Đồ án Ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển thang máy

- động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc. 2.1.2.1- Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều Hình 3.10. Hệ thống TĐ sử dụng bộ biến đổi Thyristor - động cơ một chiều Hệ thống BBĐ - ĐCMC là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ. Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lượng dải điều chỉnh tốc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của các thang máy cao tốc. Tuy nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như : động cơ một chiều là thiết bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm gián đoạn quá trình phục vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều khiển thyristor rất phức tạp đòi hỏi phải có công nhân lành nghề khi cần sửa chữa, bảo dưỡng v.vv... * Hệ thống tự động khống chế thang máy cao tốc với hệ truyền động một chiều sử dụng bộ biến đổi Thyristor - Động cơ một chiều, có sử dụng các phần tử lôgic : Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp điểm (phần tử lôgic). Việc ứng dụng các phần tử lôgic trong mạch điều khiển cho phép xây dựng một hệ thống điều khiển với số lượng phần tử là ít nhất. Hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy dùng các phần tử phi tiếp điểm có thể khắc phục được các nhược điểm trên, ngoài ra còn có các ưu điểm đáng kể như : Giảm được số lượng các dây dẫn điều khiển nối với buồng thang và chuyển động cùng với buồng thang. Có thể thiết kế các nút ấn gọi tầng và phần hiển thị, báo hiệu nhỏ, gọn, kết cấu đẹp nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy. Dễ dàng thay đổi để sử dụng cho các thang máy khác nhau, vì chỉ cần thêm các tiếp điểm gọi tầng và viết lại phần mềm điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. Để truyền động thang máy có tốc độ di chuyển buồng thang v ³ 3m/s thường dùng hệ truyền động một chiều. Trong mạch điều khiển thang máy cao tốc, công tắc chuyển tầng có tay gạt cơ khí làm việc không tin cậy và gây tiếng ồn lớn. Vì vậy, chúng được thay thế bằng công tắc phi tiếp điểm. Công tắc chuyển đổi tầng phi tiếp điểm thường dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng và bộ cảm biến vị trí dùng tế bào quang điện. Trên hình 4-6 là sơ đồ khối hệ truyền động một chiều cho thang máy dùng Thyristor. Hình 4-6: Sơ đồ khối hệ truyền động thang máy dùng Thyristor Trong đó, các cuộn kháng 1CK, 2CK dùng để hạn chế dòng điện cân bằng. Hai khối KĐKN và KĐKH điều khiển hai cầu chỉnh lưu 1BTh và 2BTh. Trong mỗi khối điều khiển bao gồm các khâu : khâu đồng pha, khâu tạo điện áp răng cưa, khâu so sánh, tạo xung và khuyếch đại xung. Điện áp đặt được lấy từ đầu ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT. Độ lớn và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành ĐH quyết định. Điện áp của khâu HCGT tăng dẫn theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thay đổi tín hiệu đầu vào. Điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động bằng bộ điều chỉnh tốc độ Rw. Tín hiệu đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ Rw là tổng đại số của hai tín hiệu : tín hiệu chủ đạo (điện áp ra của khâu HCGT) và tín hiệu phản hồi âm tốc độ tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ (điện áp ra của khâu Kw). Khâu Rw dùng bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ P) . Tín hiệu ra của Rw là tín hiệu đầu vào RiN (khi thang máy đi lên) và RiH (khi thang máy đi xuống). Cả hai khâu RiN và RiH dùng bộ khuyếch đại một chiều (hàm tỷ lệ, tích phân PI). Ngoài ra, tín hiệu phản hồi âm dòng lấy từ đầu ra của khâu 1Ki (tỷ lệ với dòng của động cơ) đưa vào đầu vào của RiN và từ khâu 2Ki đưa vào RiH. Tín hiệu ra của khâu RiN hoặc RiH chính là tín hiệu điều khiển đưa vào khối điều khiển tương ứng KĐKN hoặc KĐKH. Để thực hiện dừng chính xác buồng thang, hệ thống sẽ chuyển từ chế độ điều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí. Tín hiệu ra của khâu cảm biến dừng chính xác CBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí. Tín hiệu ra từ khâu CBDCX đưa vào khâu điều chỉnh vị trí Rvt . Khi buồng thang nằm ngang với sàn tầng, tín hiệu ra của khâu CBDCX sẽ bằng 0. 2.1.2.2 - Hệ thống sử dụng bộ biến tần - động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc Trên thị trường hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phương pháp điều chỉnh tần số theo các phương thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu: Biến tần điều chỉnh theo phương pháp U/f. Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ). Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng nhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen. a. Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen *Nội dung phương pháp Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ. Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây. Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình 3-11, gồm các khối như sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều. Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen và các mạch vòng bên ngoài. Điều khiển y,M có trễ Logic chuyển mach tối ưu Mô hình động cơ Tính các đại lượng Nhận dạng thDữ liệu ông số Bit M Bit y Mđ Bit đk U lưới » công nghiệp = BT Ui S1,S2,S3 Is ASIC » ĐC Mđ Mđ w we Hình 3-11. Điều khiển trực tiếp mômen Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong từng chu kỳ điều khiển ( 25ms ) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng ( ASIC ). Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( S1, S2, S3 ) được dùng để tính vector điện áp stator. Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stator. Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtor hoặc giữa vector dòng điện stator và vector từ thông: Biên độ vector từ thông stator thường được giữ không đổi và do đó mômen được điều chỉnh bởi góc g giữa các vector từ thông. Các động cơ bình thường có hằng số thời gian điện từ của mạch rotor cỡ hàng trăm miligiây, như vậy có thể coi từ thông rotor là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator. Vì thế có thể đạt được mômen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hướng nào càng nhanh càng có hiệu quả. Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen như sau: Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator được điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt được giá trị mong muốn. Vector từ thông stator này lại được điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu. Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vector điện áp tối ưu tuỳ thuộc vào sai lệch mômen. Biên độ của vector từ thông stator cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch. b. Mô hình động cơ Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao. Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra được tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài. Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh. Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều . 2.1.3. chọn phương án truyền động Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thời căn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu sao cho thoả mãn được một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật. Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảo chiều với tải thế năng. Hơn nữa đối với toà nhà cao 7 tầng thì không yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm. Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng hệ thống Bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc, làm phương án truyền động cho thang máy. 2.2 – CÁC HỆ THỐNG KHỐNG CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 2.2.1. Tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu đưa về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống. Căn cứ vào các tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống. Các tín hiệu này được mô tả như sau : - Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đến tầng, người ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng được bố trí trong Cabin. Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ có nút gọi lên. Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động ... được bố trí vào một bảng điều khiển. Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thường đóng hoặc thường mở. Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ điều khiển. - Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người ta sử dụng các mạch hiển thị. Đó có thể đơn giản là các đèn LED hay các mạch hiển thị 7 thanh ... được bố trí ở các tầng cũng như trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút ấn, thứ tự ưu tiên ... - Để xác định vị trí hiện tại của thang, người ta sử dụng các Sensor báo vị trí phi tiếp điểm. Trong đó, phần tĩnh của Sensor được gắn dọc theo chiều chuyển động của thang, còn phần động được gắn với buồng thang. - Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc. Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các Sensor ở đỉnh và đáy thang. Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiển khi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống. - Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị trí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ. Nói cách khác, ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên hay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác. Độ lớn của vùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồng thang) . Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thường bố trí nhiều Sensor. - Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensor dưới sàn Cabin. Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới tác động đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệu đến phần bảo vệ của hệ điều khiển. - Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cưả buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng thang đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra... 2.2.2. Hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử có tiếp điểm 2.2.2.1 Các loại cảm biến có tiếp điểm và nhược điểm của chúng Trong thang máy tốc độ trung bình và thấp, người ta thường sử dụng các công tắc hành trình. Đây là một thiết bị cơ-điện có tay gạt với 3 tiếp điểm, tương ứng với 3 trạng thái đầu ra. Công tắc hành trình có ưu điểm là các trạng thái đầu ra rất rõ ràng. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là tuổi thọ giảm khi hoạt động ở tốc độ cao và gây tiếng ồn lớn. Do những nhược điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao người ta không sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến không tiếp điểm được trình bày trong phần dưới đây. 2.2.2.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình sử dụng các phần tử cơ khí, phần tử điều khiển có tiếp điểm : Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bình thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ. Hệ này thường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5 ¸ 10 tầng) với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy được giới thiệu trên hình 4-1. Trong đó : C1 ¸ C7 là là các công tắc cửa của các tầng. Ck là công tắc cửa Cabin. DB và DK là các công tắc dự phòng trong Cabin. DP1 và DP2 là các công tắc dự phòng thang trôi được đặt trong hố thang. D1 ¸ D7 là các công tắc điểm cuối của các tầng. RCT1 ¸ RCT7 là các rơle chuyển tầng. R1 ¸ R7 là các rơle chuyển tầng. CTT công tắc từ chuyển tầng. N1 ¸ N7 là các nút ấn gọi thang ở các tầng. NK1 ¸ NK7 là các nút ấn đến tầng trong Cabin. T1 ¸ T7 là các tiếp điểm thường kín của các rơle chuyển tầng. CTK là công tắc đèn trong Cabin. RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ. KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ. Hệ thống được cấp nguồn qua aptomát AP. Các cuộn dây Stato của động cơ được nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng KL hoặc côngtắctơ hạ KX. Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một pha qua biến áp cách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V. Khi AP đóng, nếu cả 3 pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA. Khi đó mới có điện áp một chiều đưa đến toàn bộ mạch điều khiển. Các cửa tầng được trang bị các công tắc liên động C1 ¸ C7 và công tắc cửa Cabin Ck. Hình 4-1 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình Khi buồng thang đang ở tầng 1. Khi đó, công tắc điểm cuối D1 và công tắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thường kín RCT1 mở ra. Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình ấn các công tắc gọi thang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH đều không được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện. Tương tự, khi buồng thang đang ở tầng 7 thì D7 và CTT đóng, RCT7 có điện, tiếp điểm thường kín RCT7 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọi thang N7 và gọi tầng 7 NK7. Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện. Các tiếp điểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH và rơle RN, RH đều hở mạch. Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 : Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa Cabin và ấn nút gọi tầng NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại. Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN được cấp điện qua KH, RCT5, RCT4 và R4. Các tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại, động cơ được cấp điện và thang chuyển động đi lên. Khi nhả NK4 thì các cuộn dây này vẫn được duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng. Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đóng lại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thường kín RCT4 mở ra làm cho các cuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện. Cơ cấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang. Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào đó mà tiếp điểm thường kín RCT4 không mở ra, người ta bố trí các tiếp điểm thường kín T1¸T7 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1 ¸ R7. Lúc này, (do rơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếp điểm R4 mở ra, sẽ làm hở mạch cuộn KN và RN. Trong sơ đồ có 7 đèn báo tầng L16 ¸ L76 và đèn báo thang máy đang chuyển động lên LBN6, xuống LBH6 lắp ở trên mỗi cửa tầng và trong Cabin. LK là đèn chiếu sáng Cabin. Hệ thống truyền động thang máy với các tiếp điểm cơ khí tuy đơn giản nhưng có các nhược điểm sau : Độ tin cậy thấp. Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra. Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng). 2.2.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY SỬ DỤNG CÁC PHẦN TỬ PHI TIẾP ĐIỂM 2.2.3.1. Các loại cảm biến không tiếp điểm : Các bộ cảm biến không tiếp điểm có rất nhiều loại, được ứng dụng trong rất nhiều hệ thống điều khiển, đo lường, điều khiển và bảo vệ. Trong phần này sẽ mô tả một số phần tử cảm biến không tiếp điểm được sử dụng trong thực tế. a. Công tắc vị trí kiểu cảm ứng : Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu cảm ứng có dạng như hình 2-1. Cấu tạo của nó bao gồm : mạch từ hở 2, cuộn dây 3. Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây tương đối lớn. Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống. Hình 4-2 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng Hình 4-3 Transistor quang Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển. Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang ... b. Transistor quang : Đây là loại Transistor loại PNP hoặc NPN. Dưới tác dụng của ánh sáng nó phát sinh một dòng điện tương ứng với lượng ánh sáng. c. Phần tử HALL : Phần tử HALL là một chất bán dẫn. Nếu dòng điện B+ được cung cấp một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiều dòng điện. d. Bộ cảm biến hồng ngoại : Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát ra một năng lượng hồng ngoại yếu. Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao, thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình 4-5. Điện ỏp Dũng điện Phần tử HALL Hình 4-4 Phần tử HALL +12V Đầu ra 100 470 K1 HC205 HN911L 3 4 5 1 2 6 Hình 4-5: Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L 2.2.4. KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN RƠLE 2.2.4.1. Hệ điều khiển rơle Vào thời điểm ban đầu của cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là vào những thập niên 60 & 70, các hệ thống máy móc tự động được điều khiển bởi các hệ thống rơle điện/cơ. Các rơle này được “ nối cứng ” với nhau đặt trong một tủ điều khiển. Trong một số trường hợp, nó lớn đến mức có thể chiếm cả một căn phòng. Tất cả các đường kết nối trong hệ thống rơle đều phải được nối lại với nhau. Việc làm này tốn rất nhiều thời gian. Đặc biệt là khi phải giải quyết các sự cố của hệ thống. Và bất lợi lớn nhất là các rơle chỉ có số tiếp hạn chế nhất định. Khi cần có sự thay đổi thì máy móc phải ngừng làm việc, có khi phải cần thay đổi cả vị trí lắp đặt. Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho một quá trình hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không thể thay đổi ngay lập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần phải có sự thay đổi lại cách đấu dây trong hệ thống. Việc làm đó đòi hỏi người vận hành phải được đào tạo để có kỹ năng thành thạo trong việc xử lý hệ thống. Nói chung, hệ thống điều khiển bằng rơle có tiếp điểm là rất phức tạp. 2.2.4.2. Các nhược điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm: Hệ điều khiển rơle có tiếp điểm có các nhược điểm sau: Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển. Việc thay đổi cấu trúc tủ điều khiển là rất khó khăn. Việc khắc phục các sự cố đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao. Năng lượng do các cuộn dây tiêu thụ là khá lớn. Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thời gian để tìm sự cố trong tủ điều khiển. Sơ đồ mạch không được cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn có sự thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời gian sửa chữa khi có sự cố. 2.2.5. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH 2.2.5.1. Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) là một tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm việc ổn định, chính xác và trơn tru của một quá trình hoặc một hoạt động sản xuất nào đó. Nó được phân ra thành rất nhiều loại với nhiều mức độ khác nhau, từ các nhà máy sản xuất năng lượng lớn đến các máy móc sử dụng công nghệ bán dẫn. Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phức tạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể là thiết bị điều khiển khả trình (Programable Logic Controller - PLC) hoặc có thể là một máy tính chủ v.v... Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết bị thu nhận tín hiệu (tủ điều khiển, các động cơ, các sensor, các công tắc, các cuộn dây rơle v.v... ), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng để điều khiển các quá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có liên hệ mật thiết với nhau. Mỗi một thiết bị đơn lẻ trong hệ thống điều khiển có một vai trò quan trọng riêng không phụ thuộc vào kích thước của nó. Trong ví dụ được chỉ ra trên hình 1-1 (Chương 1 – Phần II), thiết bị PLC không thể biết được những gì đang xảy ra xung quanh nó nếu thiếu những sensor báo tín hiệu. Nó cũng không thể kích hoạt một chuyển động cơ khí nếu không có động cơ chấp hành. Và nếu cần thiết thì một máy tính chủ phải được lắp đặt để điều khiển đồng bộ các hoạt động có liên hệ mật thiết với nhau. Cũng có những ứng dụng mà trong đó chỉ cần một thiết bị PLC đơn lẻ điều khiển một hoặc một vài thiết bị khác. 2.2.5.2. Các ưu điểm của hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình có các ưu điểm sau: Việc đấu dây có thể giảm được 80% so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường. Lượng năng lượng tiêu thụ được giảm đáng kể do PLC tiêu thụ công suất không đáng kể. Các chức năng tự phân tích chương trình điều khiển hệ thống giúp cho việc kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng. Việc thay đổi trình tự thực hiện chương trình hoặc thay đổi cả chương trình ứng dụng rất dễ dàng bằng cách lập trình thông qua thiết bị lập trình hoặc phần mềm chạy trên máy vi tính mà không phải thay đổi cách đấu dây, không cần thêm bớt các thiết bị vào/ra ( I/O ). Các bộ định thời được tích hợp bên trong PLC làm giảm phần lớn các rơle và mạch cứng định thời gian so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường. Thời gian thực hiện chu kỳ máy được cải thiện một cách đáng kể do tốc độ hoạt động của PLC chỉ cỡ mili giây ms. Do đó năng suất lao động tăng lên một cách đáng kể. Giá thành hệ thống hạ hơn một cách đáng kể so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường trong trường hợp các đầu vào/ra là rất lớn và hoạt động điều khiển rất phức tạp. Tính tin cậy của PLC cao hơn so với các rơle và các bộ định thời cơ khí. Chương trình trong PLC có thể in ra một cách dễ dàng trong vài phút. Do đó ta có thể cập nhật chương trình trong PLC một cách dễ dàng. 2.3. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào những phân tích các phương án ở trên ta chọn phương án truyền động cho thang máy trong đồ án này là: Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng PLC ghép nối qua biến tần. Vì hệ thống này có nhiều ưu điểm, đáp ứng các yêu cầu về vận tốc, gia tốc, độ giật, hãm dừng chính xác . . . Phần 3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BIẾN TẦN VÀ PLC S7 - 200 SIEMENS 3.1. GIỚI THIỆU PLC S7-200 3.1.1 - Giới thiệu phần cứng. PLC, viết tắt của Programmaable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình. S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hang siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. 3.1.1.1 - Sơ đồ cấu trúc. Hình 4.1: Cấu trúc của PLC. Cấu trúc PLC S7-200 gồm 3 phần chính: + Bộ xử lý trung tâm (CPU) + Bộ nhớ (Memory Area) + Bộ vào và ra (Input Area và Output Area) Bộ xử lý trung tâm (CPU). Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 vv... +) CPU 212 bao gồm. Hình 4.2: CPU 212 họ S7-200 của SIEMENS. - 512 từ đơn tức là 1kbyte để lưu giữ chương trình thuộc miền nhớ đọc ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM. Vùng nhớ với tính chất như vậy gọi là vùng nhớ non-volatile. - 8 cổng vào và 6 cổng ra logic - Có thể ghép nối mở rộng thêm hai modul mở rộng để tăng thêm số cổng vào ra, bao gồm cả cổng vào ra tương tự. - Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra - 64 bộ định thời gian (timer) trong đó có 2 bộ có độ phân giải là 1ms, 8 bộ có độ phân giải 10ms và 54 bộ có độ phân giải 100ms. - 64 bộ đếm (counter) chia làm hai loại :