Tính toán thiết kế mô hình hệ thống thang máy 5 tầng sử dụng plc đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG
THANG MÁY 5 TẦNG SỬ DỤNG PLC

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Sơn Hải
Sinh viên thực hiện
: Lê Duy Khánh Hiệp
Ngày sinh
: 11/07/2000
Lớp
: DCTĐH9.10
Ngành
: CNKT Điều khiển – Tự động hóa
Khoa
: Điện – Điện tử
Khóa
:9
Mã sinh viên
: 187510303105

Bắc Ninh, năm 2022
i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á

LÊ DUY KHÁNH HIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG
THANG MÁY 5 TẦNG SỬ DỤNG PLC

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Sơn Hải

Bắc Ninh, năm 2022
ii


LỜI CẢM ƠN
Xuất phát từ tầm quan trọng của thang máy trong cuộc sống. Với mục đích
ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế trong cuộc sống nhóm đồ án đã lựa
chọn thực hiện đề tài “Tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống thang máy 5 tầng
sử dụng PLC”. Thơng qua đồ án này, nhóm làm nghiên cứu đã có cơ hội tiếp cận
và sử dụng bộ điều khiển PLC, đồng thời cũng có được những trải nghiệm thực
tế vơ cùng hữu ích, giúp nhóm làm đồ án củng cố vững chắc hơn nữa về những
kiến thức được học trong nhà trường và phát triển hơn các kĩ năng làm việc thực
tế.
Nhận thức tầm quan trọng của q trình làm đồ án, nhóm đồ án đã làm
việc nghiêm túc, vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp
ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Sơn Hải và các
thầy, cô giảng dạy trong khoa Tự Động Hóa - Đại học Cơng Nghệ Đơng Á để
hồn thành đồ án này. Trong quá trình làm đồ án, do còn hạn chế về mặt kiến thức
cũng như kinh nghiệm thực tế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót, nhóm đồ
án rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, chia sẻ kinh nghiệm của các Thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Bắc Ninh, ngày … tháng 12 năm 2022
Sinh viên thực hiện

Lê Duy Khánh Hiệp

iii


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đề tài đồ án tốt nghiệp “Tính tốn thiết kế mơ hình hệ
thống thang máy 5 tầng sử dụng PLC” là cơng trình nghiên cứu của bản thân
em và các bạn trong nhóm. Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án
tốt nghiệp đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, kết quả trình
bày trong đồ án bảo vệ tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực, nếu sai em xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của trưởng khoa và nhà trường đề ra.
Bắc Ninh, ngày … tháng 12 năm 2022
Sinh viên thực hiện

Lê Duy Khánh Hiệp

iv


BM-BVOFFL-10 Bản giải trình chỉnh sửa ĐA/KL TN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐƠNG Á

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Theo yêu cầu của Hội đồng đánh giá)
Tên đề tài: Tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống thang máy 5 tầng sử dụng PLC
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Sơn Hải
Họ và tên sinh viên: Lê Duy Khánh Hiệp.
Mã sinh viên: 187510303105.

Ngày sinh: 11/07/2000

Ngành: CNKT Điều khiển Tự động hóa.

Lớp:DCTĐH9.10
Ngày bảo vệ: 20/12/2022
Căn cứ theo yêu cầu trong biên bản họp của Hội đồng đánh giá ĐA/KLTN. Tôi xin
giải trình ĐA/KLTN đã được chỉnh sửa các nội dung như sau:
- Sửa lỗi chính tả
- Sửa lại các lỗi theo hội đồng bảo vệ tốt nghiệp yêu cầu

Bắc Ninh, ngày ...... tháng 12 năm 2022
CHỦ TỊCH/THƯ KÝ HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

v

SINH VIÊN
(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................. iv
BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP .......... v
MỤC LỤC ............................................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. 10
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY .............................................. 1
1.1 Tổng quan .................................................................................................. 1
1.1.1 Khái niệm chung về thang máy .......................................................... 1
1.1.2 Phân loại thang máy ........................................................................... 3
1.1.2.1 Theo công dụng........................................................................... 3
1.1.2.2 Theo hệ thống dẫn động cabin ...................................................... 4
1.1.2.2 Theo vị trí đặt bộ tời treo ............................................................ 6
1.1.2.3 Theo hệ thống vận hành .............................................................. 6
1.1.2.4 Theo các thông số cơ bản ............................................................ 7
1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy. ............................................................ 7
1.3 Các hệ truyền động trong thang máy. ....................................................... 8
1.4 Kết Luận .................................................................................................. 10
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ MƠ HÌNH THANG MÁY ....................... 11
2.1 Cấu trúc thang ......................................................................................... 11
2.1.1 Giếng thang ......................................................................................... 11
2.1.2 Cửa tầng .............................................................................................. 12
2.1.3 Phòng điều khiển ................................................................................ 12
2.1.4 Hệ thống an toàn ................................................................................. 13
2.1.5 Bảng điều khiển .................................................................................. 14
2.1.6 Đối trọng ............................................................................................. 15
2.1.7 Cơ cấu đóng mở cửa ........................................................................... 16
2.1.8 Cảm biến dừng tầng ............................................................................ 17

2.1.9 Tủ điện điều khiển .............................................................................. 17
2.2 Hệ truyền động thang máy ...................................................................... 18
2.2.1 Thiết bị điều khiển thang máy ............................................................ 18
vi


Kiểm tra lựa chọn công suất động cơ ............................................... 18
2.2.3 Tính tốn tọa độ cabin và tốc độ thang ............................................... 21
2.2.4 Tính tốn tần số chạy ở tốc độ cao. .................................................... 23
2.2.5 Tính tốn tần số xung của encoder ..................................................... 23
CHƯƠNG 3

TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ HMI ............................... 27

3.1 Tổng quan về PLC S7.1200 .................................................................... 27
3.2 Giao tiếp và điều khiển HMI................................................................... 34
3.3 Kết luận ................................................................................................... 41
CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .......................... 42

4.1 Tính tốn tọa độ cabin và tốc độ thang ................................................... 42
4.1.1 Xác định tọa độ cabin ......................................................................... 42
Tính tốn tần số chạy ở tốc độ cao. .................................................. 44
4.1.3 Tính tốn tần số xung của encoder ..................................................... 45
4.1.4 Quá trình tăng tốc và giảm tốc ............................................................ 45
4.2 Lưu đồ thuật tốn và chương trình điều khiển ........................................ 46
4.2.1 Phương pháp điều khiển ..................................................................... 46
Xử lý các phím gọi thang ................................................................. 48
4.2.3 Lưu đồ thuật tốn ................................................................................ 52

4.2.4 Bảng symbol ....................................................................................... 54
4.3 Chương trình điều khiển ......................................................................... 55
4.3.1 Phương pháp làm tăng đầu vào cho PLC ........................................... 56
4.3.1.1 Vấn đề và giải pháp................................................................... 56
4.3.1.2 Sử dụng module mở rộng IO cho PLC ..................................... 58
4.3.1.3 Sử dụng mạch riêng biệt để đọc/ghi IO và truyền thông dữ liệu
đến PLC59
Thực hiện .......................................................................................... 60
4.3.2.1 Cấu hình thiết bị ........................................................................ 61
4.3.2.2 Mơ tả q trình truyền thơng giữa VĐK và PLC ..................... 63
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 67

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Thang máy chở người ............................................................................ 3
Hình 1-2 Thang máy bệnh viện ............................................................................. 4
Hình 1-3 Thang máy chở hàng .............................................................................. 4
Hình 1-4 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang ............................. 5
Hình 1-5 Thang máy thủy lực ............................................................................... 5
Hình 1-6 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang ............................ 6
Hình 1-7 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy ................................................ 8
Hình 2-1 Giếng thang .......................................................................................... 11
Hình 2-2 : a) Cửa tầng thiết kế trên NX. b) Cửa tầng chế tạo thực tế ................ 12
Hình 2-3 Điều khiển ngồi cabin ........................................................................ 14
Hình 2-4 Bảng điều khiển bên trong cabin thang máy ....................................... 15
Hình 2-5 Đối trọng .............................................................................................. 16
Hình 2-6 Cơ cấu đóng mở cửa tầng .................................................................... 16

Hình 2-7 Cơng tắc hành trình .............................................................................. 17
Hình 2-8 Tủ điện điều khiển. .............................................................................. 18
Hình 2-9 Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy ........................................... 19
Hình 3-1 Cấu tạo của bộ điều khiển siemens CPU S7-1200[12]........................ 30
Hình 3-2 Hình dáng CPU 1212C DC/DC/DC .................................................... 32
Hình 3-3 Sơ đồ đấu dây cho PLC ....................................................................... 32
Hình 3-7 Tạo mới 1 HMI .................................................................................... 34
Hình 3-8 Chọn loại CPU ..................................................................................... 35
Hình 3-9 Chọn HMI theo yêu cầu ....................................................................... 35
Hình 3-10 Kết nối HMI với PLC ....................................................................... 36
Hình 3-11 Cài đặt hiển thị cho HMI ................................................................... 36
Hình 3-12 Cài đặt cấu hình HMI......................................................................... 37
Hình 3-13 Lựa chọn số màn hình hiển thị........................................................... 37
Hình 3-14 Lựa chọn số màn hình hiển thị........................................................... 37
Hình 3-15 Cài đặt cấu hình hiển thị HMI ........................................................... 38
Hình 3-16 Cài đặt vị trí hiển thị .......................................................................... 38
Hình 3-17 Giao diện HMI ................................................................................... 38
Hình 3-18 Giao diện màn hình điều khiển chính ................................................ 39
Hình 3-19 Giao diện màn hình Setting ............................................................... 40
Hình 3-20 Giao diện màn hình Auto ................................................................... 40
Hình 3-21 Giao diện màn hình Manual ............................................................. 41
Hình 4-1 Biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ giật ........................ 42
Hình 4-2 Sơ đồ tăng, giảm tốc độ ....................................................................... 46
Hình 4-3 Cài đặt tốc độ thang máy ..................................................................... 46
Hình 4-4 Lưu đồ thuật tốn điều khiển PLC ....................................................... 52
Hình 4-5 Lưu đồ thuật tốn cho vi điều khiển .................................................... 53
Hình 4-6 Hệ thống giám sát và điều khiển thang máy ........................................ 55
Hình 4-7 Một số board arduino phổ biến ............................................................ 60
viii

Hình 4-8 Mơ tả truyền thơng Modbus giữa VĐK và PLC ................................. 61
Hình 4-9 Bảng cấu hình Modbus trên PLC......................................................... 61
Hình 4-10 Cấu hình khối nhận dữ liệu cho PLC gửi từ VĐK ............................ 62
Hình 4-11 Cấu hình khối nhận dữ liệu cho VĐK gửi từ PLC ............................ 62
Hình 4-12 Quy định dữ liệu gửi lên PLC ............................................................ 64
Hình 4-13 Quy định dữ liệu gửi xuống VĐK ..................................................... 64

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1 Vị trí chân kết nối cho CPU 1212C DC/DC/DC................................. 33
Bảng 4-1 Bảng Symbol ....................................................................................... 55
Bảng 4-2 Số lượng IO cần thiết để điều khiển các thiết bị ................................. 57
Bảng 4-3 Các module mở rộng cho PLC ............................................................ 59

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Số thứ tự

Từ

Nội dung

1

PLC

Bộ điều khiển logic có thể lập trình

2

Auto

Chế độ tự động

3

Manu

Chế độ bằng tay

4

CPU

Phiên bản mã của PLC

5

PLC SIM

Phần mềm mô phỏng PLC

6

SCADA

Hệ điều khiển thu thập và giám sát dữ liệu

7

WinCC

Màn hình điều khiển giám sát

8

PLC SIM

Phần mềm mơ phỏng của PLC S7-1200

9

DC

10

STEP

Nguồn điện 24V DC cấp cho PLC , ngõ vào hoặc
ngõ ra của PLC
Động cơ bước

x


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1 Tổng quan

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy
a) Lịch sử phát triển thang máy
Thang hoặc tời nâng thô sơ đã được sử dụng trong suốt thời trung đại và có
thể bắt đầu từ thế kỷ III TCN. Chúng hoạt động nhờ vào sức người và sức vật,
hoặc cơ cấu cơ khí vận hành bằng nước. Những thang máy ta biết ngày nay được
phát triển đầu tiên vào thế kỉ 19, nhờ vào hơi nước hoặc sức nước để nâng chuyển.
Chất lỏng, thông thường là nước, được đưa vào thùng này để tạo ra áp lực làm cái
thùng này lao xuống dưới, nâng cabin di chuyển lên. Thang máy công suất lớn
được xuất hiện đầu tiên vào thế kỉ XIX Hoa Kỳ. Đó là tời nâng hàng hoạt động
đơn giản giữa hai tầng trong một cơng trình của thành phố New York..
Xuất hiện muộn hơn trong thế kỉ XIX, với sự phát triển của điện học, động cơ
điện đã được tích hợp vào kỹ thuật thang máy bởi nhà phát minh người Đức,
Werner Von Siemens. Động cơ điện được đặt vào máy cabin, truyền động bánh
răng để ăn khớp với cơ cấu thanh răng lắp trên tường. Năm 1887, thang điện được
phát triển ở Baltimore, sử dụng dạng trống xoay tròn để quấn những sợi cáp.
Ngày nay, với những hệ thống điều khiển tốc độ phức tạp, sự phối hợp đóng
ngắt để điều khiển an tồn tốc độ cabin trong bất kỳ tình huống nào. Nút nhấn
được tích hợp vào trong những bàn phím nhỏ gọn. Hầu như tất cả thang máy tự
động đều mang tính thương mại.
b) Khái niệm thang máy
Thang máy là một thiết bị chuyên dụng để vận chuyển người, hàng hóa, vật
liệu,… lên cao theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 độ so
với phương thẳng đứng trên một tuyến đã định sẵn.
1


Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh
viện, và các đài quan sát, tháp truyền hình trong các nhà máy, cơng xưởng đặc
điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời
gian một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở liên tục. Hiện

nay thang máy là thiết bị rất quan trọng, đặc biệt là nhà cao tầng vì nó giúp người
ta khơng phải dùng sức chân để leo cầu thang và được sử dụng thay cho cầu thang
bộ.
c) Yêu cầu chung đối với thang máy
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, nó
liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối
với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắ p đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải
tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định
trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm. Thang máy cần phải có đầy đủ các thiết
bị an tồn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện
thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an tồn cabin (đối trọng), cơng tắ c an
tồn của cabin, khố an tồn cửa tầng, bộ cứu hoả khi mất điện nguồn…
d) Vai trò của thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng
đứng. Sự ra đời của thang máy xuất phát từ nhu cầu đi lại, vận chuyển nhanh của
con người từ vị trí thấp đến vị trí cao và ngược lại. Thang máy giúp cho việc tăng
năng suất lao động, giảm chi phí về thời gian và sức lực lao động của con người.
Vì vậy, thang máy được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc
dân. Trong công nghiệp, thang máy dùng để vận chuyển hàng hố, sản phẩm,
ngun vật liệu và đưa cơng nhân đến làm việc ở những nơi có độ cao khác nhau.
Trong một số ngành công nghiệp như khai thác hầm mỏ, xây dựng, luyện kim...
thì thang máy đóng một vai trị quan trọng khơng thể thiếu được. Ngồi ra, thang
máy cịn được sử dụng rộng rãi và khơng kém phần quan trọng trong các nhà cao
tầng, cơ quan, bệnh viện, khách sạn. Thang máy giúp cho con người tiết kiệm thời
2


gian, sức lực, tăng năng suất công việc. Hiện nay, thang máy là một yếu tố quan
trọng trong việc cạnh tranh xây dựng kinh doanh các hệ thống xây dựng.
1.1.2 Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được chế tạo và thiết kế rất đa dạng với nhiều kiểu
loại khác nhau để phù hợp với từng mục đích sử dụng của từng cơng trình. Có thể
phân loại thang máy theo các nguyên tắ c và đặc điểm sau.
1.1.2.1

Theo công dụng

a) Thang máy chở khách (có ký hiệu là P (Passenger)).
Là hệ thống thang máy thiết kế phù hợp sử dụng với tần suất cao, sử dụng
chuyên chở người, vận chuyển hành khách trong các khu chung cư, tòa nhà văn
phòng, trung tâm thương mại, khách sạn cao cấp, nhà khách v..v….

Hình 1-1 Thang máy chở người
b) Thang máy bệnh viện (có ký hiệu là B (Bed)).
Là hệ thống thang máy được thiết kế đặc biệt cho ngành ý tế sử dụng trong
các bệnh viện, khu điều dưỡng, các trạm ý tế xã phường. Thang máy bệnh viện
có ưu điểm là kích thước cain có diện tích chun chở băng ca (cáng) và giường
bệnh, trong đó đảm bảo diện tích cho bác sĩ, y ta và các thiết bị y tế đi kèm. Đặc
biệt vận hành của thang đảm bảo dừng tầng êm, không rung lắc đảm bảo bệnh
nhân được cố định, an toàn tuyệt đối cho bệnh nhân.
3


Hình 1-2 Thang máy bệnh viện
c) Thang máy tải chở hàng (có ký hiệu là F (Freight)).
Là hệ thống thang máy chuyên dụng có tải trọng cực lớn có thể lên đến 10
tấn được sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp, khu chế xuất, nhà xưởng,
nhà kho, v.v… thiết kế thang chở hàng có đặc thù cabin lớn, xe nâng có thể ra vào
một cách dễ dàng, thang chạy êm không gây lắc, giật cục ảnh hưởng tới hàng hóa.

Hình 1-3 Thang máy chở hàng
1.1.2.2 Theo hệ thống dẫn động cabin
a. Thang máy dẫn động điện.
Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm
tốc puli 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 dẫn động ca
4


bin lên xuống nhờ bánh răng, thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây
xựng các cơng trình cao tầng).

Hình 1-4 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
b. Thang máy dẫn động thủy lực
Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dười lên nhờ pít tơng - xylanh
thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay, thang máy thuỷ lực với hành trình
tối đa là 18m, vì vậy khơng thể trang bị cho các cơng trình cao tầng, mặc dù kết
cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động
cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của cơng trình khi
có cùng số tầng phục vụ vì buồng thang máy đặt ở tầng trệt.

Hình 1-5 Thang máy thủy lực
5


1.1.2.2

Theo vị trí đặt bộ tời treo

Đối với thang máy điện:
Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang

Hình 1-6 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang
a, cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin. b, cáp vòng qua đáy cabin.
1.1.2.3

Theo hệ thống vận hành

a. Theo mức độ tự động.
+ Loại tự động .
+ Loại bán tự động.
b. Theo tổ hợp điều khiển.
+ Điều khiển đơn.
+ Điều khiển kép .
+ Điều khiển theo nhóm.
c. Theo vị trí điều khiển.
+ Điều khiển trong ca bin .
+ Điều khiển ngoài ca bin.
+ Điều khiển cả trong và ngoài ca bin.

6


1.1.2.4

Theo các thông số cơ bản

a. Theo tốc độ di chuyển của ca bin

+ Loại tốc độ thấp: V< 1m/s .
+ Loại tốc trung bình: V=1-2,5m/s .
+ Loại tốc độ cao: V=2,5-4m/s.
+ Loại tốc độ rất cao: V> 4m/s.
b. Theo khối lượng vận chuyển của ca bin.
+ Loại nhỏ: Q =1600kg
+ Loại trung bình: Q =500-1000kg
+ Loại lớn: Q =1000-1600kg
+ Loại rất lớn: Q >1600kg
1.2 Cấu trúc điển hình của thang máy.
Thang máy có cấu trúc phức tạp (hình 1.7) 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).
+ Hệ thống phanh giữ (phanh từ).
+ Hộp giảm tốc.
+ Ca bin.
+ Đối trọng.
+ Bộ phận dẫn hướng (gồm một hệ thống ray).
+ Bộ phận treo ca bin (hệ thống cáp).
+ Bộ phận hạn chế tốc độ.
7


+ 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 của thang máy đặt trong giếng buồng thang (khoảng
không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng
máy (trên sàn tầng cao nhất ) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1).

Hình 1-7 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy
1.3 Các hệ truyền động trong thang máy.
Hiện nay có rất nhiều dạng hệ truyền động được áp dụng cho các loại thang
máy. Trước đây hệ truyền động với động cơ một chiều luôn chiếm ưu thế trong
các loại thang máy và máy nâng như ngày nay, với sự phát triển của các loại biến
tần công nghiệp, hệ truyền động với động cơ không đồng bộ cũng đã được ứng
dụng một cách rộng rãi. Việc lựa chọn hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu
sau:
8


- Độ dừng chính xác buồng thang
- Tốc độ di chuyển buồng thang
- Trị số gia tốc lớn nhất cho phép
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu
Hệ truyền động với động cơ không đồng bộ được sử dụng trong các loại
thang máy, máy nâng có tốc độ thấp và trung bình. Với động cơ khơng đồng bộ
ta có thế lựa chọn các phương án truyền động:
- Hệ truyền động với động cơ khơng đồng bộ, roto lồng sóc thường dùng
trong các thang máy và máy nâng có tốc độ thấp và tải trọng nhỏ.
- Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto dây quấn
thường dùng cho các thang máy và máy nâng có tải trọng lớn, cho phép nâng cao
chất lượng của hệ thống truyền động khi tăng, giảm tốc, nâng cao độ chính xác
khi dừng.
- Hệ truyền động xoay chiều với động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc hai
cấp độ (có hai dây quấn stato độc lập nối theo sơ đồ hình sao) thường dùng trong
các thang máy có tốc độ trung bình. Số đơi cặp cực dây quấn stato thường chọn
là 2p = 6 đến 2p = 24 hoặc 2p = 4 đến 2p = 20, tương đương với tốc độ đồng bộ
của động cơ là 1000/250 (vòng/phút) hoặc 1500/300 (vòng/phút).

- Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc được
cấp nguồn từ bộ biến tần dùng trong các thang máy có tốc độ cao (v > 1,5m/s),
cho phép hạn chế được gia tốc và độ giật trong giới hạn cho phép và đạt độ chính
xác rất cao khi dừng.
-Hệ truyền động với động cơ đồng bộ thường dùng trong các thang máy có
tải trọng lớn, công suất động cơ truyền động P > 300kW. Loại hệ truyền động này
thường chỉ sử dụng cho các ngành khai thác mỏ.
- Hệ truyền động với động cơ một chiều thường dùng trong các thang máy
9


có tốc độ cao (V ≥ 1,5m/s). Có hai dạng hệ truyền động thường được ứng dụng:
+) Hệ F-Đ là hệ máy phát một chiều – động cơ một chiều có khuếch đại
trung gian làm nguồn cấp cho cuộn kích từ của máy phát. Hệ này thường dùng
cho các loại thang máy cao tốc, có khả năng đảm bảo sơ đồ chuyển động hợp lý,
nâng cao độ chính xác khi dừng. Nhược điểm của hệ này là công suất lắp đặt cao,
lớn gấp 3 đến 4 lần so với hệ xoay chiều , phức tạp trong vận hành và sửa chữa.
+) Hệ T-Đ máy phát một chiều được thay bằng bộ chỉnh lưu thyristor. Hiện
nay so với sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn, loại hệ truyền động
này đã được áp dụng rộng rãi và đã thay thế cho hệ F-Đ.
Như vậy, điểm lại ta có thể thấy hệ truyền động dùng trong thang máy cũng
rất đa dạng có thể ứng dụng cả động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Tuy
nhiên,. cũng giống như xu thế chung của các ngành công nghiệp khác, động cơ
điện xoay chiều đang dần thay thế cho các loại động cơ một chiều bởi tính đơn
giản trong thiết kế, chế tạo và có khả năng linh động trong việc lựa chọn hệ truyền
động phù hợp với yêu cầu công nghệ. Hơn nữa, xét về tính kinh tế thì hệ dùng
động cơ khơng đồng bộ có giá thành thấp hơn và ít phải bảo dưỡng hơn động cơ
điện một chiều.
Trong các loại thang máy chở người khơng địi hỏi cơng suất động cơ truyền
động quá lớn, người ta sử dụng động cơ không đồng bộ điều khiển bằng bộ biến

tần có ưu điểm là điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh rất cao và ổn định.
Với bộ biến tần ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ trong dải khá rộng, khả năng
hãm và dừng với độ chính xác cao - đây chính là yêu cầu rất quan trọng với thang
máy.
1.4 Kết Luận
Như đã trình bày ở trên, thang máy ngày nay với nhiều cấu trúc đa dạng và
phong phú nên việc chọn lựa cũng đòi hỏi khắ t khe về kinh tế, cũng như sự an
toàn cho người sử dụng. Đó là những cơ sở lý thuyết vơ cùng cần thiết nhóm đồ
án cần được trang bị trước khi bắt tay vào thực tế.
10


CHƯƠNG 2
2.1

THIẾT KẾ CƠ KHÍ MƠ HÌNH THANG MÁY

Cấu trúc thang

2.1.1 Giếng thang
Giếng thang (hình 2.1) là khoảng khơng gian hoạt động lên xuống của thang
máy. Trong hố thang có các rail dẫn hướng của phòng thang và đối trọng, cáp chịu
lực và truyền động chính cho cabin. Phần đáy hố bố trí các giảm chấn như lị xo,
cao su hoặc thuỷ lực. Thiết kế khối lượng của đối trọng sẽ bằng khối lượng của
cabin cộng với 1/2 khối lượng định mức hoạt động của thang.

Hình 2-1 Giếng thang
Hệ thống điện dọc hố thang: các giới hạn hành trình trên cùng và dưới cùng
. Cabin được gắn một thanh cam để có thể tác động các tiếp điểm của hộp giới
hạn này. Khi cabin tác động hộp đầu tiên theo chiều di chuyển thì bắt buộc phải

giảm tốc độ, nếu tiếp tục tác động hộp thứ 2 thì chiều điều khiển dịch chuyển sẽ
được cắt, tác động hộp cuối cùng thì tồn bộ hệ thống điều khiển sẽ ngắt. Người
ta còn lợi dụng hộp điều khiển đầu tiên để reset lại bộ đếm. Hệ thống đèn chiếu
sáng dọc hố, các tiếp điểm cửa tại các tầng, các mạch hiển thị, nút nhấn, đèn nhớ
tại các tầng, các thiết bị an toàn, switch nhận biết đứt hoặc dãn cáp hệ thống phanh
khẩn cấp cơ khí được gọi chung là Govenor . Govenor gồm có puly chính đặt ở
phịng máy, puly đối trọng làm cho sợi cáp luôn căng và di chuyển được đặt dưới
hố thang độ tương ứng. Sợi cáp này được nối với một tay giật ổ thắng lắp theo
cabin.
11


2.1.2 Cửa tầng
Khi đứng tại mỗi tầng chúng ta sẽ thấy cửa tầng thang máy, cùng với hộp điều
khiển tầng gồm có: hiển thị trạng thái thang đang hoạt động (thang đang ở tầng
nào, chiều phục vụ hiện tại, thang đang ở chế độ kiểm tra bảo dưỡng, báo lỗi...),
nút nhấn gọi thang (loại có đèn nhớ), ổ khố hoạt động của thang hoặc khố gọi
sử dụng thang.

a)
b)
Hình 2-2 : a) Cửa tầng thiết kế trên NX. b) Cửa tầng chế tạo thực tế
Trạng thái bình thường thì các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu khố
cơ khí bên trong, nếu muốn mở được cửa từ bên ngoài thì phải có chìa khố để
mở doorlock này ra, trên các doorlock được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết của
đóng kín). Thang máy chỉ hoạt động khi tất cả các cửa đều được đóng kín, khi
thang ngang bằng tầng thì cửa cabin mở ra kéo theo cửa tầng mở, nếu cửa đã đóng
kín rồi mà tiếp điềm cửa khơng đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là của chưa đóng
và thang khơng hoạt động. Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc
nhiều cánh, các cánh cửa này sẽ liên kết truyền động với nhau đề chúng mở đồng

bộ (hình 2.2).
2.1.3 Phịng điều khiển
Đa số máy kéo thang máy hiện nay sử dụng động cơ 3 pha 380V được kết
nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho
từng loại thang và được sản xuất đồng bộ. Đối với thang tốc độ cao người ta sử
12


dụng trực tiếp tốc độ của động cơ (gọi là động cơ không hộp số, Gearless). Mỗi
loại máy kéo sẽ có thơng số chịu tải và tốc độ kéo cabin nhất định. Thơng thường
ngồi puly chính của máy kéo, cịn có các puly đỡ phụ, dùng để thay đổi hướng
đi của cáp tải, vị trí và kích thước của các puly đỡ phụ này được tính tốn sao cho
góc ơm là hợp lý, nếu góc ơm nhỏ q sẽ sinh ra hiện tượng trượt cáp, cịn nếu
góc ơm lớn q thì cáp mau mỏi, ma sát với puly lớn làm giảm tuổi thọ cáp tải.
Tùy vào thiết kế riêng của từng thang mà máy kéo có thể lắp đặt ngay trên giếng
thang, sàn tầng dừng trên cùng hoặc sàn tầng dùng thấp nhất, hay bố trí bên trong
hố thang (thang khơng phịng máy).
Phần điều khiển được sử dụng để điều khiển toàn bộ hoạt động của thang
máy. Kết hợp điều khiển bằng PLC và VĐK.
2.1.4 Hệ thống an toàn
Thang đang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động hoặc
cáp truyền đông bị trượt trên puly kéo hệ thống hoạt động nhưng sau khi cabin di
chuyển với tốc độ cao hơn quy định hoặc đứt cáp treo thì đầu tiên switch an tồn
trên puly Govenor chính sẽ ngắt, toàn bộ hệ thống điều khiển thang bị ngắt hồn
tồn. Đồng thời có một switch an tồn phụ được lắp tại tay giật ổ thắng để nhận
biết tay giật dịch chuyển, trong trường hợp phòng thang vẫn tiếp tục di chuyển
sau khi hệ thống điểu khiển đã ngắt thì cơ cấu lực li tâm của puly Govenor chính
hoạt động, nó nêm chặt sợi cáp lại. Khi bị nêm lại thì qn tính của nó sẽ giật tay
giật của ổ thắng, cơ cấu ổ thắng sẽ lập tức ép chặt rail dẫn hướng giữ cabin lại.
Ngồi ra cịn có hệ thống phanh cơ khí. Thắng cơ khí được bố trí cạnh máy

kéo (có thể thắng đĩa hoặc thắng càng). Ở trạng thái bình thường thì lực ma sát
tĩnh của thắng cơ khí sẽ khơng cho trục moto quay, giữ chặt phòng thang cố đinh,
muốn thang di chuyền được ta phải mở thắng cơ khí này ra bằng cách cấp dịng
điện vào cuộn thắng.

13


2.1.5 Bảng điều khiển
Bảng điều khiển ngoài cabin (gọi thang) (hình 2.3) gồm một cặp nút nhấn để
người sử dụng thang máy gọi thang, thiết bị gồm hai dấu mũi tên chỉ hướng đi lên
và hướng đi xuống. Khi người sử dụng ấn mũi tên hướng lên là yêu cầu thang đưa
lên các tầng trên, ngược lại khi người sử dụng ấn mũi tên hướng xuống là yêu cầu
thang đưa xuống các tầng dưới. Ở vị trí tầng trệt bảng điều khiển chỉ có duy nhất
mũi tên đi lên, tương tự đó ở tầng trên cùng cũng chỉ có một mũi tên đi xuống.

Hình 2-3 Điều khiển ngồi cabin
*Bảng điều khiển trong cabin (hình 2.4)
Tùy thuộc số tầng của tịa nhà, trên bảng điều khiển sẽ có bấy nhiêu nút nhấn
và được đánh số theo từng tầng, riêng tầng trệt (Ground) sẽ được ký hiệu là G.
Khi thang đang đi xuống thì hệ thống chỉ nhận những tín hiệu cho tầng thấp hơn,
ngược lại, khi thang đi lên thì chỉ nhận những tín hiệu chỉ tầng cao hơn, những tín
hiệu khác thì bộ phận điều khiển sẽ lưu vào bộ nhớ để tiếp tục thực hiện trong lộ
trình tiếp theo.
Ngồi các nút ấn đánh số các tầng, trên bảng điều khiển trong buồng thang
cịn có một số nút nhấn khác:


Nút nhấn Open Door (kí hiệu: <>) và nút nhấn Close door (kí hiệu: ><) có
tác dụng giúp người sử dụng thang đóng, mở cửa thang nhanh hơn.



Nút nhấn khẩn cấp khi gặp sự cố (kí hiệu: hình chiếc chng) có tác
14


dụng báo cho bộ phận phụ trách bảo vệ của toàn nhà biết sự cố đang phát
sinh trong cabin thang máy


Nút nhấn liên lạc với bên ngồi (kí hiệu: hình điện thoại) có tác dụng kết
nối liên lạc giữa người trong cabin thang với bộ phận phụ trách bảo vệ khi
có u cầu hoặc sự cố nào đó.



Ngồi ra nhóm cịn thiết kế thêm 1 màn hình LCD để giám sát hoạt động
của thang máy

Hình 2-4 Bảng điều khiển bên trong cabin thang máy
2.1.6 Đối trọng
Đối trọng của thiết bị thang máy chính là khối nặng được treo ở một đầu dây
cáp, từ đó tạo một lực ma sát nhất định tại rãnh cáp của puly thang máy và hệ
thông cáp tải. Việc sử dụng đối trọng trong thang máy giúp đảm bảo có thể cân
bằng khối lượng cabin thang máy với 50% tải để hỗ trợ giúp motor của thang máy
có thể vận hành êm ái, hiệu quả với hiệu suất lý tưởng nhất.
Trong mơ hình thang máy mà nhóm chế tạo, đối trọng được chế tạo bằng
cách đúc nguyên khối xin măng.

15