Tài liệu Luận văn tốt nghiệp: Tự động hóa trong công nghiệp và lập trình điều khiển trtên bộ PLC_Lập

Luận văn tốt nghiệp

Tự động hóa trong công

nghiệp và lập trình điều khiển

trtên bộ PLC_Lập trình thang

máy

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 1

PHẦN I

KHÁI QUÁT VỀ THANG MÁY

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

1. Lời nói đầu:

Trong những thập niên gần đây ngành xây dựng phát triển rất mạnh đặc biệt là ở

TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và các khu trung tâm thành thị khác trong cả nước. Với sự

phát triển mạnh mẽ đó thì không ít các nhà cao tầng đã mọc lên và không thể dùng

đôi bàn chân để leo lên rồi lại xuống hằng ngày trong những tòa nhà đó. Chính vì

vậy thang máy giúp ít rát nhiều cho vấn đề này, vừa tiết kiệm thời gian vừa ít tốn

công sức đồng thời tạo cho chúng ta thấy được vẽ mỹ quan kiến trúc và sự hiện đại

hóa. Thang máy là 1 phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống mà sự phát triển

và nhu cầu cuộc sống tiện nghi của con người ngày càng cao. Nên việc tìm hiểu và

phát triển thang máy là 1 vấn đề cần thiết

Thang máy là công cụ dùng để chuyên chở người, hàng hóa từ độ cao này đến

độ cao khác theo chu kỳ. Bên ngoài và bên trong thang đều có nút điều khiển và

hướng dẫn sử dụng.

Thang máy có rất nhiều loại nhưng chủ yếu vẫn là thang máy đứng thường dùng

trong các tòa nhà cao tầng và thang máy cuốn thường dùng trong các siêu thị hay

các trung tâm thường có đông người di chuyển lên xuống thường xuyên. Trong đó

thang máy đứng thừng được sử dụng rộng rải hơn trong các tóa cao ốc, bệnh viện,

nhà hàng, khách sạn... Để đáp ứng tiện nghi sử dụng và theo đúng yêu cầu của qui

luật phát triển đất nước thì các tòa nhà cao từ 4 tầng trở lên phải được lấp đặt thang

máy. Thực tế thì hiện nay ở TP Hồ Chí Minh có khoảng hơn 500 thang máy đang

được sử dụng và Hà Nội là khoảng hơn 400.

Hiện nay có rất nhiều Công Ty tham gia vào thị trường thang máy của nước

ta nên việc cạnh tranh diễn ra hết sức gây gắt. Do vậy việc tìm hiểu để phát triền và

đổi mới kiểu dáng cũng như hoạt động của thang máy là việc hết sức cần thiết của

các công ty đó.

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 2

Bước thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay

thế hệ thống điều khiển cũ sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình

được là PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính

xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển

khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp mới đã và đang được sử

dụng rộng rãi ở Việt Nam.

Vấn đề tự động hóa trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao năng

suất lao động, là một trong những đề tài được các bạn sinh viên, các thầy cô ở những

trường kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát và sử dụng phần mềm

lập trình cho PLC họ SIMATIC S7.

** Giới hạn đề tài

Do hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo và nhiều điều kiện khách quan

khác nhau, nên đề tài chỉ nghiên cứu những nội dung sau :

- Thiết lập lưu đồ điều khiển.

- Lập trình điều khiển trên bộ PLC của SIMATIC S7-200 CPU 214.

- Xây dựng mô hình điều khiển.

- Kết nối PLC với mô hình.

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 3

2. CẤU TRÚC CỦA 1 THANG MÁY:

Nguồn

Motor kéo

Nút nhấn gọi thang (bên ngoài)

Cửa thang

Bảng Điều khiển thang (Bên trong)

Đối trọng

Cáp

Thanh ray

Bộ phận lò xo giảm xốc

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 4

3. Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chương trình:

Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển

Liệt kê các đầu vào/ra tương ứng với đầu vào/ra của PLC

Dựng một sơ đồ chung của hệ thống điều khiển

Lập trình sơ đồ giải thuật vào PLC

Mô phỏng chương trình và kiểm tra phần mềm

Phiên dịch lưu đồ sang dạng sơ đồ giải thuật

Thay

đổi

chươn

g trình

Chương trình

Nối các thiết bị vào/ra với PLC

Chạy thử chương trình

Lưu chương trình vào EPROM

Sắp xếp có hệ thống chương

Sửa lại phần mềm

Kết thúc

Chương trình

sai

Đúng

Sai

Đúng

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 5

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG CỦA

THANG MÁY

I. Truyền động kiểu kéo không có hộp số:

1. Mô tả:

Thiết bị nâng chuyển kiểu kéo không có hộp số bao gồm một động cơ DC

tốc độ thấp (từ 50 đến 200 vòng/phút) có bốn đến tám pulley có đường kính khoảng

30 đến 48 inch (khoảng 750 đến 1000 mm). Một cái phanh lò xo cách ly về điện

được bố trí dùng cho pulley.

Động cơ DC có tốc độ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và đắt tiền nhưng cần

thiết để duy trì moment yêu cầu để truyền động trực tiếp cho pulley có bán kính lớn

để đảm bảo tốc độ dừng và tăng tốc độ của thang.

Các pulley càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo. Thường người ta chọn

pulley có bán kính gấp 40 lần bán kính dây kéo.

Các máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn 800 fpm(4 m/s) hoặc

cao hơn. Thường dùng nguyên tắc quấn dây đôi để tránh trượt dây và giảm tối đa độ

mòn dây. Các dây từ buồng thang được quấn pulley truyền động qua pulley thứ hai

(gọi là pulley thứ cấp) rồi qua pulley truyền động một lần nữa, cuối cùng đến đối

trọng.

Lớp đệm rãnh làm bằng pulyuerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa

rãnh của pulley và dây kéo để kéo dài tuổi thọ của dây. Kỉ thuật này phát triển dựa

theo nguyên tắc quấn dây hai lần có thế bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết

hợp với miếng đệm rãnh.

Dây cáp: thường dùng loại dây cáp 6 x 19 có khả năng chịu lực cao.

Các thiết bị thông thường được liên kết dây theo tỉ lệ 1:1 hoặc 1:2 đối với

buồng thang và đối trọng.

Tỷ lệ 2:1 được lợi gấp đôi về lực, như vậy động cơ chỉ cần cung cấp một lực

bằng nữa lực cần thiết để nâng khối lượng của vật. Tỷ lệ này thường được dùng khi

tải lớn 1600 kg. Tỷ lệ 1:1 sẽ không thiệt hại về quãng đường như vậy tốc độ của

động cơ phải giảm nhỏ, dẫn đến kích thước của động cơ lớn.

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 6

2. Hoạt động:

Máy phát có thể khởi động khi đầy tải, có khả năng tăng tốc đến tốc độ cực

đại trong khoảng cách chuyển động từ tầng này đến tầng kia. Có khả năng chuyển

động chậm dần đến mức có thể dừng trong khoảng thời gian từ 4,5 đến 5 giây. Yêu

cầu đó đòi hỏi phải thực hiện dưới một điều khiển tải khi nâng cũng như khi hạ. Hệ

thống nâng chuyển phải bố trí sao cho khi tăng tốc hoặc giảm tốc không làm sốc

hành khách trong buồng thang.

II. Truyền động kiểu kéo có hộp số:

1. Mô tả:

Máy của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào động cơ

có tốc độ cao truyền động đến pulley. Kết quả là tốc độ của pulley giảm xuống và

moment tăng cao cần thiết cho sự làm việc của thang máy. Hãm bằng lò xo để dừng

thang và giữ thang ở các tầng.

Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường được dùng trong các thang

máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 15 đến 3000 lp(10 đến 1400 kg) hoặc

lớn hơn với tốc độ từ 25 đến 450 fpm(0.125 đến 2.3 m/s).

Máy kéo có hộp số được truyền động bằng động cơ AC một tốc độ hoặc hai

tốc độ hoặc sử dụng động cơ DC dùng phương pháp điều khiển “Ward – Leonard”

hoặc động cơ AC hay DC điều khiển bằng chỉnh lưu hay mạch điện tử. Động cơ AC

thường dùng cho tốc độ từ 25 đến 150 fpm (0.125 đến 0.75 m/s) và với mạch điện

tử tốc độ có thể lên đến 350 fpm (1.75 m/s).

Đối với động cơ một tốc độ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm

phanh. Động cơ hai tốc độ hoạt động với bộ dây quấn kép. Dây quấn tốc độ nhanh

dùng để vận hành, dây quấn tốc độ chậm dùng để hãm phanh và dừng đúng mức.

2. Phần cơ:

- Đây là bộ phận chính cung cấp lực kéo cho thang máy. Nó bao gồm các bộ phận

sau:

- Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha).

- Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo).

- Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp.

3. Bộ hãm:

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 7

Người ta thường dùng bộ hãm bằng từ vì chúng giải phóng điện và tạo ra để

ma sát với trục của máy. Do lò xo giữ ngược chiều hãm hình trụ trên trục quay của

máy.

Sự hoạt động của cơ cấu truyền động không bánh răng, chức năng hãm dùng

để duy trì và không làm chạm thang máy. Do đó kích thước của nó được xác định

bằng moment theo điểu kiện cần thiết. Chức năng của nó giống như motor, nhỏ hơn

bộ phận truyền động bằng bánh răng, vì moment giảm ngược với bánh răng. Bộ

phận quay motor AC với vận tốc thấp mà trong đó sự dừng lại là do đế hãm.

Dòng từ hóa có thể sử dụng bất cứ nơi nào có thể được vì chúng có thể điều

khiển nhanh chóng nhưng không có tiếng ồn. Bộ hãm dòng xoay chiều có thể là từ

tính hoặc hoạt động motor và thường cung cấp qua bộ phận giảm chấn để điều

chỉnh hoạt động của chúng.

4. Lực kéo và Công suất:

a. Lực kéo:

Buồng thang được nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp vắt qua ròng

rọc truyền động, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi

áp lực gây nên do trọng lượng của buồng thang và đối trọng.

Thang máy kéo bằng lực có đặc điểm an toàn khi không có buồng thang hoặc

đối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển

thang máy do lực ma sát bị giải phóng.

b. Công suất

Để chọn được công suất truyền động của thang máy cần có các điều kiện

sau:

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang

Công suất tĩnh của động cơ khi không dùng đối trọng được xác định theo

công thức sau:

[( ) * 10 ]/

3 P  Gbt  G V  g  (KW)

Gbt: khối lượng buồng thang (Kg)

G: khối lượng hàng (kg)

Luận Văn Tốt Nghiệp

Trang 8

V: vận tốc nâng (m/s)

g: gia tốc trọng trường (m/s2

)

 :hiệu suất của cơ cấu nâng (thường chọn 0.5 đến 0.8)

Công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải khi có đối trọng :

3

[( )/ ] 10 P  Gbt  G   Gdt  V  k  g  (KW)

Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải khi có đối trọng :

3

[( ) / ] 10 P  Gbt  G   Gdt  V  k  g  (KW)

Gdt: khối lượng của đối trọng (kg)

K: hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng ( thường chọn k =1,

15:1,3).

Khối lượng đối trọng tính theo công thức:

Gdt  Gbt  G (Kg)

Với  là hệ số cân bằng (chọn 0.3 đến 0.6)

Tuỳ thuộc vào tải trọng mà ta chọn công suất sao cho phù hợp với động cơ

kéo. Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào lực kéo đặt len puli quấn dây và cơ cấu truyền

động giữa motor kéo và puli Dựa vào các kết quả công thức trên, ta có thể chọn

công suất và các thành phấn liên quan.

5. Dây Cáp:

Một bộ gồm từ ba đến tám dây cáp bằng thép với đường kính khoảng 0.5 đến

1 inch thường được dùng để nối song song. Đường kính của cáp dùng để xác định

đường kính ròng rọc nhỏ nhất có thể sử dụng. Ròng rọc quá nhỏ sẽ dẫn tới ứng suất

dư trong cáp khi quấn qua ròng rọc, nó là nguyên nhân giảm tuổi thọ của cáp.