ĐATN Thang máy 5 tầng (S71200)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 5
TẦNG VỚI TRỌNG LƯỢNG TẢI 1050 KG, TỐC ĐỘ 1,5M/S
Giảng viên hướng dẫn : TS. Quách Đức Cường
Sinh viên thực hiện : Hoàng Đức Anh - 2019605088

HÀ NỘI - 2023

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................4
LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY..........................................6

1.1. Tổng quan về thang máy........................................................................6
1.2. Cấu trúc điển hình của thang máy..........................................................6

1.2.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống thang máy...............................................6
1.2.2. Giếng thang......................................................................................8
1.2.3. Cửa tầng...........................................................................................9

1.2.4. Phòng điều khiển.............................................................................9

1.2.4.1. Phần động lực...........................................................................9
1.2.4.2. Phần điều khiển......................................................................10
1.2.5. Hệ thống an toàn............................................................................10
1.2.6. Hệ thống điện.................................................................................11
1.3. Một số yêu cầu kỹ thuật căn bản trong hệ thống thang máy................11
1.3.1. Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy.................................12
1.3.1.1. Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy.....................12
1.3.1.2. Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố............................................13
1.3.2. Dừng chính xác buồng thang.........................................................14
1.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động
thang máy.................................................................................................17
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG THANG MÁY................19
2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống........................................................................19
2.2. Tính tốn hệ thống động lực điển hình.................................................19
2.2.1. Tính tốn lựa chọn động cơ...........................................................19
2.2.2. Lựa chọn biến tần, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ........................23
2.2.2.1. Biến tần MM4XX của Siemens.............................................23

2

2.2.2.2. Lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ......................................29
2.3. Lựa chọn thiết bị cảm biến...................................................................30

2.3.1. Cảm biến cửa thang máy (photocell).............................................31
2.3.2. Cảm biến trọng lượng....................................................................32
2.3.3. Cảm biến dừng tầng.......................................................................33
2.4. Lựa chọn thiết bị điều khiển.................................................................34
2.4.1. Cấu hình PLC.................................................................................34

2.4.2. Module mở rộng............................................................................34
CHƯƠNG 3: THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HOẠT
ĐỘNG CỦA THANG MÁY.........................................................................36
3.1. Mơ tả quy trình hoạt động....................................................................36
3.2. Xây dựng sơ đồ điện hệ thống..............................................................36
3.2.1. Sơ đồ mạch điện.............................................................................36
3.3. Cài đặt vận hành của biến tần...............................................................40
3.3.1. Cài đặt chế độ vận hành của biến tần.............................................40
3.3.2. Thực hiện cài đặt PID trên biến tần để ổn định tốc độ thang máy.41
3.4. Lưu đồ thuật tốn và chương trình điều khiển logic hoạt động của
thang máy....................................................................................................41
3.4.1. Gắn địa chỉ biến.............................................................................41
3.4.2. Lưu đồ thuật tốn...........................................................................44
3.4.3. Chương trình điều khiển................................................................45
3.5. Mô phỏng hệ thống...............................................................................52
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...........................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................57

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Kết cấu cơ khí của thang máy...........................................................7
Hình 1.2. Dừng chính xác buồng thang...........................................................16
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thang máy...............................19
Hình 2.2. Biến tần MM440.............................................................................24
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440............................................26
Hình 2.4. Đầu nối mạch lực............................................................................27
Hình 2.5. Đầu nối điều khiển của biến tần MM440........................................27
Hình 2.6. Biến tần Mitsubishi FR-D740-0.75K..............................................29
Hình 2.7. Photocell dạng thanh.......................................................................32

Hình 2.8. Cảm biến trọng lượng thang............................................................33
Hình 2.9. Cảm biến quang phát hiện vị trí bằng tầng......................................33
Hình 2.10. CPU 1214C AC/DC/RLY.............................................................34
Hình 2.11. Module mở rộng I/O SM 1223......................................................35
Hình 3.1. Sơ đồ mạch động lực.......................................................................37
Hình 3.2. Sơ đồ các đầu vào ra CPU 1214C...................................................38
Hình 3.3. Sơ đồ các đầu vào, ra module SM1223...........................................39
Hình 3.4. Lưu đồ thuật tốn điều khiển thang.................................................44
Hình 3.5. Lưu đồ thuật tốn điều khiển cửa....................................................45
Hình 3.6. Thêm thiết bị màn Hình WinCC trong TIA PORTAL....................52
Hình 3.7. Thêm cổng kết nối cho thiệt bị WinCC...........................................53
Hình 3.8. Giao diện thiết kế màn hình WinCC...............................................53
Hình 3.9. Giao diện điều khiển giám sát thang máy trên WINCC..................54

4

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các tham số của các hệ truyền động với độ khơng chính xác khi
dừng Δss............................................................................................................16
Bảng 1.2. Các tham số của hệ truyền động thang máy...................................17
Bảng 2.1. Thông số động cơ cần chọn............................................................23
Bảng 2.2. Chức năng các đầu nối điều khiển..................................................27
Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY....34
Bảng 3.1. Bảng địa chỉ vào ra của PLC..........................................................41

5

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây cùng với quá trình cơng nghiệp hóa hiện đại
hóa của đất nước hàng loạt các cơng trình và nhà cao tầng đã được xây dựng

trên khắp mọi miền đất nước và nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung
thang chở người nói riêng đã đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều.
Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung
cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công
xưởng,... Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận
chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển
lớn, đóng mở máy liên tục. Ngồi ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một
trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của cơng trình.
Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và sự phát triển khoa
học, kỹ thuật em đã nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển thang
máy 5 tầng với trọng lượng tải 1050 kg, tốc độ 1,5m/s”. Đề tài đề cập đến
lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống.
Quyển thuyết minh gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về thang máy.
Chương 2: Thiết kế sơ bộ hệ thống thang máy
Chương 3: Thực hiện chương trình điều khiển hoạt động của thang máy
Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh đồ án
không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận
tình của thầy cơ giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn
thiện hơn.

Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2023

Sinh viên thực hiện
Hoàng Đức Anh

6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1. Tổng quan về thang máy

Thang máy là một thiết bị nâng hạ, lắp đặt cố định, phục vụ cho những
tầng dừng xác định, có cabin được thiết kế chở người hoặc hàng có hoặc
khơng có người đi kèm, được treo bằng cáp hoặc xích, di chuyển theo rail dẫn
hướng theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với
phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư,
bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, cơng
xưởng… Đặc điểm của vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện
vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận
chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngồi ý nghĩa vận chuyển, thang máy cịn
là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của cơng trình.

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là
bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà. Nếu vấn đề vận chuyển người trong
những tồ nhà này khơng được giải quyết thì các dự án xây dựng nhà cao tầng
khơng thành hiện thực.

Thang máy là một thiết bị vận chuyển địi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt,
nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người. Vì vậy u cầu
chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và
sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an
tồn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.
1.2. Cấu trúc điển hình của thang máy
1.2.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống thang máy

Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính
tin cậy, an toàn, tiện lợi trong vận hành. Thang máy thường bao gồm một số

bộ phận chức năng sau:

- Cơ cấu dẫn động.
- Cabin cùng hệ thống treo cabin.

7
- Cơ cấu đóng, mở cửa cabin và phanh an tồn đảm bảo cho cabin
khơng bị rơi tự do khi gặp sự cố.
- Hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng.
- Bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh an toàn để dừng cabin khi tốc
độ vượt quá giới hạn cho phép.
- Bộ giảm chấn ở đáy giếng thang.
- Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác.
- Tủ điện và hệ thống điều khiển.

Hình 1.1. Kết cấu cơ khí của thang máy

8

Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy

hồn chỉnh hơn, an toàn thuận tiện hơn.

Kết cấu, sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy được thể hiện ở hình sau:

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. ụ 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.

1.2.2. Giếng thang

Giếng thang là khoảng không 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 sốc như lị

xo, cao su hoặc thuỷ lực. Người ta 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.

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 (hiểu theo chun mơn). Govenor gồm có puly chính đặt ở phịng

9

máy, puly đối trọng làm cho sợi cáp luôn căng và di chuyển được đặt dưới hố
thang. Puly quay nhờ một sợi cáp di chuyển theo cabin, cabin di chuyển bao
nhiêu thì Puly Govenor quay với tốc độ tương ứng. Sợi cáp này được nối với
một tay giật ổ thắng lắp theo cabin.
1.2.3. Cửa tầng

Khi đứng tại 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 khoá hoạt động của thang
hoặc khoá gọi sử dụng thang.

Trạng thái bình thường thì các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu
khố cơ khí bên trong chun mơn gọi là doorlock, nếu muốn mở được cửa từ
bên ngồi thì bạn phải có chìa khố để mở doorlock này ra, trên các doorlock
được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết cửa đóng kín). Cửa tầng được thiết kế
ln ln có xu hướng đóng lại nhờ vào đối trọng cửa ln kéo cửa đóng.
Muốn mở cửa ra thì phải tác dụng lực lớn hơn lực kéo này (một số thang
Châu Âu khơng sử dụng đối trọng mà dùng lị xo. 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 điểm cửa khơng
đóng thì bộ điều khiển cũng hiểu là cửa chưa đóng và thang không hoạt động.
Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc nhiều cánh, các cánh cửa
này sẽ liên kế truyền động với nhau để chúng mở đồng bộ.
1.2.4. Phòng điều khiển
1.2.4.1. Phần động lực

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 ở nước ngoài. Đối với
thang tốc độ cao người ta sử 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

10

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. Tuỳ 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 dừng thấp nhất, hay bố trí bên trong hố thang (thang
khơng phịng máy).
1.2.4.2. Phần điều khiển

Phần này được sử dụng để điều khiển toàn bộ hoạt động của thang máy.
Kết hợp điều khiển bằng PLC và vi điều khiển.
1.2.5. Hệ thống an toàn

Thang đang hoạt động có thể xảy ra hiện tượng đứt cáp truyền động
hoặc cáp truyền động bị trượt trên Puly kéo. Hệ thống hoạt động như 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, tồn bộ hệ thống điều khiển
thang bị ngắt hồn tồn. Đồng thời có một switch an toàn 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 điều khiển đã ngắt thì cơ cấu lực li
tâm của Puly Govenor chính hoạt động, nó nêm chặt sợi cáp lại. Như ta đã
biết sợi cáp thì di chuyển theo thang, khi bị nêm lại thì tất nhiên quán tính của
nó sẽ giật tay giật ổ thắng, cơ cấu ổ thắng sẽ lập tức ép chặt rail dẫn hướng
giữ cabin lại.

Ngoài ra cịn có hệ thống phanh bảo hiểm (chun mơn gọi là thắng 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 phịng thang cố định, muốn thang di chuyển
được ta phải mở thắng cơ khí này ra bằng cách cấp dịng điện vào cuộn thắng.

11

1.2.6. Hệ thống điện
Hệ thống điện dọc hố thang:

Ở hai tầng, tầng thấp nhất và tầng cao nhất mỗi tầng bố trí 2 giới hạn

hành trình. Cabin được gắn một thanh cam để có thể tác động các tiếp điểm
của các giới hạn hành trình này. Khi cabin tác động hộp đầu tiên theo chiều di
chuyển (GHT hay GHD) thì bắt buộc phải giảm tốc độ, đồng thời Reset bộ
đếm. Nếu tiếp tục tác động giới hạn hành trình thứ 2 (GHTC hay GHDC) thì
tồn bộ hệ thống điều khiển sẽ ngắt.

Tại vị trí bằng tầng của các tầng đều được gắn vào rail dẫn hướng một
cờ chắn. Khi cảm biến quang được gắn ở đầu cabin gặp cờ thì tác động để
dừng thang tại vị trí bằng tầng.

Trong giếng thang cịn có hệ thống đèn chiếu sáng dọc hố, các tiếp
điểm cửa tại các tầng, đường dây của mạch an toàn cửa.

Hệ thống điện di chuyển theo cabin (loại cáp dẹp, chuyên môn gọi là
cáp Cordon): bao gồm tủ điều khiển trên cabin (có các cơng tắc hoạt động
thang, nút nhấn điều khiển thang di chuyển lên/xuống để phục vụ công tác
kiểm tra bảo dưỡng), đèn chiếu sáng, đèn hiển thị và các chức năng điều
khiển trong cabin (đèn, quạt, nút nhấn, đèn nhớ, đèn cứu hộ, chuông dừng
tầng, liên lạc nội bộ bên trong và bên ngoài phòng thang, nút nhấn và cảm
biến mở, giữ cửa, nút nhấn đóng cửa sớm, đèn và chng báo q tải…).
Ngồi ra cịn có hệ thống điều khiển và nhận biết đóng/mở cửa cabin, hệ
thống an tồn (nóc thốt hiểm, thắng cơ), hệ thống cảm biến đếm và dừng
ngang tầng (dùng cảm biến quang hoặc từ).

12

1.3. Một số yêu cầu kỹ thuật căn bản trong hệ thống thang máy
Hiện tại có rất nhiều dạng hệ truyền động được ứng 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 nhưng 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:

- 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.
Trong ứng dụng thang máy, với các loại thang máy chở người khơng
địi hỏi công suất động cơ truyền động quá lớn do đó động cơ khơng đồng bộ
điều khiển bằng bộ biến tần vừa đơn giản lại có thể cho chất lượng điều chỉnh
rất cao, 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.
1.3.1. Yêu cầu an toàn trong điều khiển thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao
này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên
hàng đầu. Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí
một loạt các thiết bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự
cố.
Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp
bảo vệ cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ. Chẳng hạn, khi
cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện ln cho động cơ
phanh, làm nhả các má phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang

13

mới có thể chuyển động được. Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa,
các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi.
1.3.1.1. Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy

a. Phanh bảo hiểm:
Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi
tốc độ vượt quá (20  40) % tốc độ định mức.
Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu
nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm.
b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vịng cáp kín:
Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiển bởi một
vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dưới
một puli cố định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc
độ của buồng thang và được liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của
cabin vượt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều
khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo. Lực
này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang như ngắt mạch điện
động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc.
1.3.1.2. Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố
Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt
quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới. Điều này có
nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là
khơng cho phép, cịn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển
động đi lên.
- Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các
nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang.
- Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang
không bị va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay

dầu đặt ở đáy thang.

14

- Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ được thực hiện tại tầng nơi

buồng thang dừng và khi buồng thang đã dừng chính xác.

- Khi có người trong cabin và chuẩn bị đóng cửa cabin tự động phải có

tín hiệu báo sắp đóng cửa Cabin.

1.3.2. Dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng

của tầng cần dừng sau khi đã ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng khơng

chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau:

- Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra/vào khó khăn,

tăng thời gian ra/vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất.

- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc

dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể khơng thực hiện được việc xếp và

bốc dỡ hàng.

Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt được độ chính

xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển.

- Gây tổn thất năng lượng.

- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí.

- Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng.

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai

quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang

không tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng

chính xác buồng thang bao gồm: mơmen cơ cấu phanh, mơmen qn tính của

buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác.

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: khi buồng thang đi đến gần

sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ

để dừng buồng thang. Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết

bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là:

S ' v0.t (m) (1)

15

Trong đó: v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s].
Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời
gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''.

S "  m.v02 (m) (2)
2(Fph Fc )

Trong đó:

m - Khối lượng các phần chuyển động của buồng thang, [kg]

Fph - Lực phanh, [N]

Fc - Lực cản tĩnh [N]

Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2) phụ thuộc vào chiều tác dụng

của lực Fc: Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-).

S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:

J .02. D
S "  2 (m) (3)
2i(M ph M c )

Trong đó:

J - mơmen qn tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang,

[kgm2]

Mph - mômmen ma sát, [N]

Mc - mômen cản tĩnh, [N]

0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]

D - đường kính puli kéo cáp [m]

i - tỷ số truyền

Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho

lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:

S S,  S " v0.t  J.02 D2 (4)

2i(M ph M c )

16

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó
làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh
đầy tải và không tải.

Sai số lớn nhất (độ dừng khơng chính xác lớn nhất) là:

S S2  S1 (5)
2

Trong đó:
S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh
S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh.

Hình 1.2. Dừng chính xác buồng thang

Bảng 1.1. Các tham số của các hệ truyền động với độ khơng chính xác khi

dừng Δss

Hệ truyền động điện Phạm vi Tốc độ di Gia Độ không
điều chuyển tốc chính xác
Động cơ KĐB rôto lồng [m/s] [m/s2] khi dừng
sóc 1 cấp tốc độ chỉnh tốc
Động cơ KĐB rôto lồng độ 0,8 1,5 [mm]
sóc 2 cấp tốc độ 1 : 1  120 
Động cơ KĐB rôto lồng 0,5 1,5
sóc 3 cấp tốc độ 1 : 4 150
Hệ máy phát - động cơ (F 1 1,5  10  15
1 : 4
1 : 30 2,0 2,0  25  35
 10  15

17

- Đ) 2 2  5  10
Hệ máy phát - động cơ có

1:00
khuyếch đại trung gian

1.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động

thang máy

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là

phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Việc buồng thang chuyền

động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy. Các

tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là: tốc độ di

chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ giật [m/s3].

Đối với các nhà cao chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v =

3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang

đặt gần bằng tốc độ định mức. Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành

của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5 m/s, giá

thành tăng lên 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy

có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu.

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm

thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn sẽ

gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở

v.v…). Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2 m/s2.

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, khơng gây cảm giác khó chịu cho

hành khách, được đưa ra trong bảng 2-2.

Bảng 1.2. Các tham số của hệ truyền động thang máy

Tham số Hệ truyền động

Tốc độ thang máy (m/s) Xoay chiều Một chiều
Gia tốc cực đại (m/s2)
Gia tốc tính tốn trung bình (m/s2) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5

1 1 1,5 1,5 2 2

0,5 0,8 0,8 1 1 1,5

Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ
tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói

18

một cách khác, đó là độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc  da hoặc đạo

dt

hàm bậc hai của tốc độ   2 d2 v ). Khi gia tốc a < 2m/s2 thì độ giật khơng q

dt

20 m/s3.

19

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG THANG MÁY

2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống

Sau quá trình tìm hiểu, em đã nắm được toàn bộ phần cứng của thang

máy từ kết cấu cơ khí đến sơ đồ mạch điện.

Các nút bấm Các đèn nhớ Hiển thị

Các cảm biến PLC

ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM Hệ thống phụ trợ

Biến tần Biến tần

Động cơ nâng hạ Động cơ
đóng mở cửa

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thang máy
Với những thiết bị phần cứng của hệ truyền động và hệ điều khiển như
trên, công việc cần thực hiện tiếp theo là tìm hiểu những kiến thức lý thuyết
và cách sử dụng các thiết bị phần cứng trên được trình bày ở phía sau.
Sau quá trình tìm hiểu về hệ thống thang máy, em đã xác định hệ
truyền động của thang máy sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
được điều khiển bởi biến tần với hệ điều khiển dùng PLC.
2.2. Tính tốn hệ thống động lực điển hình
2.2.1. Tính tốn lựa chọn động cơ
Các thông số cơ bản của thang máy:
 Số tầng của toà nhà: n = 5
 Chiều cao mỗi tầng: h = 3,6 m
 Tải trọng tối đa của thang máy: G = 1050 kg
 Trọng lượng buồng thang: Gbt = 500 kg
 Hiệu suất cơ cấu nâng hạ: η = 80%