ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thang máy

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



ỨNG DỤNG
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN VÀO THANG MÁY




Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Học viên: CHU ĐỨC KHOAN
Người HD Khoa học: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TRUNG

THÁI NGUYÊN – 2012
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN


Tên tôi là: Chu Đức Khoan
Học viên lớp Cao học khoá 13- Kỹ thuật điện tử - Trường ĐHKTCN Thái
Nguyên
Xin cam đoan: Đề tài: “Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thang máy” Do
thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Quốc Trung hướng dẫn là công trình tổng hợp và
nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả những nội dung trong luận văn đúng như trong đề
cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Các tài liệu tham khảo đều có nguồn
gốc, xuất xứ rõ ràng.
Đông Anh, ngày tháng 11 năm 2012
Học viên



Chu Đức Khoan
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
Lời cam đoan

I
Mục lục
II, III, IV, V
Danh mục chữ viết tắt
V
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
VI, VII
Danh mục các bảng biểu
VIII

NỘI DUNG
Trang
Chương 1. Mở đầu
1
1.1.Cơ sở nghiên cứu và mục đích luận văn
1
1.2. Môc ®Ých ®Ò tµi
3
Chương 2. Tổng quan về thang máy
4
2.1. Giới thiệu chung về thang máy
4
2.1.1. Lịch sử phát triển thang máy
4
2.1.2. Khái niệm về thang máy
6
2.1.3. Phân loại thang máy
7
2.2. Kết cấu của thang máy
13

2.2.1. Trang thiết bị của thang máy
13
2.2.2. Chức năng của một số bộ phận chính trong thang máy
19
2.3. Các yêu cầu đối với thang máy
21
2.3.1. Yêu cầu chung với thang máy
21
2.3.2. Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy
21
2.3.3. Dừng chính xác buồng thang
30
2.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động
thang máy
2.4. Các hệ thống truyền động cho thang máy
2.4.1. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện cho thang máy
2.4.2.Các hệ truyền động trong thang máy
35

37
37

38
Chương 3: Tổng quan về bộ điều khiển PLC
41
4

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

3.1. Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S7-300

3.1.1. Modul CPU
41
41
3.1.2. Modul mở rộng
42
3.2.Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ
43
3.2. 1. Phân loại
43
3.2.2. Sử dụng và khai báo các dạng tín hiệu
44
3.2.3.Cấu trúc bộ nhớ của CPU của S7-300
45
3.2.3.1. Vùng chứa ch-ơng trình ứng dụng: vùng nhớ ch-ơng trình đ-ợc
chia làm 3 miền:
45
3.2.3.2. Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và ch-ơng trình ứng
dụng, đ-ợc phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm
45
3.2.3.3. Vùng chứa các khối dữ liệu: đ-ợc chia làm hai loại:
46
3.3.Vòng quét của ch-ơng trình
47
3.4. Nhng khi OB c bit
49
3.4.1. OB10: (Time of Day Interrupt)
49
3.4.2. OB20: (Time Delay Interrupt)
49
3.4.3. OB35: (Cyclic Interrupt)

49
3.4.4. OB40: ( Hardware Interrupt)
49
3.4.5. OB80: (cycle Time Fault)
49
3.4.6. OB81:( Power Supply Fault)
50
3.4.7. OB82: (Diagnostic Interrupt)
50
3.4.8. OB85: (Not Load Fault)
50
3.4.9. OB87:(Communication Fault)
50
3.4.10. OB100:(Start Up Information)
50
3.4.11. OB121: (Synchronouns error)
50
3.4.12. OB122: (Synchronouns error)
50
3.5. Kỹ thuật lập trình PLC S7 - 300
3.5.1. Gii thiu chung
51
51
3.5.1.1.Lập trình tuyến tính và lập trình có cấu trúc
51
3.5.1.2. Qui trình thiết kế ch-ơng trình điều khiển dùng PLC
53
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3.6. Qui tr×nh thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng PLC
55
3.7. C¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh
55
3.7.1. Ng«n ng÷ lËp tr×nh LAD
56
3.7.2. Ng«n ng÷ lËp tr×nh FBD
56
3.7.3. Ng«n ng÷ lËp tr×nh STL
57
3.7.4. Ng«n ng÷ lËp tr×nh SCL (Structured Control Language)
58
3.7.5. Ng«n ng÷ lËp tr×nh : S7-Graph
58
3.7.6. Ng«n ng÷ lËp tr×nh : S7-HiGraph
59
Chương 4: Lý thuyết điều khiển hàng đợi và các giải thuật
điều khiển thang máy
60
4.1. Lý thuyết hàng đợi
4.1.1. Khái niệm chung về hệ thống hàng đợi
4.1.2. Các đặc trưng cho hàng đợi
60
60
60
4.1.3. Các thành phần chính của hệ thống hàng đợi
4.2. Hàm logic tối ưu điều khiển thang máy
4.2.1. Tối ưu chuyển động của cabin trong hành trình lên (thuận)
60

61
64
4.2. 2. Tìm hàm lôgic của các quá trình theo hành trình xuống của phím gọi tầng.
4.2. 3. Đối với các tín hiệu gọi thang
77

83
4.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển.
Chương 5: Thiết kế chương trình điều khiển thang máy
sử dụng PLC S7 – 300
5.1. Lập trình điều khiển
84

87

87
5.1.1. Các bước thiết kế 1 hệ thống điếu khiển dùng PLC
88
5.2. Quy ước về các đầu ra của PLC
88
5.3. Chương trình điều khiển thang máy 7 tầng.
5.3.1. Chương trình điều khiển dưới dạng ngôn ngữ STL( Statement List)
91
91
Chương 6: Mô phỏng thang máy
6. Mô phỏng thang máy trên WinCC
119
119
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6.1. Mô hình thang máy trên WinC
119
TÀI LIỆU THAM KHẢO
124
I. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CPU
Đơn vị xử lý trung tâm central Processing Unit
DB
Khối dữ liệu - Data block
FB
Khối chức năng - Function Block
FC
Chức năng - Function
FBD
Ngôn ngữ lập trình khối hàm -Function Block diagram
FIFO
Đến trước phục vụ trước - First In, First Out
LAD
Ngôn ngữ lập trình hình thang - Ladder Logic
LIFO
Đến trước phục vụ sau - Last in, First out
SDB
Hệ thống khối dữ liệu - System Data Block
SFB
Hệ thống khối chức năng - System Function block
SFC
Chức năng hệ thống - System function
STL

Ngôn ngữ lập trình máy tính -Standard Template Library
PLC
Thiết bị điều khiển lập trình được - Programmable Logic Controller
OB
Khối tổ chức - Organization Block


II. DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình
Nội dung
Trang
Hình 2.1
Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang
8
Hình 2.2
Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang
9
Hình 2.3
Thang máy thủy lực
9
Hình 2.4
Kết cấu cơ khí của thang máy
15
Hình 2.5
Sơ đồ kết và bố trí
16
Hình 2.6
Cơ cấu nâng
17
Hình 2.7

Sơ đồ động của hệ thống
20
Hình 2.8
Phanh bảo hiểm kiểu kìm
23
Hình 2.9
Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ
23
Hình 2.10
Cảm biến kiểu cơ khí
24
Hình 2.11
Cảm ứng vị trí kiểu cảm ứng
24
Hình 2.12
Cảm biến vị trí kiểu quang điện
26
Hình 2.13
Cảm biến vị trí kiểu cảm
27
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 2.14
Transistor quang
28
Hình 2.15
Phần tử HALL
29

Hình 2.16
Cảm biến hồng ngoại HN911L
29
Hình 2.17
Đường biểu diễn khi dừng buồng thang
34
Hình 2.18
Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S, tốc
độ v, gia tốc a và độ dật  theo thời gian
37
Hình 3-1
Sơ đồ bố trí trạm PLC( S7-300)
42
Hình 3-2
Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña mét vßng quÐt
47
Hình 3-3
Khai báo khối OB đặc biệt
51
Hình 3-4
Sơ đồ khối lập trình tuyến tính
52
Hình 3-5
Sơ đồ khối lập trình cấu trúc
53
Hình 3-6
Qui trình thiết kế một hệ thống điều khiển tự động
55
Hình 3-7
Ví dụ kiểu lập trình LAD

50
Hình 3-8
Ví dụ kiểu lập trình FBD
56
Hình 3-9
Ví dụ kiểu lập trình STL
57
Hình 3-10
Sơ đồ khối lập trình S7- Graph
58
Hình 3-11
Sơ đồ lập trình bằng ngôn ngữ S7 – HiGraph
59
Hình 4-1
Lưu đồ thuật toán điều khiển
78
Hình 6-1
Màn hình điều khiển thang máy
119
Hình 6-2
Phím điều khiển thang máy ngoài buồng thang tại mỗi tầng
119
Hình 6-3
Bảng điều khiển thang máy trong buồng thang
120
Hình 6-4
Led 7 thanh hiển thị buồng thang ở các tầng
120
Hình 6-5
Led hiển thị thang máy đi lên

121
Hình 6-6
Led hiển thị thang máy đi xuống
121
Hình 6-7
Giao diện chương trình mô phỏng PLCSim
121
Hình 6-8
Download chương trình xuống PLC
122
Hình 6-9
Khai báo kết nối trong WinCC
122
Hình 6-10
Chọn giao thư viện kết nối
123
Hình 6-11
Giao thức kết nối sau khi đã được chọn
123
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

III. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1
Các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi
dừng s.
33
Bảng 2-2
Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao

36
Bảng 4.1
Có lệnh gọi lên từ tầng 2
42
Bảng 4.2
Có lệnh gọi lên từ tầng 3 (Tầng 2 không được gọi)
66
Bảng 4.3
Có lệnh gọi lên từ tầng 4 (Tầng 2,3 không được gọi)
67
Bảng 4.4
Bảng 4.5
Có lệnh gọi lên từ tầng 5 (Tầng 2,3,4 không được gọi)
Có lệnh gọi các lên từ 6 (Tầng 2,3,4,5 không được gọi)
67
67
Bảng 4.6
Chỉ có lệnh gọi từ tầng 7
68
Bảng 4.7
Có lệnh gọi xuống từ tầng 6
78
Bảng 4.8
Có lệnh gọi xuống từ tầng 5
79
Bảng 4.9
Bảng 4.10
Bảng 4.11
Có lệnh gọi xuống từ tầng 4
Có lệnh gọi tầng xuống từ tầng 3

Có lệnh gọi tầng từ tầng 2
80
81
81
Bảng 4.12
Bảng 5.1
Chỉ có lệnh gọi xuống tầng 1
Quy ước về các đầu ra của PLC

81
91
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Chương I: Mở đầu
1.1. Cơ sở nghiên cứu và mục đích luận văn
Ngày nay, thang máy là thiết bị không thể thiếu trong việc phục vụ
cuộc sống con người. Xét trên quan điểm năng lượng, thang máy là thiết bị sử
dụng trực tiếp điện năng từ lưới điện chuyển thành cơ năng vận chuyển buồng
thang, trong đó có con người và hàng hoá theo phương thẳng đứng hoặc góc
nghiêng định sẵn. Tùy thuộc vào tính chất nhiệm vụ và yêu cầu, các nhà
nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thang máy cho phù hợp.
Tuy nhiên yêu cầu chuyển động của tải thang máy là tương đối phức
tạp, do hoạt động với tần suất cao, nên các tham số của tải về tốc độ phải đạt
giá trị phù hợp, Gia tốc tối ưu, độ giật, độ chính xác dừng cabin đúng yêu cầu.
Đồng thời phải bảo đảm tính an toàn tuyệt đối của hệ thống, giá thành đầu tư
thấp, tiết kiệm điện năng, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng. Bởi vậy Nghiên cứu
lý thuyết điều khiển và ứng dụng vào thang máy luôn được các nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu.

Những năm trước đây khi mới ra đời, thang máy có kết cấu đơn
giản, hệ thống điều khiển được sử dụng động cơ điện một chiều, việc điều
chỉnh tốc độ, thay đổi chiều quay và hãm dừng động cơ được thực hiện bằng
các bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ, bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI, bộ điều
chỉnh tốc độ hai thông số từ thông  và sức điện động E thông qua các hàm
truyền mạch vòng điều chỉnh, đồng thời hệ thống phải sử dụng các máy phát
xung chủ đạo để điều khiển 2 bộ biến đổi nối song song ngược để đảo chiều
quay động cơ. Với cấu trúc trên hệ thống điều khiển làm cho tốc độ di chuyển
của cabin thấp, tác động chậm, gây rung giật, hiệu suất và độ an toàn của hệ
thống không cao, kích thước của động cơ và hộp số lớn, lắp đặt và bảo dưỡng
sửa chữa khó khăn. Do vậy việc sử dụng động cơ điện 1 chiều trong hệ thống
truyền động điều khiển thang máy không còn phù hợp.
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bên cạnh đó do yêu cầu sử dụng và phát triển thang máy phục vụ
đời sống và làm việc của con người đòi hỏi hệ thống điều khiển thang máy
ngày càng cao và hoàn thiện như: thời gian khởi động nhanh, chuyển động
êm, không rung giật, hãm dừng chính xác, hiệu suất cao, ít tốn điện năng, chi
phí thấp và dễ lắp đặt bảo dưõng, sửa chữa. Đây là vấn đề đặt ra đòi hỏi các
nhà khoa học nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thang máy tối ưu hơn
để thay thế.
Cùng với yêu cầu trên. Những năm gần đây nhờ những tiến bộ và
phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực như điện tử, khoa
học máy tính, các thuật toán về logic, các phương pháp điều khiển số, điều
khiển thông minh cụ thể là sự phát triển của công nghệ chế tạo các phần tử
bán dẫn công suất lớn và công nghệ chế tạo các bộ vi xử lý tín hiệu số có tốc
độ cực nhanh đã tác động mạnh mẽ và làm thay đổi căn bản cấu trúc hệ
truyền động điện thang máy. Từ cơ sở đó với ưu thế đặc biệt, hệ truyền xoay

chiều đã thay thế hoàn toàn hệ truyền động một chiều điều khiển thang máy
và đang thu hút rất nhiều các nhà khoa học trong và ngoài nước tập trung
nghiên cứu lựa chọn phương pháp điều khiển tối ưu nào đó để đạt được mục
tiêu là thời gian khởi động nhanh , động cơ nhanh chóng đạt tốc độ ổn định,
đảo chiều quay nhanh, hãm dừng động cơ chính xác. Như vậy sẽ điều khiển
được tải thang máy đạt được các yêu cầu về tốc độ, gia tốc, độ giật, trong các
hành trình chuyển động lên xuống của tải thang máy, đó là mục tiêu mong
muốn của các nhà nghiên cứu, thiết kế. Nhằm hoàn thiện và nâng cao chất
lượng, độ tin cậy, an toàn của hệ thống. Bởi vậy đề tài “Ứng dụng lý thuyết
điều khiển vào thang máy” mang tính cấp thiết và là vấn đề mới có tính thời
sự, là cơ sở đề tài được chọn.


11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2. Môc ®Ých ®Ò tµi:
- Đề tài tập trung nghiên cứu những nội dung cơ bản, quan trọng của
lý thuyết điều khiển vào thang máy. Đó là nghiên cứu điều khiển ứng dụng
vào thang máy để đạt được các yêu cầu điều khiển chuyển động của thang
máy.
- Điều khiển trực tiếp trực tiếp thang máy sử dụng PLC làm cho hệ tác
động nhanh các trị số moment tốc độ của động cơ nhanh chóng đạt được yêu
cầu theo mong muốn, các trị số về gia tốc a và độ giật  vẫn nằm trong giới
hạn cho phép.
- Đề tài sẽ chứng minh được đối với hệ thống điều khiển thang máy sử
dụng PLC điều khiển trực tiếp moment là tối ưu, đảm bảo được độ tin cậy và
an toàn của hệ thống.
- Nghiên cứu lý thuyết điều khiển và ứng dụng vào thang máy là đề tài

nghiên cứu đang được các hãng sản xuất thang máy lớn của thế giới như hãng
KONE (Phần Lan), FUJI (Nhật Bản) nghiên cứu, sản xuất và chiếm lĩnh thị
trường lớn ở Châu Á, Châu Âu. Nó thực sự bắt đầu thay thế hệ truyền động
truyền thống vì có tính vượt trội của nó.
- Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp nghiên cứu lý thuyết
với phương pháp mô hình hóa, mô phỏng để phân tích đánh giá.
- Về lý thuyết: Nghiên cứu Tổng quan về thang máy và bộ điều khiển
PLC S7 - 300, nghiên cứu các giải thuật điều khiển thang máy.
- Về lập trình điều khiển thang máy: Đề tài sử dụng phần mềm PLC
S7_300 làm công cụ thiết kế và mô phỏng.





12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Chương 2:Tổng quan về thang máy
2.1. Giới thiệu chung về thang máy
2.1.1. Lịch sử phát triển thang máy
Cuối thế kỷ 19 trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời
như OTIS, SCHINDLER. Thang máy đã được chế tạo và đưa vào sử dụng
của hãng thang máy OTIS năm 1853. Đến năm 1874 hãng thang máy
SCHINDLER cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác, lúc đầu bộ
tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng bằng tay,
tốc độ di chuyển của cabin thấp. Đầu thế kỷ 20 có nhiều hãng thang máy khác
ra đời như: KONE, MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR… THYSEN,
SABIEM đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin

tốt hơn và êm hơn.
Sang thế kỉ 20 có nhiều hãng thang máy khác ra đời như Kone của
Phần Lan, Nippon, Mitsubishi của Nhật Bản, Thyssen của Đức, Sabiem của
Italia, LG của Hàn Quốc… Các thang máy này đã được thiết kế, thử nghiệm
nên hoạt động êm và dừng tầng chính xác hơn.
Cho tới những năm 1975 thang máy trên thế giới đã đạt tới tốc độ
400m/ phút, những thang máy lớn với tải trọng lên tới 25 tấn đã được chế tạo
thành công. Thời gian này xuất hiện nhiều hãng thang máy nữa ra đời. Các
sản phẩm phục vụ ngành thang máy cũng bắt đầu cải tiến, thang cuốn, băng
chuyền lần lượt xuất hiện.
Vào đầu những năm 1970 thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph
những thang máy chở hàng đã có tải trọng nâng tới 30 tấn đồng thời cũng
trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thuỷ lực ra đời. Sau một
khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác tốc độ của
thang máy đã đạt tới 600 m/ph.
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Vào những năm 1980 đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ bằng
phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF. Thành tựu này cho phép thang
máy hoạt động êm dịu hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ,
đồng thời cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng động cơ
điện cảm ứng tuyến tính. Đầu những năm 1990 trên thế giới đã chế tạo được
những thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác.
Đến năm 1981 trên thế giới đã xuất hiện công nghệ hệ thống điều khiển
thang máy bằng phương pháp biến đổi tần số VVVF. Thành tựu này là mốc
quan trọng đưa ngành thang máy lên tầm cao mới. Ngoài ưu điểm đỗ dừng
tầng êm ái nó còn khai thác cho nhân loại giảm thiểu khả năng tiêu thụ điện
còn 50% so với trước.

Càng ngày công nghệ càng được nâng cấp, cải tiến trong ngành thang máy.
Các thang máy tốc độ cao lần lượt xuất hiện. Thang máy tốc độ 500m/phút rồi đến
600m/phút rồi 800m/phút lần lượt ra đời. Ngày nay chúng ta thấy đối với giải pháp
thang máy cho các toà nhà cao ốc đã lên tới trên 100 tầng.
Cùng với sự phát triển của các hãng thang máy trên thế giới, ở Việt Nam lần
lượt các Công ty thang máy ra đời. Phải kể đến những đơn vị đầu tiên trong ngành
thang máy như công ty thang máy Tự Động, Thang máy Thiên Nam, Thái Bình, Á
Châu Meco,… đến năm 2001 các công ty khác lần lượt ra đời như: Thang máy
Thăng Long, Hồng Đạt, Hanoel, Fuji,… Các dịch vụ phục vụ cho ngành thang máy
cũng rất phát triển. Trong tương lai tới, có nhiều nhà máy sản xuất tại Việt Nam sẽ ra
đời để phục vụ cho ngành xây dựng.
Bên cạnh đó một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu
và bán sản phẩm của mình vào Việt Nam như: OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON,
MISUBISHI (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc). Về công nghệ thì các hãng
luôn đổi mới còn mẫu thì phổ biến ở hai dạng:
- Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường.
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực.
Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến
là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.
2.1.2. Khái niệm về thang máy
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá,
vật liệu… v.v. theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15
0
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, công xưởng
v.v. 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. Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong
những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình.
Nhiều Quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở
lên đều 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 công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến
7% là hợp lý. Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy,
khách sạn …v.v. tuy nhiên 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 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 toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà
cao tầng không thành hiện thực.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn 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, lắp đặt, vận hành, sử dụng và
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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 chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ
điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có 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 báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc
an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn v.v.

2.1.3. Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều
kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích của từng công trình.
Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và các đặc điểm sau:
a. Theo công dụng (TCVN 5744-1993) thang máy được phân thành 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, trường học, tháp truyền hình v.v
 Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm:
Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm v.v
 Loại máy chuyên chở bệnh nhân:
Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưìng Đặc
điểm của nó là kích thước của 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. Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và
tải trọng cho loại thang máy này.
 Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm:
Loại thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho, thang máy
dùng cho nhân viên khách sạn v.v chủ yếu để chở hàng nhưng có người đi
kèm để phục vụ.
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

 Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:
Loại chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn
tập thể v.v Đặc điểm của loại này chỉ có điều khiển ngoài cabin (trước các
cửa tầng) .Còn các loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin
vừa điều khiển ngoài cabin. Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng
khác như: thang máy cứu hoả, chở ôtô v.v

b. 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 không bị hạn chế. Ngoài ra còn có loại
thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng
để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng ).















Hình 2.1: Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang
a, b) Dẫn động cabin bằng puly ma sát c) Dẫn động ca bin bằng tang cuốn cáp
17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

 Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông):












Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh -
pittông thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thuỷ lực với
hành trình tối đa khoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình
Hình 2.2: Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang
a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên cabin b) Cáp vòng qua đáy cabin
Hình 2.3: Thang máy thủy lực

a) Pittong đẩy trực tiếp từ đáy cabin b) Pittong đẩy trực tiếp từ phía sau cabin
c) Pittong kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin
18

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang máy nhỏ hơn khi có
cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được
chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồng máy
đặt ở tầng trệt.
 Thang máy nén khí:
Về nguyên lý ta vẫn có thể sử dụng dòng khí tạo áp lực đẩy để nâng hạ
cabin trong giếng thang. Tuy nhiên phương pháp này rất ít được sử dụng
trong thực tế.
c. Theo vị trí đặt bộ tời kéo
 Đối với thang máy điện
+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang. (Hình 2.1)
+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang. (Hình 2.2)
+ Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng
thanh răng thì hệ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
 Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt. (Hình 2.3)
d. Theo hệ thống vận hành
 Theo mức độ 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 .
19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

e. Theo các thông số cơ bản.
 Theo tốc độ di chuyển của cabin:
+ Loại tốc độ thấp:  < 1 m/s
+ Loại tốc độ trung bình:  < 1  2,5 m/s
+ Loại tốc độ cao:  < 2,5  4 m/s
+ Loại tốc độ rất cao:  > 4 m/s.
 Theo khối lượng vận chuyển của cabin:
+ Loại nhỏ: Q < 500 kg
+ Loại trung bình Q = 500 1000 kg
+ Loại lớn: Q = 1000  1600 kg
+ Loại rất lớn: Q >1600 kg.
f. Theo kết cấu các cụm cơ bản.
 Theo kết cấu của bộ tời kéo:
+ Bộ tời kéo có hộp giảm tốc:
+ Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: thường dùng cho các loại thang
máy có tốc độ cao ( >2,5 m/s).
+ Bộ tời kéo sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều
chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính ( LIM – Linear Induction Motor).
+ Bộ tời kéo có puly ma sát: khi puly quay kéo theo cáp chuyển động là nhờ
ma sát sinh ra giữa rãnh ma sát của puly và cáp. Loại này đều phải có đối trọng.
 Theo hệ thống cân bằng:
+ Có đối trọng
+ Không có đối trọng

+ Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho các thang máy có hành trình lớn.
+ Không có cáp hoặc xích cân bằng.
 Theo cách treo cabin và đối trọng:
+ Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin .
20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

+ Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin
+ Đẩy từ phí đáy cabin thông qua các puly trung gian.
 Theo hệ thống cửa cabin :
+ Phương pháp đóng mở cửa cabin :
- Đóng mở bằng tay: Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở
trong hoặc ngoài cửa mở và đóng cửa cabin và cửa tầng.
- Đóng mở cửa tự động (bán tự động). Khi cabin dừng đúng tầng thì
cửa cabin và cửa tầng tự động mở, khi đóng phải dùng tay hoặc ngược lại.
Cả hai loại này đều dùng cho các thang máy chở hàng có người đi kèm,
hoặc thang máy dùng cho nhà riêng.
- Đóng mở tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa
tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cabin. Thời gian và tốc độ
đóng mở có thể điều chỉnh được.
+ Theo kết cấu của cửa:
- Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía.
- Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh.
Hai loại này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm
hoặc không có người đi kèm. Hoặc thang máy dùng cho nhà riêng.
- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính ở giữa lùa về hai
phía. Đối với thang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn cánh
mở chính ở giữa lùa về hai phía (mỗi bên hai cánh).
Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ở phía sau cabin.

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về
một phía.
Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin
(thang máy chở bệnh nhân).
21

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía
trên và dưới (thang máy chở thức ăn).
- Cánh cửa dạng (panen), hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên.
Loại này dùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng.
+ Theo số cửa cabin:
- Thang máy có một cửa.
- Hai cửa đối xứng nhau.
- Hai cửa vuông góc nhau.
 Theo bộ hãm bảo hiểm cabin :
+ Hãm tức thời, loại này dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/ph.
+ Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 0,75 m/s, và
thang máy chở bệnh nhân.
g. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang.
 Đối trọng bố trí phía sau.
 Đối trọng bố trí một bên.
h. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin .
 Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có cabin di chuyển theo
phương thẳng đứng, hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại
này.
 Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có cabin di chuyển lệch một
góc so với phương thẳng đứng.
 Thang máy zigzag: Là loại thang máy có cabin di chuyển theo đường

zigzag
2.2. Kết cấu của thang máy
2.2.1. Trang thiết bị của thang máy
Mặc dù thang máy có nhiều kiểu đa dạng nhưng trang thiết bị chính của
thang
22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

máy gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ
truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển.
Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng thang (khoảng
không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu của tầng 1), trong buồng
máy (trên trần của tầng cao nhất) và hố giếng (dưới mức sàn tầng). Sơ đồ bố
trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 2.4
Hố giếng của thang máy là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1
cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa
ra vào. Để nâng- hạ buồng thang, người ta dùng động cơ. Động cơ được nối
trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng
thang máy được nâng qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn
cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc với tỷ số truyền i = 18  120.
Cabin được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (thường dùng 1 đến 4
sợi cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn
hướng và những con trượt dẫn hướng (con trượt là loại puli trượt có bọc cao
su bên ngoài).
Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn
hướng.

23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên









S

1. Cabin
2. Con trượt dẫn hướng Cabin
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. Gá ray Cabin
17. Bu lông bắt gá ray
18. Gá ray đối trọng
19. Kẹp ray đối trọng

Hình 2.4: Kết cấu cơ khí của thang máy

24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1. Đối trọng
2. Công tắc hành trình
3. Buồng thang
4. Dây cáp truyền
5. Puli
6. Động cơ dẫn động
7. Giá treo
8. Đế cabin
9. Thanh ray
10. Xích hạn chế tốc độ
11. Tầng hầm
12. Tủ điều khiển
Hình 2.5: Sơ đồ kết và bố trí thiết bị của thang máy

25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

a. Thiết bị lắp trong buồng máy
 Cơ cấu nâng:
Trong buồng máy lắp hệ thống tời nâng - hạ buồng thang (cơ cấu nâng)
tạo ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng.
Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận: bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp),
hộp giảm tốc, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động. Tất cả các bộ phận

trên được lắp trên tấm đế bằng thép. Trong thang máy thường dùng hai cơ cấu
nâng: (hình 2.6)
- Cơ cấu nâng có hộp tốc độ (Hình 2.6 a)
- Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ (Hình 2.6b)
- Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các
thang máy tốc độ cao

.












Hình 2.6: Cơ cấu nâng
a) Cơ cấu nâng có hộp tốc độ; b) Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ
1. Động cơ truyền động; 2. Phanh hãm điện từ; 3. Hộp tốc độ; 4. Bộ phận kéo cáp