Xem mẫu
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án
"Thiết kế hệ thống điều khiển
thang máy chở hàng"
- Mục lục
Lời mở đầu ………………………………………………………………........1
Chương 1: Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển ………………………………...3
1. Yêu cầu công nghệ………………………………………........................... .3
2. Tổng hợp mạch điều khiển………………………………………................ 4
3. Thực hiện sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển……………………………… 13
4. Thiết kế mạch lực hệ thống ………………………………..............………17
Chương 2: Thuyết minh hoạt động của sơ đồ ………………………...………18
1. Thang máy đi từ tầng 1 lên tầng 2 …………………………………....……18
2. Thang máy đi từ tầng 2 xuống tầng 1………………………………………19
Chương 3: Tính chọn các thiết
bị……………………………………….……...21
1. Chọn động cơ và bộ biến đổi ……………………………………….............22
2. Chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực……………………………………….. ...23
3. Chọn các thiết bị mạch điều khiển
…………………………………….........24
Chương 4: Lắp ráp hệ thống…………………………………………….…......28
Kết luận………………………………………………………….…….............30
Tài liệu tham khảo……………………………………………….……….........31
- CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. YấU CẦU CễNG NGHỆ :
Nhiệm vụ : Thiết kế hệ thống điều khiển cho thang máy ba tầng chở hàng
Do yêu cầu của môn học và phạm vi kiến thức, công nghệ chúng ta thiết kế
cho trường hợp 2 tầng.
Bài toán thang máy 3 tầng thực tế là tổ hợp của 6 bài toán nhỏ sau :
Bài toán 1 : Thang máy xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 2
Bài toán 2 : Thang máy xuất phát từ tầng 2 đi xuống và dừng ở tầng 1
Bài toán 3 : Thang máy xuất phát từ tầng 1 đi lên và dừng ở tầng 3
Bài toán 4 : Thang máy xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 1
Bài toán 5 : Thang máy xuất phát từ tầng 2 đi lên và dừng ở tầng 3
Bài toán 6 : Thang máy xuất phát từ tầng 3 đi xuống và dừng ở tầng 2
Khi giải quyết bài toán, chúng ta kết hợp giải từng cặp bài toán 1&2, bài toán
3&4 và bài toán 5&6.Trong đồ án này, chúng ta chỉ giải bài toán 1&2.
1.1. Sơ đồ cụng nghệ :
- 1.2. Đặt biến Logic cho hệ thống :
a. Các tín hiệu vào :
a : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V1
b : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V2
c : Tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 với vận tóc V1
d : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V1
Đồng thời :
c : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V2
b : Tín hiệu thang máy đi xuống tầng 1 với vận tóc V1
Và đồng thời tín hiệu 'a' kết hợp với thiết bị khác cho phép thang máy dừng ở
tầng 2 cũng như 'd' kết hợp với thiết bị khác cho thang máy dừng ở tầng 1.
Như vậy hệ thống có 4 tín hiệu vào, tất cả tín hiệu này ta đều chọn là tín hiệu
của các công tắc hành trình. Giá trị logic của tín hiệu là ’1’ thì tín hiệu đó hoạt
động, ngược lại giá trị logic là ’0’ thì tín hiệu đó không hoạt động. Nghĩa là nếu
a=1 thì thang máy đến tầng 1 và ngược lại.
- b. Các tín hiệu ra :
L : Tín hiệu báo hiệu thang máy đi lên
X : Tín hiệu báo hiệu thang máy đi xuống
V1 : Tín hiệu cho biết thang máy chạy với vận tốc v1
V2 : Tín hiệu cho biết thang máy chạy với vận tốc v2
1.3. Nguyên lý hoạt động của thang máy :
Thang máy đang dừng ở tầng bất kỳ, nếu có tín hiệu ra lệnh cho nó tới một
tầng khác thì nó sẽ chuyển động với vận tốc v1, sau đó nó mới tăng tốc lên vận
tốc v2. Khi gần đến tầng đích thì nó sẽ giảm tốc từ v2 xuống v1 và cuối cùng là
dừng lại ở tầng đó.
2. TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN :
Các trạng thái :
+ Trạng thái 1 : Thang máy đi lên với vận tốc V1
+ Trạng thái 2 : Thang máy đi lên với vận tốc V2
+ Trạng thái 3 : Thang máy đi lên với vận tốc V1
+ Trạng thái 4 : Thang máy đi xuống với vận tốc V1
+ Trạng thái 5 : Thang máy đi xuống với vận tốc V2
+ Trạng thái 6 : Thang máy đi xuống với vận tốc V1
Giản đồ graph chuyển trạng thái :
- + Lập ma trận trạng thái 1 (M1) có : Số hàng = 1 + 24 + 4 = 21
Số cột = 1 + 6 = 7
+ Lập ma trận trạng thái 2 (M2) :
T b ng chuy n d ch 1, n u ta em ra xác nh hàm i u khi n thì hàm
i u khi n thu c là không t i gi n, vì th ta ph i t i thi u hàm chuy n d ch
qua hai b c :
+ Nh p hàng :
+) Tiêu chu n nh p hàng theo i u ki n sau: các tr ng thái có th
nh p l i c v i nhau n u s tr ng thái trong c t cùng tên và gi ng nhau.
+) N u m t tr ng thái n nh và m t tr ng thái không n nh thì ta
u tiên tr ng thái không n nh.
+) N u m t tr ng thái n nh và m t ô tr ng thì ta u tiên tr ng thái
n nh.
- +) N u m t tr ng thái không n nh và m t ô tr ng thì ta u tiên tr ng
thái không n nh.
+ Nhập trạng thái tương đương:
+) Sau khi đã nhập các trạng thái theo các điều kiện ở trên, chúng ta có
thể tiếp tục nhập các trạng thái còn lại cho những trạng thái tương đương. Trạng
thái tương đương là trạng thái có tính chất sau:
+) Có cùng tín hiệu ra.
+) Khi chuy n t tr ng thái này sang tr ng thái khác kéo theo cùng th
t chuy n giá tr u ra. Nói m t cách khác thay i t h p tín hi u vào kéo
theo cùng th t thay i giá tr tín hi u ra.
Tr l i v i án : Ma tr n tr ng thái M2 : Ta nh p hàng 1-2-3 v i nhau và 4-
5-6 v i nhau.
s min
Công thức xác định biến trung gian 2 2 nên Smin =1, tức là ta có thể
chọn 1 biến trung gian.
Mặt khác, xét trên cùng một hàng : biến ra L, X có các trạng thái ổn định
không thay đổi trị logic nên có thể chọn L hoặc X làm biến trung gian. Ta chọn
L làm biến trung gian.
- + Viết hàm điều khiển f(L) :
Ta có : f(L) = a + d .L
+ Viết hàm điều khiển f(X) :
f(X) = L
+ Viết hàm điều khiển f(V1) :
- f(V1) = a + b. L + c.L + d
+ Viết hàm điều khiển f(V2) :
f(V2) = b.L + c. L
Tổng hợp các hàm điều khiển :
- f(L) = a + d .L
f(X) = L
f(V1) = a + b. L + c.L + d
f(V2) = b.L + c. L
Sơ đồ cấu trúc của mạch điều khiển trước khi hiệu chỉnh như sau :
- Hiệu chỉnh : Do loại công tắc hành trình mà ta sử dụng có các tiếp điểm
không tự duy trì nên ta phải thêm vào các tiếp điểm L, X, V1, V2 để tự duy trì
(mắc song song với công tắc hành trình). Mặt khác, cũng do đặc điểm này mà ta
phải thêm các tiếp điểm thường đóng để cắt từng trạng thái cũ, trước khi tiến
hành trạng thái mới.
Dùng các nút ấn M1 để phát tín hiệu thang máy đi lên tầng 2 và M2 thang
máy đi xuống tầng 1.
Sơ đồ sau khi hiệu chỉnh :
- 3. TH C HI N S NGUY N Lí M CH I U KHI N:
Phân tích :
+ Động cơ sử dụng là động cơ điện 1 chiều, công suất 15KW là loại động cơ
trung bình cỡ nhỏ. Động cơ khởi động với vận tốc V1 nhỏ và dừng cũng với
vận tốc V1. Mặt khác, thang máy dừng để chở hàng nên nó phải dừng lại để bốc
hàng, do đó không có quá trình đảo chiều trực tiếp. Cũng do thang máy chở
hàng nên tốc độ di chuyển không cao. Vì vậy, chúng ta không cần dùng thêm
điện trở hãm và điện trở khởi động. Tuy nhiên, để an toàn khi vận hành, chúng
ta có thể thiết kế thêm Rkđ, Rh, hoặc Rơle thời gian để hạn chế dòng khởi động.
+ Trong quá trình hoạt động, thang máy di chuyển với hai vận tốc V1 < V2.
Ta sử dụng hệ T-Đ để điều khiển động cơ. Trong quá trình biến thiên tốc độ,
tức là biến thiên điện áp phần ứng. Nếu mạch điều khiển nối chung với điện áp
phần ứng của động cơ thì điện áp cung cấp cũng biến thiên theo, do đó không
an toàn cho mạch điều khiển. Vậy ta phải tách nguồn cấp cho mạch lực và mạch
điều khiển ra.
Chọn thiết bị :
3.1. Các loại tín hiệu vào :
- Tín hiệu a : Sử dụng công tắc hành trình 1H
- Tín hiệu b : Sử dụng công tắc hành trình 2H
- Tín hiệu c : Sử dụng công tắc hành trình 3H
- Tín hiệu d : Sử dụng công tắc hành trình 4H
Vị trí của các công tắc hành trình được gắn như trên sơ đồ công nghệ.
3.2. Các tín hiệu ra :
- Tín hiệu L : Sử dụng công tắc tơ 1K
- Tín hiệu X : Sử dụng công tắc tơ 2K
- Tín hiệu V1 : Sử dụng công tắc tơ 1G
- Tín hiệu V2 : Sử dụng công tắc tơ 2G
3.3. Tín hiệu trung gian :
- Nhận xét :
+ Theo s c u trúc ta th y các công t c hành trình có nhi u ti p i m
n m r i rác t trên xu ng d i, i u này s gây khó kh n cho vi c n i dây
ng th i làm cho dây d n i trong m ch i n tr nên l n x n, ph c t p h n.
Chính vì v y ta th c hi n m c các công t c hành trình n i ti p v i các r le
trung gian 1TR, 2TR, 3TR, 4TR n gi n s .
- 1KH m c n i ti p v i 1TR
- 2KH m c n i ti p v i 2TR
- 3KH m c n i ti p v i 3TR
- 4KH m c n i ti p v i 4TR
Nh v y trong s nguyên lý các ti p i m th ng m c a công t c hành
trình c thay b ng ti p i m th ng m c a r le trung gian, còn các ti p
i m th ng óng c a công t c hành trình c thay b ng ti p i m th ng
óng c a r le trung gian.
+ Công tắc tơ 1K có số tiếp điểm bị giới hạn. Trongsơ đồ mạch điều khiển
cần 6 tiếp điểm phụ : 3 thường đóng và 3 thường mở, hai tiếp điểm chính
thường mở ở mạch động lực. Vì lý do này nên ta cần thêm 1 rơ le trung gian
5TR để làm tăng số tiếp điểm phụ.
Có 2 cách để mắc Rơ le trung gian vào mạch điều khiển :
+ Cách 1 : Rơ le được mắc song song với công tắc tơ, tuy nhiên điện áp tác
động của 2 thiết bị thường khác nhau nên ít dùng cách này.
+ Cách 2 : Dùng 1 tiếp điểm của Rơ le để đóng công tắc tơ.
Ta sẽ dùng cách thứ 2 trong mạch điều khiển.
3.4. Bảo vệ cho mạch điều khiển :
Với một sơ đồ cấu trúc như trên, mạch chỉ đủ đảm bảo cho việc hệ thống có
khả năng làm việc theo yêu cầu công nghệ đã đề ra nhưng để đảm bảo an toàn
và vận hành tốt mạch điều khiển chúng ta cần phải thiết kế thêm một số phần
khác có chức năng đặc biệt để bảo vệ khi có sự cố.
- - Bảo vệ ngắn mạch : Khi mạch bị sự cố, gây ngắn mạch thì dòng điện lớn có
thể đánh thủng các cách điện cháy cuộn dây, gây nguy hiểm cho hệ thống và
người vận hành. Ta cần dùng các thiết bị đóng cắt nhanh để nhanh chóng cắt hệ
thống ra khỏi lưới. Do Aptômát có nhiệm vụ đóng cắt và bảo vệ ngắn mạch
thay cho cầu dao và cầu chì nên ta dùng Aptômát 2AT ở mạch điều khiển.
- Bảo vệ mất từ thông : Do động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập thường có
hiện tượng mất từ thông nên người ta thường dùng rơ le dòng RTT nối tiếp với
cuộn kích từ CKĐ, tiếp điểm nối ở mạch điều khiển để tránh sự cố này.
Sơ đồ mạch điều khiển :
- 4. THI T K MACH L C H TH NG :
Yêu cầu công nghệ : Sử dụng hệ T-Đ, động cơ điện một chiều, công suất
15KW.
Như vậy, chúng ta sẽ qui ước động cơ quay thuận thì thang máy đi lên, quay
ngược thì thang máy đi xuống.
U IR
Đặc tính cơ điện của động cơ điện 1 chiều :
K
Do đó, muốn thay đổi tốc độ động cơ, ta thay đổi điện áp phần ứng đặt vào
động cơ. Để thang máy có thể hoạt động với vận tốc V1 < V2, ta sử dụng 2
công tắc tơ 1G và 2G để điều chỉnh giá trí điện áp Uđk và do đó thay đổi điện
áp đặt vào phần ứng động cơ.
Sơ đồ mạch động lực :
- CHƯƠNG 2 : THUYẾT MINH HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ
Nhận xét :
+ Nguồn điện cung cấp cho hệ thống được lấy trực tiếp từ lưới điện xoay
chiều thông qua bộ chỉnh lưu Thyristor, có thể thay đổi điện áp cấp cho phần
ứng động cơ bằng cách thay đổi điện áp điều khiển Uđk.
+ Ban đầu, đóng cầu dao 1CD để cung cấp nguồn cho mạch kích từ, cuộn dây
CKĐ và rơ le dòng điện RTT có điện. Khi đó, RTT đóng RTT(2-4) lại, chuẩn bị
cho mạch làm việc. Đóng áptômát 1AT lại để cung cấp nguồn cho bộ biến đổi.
Đóng áptômát 2AT lại để cung cấp nguồn cho mạch điều khiển. Thang máy
chưa hoạt động.
1. Thang máy đi từ tầng 1 lên tầng 2 :
+ Có tín hiệu đi lên : Giả sử thang máy đang đứng yên ở tầng 1, tức là công
tắc hành trình 1H bị tác động và rơle trung gian 1TR có điện làm các tiếp điểm
thường mở 1TR(11-13), 1TR(1-25) đóng lại. Khi muốn đi lên tầng 2, ta ấn
M1(1-11), đồng thời 1TR(11-13) đóng lại làm cho cuộn dây rơ le trung gian
5TR(4-13) có điện, và được tự duy trì trong suốt qua trình đi lên thông qua
4TR(1-15) và 5TR(13-15).
+ Đi lên với vận tốc V1 : Khi đó 5TR(1-23) đóng lại làm cho cuộn dây của
công-tắc-tơ 1K có điện, đóng 1K(101-102) và 1K(100-103) ở mạch lực lại,
động cơ chuẩn bị quay thuận, tức thang máy chuẩn bị đi lên. Đồng thời 1TR(1-
25) và 5TR(25-27) đóng lại làm cho cuộn dây của công-tắc-tơ 1G(2-27) có điện
và tự duy trì thông qua đường 2TR(1-29), 1G(25-29), 5TR(25-27). Khi đó 1G
đóng tiếp điểm thường mở ở mạch phân áp 1G(107-109) lại, đóng Uđk1 vào,
phát xung vào các Thyristor làm động cơ quay thuận với vận tốc V1, hay thang
máy đi lên với vận tốc V1.
- Khi thang máy đi lên tới điểm tác động của công tắc hành trình 2H(1-5) làm
cho cuộn dây rơ le 2TR có điện, mở 2TR(1-29), cắt 1G ra, và động cơ ngừng đi
lên với vận tốc V1.
+ Đi lên với vận tốc V2 : Đồng thời 2TR(1-37) có điện, 5TR(37-39) có điện
làm cho cuộn dây của công-tắc-tơ 2G(2-39) có điện và tự duy trì thông qua
đường 3TR(1-41), 2G(37-41), 5TR(37-39). Khi đó 2G đóng tiếp điểm thường
mở ở mạch phân áp 2G(107-108) lại, đóng Uđk2 vào, phát xung vào các
Thyristor làm động cơ quay thuận với vận tốc V2, hay thang máy đi lên với vận
tốc V2.
Khi thang máy đi lên tới điểm tác động của công tắc hành trình 3H(1-7) làm
cho cuộn dây rơ le 3TR có điện, mở 3TR(1-41), cắt 2G ra, và động cơ ngừng đi
lên với vận tốc V2.
+ Đi lên với vận tốc V1 : Đồng thời 3TR(1-25) và 5TR(25-27) đóng lại làm
cho cuộn dây của công-tắc-tơ 1G(2-27) có điện và tự duy trì thông qua đường
2TR(1-29), 1G(25-29), 5TR(25-27). Khi đó 1G đóng tiếp điểm thường mở ở
mạch phân áp 1G(107-109) lại, đóng Uđk1 vào, phát xung vào các Thyristor
làm động cơ quay thuận với vận tốc V1, hay thang máy đi lên với vận tốc V1.
Khi thang máy đi lên tới điểm tác động của công tắc hành trình 4H(1-9) làm
cho cuộn dây rơ le 4TR có điện, mở 4TR(1-15), cắt nguồn cung cấp cho cuộn
dây của công-tắc-tơ 5TR, tức là cắt quá trình đi lên đồng thời 5TR(25-27) mở
ra, cắt quá trình đi lên với vận tộc V1. Thang máy dừng ở tầng 2.
2. Thang máy đi từ tầng 2 xuống tầng 1 :
+ Có tín hiệu đi xuống : Giả sử thang máy đang đứng yên ở tầng 2, tức là
công tắc hành trình 4H bị tác động và rơle trung gian 4TR có điện làm các tiếp
điểm thường mở 4TR(1-31) đóng lại. Lúc này, cuộn dây của rơ le 5TR không
có điện. Khi muốn đi xuống tầng 1, ta ấn M2(1-17) làm cho cuộn dây của công-
nguon tai.lieu . vn
