Các yêu cầu đối với thang máy 1.2.1 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 phanh hãm, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được. Khi GVHD: T.S Trần Xuân Minh  13  SVTK: Trần Văn Hạnh mất điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi. 1.2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy 1, 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 1-12. 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. Hình 1-12: 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. 2, Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiển 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 GVHD: T.S Trần Xuân Minh  14  SVTK: Trần Văn Hạnh 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. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 113. Hình 1-13: Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ 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 hay bị GVHD: T.S Trần Xuân Minh  15  SVTK: Trần Văn Hạnh 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. 1.2.1.2 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 xuống đáy. Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang, 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. 1.2.2 Dừng chính xác buồng thang Buồng thang của thang máy cần phải dừng 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 : GVHD: T.S Trần Xuân Minh  16  SVTK: Trần Văn Hạnh - 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 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 được 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. 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] (2-1) Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s]. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  17  SVTK: Trần Văn Hạnh Buồng thang Mức dừng Dừng Mức đặt cảm biến dòng Hình 1-14: Dừng chính xác buồng thang 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]  2 m . ( F ph 2 v 0 F (2-2) 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: J . S , [m] "  2 i  (M 2 0 p h (2-3) Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang, [kgm2] Mph - mômmen ma sát, [N] Mc - mômen cản tĩnh, [N] GVHD: T.S Trần Xuân Minh  18  SVTK: Trần Văn Hạnh .  0 - 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: S  S ,  S " v 0 . t (2-4) 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. Bảng 1-1 Hệ truyền động điện Phạm Tốc độ vi điều di Gia chính xác chỉnh chuyển tốc khi dừng [m/s] 0,8 [m/s2] 1,5 [mm]  120 tốc độ Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp 1 : 1 Độ không  tốc độ Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp 1 : 4 0,5 1,5 150  10  15 tốc độ Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp 1 : 4 1 1,5  25  35 tốc độ Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 Hệ máy phát - động cơ có khuyếch 1:100 2,0 2 2,0 2  10  15  5  10 đại trung gian Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là : S  S 2  S1 2 (2-5) Trong đó: S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh Bảng 1-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng s. GVHD: T.S Trần Xuân Minh  19  SVTK: Trần Văn Hạnh  1.2.3 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 chuyển 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/s 2] và độ giật [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 cao tầng, 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. Bảng 1-2 Tham số Hệ truyền động Xoay chiều Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 2 Gia tốc cực đại (m/s ) 1 1 Gia tốc tính toán trung bình 0,5 0,8 Một chiều 1 1,5 1,5 1,5 0,8 1 2,5 2 1 3,5 2 1,5 (m/s2) Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm 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 1-2 . 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, GVHD: T.S Trần Xuân Minh  20  SVTK: Trần Văn Hạnh