đồ án tốt nghiệp ngành cơ điện tử

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH THANG MÁY 4 TẦNG
ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BẰNG S7-1500 KẾT HỢP WIN CC


II. Phần nhận xét cụ thể (dựa theo phiếu chấm điểm và khung tiêu chí đánh giá theo
Rubric)
II.1. Hình thức thuyết minh (tỉ trọng 30%)
* Trình bày (Rõ ràng, mạch lạc? Biểu bảng, hình vẽ trình bày rõ ràng, đúng quy cách?…)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
* Bố cục và lập luận (Bố cục hợp lý? Tỉ trọng giữa các phần? Cơ sở lập luận?...)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
* Văn phong (Gọn gàng, súc tích hay rườm rà, khó hiểu? Lỗi văn phạm và chính tả?…)
…………………………………………………………………………………………
II.2. Nội dung thuyết minh (tỉ trọng 30%)
* Mục tiêu nghiên cứu (Trình bày rõ ràng? Ý nghĩa khoa học và thực tiễn? Tính khả thi?...)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
* Tổng quan tài liệu (Phân tích và đánh giá? Độ tin cậy và chất lượng nguồn tài liệu?…)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
* Phương pháp nghiên cứu (Hiện đại? Phù hợp với mục tiêu và nội dung nghiên cứu? Mô
tả? Đánh giá và so sánh với các phương pháp khác?…)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
II.3. Kết quả nghiên cứu (tỉ trọng 20%)
* Kết quả đạt được (Độ tin cậy? Tính sáng tạo? Giá trị khoa học và thực tiễn?...)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

* Kết luận (Đáp ứng mục tiêu nghiên cứu? Quan điểm của cá nhân? ...)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
4. MỨC ĐỘ TRÍCH DẪN VÀ SAO CHÉP (tỉ trọng 20%)
* Mức độ trích dẫn (Đúng quy định? Trung thực, đầy đủ, rõ ràng?Sắp xếp tài liệu tham
khảo?...)
…………………………………………………………………………………………
* Mức độ sao chép (Tỉ lệ sao chép? Hình thức sao chép?...)
…………………………………………………………………………………………


TĨM TẮT ĐỀ TÀI
Đồ án: “ Thiêt kế thi cơng thang mơ hình thang máy 4 tầng điều khiển, giám sát bằng
PLC S7-1500 kết hợp Win CC”
Đồ án gồm 4 chương như sau:
Chương1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
-

Khái niệm chung về thang máy

-

Lịch sử phát triển

-

Cấu trúc thang máy

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Tổng quan về PLC, PLC S7-1500

-

Tổng quan phần mềm TIA PORTAL V15.1, qui trình kết nối

-

Tổng quan về Wincc

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
-

Các thiết bị được sử dụng trong mơ hình

-

Kết quả mơ hình

Chương 4: SƠ ĐỒ THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO DIỆN
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
-

Sơ đồ thuật tốn

-

Chương trình điều khiển

-

Giao điều khiển và giám sát.

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY ............................................................. 2
1.1 Khái niệm chung về thang máy ..........................................................................2
1.2 Lịch sử phát triển ................................................................................................ 3
1.2.1 Lịch sử phát triển thang máy thế giới ........................................................3
1.2.2 Lịch sử phát triển thang máy trong nước ..................................................3
1.2.3 Thang máy trong tương lai ..........................................................................4
1.3 Cấu trúc và trang thiết bị thang máy ................................................................ 5
1.3.1 Cấu trúc tổng thể ..........................................................................................5
1.3.2 Trang thiết bị trong buồng máy ..................................................................6
1.3.2.1 Cơ cấu nâng, hạ .........................................................................................6
1.3.2.2 Tủ điều khiển ............................................................................................. 7
1.3.3 Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy ......................................................7
1.3.3.1 Buồng thang (cabin) ..................................................................................7
1.3.3.2 Cáp tải.........................................................................................................8
1.3.3.3 Ray dẫn hướng ...........................................................................................9
1.3.3.4 Đối trọng .....................................................................................................9
1.3.4 Các thiết bị khác .........................................................................................10
1.3.4.1 Ngàm dẫn hướng .....................................................................................10
1.3.4.2 Giảm chấn ................................................................................................ 11
1.3.5 Thiết bị cảm biến thang máy .....................................................................11
1.3.5.1 Cảm biến cửa ........................................................................................... 11
1.3.5.2 Cảm biến dừng tầng ................................................................................12

1.3.5.3 Cảm biến trọng lượng .............................................................................12
1.4 Phân loại thang máy .......................................................................................... 13
1.4.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) .......................................................13
1.4.2 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo ............................................................ 14
1.4.3 Phân loại theo thông số cơ bản ..................................................................14
1.4.4 Phân loại theo hệ thống vận hành. ............................................................ 15
1.4.5 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin...................................................15
1.5 Trạng thái hoạt động của thang máy ............................................................... 16


1.5.1 Thang máy hoạt động bình thường .......................................................... 16
1.5.2 Thang máy sự cố .........................................................................................16
1.6 Yêu cầu kỹ thuật ................................................................................................ 16
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...............................................................................18
2.1 Tổng quan về PLC ............................................................................................. 18
2.1.1 Giới thiệu chung .........................................................................................18
2.1.2 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình .......................................................18
2.1.3 Một số loại PLC hiện nay ...........................................................................18
2.2 Giới thiệu PLC S7-1500 ....................................................................................20
2.2.1 Tìm hiểu PLC CPU 1511C – 1PN ............................................................. 22
2.2.2 Mặt trước sau của CPU 1511C – 1PN ......................................................23
2.2.3 Chức năng công nghệ CPU ........................................................................25
2.2.4 Đo lường ......................................................................................................27
2.2.5 Máy phát xung ............................................................................................ 29
2.3 Tập lệnh được sử dụng ......................................................................................34
2.4 Phần mềm lập trình TIA PORTAL .................................................................37
2.4.1 Tổng quan....................................................................................................37
2.4.2 Làm việc với phần Tia Portal V15.1 .........................................................37
2.4.2.1 Tạo một Project .......................................................................................37
2.4.2.2 Tải xuống chương trình. .........................................................................40

2.5.3 Ngơn ngữ lập trình .....................................................................................41
2.3.3.1 Ngơn ngữ LAD .........................................................................................41
2.3.3.2 Ngôn ngữ FBD .........................................................................................41
2.3.3.3 Ngôn ngữ STL .......................................................................................... 42
2.5 Tổng quan WinCC ............................................................................................ 42
2.5.1 Đặc điểm WinCC ........................................................................................43
2.5.2 Chức năng của WinCC ..............................................................................43
2.5.3 Tạo kết nối và thiết kế giao diện WinCC .................................................44
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................47
3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng..........................................................................47
3.1.1 Bộ điều khiển............................................................................................... 47
3.1.2 Động cơ điện kéo cabin ..............................................................................47
3.1.3 Động cơ kéo cữa cabin ...............................................................................48


3.1.4 Bộ nguồn ......................................................................................................48
3.1.5 Relay trung gian .........................................................................................49
3.1.6 Công tắc hành trình....................................................................................49
3.1.7 Nút nhấn ......................................................................................................50
3.1.8 Đèn báo ........................................................................................................50
3.1.9 Rịng rọc ......................................................................................................51
3.1.10 Load cell và mạch khuếch đại .................................................................51
3.2 Thi công mơ hình ............................................................................................... 52
3.2.1 Cấu tạo mơ hình.......................................................................................... 52
3.2.2 Mơ hình thang máy ....................................................................................52
3.2.2.1 Khối truyền động .....................................................................................52
3.2.2.2 Khối chọn tầng .........................................................................................54
3.2.2.3 Khối gọi tầng ............................................................................................ 54
3.2.2.4 Bảng điều khiển .......................................................................................54
3.2.2.5 Đối trọng thang máy ................................................................................55

3.2.3 Hình ảnh thang máy hồn thiện ................................................................ 56
Chương 4: SƠ ĐỒ THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO
DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ........................................................................58
4.1 Sơ đồ thuật toán .................................................................................................58
4.1.1 Đưa thang máy về tầng 1 khi băt đầu hoạt động .....................................58
4.1.2 Sơ đồ đóng - mở cửa ...................................................................................59
4.1.3 Gọi tầng khi đang ở tầng 1 ........................................................................60
4.1.4 Ưu tiên chọn / chọn tầng ............................................................................61
4.2 Qui định ngõ vào ra kết nối với PLC ............................................................... 62
4.2.1 Qui định ngõ vào, ra ...................................................................................62
4.2.2 Sơ đồ kết nối PLC .......................................................................................63
4.3 Nguyên lý hoạt động .......................................................................................... 64
4.4 Chương trình điều khiển hệ thống ...................................................................64
4.5 Giao diện Wincc .................................................................................................73
4.5.1 Giao diện điều khiển và giám sát thang máy ...........................................73
4.5.2 Khởi động WinCC ......................................................................................74
4.5.3 Giải thích nguyên lý điều khiển và giam sát thang máy .........................75
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................76


5.1 Kết luận ..............................................................................................................76
5.2 Kiến nghị ............................................................................................................76

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Thang máy dùng đệm từ trường. ................................................................ 4
Hình 1. 2 Thang máy khơng gian. ................................................................................5
Hình 1. 3 Kết cấu cơ khí thang máy.............................................................................6
Hình 1. 4 Máy kéo thang máy OTIS. ...........................................................................7
Hình 1. 5 Buồng thang máy(Cabin). ............................................................................8
Hình 1. 6 Cáp tải thang máy. ........................................................................................8

Hình 1. 7 Ray dẫn hướng. ............................................................................................. 9
Hình 1. 8 Đối trọng thang máy. ..................................................................................10
Hình 1. 9 Ngàm trượt. .................................................................................................10
Hình 1. 10 Ngàm con lăn. ............................................................................................ 10
Hình 1. 11 Giảm chấn thang máy...............................................................................11
Hình 1. 12 Cảm biến cửa thang máy..........................................................................11
Hình 1. 13 Cảm biến dừng tầng. ................................................................................12
Hình 1. 14 Cảm biến trọng lượng...............................................................................13

Hình 2. 1 PLC Hãng Siemens. ....................................................................................19
Hình 2. 2 PLC hãng Mitsubishi. .................................................................................19
Hình 2. 3 PLC Schneider. ........................................................................................... 20
Hình 2. 4 PLC S7 1500. ............................................................................................... 20
Hình 2. 5 CPU 1511C - 1PN. .......................................................................................22
Hình 2. 6 Mặt trước CPU 1511C - 1PN có nắp. ........................................................23
Hình 2. 7 Mặt trước CPU 1511C - 1PN khơng đậy nắp...........................................24
Hình 2. 8 Mắt sau CPU. .............................................................................................. 24
Hình 2. 9 Phần đế của CPU. .......................................................................................24
Hình 2. 10 Xung ở định dạng tương tự. .....................................................................30
Hình 2. 11 Sơ đồ sung. .................................................................................................32
Hình 2. 12 Tín hiệu lần 1. ............................................................................................ 32
Hình 2. 13 Tín hiệu lần 2. ............................................................................................ 33
Hình 2. 14 Phần mềm TIA PORTAL V15.1. ............................................................ 37
Hình 2. 15 Biểu tượng TIA Portal V15.1. ..................................................................38
Hình 2. 16 Giao diện khởi đầu của Tia Portal V15.1. ..............................................38
Hình 2. 17 Đặt tên dự án. ............................................................................................ 38
Hình 2. 18 Giao diện Configure a device. ..................................................................39
Hình 2. 19 Giao diện Add New Device. ......................................................................39
Hình 2. 20 Chọn thơng số CPU...................................................................................39

Hình 2. 21 Giao diện làm việc. ....................................................................................40
Hình 2. 22 Thanh cơng cụ. .......................................................................................... 40
Hình 2. 23 Tìm và kết nối địa chỉ IP PLC. ................................................................ 40
Hình 2. 24 Ngơn ngữ LAD. .........................................................................................41
Hình 2. 25 Ảnh WinCC Professinal. ..........................................................................42
Hình 2. 26 Giao diện chọn WinCC.............................................................................44
Hình 2. 27 Thêm Card mạng. .....................................................................................44
Hình 2. 28 Tạo kết nối Network. ................................................................................45
Hình 2. 29 Tạo kết nối Connections. ..........................................................................45
Hình 2. 30 Cửa sổ Divices. .......................................................................................... 46
Hình 2. 31 Giao diện làm việc WinCC. ......................................................................46

Hình 3. 1 CPU 1511C-1PN. .........................................................................................47
Hình 3. 2 Động cơ kéo cabin thang máy. ...................................................................47
Hình 3. 3 Động cơ kéo cữa thang máy. ......................................................................48
Hình 3. 4 Nguồn 12VDC 30A......................................................................................48
Hình 3. 5 Nguồn 24VDC 10A......................................................................................48
Hình 3. 6 Relay trung gian 24VDC. ...........................................................................49
Hình 3. 7 Cơng tắc hành.............................................................................................. 50
Hình 3. 8 Nút nhấn. .....................................................................................................50
Hình 3. 9 Đèn báo trạng thái. .....................................................................................50
Hình 3. 10 Rịng rọc. ....................................................................................................51
Hình 3. 11 Load cell 5kg và mudule khuếch đại. ......................................................51
Hình 3. 12 Thang máy hồn thiện. .............................................................................52
Hình 3. 13 Cơ cấu nâng/ hạ buồng thang. .................................................................53
Hình 3. 14 Cơ cấu đóng/ mở cửa buồng thang. ........................................................53
Hình 3. 15 Khối chọn tầng. .........................................................................................54
Hình 3. 16 Khối gọi tầng lên/ xuống. ..........................................................................54
Hình 3. 17 Bảng mạch điều khiển hệ thống thang máy. ..........................................55

Hình 3. 18 Đối trọng thang máy. ................................................................................55
Hình 3. 19 Ảnh mặt trước ........................................................................................... 56
Hình 3. 20 Ảnh bên có cửa và mặt bên. .....................................................................56
Hình 3. 21 Ảnh bên trong và domino. ........................................................................57
Hình 3. 22 Ảnh Load cell đo cân nặng. ......................................................................57

Hình 4. 1 Sơ đồ thuật tốn khi bắt đầu. ....................................................................58
Hình 4. 2 Sơ đồ đóng - mở cửa cabin. ........................................................................59
Hình 4. 3 Sơ đồ chọn / gọi tầng. ..................................................................................60
Hình 4. 4 Sơ đồ ưu tiên. ............................................................................................... 61
Hình 4. 5 Sơ đồ kết nối PLC. ......................................................................................63


Hình 4. 6 Giao diện trang chủ. ...................................................................................73
Hình 4. 7 Giao diện giám sát và điều khiển............................................................... 73
Hình 4. 8 Set PG/ PC interface(32-bit). .....................................................................74
Hình 4. 9 Chọn Card mạng giao tiếp giữa PC và PLC. ...........................................74

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Chức năng đếm của CPU 1511C – 1PN....................................................27
Bảng 2. 2 Giới hạng đo khoảng cách..........................................................................28
Bảng 2. 3 Điều chế độ rộng xung ( PWM). ................................................................ 29
Bảng 2. 4 Hướng chuyển động của PTO lệch pha. ...................................................33
Bảng 2. 5 Hướng chuyển động PTO tăng gấp bốn lần. ............................................34
Bảng 4. 1 Qui định ngõ vào. ........................................................................................62
Bảng 4. 2 Qui định ngõ ra. .......................................................................................... 62


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
PLC Programmable Logic Control

I/O

Input/Output

LAD Ladder Diagram
FBD

Function Block Diagram

STL

Instruction List

HMI Human Machine Interface
Scada Supervisory Control And Data Acquisition
ĐC

Động cơ

CTHT Cơng tắc hành trình
WinCC Windows Control Center


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, xu hướng Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước, phương tiện di
chuyển là vấn đề quan tâm hàng đầu. Phương tiện di chuyển là thiết bị, máy móc... góp
phần rút ngắn thời gian di chuyển, đẩy mạnh nhanh hiệu quả công việc giúp mang lại
nhiều lời ích.
Chính vì lý do thiết thực ấy, nên em đã chọn đề tài đồ án thang máy. Nhắc đến thang
máy thì khơng cịn xa lạ với chúng ta nữa, nó gắn liền với cuộc sống của chúng ta. Thang

máy trong các khu công nghiệp, trong các ngành xây dựng và hơn nữa là các nhà cao
tầng,…
Mục tiêu của em với đề tài thang máy là muốn hiểu rõ hơn về lịch sử, cấu trúc,
nguyên lý hoạt động của thang máy để trau dồi thêm kiến thức, kinh nghiệm chuyên
môn kỹ năng…giúp chuẩn bị tốt cho công việc tương lai và đồng thời thiết kế thi công
thang máy sử dụng PLC trong điều khiển và vận hành.
Em đã cố gắng hoàn thành thật tốt Đồ án tốt nghiệp này, đồ án này góp phần để lại
những kỷ niệm đẹp, đậm chất sinh viên ngành Điện - điện tử nói riêng và Trường đại
học Nha Trang nói chung.

1


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1 Khái niệm chung về thang máy
Thang máy là một loại phương tiện vận chuyển người, vật dụng rất phổ biến và
quan trọng trong các khu chung cư, nhà hàng, khách sạn, trung tâm thương mại … nó
có tần suất lưu thơng khơng hề thua kém bất kì loại phương tiện giao thơng nào hiện
nay.
Ngày nay, thang máy và máy nâng được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất
của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng,
luyện kim, công nghiệp nhẹ…. Ở những nơi đó thang máy và máy nâng được sử dụng
để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, đưa cơng nhân tới nơi làm việc có tốc độ cao khác
nhau…. Nó đã thay thế sức lực của con người và mang lại năng suất cao.
Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong
các tòa nhà cao tầng, trong các khách sạn, siêu thị, công sở và trong các bệnh viện….
Hệ thống thang máy đã giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian và sức lực…..
Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng
vẻ đẹp và tiện nghi của cơng trình. Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các
toà nhà cao trên 6 tầng trở lên 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 cơng trình so với tổng giá thành cơng trình chiếm khoảng 6% đến 7% là
hợp lý. Đối với những cơng trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn… tuy 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 hơn thì việc trang bị thang máy là bắt
buộc để phục vụ cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa trong nhà. Nếu vấn đề này
khơng được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng sẽ khơng thành
hiện thực.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thơng thống, êm dịu thì chưa đủ điều
kiện để đưa vào sử dụng mà còn phải 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

2


báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), cơng tắc an tồn của cửa cabin, khố
an tồn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện….
1.2 Lịch sử phát triển
1.2.1 Lịch sử phát triển thang máy thế giới
Thang máy đầu tiên xuất hiện trên thế giới được chế tạo dưới triều đại vua Louis
XV, ở Versailles vào năm 1743. Đây là cơng trình được xây dựng để phục vụ cho riêng
quốc vương...[1] Bởi đây là cơng trình đầu tiên nên kết cấu vẫn cịn khá thơ sơ, kỹ thuật
này dựa trên sự đối trọng nên việc sử dụng ít tốn sức lực.
Cuối thế kỷ 19, trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS,
Schindler. Hãng OTIS (Mỹ) đã chế chiếc thang máy hiện đại đầu tiên và đưa vào sử
dụng vào năm 1853. Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã chế
tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một cấp tốc độ,
cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp.
Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan),
MSUBISI, NIPON, ELEVATOR,…(Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý)… đã

chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm dịu hơn.
Cho tới những năm 1975 tốc độ của thang máy trên thế giới đã đạt tới 400m/phút,
những thang máy lớn với tải trọng lên tới 25 tấn đã được chế tạo thành công. Sản phẩm
tự động liên quan về thang máy bắt đầu cải tiến, băng chuyền, thang cuốn lần lượt xuất
hiện.
1.2.2 Lịch sử phát triển thang máy trong nước
Trước đây, thang máy đều do Liên Xô cũ và một số nước Đông Âu cung cấp cho
nước ta. Chúng được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, thiết bị… trong cơng nghiệp và
chun chở người trong các nhà cao tầng, bệnh viện. Tuy nhiên số lượng còn rất
khiêm tốn.
Trong những năm gần đây, do nhu cầu sử dụng thang máy tăng mạnh, một số hãng
thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:
-

Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy
nhưng giá thành rất cao.
3


-

Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác.

Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước như: OTIS (Hoa Kỳ),
NIPPON (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc), Techno (Italia)... đã giới thiệu và bán
sản phẩm thang máy vào nước ta. Về cơng nghệ thì các hãng ln đổi mới cịn mẫu mã
thì phổ biến ở hai dạng:
-

Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường.

-

Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thủy lực.

1.2.3 Thang máy trong tương lai
Trong tương lại không xa với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, thang
máy sẽ phát triển và nâng cấp đạt tầm cao mới.
Thang máy sẽ hướng tới sử dụng đệm từ trường của nam châm thay cho dây cáp
thông thường được một công ty của Đức phát triền. Ông Andreas Schierebeck, giám đốc
điều hành Công ty thang máy Thyssenkrupp cho biết: “Đây là hệ thang máy đầu tiên
hoạt động mà không cần cáp, thang máy khơng chỉ đi lên và đi xuống mà cịn có thể di
chuyển sang trái hoặc phải… và có nhiều cabin hơn”[2].

Hình 1. 1 Thang máy dùng đệm từ trường.
Trong thế kỷ 19, ý tưởng "thang máy vũ trụ" xuất hiện, nhân loại đã mơ tới
phương tiện có thể đưa người ta vào vũ trụ với giá siêu rẻ. Khi đó, hành khách đi thang
4


máy chỉ mất 5 giờ đi từ mặt đất tới một vùng thuộc địa ngồi khơng gian, mang lại
"một trong những khung cảnh ấn tượng nhất mà từng thấy" khi Trái Đất cứ nhỏ dần lại
lúc hành khách đi lên.

Hình 1. 2 Thang máy không gian.
1.3 Cấu trúc và trang thiết bị thang máy
1.3.1 Cấu trúc tổng thể
Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy, an
tồn, tiện lợi trong vận hành. Thang máy gồm một số bộ phận chức năng như sau:
 Cơ cấu dẫn động.

 Cabin cùng hệ thống treo cabin.
 Cơ cấu đóng, mở cabin và hệ thống phanh an toàn khi thang máy gặp sự cố.
 Giảm cấn đặt ở đáy giếng.
 Ray dẫn hướng và đối trọng.
 Tủ điện và hệ thống điều khiển.
 Hệ thống các thiết bị an toàn và nhiều thiết bị khác.
Tất cả các bộ phận trên được bố trí phù hợp nhằm mục đích hồn thiện và nâng cao
độ an tồn tuyệt đối của thang trong q trình vận hành.
Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.3.
5


Hình 1. 3 Kết cấu cơ khí thang máy.
1.Cabin; 2.Con trượt ray dẫn hướng; 3.Ray dẫn hướng cabin;
4.Thanh kẹp tăng cáp; 5.Cụm đối trọng; 6.Ray dẫn hướng đối trọng;
7.Cụm dẫn hướng đối trọng; 8.Cáp tải; 9.Cụm máy; 10.Cửa xếp cabin;
11.Nêm chống rơi; 12.Cơ cấu chống rơi; 13.Giảm chấn; 14.Thanh đỡ;
15.Kẹp ray cabin; 16.Giá ray cabin; 17.Bulông bắt giá ray;
18.Giá ray đối trọng; 19. Kẹp ray đối trọng.
1.3.2 Trang thiết bị trong buồng máy
1.3.2.1 Cơ cấu nâng, hạ
Cơ cấu nâng hạ buồng thang gồm có các bộ phận sau:
-

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

-

Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp.

-

Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo).
6


-

Phanh hãm điện từ, bánh răng sự cố.

Thường lắp đặt ở phịng máy trên nóc giếng thang, là khâu dẫn động hộp giảm tốc
theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabin lên xuống.
Motor kéo được liên kết với cabin và đối trọng bằng các sợi cáp nâng thông qua hệ
thống puli ma sát của motor và các puli trên hệ thống treo của cabin và đối trọng. Khi
motor kéo hoạt động, puli ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin
và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang.

Hình 1. 4 Máy kéo thang máy OTIS.
1.3.2.2 Tủ điều khiển
Tủ điện thang máy là một trong những bộ phận quan trọng cho quá trình hoạt động
của thang máy, nếu bộ phận máy kéo được ví như trái tim thì tủ điện là “ bộ não” điều
khiển tồn bộ q trình hoạt động của thang máy. Tủ chứa các thiết bị đóng ngắt, điều
khiển và giám sát hoạt động của thang gồm mạch điều khiển chính (PLC hoặc VDK),
biến tần, cầu chì các loại, công tắc tơ và các loại rơle trung gian....
Tủ điện có tác dụng điều khiển và phối hợp cùng các thiết bị khác để cho thang
máy hoạt động an toàn và theo đúng mong muốn của nhân viên kỹ thuật.
1.3.3 Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy
1.3.3.1 Buồng thang (cabin)
Buồng thang là phần không gian được giới hạn bởi 4 vách. Đây cũng là nơi cho
người đứng hoặc đặt hàng hóa vào khi cần di chuyển lên xuống. Buồng thang di chuyển

7


trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng. Bên trong buồng thang được lắp
đặt các nút điều khiển chọn tầng có đèn, đèn chiếu sáng, loa báo trạng thái, nút báo sự
cố…Ngồi ra, buồng thang có lắp đặt phanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở
cửa buồng thang.

Hình 1. 5 Buồng thang máy(Cabin).
1.3.3.2 Cáp tải

Hình 1. 6 Cáp tải thang máy.

8


Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 – 1800 N/mm2. Trong
thang máy thường dùng từ 3 đến 6 sợi cáp bện lại với nhau. Cáp nâng thường được lựa
chọn theo điều kiện sau:

Smax*n ≤ Sd

Trong đó:
 SMax : Lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy.
 Sd : Tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo xác định và cho trong bảng cáp
tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạn bền của
vật liệu sợi thép bện cáp.
 n : Hệ số an toàn bền của cáp, lấy không nhỏ hơn giá trị quy định trong
tiêu chuẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ, loại thang máy và loại cơ cấu nâng.
1.3.3.3 Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng là thiết bị được sử dụng để dẫn cabin và đối trọng di chuyển lên
xuống dọc theo phương đứng của thang máy. Bộ phận này đảm bảo cho cabin và đối
trọng ln cố định ở vị trí của chúng mà khơng dịch chuyển theo phương ngang trong
q trình hoạt động.

Hình 1. 7 Ray dẫn hướng.
1.3.3.4 Đối trọng
Đối trọng là khối nặng treo vào đầu cáp tải để tạo lực ma sát giữa rãnh cáp của
puly và cáp tải, đồng thời đối trọng cịn có tác dụng cân bằng với khối lượng cabin và
50% tải. Nhờ đó mà motor làm việc nhẹ hơn, hiệu suất cao.
9


Cấu tạo đối trọng bao gồm: Khung đối trọng, shoe dẫn hướng, board gang, rail dẫn
hướng, giảm chấn đối trọng.

Hình 1. 8 Đối trọng thang máy.
1.3.4 Các thiết bị khác
1.3.4.1 Ngàm dẫn hướng
Có hai loại ngàm dẫn hướng: ngàm trượt và ngàm con lăn. Bộ phận này đảm bảo
đối trọng và cabin không bị dịch chuyển sang phương ngang quá giá trị cho phép trong
quá trình hoạt động đồng thời giúp dẫn hướng cho cabin và đối trọng theo phương đứng.

Hình 1. 9 Ngàm trượt.
Hình 1. 10 Ngàm con lăn.
10


1.3.4.2 Giảm chấn
Giảm chấn thang máy là thiết bị an tồn được đặt dưới hố thang mà khi thang máy

có sự cố xảy ra làm thang máy chạy quá tốc độ theo chiều xuống thì giảm chấn là hệ
thống an toàn cuối cùng để cabin ngồi lên làm giảm bớt những tác động trực tiếp tới
thang máy.
Các loại giảm chấn thang máy được sử dụng phổng biến hiện nay được cấu tạo từ
lò xo hoặc cao su. Chất liệu này có khả năng đàn hồi tốt, giúp đảm bảo an tồn hiệu quả
cao. Có 3 loại giảm chấn được sử dụng nhiều nhất: Giảm chấn thủy lực, lò xo và cao su.

Hình 1. 11 Giảm chấn thang máy.
1.3.5 Thiết bị cảm biến thang máy
1.3.5.1 Cảm biến cửa
Cảm biến cửa thang máy (hay còn
được gọi là photocell) được lắp đặt ở 2 bên
cửa thang. Thiết bị này là cảm biến quang
học, giúp phát hiện vật cản khi đóng mở
cửa để đảm bảo an tồn cho người sử
dụng, tránh tình trạng kẹt cửa, mất an toàn
cửa hay kẹp người trong lúc thiết bị hoạt
động, giảm thiểu tai nạn khơng mong
muốn.

Hình 1. 12 Cảm biến cửa thang máy.
11


Hiện nay, hệ thống cảm biến cửa thang máy có 2 dạng: dạng thanh và dạng điểm.
1.3.5.2 Cảm biến dừng tầng
Đây là thiết bị quạn trọng trong thang máy nhằm đảm bảo việc xác định được vị trí
dừng thang chuẩn xác để cửa cabin thang máy ăn khớp với vị trí cửa tầng.
Sau khi người dùng ấn nút gọi tầng, hệ thống cảm biến dừng tầng thang máy sẽ hoạt
động. Bộ phận này sẽ nhận biết và xác định được tầng cần đến, dừng đúng tầng sao cho

giếng thang và mặt sàn tầng bằng nhau, tạo thuận lợi cho hành khách di chuyển. Đối với
thang máy chở hàng, đây có lẽ là bộ phận quan trọng nhất bởi các thiết bị vận chuyển
hàng thường có bánh xe và dễ dàng được di chuyển khi sàn tầng và sàn cabin bằng nhau.

Hình 1. 13 Cảm biến dừng tầng.
1.3.5.3 Cảm biến trọng lượng
Hệ thống cảm biến tải trọng của thang máy được trang bị với nhiệm vụ chính là tạo
ra tín hiệu điện, với độ lớn tỉ lệ thuận với lực đo được trong thực tế, đảm bảo phát hiện
tình trạng vượt tải dễ dàng và kịp thời hơn. Bộ phận cảm biến trọng lượng được lắp đặt
bên dưới sàn, hoạt động tương tự như một chiếc cân di động. Bộ phận này được kết nối
với thiết bị cảnh báo của thang, khi quá tải trọng quy định thang sẽ dừng hoạt động và
phát ra tín hiệu báo quá tải. Chỉ khi trọng lượng nằm trong tải trọng cho phép thang mới
tiếp tục hoạt động bình thường.

12


Cảm biến trọng lượng thang giúp giảm tối đa tình trạng quá tải, tiềm ẩn nguy cơ rơi
tự do, đứt cáp gây mất an toàn cho người sử dụng và ảnh hưởng đến chính độ bền của
thang máy.

Hình 1. 14 Cảm biến trọng lượng.
1.4 Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu,
nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng cơng trình. Thang
máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất, chức năng như:
phân loại theo hệ dẫn động cabin, theo vị trí đặt bộ kéo tời, theo hệ thống vận hành,
theo công dụng… Dưới đây là một số phân loại:
1.4.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993)
Thang máy được chia làm 5 loại:

 Thang máy chuyên chở người:
Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ,
các khu chung cư, trưường học, tháp truyền hình...
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách. Gia tốc tối ưu là:
a < 2m/s2.
 Thang máy thiết kế chủ yếu để chun chở người nhưng có tính đến hàng hóa
mang kèm theo người:
Loại này thường được dùng cho các siêu thị, khu triển lãm…
 Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

13


Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng,….Đặc điểm của
nó là kích thước thơng thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường
của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm.
Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch
chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện…. Hiện nay trên thế
giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho lại thang máy
này.
 Thang máy thiết kế chuyên chở hàng hóa nhưng thường có người đi kèm
theo:
Loại này thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho… đáp ứng được các
điều được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của
môi trường làm việc: độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn…. Thang
máy dùng cho nhân viên khách sạn chủ yếu chở hàng nhưng có người đi kèm để
phục vụ.
 Thang máy chun chở hàng khơng có người đi kèm:
Loại này dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể…
Đặc điểm của thang máy này chỉ có điều khiển ngồi cabin (trước các cửa tầng).

Còn các loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển
ngoài cabin.
1.4.2 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo
 Đối với thang máy điện
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang.
- Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang.
- Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì
bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
 Đối với thang máy thuỷ lực
Buồng đặt tại tầng trệt.
1.4.3 Phân loại theo thông số cơ bản
 Theo tốc độ di chuyển của cabin
-

Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s.

14


-

Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 2,5 m/s. Thường dùng cho các nhà có số
tầng từ 6 12 tầng.

-

Thang máy tốc độ cao: v = 2,5 4 m/s. Thường dùng cho các nhà có số tầng lớn
hơn 16 tầng.

-

Thang máy tốc độ rất cao (siêu tốc): v = 5m/s. Thường dùng trong các toà tháp
cao tầng.

 Theo khối lượng vận chuyển của cabin
-

Thang máy loại nhỏ: Q < 500 kg. Hay dùng trong thư viện, trong các nhà hàng
ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm.

-

Thang máy loại trung bình: Q = 500 1000 Kg.

-

Thang máy loại lớn: Q = 1000 1600 kg.

-

Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg.

1.4.4 Phân loại theo hệ thống vận hành.
 Theo mức dò tự động
- Loại nửa tự động.
- Loại tự động.
 Theo tổ hợp điều khiển
- Điều khiển đơn.
- Điều khiển kép.
- Điều khiển theo nhóm.

 Theo vị trí điều khiển
- Điều khiển trong cabin.
- Điều khiển ngoài cabin.
- Điều khiển cả trong và ngoài cabin.
1.4.5 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin
 Thang máy dẫn động điện
Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc
tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành
trình lên xuống của nó khơng bị hạn chế. Ngồi ra, cịn có loại thang máy dẫn động
cơ cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên để chở người phục vụ xây
dựng các cơng trình cao tầng).
15