TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN: THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔBỐT

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Quang Huy

Đại diện nhóm làm đồ án: Hoàng Minh Hoàng

Năm 2012

Lời Nói Đầu

1

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC .. . Các thiết bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất.

Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao.

Nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển PLC trong hệ thống điều khiển của Thang Máy. Đối tượng đồ án đề cập đến là Thang máy cho nhà cao tầng, đây là thiết bị vân tải có yêu cầu tự động hóa cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển PLC.

Trong đồ án này nhóm em chỉ tập trung đi sâu vào công việc chính là sử dụng ngôn ngữ lập trình Step 7- Micro/win cho bộ PLC SIMATIC S7-300 của hãng SIEMENS (Đức) để điều khiển thang máy cho nhà 5 tầng.

Trong quá trình tiến hành làm đồ án, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn Nguyễn Quang Huy và bản thân nhóm bọn em đã cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế về Thang Máy, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên hướng dẫn Nguyễn Quang Huy đã giúp đỡ nhóm bọn em rất nhiều để em hoàn thành được đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 7 tháng 11 năm 2012

Đại diện sinh viên làm đồ án

Hoàng Minh Hoàng

2

M c L cụ ụ

Phần 1 : TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY.....................................................5

1.1 - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY…………………………………..…6

1.2 - YÊU CẦU VỀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY………….12

1.3 - YÊU CẦU DỪNG CHÍNH XÁC BUỒNG THANG…………………………15

1.4 - TÌM HIỂU MỘT SỐ KẾT CẤU PHANH CỦA THANG MÁY……………..18

1.5 - THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ CÔNG NGHỆ……………………………...20

Phần 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 -300 …………………………………………...22

2.1 - TỔNG QUAN VỀ PLC……………………………………………………....23

2.2 - SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA PLC……………………………………………..24

2.3 - CẤU TRÚC BỘ NHỚ CPU…………………………………………………...26

2.4 - VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH…………………………………………….28

2.5 - KỸ THUẬT LẬP TRÌNH…………………………………………………….28

2.6 - NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH……………………………………………………31

2.7 – MÔI TRƯỜNG LẬP TRÌNH…………………………………………………31

Phần 3 : GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN MM440……………………………………42

3.1 - TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN………………………………….………….....43

3.2 - LỰA CHỌN BIẾN TẦN,CÁC THÔNG SỐ VÀ CÁC CÀI ĐẶT CƠ BẢN

.....................................................................................................43

3.3 - CÁC NÚT ĐIỀU KHIỂN VÀ CHỨC NĂNG.....................................52

3.4 - TÍNH THỜI GIAN TĂNG,GIẢM TỐC ĐỘ BIẾN TẦN…………………….54

3.5 - CHỌN ĐỘNG CƠ ..........................................................…………………….54

3.6 - CÀI ĐẶT NHANH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN………..…………………….55

3

Phần 4 : CÁC CẢM BIẾN ĐƯỢC DÙNG TRONG THANG MÁY. ...............59

4.1 - TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN…………………………………..…………...60

4.2 – CÁC CẢM BIẾN DÙNG TRONG THANG MÁY……………………….….60

4.3 - NGUYÊN LÝ,CẤU TẠO CỦA CÁC CẢM BIẾN DÙNG TRONG THANG MÁY

…………………………………………………………………………………….....61

4

Phần 1

TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY

5

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 150 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.

Hình 1.1 : Hình dáng tổng thể của thang máy.

6

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 v.v... 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.

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. Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý. Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v. tuy nhiên số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy.

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 các toà 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.

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tác an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn...

1.1.2 - Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu và nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng loại công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

1.1.2.1 - Phân loại theo chức năng:

Thang máy chở người:

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật.

- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện.

7

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn. ..

Thang máy chở hàng:

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện. .. Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác cabin để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động.

1.1.2.2 - Phân loại theo tốc độ di chuyển:

Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s:

Hệ truyền động cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao.

Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 1,5) m/s:

Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền động một chiều.

Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s:

Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ vi xử lý.

1.1.2.3 - Phân loại theo trọng tải:

Thang máy loại nhỏ Q < 160kG.

Thang máy trung bình Q = 500 2000kG.

Thang máy loại lớn Q > 2000 kG.

1.1.3 – Cấu Tạo Thang Máy

Kết cấu cơ khí của thang máy được giới thiệu trên hình vẽ 1.2.

Hố giếng của thang máy Là khoảng không gian từ mặt sàn tầng trệt cho đến đáy giếng. Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 9. Động cơ 9 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp buồng thang được nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ lắp hộp giảm tốc.

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp kim loai 8 ( thương dùng từ 1 dến 4 sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và những con trượt dẫn hướng 2 ( con trượt là loại puli có bọc cao su bên ngoài). Buồng thang và dối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6.

8

9

1. Cabin2. Con trượt dẫn hướng Cabin3. Ray dẫn hướng Cabin4. Thanh kẹp tăng cáp5. Cụm đối trọng6. Ray dẫn hướng đối trọng7. ụ dẫn hướng đối trọng8. Cáp tải9. Cụm máy10. Cửa xếp Cabin11. Chêm chống rơi12. Cơ cấu chống rơi13. Giảm chấn14. Thanh đỡ15. Kẹp ray Cabin16. Gá ray Cabin17. Bu lông bắt gá ray18. Gá ray đối trọng19. Kẹp ray đối trọng

Hình 1.2: Kết cấu cơ khí của thang máy.

1.1.4 – Chức năng của một số bộ phận trong Thang máy

1.1.4.1 - Cabin:

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó.

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc. Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo.

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên pulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ.

1.1.4.2 - 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 vớiyêu cầu sử dụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy.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.

1.1.4.3 - Phanh:

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ.

1.1.4.4 - Động cơ mở cửa:

Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa cabin kết hợp với mở cửa tầng . Khi cabin dừng đúng tầng , rơle thời gian sẽ đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng

10

thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua bộ xử lý trung tâm.

1.1.4.5 - Cửa: Gồm cửa cabin và cửa tầng .

Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khachs hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì. Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó . Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời.

1.1.4.6 - Bộ hạn chế tốc độ :

Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốc cho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanh làm việc.

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báo chiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy.

1.2 - 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 vẫn đề an toàn cho người sử dụng luôn ®îc ®Æt lªn hµng ®Çu. Để đảm bảo an toàn cho người và thang máy ta bố trí một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang máy nhằm phát hiện và sử lí sự cố một cách nhanh nhất.

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 cabin thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó cabin mới có thể chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không mất điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào trục động cơ làm động cơ không quay được giữ cho cabin không rơi.

1.2.1 – Yêu cầu an toàn của thang máy khi mất điện hoặc đứt cáp

Kết quả nghiên cứu đã đưa ra, một hệ truyền động hiện đại có đầy đủ các chế độ thực hiện khi mất điện và việc đóng cắt chuyển nguồn cho an toàn thiết bị.

Hiện nay Thang máy được lắp đặt hệ thống cứu hộ tự đông khi mất điện đột ngột. Hệ thống này gồm: Các mạch VXL, bộ chuyển đổi điện, bình ắc qui và tụ điện. Các bộ phận này được kết nối với tủ điều kiển chính của thang máy. Khi có điện, thang máy hoạt động ắc qui được nạp điện. Nếu mất điện đột ngột trong khi thang máy đang hoạt động, dòng

11

điện 1 chiều của ắc qui sẽ nhanh chóng chuyển thành dòng xoay chiều cấp điện cho hệ thống

Nhờ có hệ thống chống mất nguồn đột ngột, hệ thống điều khiển không bị ảnh hưởng do được nuôi bằng một hệ thống chống mất nguồn công suất nhỏ, các cảm biến vị trí và các hệ đo lường cảnh báo khác vẫn làm việc bình thường. Tuy nhiên do nguồn bị mất động cơ truyền động bị dừng lại trong thời gian tức thời. Lúc này thiết bị điều khiển động cơ phải xả nguồn do các hệ lưu tích điện đang chứa và chuẩn bị đóng nguồn mới, cắt hệ nguồn cũ tránh có điện trở lại gây xung đột nguồn. Sau khi nguồn mới được cấp, chương trình điều khiển sẽ làm việc theo một chương trình mới dành cho sự cố mất điện. Chương trình này sẽ điều khiển thang máy về tầng gần nhất, sau đó mở cửa tầng để cho khách đi ra, đồng thời từ chối tất cả các lệnh gọi khác, cảnh báo hệ thống bị mất điện. lúc này hệ thống cho phép việc mở cửa cabin, các hệ thống chuông báo liên lạc thực hiện. Sau đó truyền động công suất lớn sẽ không được thực hiện nhằm tiết kiệm điện năng có hạn của bộ lưu điện dự phòng. Khi hệ thông có điện trở lại, các role cảm nhận trạng thái mất điện sẽ hoạt động có phản hồi cho biết nguồn điện đã có, hệ thống sẽ thực hiện tuần tự thao tác xả điện dư, đóng nguồn mới và thực hiện điều hiển theo chu trình bình thường. Hệ thống lưu điện phục hồi dần công suất bằng hệ thống nạp điện tự động.

Ngoài thiết bị cứu hộ khi bị mất điện, trong thang máy còn có một bộ phận thắng cơ. Trong trường hợp xảy ra đứt cáp thang máy, thiết bị khống chế vượt tốc độ sẽ hoạt động và tác động đến thắng cơ, nêm chặt phòng thang máy vào ray dẫn hướng, giữ chặt không cho thang rơi để người đến ứng cứu.

1.2.2 – Yêu cầu về vận tốc, gia tốc và độ dật

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho cabin chuyển động êm. Việc cabin 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 làm việc của thang máy là:

Tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật [m/s3].

Tốc độ di chuyển của cabin quyết định năng suất của thang máy, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng.

12

Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của cabin 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 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu.

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách 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 1-1.

Bảng 1-1

Tham sốHệ truyền động

Xoay chiều Một chiều

Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5

Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 1,5 1,5 2 2

Gia tốc tính toán trung bình (m/s2) 0,5 0,8 0,8 1 1 1,5

Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của cabin là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói một cách khác, đó là độ dật (đạo hàm

bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ). Khi gia tốc a < 2m

/ s2 thì độ dật không quá 20m/s3.

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 1.3.

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của cabin: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, cabin đến tầng và hãm dừng.

Biểu đồ tối ưu hình 1.3 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-Đ). Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu.

13

Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn: Mở máy chế độ ổn định và hãm dừng.

v

S

a

a

a

S,v, a,

Më m¸y § Õn tÇng

H· mdõng

ChÕ ®é æn ®Þnh H· m xuèng tèc ®é thÊp

t

Hình 1.3: Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc

của quãng đường S, tốc độ v, gia tốc a và độ giật theo thời gian.

1.3 – YÊU CẦU DỪNG CHÍNH XÁC BUỒNG THANG

Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng . Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :

Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng xuất.

Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng.

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

Hỏng thiết bị điều khiển.

Gây tổn thất năng lượng.

Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí.

Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng.

14

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác .

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang . Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là :

S' = v0 t , [m] (2-1)

Trong đó : v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s].

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''.

, [m] (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:

, [m] (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]

0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đường kính puli kéo cáp [m]

i - tỷ số truyền

15

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:

(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.

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là : (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 xem hình 2-3.

Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng s.

Bảng 2-1

Hệ truyền động điện

Phạm

vi điều

chỉnh tốc độ

Tốc độ

di chuyển

[m/s]

Gia

tốc

[m/s2]

Độ không

chính xác

khi dừng

[mm]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5 120150

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5 10 15

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5 25 35

Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0 10 15

Hệ F - Đ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2 5 10

16

Hình 2 - 3: Dừng chính xác buồng thang.

1.4 – TÌM HIỂU MỘT SỐ KẾT CẤU PHANH CỦA THANG MÁY

1.4.1 - 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 1-4.

Hình 1.4: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

17

Mức dừngBuồngthang Dừng

Mức đặtcảm biến dòng

Buồng thangVượt quá

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.

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.

1.4.2 - Bộ hạn chế tốc độ

Khi ca bin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép. Bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hướng.

Về nguyên lý chung của bộ hạn chế tốc độ làm việc như sau:

Khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dưới tác dụng của lực ly tâm và mắc vào vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay.

Theo vị trí của trục quay có bị hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang và bộ hạn chế tốc độ với trục quay thẳng đứng.

Trong đó bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang được dùng phổ biến hơn. Nguyên lý cấu tạo của bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang (Hình 1.5):

Trục 16 được gắn với vỏ 15 của bộ hạn chế tốc độ bằng đai ốc. Trên trục có lắp đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do quanh trục 16. Trên đĩa 1 có các chốt 2 để lắp quả văng 6. Quả văng này liên hệ bằng thanh kéo 6 trên có lắp lò xo nén

18

1 2 3

45

6

8

9

10

1211

13

14

7

16

15 Đĩa 9. Thanh kéoChốt 10. Vấu di động Vấu cố định 11. Lò xoVấu tỳ 12. Chốt hãmLò xo nén 13. PulyQuả văng 14. PulyVòng đệm 15. Vỏ bộ hạn chế8. đai ốc 16. trục

Hình 1.5: Bộ hạn chế tốc độ

5. Lò xo có một đầu tỳ lên vấu 4 gắn trên đĩa 1, đầu kia tỳ lên vòng đệm 7 và đai ốc 8 trên thanh kéo 9 để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo 5. Như vậy, do vấu 4 gắn cố định trên đĩa nên lò xo 5 có xu hướng đẩy thanh kéo 9 sang trái để đầu các quả văng 6 không chạm vào các vấu cố định 3 trên vỏ 15 khi đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 quay. Với tốc độ quay bình thường, ứng với tốc độ chuyển động danh nghĩa của cabin, đĩa quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu 3 trên vỏ 15. Khi cabin nâng hoặc hạ với tốc độ vượt quá giới hạn cho phép, qua cáp hạn chế tốc độ vắt trên rãnh puli 14, đĩa 1 cũng quay và đạt tới vòng quay tới hạn ly tâm của quả văng đủ lớn để ép lò xo 5 và tách quả văng ra xa tâm quay làm đầu các quả văng mắc vào vấu 3 và đĩa 1 cùng puli 13,14 dừng lại. Puli thường có rãnh cáp hình thang với hệ số ma sát tính toán cao nên khi nó dừng lai làm cáp hạn chế tốc độ vắt qua rãnh puli dừng theo, cabin tiếp tục đi xuống nên cáp hạn chế tốc độ tác động lên hệ tay đòn lắp trên cabin để bộ hãm bảo hiểm hoạt động dừng cabin trên các ray dẫn hướng. Lực nén lò xo 5 càng lớn thì lực ly tâm cần thiết dễ tách các quả văng ra xa càng lớn vì vậy có thể điều chỉnh lực nén lò xo 5 bằng cách vít vặn đai ốc 8 để bộ hạn chế tốc độ làm việc chính xác với tốc độ quay cần thiết. Nếu lực nén lò xo quá nhỏ thì rất dễ xẩy ra hiện tượng ngừng ngẫu nhiên ngay cả khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa. Vì vậy cần điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động ứng với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm cho từng loại thang máy. Việc điều chỉnh kiểm tra và thử nghiệm bộ hạn chế tốc độ do nhà chế tạo tiến hành và sau đó kẹp chì lại. Puly 13 có đường kính nhỏ dùng để thử nghiệm, kiểm tra bộ hạn chế tốc độ, nếu vắt cáp hạn chế tốc độ qua rãnh của puli 13 thì khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa, bộ hạn chế tốc độ vẫn làm việc và tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin vì tốc độ quay của đĩa 1 vấn đạt tới số vòng quay tới hạn do đường kính của puly 13 nhỏ. Ngoài ra người ta còn lắp vấu 10 xuyên qua vỏ 15 và trên vấu có lò xo 11 cùng chốt hãm 12. Trong điều kiện làm việc bình thường (cáp hạn chế tốc độ vắt qua puly 14 cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa). Nếu ấn lên vấu 10 thì đầu quả văng mắc vào nó để dừng đĩa 1 cùng các puli 13, 14 (măc dù số vòng quay của đĩa chưa đạt tới giá trị tới hạn và lực ly tâm chưa đủ lớn để tách quả văng ra xa). Khi đó nếu bộ hãm bảo hiểm làm việc để dừng cabin thì điều đó chứng tỏ rằng độ căng của cáp hạn chế tốc độ, hệ số ma sát tính toán giữa cáp và rãnh puly 14 đạt giá trị yêu cầu và hệ thống tay đòn cùng bộ hãm bảo hiểm làm việc bình thường.

1.5 - THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ CÔNG NGHỆ

Để làm rõ bài toán công nghệ về khách hàng đợi và ưu tiên về chiều chuyển động cũng như ưu tiên theo khoảng cách, ta đi thuyết minh một trường hợp phục vụ hành khách thoả mãn được các yêu cầu công nghệ của thang máy 7 tầng như sau:

Giả sử thang máy đang dừng ở tầng 1. Có một hành khách A đang ở tầng 2 và muốn lên tầng 7. Muốn vậy, khách A phải ấn nút gọi thang ở tầng 2 và thang đi lên với tốc độ cao. Khi thang đến gần tầng 2 thì thang máy chuyển tốc độ thấp và dừng lại đón khách A. Khách A vào cabin ấn nút đến tầng 7. Sau thời gian định sẵn cabin tiếp tục đi lên tầng 7.

19

15

Giả sử lúc này có một hành khách B đang ở tầng 3 và muốn đi xuống tầng 1. muốn vậy khách B phải ấn nút gọi thang ở tầng 3. Lúc này thang đang đi lên, khi đi qua tầng 3 nó sẽ không dừng lại. Tuy nhiên nút gọi thang tầng 3 đã được nhớ, nó sẽ có tác dụng khi thang quay ngược hành trình. Lúc này thang vẫn tiếp tục đi lên.

Giả sử lúc này lại có một hành khách C ở tầng 4 muốn đi lên tầng 7. Muốn vậy hành khách C này lại ấn nút goi tầng ở tầng 4. Như vậy, tầng 4 đã được nhớ, khi thang máy đi qua tầng này thang sẽ dừng lại như dừng ở tầng 2 và đón khách C vào cabin. Hành khách này lại ấn nút dừng 7 trùng với hành khách A và thang tiếp tục đi lên. Vì tầng 7 đã được nhớ nên khi đến tầng này thang sẽ chuyển tốc độ thấp và dừng lại mở của trả khách A và C. Như vậy, yêu cầu của khách A và C đã được phục vụ, còn lại yêu cầu của khách B đang ở tâng 3 muốn đi xuống tầng 1 chưa được đáp ứng.

Khi thang dừng ở tầng 7 trả khách song, sau thời gian định sẵn nó sẽ quay ngược hành trình chuyển động và đi xuống. Khi đi đến gần tầng 3 nó sẽ giảm tốc độ và dừng lại mở cửa đón khách B. Khách B đi vào thang máy và ấn nút đến tầng 1, tầng 1 lại được nhớ và khi đi xuống thang sẽ dừng lại ở tầng 1 đáp ứng song yêu cầu của khách hàng B.

20

Phần 2

GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 300

21

2.1 - TỔNG QUAN VỀ PLC.

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.

Bộ điều khiển logic khả trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968 và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp:

- Dễ lập trình và dễ thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy.

- Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sửa chữa.

- Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp.

- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role chức năng tương đương.

- Giá thành có khả năng cạnh tranh cao.

Đặc trưng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin. Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần mềm do người sử dụng lập nên và cài đặt vào. Chính do đặc tính này mà người sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một bộ điều khiển và hầu như không phải biến đổi gì ngoài việc nạp những chương trình khác nhau. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan).

Để thực hiện một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như là bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng.

Sự ra tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất trên thế giới hoàn chỉnh các họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu xuất. Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến các module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng:

22

- Xử lý tín hiệu liên tục (Module Analog).

- Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.

- Truyền thông.

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi mạch, kỹ thuật PLC đã có những bước tiến bộ vượt bậc. Có thể nói nếu không có kỹ thuật PLC thì không có tự động hóa trong các ngành công nghiệp.

2.2 - SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA PLC.

Hầu hết các họ PLC của các hãng sản xuất trên thế giới đều có các module chính như sau:

Bộ xử lý trung tâm CPU: là bộ não của PLC, xử lý chương trình điều khiển.

Bộ vào/ra (Input/Output Module): nhận tín hiệu vào và gửi tín hiệu ra.

Bộ nhớ (Memory Module): dùng để chứa chương trình điều khiển dữ liệu.

Hình 1.2 : Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình PLC.

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình.

23

Chúng được chia nhỏ thành các module. Số module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ… Chúng được gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack)

2.2.1 Module CPU.

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm , cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard.

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, CPU314, CPU315…

Hình 1.3: Module CPU314.

2.2.2 Module mở rộng.

Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:

PS (Power supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A và 10A.

SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.

DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.

24

DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/ 8 ra, 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module.

AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module.

AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng vào tương tự có thể là 2, hoặc 4 tuỳ từng loại module.

AI/AO (Analog input/Analog out):Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 đầu vào/ 2 ra, hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module.

IM (Interface module): Module ghép nối. Đay là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi PS). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 racks và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM.

FM (Function module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín…

CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với máy tính.

2.3 - CẤU TRÚC BỘ NHỚ CPU.

Bộ nhớ của S7-300 được chia làm 3 miền chính:

- Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:

OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức.

FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.

FB (Function block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data block).

25

- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm:

I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.

Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.

M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo địa chỉ bit(M), byte(MB), từ (MW) hay từ kép (MD).

T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV-Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời(CV-Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của thời gian.

C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước(PV-Preset value), giá trị đếm tức thời(CV-Current value) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm.

PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kép (PID).

PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module twong tự (I/O External output). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc từng từ kép (DBD).

- Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:

DB(Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DXB), byte (DBB), từ (DBW) hoặc theo từng từ kép (DBD).

L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương,được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC,

26

FB. Miền này có thể được truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte(LB), từ (LW) hoặc từ kép(LD).

2.4 – VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi.

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lau, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông… trong vòng quét đó.

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.

2.5 - KỸ THUẬT LẬP TRÌNH

Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với hai dạng cấu trúc khác nhau:

- Lập trình tuyến tính (linear programming): Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên. Khối nàyđược hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài của chương trình. Các loại khối chương trình khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét. Các khối OB khác không tham gia vào vòng quét mà được gọi bằng những tín hiệu báo ngắt. S7-300 có nhiều loại tín hiệu báo ngắt như tín hiệu báo ngắt khi có sự cố nguồn nuôi, tín hiệu báo ngắt khi có sự cố chập mạch ở các module mở rộng, tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian… và mỗi loại tín hiệu báo ngắt như vậy cũng chỉ có khả năng gọi một loại khối OB nhất định. Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng công việc đang

27

thực hiện lại, chẳng hạn như tạm dừng việc thực hiện chương trình xử lý ngắt trong các khối OB tương ứng.

- Lập trình có cấu trúc (structure programming): là kỹ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chương trình con FC hay FB với mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các khối chương trình này lại được quản lý một cách thống nhất bởi khối OB1. Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra.

Hoàn toàn tương tự, một nhiệm vụ điều khiển con có thể còn được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác. Duy có một điều cấm kỵ ta cần phải tránh là không bao giờ một khối chương trình con lại gọi đến chính nó. Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không được tổ chức chương trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU được sử dụng cho phép.

PLC S7-300 có bốn loại khối cơ bản:

Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB, ví dụ như OB1, OB35, OB40…

Loại khối FC(Program block): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt với nhau bằng những số nguyên sau nhóm ký tự FC. Chẳng hạn như FC1, FC2 …

Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB. Chẳng hạn như FB1, FB2 …

Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự DB. Chẳng hạn như DB1, DB2 …

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi tới một chương trình con thứ 3 …. Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ như đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8.

28

Nếu số lần gọi khối lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi.

Hình 1.5: Lập trình có cấu trúc.

Hình 1.6: Thực hiện gọi khối FC10.

Như vậy, khi thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ:

Chuyển khối con được gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory.

Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local block. Cấu trúc local block được quy định khi soạn thảo các khối.

Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block.

29

Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dưới dạng tham trị đầu ra cho biến OUT, IN-OUT của local block, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block ra khỏi vùng Work memory.

2.6 - NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH.

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung

“tên lệnh” + “toán hạng”.

- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.

- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function block diagram). Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số.

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD.

2.7 – MÔI TRƯỜNG LẬP TRÌNH.

Giới thiệu về step 7

Chương trình lập trình PLC sau khi đã được cài đặt trên máy tính sẽ có biểu tượng như sau trên Desktop.

Biểu tượng chương trình Step 7

Để khởi động chương trình ta kích đúp chuột vào biểu tượng trên để mở chương trình điều khiển. Sau khi mở chương trình giao diện màn hình quản lý lập trình sẽ xuất hiện

30

Giao diện màn hình quản lý lập trình PLC S7-300

Để khởi tạo chương trình mới ta nhấp chuột trái vào biểu tượng tại góc trái màn hình.

31

Sau khi nhấp chuột sẽ xuất hiện hộp thoại yêu cầu đặt tên cho trương trình sắp được lập trình, ta nhập tên chương trình vào. Ta nhấn vào thẻ OK hoặc Enter để hoàn tất việc đặt tên cho chương trình.

Sau khi hoàn tất việc đặt tên cho chương trình điều khiển sẽ xuất hiện giao diện màn hình mới, trên thanh menu ta chon Insert →Station→2 SIMATIC 300 Station.

32

Sau đó sẽ xuất hiện hộp thoại mới, ta nhấp chuột vào biểu tượng thư mục cửa sổ làm việc bên trái.

Biểu tượng SIMATIC 300(1) sẽ xuất hiện.

33

Trên thanh Menu ta chọn Insert→Program→1 S7 Program.

Biểu tượng S7-Program sẽ xuất hiện ở cửa sổ bên phải

34

Để đổi tên cụ thể cho chương trình điều khiển ta nhấp chuột phải vào biểu tượng S7-Program→Object Properties.

Xuất hiện hộp thoại và ta sẽ nhập tên chương trình vào. Việc đặt tên cho chương trình sẽ kết thúc sau khi ta nhấn thẻ OK

35

Sau khi hoàn tất việc đặt tên của sổ chương trình sẽ thay đổi, không còn tên chương trình S7 Program mà thay vào đó là tên chương trình ta vừa đặt

36

Kế tiếp, ta nhấp chuột vào tên chương trình vừa đặt, ta thấy cửa sổ bên phải có khối OB1 xuất hiện.

Ta nhấp chuột vào khối OB1→Object Properties để chọn dạng lập trình là LADDER

37

Trong ô Created in Language ta chọn LAD để thay cho STL để chọn dạng lập trình là LADDER. Ta nhấp thẻ OK để hoàn tất việc lựa chọn dạng ngôn ngữ lập trình trong S7-300.

38

Sau khi hoàn tất việc lựa chọn dạng ngôn ngữ lập trình ta nhấp chuột phải vào biểu tượng OB1→Open Object để mở cửa sổ chương trình lập trình.

39

Cửa sổ chương trình lập trình xuất hiện, tại đây ta có thể thực hiện việc lập trình cho bộ điều khiển PLC S7-300.

40

Phần 3

GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN MM440

41

3.1 – TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN

3.1.1. Tổng quan

Biến tần là 1 thiết bị điện tử tổ hợp từ các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổi tần số và điện áp 1 chiều hay xoay chiều có tần số f1 nhất định thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển nhờ các khóa điện tử. Biến tần được dùng để biến đổi tốc độ động cơ của các thiết bị cơ khí lớn có yêu cầu các động cơ được cố định. Nhờ sự linh hoạt trong việc thay đổi tần số dẫn đến việc thay đổi tốc độ và công suất, biến tần là giải pháp tối ưu hiện nay. Có nhiều hãng sản xuất biến tần với nhiều chủng loại và công suất khác nhau: SIEMENS, ABB,FUJI..

3.1.2. Các yêu cầu khi sử dụng biến tần

Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhạy cảm với điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hóa, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam, phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí. Các bộ biến tần không thể làm việc ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt(tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ <500⁰C, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn, độ cao <1000m so với mặt nước biển.

3.2 – LỰA CHỌN BIẾN TẦN,CÁC THÔNG SỐ VÀ CÁC CÀI ĐẶT CƠ BẢN

Thang máy là thiết bị có tải thay đổi liên tục, thường xuyên chạy ở chế độ non tải, yêu cầu cao về độ an toàn,êm ái và chính xác. Sử dụng biến tần là rất phù hợp, ta lựa chọn biến tần của hãng Siemens: Micromaster 440. Đây là dòng biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn. Khả năng điều khiển Vector cho tốc độ và Moment hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trong như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị. Không chỉ vậy, một loạt khối logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người sử dụng sự linh hoạt tối đa trong công việc điều khiển hàng loạt các thao tác 1 cách tự động. Ta chọn biến tần siemens MM440 loại C với nhãn: 6SE6440-2UC24-0CA1

42

3.2.1. Các thông sô của biến tần MM440

Điện áp vào và Công suất

CT VT

200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 ÷ 3KW 0,12 ÷ 3kW

200V đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 ÷ 45kW 0,12 ÷ 3kW

380V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 ÷ 75Kw 0,12 ÷ 3Kw

380V đến 480V 3 AC ± 10% 0,75 ÷ 75KW 0,12 ÷ 3Kw

Tần số điện vào 47 đến 63 Hz

Tần số điện ra 0 đến 650 Hz

Hệ số công suất ≥ 0,7

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%

Khả năng quá tải Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60s ở mỗi 300s hay 2 x dòng định mức trong 3s ở mỗi 300s

Dòng điện vào khởi động

Thấp hơn dòng điện vào định mức

Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển từ dòng thông FCC

Tần sô điều chế xung (PWM)

2kHz đến 16 kHz (ở bước 2 kHz)

Tần số cố định 15, tùy đặt

Độ phân giải điểm đặt

10 bit analog

0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)

43

0,01 Hz digital

Các đầu vào số 6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển đổi PNP/NPN

Các đầu vào tương tự

2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và -10 tới +10V

*0 tới 10V và 0 tới 20Ma

Các đầu ra rơle 3, tùy chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A (tải cảm)

Các đầu ra tương tự

2, tùy chọn chức năng; 0,25 – 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp

RS-485, vận hành với USS protocol

Tính tương thích điện từ

Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55 011, Class A hay Class B

Hãm Hãm DC, hãm tổ hợp

Cấp bảo vệ IP 20

Dải nhiệt độ làm việv

CT -10⁰C đến +50⁰C

VT - 10⁰C đến +40⁰C

Nhiệt độ bảo quản -40⁰C đến +70⁰C

Độ ẩm 95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nước biển

Các chức năng bảo vệ

Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khóa tham số PIN

Kích thước và Cỡ vỏ (Frame size) H x W xD,max.(mm) Trọng lượng,

44

trọng lượng (không có cài đặt)

xấp xỉ .(kg)

A 173 x 73 x 149 1.3

B 202 x 149 x 172 3.4

C 245 x 185 x 195 5.7

D 520 x 275 x 245 17

E 650 x 275 x 245 22

F không có bộ lọc 850 x 350 x 320 56

F có bộ lọc 1150 x 350 x 320 75

FX 1400 x 326 x 356 116

GX 1533 x 326 x 545 176

3.2.2. Các đầu dây điều khiển

Đầu dây

Ký hiệu Chức năng

1 - Đầu nguồn ra +10V2 - Đầu nguồn ra 0V3 ADC1+ Đầu vào tương tự số 1(+)4 ADC1- Đầu vào tương tự số 1(-)5 DIN1 Đầu vào số số 16 DIN2 Đầu vào số số 27 DIN3 Đầu vào số số 38 DIN4 Đầu vào số số 49 - Đầu ra cách ly +24V/max. 100 mA10 ADC2+ Đầu vào tương tự số 2(+)11 ADC2- Đầu vào tương tự số 2(-)12 DAC1+ Đầu ra tương tự số 1 (+)

13 DAC1- Đầu ra tương tự số 1 (-)14 PTCA Đầu dây nối cho PTC / KTY 8415 PTCB Đầu dây nối cho PTC / KTY 8416 DIN5 Đầu vào số số 517 DIN6 Đầu vào số số 618 DOUT1/NC Đầu ra số số 1 / tiếp điểm NC19 DOUT1 /NO Đầu ra số số 1 / tiếp điểm NO

45

20 DOUT1 /COM Đầu ra số số 1 / chân chung21 DOUT2 / NO Đầu ra số số 2 / tiếp điểm N022 DOUT2 / COM Đầu ra số số 2 / chân chung23 DOUT3 / NC Đầu ra số số 3 / tiếp điểm NC24 DOUT3 / NO Đầu ra số sô 3 / tiếp điểm NO25 DOUT3 / COM Đầu ra số số 3 / chân chung26 DAC2+ Đầu ra tương tự số 2 (+)27 DAC2- Đầu ra tương tự số 2 (-)28 - Đầu ra cách ly 0 V/max. 100 mA29 P+ Cổng RS48530 N- Cổng RS485

46

3.2.3.Sơ đồ nguyên lý của biến tần

47

3.2.4.Các cài đặt mặc định của biến tần MM440

Bộ biến tần MICROMASTER 440 được cài đặt mặc định khi xuất xưởng sao cho có thể vận hành được mà không cần cài đặt thêm bất kỳ thông số nào nữa. Để đạt được điều này, các thông sô của động cơ được kết nối với biến tần phải có thông số định mức phù hợp với thông sô cài đặt mặc định (P0304, P0305, P0307, P0310) tương ứng với động cơ 1LA7 4 cực của Siemens (xem các thông số trên nhãn)

Các thông số mặc định khác:

Ý

nghĩa các thông số mặc định trên:+ P1300: 0 điều khiển tuyến tính V/f 1 V/f FCC 2 V/f kiểu đường parabol 3 V/f kiểu có thể lập trình được 5 V/f cho các ứng dụng kiểu máy dệt 6 V/f kiểu FCC cho các ứng dụng kiểu máy dệt 19 V/f chế độ điều khiển qua điểm đặt hiệu điện thế độc lập 20 Chế độ điều khiển vector không sensor 21 Chế độ điều khiển vector có sensor 21 Điều khiển momen xoắn vector không sensor

48

Ý nghĩa Thông số Chú thích

Các nguồn lệnh P0700 = 2 Thiết bị đầu cuối dải

Chế độ làm mát động cơ P0335 = 0 -

Giới hạn dòng điện P0640 = 150 %

Tần số nhỏ nhất P1080 = 0 Hz

Tần số lớn nhất P1082 = 50 Hz

Thời gian tăng tốc P1120 = 10 s

Thời gian giảm tốc P1121 = 10 s

Chế độ điều khiển P1300 = 0 Chế độ điều khiển V/f

Nguồn điểm đặt P1000 = 2 Đầu vào tương tự

22 Điều khiển momen xoắn vector không sensor 23 Điều khiển momen xoắn vector có sensor+P0700: 0 Cài đặt mặc định 1 BOP (bàn phím) 2 Đầu nối (terminal strip) 4 USS trên kết nối(link) BOP 5 USS trên kết nối (link) COM 6 CB trên kết nối(link) COM+P1000: 0 Không có điểm đặt chính 1 Điểm đặt MOP 2 Điểm đặt Analog 3 Đặt tần số cố định 4 USS trên kết nối(link) BOP 5 USS trên kết nối (link) COM (các đầu dây điều khiển 29 và 30) 6 CB trên kết nối (link) COM (CB là modun truyền thông) 10 Không có điểm đặt chính ( Điểm đặt bổ sung MOP) 11 Điểm đặt MOP ( Điểm đặt bổ sung MOP 12 Điểm đặt Analog ( Điểm đặt bổ sung MOP

49

3.2.5 Khóa chuyển đổi DIP 50/60 Hz Tần số định mức mặc định cho động cơ của bộ biến tần MICROMASTER là 50Hz. Đối với động cơ được thiết kế chạy ở tần số định mức 60Hz, các bộ biến tần có thể được đặt ở tần số này nhờ sử dụng khóa chuyển DIP 50/60 Hz

Vị trí OFF: các thông số mặc định của Châu Âu (tần số định mức của động cơ = 50Hz, công suất tính theo kW...) Vị trí ON: Các thông số mặc định của Bắc Mỹ (tần số định mức của động cơ = 60Hz, công suất tính theo hp...)

50

3.3 – CÁC NÚT ĐIỀU KHIỂN VÀ CHỨC NĂNG

51

52

3.4 – CHỌN ĐỘNG CƠ

Chọn động cơ lắp để kéo thang máy của hãng Siemens:

Thông số động cơKiểu động cơ Công

suất(kW)

Vận tốc quay (v/ph)

Số cặp cực

cosj Hiệu suất (%)

Điện áp định mức

Dòng điện định mức(A)

1LG8133-6AA

4,0 955 6 0,80 85 230/400 8.8

3.5 – TÍNH THỜI GIAN TĂNG,GIẢM TỐC ĐỘ BIẾN TẦN

Thời gian tăng tốc từ vị trí đứng yên để đạt được gia tốc yêu cầu là a (m/ )

Trong đó:

:là quãng đường thang máy bắt đầu dịch chuyển nhan dần từ vị trí đứng yên đạt tới gia tốc a.

:là quãng đường thang máy chuyển động đều khi đạt được vận tốc cần thiết

:là quãng đường tính từ vị trí thang máy bắt đầu thực hiện việc hãm để giảm tốc độ cho đến lúc dừng hẳn

Với vận tốc thang máy v = 0.75m/s

Ta chọn chiều cao mỗi tầng là 4.5m, chiều cao cabin là 2.5m

S1 = 1m, S3 = 1m

53

Gia tốc của thang máy lúc tăng tốc: a = /(2*S1) = /(2*1) = 0.28 (m/ )

=> t1 = 2.67s, ta lấy thời gian tăng tốc t = 3s

Gia tốc của thang máy lúc giảm tốc: a = - /(2*S3) = -0.28(m/ )

=> t2 = 2.86s, ta lấy thời gian giảm tốc t = 3s

3.6 – CÀI ĐẶT NHANH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.6.1 Các thông số cài đặt cho biến tần:

Thông số Giá trịĐơn

vị Ý nghĩaP0003 3 - Mức truy nhập người dùng chuyên giaP0010 1 - Cài đặt thông số định mức trên nhãn động cơP0100 0 - Tiêu chuẩn Châu Âu (Hz/kW)P0304 230 V Điện áp định mức động cơP0305 8.8 A Dòng điện định mức động cơP0307 4 kW Công suất định mức động cơP0308 0.80 Hệ số cosj định mức động cơP0309 85 % Hiệu suất định mức động cơP0310 50 Hz Tần số định mức động cơP0311 955 v/ph Tốc độ định mức động cơ

P0334 2 -Chế độ làm mát động cơ tự nhiên và quạt bên trong

P1080 0 Hz Tần số nhỏ nhấtP1082 52 Hz Tần số lớn nhấtP1120 3 S Thời gian tăng tốcP1121 3 S Thời gian giảm tốcP1004 0 Hz Tốc độ thấpP1006 52 Hz Tốc độ cao

P1135 2 sThời gian dừng nhanh chóng từ trạng thái chuyển động về trạng thái dừng hẳn

P3900 2 - Kết thúc cài đặt nhanh

3.6.2 Bảng chọn điểm đặt tần số cố định

54

Thông sốGiá trị mặc định

Ý nghĩa Chú thích

P1001 0 Hz Tần số cố định số 1 Có thể chọn trực tiếp qua DIN1P1002 5 Hz Tần số cố định số 2 Có thể chọn trực tiếp qua DIN2P1003 10 Hz Tần số cố định số 3 Có thể chọn trực tiếp qua DIN3P1004 15 Hz Tần số cố định số 4 Có thể chọn trực tiếp qua DIN4P1005 20 Hz Tần số cố định số 5 Có thể chọn trực tiếp qua DIN5P1006 25 Hz Tần số cố định số 6 Có thể chọn trực tiếp qua DIN6P1007 30 Hz Tần số cố định số 7 -P1008 35 Hz Tần số cố định số 8 -P1009 40 Hz Tần số cố định số 9 -P1010 45 Hz Tần số cố định số 10 -P1011 50 Hz Tần số cố định số 11 -P1012 55 Hz Tần số cố định số 12 -P1013 60 Hz Tần số cố định số 13 -P1014 65 Hz Tần số cố định số 14 -P1015 65 Hz Tần số cố định số 15 -P1016 1 Mã tần số cố định-Bit 0 Xác định phương pháp lựa

chọn các tần số

P1017 1 Mã tần số cố định-Bit 1 -P1018 1 Mã tần số cố định-Bit 2 -P1019 1 Mã tần số cố định-Bit 3 -P1025 1 Mã tần số cố định-Bit 4 -P1027 1 Mã tần số cố định-Bit 5 -

Khi xác định chức năng của các đầu vào số (P0701 tới P0706) có thể lựa chọn ba kiểu khác nhau cho tần số cố định: 15 = Chọn trực tiếp (P0701 – P0706 = 15)

Ở chế độ đặc biệt này mỗi đầu vào số luôn chọn tần số cố định tương ứng Ví dụ: Đầu vào số số 3 sẽ chọn tần số cố định số 3 Nếu nhiều đầu vào cùng hoạt động cùng một lúc thì các giá trị được cộng lại. Một lệnh ON cần được bổ sung Ví dụ: FF1+FF2+FF3+FF4+FF5+FF6 16 = Chọn trực tiếp + lệnh ON(P0701 – P0706 = 16)

Ở chế độ này, các tần số cố định được chọn giống như cho 15, tuy nhiên các tần số này được kết hợp vói một lệnh ON

17 = Chọn chế độ mã nhị phân + Lệnh ON (Được mã BCD + ON/OFF1)

Có thể chọn 16 tốc độ cố định ở chế độ này.

55

3.6.3 Cài đặt các thông số phù hợp với các chức năng yêu cầu của PLC

Ý nghĩa Giá trị Các chân tương ứngChạy nhanh (Q4.0) P0702 = 15 6Cài tần số chạy nhanh P1004 = 52 HzChạy chậm (Q4.1) P0703 = 15 7Cài tần số chạy chậm P1002 = 20 HzBật tắt biến tần (Q5.0) P0701 = 1 5Thang máy chuyển động lên (Q4.2) P0704 = 10 8Thang máy chuyển động xuống (Q4.3) P0705 = 11 16Kích hoạt phanh hãm DC (Q4.6) P0706 = 25 17

Các giá trị bên trên là các giá trị được lưu sẵn trong biến tần, mỗi 1 giá trị được nhập vào sẽ ra lệnh cho biến tần hiểu lệnh của người điều khiển muốn thực thi.Các giá trị mặc định của đầu vào số là: P0701-P0708

Giá trị Ý nghĩa

0 Đầu vào số không hoạt động1 ON/OFF12 ON+ Đảo chiều/OFF13 OFF2 - Dừng tự do4 OFF3 – Giảm tốc nhanh9 Nhận biết lỗi10 Chạy nhấp(JOG) bên phải11 Chạy nhấp(JOG) bên trái12 Đảo chiều13 Tăng MOP (Motorized potentiometer)(Tăng tần số)14 Giảm MOP (Giảm tần số)15 Điểm đặt tần số cố định (chọn trực tiếp)16 Điểm đặt tần số cố định (chọn trực tiếp + ON)

56

17 Điểm đặt tần số cố định (chọn mã nhị phân + ON)25 Kích hoạt hãm DC29 Lỗi hệ thống bên ngoài33 Không cho phép điểm đặt tần số bổ sung99 Cho phép cài đặt thông số BICO

Ví dụ: Lệnh ON/OFF1 được cài vào đầu DIN1 như sau:P0700 = 2 : Cho phép điều khiển qua digital inputsP0701 = 1 : ON/OFF1 kết nối vào cổng vào số số 1 (DIN 1)

3.6.4 Cài đặt phanh hãm cho thang máy: Sử dụng phanh hãm 1 chiều DC

Thông số Giải thíchP0704 = 25 Kích hoạt phanh hãm DC hoạt độngP1232 = 100 % Xác định mức dòng hãm DC theo % tương ứng với dòng

điện định mức của động cơP1233 = 3s Thời gian hãm DC sau lệnh dừng OFF1 đến lúc thang máy

dừng hẳnP1234 = 0Hz Tần số bắt đầu phanh hãm DC hoạt động

Cài đặt thông số đầu ra cho phanh hãm

Đầu ra số Ý nghĩaP0731 = 53.0 Kích hoạt hãm DCCác chế độ cài đặt thông thường của đầu ra số: 52.0 Bộ truyền động sẵn sàng 52.1 Bộ truyền động sẵn sàng hoạt động 52.2 Bộ truyền động đang hoạt động 52.3 Kích hoạt chế độ phát hiện lỗi của bộ truyền động 52.4 OFF2 hoạt động 52.5 OFF3 hoạt động 52.6 Chế độ hãm hoạt động 52.7 Chế độ cảnh báo của bộ truyền động hoạt động 52.8 Độ chênh lệch giữa giá trị điểm đặt và giá trị thực tế 52.9 Điều khiển từ PLC (Điều khiển PZD) 52.B Cảnh báo: Dòng điện của động cơ đàng tới giá trị giới hạn 52.C Chế độ hãm cơ khí (MHB) hoạt động 52.D Động cơ quá tải 52.E Chiều quay của động cơ, theo chiều kim đồng hồ 52.F Bộ biến tần quá tải 53.0 Kích hoạt hãm DC

57

Phần 4

CÁC CẢM BIẾN ĐƯỢC DÙNG TRONG THANG MÁY

58

4.1 - TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN

Cảm biến (CB): là chuyển đổi thực hiện chức năng biến đổi đại lượng không

điện thành đại lượng điện.

Ví dụ như biến áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, vận tốc…thành tín hiệu điện (mv . V, mA…)

Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích. Nói cách khác cảm biến chính là các chuyển đổi đo lường sơ cấp được đặt trong một vỏ hộp có kích thước hình dáng rất khác nhau và được chuẩn hoá để phù hợp với sử dụng trong thực tế (lắp đặt, đặc tính, cấu tạo..)

4.2 – CÁC CẢM BIẾN DÙNG TRONG THANG MÁY

Trong thang máy sử dụng rất nhiều cảm biến.Trong đó:

Cảm biến quang: Được sử dụng với số lượng nhiều nhất (thường ở những vị trí cửa,vị trí gọi tầng và vị trí tăng tốc, hãm tốc và dừng hẳn của buồng thang).

Cảm biến quang tại vị trí tăng tốc, hãm tốc và dừng hẳn: để đảm bảo tính tối ưu, cũng như về độ an toàn, chuyển động tăng tốc, cũng như hãm tốc và dừng hẳn được êm dịu, không xóc, đảm bảo sức khỏe của hành khách…. Người ta dùng cảm biến quang để cảm nhận các vị trí của ca bin tại từng tầng để báo tín hiệu cho bộ điều khiển động cơ tăng, hãm hoặc dừng hẳn được tốt nhất.

Trước mỗi cửa tầng có gắn 1 cảm biến quang dạng thanh, cảm biến này được gắn thẳng đứng theo cửa tầng, để điều khiển hoạt động cửa tầng và cửa cabin, nhằm bảo vệ an toàn cho hành khách và hàng hóa cần di chuyển. Đối với nhà 5 tầng, chúng ta sẽ cần 5 cảm biến loại này tại mỗi vị trí của tầng.

Cảm biến trọng lượng :Để chống quá tải trong thang máy.

Trong mỗi cabin thang máy, cần có một cảm biến khối lượng, để có thể cảm nhận được khối lượng trong thang máy trước khi thang máy vận tải, nhắm báo cho bộ điều khiển, và cho hành khách, nhằm tránh trường hợp quá tải, gây ra sự cố, cho nên, cảm biến này sẽ cân đo làm sao nếu thỏa mãn tải định mức, (nhỏ hơn hoặc bằng) thì thang máy sẽ vận chuyển hành khách.

Cảm biến lực ép : Sử dụng để báo cửa đã đóng hẳn, mở hẳn.

59

4.3 - NGUYÊN LÝ,CẤU TẠO CỦA CÁC CẢM BIẾN DÙNG TRONG THANG MÁY

4.3.1. Cảm biến quang.

Cảm biến báo vị trí.Ta sử dụng cảm biến quang chữ U.

Sơ đồ mạch đo :

Nguyên lí hoạt động:cảm biến dùng nguồn phát quang là diode phát quang.Khi không có cabin đi qua sẽ luôn có ánh sáng truyền từ diode phát quang sang phototransistor Vra khác 0.Khi có cabin đi qua sẽ không có ánh sáng truyền qua,khi đó Vra sẽ bằng không.Tín hiệu báo lên bộ điều khiển sẽ chuyển trạng thái và khi đó biết được vị trí cabin.

1.1) Cảm biến E3Z- D82

60

1.2) đặc tính kỹ thuật :

- Nguồn cấp : 12 ~ 24 VDC

- Ngõ ra PNP, 26.4 VDC max, 100 mA max

- Chọn ngõ ra Light-ON / Dark-ON

- Nguồn sáng: Infrared LED (860nm)

- Mạch bảo vệ: Ngược cực nguồn cấp, ngõ ra; ngắn mạch ngõ ra

- Thời gian đáp ứng: 1ms max.

- Ổn định với ánh sáng môi trường.

- Nhiệt độ môi trường: -20 ~ 55oC

Cảm biến vùng : Ta sử dụng cảm biến Autonics BWP Series.

2.1) Sơ đồ mạch đo

61

62

2.2) Cảm biến BWP 20-08

2.3) Đặc tính kĩ thuật

- Thân mỏng 13mm với thấu kính fresnel

- Vỏ bằng nhựa (PC/ABS)

- Bao gồm chức năng dừng truyền phát, chức năng ngăn ngừa giao thoa lẫn nhau, chức năng chỉ thí nháy Job, chức năng chuyển Light ON/dark ON

-Dễ dàng phân biệt /cạnh mặt trước và chiều dài với hai dãy chỉ thị độ sáng cao.

- Thời gian đáp ứng nhanh, max 7ms.

3) Nguyên lí chung của các cảm biến quang

3.1) Nguyên lí chung

-Bước sóng lớn nhất của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện tử với điều kiện năng lượng photon Ept > Edt năng lượng liên kết của điện tử

-Như vậy điều kiện giải phóng điện tử phụ thuộc vào kiểu ánh sáng và bản chất vật liệu bị chiếu sáng

- Hiện tượng giải phóng các hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng do hiệu ứng quang điện sẽ gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu. Đó là nguyên lý cơ bản của các cảm biến quang điện

63

- Số điện tử được giải phóng trong một giây G = η(1-R) λΦ/h.c

-η:Hiệu suất, R: hệ số phản xạ và Φ thông lượng ánh sáng

-Năng lượng bức xạ Q : là năng lượng phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ dưới dạng bức xạ được đo bằng Jun (J)

-Quang thông Φ: là công suất phát xạ lan truyền hoặc hấp thụ, đo bằng oát (W) và là đại lượng đặc trưng cho nguồn sáng: Φ = dQ/dt

- Cường độ sáng I: là quang thông phát ra theo một hướng dưới một đơn vị góc khối, có đơn vị là W/steradian: I = dΦ/dΩ

- Độ chói năng lượng L: là tỷ số giữa cường độ sáng phát ra bởi một phần từ bề mặt dI theo một hướng xác định và diện tích hình chiếu vuông góc của phần tử bề mặt dA , có đơn vị là W/steradian.m2 :L = dI/dA

- Độ rọi E: là tỷ số giữa quang thông thu được bởi một phần tử bề mặt và diện tích của phần tử đó, có đơn vị là W/m2 :E=dΦ/dA

3.2)Nguyên lí của photodiode :

- Xét 2 tấm bán dẫn, một thuộc loại N và một thuộc loại P, ghép tiếp xúc nhau . Tại mặt tiếp xúc hình thành một vùng nghèo hạt dẫn vì tại vùng này tồn tại một điện trường và hình thành hàng rào thế Vb.

64

- Khi không có điện thế ở ngoài đặt lên chuyển tiếp ,dòng điện chạy qua chuyển tiếp I = Icb + Ikcb = 0, thực tế dòng I chính là dòng tổng cộng vủa hai dòng điện bằng nhau và người chiều nhau bao gồm:

+dòng khuếch tán tán các hạt cơ bản Icb sinh ra khi ion hoá các tạp chất do năng lượng các hạt lớn cơ bản đủ để vượt qua các hàng rào thế.

+ dòng hạt dẫn không cơ bản Ikcb sinh ra do kích thích nhiệt chuyển động dưới tác dụng của điện trường E trong vùng nghèo

- Khi đặt vào 2 cực điện áp ngược Ud

+ hàng rào điện thế Vb thay đổi kết quả kéo theo :

+ Độ rộng vùng nghèo thay đổi và thay đổi dòng Icb

- Khi điện áp ngược đủ lớn,chiều cao hàng rào thế lớn đến mức dòng khuếch tán các hạt cơ bản trở lên rất nhỏ và có thể bỏ qua và chỉ còn lại dòng ngược của diode I = I0

- Khi chiếu sáng diode bằng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ngưỡng,sẽ xuất hiện thêm các cặp điện tử lỗ trống. Để các hạt dẫn này tham gia dẫn điện cần ngăn cản quá trình tái hợp của chúng tức là nhanh chóng tách rời các cặp điện tử lỗ trống. Sự tách cặp điện tử lỗ trống chỉ sảy ra trong vùng nghèo nhờ tác dụng của điện trường.

65

- Số hạt dẫn phụ thuộc vào thông lượng ánh sáng đặt tới vùng nghèo và khả năng hấp thụ của vùng này. Thông lượng ánh sáng đạt tới cùng nghèo phụ thuộc đáng kể vào chiều dày của vật liệu mà nó đi qua

+ Trong đó hệ số .Để tăng thông lượng ánh sáng đến vùng nghèo người ta chế tạo diode với phiến bán dẫn có chiều dày rất bé.

- Khả năng hấp thụ phụ thuộc rất lớn vào bề rộng của vùng nghèo. Để tăng khả năng mở rộng vùng nghèo người ta sử dụng Diode PIN. Lớp bán dẫn riêng I kẹp giữa 2 lớp bán dẫn P và N.với loại bán dẫn này chỉ cần điện áp ngược vài vôn có thế mở rộng vùng nghèo ra toàn bộ bán dẫn I

4.3.2. Cảm biến trọng lượng.

1) Nguyên lí, cấu tạo của cảm biến biến dạng.

Cảm biến trọng lượng là một sợ dây dẫn có điện trở suất (thường dùng là hợp kim của Niken) có chiều dài l và tiết diện s, được cố định trên phiến cách điện.

Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng strai gage, người ta dán chặt strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho ho bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến dạng.Điện trở của cảm biến:

66

Khi cảm biến bị điến dạng,do kích thước của dây dẫn bị thay đổi nên điện trở của cảm biến thay đổi

2)Ứng dụng của cảm biến biến dạng

Đo lực dùng cảm biến biến dạng.Để đo lực tác động lên vật thể , ta dán strain gage vào một vật ứng lực đặt giữa điểm tác dụng lực và vật chịu tác động sao cho biến dạng của cảm biến bằng với biến dạng của vật chứng,dưới tác dụng của lực tác động,vật chứng bị biến dạng sẽ làm cảm biến biến dạng là thay đổi điện trở,đo sự thay đổi điện trởi của cảm biến ta suy ra lực tác dụng.

Khi vật chứng bị biến dạng bởi lực nó sẽ biến dạng theo phương ứng lực một lượng ε :

Trong đó : là biến dạng của vật chứng, là ứng lực,Y là module Young, S là tiết diện của vật chứng,F là lực tác dụng.Tương ứng với các vật liệu khác nhau thì module Young sẽ khác nhau.

2. Cảm biến trọng lượng (loadcell) :

2.1. Cấu tạo của Loadcell:

67

- Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi,là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử lý đặt biệt,trên vật chứng có dán 4 straingage.Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động.Tuỳ vào dạng của vật chứng ta có loại loadcell.

-Cấu tạo train gage

+Cấu tạo ( dây điện trở,màng mỏng kim loại,ban dẫn…)

+Dây mảnh,lá mỏng và màng mỏng

+Trên giấy mỏng cách điện, dán dây điện trở (constantan,nicrom…) hình răng lược đường kính 0.02 – 0.03 mm.Chiều dài nó thường 8 -15 mm,chiều rộng a0 3-10 mm. Điện trở ban đầu 800 -1000, lượng thay đổi điện trở khoảng 10 -15 .

Tuỳ theo đường kính của dây sẽ có dòng cho phép đi qua tương ứng.

Thông thường độ nhạy theo lí thuyết sẽ khác nhiều với thời gian ngoài thực tế.Do vậy khi sản xuất người ta sẽ chế tạo hàng loạt.Sau đó các cảm biến sẽ được hiệu chuẩn đơn chiếc tuỳ theo ứng dụng thực tế.

Hệ số nhiệt độ của vật liệu cần phải bé hoặc có bù nhiệt trong mạch đo.

68

2.2) Một số dạng của loadcell

Các straigage được lối thành một mạch cầu như hình dưới đây:

69

Khi không bị điện trở tác dụng các straigage bằng nhau cầu ở trạng thái cân bằng.Khi bị điện trở tác dụng ,vật chứng bị biến dạng,các straigage thay đổi điện trở làm cho mạch cầu lệch cân bằng là xuất hiện ở ngõ ra một điện áp V0,

Khi loadcell có 2 straigage tích cực (R2,R4 giãn ,R1=R3=R cố định)

Thường thì giá trị của rất nhỏ so với R nên ta có

2.3. Ví dụ cụ thể về tính điện áp ra của loadcell.

Thông số đầu của load cell:

Giả sử:

+Vcc =5(V)

+Straigage được làm bằng Nicrome V

+Tải trọng đặt vào là 1000<kg>

+ Vật chứng được làm bằng nhôm và có diện tích 100

+ Module đàn hồi của nhôm :Y = 69

Ta có hệ số biến dạng của straigage được tính theo công thức :

70

Với F=10 000 <N>, S = 100< >, Y = 69 < kN/ >

Mặt khác ta lại có:

Trong đó là hệ số đầu đo của Nicrome V

Ta lại có

71