Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy 5 tầng với trọng lượng tải 1050kg tốc độ 1,5 ms. Sử dụng PLC S71200. Chương 1: Tổng quan về thang máy. Chương 2: Thiết kế sơ bộ hệ thống thang máy Chương 3: Thực hiện chương trình điều khiển hoạt động của thang máy
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 5 TẦNG VỚI TRỌNG LƯỢNG TẢI 1050 KG, TỐC ĐỘ 1,5M/S Giảng viên hướng dẫn : TS Quách Đức Cường Sinh viên thực hiện : Hoàng Đức Anh - 2019605088 HÀ NỘI - 2023 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 6 1.1 Tổng quan về thang máy 6 1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy 6 1.2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống thang máy .6 1.2.2 Giếng thang 8 1.2.3 Cửa tầng 9 1.2.4 Phòng điều khiển 9 1.2.4.1 Phần động lực 9 1.2.4.2 Phần điều khiển 10 1.2.5 Hệ thống an toàn 10 1.2.6 Hệ thống điện .11 1.3 Một số yêu cầu kỹ thuật căn bản trong hệ thống thang máy 11 1.3.1 Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy .12 1.3.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy 12 1.3.1.2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố 13 1.3.2 Dừng chính xác buồng thang .14 1.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy .17 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG THANG MÁY 19 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 19 2.2 Tính toán hệ thống động lực điển hình .19 2.2.1 Tính toán lựa chọn động cơ 19 2.2.2 Lựa chọn biến tần, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ 23 2.2.2.1 Biến tần MM4XX của Siemens 23 2 2.2.2.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ 29 2.3 Lựa chọn thiết bị cảm biến 30 2.3.1 Cảm biến cửa thang máy (photocell) 31 2.3.2 Cảm biến trọng lượng 32 2.3.3 Cảm biến dừng tầng .33 2.4 Lựa chọn thiết bị điều khiển .34 2.4.1 Cấu hình PLC .34 2.4.2 Module mở rộng 34 CHƯƠNG 3: THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CỦA THANG MÁY .36 3.1 Mô tả quy trình hoạt động 36 3.2 Xây dựng sơ đồ điện hệ thống 36 3.2.1 Sơ đồ mạch điện 36 3.3 Cài đặt vận hành của biến tần .40 3.3.1 Cài đặt chế độ vận hành của biến tần 40 3.3.2 Thực hiện cài đặt PID trên biến tần để ổn định tốc độ thang máy.41 3.4 Lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển logic hoạt động của thang máy 41 3.4.1 Gắn địa chỉ biến 41 3.4.2 Lưu đồ thuật toán 44 3.4.3 Chương trình điều khiển 45 3.5 Mô phỏng hệ thống .52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Kết cấu cơ khí của thang máy 7 Hình 1.2 Dừng chính xác buồng thang 16 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thang máy .19 Hình 2.2 Biến tần MM440 24 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440 26 Hình 2.4 Đầu nối mạch lực 27 Hình 2.5 Đầu nối điều khiển của biến tần MM440 27 Hình 2.6 Biến tần Mitsubishi FR-D740-0.75K 29 Hình 2.7 Photocell dạng thanh .32 Hình 2.8 Cảm biến trọng lượng thang 33 Hình 2.9 Cảm biến quang phát hiện vị trí bằng tầng 33 Hình 2.10 CPU 1214C AC/DC/RLY 34 Hình 2.11 Module mở rộng I/O SM 1223 35 Hình 3.1 Sơ đồ mạch động lực .37 Hình 3.2 Sơ đồ các đầu vào ra CPU 1214C 38 Hình 3.3 Sơ đồ các đầu vào, ra module SM1223 39 Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển thang .44 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển cửa 45 Hình 3.6 Thêm thiết bị màn Hình WinCC trong TIA PORTAL 52 Hình 3.7 Thêm cổng kết nối cho thiệt bị WinCC 53 Hình 3.8 Giao diện thiết kế màn hình WinCC .53 Hình 3.9 Giao diện điều khiển giám sát thang máy trên WINCC 54 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng Δss 16 Bảng 1.2 Các tham số của hệ truyền động thang máy 17 Bảng 2.1 Thông số động cơ cần chọn 23 Bảng 2.2 Chức năng các đầu nối điều khiển 27 Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY 34 Bảng 3.1 Bảng địa chỉ vào ra của PLC 41 5 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước hàng loạt các công trình và nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước và nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung thang chở người nói riêng đã đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng, Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và sự phát triển khoa học, kỹ thuật em đã nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy 5 tầng với trọng lượng tải 1050 kg, tốc độ 1,5m/s” Đề tài đề cập đến lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống Quyển thuyết minh gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về thang máy Chương 2: Thiết kế sơ bộ hệ thống thang máy Chương 3: Thực hiện chương trình điều khiển hoạt động của thang máy Kết luận và hướng phát triển của đề tài Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh đồ án không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2023 Sinh viên thực hiện Hoàng Đức Anh 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 Tổng quan về thang máy Thang máy là một thiết bị nâng hạ, lắp đặt cố định, phục vụ cho những tầng dừng xác định, có cabin được thiết kế chở người hoặc hàng có hoặc không có người đi kèm, được treo bằng cáp hoặc xích, di chuyển theo rail dẫn hướng theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 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, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng… Đặc điểm của vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng nhà cao tầng không thành hiện thực Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm 1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy 1.2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 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 7 - 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 Hình 1.1 Kết cấu cơ khí của thang máy 8 Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hoàn chỉnh hơn, an toàn thuận tiện hơn Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy được thể hiện ở hình 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 11 Nêm chống rơi 12 Cơ cấu chống rơi 13 Giảm chấn 14 Thanh đỡ 15 Kẹp ray cabin 16 Giá ray cabin 17 Bulông bắt giá ray 18 Giá ray đối trọng 19 Kẹp ray đối trọng 1.2.2 Giếng thang Giếng thang là khoảng không gian hoạt động lên xuống của thang máy Trong hố thang có các rail dẫn hướng của phòng thang và đối trọng, cáp chịu lực và truyền động chính cho cabin Phần đáy hố bố trí các giảm sốc như lò xo, cao su hoặc thuỷ lực Người ta thiết kế khối lượng của đối trọng sẽ bằng khối lượng của cabin cộng với 1/2 khối lượng định mức hoạt động của thang Hệ thống điện dọc hố thang: các giới hạn hành trình trên cùng và dưới cùng Cabin được gắn một thanh cam để có thể tác động các tiếp điểm của hộp giới hạn này Khi cabin tác động hộp đầu tiên theo chiều di chuyển thì bắt buộc phải giảm tốc độ, nếu tiếp tục tác động hộp thứ 2 thì chiều điều khiển dịch chuyển sẽ được cắt, tác động hộp cuối cùng thì toàn bộ hệ thống điều khiển sẽ ngắt Người ta còn lợi dụng hộp điều khiển đầu tiên để reset lại bộ đếm Hệ thống đèn chiếu sáng dọc hố, các tiếp điểm cửa tại các tầng, các mạch hiển thị, nút nhấn, đèn nhớ tại các tầng, các thiết bị an toàn, switch nhận biết đứt hoặc dãn cáp hệ thống phanh khẩn cấp cơ khí được gọi chung là Govenor (hiểu theo chuyên môn) Govenor gồm có puly chính đặt ở phòng 9 máy, puly đối trọng làm cho sợi cáp luôn căng và di chuyển được đặt dưới hố thang Puly quay nhờ một sợi cáp di chuyển theo cabin, cabin di chuyển bao nhiêu thì Puly Govenor quay với tốc độ tương ứng Sợi cáp này được nối với một tay giật ổ thắng lắp theo cabin 1.2.3 Cửa tầng Khi đứng tại tầng chúng ta sẽ thấy cửa tầng thang máy, cùng với hộp điều khiển tầng gồm có: hiển thị trạng thái thang đang hoạt động (thang đang ở tầng nào, chiều phục vụ hiện tại, thang đang ở chế độ kiểm tra bảo dưỡng, báo lỗi…), nút nhấn gọi thang (loại có đèn nhớ), ổ khoá hoạt động của thang hoặc khoá gọi sử dụng thang Trạng thái bình thường thì các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu khoá cơ khí bên trong chuyên môn gọi là doorlock, nếu muốn mở được cửa từ bên ngoài thì bạn phải có chìa khoá để mở doorlock này ra, trên các doorlock được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết cửa đóng kín) Cửa tầng được thiết kế luôn luôn có xu hướng đóng lại nhờ vào đối trọng cửa luôn kéo cửa đóng Muốn mở cửa ra thì phải tác dụng lực lớn hơn lực kéo này (một số thang Châu Âu không sử dụng đối trọng mà dùng lò xo Thang máy chỉ hoạt động khi tất cả các cửa đều được đóng kín, khi thang ngang bằng tầng thì cửa cabin mở ra kéo theo cửa tầng mở, nếu cửa đã đóng kín rồi mà tiếp điểm cửa không đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là cửa chưa đóng và thang không hoạt động Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc nhiều cánh, các cánh cửa này sẽ liên kế truyền động với nhau để chúng mở đồng bộ 1.2.4 Phòng điều khiển 1.2.4.1 Phần động lực Đa số máy kéo thang máy hiện nay sử dụng động cơ 3 pha 380V được kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho từng loại thang và được sản xuất đồng bộ ở nước ngoài Đối với thang tốc độ cao người ta sử dụng trực tiếp tốc độ của động cơ (gọi là động cơ không hộp số, Gearless) Mỗi loại máy kéo sẽ có thông số chịu tải và tốc độ