Thiết kế điều khiển thang máy chở người mười tầng

gian hoạt động trong một tầng của thang máy là: T = Tm + Tlv + Th+d = 0,8 + 3,625 + 1,145 = 5,57 (s) * Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng là 5(s). Vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy là: 5,57 + 5 = 10,57 (s). Khi thang đi đến tầng 5, cho dõng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống. + Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng 2 lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 4 lên tầng 5 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 5 đến tầng 6 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 6 đến tầng 7 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 7 đến tầng 8 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 8 đến tầng 9 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 9 đến tầng 10 bằng 5,57(s). + Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s). c. Tính mô men đẳng trị và tính chọn công suất động cơ: * Mô men đẳng trị: Trong đó Mi là trị số mômen tương ứng với khoảng thời gian ti. mà Pđt = Mđt.wĐ Trong đó wĐ là vận tốc góc của động cơ, ta có: ® Pđt = 93,37´49,95 = 4664 (W) = 4,664(KW). T§% = å tilv å tilv + å ting * Tính hệ số tiếp điện tương đối: Trong thùc tÕ ®éng c¬ dïng cho cÇu trôc, m¸y n©ng-h¹ th­êng cã hÖ sè tiÕp ®iÖn T§% = 25%, v× vËy ta quy ®æi c«ng suÊt ®éng c¬ vÒ lo¹i cã T§% = 25%. T§% = 2´4´5,57 2´4´5,57 + 2´5´5 + 10 ´100% = 42% P = P®t T§th% T§tc% = 4,664 42 25 = 6 (KW) Trong ®ã: tilv lµ kho¶ng thêi gian lµm viÖc ting lµ kho¶ng thêi gian nghØ Dựa vào cuốn “ Các đặc tính động cơ trong truyền động điện” ta chọn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25%. Kí hiệu: MTK-22-6 có các thông số sau: Pđm = 7,5 KW nđm = 905 vg/ph Istđm = 19,3 (A) Ist0 = 12 (A) Rst = 0,685 (W) Xst = 0,733 (W) Mô men quán tính của rôto: J = 0,138 Kgm2 Khối lượng của động cơ : Q = 153 Kg d. Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn: Ta có: M®m = mµ w®m = 2.p.n 60 = 2´3,14´905 60 = 94,72 (rad/s) Þ M®m = 7,5´103 94,72 = 79,18 (Nm) P®m w®m Thực tế động cơ chịu M = 2,3.Mđm = 2,3´79,18 = 182,11 (Nm) mà ta có: Mđt = 58,5 (Nm) Þ Mđc > Mđt vì vậy theo phương pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu về mặt phát nóng. 2.2.2. Chọn biến tần: 1. Giới thiệu về biến tần: * Bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều. * Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau: Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn. Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi. Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số. * Các bộ biến tần được chia làm hai loại chính: a.Bộ biến tần phụ thuộc (hay BBT trực tiếp): Là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới f1, fs = (0 đến 0,5)f1. Đặc điểm của loại biến tần này là có số lượng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù có ưu điềm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần số khác với hiệu suất cao, nh­ng vẫn Ýt được sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế thường dùng cho truyền động có công suất lớn. Sơ đồ khối: ~f1,U1 ~f2,U2 BBT ~f1 ~f2 Hình 2.3. Cấu trúc của BBT trực tiếp BBT trực tiếp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành f2, không qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao nhưng việc thay đổi tần số ra khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1. b.Bộ biến tần độc lập (hay BBT gián tiếp): + Sơ đồ khối: U1,f1 + - Ud Id §K U1,f1 Läc CL NL Hình 2.4. Cấu trúc của BBT gián tiếp + Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. + Tuỳ theo tính chất của bộ chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra mà BBT gián tiếp chia ra BBT nguồn dòng hay BBT nguồn áp: Bé biến tần nguồn dòng: có nguồn cấp một chiều là nguồn dòng, điện trở trong của nguồn rất lớn. Điều này dẫn đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lưu có dạng chữ nhật nếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng Sin nhưng mang các định nhọn ở thời điểm chuyển mạch. Khác với bộ nghịch lưu nguồn áp, ở bộ nghịch lưu dòng liên lạc điện áp một chiều phải qua cuộn dây. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rất thích hợp với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột của mômen trên trục động cơ. Hơn nữa, ở bộ nghịch lưu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu cực động cơ không gây hư hỏng nghịch lưu vì dòng điện luôn có xu hướng giữ không đổi. Mội điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng có thể thực hiện được hãm tái sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng được công suất đơn vị động cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn.Dạng dòng điện của nguồn dòng xác định dạng dòng điện ra trên tải, còn dạng điện áp trên tải thì phụ thuộc các thông số tải. Đặc điểm là có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha, động cơ rôto lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một điôt gọi là điôt chặn. Bé biến tần nguồn áp: Ta có cấu trúc BBT nguồn áp: Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nguồn áp - Bộ biến tần nguồn áp có nguồn cấp một chiều là nguồn áp, điện trở trong rất nhỏ. Dạng điện áp của nguồn áp xác định dạng điện áp ra trên tải, còn dạng dòng điện tải thì phụ thuộc các thông số của tải. Việc điều chỉnh điện áp ra ở trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới. - Nguyên lý của BBT nguồn áp bao gồm một mạch chỉnh lưu CL, chỉnh lưu điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều. Điện áp một chiều này qua mạch lọc trung gian L sau đó đưa vào bộ nghịch lưu NL tạo ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ khác so với điện áp lưới. - Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với bộ biến tần nguồn áp: Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ của động cơ. Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ thông khe hở trong không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở stator, có thể xem suất điện động E » điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nhưng giữ nguyên điện áp sẽ dẫn đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến bão hoà mạch từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng tổn hao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao. Ngược lại từ thông khe hở không khí giảm dưới định mức sẽ làm giảm khả năng tải của động cơ. Vì vậy, việc giảm tần số động cơ dưới tần số định mức thường đi đôi với việc giảm điện áp pha U sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. + Thiết bị biến tần chỉ tạo ra được điện áp hình sin chữ nhật hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài, người ta có thể dùng các bộ lọc, và như vậy, trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc thấp. Biện pháp “ điều biến độ rộng xung” nhằm đáp ứng yêu cầu trên có nội dung chính như sau: + Tạo một sóng dạng sin um, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số mong muốn. + Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định up, ta gọi là sóng mang, có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số của sóng điều biến. + Dùng một khâu so sánh để so sánh um và up. Các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng tác động của xung điều khiển tiristor và transitor công suất. Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: Điều biến độ rộng xung đơn cực và điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Sơ đồ: Hình 2.6. Sơ đồ điều biến độ rộng xung Điều biến độ rộng xung đơn cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và +E trong nửa chu kì dương và 0 và -E trong nửa chu kì âm. + Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L: Hình 1.8 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải u là một hàm chu kì, lẻ. Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng dạng sin. Biên độ của các sóng hài tính theo công thức: Hình 2.7. Điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L Khi n = 1, ta có: U2m = 0 Khi n = 3: Biên độ của các sóng hài có dạng tổng quát nh­ sau: Trong đó: n = 1,3,5… ai - góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ 1 đến k; ak - góc trạng thái cuối cùng trước p/2; Nh­ vậy, đối với điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải không chứa các sóng hài bậc 3,5 và 7 cần phải có: Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số ±E. Tỷ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, kí hiệu là M, được gọi là tỷ số điều biến, M = Am / Ap. Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung. Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ lớn nhất. Muốn giảm nhỏ điện áp ra, ta giảm nhỏ Am. + Giản đồ điều biến độ rộng xung lưỡng cực, tải R+L: Hình 1.9 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chỉ chứa các thành phần sin. Hình 2.8. Điều biến đồ rộng xung lưỡng cực, tải L+R Biên độ sóng hài được tính theo công thức: U2m = 0 Biểu thức tổng quát của biên độ sóng hài của điều biến độ rộng xung lưỡng cực: Khi u bắt đầu bằng một xung dương. Khi u bắt đầu bằng một xung âm. Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có: 1 - 2cos3a1 + 2cos3a2 = 0 1 - 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0 Bằng phương pháp tính gần đúng tìm được a1 = 230 616, a2 = 3303. Nh­ vậy điện áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao 7,9,11… Có thể xem: * Các BBT hiện nay được chế tạo chọn bộ, các BBT này thông thường bao gồm: hệ thống mạch có thể là tiristor hoặc có thể là tranzitor và một trung tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ one-chip. Trung tâm điều khiển này làm nhiệm vụ đóng mở các van bán dẫn mạch lực, có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoài và truyền thông với các thiết bị khác. Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ cho các van. Từ những đặc điểm của biến tần vừa nêu, đối chiếu với yêu cầu của đồ án thì em chọn biến tần nguồn áp. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp. Nã cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ xoay chiều nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh­ các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn… phương pháp này còn được ứng dụng nhiều cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao như máy ly tâm, máy mài. Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi trường . 2. Chọn biến tần: Dùa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với động cơ, em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều khiển trở phanh hãm PLKEB47P5 + 75W/780W của hãng OMRON có các thông số nh­ sau: Điện áp danh định: 3 pha 400VAC. Cấu trúc bảo vệ: Loại kín lắp trên tường (NEMA1 và IP20). Công suất tải động cơ tối đa: 7,5KW. a.Các chức năng thuận tiện khi sử dụng biến tần 3G3MV - A4075: + Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnh FREQ ở mặt điều khiển trước. + Dễ bảo trì, quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế. Tuổi thọ của quạt có thể kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tần bắt đầu hoạt động. + Triệt tiêu sóng hài: có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quả hơn cuộn kháng AC thông thường; hoặc có thể kết hợp cả hai để tăng hiệu quả. + Tương thích với RS - 422/485 và Compobus/D: Các bé 3G3MV đều có sẵn RS - 422/485 cho truyền tin nối tiếp theo giao thức ModBus. Ngoài ra 3G3MV có thể lắp thêm một card mạng Compobus/D tuỳ chọn cho giao tiếp với mạng DeviceNet. Chỉ mét trong hai loại truyền tin trên là có thể sử dụng tại một thời điểm. b.Kí hiệu: Hình 2.9. Sơ đồ biến tần 3G3MV-A4075 Trong đó: Hình 2.10. Sơ đồ hiển thị của biến tần c. Hành trình của thang máy: Hình 2.11. Đồ thị hoạt động của thang máy d. Đặt đường cong V/f (n11 đến n17): Đặt đường cong V/f sao cho mômen đầu ra motor được điều chỉnh đến mức mômen tải yêu cầu. 3G3MV có sẵn chức năng tăng momen tự động . Do đó một mức tối đa là 150% momen bình thường có thể được đưa ra đầu ra ở tần số 3Hz mà không cần thay đổi thông số mặc định nếu không cần phải thay đổi đặc tính momen. Ta có bảng khoảng đặt, đơn vị đặt các giá trị tần số, điện áp. Bảng 2.1. Bảng thông số điện áp và tấn số của biến tần Khoảng đặt Đơn vị đặt n11 Tần sè max ( FMAX) 50 - 400 (Hz) 0.1 Hz n12 Điện áp max (VMAX) 1 - 255 (V) 1V n13 Tần số điện áp max (FA) 0.2 - 400 (Hz) 0.1 Hz n14 Tần sè ra giữa (FB) 0.1 - 399,9 (Hz) 0.1 Hz n15 Điện áp tần số ra giữa (VC) 1 - 255 (V) 1V n16 Tần sè ra min (FMIN) 0.1 - 10.0 (Hz) 0.1 Hz n17 Điện áp tần số ra min (VMIN) 1 - 50 (V) 1V Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tần số và điện áp Chó ý: Tải trục đứng hay tải với ma sát trượt lớn có thể yêu cầu mômen cao ở tốc độ thấp. Nếu không đủ mômen ở tốc độ thấp, tăng điện áp ở dải tốc độ thấp khoảng 1V, với điều kiện là không có quá tải để phát hiện. Nếu phát hiện thấy có quá tải, hãy giảm giá trị đặt hay xem xét đến một loại biến tần có công suất cao hơn. Theo tính toán ở phần trên, ta tính được f1stator,U1; f2stator,U2; f3stator,U3 để từ đó ta đặt được đường cong V/f: + (Hz) ® (Hz) + (Hz) (Hz) + (Hz) (Hz) Chương 3 VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 3.1. Yêu cầu chung về điều khiển: 3.1.1. Yêu cầu về kĩ thuật: Thang máy phải dễ điều khiển, làm việc tin cậy, có độ bền vững và tuổi thọ lớn, dừng chính xác ở sàn tầng. 3.1.2. Yêu cầu về an toàn: Đối với thang máy chở người, yêu cầu về an toàn là yếu tố quan trọng nhất vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá bằng tính mạng của hành khách. Để đảm bảo thang máy làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang máy phải đạt độ tin cậy cao nhất. Giữa phần cơ và phần điện của thang máy phải có khoá liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì phần điện mới được phép hoạt động. 3.1.3. Yêu cầu về kinh tế: Thang máy phải có vốn đầu tư vừa phải tương ứng với loại nhà, chi phí vận hành Ýt. 3.1.4. Yêu cầu về công nghệ: + Thang máy phải dễ điều khiển và hiệu chỉnh ( tính đơn giản cao ). + An toàn tuyệt đối cho người và thiết bị. + Yêu cầu về dừng chính xác cao, không gây khó chịu cho hành khách, phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 3:1 đến 10:1. 3.1.5. Yêu cầu về truyền động: Có thể nói một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm. Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là: Tốc độ di chuyển: v [m/s] Gia tốc: a [m/s2] Độ dật: r [m/s3] * Tốc độ di chuyển của buồng thang: quyết định năng suất của thang máy, có ý nghĩa 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 = 3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt 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 = 3,5 m/s, giá thành tăng lên 4 ¸ 5 lần. Vì vậy, tuỳ theo độ cao của toà 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 giảm thời gian mở máy và hãm máy, nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn có thể gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách ( nh­ chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở,…) vì vậy gia tốc tối ưu là a £ 2 m/s2. * Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ của gia tốc khi hãm máy đó chính là độ dật r: r = da dt = d2v dt2 Khi gia tốc a £ 2 m/s2 thì độ dật không được quá 20 m/s3. Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình II.1. Hình 3.1. Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ v và độ dật r theo thời gian. Biểu đồ trên chia làm 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng. * Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh. Khi w = 0 thì Mc lớn; Mc = ( 2¸ 2,5) Mcđm 3.1.6. Yêu cầu về cơ cấu hãm: * Buồng thang dừng chính xác: Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây những hiện tượng sau: Đối với thang máy chở khách làm cho khách ra, vào khó khăn; tăng thời gian ra, vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất. Đối với thang máy chở hàng gây khó khăn trong việc xếp và boóc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. * Buồng thang không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. * Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang khi tốc độ di chuyển vượt quá (20¸ 40)% tốc độ định mức. 3.1.7. Yêu cầu về mômen quán tính: Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Động cơ truyền động cho thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn. 3.1.8. Yêu cầu về vận hành: Không được vận hành trong trạng thái bất thường, nếu cần đảo chiều phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột. 3.2. Chọn thiết bị điều khiển: 3.2.1. Tổng quan về PLC: 1. Giới thiệu về PLC: a. PLC (Program mable Logic Controler - Bộ điều khiển lập trình): Thực chất là một máy tímh công nghiệp đặt tại dây truyền sản xuất. Hiện nay PLC không những tín hiệu logic mà còn xử lý những tín hiệu analog (tương tự) thực hiện các luật điều khiển trong các bộ điều chỉnh tự động PI, PID, Fuzzy hoặc các mạch vòng điều khiển nh­ mạch vòng tốc độ, mạch vòng vị trí. b. Hệ thống điều khiển PLC: * Hệ thống điều khiển là tập hợp các dụng cụ thiết bị điện tử được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chỉnh đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn.Với những thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi hệ thống tự động hoá hoàn toàn đó là PLC. * PLC được sử dụng để kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra nó còn được giao diện để kết nối vối các thiết bị khác (nh­ bảng điều khiển động cơ, quận dây, hiển thị LED,…). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lí, điều khiển hệ thống lớn.Ngoài ra nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng vai trò rất quan trọng. PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu không được kết nối với các thiết bị cảm ứng (sensor) và nó cũng không cho phép bất kì máy móc nào hoạt động nếu đầu ra của PLC không được kết nối với động cơ , rơle,… c. Đặc điểm của bộ điều khiển PLC : PLC là một máy tính công nghiệp , PLC được chế tạo ở các dạng modul chuẩn dễ dàng lắp ráp và bảo dưỡng. PLC là những thiết bị có độ bền cao đối với môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt. Dễ sử dụng và giao tiếp . PLC thực chất là một hệ vi xử lí có cấu trúc đặc biệt. d. Khả năng làm việc của bộ điều khiển chương trình của PLC : + Điều khiển chuyên gia giám sát : Thay cho điều khiển rơle. Thời gian đếm . Thay cho các PANEL điều khiển mạch in. Điều khiển tự động , bán tự động bằng tay các máy và các quá trình. + Điều khiển dãy: Các phép toán số học. Cung cấp thông tin. Điều khiển PID. Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất). Điều động cơ chấp hành. Điều khiển động cơ bước. + Điều khiển mềm dẻo: Điều hành quá trình và báo động. Phát hiện lỗi và điều hành. Ghép nối với máy tính (RS 232C/ RS 242). Máy in ghép nối . Mạng tự động hoá xí nghiệp. Mạng cục bộ . Mạng mở rộng. FA.EMS.CIM. f. Ưu và nhược điểm khi sử dụng PLC trong các hệ điều khiển: + Khi sử dụng PLC trong hệ điều khiển lôgic truyền thống: Ưu điểm : - Tính tác động nhanh cao. - Dễ thực hiện với các sơ đồ đơn giản. - Sử dụng trong các mạch công suất lớn. Nhược điểm: Tính không bền dẻo thể hiện: - Mỗi cấu trúc vật lý của hệ thực hiện một hàm điều khiển lôgic duy nhất. - Muốn thay đổi hàm điều khiển phải thay đổi cấu trúc vật lý. + Thực hiện hàm điều khiển logic bằng chương trình: Ưu điểm: Tính mềm dẻo cao thể hiện: - Mỗi cấu trúc vật lý có thể thực hiện các hàm điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào chương trình. - Để thay đổi hàm điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình mà không cần thay đổi cấu trúc vật lý. Nhược điểm: - Tính tác động nhanh không cao vì nó thực hiện bằng chương trình. g. Vai trò của PLC: * Trong một hệ thống điều khiển tự động PLC được xem như là bộ não của hệ thống điều khiển. Với một chương trình cụ thể ( đã được lưu trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập. Dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu. * PLC được dùng để kiểm tra hệ thống từ đơn giản đến phức tạp hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức tạp. h. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá: Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn. Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. Có thể tính toán chính xác giá thành. Cần Ýt thời gian huấn luyện. Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. Dễ bảo trì các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. Độ tin cậy cao. Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển. Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ Èm, điện áp dao động, tiếng ồn,… 2. Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC: a. Các thiết bị vào: Sự thông minh của một hệ thống tự động phụ thuộc vào khả năng đọc tín hiệu từ các cảm biến tự động từ PLC. Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút Ên, cầu dao, phím,… Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh­: công tắc, trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến tốc độ,… Các tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic ON/OFF hoặc tín hiệu analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập. b. Các thiết bị ra: Trong hệ thống tự động hoá nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thíêt bị ra thì hệ thống sẽ không hoạt động. Các thiết bị ra là: động cơ, cuộn dây, rơle,… Thông qua các hoạt động của cuộn dây, motor PLC sẽ có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản cho đến phức tạp.Các loại thiết bị ra này làm một phần kết cấu của hệ thống tự động hoá vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên các thiết bị ra khác như: đèn pilot, còi và các báo động chỉ cho biết các mục đích khác như: báo cho chóng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào, các PLC thiết bị ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. 3. Đặc điểm chung của các bộ điều khiển khả trình PLC: a. Bộ điều khiển khả trình PLC (Program mable Logic Controler): Bộ điều khiển PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle, công tắc tơ và các thiết bị cồng kềnh. Nó tạo ra khả năng điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình bằng tệp lệnh cơ bản. Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện các nhiệm vụ khác như: định thời gian,… làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp b. .Sơ đồ khối bên trong PLC: Bộ nhớ chương trình Bé nhí D÷ liÖu Nguồn cấp điện Khối ngõ vào Khối ngõ ra Khối điều khiển trung tâm Mạch giao tiếp và cảm biến Mạch công suất và cơ cấu tác động Panel lËp tr×nh Hình 3.2. Sơ đồ khối bên trong PLC. c. Thời gian quét: * PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (SCAN). Quá trình đọc các đầu vào thực hiện chương trìnhvà đưa tín hiệu đầu ra gọi là quét. Thời gian quét là quá trình liên tục và tuần tự từ đọc đầu vào, đánh giá và quyết định logic điều khiển và đưa tín hiệu ra. Đặc điểm của thời gian quét là nó cho ra bộ điều khiển phản ứng với đầu vào và xử lý chính xác logic điều khiển nhanh hay chậm. Thời gian cần thiết cho một lần quét thay đổi từ 1ms đến 30ms. Hình 3.3. Sơ đồ vòng quét. * Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian quét: Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài chương trình ứng dụng. Việc sử dụng các hệ thống I/O từ xa sẽ làm tăng thời gian quét do phải truyền tín hiệu từ đầu ra I/O đến hệ thống từ xa. Việc điều hành chương trình điều khiển cũng làm tăng thêm thời gian quét bởi vì bộ xử lý trung tâm (CPU) phải giữ trạng thái của các cuộn dây và các tiếp điểm đến CRT hoặc đến các phần tử khác. d. Hoạt động của PLC: Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trình trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển ở các đầu ra cho các thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào/ra PLC cho phép nó kết nối trực tiếp với những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở các cổng ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở các cổng vào mà không cần có các mạch giao tiếp, các rơle trung gian. Tuy nhiên khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn thì cần phải có các mạch điện tử công suất trung gian. e. Ưu điểm khi sử dụng PLC: * Sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây Nếu có sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua các thiết bị lập trình thông dụng. * Khi sử dụng PLC thì thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống đòi hỏi phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. 4. Cấu trúc phần cứng của PLC: * Phần cứng PLC tương tự nh­ một máy tính, chúng có đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển công nghiệp nh­: Khả năng chống nhiễu tốt. Cấu trúc dạng môdul cho phép dễ dàng ghép nối và thay thế, tăng khả năng (nối thêm môdul mở rộng vào ra), thêm chức năng (nối thêm các môdul chuyên dùng). Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở cổng vào và cổng ra được chuẩn hoá. Thực hiện các logic điều khiển phức tạp mà hệ thống điều khiển rơle, công tắc tơ không thể thực hiện được. Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng là LADDER, STL, FUNCTIONCHART dễ hiểu và dễ sử dụng. * PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ xử lý trung tâm. Bộ nhí. Khối vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ điện, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng tháI của chúng và thông qua chương trình. Trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các “tiếp điểm” để kích hoạt các thiết bị tương ứng. Nh­ vậy sự hoạt động của các thiết bị điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình có trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua các thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc bằng máy tính với các phần mềm chuyên dụng. a. Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit ): CPU điều khiển và quản lý toàn bộ tất cả các hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối ra thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock, tần số chuẩn thường là 1 MHz hay 8 MHz tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý thường dùng. Tần số xung clock xác định hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống. b. Bộ nhí: · Tất cả các loại PLC đều sử dụng loại bộ nhớ sau: + ROM ( READ ONLY MEMORY ): Bộ nhớ chỉ đọc dùng để lưu giữ chương trình điều hành. + RAM ( RANDON ACCESS MEMORY ): Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên dùng để lưu giữ tạm thời các giá trị logic khi chương trình thực hiện. + EEROM ( ELECTRONIC EARSABLE PROGRAM MABLE READ ONLY MEMORY ): Bộ nhớ này thường dùng để lưu giữ chương trình công nghệ. Đối với PLC loại nhỏ thông thường bộ nhớ có dung lượng cố định thường khoảng 2 KByte. Dung lượng này là đủ cho khoảng 80% hoạt động điều khiển trong công nghiệp. · Cấu trúc vùng nhớ trong PLC: Vùng nhí IR: Vùng nhớ này được chia làm hai vùng nhớ: + Vùng xuất nhập: Các Bit trong vùng này được phân bố đều cho các ngõ nhập và xuất. Chúng phản ánh trạng tháI ON/OFF của tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra. Các Bit nhập bắt đầu từ IR 0000 và các Bit xuất bắt đầu từ IR 1000. + Vùng làm việc: Đối với các CPM2 CPU thì tất cả các Bit nằm trong khoảng IR 020 đến IR 049 và IR 200 đến IR 207 không sử dụng các chức năng đặc biệt mà nó được sử dụng nh­ các Bit làm việc. Các Bit làm việc reset khi CPU bị mất nguồn hoặc bắt đầu làm việc hoặc ngừng. Vùng nhí SR: Các Bit này hoạt động nh­ là các cờ để liên hệ hoạt động của PLC. Vùng nhí TR: Khi một sơ đồ phức tạp không thể lập trình bằng mã gợi nhớ thì các Bit này được sử dụng để lưu giữ tạm thời điều kiện thực hiện tại điểm rẽ nhánh. Chúng chỉ được sử dụng cho mã gợi nhớ khi lập trình trực tiếp sơ đồ hình thang bằng cách sử dụng phần mềm Ladder Support Software (LSS) hoặc phần mềm Sysmac Support Software (SSS) thì các Bit TR sẽ được xử lý một cách tự động. Các Bit TR giống nhau không thể sử dụng quá một lần trong cùng một hệ lệnh nhưng có thể sử dụng lại trong bộ các Bit TR không thể kiểm tra từ các thiết bị ngoại vi. Vùng nhí HR: Các Bit trong vùng nhớ này sẽ giữ lại trạng thái ON/OFF của nó khi PLC mất nguồn hoặc khi PLC ngừng hoạt động. Các Bit này có thể sử dụng như các Bit làm việc. Vùng nhí LR: Khi PLC liên kết 1:1 với PLC khác, các Bit này được sử dụng để chia dữ liệu. Trong các Bit này LR có thể được dùng để liên kết dữ liệu. Vùng nhí DM: Dữ liệu được đề xuất trong các khối word, vùng DM được chia làm 2:1 vùngcó thể sử dụng tự do, vùng còn lại được sử dụng với những chức năng riêng biệt. Vùng nhí TC (TIMER - CNT): Vùng này dùng để quản lý thời gian và đếm với TIM, TIMH, CNT và CNTR. Các số giống nhau được sử dụng cho cả TIMER và COUNTER, mỗi số chỉ được sử dụng duy nhất một lần trong chương trình máy ứng dụng. Không được sử dụng hai sè TC giống nhau thậm chí đối với các lệnh khác nhau. c. Khối vào/ra: * Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5VDC và 15VDC ( điện áp cho TTL và CMOS ) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều thường là 24VDC đến 240VDC với dòng lớn. * Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa các vi mạch điện tử của PLC với các mạch công suất lớn bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, dòng nhỏ cỡ 2A trở xuống không cần các mạch công suất trung gian hay các rơle trung gian. * Các loại cổng vào/ra: Loại cổng ra: Loại cổng ra dùng rơle: Hình 3.4. Động cơ kéo buồng thang Hình 3.5. Mô hình thang máy của công ty ThyssenKrupp Hình 3.6. Bảng điều khiển phía trong buồng thang. Hình 3.7. Bảng điều khiển bên ngoài buồng thang đặc điểm. + Tất cả các loại cổng vào đều được cách ly với các tín hiệu điều khiển bên ngoài bằng mạch cách ly quang ( opto - isolator ). + Mạch cách ly quang dùng một điôt phát quang và một tranzitor gọi là bộ opot - coupler. Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua và gim các tín hiệu điện áp xuống mức điện áp chuẩn. Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi chuyển các công tắc bảo vệ quá áp từ điện cấp, thường lên đến 1500V. 3.2.2. Sensơ : * Theo yêu cầu về điều khiển thang máy chúng em đã chọn các loại cảm biến sau: a. Cảm biến đến gần: Cấu tạo: Hình 3.9. Cấu tạo của cảm biến đến gần. Chọn cảm biến đến E2EV-X10 có các thông số sau: + Khoảng cách phát hiện: 10mm ± 10%. + Điện áp nguồn cung cấp: 12¸24VDC. + Dòng điện: 15mA max. + Chức năng cảm nhận chính: Phát hiện những kim loại có tính từ hay không có tính từ. b. Cảm biến quang điện Cấu tạo: Hình 3.10. Cấu tạo của cảm biến quang điện c. Cảm biến cảm ứng: Cấu tạo: Hình 3.11. Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng. Cấu tạo của cảm biến cảm ứng bao gồm: Mạch từ hở 2 và cuộn dây 3. Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây khá 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. Sự phụ thuộc điện cảm cuộn dây L vào vị trí thanh động 1 được biểu diễn trên hình 3.11. Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm để dùng trong hệ thống điều khiển. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến để thực hiện dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến để chỉ vị trí buồng thang … d. Nót Ên. Hình 3.12. Cấu tạo của nót Ên. e. Rơ le điện từ. Hình 3.13. Cấu tạo Rơ le điện từ. * Ở mỗi tầng của thang máy đặt bốn cảm biến: Sensor lên tầng. Sensor xuống tầng. Sensor giảm tốc. Sensor dõng. Chương 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 4.1. Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC: 4.1.1. Xác định qui trình công nghệ: Trước tiên ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động. Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nó nhận tín hiệu và gửi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý số liệu và gửi nó đến thiết bị đầu ra để điều khiển hoạt động của hệ thống nh­ lập trình sẵn trong chương trình. 4.1.2. Xác định đầu vào/ra: Tất cả các thiết bị vào/ra bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bị vào là các cảm biến ( sensơ ), nút Ên,…;thiết bị ra là những van điện từ, motor, bộ hiển thị,…Sau khi xác định tất cả các thiết bị vào/ra cần thiết ta định vị các thiết bị vào/ra tương ứng cho từng ngõ vào/ra trên PLC trước khi viết chương trình. 4.1.3. Viết chương trình: Chương trình được viết theo sơ đồ bậc thang (ladder) phải theo sự hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống. 4.1.4. Nạp chương trình vào bộ nhớ: Cấp nguồn cho bộ lập trình có điều khiển thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bé console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong kiểm tra lại bằng cách chuẩn đoán. 4.1.5. Chạy chương trình: Trước khi nhấn nút start phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối vào các ngõ vào/ra đến các thiết bị xuất bị xuất nhập đã được nối đúng theo địa chỉ, lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗithì máy tính hoặc bộ consele sẽ báo còi ta phải sửa cho khi nó hoạt động an toàn. 4.2. Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chương trình: Hình 4.1. Lưu đồ thiết kế bộ điều khiển chương trình 4.3. Ứng dụng bộ điều khiển PLC vào điều khiển thang máy mười tầng: 4.3.1.Luật điều khiển thang máy: a. Luật điều khiển chung: Trong thang máy có các nút gọi tầng được bố trí ngoài cửa của mỗi tầng, các nút Ên đến tầng được đặt trong buồng thang. Các tín hiệu gọi tầng và đến tầng là ngẫu nhiên không theo mét quy luật nào cả nên yêu cầu của công nghệ phải đáp ứng được mọi yêu cầu của hành khách và tối ưu về quãng đường buồng thang di chuyển, tối ưu về thời gian và năng lượng. Thang máy thường được điều khiển theo chiều tối ưu về chiều chuyển động. b. Nguyên tắc hoạt động: PLC sẽ nhận tín hiệu của nút Ên gọi tầng hoặc đến tầng (ưu tiên đối với nút Ên đến tầng) để xác định chiều chuyển động cho thang máy nhờ vào sự so sánh vị trí của buồng thang đang đứng với lệnh gọi tầng hoặc đến tầng. Nếu lệnh đến (gọi) tầng mà lớn hơn vị trí buồng thang thì PLC phát lệnh cho thang máy đi lên. Trong quá trình đi lên PLC vẫn tiếp tục nhận các lệnh đến tầng và gọi tầng. Các lệnh này sẽ được nhớ vào trong quá trình chuyển động (chuyển động lên). + Nếu thang máy đang ở tầng một, có hành khách muốn đến tầng năm, thang máy sẽ chuyển động lên, trong quá trình chuyển động lên nếu có người nào đó Ên tầng ba thì thang máy sẽ dừng lại ở tâng ba trước sau đó mới tiếp tục chuyển động lên tầng năm, đây là quá trình thực hiện lệnh quá giang. + Nếu thang máy đang ở tầng ba (theo chiều chuyển động lên), nếu có người gọi tầng một và có người gọi tầng năm thì thang máy sẽ chuyển động lên tầng năm sau đó mới chuyển động xuống tầng một, đây là quá trình ưu tiên về chiều chuyển động. Nếu lệnh đến (gọi) tầng mà nhỏ hơn vị trí buồng thang thì PLC sẽ phát lệnh cho thang máy đi xuống và lại thực hiện các lệnh quá giang theo chiều xuống. Nếu lệnh đến (gọi) tầng bằng vị trí buồng thang thì PLC sẽ phát lệnh mở cửa buồng thang. Sau khi thang máy thực hiện các lệnh gọi tầng và đến tầng tiếp theo chiều chuyển động của nó, thang máy sẽ tự động quay lại để thực hiện các lệnh vừa nhớ. Quá trình giảm tốc sẽ được bắt đầu khi mét trong hai cảm biến của tầng tác động, động cơ chỉ được dừng khi hai cảm biến tác động. Việc đóng, mở cửa chỉ được thực hiện khi thang máy đã dừng hẳn, cửa sẽ tự động mở ra, sau một thời gian nhất định cửa sẽ đóng lại. Trong quá trình đóng cửa nếu có chướng ngại vật cửa sẽ tự động mở ra. c. Điều khiển động cơ đóng, mở cửa: * Điều khiển động cơ đóng cửa: Khi cửa buồng thang đã mở trong một thời gian nhất định thì nó sẽ tự động đóng lại, nếu hành khách trong ca bin muốn đóng cửa ngay thì Ên vào nút đóng ngay. Khi cửa buồng thang đóng gặp công tắc hành trình thì tiếp điểm thường kín của công tắc hành trình mở ra, động cơ mở cửa không tác động. * Điều khiển động cơ mở cửa: Khi thang máy đã dừng ở tầng yêu cầu thì đầu ra PLC sẽ điều khiển động cơ mở cửa, sau một thời gian nhất định cửa sẽ tự động đóng lại. Nếu người ở trong ca bin muốn mở lại cửa thì chỉ cần Ên nút mở cửa lại thì công tắc hành trình mở ra, động cơ mở cửa dừng. d.Báo thang máy đi lên hay đi xuống: Khi thang máy đi lên thì tín hiệu đi lên được giữ lại nhờ rơle chốt Keep(11) và điều khiển đèn sáng (mũi tên đi lên). Khi thang máy đi xuống thì tín hiệu đi lên được xoá và tín hiệu đi xuống lại điều khiển đèn sáng (mũi tên đi xuống). e. Báo vị trí của buồng thang: Khi sensơ lên tầng hoặc xuống tầng có tín hiệu thì tín hiệu này được lưu lại nhờ rơle chốt và điều khiển Led ở tầng đó. Khi thang đi xuống hoặc đi lên tầng khác thì tín hiệu của sensơ lên tầng lúc trước bị xoá, Led ở vị trí tầng trước tắt và tín hiệu từ sensơ lên xuống tầng mới điều khiển Led tầng mới. f. Xử lý các lệnh gọi tầng và đến tầng: Khi có một hành khách Ên vào nút đến tầng, gọi tầng thì tín hiệu này được giữ lại nhờ rơle chốt Keep(11).Tín hiệu này sẽ được xoá đi khi thang lên đến tầng hành khách gọi. g. Điều khiển thang máy đi lên và đi xuống: Hành khách đứng ngoài tầng Ên nót gọi tầng và hành khách trong cabin Ên nút đến tầng nào đó thì tín hiệu này sẽ được giữ lại nhờ rơle chốt. Nếu vị trí của cabin lớn hơn vị trí của tầng cần đến và thang chưa xác định chiều chuyển động thì đầu ra của PLC sẽ điều khiển thang máy đi xuống. Khi thang đến tầng hành khách gọi thì tín hiệu đó sẽ được xoá. Nếu vị trí cabin nhỏ hơn vị trí tầng cần đến và thang chưa xác định chiều chuyển động, thang không quá tải thì đầu ra của PLC sẽ điều khiển thang đi lên. h. Điều khiển giảm tốc và dừng: Khi thang máy đi lên hoặc đi xuống một tầng nào đó, khi có tín hiệu từ cảm biến lên xuống tầng đó thì đầu ra PLC sẽ điều khiển động cơ giảm tốc. Khi có tín hiệu giảm tốc và có tín hiệu từ cảm biến dừng chính xác buồng thang thì đầu ra PLC sẽ điều khiển phanh và dừng buồng thang. Phân tích nguyên lý hoạt động của một chu kỳ thang máy: Giả sử thang máy đang ở tầng một, có một hành khách ở tầng năm và một hành khách ở tầng mười gọi lên. Khi hành khách ở tầng năm và tầng mười bấm vào thì tín hiệu này được giữ lại đồng thời sẽ so sánh với vị trí của buồng thang. Vì buồng thang đang ở tầng một nên đầu ra PLC điều khiển thang máy đi lên. Khi thang máy lên đến tầng năm thì cảm biến tầng ba phát hiện điều khiển động cơ giảm tốc. Khi thang máy lên đến đúng vị trí tầng năm thì cảm biến dừng chính xác có tín hiệu và điều khiển phanh, cabin sẽ dừng ở tầng năm và mở cửa đợi trong năm giây thì cửa tự động đóng lại. Sau đó thang tiếp tục đi lên đến tầng mười, khi lên đến tầng mười thì cảm biến lên tầng năm phát hiện điều khiển động cơ giảm tốc. Khi thang máy lên đúng vị trí tầng mười thì cảm biến dừng chính xác có tín hiệu và điều khiển phanh, cabin sẽ dừng ở tầng mười và mở cửa ra đợi sau năm giây thì đóng lại và tiếp tục thực hiện chiều xuống theo yêu cầu của hành khách trong, ngoài buồng thang. 4.3.2. Lưu đồ điều khiển thang máy: Hình 4.2. Lưu đồ điều khiển thang máy Giải thích lưu đồ điều khiển: Ban đầu cấp nguồn cho bộ điều khiển sau đó bộ PLC sẽ hỏi xem có lệnh lưu hay không, nếu có lệnh lưu thì sẽ giữ lệnh đến tầng và lệnh gọi tầng, nếu không có lệnh lưu thì sẽ quay sang hỏi có lệnh đến tầng hay không nếu có thì giữ lệnh đến tầng còn nếu không có thì xem có lệnh gọi tầng hay không, nếu có lệnh gọi tầng thì đợi một thời gian giữ lệnh gọi tầng. Nếu có các lệnh trên thì PLC sẽ đọc vị trí buồng thang đang dừng. Sau khi đọc vị trí buồng thang xong PLC tiếp tục nhận các lệnh đến tầng và gọi tầng rồi đem so sánh với vị trí buồng thang. Nếu vị trí buồng thang bằng vị trí lệnh thì PLC sẽ phát lệnh mở cửa buồng thang cho đến khi gặp giới hạn mở cửa thì động cơ mở cửa ngừng tác động. Đợi một thời gian nhất định PLC sẽ phát lệnh đóng cửa buồng thang. Trong quá trình đóng cửa buồng thang nếu không có vật cản và gặp giới hạn đóng cửa thì sẽ dừng động cơ đóng cửa. Sau đó PLC lại tiếp tục đọc vị trí buồng thang, nhận các lệnh đến tầng, gọi tầng và đem so sánh. Nếu vị trí buồng thang nhỏ hơn vị trí lệnh và có quá tải thì sẽ có đèn báo và chuông kêu còn nếu không có quá tải thì PLC sẽ phát lệnh cho buồng thang chạy lên. Buồng thang chạy lên đến khi gặp sensor giảm tốc và có lệnh quá giang theo chiều lên thì PLC sẽ phát lệnh giảm tốc đến khi gặp sensor dừng thì PLC sẽ phát lệnh dừng buồng thang. Khi buồng thang gặp công tắc cửa tầng, cửa buồng thang sẽ tự động mở ra và quá trình đóng mở cửa lại diễn ra như trên. Nếu vị trí buồng thang lớn hơn vị trí lệnh và có quá tải thì sẽ có đèn báo và chuông kêu còn nếu không có quá tải thì PLC sẽ phát lệnh cho buồng thang chạy xuống. Buồng thang chạy xuống đến khi gặp sensor giảm tốc và có lệnh quá giang theo chiều xuống thì PLC sẽ phát lệnh giảm tốc đến khi gặp sensor dừng thì PLC sẽ phát lệnh dừng buồng thang. Khi buồng thang gặp công tắc cửa tầng, cửa buồng thang sẽ tự động mở ra và quá trình đóng mở cửa lại diễn ra như trên. 4.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC: * Liệt kê các đầu vào/ra của PLC: a. Các tín hiệu đầu vào PLC: Các đầu vào tín hiệu gọi tầng: ở trên mỗi tầng bố trí hai nút gọi tầng (một nút gọi lên và một nút gọi xuống), riêng ở tầng một chỉ có nút gọi lên và ở tầng mười chỉ có nút gọi xuống. Các đầu vào tín hiệu đến tầng ở trong cabin: trong buồng thang có mười nút từ một đến mười yêu cầu thang đến từng tầng đó. Các đầu vào tín hiệu từ các sensor báo vị trí tầng: ở mỗi tầng có hai cảm biến ( cảm biến lên tầng và cảm biến xuống tầng). Các đầu vào tín hiệu đóng cửa và mở cửa. Các đầu vào công tắc cửa tầng từ một đến mười. b. Các tín hiệu đầu ra của PLC: Tín hiệu từ nút từ chối quá giang: Trong buồng thang đến panel điều khiển có nút từ chối quá giang (nút ưu tiên), trong trường hợp khẩn cấp hành khách chỉ cần Ên nút này thì thang sẽ đưa hành khách đó xuống (lên) tầng cần đến mà không thực hiện quá giang. Tín hiệu từ cân báo trọng tải: Khi đủ tải thì thang không thực hiện quá giang. Khi quá tải thì thang sẽ không chạy, còi báo tín hiệu sẽ kêu lên và đèn sáng. Tín hiệu từ cảm biến chướng ngại vật: khi thang đóng cửa mà gặp chướng ngại vật thì cửa sẽ tự động mở ra. Đầu ra từ PLC để điều khiển biến tần. Đầu ra từ PLC để điều khiển đèn LED hiển thị có ba đầu ra và ba đầu ra này sẽ được đưa vào bộ giải mã 74LS47. Đầu ra từ PLC điều khiển thang máy đi lên. Đầu ra từ PLC điều khiển thang máy đi xuống. Đầu ra từ PLC điều khiển giảm tốc động cơ. Đầu ra từ PLC điều khiển động cơ đóng mở cửa. * Lập bảng phân công đầu vào, đầu ra của PLC: a. Bảng 4.1. Bảng phân công đầu vào của PLC: STT Tín hiệu đầu vào Địa chỉ Ký hiệu 1 Nút bấm gọi tầng 1 00000 1GT 2 Nút bấm gọi tầng 2 00001 2GT 3 Nút bấm gọi tầng 3 00002 3GT 4 Nút bấm gọi tầng 4 00003 4GT 5 Nút bấm gọi tầng 5 00004 5GT 6 Nút bấm gọi tầng 6 00005 6GT 7 Nút bấm gọi tầng 7 00006 7GT 8 Nút bấm gọi tầng 8 00007 8GT 9 Nút bấm gọi tầng 9 00008 9GT 10 Nút bấm gọi tầng 10 00009 10GT 11 Nút bấm đến tầng 1 00010 1ĐT 12 Nút bấm đến tầng 2 00011 2ĐT 13 Nút bấm đến tầng 3 00012 3ĐT 14 Nút bấm đến tầng 4 00013 4ĐT 15 Nút bấm đến tầng 5 00014 5ĐT 16 Nút bấm đến tầng 6 00015 6ĐT 17 Nút bấm đến tầng 7 00016 7ĐT 18 Nút bấm đến tầng 8 00017 8ĐT 19 Nút bấm đến tầng 9 00018 9ĐT 20 Nút bấm đến tầng 10 00019 10ĐT 21 Cảm biến lên tầng 2 00020 S2L 22 Cảm biến lên tầng 3 00021 S3L 23 Cảm biến lên tầng 4 00022 S4L 24 Cảm biến lên tầng 5 00023 S5L 25 Cảm biến lên tầng 6 00024 S6L 26 Cảm biến lên tầng 7 00025 S7L 27 Cảm biến lên tầng 8 00026 S8L 28 Cảm biến lên tầng 9 00027 S9L 29 Cảm biến lên tầng 10 00028 S10L 30 Cảm biến xuống tầng 1 00029 S1X 31 Cảm biến xuống tầng 2 00030 S2X 32 Cảm biến xuống tầng 3 00031 S3X 33 Cảm biến xuống tầng 4 00032 S4X 34 Cảm biến xuống tầng 5 00033 S5X 35 Cảm biến xuống tầng 6 00034 S6X 36 Cảm biến xuống tầng 7 00035 S7X 37 Cảm biến xuống tầng 8 00036 S8X 38 Cảm biến xuống tầng 9 00037 S9X 39 Cảm biến mở cửa 00038 SMC 40 Cảm biến đóng cửa 00039 SĐC 41 Công tắc cửa tầng 1 00040 1CT 42 Công tắc cửa tầng 2 00041 2CT 43 Công tắc cửa tầng 3 00042 3CT 44 Công tắc cửa tầng 4 00043 4CT 45 Công tắc cửa tầng 5 00044 5CT 46 Công tắc cửa tầng 6 00045 6CT 47 Công tắc cửa tầng 7 00046 7CT 48 Công tắc cửa tầng 8 00047 8CT 49 Công tắc cửa tầng 9 00048 9CT 50 Công tắc cửa tầng 10 00049 10CT 51 Cảm biến dừng tầng 1 00050 S1D 52 Cảm biến dừng tầng 2 00051 S2D 53 Cảm biến dừng tầng 3 00052 S3D 54 Cảm biến dừng tầng 4 00053 S4D 55 Cảm biến dừng tầng 5 00054 S5D 56 Cảm biến dừng tầng 6 00055 S6D 57 Cảm biến dừng tầng 7 00056 S7D 58 Cảm biến dừng tầng 8 00057 S8D 59 Cảm biến dừng tầng 9 00058 S9D 60 Cảm biến dừng tầng 10 00059 S10D 61 Công tắc quang điện 00060 CTQĐ b. Bảng 4.2. Bảng phân công đầu ra của PLC: STT Tín hiệu đầu ra Địa chỉ 1 Lệnh gọi đến tầng 1 10001 2 Lệnh gọi đến tầng 2 10002 3 Lệnh gọi đến tầng 3 10003 4 Lệnh gọi đến tầng 4 10004 5 Lệnh gọi đến tầng 5 10005 6 Lệnh gọi đến tầng 6 10006 7 Lệnh gọi đến tầng 7 10004 8 Lệnh gọi đến tầng 8 10008 9 Lệnh gọi đến tầng 9 10009 10 Lệnh gọi đến tầng 10 10010 11 Vị trí tầng 1 10011 12 Vị trí tầng 2 10012 13 Vị trí tầng 3 10013 14 Vị trí tầng 4 10014 15 Vị trí tầng 5 10015 16 Vị trí tầng 6 10016 17 Vị trí tầng 7 10017 18 Vị trí tầng 8 10018 19 Vị trí tầng 9 10019 20 Vị trí tầng 10 10020 21 Buồng thang đi lên 10021 22 Buồng thang đi xuống 10022 23 Buồng thang giảm tốc 10023 24 Buồng thang dõng 10024 25 Mở cửa buồng thang 10025 26 Đóng cửa buồng thang 10026 4.3.4. Giản đồ thang điều khiển thang máy mười tầng: Các đoạn chương trình đặc biệt Chương trình lưu lại trạng thái trước đó: * Chương trình các lệnh gọi tầng được trễ lại sau một khoảng thời gian là 5s: * Chương trình lưu lệnh xuống tầng và lên tầng: * Chương trình luư lệnh gọi tầng và đến tầng: * Chương trình đọc vị trí buồng thang: *Kiểm tra và lưu các lệnh của vị trí buồng thang * Chương trình đọc vị trí lệnh: * Chương trình phát lệnh vào thang máy, so sánh vị trí buồng thang và vị trí lệnh: * Chương trình hiển thị các đèn ở mỗi tầng của thang máy: * Chương trình lệnh chuyển trạng thái từ đi lên (xuống) đến đóng cửa: KẾT LUẬN Qua mét thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Thiết kế điều khiển thang máy chở người mười tầng”, tuy thời gian tương đối ngắn nhưng em đã hết sức cố gắng để tìm hiểu các thông tin và các vấn đề liên quan đến đồ án tốt nghiệp và cuối cùng đã hoàn thành đúng thời gian quy định. Cũng qua lần thực tập này em đã học hỏi thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu về nghề nghiệp của mình trong tương lai. Hiểu rõ những khó khăn cần phải giải quyết khi bắt tay vào nghiên cứu các vấn đề khoa học, cách bố trí thời gian một cách hợp lý khoa học thì mới có thể hoàn thành. Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế nên trong bản đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn sinh viên. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Võ Việt Sơn và các thầy cô trong Bộ môn Tự Động Hoá và các bạn cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô và các bạn! Tài liệu tham khảo 1) Vò Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh Trang bị điện, điện tử máy công nghiệp dùng chung - Nhà xuất bản giáo dục. 2) Nguyễn Bính Điện tử công suất - Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2000. 3) PGS.TS.Vũ Liêm Chính Thang máy: Cấu tạo - lựa chọn lắp đặt và sử dụng - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 2000. 4) Tài liệu về PLC, sensor và biến tần của hãng OMRON. 5) Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước Tự động hoá với SIMATIC S7-200 - Trung tâm hợp tác đào tạo ĐHBK.HN - Siemems 6) Các luận văn của các khoá trước