TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Giới thiệu chung về thang máy
1.1.1 Khái niệm chung về thang máy:
Thang máy là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng dưới 15 độ so với phương thẳng đứng, bao gồm cả vật liệu, thực phẩm và giường bệnh.
Thang máy là thiết bị vận chuyển phổ biến trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện và các công trình như đài quan sát, tháp truyền hình Ưu điểm nổi bật của thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian chu kỳ vận chuyển ngắn, tần suất vận chuyển cao và khả năng đóng mở liên tục.
Thang máy hiện nay đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các tòa nhà cao tầng, giúp tiết kiệm sức lực cho người sử dụng khi di chuyển giữa các tầng mà không cần phải leo cầu thang bộ.
1.1.2 Yêu cầu chung đối với thang máy
Thang máy là thiết bị vận chuyển yêu cầu tính an toàn cao, ảnh hưởng trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Do đó, trong quá trình thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa, cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn Thang máy phải được trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn như điện chiếu sáng dự phòng, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, công tắc an toàn cabin, khóa an toàn cửa tầng và bộ cứu hỏa khi mất điện nguồn, nhằm đảm bảo độ tin cậy và an toàn tối đa cho người sử dụng.
1.1.3 Vai trò của thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải thiết yếu, phục vụ cho việc di chuyển hàng hóa và con người theo phương thẳng đứng, đáp ứng nhu cầu đi lại nhanh chóng từ vị trí thấp đến cao Sự phát triển của thang máy không chỉ giúp tăng năng suất lao động mà còn tiết kiệm thời gian và sức lực Trong ngành công nghiệp, thang máy đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu và đưa công nhân đến các khu vực làm việc ở độ cao khác nhau Đặc biệt, trong các lĩnh vực như khai thác hầm mỏ, xây dựng và luyện kim, thang máy trở thành công cụ không thể thiếu Ngoài ra, thang máy cũng rất quan trọng trong các tòa nhà cao tầng, bệnh viện, và khách sạn, góp phần nâng cao hiệu quả công việc Tại Việt Nam, thang máy chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp với hình thức thô sơ, nhưng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực xã hội ngày càng gia tăng.
Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay được chế tạo với nhiều kiểu dáng và thiết kế đa dạng, phù hợp với từng mục đích sử dụng của mỗi công trình Việc phân loại thang máy có thể dựa trên các nguyên tắc và đặc điểm khác nhau.
1.2.1 Phân loại theo công dụng
1.2.1.1 Thang máy chuyên chở người
Loại này để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình vv
1.2.1.2 Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm
Loại này thường dùng trong siêu thị
1.2.1.3 Thang máy chuyên chở người bệnh nhân
Loại thang này được thiết kế đặc biệt cho các bệnh viện và khu điều dưỡng, với kích thước thông thủy cabin đủ lớn để chứa băng ca hoặc giường bệnh cùng với bác sĩ, nhân viên y tế và các dụng cụ cấp cứu cần thiết Hiện nay, thang máy này được sản xuất theo tiêu chuẩn kích thước và tải trọng đồng nhất trên toàn thế giới.
1.2.1.4 Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm
Loại xe này thường được sử dụng trong các nhà máy, công xưởng, kho bãi và cả trong các khách sạn, chủ yếu để vận chuyển hàng hóa Bên cạnh việc chở hàng, xe còn có người đi kèm để phục vụ nhu cầu của khách hàng.
1.2.1.5 Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm
Thang máy chuyên dụng được thiết kế để vận chuyển vật liệu và thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể Điểm đặc trưng của loại thang này là hệ thống điều khiển được đặt bên ngoài cabin Bên cạnh đó, còn tồn tại nhiều loại thang chuyên dụng khác như thang máy cứu hỏa và thang chở ô tô.
1.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin
1.2.2.1 Thang máy dẫn động điện
Loại cabin này sử dụng động cơ điện để điều khiển việc lên xuống thông qua hộp giảm tốc, puli ma sát hoặc tang cuốn cáp Nhờ vào việc cabin được treo bằng cáp, hành trình di chuyển của nó không bị giới hạn.
Thang dẫn động ca bin là loại thang sử dụng bánh răng và thanh răng để di chuyển lên xuống, chuyên phục vụ cho việc chở người trong các công trình xây dựng cao tầng.
Hình 1.1 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang a,b: Dẫn động cabin bằng puli masat c:Dẫn động cabin bằng tang cuốn
1.2.2.2 Thang máy dẫn động thủy lực
Thang máy thủy lực có ba loại chính: pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabin, pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabin, và pittông kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin Loại thang máy này hoạt động bằng cách sử dụng pittông - xylanh thủy lực để đẩy cabin từ dưới lên, tuy nhiên hành trình của nó bị hạn chế, tối đa chỉ đạt 18m Do đó, thang máy thủy lực không phù hợp cho các công trình cao tầng Mặc dù có cấu trúc đơn giản và tiết diện giếng thang nhỏ hơn so với thang máy dẫn động cáp, thang máy thủy lực vẫn mang lại chuyển động êm ái, an toàn và giúp giảm chiều cao tổng thể của công trình khi phục vụ cùng một số tầng, vì buồng thang máy được đặt ở tầng trệt.
1.2.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời treo Đối với thang máy điện
Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang (h1.1)
Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang (h1.3)
Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang, với cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin hoặc cáp vòng qua đáy cabin Đối với thang máy dẫn động cabin bằng bánh răng và thanh răng, bộ tời được lắp đặt ngay trên nóc cabin Trong khi đó, đối với thang máy thủy lực, buồng máy được đặt tại tầng trệt.
1.2.4 Phân loại theo hệ thống vận hành
1.2.4.1 Theo mức độ tự động
1.2.4.2 Theo tổ hợp điều khiển
1.2.4.3 Theo vị trí điều khiển
+ Điều khiển trong ca bin
+ Điều khiển ngoài ca bin
+ Điều khiển cả trong và ngoài ca bin
1.2.5 Phân loại theo các thông số cơ bản
1.2.5.1 Theo tốc độ di chuyển của ca bin
+ Loại tốc độ rất cao: V> 4m/s
1.2.5.2 Theo khối lượng vận chuyển của ca bin
Nhận xét
Thang máy hiện nay có nhiều cấu trúc đa dạng, đòi hỏi sự lựa chọn khắt khe về mặt kinh tế và an toàn cho người sử dụng Với sự phát triển kinh tế tại Việt Nam, việc lựa chọn cấu trúc thang máy hợp lý là rất quan trọng Trong chương 2, tôi sẽ trình bày các chi tiết chính liên quan đến thang máy.
TẠO CỦA THANG MÁY VÀ CÁC CHỨC NĂNG
Một số kiểu thang máy thường gặp
a, b, c, Hình 2.1 Sơ đồ thang máy thường gặp
+ Thang máy có thêm puly dẫn hướng cáp đối trọng (hình 2.1 a)
Lắp thêm puly dẫn hướng để dẫn hướng cáp đối trọng là giải pháp hiệu quả cho các cabin lớn Sơ đồ này thường được áp dụng khi cáp đối trọng không thể dẫn hướng trực tiếp từ puly dẫn cáp hoặc tang cuốn cáp.
+ Thang máy có sự bố trí bộ tời bên dưới (hình 2.1 b)
Bộ tời được lắp đặt ở bên hông hoặc bên dưới cửa đáy giếng giúp giảm tiếng ồn khi thang máy hoạt động Tuy nhiên, sơ đồ này làm tăng tải trọng tác dụng lên giếng thang, kéo theo chiều dài và các điểm uốn của cáp nâng, dẫn đến tăng độ mòn của cáp Kiểu bố trí này chỉ nên được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt, khi buồng giếng không thể đặt ở phía trên và có yêu cầu cao về việc giảm tiếng ồn trong quá trình thang máy làm việc.
+ Thang máy kiểu đẩy (hình 2.1 c)
Cáp nâng treo cabin được dẫn qua các puly lắp trên khung cabin và đi qua puly phía trên đến puly dẫn cáp của bộ tời Trọng lượng của cabin và vật nâng được cân bằng nhờ đối trọng, trong khi các dây cáp của đối trọng uốn qua puly dẫn hướng phụ.
Cấu trúc điển hình của thang máy
2.2.1 Tổng quát về cơ khí thang máy
Thang máy có cấu trúc phức tạp nhưng nhìn chung được cấu tạo gồm một số bộ phận như sau:
+ Cơ cấu nâng hạ bao gồm: Đ/C KĐB đảo chiều
Puly (tang cuốn cáp nâng hạ)
HT phanh giữ (phanh từ)
+ Bộ phận dẫn hướng (gồm một hệ thống ray)
+ Bộ phận treo ca bin (hệ thống cáp)
+ Bộ phận hạn chế tốc độ
+ Bộ giảm chấn đáy hầm
+ Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác
+ Tủ điện và hệ thống điều khiển
Tất cả các thiết bị thang máy được lắp đặt trong giếng buồng thang, bao gồm không gian từ trần tầng cao nhất đến đáy tầng 1, trong buồng máy trên sàn tầng cao nhất, và trong hố buồng thang dưới sàn tầng 1.
Mỗi bộ phận chức năng của thang máy đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ hoàn thiện, an toàn và tiện nghi Sự phức tạp của thang máy tỷ lệ thuận với số lượng bộ phận cấu thành, dẫn đến việc chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh trở nên khó khăn hơn, ảnh hưởng đến tốc độ và độ chính xác của thang máy.
Hình 2.2 mô tả kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy, bao gồm các thành phần chính như: đối trọng, cảm biến xác định vị trí, cabin, cáp dây truyền, puly, động cơ, giá treo, khung đế cabin, ray dẫn hướng, xích cân bằng, hố giếng thang, và tủ điều khiển.
Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an toàn và tiện lợi trong vận hành
Kết cấu, sơ đồ bộ trí thiết bị của thang máy giới thiệu ở hình vẽ bên
2.2.2 Sơ bộ về chức năng của một số bộ phận
Mỗi một bộ phận trong thang máy đều đảm nhiệm chức năng và nhiệm vụ khác nhau Nhưng lại có quan hệ mật thết với nhau
2.2.2.1 Bộ phận lắp trong phòng điều khiển
Cơ cấu nâng được chia thành hai loại: loại có hộp tốc độ và loại không sử dụng hộp tốc độ Trong cấu trúc của cơ cấu nâng, các thành phần quan trọng bao gồm cảm biến xung, cảo bố thắng, phanh điện từ, bố thắng, quạt làm mát động cơ, tay quay, động cơ, chân đế và Puly.
Cơ cấu nâng tạo ra lực kéo chuyển động cabin và đối trọng Trong thang máy thường sử dụng hai cơ cấu nâng (hình 2.3)
Cơ cấu nâng trong thang máy có số tầng thấp thường sử dụng hộp giảm tốc giữa động cơ và puly (hoặc tang) với bộ truyền phụ, giúp vận hành hiệu quả mà không cần tốc độ cao.
Cơ cấu nâng không sử dụng hộp giảm tốc, với puly dẫn cáp được lắp trực tiếp trên trục động cơ, thường được áp dụng cho các thang máy trong tòa nhà cao tầng nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ cao.
Cơ cấu nâng gồm các bộ phận sau:
- Bộ phận kéo cáp: là puly hoặc tang cuốn cáp có đường kính
Động cơ trong thang máy, thường là động cơ 3 pha không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc, dẫn động hộp giảm tốc với vận tốc quy định để quay puly hoặc tang quấn cáp, kéo cabin lên xuống Với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại và yêu cầu điều chỉnh tốc độ, momen động cơ cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả kinh tế và cảm giác thoải mái cho người sử dụng Hệ thống điều khiển trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh động cơ theo yêu cầu.
Cơ cấu nâng được đặt chắc chắn trên kệ làm bằng thép chữ u
+ Tủ điện : trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ,các loại rơle trung gian,và bộ điều khiển
Bộ phận hạn chế tốc độ là thiết bị an toàn quan trọng, hoạt động khi vận tốc di chuyển vượt quá mức cho phép Khi xảy ra tình huống này, bộ phận sẽ kích hoạt cơ cấu khống chế, cắt điều khiển động cơ và phối hợp với phanh bảo hiểm bằng cáp liên động để giảm tốc độ di chuyển của buồng thang, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
2.2.2.2 Các bộ phận lắp trong giếng thang a, Thiết bị động
+ cabin và các thiết bị đi kèm
Cabin thang máy là bộ phận mang tải, di chuyển trong giếng thang nhờ các thanh dẫn hướng Cấu tạo cabin bao gồm hai phần chính: khung chịu lực và các vách, trần, sàn tạo thành buồng cabin Trên khung cabin lắp đặt các ngàm dẫn hướng, hệ thống treo, tay đòn, bộ hãm bảo hiểm, cùng với hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa Phanh bảo hiểm và động cơ đóng mở cửa được lắp trên nóc cabin Bên trong buồng thang có hệ thống nút bấm điều khiển, đèn báo, đèn chiếu sáng, công tắc liên động với sàn cabin và điện thoại liên lạc trong trường hợp mất điện Cabin cũng cần đảm bảo yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng, với nguồn điện cung cấp qua dây cáp mềm.
Khung cabin là cấu trúc chính của cabin thang máy, được làm từ các thanh thép chịu lực lớn, đảm bảo khả năng chịu tải định mức Vách che cabin bao quanh khung cabin, tạo nên sự bảo vệ và an toàn cho người sử dụng.
- Ngàm dẫn hướng (rãnh trượt)
Ngàm dẫn hướng có vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng cho cabin và đối trọng di chuyển dọc theo ray dẫn hướng, đồng thời kiểm soát sự dịch chuyển ngang của chúng trong giếng thang, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép Hiện nay, có hai loại ngàm dẫn hướng chính: ngàm trượt (bạc trượt) và ngàm con lăn.
Hình 2.6 Ngàm dẫn hướng và rãnh trượt
-Hệ thống treo ca bin
Do cabin và đối trọng được treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt, nên cần có hệ thống treo để đảm bảo các sợi cáp nâng có độ căng đồng đều.
Khi sợi cáp chịu lực căng lớn nhất bị quá tải, sợi cáp chùng sẽ trượt trên rãnh puly ma sát, gây nguy hiểm Sự hiện diện của sợi cáp chùng và sợi căng dẫn đến mòn không đều trên các rãnh cáp của puly ma sát Để đảm bảo an toàn, hệ thống treo cabin cần được trang bị tiếp điểm điện của mạch an toàn nhằm ngắt điện dừng thang khi một trong các sợi cáp chùng vượt quá mức cho phép Thang chỉ hoạt động khi độ căng của các cáp đã được điều chỉnh đồng đều Hệ thống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng trong cấu trúc chịu lực của cabin.
+ Hệ thống cửa cabin và cửa tầng
Cửa cabin và cửa tầng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa được thiết kế để khi thang dừng tại tầng, động cơ sẽ mở cửa cabin và đồng thời mở cửa tầng Khi thang di chuyển, hệ thống liên kết sẽ ngăn không cho cửa tầng mở ra, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống phanh bảo hiểm là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ buồng thang khi xảy ra sự cố, như đứt cáp hoặc mất điện, đặc biệt khi tốc độ buồng thang vượt quá giới hạn cho phép Thường có ba loại phanh được sử dụng trong hệ thống này để đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng.
Hình 2.7 Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Lựa chọn thang máy
Quá trình chọn thang máy thường được thực hiện qua hai bước: lựa chọn sơ bộ và đánh giá kết quả Bài toán này được đặt ra dựa trên các thông số của toà nhà cùng với các yêu cầu khác, nhằm xác định thang máy (hoặc nhiều thang máy) phù hợp với nhu cầu vận chuyển trong 5 phút tại thời điểm i, đồng thời đảm bảo thời gian chờ đợi trung bình và tối ưu hóa chi phí đầu tư.
Khi chưa có đủ số liệu về tòa nhà và các yêu cầu liên quan, có thể tham khảo bảng 1.3.3.1 để chọn thang phù hợp với yêu cầu đề ra.
Khi lựa chọn thang cho các tòa nhà cao tầng có lượng hành khách lớn, quá trình này không hề đơn giản Do đó, việc sử dụng các chương trình chọn thang có sẵn hoặc tham khảo ý kiến từ các chuyên gia là rất cần thiết.
Dưới đây chỉ xin trình bày nguyên tắc chọn thang chở người cho các toà nhà không quá phức tạp
Bảng 2.1 Lựa chọn tốc độ theo chiều cao của tòa nhà
Chọn tốc độ theo chiều cao toà nhà Đặc điểm thang Chiều cao toà nhà (m)
Loại thang máy Tốc độ định mức x (m/s)
Cơ quan khách sạn nhỏ
Cơ quan khách sạn loại lớn
Bệnh viện nhà ở tập thể
Chế độ hoạt động nhẹ (ít hoạt động) x ≤ 0,63 12 10 - - -
Thang cho hoạt động chung
Chọn tốc độ theo chiều cao toà nhà Đặc điểm thang Chiều cao toà nhà (m)
Loại thang máy Tốc độ định mức x (m/s)
Cơ quan khách sạn nhỏ
Cơ quan khách sạn loại lớn
Bệnh viện nhà ở tập thể
Thang cần vận chuyển nhanh
Thang máy cho bệnh viện
Thang chở hàng thông thường
Thang chở hàng loại nặng
Trình tự quá trình chọn thang được tiến hành như sau:
- Phân tích các đặc điểm đã cho của toà nhà
- Chọn giá trị của năng suất vận chuyển i trong 5 phút tại giờ cao điểm và giá trị
- Khoảng thời gian chờ đợi trung bình
- Bố trí sơ bộ sơ đồ phục vụ của thang
Khi tính toán và chọn thang, cần xác định các thông số kỹ thuật cần thiết Việc kiểm tra và đánh giá phương án đã chọn phải đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu phục vụ và khả năng đầu tư Cuối cùng, xác định phương án hợp lý nhất để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.
2.3.2 Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế thang máy
+ Khi thiết kế giếng thang máy, chúng ta chú ý một số điểm sau:
Kích thước giếng thang cần phù hợp với tải trọng theo catalogue, nhưng cũng cần lưu ý đến chiều cao của tòa nhà Đối với những tòa nhà cao, nên thiết kế giếng thang rộng hơn kích thước do nhà sản xuất quy định khoảng 100-200mm, nhằm tránh hiện tượng lệch hoặc hẹp giếng thang trong quá trình xây dựng.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao OH, tức là khoảng cách từ sàn của điểm dừng trên cùng đến bệ đặt máy kéo Nếu chiều cao OH quá thấp, sẽ không đảm bảo an toàn trong quá trình thang máy vận hành và không đáp ứng tiêu chuẩn an toàn lắp đặt thang máy tại Việt Nam.
Tốc độ và tải trọng của thang máy ảnh hưởng trực tiếp đến độ sâu của hố Pit, là khoảng cách từ sàn điểm dừng tầng thấp nhất đến đáy giếng Yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thang máy.
OH và hố Pit đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ êm ái của thang máy khi di chuyển lên hoặc xuống Nếu OH hoặc hố Pit ngắn, thang máy sẽ dừng lại một cách đột ngột khi đến tầng trên hoặc tầng dưới cùng.
+ Phòng máy của thang phải đảm bảo các yếu tố:
- Độ cao: Nếu độ cao không đủ thì sẽ liên quan đến góc ôm của Puly và cáp
Do đó, sẽ ảnh hưởng đến độ bền của puly, cáp và chất lượng vận hành của thang
Thông gió là yếu tố quan trọng trong phòng máy, vì nếu không được thông gió tốt, nhiệt độ sẽ tăng cao, ảnh hưởng đến dầu hộp số của máy kéo Khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép, bộ biến tần của thang máy có thể bị nhiễu, dẫn đến sự cố trục trặc Nhiều trường hợp, vào giữa trưa nắng, khi nhiệt độ phòng máy tăng cao, thang máy thường gặp phải sự cố.
Khi bố trí phòng máy, cần lưu ý không đặt gần bể nước để tránh nguy cơ nước tràn, cũng như không đặt gần giàn nóng của hệ thống điều hòa trung tâm, vì khí nóng thải ra sẽ làm tăng nhiệt độ trong phòng máy.
Khi thiết kế thang máy, việc tham khảo ý kiến từ các nhà cung cấp thang máy là rất quan trọng Bản vẽ trong catalogue chỉ mang tính chất sơ bộ, do đó, nếu không xem xét kỹ lưỡng, có thể dẫn đến việc phải đục bê tông cửa tầng sau khi tòa nhà hoàn thành, gây tốn kém và ảnh hưởng đến kết cấu của tòa nhà.
Nhận xét
Việc tính chọn các thiết bị như động cơ, bộ điều khiển, biến tần và các cơ cấu chấp hành cho thang máy là rất quan trọng do yêu cầu khắt khe của hệ thống Điều này quyết định đến sự chính xác, độ tin cậy và an toàn của thang máy Chi tiết về quá trình tính chọn sẽ được trình bày trong chương 3: Thiết kế hệ thống tự động hóa cho thang máy.
KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO THANG MÁY
Yêu cầu thiết kế
Thang máy là thiết bị vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng, vì vậy an toàn trong hệ thống thang máy là ưu tiên hàng đầu Để đảm bảo an toàn, cần tính toán và thiết kế các biện pháp thực hiện, bao gồm việc trang bị các thiết bị sẵn sàng hoạt động khi có sự cố Đồng thời, cần lắp đặt hàng loạt thiết bị kiểm tra, theo dõi và giám sát hoạt động của thang máy nhằm phát hiện và xử lý sự cố kịp thời.
Khi thang máy hoạt động, có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc cáp bị trượt trên puly kéo Để ngăn chặn tình trạng rơi tự do khi tốc độ rơi quá lớn, bộ hạn chế tốc độ được lắp đặt ở đỉnh thang, điều khiển bởi một vòng cáp kín Vòng cáp này kết nối từ buồng thang qua puly của bộ điều tốc xuống dưới puli cố định ở đáy giếng thang, chuyển động cùng tốc độ với buồng thang Khi tốc độ vượt quá mức cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ phát tín hiệu ngắt mạch điện, kích hoạt hệ thống phanh và thiết bị chống rơi.
Hình 3.1 Bộ hạn chế tốc độ
Nguyên lý hoạt động của bộ hạn chế tốc độ
Cáp (2) treo vòng qua puly (1) qua ròng rọc cố định (9) dẫn hướng theo cáp
Trong trường hợp cáp bị đứt hoặc trượt, puly (1) sẽ quay nhanh hơn tốc độ định mức do cáp (2) di chuyển cùng tốc độ với buồng thang Tốc độ của puly (1) tăng theo tốc độ rơi hoặc trượt của buồng thang, và khi đạt đến một tốc độ nhất định, quả văng sẽ xảy ra.
Khi lực ly tâm tác động, các bộ phận sẽ văng và đập vào cam, khiến cam tác động vào công tắc điện, làm động cơ dừng lại Đồng thời, cam đẩy má phanh kẹp chặt cáp truyền động khi cabin rơi xuống, và cáp kép thanh đòn bộy gắn vào buồng thang sẽ kích hoạt bộ chống rơi và phanh bảo hiểm Tốc độ của buồng thang tại đó bộ hạn chế tốc độ hoạt động được gọi là tốc độ nhả.
Trong quá trình vận hành thang máy, cần đảm bảo rằng thang không vượt quá giới hạn chuyển động lên và xuống Khi thang đã lên đến tầng cao nhất, mọi chuyển động đi lên là không cho phép, và khi xuống dưới tầng 1, chỉ cho phép thang di chuyển lên Để thực hiện điều này, các thiết bị khống chế dừng tự động được lắp đặt ở đỉnh và đáy thang, cho phép dừng thang một cách độc lập khi cần thiết Ngoài ra, bộ trị các cực hạn cũng được sử dụng để đảm bảo an toàn khi thiết bị tự động gặp sự cố Khi thang đã lên đến tầng trên cùng, thiết bị khống chế sẽ tác động để ngăn chặn mọi khả năng di chuyển lên Để đảm bảo an toàn trong các tình huống khẩn cấp và tránh va đập mạnh, các bộ đệm như lò xo hoặc thủy lực thường được bố trí ở đáy giếng thang.
Việc đóng, mở cửa buồng thang và cửa tầng chỉ thực hiện khi buồng thang đã dừng hẳn và chính xác
Buồng thang chỉ hoạt động khi các cửa tầng và cửa buồng thang đã được đóng kín và không bị quá tải Đồng thời, hệ thống cũng cần đáp ứng yêu cầu về việc đóng mở cửa nhanh chóng và dừng khẩn cấp khi cần thiết.
3.1.2 Yêu cầu về tối ưu thuật toán
Khi thang máy hoạt động, có thể xảy ra tình huống phục vụ nhiều người cùng lúc với nhu cầu đến các tầng khác nhau, do đó, việc tối ưu hóa điều khiển thang máy là rất quan trọng Sự tối ưu này cần đáp ứng đồng thời các yêu cầu cơ bản.
- Phục vụ được hết các tín hiệu gọi tầng, đến tầng
- Tổng quãng đường mà thang phải di chuyển là ngắn nhất
- Hệ thống truyền động không phải hãm, dừng nhiều lần đảm bảo tối đa thời gian quá độ
- Sao cho người sử dụng thang máy cảm thấy được phục vụ 1 cách tốt nhất Tránh tình trang người gọi thang trước mà phải đợi thang quá lâu
Thường các hệ thống điều khiển thang máy hiện nay tuân theo 2 luật điều khiển sau:
Luật điều khiển tối ưu theo vị trí ưu tiên phục vụ tín hiệu gọi thang gần nhất Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là có thể dẫn đến tình trạng thang chỉ phục vụ ở một khu vực nhất định, gây bất tiện cho người sử dụng ở các khu vực khác.
1 phạm vi tầng nhất định, nếu ở trong phạm vi tầng có lưu lượng khách ra vào đông – khó đáp ứng
Luật điều khiển tối ưu theo chiều chuyển động quy định rằng tín hiệu gọi đầu tiên sẽ xác định hành trình đầu tiên của thang máy Khi thanh chuyển động lên, thang sẽ phục vụ tất cả các tín hiệu gọi trước đó trước khi chuyển sang hành trình ngược lại.
3.1.3 Yêu cầu về gia tốc, tốc độ, độ giật
Một yêu cầu quan trọng đối với hệ truyền động thang máy là đảm bảo buồng thang di chuyển êm ái Sự êm ái của buồng thang phụ thuộc vào gia tốc trong quá trình khởi động và hãm.
Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là:
Tốc độ di chuyển của buồng thang là yếu tố quyết định năng suất của thang máy, đặc biệt quan trọng đối với các nhà cao tầng Đối với các tòa nhà chọc trời, thang máy cao tốc với tốc độ 3,5 m/s là tối ưu, giúp giảm thời gian quá độ và nâng cao hiệu suất Tuy nhiên, việc tăng tốc độ này sẽ làm tăng chi phí, với giá thành có thể tăng từ 4 đến 5 lần khi tốc độ từ 0,75 m/s tăng lên 3,5 m/s Do đó, cần lựa chọn thang máy có tốc độ phù hợp với chiều cao của tòa nhà Để tăng tốc độ di chuyển trung bình, có thể giảm thời gian mở và hãm máy, nhưng gia tốc lớn có thể gây khó chịu cho hành khách Vì vậy, gia tốc tối ưu nên giữ dưới 2 m/s².
Gia tốc đảm bảo năng suất cao khụng gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 3.1 Lựa chọn gia tốc
Tham số Hệ truyền động
Gia tốc tính toán thiết bị (m/s 2 ) 0,5 0,5 0,8 1 1 1,5
Tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy là những yếu tố quan trọng quyết định sự di chuyển êm ái của buồng thang, được gọi là độ giật.
(Tạo hàm bậc 1 của gia tốc f = da/dt là đạo hàm bậc 2 của vận tốc d 2 v/dt 2 ) Khi gia tốc a < 2 m/s 2 thì độ giật không được quá 20 m/s 2
3.1.4 Yêu cầu về dừng chính xác
Buồng thang cần dừng chính xác với mặt bằng của tầng để đảm bảo an toàn và hiệu quả Việc dừng không đúng vị trí sẽ gây khó khăn cho hành khách ra vào, làm tăng thời gian chờ đợi và giảm năng suất của thang máy chở khách Đối với thang máy chở hàng, điều này có thể gây trở ngại trong việc bốc dỡ hàng hóa, thậm chí có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ Để khắc phục tình trạng này, người dùng có thể nhấn nút dừng, tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến một số vấn đề không mong muốn.
Hỏng thiết bị điều khiển
Gây tổn thất năng lượng
Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí
Để dừng chính xác buồng thang, cần tăng thời gian từ lúc hãm đến lúc dừng, bằng cách tính toán một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh, cả khi buồng thang đầy tải và không tải, theo cùng một hướng chuyển động.
Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm:
Moment quán tính của buồng thang
Tốc độ bắt đầu hãm và 1 số yếu tố phụ khác
3.1.5 Yêu cầu các hệ truyền động dùng trong thang máy
Khi thiết kế trang bị điện, điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu sau
+ Độ chính xác khi dừng
+ Tốc độ di chuyển buồng thang
+ Gia tốc lớn nhất cho phép
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Hệ truyền động xoay chiều sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và roto dây quấn đang được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử của thang máy và máy nâng.
Nguyên tắc sử dụng thang máy
Trong những năm gần đây, sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử công suất lớn đã dẫn đến việc ứng dụng rộng rãi các hệ truyền động lC sử dụng bộ biến đổi thành trong các thang máy cao tốc, với tốc độ lên tới 5m/s.
3.1.6 Các tiêu chuẩn thiết kế thang máy
- TCVN 5744: 1993 Thang máy – Yêu cầu an toàn trong lắp đặt và sử dụng
- TCVN 5866: 1995 Thang máy – Cơ cấu an toàn cơ khí
- TCVN 5867: 1995 Thang máy – Cabin, đối trọng, ray dẫn hướng
- TCVN 6395: 1998 Thang máy điện - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6396: 1998 Thang máy thuỷ lực - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6397: 1998 Thang cuốn và băng chở người - Yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6904: 2001 Thang máy điện – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6905: 2001 Thang máy thuỷ lực – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- TCVN 6906: 2001 Thang cuốn và băng chở người – Phương pháp thử các yêu cầu an toàn về cấu tạo và lắp đặt
- Đối với các loại thang máy mà chưa có TCVN: Áp dụng tiêu chuẩn của các hãng chế tạo (bảo đảm tiêu chuẩn châu Âu, Nhật Bản)
3.2 NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG THANG MÁY
+ Gọi thang từ bên ngoài buồng thang(ở các tầng)
Hình 3.2 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang
Mỗi tầng của thang máy đều được trang bị một hộp điều khiển, bao gồm nút gọi thang đi lên và nút gọi thang đi xuống Tại tầng 1 và tầng trên cùng chỉ có một nút để gọi thang Đèn báo tầng và chiều hoạt động cho biết vị trí và hướng di chuyển của thang Khi người dùng ấn nút gọi thang, đèn sẽ sáng lên, xác nhận rằng hệ thống đã ghi nhận lệnh Nếu buồng thang không ở vị trí lệnh gọi, thang sẽ di chuyển đến tầng đó theo thứ tự ưu tiên.
Khi thang máy di chuyển cùng chiều với lệnh gọi và ngang qua tầng mà hành khách đã gọi, thang sẽ dừng lại để đón khách khi đến tầng đó.
Nếu buồng thang đang ở ngay tầng mà hàng khách vừa gọi thang sẽ mở cửa đón khách
Gọi thang từ bên trong buồng thang là một tính năng quan trọng, với bản điều khiển (hay còn gọi là hộp Button Car) giúp khách hàng dễ dàng lựa chọn tầng mà họ muốn đến Bảng điều khiển này bao gồm các nút bấm với chức năng phục vụ theo yêu cầu của người sử dụng.
Hình 3.3 Bảng điều khiển trong buồng thang
Các nút mang số đại diện cho các tầng mà thang phục vụ
Nút mở (DO) đóng (DC) cửa dùng để mở đóng cửa nhanh chỉ có tác dụng khi thang dừng tại các tầng
Nút Interphone dùng để liên lạc với bên ngoài khi thang gặp sự cố về điện hoặc đứt cáp treo
Khi vào buồng thang, khách chỉ cần ấn nút để chọn tầng, thang máy sẽ di chuyển và dừng tại các tầng theo tín hiệu từ PLC Cửa buồng thang và cửa tầng tự động mở để khách ra vào và sẽ tự động đóng lại sau vài giây Khách có thể ấn nút DC để đóng cửa ngay lập tức nếu không muốn chờ Trong trường hợp khẩn cấp, nút dừng thang (E.Stop) trên bảng điều khiển có thể được sử dụng để dừng thang Nếu xảy ra sự cố mất điện, khách có thể ấn nút interphone để yêu cầu hỗ trợ từ bên ngoài.
3.2.2.Nguyên tắc hoạt động thang máy
Reset buồng thang khi đóng nguồn: Dù thang ở bất kì vị trí hoặc trạng thái nào thì khi đóng nguồn đều được reset và đưa về tầng trệt
Nguyên tắc di chuyển lên xuống đóng mở cửa:
Buồng thang chỉ hoạt động khi cửa đã hoàn toàn đóng
Cửa chỉ mở khi buồng thang dừng đúng tầng
Cửa sẽ tự động mở hoặc đóng sau khi nhận được các yêu cầu tín hiệu từ PLC cấp
Có chế độ ưu tiên gọi tầng theo chiều thang đang di chuyển
Có chế độ ưu tiên đến tầng theo chiều thang đang di chuyển
Khi buồng thang chạm HCT/ HCD, nguồn điện cung cấp cho động cơ chính phải bị cắt ngay lập tức
Khi thang không hoạt động trong thời gian quy định, nguồn điện cho hệ thống chiếu sáng và quạt thông gió trong buồng thang sẽ bị cắt.
Có chế độ đếm thời gian hoạt động (theo chỉnh định) của động cơ kéo buồng thang để bảo trì
Nguyên tắc xác định vị trí của thang máy dựa vào các cảm biến được lắp đặt ở mỗi cửa tầng Khi buồng thang dừng ở một tầng cụ thể, cảm biến sẽ nhận tín hiệu tại tầng đó và truyền về PLC để xử lý.
Nguyên tắc dừng buồng thang:
Hình 3.4 Sơ đồ dừng tầng thang máy và vị trí đặt lá cờ
Trong đó: 1 – móng ngựa 1; 2 – móng ngựa 2; 3 – móng ngựa 3
Hình 3.5 Sơ đồ vị trí đặt các cờ cảm biến
Việc điều khiển dừng tầng của thang máy phụ thuộc vào sự phối hợp giữa ba lá cờ bằng thép: cờ LVU (Level Up), cờ DZ (Door Zone) và cờ LVD (Level Down), được gắn cố định trên thanh thép hoặc dây thép dọc theo chiều làm việc của buồng thang Sự hoạt động của hệ thống này còn được hỗ trợ bởi ba móng ngựa (cảm biến quang) và bộ đếm lên xuống (Counter Up-Down).
- LVU (Level Up): Là cờ dùng để phát hiện và đếm tầng khi buồng thang đi lên
- DZ (Door Zone): Là cờ giúp buồng thang dừng bằng tầng (dừng đúng cửa tầng)
- LVD (Level Down): Là cờ dùng để phát hiện và đếm tầng khi buồng thang đi xuống
Móng ngựa 1 có hai đầu gắn bộ phận phát và thu tín hiệu, với khoảng cách giữa chúng là 2÷3cm Tín hiệu từ móng ngựa 1 được truyền vào chân CU (đếm lên) của bộ đếm lên-xuống, hỗ trợ việc đếm tầng khi thang di chuyển lên.
- Móng ngựa 2: Tín hiệu của móng ngựa 2 dùng để thực hiện việc dừng bằng tầng
Móng ngựa 3 là tín hiệu được kết nối vào chân CD (đếm xuống) của bộ đếm Counter Up_Down, giúp hỗ trợ quá trình đếm tầng khi thang máy di chuyển xuống.
Cả ba móng ngựa cần được đặt cố định và ngang nhau trong buồng thang, có thể ở phía sau hoặc bên hông Khi thang di chuyển, tín hiệu giữa móng ngựa 1 và móng ngựa 3 phải được khóa chéo Cụ thể, khi buồng thang đi lên, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 1 được gửi vào chân CU, trong khi khi thang đi xuống, chỉ tín hiệu từ móng ngựa 3 được gửi vào chân CD của bộ đếm Counter Up_Down.
Nguyên lý hoạt động của 3 lá cờ LVU _ DZ _ LVD:
Khi thang máy di chuyển từ tầng 1 lên tầng 2, cờ LVU1 sẽ che móng ngựa 1, dẫn đến việc cảm biến tại hai đầu móng ngựa mất tín hiệu và gửi xung điện vào bộ đếm Counter Up, làm cho bộ đếm tăng lên 1 Lúc này, chương trình điều khiển nhận biết rằng buồng thang đang tiến đến tầng 2 Việc dừng thang tại tầng 2 sẽ được thực hiện khi cờ DZ che móng ngựa 2 và các điều kiện dừng tại tầng 2 được thỏa mãn.
Khi thang máy di chuyển lên tầng 3, tác động của LVU2 lên móng ngựa 1 làm giá trị bộ đếm Counter tăng lên 2 Tại tầng 4, giá trị Counter là 3, và tại tầng 5, giá trị Counter sẽ là 4 Việc dừng thang tại mỗi tầng chỉ được thực hiện khi cờ DZ tại tầng đó che móng ngựa 2 và đồng thời đáp ứng các điều kiện dừng buồng thang tại tầng đó.
Khi buồng thang nhận tín hiệu đi xuống từ tầng 4 xuống tầng 1, bộ đếm Counter 1 bắt đầu từ giá trị 3 Khi thang gần hết tầng 4, cờ LVD4 che móng ngựa 3, gửi xung điện vào chân CD của Counter 1, giảm giá trị xuống còn 2 Tương tự, khi thang xuống gần hết tầng 3, cờ LVD3 che móng ngựa 3, làm giảm giá trị xuống còn 1 Khi buồng thang gần vào tầng 1, giá trị Counter giảm xuống 0, cho phép chương trình điều khiển xác định rằng buồng thang đã đến tầng 1 Việc dừng tầng sẽ được thực hiện khi cờ DZ che móng ngựa 2 và thỏa mãn các điều kiện dừng tại tầng 1.
Khi buồng thang di chuyển từ tầng trên xuống các tầng phía dưới, giá trị của bộ Counter sẽ giảm dần, với mỗi giá trị tương ứng với một tầng cụ thể Việc dừng buồng thang phụ thuộc vào cờ DZ và các điều kiện cho phép thang dừng bằng tầng Từ giá trị của bộ Counter, ta có thể xác định vị trí buồng thang tại mỗi tầng, trong đó Counter = 0 tương ứng với thang ở tầng 1.
Lựa chọn các thiết bị tự động hóa
Hình 3.6 Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy
Các thông số kỹ thuật của thang máy:
Trọng lượng ca bin: 500 Kg
Trọng lượng định mức: 450 Kg
Gia tốc cực đại: 1,5 m/s 2 Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s 3 Đường kính puli dẫn độmg: 0,45 m
Tính toán công suất của động cơ:
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
Gbt: Khối lượng buồng thang (Kg); ta có Gbt = 500 Kg G: Khối lượng hàng (Kg); ta có Gđm = 450 Kg
V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ); ta lấy g = 9,81m/s 2
: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy = 0,8 k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng; ta lấy k = 1,2
0,8 ,97925(KW) + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng:
mà G đt = Gbt + .G đm (Kg)
Trong đó: là hệ số cân bằng; ta chọn = 0,4
0,8− 680 × 0,8] × 1 × 1,2 × 9,81 × 10 −3 = 7,58(𝐾𝑊) + Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải có dùng đối trọng:
3.3.1.1 Tính chọn biến tần và động cơ:
Khi thiết kế hệ thống trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn hệ truyền động và loại động cơ cần phải dựa trên các yêu cầu cụ thể.
+ Độ chính xác khi dõng
+ Tốc độ di chuyển buồng thang
+ Gia tốc lớn nhất cho phép
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Trong thang máy có thể sử dụng các hệ truyền động sau:
+ Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ
+ Hệ truyền động Tiristo - động cơ một chiều có đảo chiều
+ Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ điều chỉnh bằng biến tần
Hiện nay, hệ truyền động cho thang máy chở người chủ yếu sử dụng công nghệ biến tần kết hợp với động cơ rôto lồng sóc và bộ điều khiển PLC Hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.
Biến tần cho phép người dùng điều chỉnh các thông số và thời gian khởi động thông qua lập trình, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất tối ưu cho hệ thống.
Có khả năng điều chỉnh thời gian khởi động và thời gian hãm một cách linh hoạt, giúp giảm thiểu độ dật cho buồng thang, đồng thời kiểm soát tốc độ một cách mượt mà.
+ Có khả năng giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành và bảo dưỡng
+ Giá thành đầu tư cao song ngày nay với việc chế tạo hàng loạt nên giá thành cho một biến tần ngày càng giảm
Biến tần có đầu ra điện áp chứa nhiều sóng hài, dễ gây nhiễu cho lưới điện ba pha và hệ thống thông tin gần đó, đặc biệt là ở các biến tần công suất lớn Do khả năng gây nhiễu cao, các biến tần công suất lớn thường được thiết kế kèm theo bộ lọc nhiễu để giảm thiểu tác động này.
3.3.1.2 Tính chọn động cơ: a Tính mô men nâng và mô men hạ:
Mômen nâng tải: c dt bt dm n ui
Gđm: Trọng lượng tải (Kg)
Gbt: Trọng lượng buồng thang (Kg)
Gđt: Trọng lượng đối trọng (Kg) u: Bội số hệ thống ròng rọc; chọn u = 1 i: Tỉ số truyền; ta có: u v i Rn
R: Bán kính puli dẫn động; 0 , 225 ( )
R D Động cơ dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s
Vậy Mh = 21,28(Nm) b Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang bao gồm:
Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định
Thời gian mở máy và hãm máy
Tổng thời gian còn lại: thời gian đóng mở cửa buồng thang + thời gian ra vào buồng thang của hành khách
Ta có biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ dật:
Hình 3.7 Biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ để dật
Ta có phương trình tốc độ, phương trình quãng đường:
Để con người không có cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) và độ dật
Thay vào phương trình của v3 ta có:
Vậy thời gian mở máy:
Giả thiết quãng đường từ khi gặp sensor giảm tốc đến khi dừng là sd = 0,45 (m)
* Thời gian thang máy chuyển động đều là:
Khi thang máy giảm tốc cho đến khi chạm vào cảm biến dừng, nó di chuyển chậm dần đều với tốc độ giật bằng không Quá trình hãm diễn ra trên quãng đường 0,045 mét, và vận tốc của thang máy giảm xuống còn 0,2 mét/giây.
Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dõng:
Thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
Vậy thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
Tổng thời gian hoạt động trong một tầng của thang máy là:
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: 5,07 + 5 = 10,07 (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 bằng 5,07(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:
Trong đó Mi là trị số mômen tương ứng với khoảng thời gian ti
Trong đó Đ là vận tốc góc của động cơ, ta có:
Chọn động cơ đóng mở cửa buồng thang
Tần số vào : f = 3 Hz đến 50 Hz
Dòng điện : I n = 5 A d Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn:
Thực tế động cơ chịu M = 2,3.M đm = 2,358.06 = 133.55 (Nm) mà ta có: Mđt = 58,5 (Nm)
Mđc> Mđt vì vậy theo phương pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu về mặt phát
3.3.2 Lựa chọn biến tần để điều khiển động cơ:
Nhiệm vụ của biến tần biến đổi tần số của dòng điện từ tần số này sang tần số khác
Nguyên lý hoạt động của biến tần rất đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha sẽ được chỉnh lưu và lọc để chuyển đổi thành nguồn điện một chiều ổn định.
Quá trình chỉnh lưu cầu diode và tụ điện tạo ra điện áp một chiều với hệ số công suất cosβ ổn định ở mức 0,96, không phụ thuộc vào tải Điện áp này sau đó được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha thông qua hệ thống IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ vào sự tiến bộ trong công nghệ vi xử lý và bán dẫn, tần số chuyển mạch có thể đạt đến dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha cho phép điều chỉnh biên độ và tần số một cách vô cấp nhờ vào bộ điều khiển Theo lý thuyết, tần số và điện áp phải tuân theo các quy định nhất định dựa trên chế độ điều khiển đang áp dụng.
Hình 3.8 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp
Hình 3.9 Sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển PLC 3.3.2.1 Chọn biến tần điều khiển động cơ nâng hạ
Chọn biến tần điều khiển động cơ kéo là biến tần MM440 của siemen:
Hình 3.11.Sơ đồ đấu nối biến tần MM440 Thông số:
- Dải tần số đầu ra: 0 – 650 Hz
- Có 6 đầu vào số có thể lập trình được
- Dải nhiệt độ làm việc: -10ºC÷ +50ºC
3.3.2.2 Lựa chọn biến tần điều khiển động cơ mở đóng cửa:
Chọn biến tần điều khiển động cơ mở đóng cửa là biến tần MM420 của siemen:
Hình 3.13.Sơ đồ đấu nối biến tần MM420
Hình 3.14 Sơ đồ đống nối động cơ
3.3.3 Một số thiết bị khác
- Các rơ le chấp hành gồm rơ le 220V xoay chiều
Hình 3.14 Rơ le 220V xoay chiều
- Cảm biến sử dụng 3 cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 24 VDC
-Cảm biến quang loại điện cảm 24 VDC
Hình 3.16 Cảm biến tiệm cận loại điện cảm
- Khởi động từ và áp to mát 3 pha cùng loại 50A, 20A để đóng ngắt và bảo vệ biến tần động cơ.
Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Control) Bộ điều khiển logic khả trình
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số Kỹ thuật PLC đã phát triển mạnh mẽ từ những năm 1960 - 1970, thay thế các hệ thống điều khiển cổ điển như Rơle và cam, đồng thời đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng cao Ngày nay, PLC không chỉ điều khiển các máy làm việc độc lập mà còn được ứng dụng trong các hệ thống sản xuất phức tạp và điều khiển tổng thể Đặc điểm nổi bật của PLC là khả năng sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, cho phép người dùng lập trình và cài đặt các thuật toán điều khiển khác nhau mà không cần thay đổi phần cứng Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ PLC và thực hiện theo chu kỳ quét Để hoạt động hiệu quả, PLC cần có bộ vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ và các cổng vào ra để giao tiếp với môi trường xung quanh, cùng với các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm và bộ thời gian.
Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành
Cổng ngắt và đếm tốc độ cao
Chọn CPU 313C và modul mở rộng SM 323 trong đồ án
Xây dựng chương trình điều khiển
CB1 di chuyển đến tầng yêu cầu
CB2 di chuyển đến tâng yêu cầu
Stop Lưu đồ chương trình chính Đ
Còi báo + khắc phục sự cố Đóng mở và phục vụ trong cabin
-CB đang lên, vi trí gọi cùng chiều và ở trên CB;
-CB đang xuống, vị trí gọi cùng chiều và ở dưới CB
Vị trí được gọi cùng chiều và ở cùng vị trí của cabin
Vị trí được gọi ngược chiều di chuyển cabin
-cabin đang đi lên, vị trí gọi gần nhất cùng chiều và ở dưới cabin;
-cabin đang đi xuống, vị trí gọi gần nhất cùng chiều và ở trên cabin;
K= tầng được gọi - vị trí cabin
K=|tầng yêu cầu của cabin - vị trí cabin| + |tầng yêu cầu của cabin
Lưu đồ: Tính toán k1, k2 (vị trị gọi là vị trí gọi gần nhất)
Cabin đến vị trí được gọi?
Cabin mở cửa, cho khách vào cabin
Cabin đang rảnh hoặc cùng chiều tầng được gọi
S Điều khiển động cơ đưa CB đến tầng gọi Đ Đk động cơ đưa CB di chuyển hết yêu cầu rồi quay lại phục vụ lệnh mới end Begin
Chương trình con di chuyển ca bin đến tầng được gọiS
CB dừng đúng tâng
Có tín hiệu mở cửa Điều khiển mở cửa
Delay 5s khách vào chọn tầng Điều khiển đóng cửa
Có quá tải hoặc có lệnh mở cửa
Begin Điều khiển động cơ đưa cabin đến tầng được gọi Đóng cưỡng bức
Lưu đồ đóng mở và phục vụ trong cabin
3.5.2 Các đầu vào đầu ra PLC S7300 CPU 313C và modul mở rông SM323 16in/16out
3.5.4 Giao diện mô phỏng giám sát WINCC
Mô phỏng giám sát wincc cho thang máy đôi 5 tầng
Hình 3.1: Sơ đồ cấp điện và đấu dây biến tần
Hình 3.2 Sơ đồ mạch động lực
Hình 3.3 Mạch đảo chiều động cơ
Hình 3.4.Mạch hiển thị LED 7 thanh
Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn của cô TS Đỗ Thị Hồng Lý, cùng với sự hỗ trợ của các bạn và nỗ lực cá nhân, em đã hoàn thành đồ án của mình Nội dung đồ án bao gồm những phần quan trọng sau:
Giới thiệu về hệ thống thang máy, cấu trúc, nguyên tắc hoạt động của một hệ thống thang máy
Bài viết trình bày về PLC, bao gồm cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 và ngôn ngữ lập trình liên quan Đặc biệt, dự án thiết kế chương trình điều khiển hệ thống thang máy sử dụng PLC S7-300 CPU 313C và mô-đun mở rộng SM323 16in/16out, đồng thời giám sát điều khiển qua WinCC Qua đồ án này, em đã hiểu rõ hơn về ứng dụng PLC trong thực tế, đồng thời nâng cao kiến thức lập trình và một số kỹ năng khác Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu còn hạn chế và kiến thức chưa đầy đủ, em vẫn còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô để bổ sung thêm kiến thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!