Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình thang máy 6 tầng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.11 MB, 120 trang )
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NGUYỄN CÔNG MINH
Đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ
HÌNH THANG MÁY 6 TẦNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)
NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2014
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NGUYỄN CÔNG MINH
Đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ
HÌNH THANG MÁY 6 TẦNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TH.S NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN
NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2014
i
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÔ HÌNH THANG MÁY 6 TẦNG” em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn
chân thành đến cô Nguyễn Thị Ngọc Soạn – người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình làm đồ án để em có
thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử
cũng như toàn thể giảng viên trong toàn trường đã truyền thụ những kiến thức vô
cùng quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em trong suốt quá trình học tập, rèn luyện
và nghiên cứu tại Trường Đại học Nha Trang.
Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè. Những người đã
giúp đỡ rất nhiều về mặt tinh thần cũng như vật chất để em có thể thực hiện tốt đồ
án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 6 năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Công Minh
ii
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH SÁCH HÌNH SỬ DỤNG vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 4
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 4
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 5
1.3. PHÂN LOẠI THANG MÁY 7
1.3.1. Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) 7
1.3.2. Phân loại theo thông số cơ bản 8
1.3.3. Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo 9
1.3.4. Theo hệ thống vận hành 9
1.3.5. Theo hệ thống dẫn động cabin 9
1.3.6. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang 10
1.3.7. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin 10
1.3.8. Theo kết cấu các cụm cơ bản 10
1.4. TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY 11
1.4.1. Tổng thể cơ khí thang máy 11
1.4.2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy 13
1.4.2.1. Cơ cấu nâng 13
1.4.2.2. Tủ điều khiển 13
1.4.2.3. Puly dẫn hướng 14
1.4.2.4. Bộ khống chế tốc độ Governor 14
1.4.3. Thiết bị lắp trong giếng thang máy 14
1.4.3.1. Buồng thang 14
1.4.3.2. Ray dẫn hướng 14
iii
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
1.4.4. Cabin và các thiết bị liên quan 15
1.4.4.1. Khung cabin 15
1.4.4.2. Ngàm dẫn hướng 15
1.4.4.3. Hệ thống treo cabin 16
1.4.4.4. Buồng cabin 18
1.4.4.5. Hệ thống cửa cabin và cửa tầng 18
1.4.5. Các thiết bị cố định trong giếng thang 19
1.4.5.1. Giảm chấn 19
1.4.5.2. Bộ kiểm soát tốc độ dưới 19
1.4.6. Hệ thống cân bằng trong thang máy 19
1.4.6.1. Đối trọng 20
1.4.6.2. Xích bù và cáp cân bằng 21
1.4.6.3. Cáp nâng 21
1.4.7. Thiết bị an toàn 21
1.4.7.1. Phanh hãm điện từ 22
1.4.7.2. Phanh bảo hiểm 23
1.4.7.3. Bộ kiểm soát tốc độ (Governor) 24
1.4.7.4. Bộ dự trữ điện (UPS) 25
1.5. THIẾT BỊ CẢM BIẾN CỦA THANG MÁY 25
1.5.1. Cảm biến tốc độ (Encorder) 25
1.5.2. Cảm biến vị trí (móng ngựa) 25
1.5.3. Cảm biến trọng lượng 26
1.5.4. Cảm biến mở cửa (photosell) 27
CHƯƠNG 2. YÊU CẦU VÀ HƯỚNG DẪN VỀ THANG MÁY 28
2.1. PHỤC VỤ TRONG THANG MÁY 28
2.2. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THANG MÁY CHỞ NGƯỜI 29
2.3. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ SỬ DỤNG THANG MÁY 36
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 40
3.1. CÁC YÊU CẦU VỀ MÔ HÌNH 40
iv
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
3.1.1. Yêu cầu về thiết kế: 40
3.1.2. Yêu cầu về tính sư phạm: 40
3.1.3. Yêu cầu về cơ khí: 40
3.1.4. Yêu cầu về chương trình 41
3.2. MỤC ĐÍCH CHẾ TẠO MÔ HÌNH 41
3.3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 41
3.3.1. Bản vẽ thiết kế khung mô hình 42
3.3.2. Bản vẽ thiết kế mặt trước mô hình 44
3.3.3. Bản vẽ thiết kế tủ điện 45
3.3.4. Bản vẽ thiết kế bảng đấu nối thực hành 45
3.3.5. Thiết kế cửa buồng thang 45
3.4. TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 47
3.4.1. Cơ cấu truyền động 47
3.4.2. Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy 49
3.4.3. Tính toán công suất của động cơ: 49
3.4.4. Tính chọn động cơ 51
3.4.5. Tính toán chọn đối trọng 51
3.4.6. Tính chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch điện 52
3.4.6.1. Tính chọn Aptomat 52
3.4.6.2. Tính chọn Rơ le trung gian 53
3.4.6.3. Tính chọn cảm biến 53
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH THANG MÁY 6 TẦNG 55
4.1. MÔ HÌNH CƠ KHÍ 55
4.2. CẤU TẠO MÔ HÌNH 55
4.2.1. Cơ cấu truyền động 57
4.2.1.1. Cơ cấu truyền động nâng- hạ buồng thang 57
4.2.1.2. Cơ cấu truyền động kéo cửa ra – vào 58
4.2.2. Khối chọn tầng 60
4.2.3 Khối gọi tầng 60
v
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
4.2.4. Khối cảm biến xác định vị trí thang 61
4.2.5. Buồng thang 63
4.2.6. Đối trọng 63
4.2.7. Khối nguồn 65
4.2.8. Khối rơle trung gian 66
4.2.9. Khối mạch cảm biến 66
4.2.10. Khối bảng đấu nối thực hành 67
4.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 67
4.3.1. PLC IVC1-2416MAR 67
4.3.2. Atmega 16 68
4.3.3. Khí cụ điện CB 68
4.3.4. Rơle trung gian 68
4.3.5. Bộ đổi nguồn 220VAC – 12VDC 69
4.3.6. Động cơ kéo cửa 70
4.3.7. Động cơ kéo cabin thang máy 71
4.3.8. Công tắc hành trình 71
4.3.9. Cảm biến quang SHARP GP1A73A1 71
4.3.9.1. Sơ đồ nguyên lý mạch kích điện áp của cảm biến quang 72
4.3.9.2. Sơ đồ mạch in của cảm biến 73
4.3.10. Công tắc, nút nhấn 73
4.3.11. Led 7 đoạn, ma trận 74
4.3.12. Cầu chì 74
CHƯƠNG 5. ỨNG DỤNG PLC IVC1–2416MAR ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 76
5.1. TỔNG QUAN PLC IVC 76
5.2. ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT [9] 76
5.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA PLC IVC 79
5.4. PLC IVC1-2416MAR 79
5.4.1. Cấu hình 80
5.4.2. Thông số kỹ thuật PLC IVC1-2416M 80
vi
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
5.5. PHẦN MỀM AUTO STATION 81
5.5.1. Yêu cầu về cấu hình máy tính 81
5.5.2. Cách tạo một Project mới 81
5.5.3. Truyền thông 82
5.5.3.1. Truyền thông Modbus 83
5.5.3.3. Truyền thông FREE PORT 84
5.6. MỘT SỐ LỆNH THƯỜNG DÙNG 84
5.6.1. Thường mở 84
5.6.2. Thường đóng. 85
5.6.3. Lệnh Out 85
5.6.4. Lệnh Set 85
5.6.5. Lệnh Reset 86
5.6.6. Timer đóng chậm TON 86
5.6.7. Timer mở chậm OF 87
5.6.8. Bộ đếm lên Counter Up (CTU) 87
5.7. LẬP TRÌNH, ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 88
5.7.1. Sơ đồ khối mô hình điều khiển 88
5.7.2. Sơ đồ mạch động lực 89
5.7.3. Phân địa chỉ vào ra 89
5.7.4. Sơ đồ kết nối IVC1–2416MAR 90
5.7.5. Lưu đồ thuật toán điều khiển thang máy 92
5.7.5.1. Lưu đồ Reset buồng thang khi hệ thống bắt đầu hoạt động 92
5.7.5.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển ở chế độ Auto 93
5.7.5.3. Lưu đồ thuật toán chương trình đóng, mở cửa cabin 93
5.7.5.4. Chương trình điều khiển (Phần phụ lục) 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
PHỤ LỤC 97
vii
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
DANH SÁCH HÌNH SỬ DỤNG
Hình 1. 1. Hình dạng tổng thể của thang máy 4
Hình 1. 2. Kết cấu cơ khí của thang máy 12
Hình 1. 3. Cơ cấu nâng thang 13
Hình 1. 4. Puly dẫn hướng 14
Hình 1. 5. Ray dẫn hướng 15
Hình 1. 6. Ngàm dẫn hướng 16
Hình 1. 7. Hệ thống treo kiểu lò xo 17
Hình 1. 8. Bộ kiểm soát tốc độ dưới 19
Hình 1. 9. Đối trọng 20
Hình 1. 10. Thắng điện từ 22
Hình 1. 11. Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm 23
Hình 1. 12. Bộ kiểm soát tốc độ 24
Hình 1. 13. Encorder 25
Hình 1. 14. Cảm biến vị trí kiểu quang điện 26
Hình 2. 1. Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy 34
Hình 2. 2. Mô hình điều khiển thang máy bên ngoài buồng thang 36
Hình 2. 3. Bảng điều khiển bên trong thang máy 38
Hình 3. 1. Bản vẽ thiết kế khung mô hình 42
Hình 3. 2. Bản vẽ thiết kế khung mô hình 44
Hình 3. 3. Bản vẽ thiết kế bên trong tủ điện 45
Hình 3. 4 a,b,c. Một số loại cơ cấu truyền động 48
Hình 4. 1. Mô hình tổng quát 55
Hình 4. 2. Cơ cấu nâng – hạ buồng thang 58
Hình 4. 3. Cơ cấu truyền động kéo cửa cabin 59
Hình 4. 4. Bảng chọn tầng 60
Hình 4. 5. Bảng gọi tầng 61
Hình 4. 6. Khối cảm biến xác định vị trí thang 62
Hình 4. 7. Vị trí công tắc hành trình giới hạn 62
Hình 4. 8. Buồng thang 63
Hình 4. 9. Đối trọng 64
Hình 4. 10. Tủ điện 64
Hình 4. 11. Hình ảnh bên trong tủ điện 65
Hình 4. 12. Nguồn 65
Hình 4. 13. Khối rơle trung gian 66
Hình 4. 14. Khối mạch cảm biến 66
Hình 4. 15. Bảng đấu nối thực hành 67
viii
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
Hình 4. 16. PLC IVC1-2416MAR 67
Hình 4. 17. Atmega 16 68
Hình 4. 18. CB 68
Hình 4. 19. Cấu tạo bên ngoài rơle trung gian 68
Hình 4. 20. Cấu tạo bên trong 69
Hình 4. 21. Bộ nguồn 12V/5A 70
Hình 4. 22. Động cơ kéo cửa 70
Hình 4. 23. Mặt cắt của động cơ kéo cửa 70
Hình 4. 24. Động cơ kéo cabin 71
Hình 4. 25. Công tắc hành trình 71
Hình 4. 26. Cảm biến quang 72
Hình 4. 27. Sơ đồ nguyên lý mạch kích điện áp của 1 cảm biến 72
Hình 4. 28. Sơ đồ mạch in mạch kích điện áp của cảm biến 73
Hình 4. 29. Công tắc, nút nhấn 73
Hình 4. 30. Led 7 đoạn, ma trận 74
Hình 4. 31. Cầu chì 74
Hình 5. 1. Cấu trúc cơ bản IVC1 79
Hình 5. 2. Cấu trúc cơ bản IVC2 79
Hình 5. 3. Hình ảnh của PLC IVC1 80
Hình 5. 4. Sơ đồ khối mô hình điều khiển 88
Hình 5. 5. Sơ đồ mạch động lực 89
Hình 5. 6. Sơ đồ nối dây PLC IVC1 91
Hình 5. 7. Lưu đồ Reset buồng thang khi hệ thống bắt đầu hoạt động 92
Hình 5. 8. Lưu đồ điều khiển buồng thang ở chế độ Auto 93
Hình 5. 9. Lưu đồ thuật toán chương trình đóng, mở cửa cabin 94
ix
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 5. 1. Đặc điểm kỹ thuật 77
Bảng 5. 2. Đặc điểm kỹ thuật của PLC IVC1-2416MAR 80
Bảng 5. 3. Yêu cầu về cấu hình máy tính 81
Bảng 5. 4. Địa chỉ vào / ra 89
x
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BBT Bộ biến tần
PLC Programmable Logic Controller
CB Circuit Breaker
CMS Content Management System
I/O Input/Output
DI/DO Digital input/Digital output
AI/AO Analog Input/Analog Output
MC Mở cửa
DC Đóng cửa
L Lên
X Xuống
CTHT Công tắc hành trình
1
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống công nghiệp.
Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ rất cao nhờ những tiến bộ của
khoa học kỹ thuật. Nếu như trước đây hệ thống điều khiển tự động dựa trên các rơle
thì ngày nay chúng được thay thế bằng các bộ PLC với những tính năng vượt trội
như: hoạt động chính xác, tin cậy, dễ lập trình, dễ chuẩn hóa…và PLC đã trở thành
một thành phần không thể thiếu trong hệ thống tự động ngày nay. Với nhịp độ phát
triển của nhân loại, con người đã ngày càng có nhiều nhu cầu hơn, mỗi thứ điều
phải tiện nghi, phương tiện đi lại dễ dàng nhanh chóng. Vì vậy, thang máy trở thành
phương tiện, vận chuyển, đi lại khá phổ biến. Thang máy, một thiết bị vận hành đòi
hỏi những yêu cầu nghiêm ngặt những như: điều khiển linh hoạt, ổn định, độ chính
xác cao…và hiện nay ở nước có rất nhiều nhà cao tầng, thang máy là một phần
không thể thiếu để đáp ứng nhu cầu đi lại cũng như tăng thêm nét thẩm mỹ cho
công trình.
Hoà chung với công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, sự nghiệp giáo dục
của nước ta cũng đang từng bước chuyển mình mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh
chóng. Một trong những mục tiêu mà ngành giáo dục đưa ra là giúp Việt Nam có
được một đội ngũ giáo viên kỹ thuật nòng cốt, kỹ sư chuyên ngành có năng lực, đủ
đức, đủ tài phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Để đạt được mục
tiêu đó thế hệ trẻ, đặc biệt là những sinh viên chúng ta phải chủ động tìm hiểu và
ứng dụng những thành tựu khoa học xây dựng nền công nghiệp nước nhà ngày một
vững mạnh.
Hiện tại phòng thí nghiệm thực hành Truyền Động Điện của trường vẫn chưa có
mô hình thực hành Thang máy.
Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nên
em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình Thang máy 6 tầng”
Đề tài đề cập đến lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống, thế
nhưng đây lại là khối kiến thức khá mới mẻ đối với sinh viên chúng em.
2
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thang máy 6 tầng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và cách vận hành thang máy.
- Thiết kế, chế tạo mô hình thang máy ứng dụng trong phòng thí nghiệm
Truyền Động Điện.
- Tìm hiểu về cấu trúc phần cứng PLC IVC1–2416MAR, cách sử dụng phần
mềm Auto Station và các tập lệnh điều khiển.
Phạm vi nghiên cứu:
Dựa vào yêu cầu của đồ án nên chỉ tập trung đi sâu vào:
- Tìm hiểu tổng quan thang máy về mặt lý thuyết
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thang máy 6 tầng ứng dụng tại
phòng thí nghiệm Truyền Động Điện.
- Viết chương trình điều khiển mô hình.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tìm hiểu, nguyên cứu tài liệu về thang máy.
- Vận dụng, kế thừa tài liệu, đồ án của các khóa trước.
- Thiết kế mô hình thực nghiệm.
- Lập trình, kết nối vận hành trên mô hình làm được.
5. Ứng dụng và nhu cầu thực tế
Chế tạo ra “Mô hình Thang Máy 6 Tầng” nếu được khoa, nhà trường đánh giá
tốt sẽ được phục vụ cho công tác thực hành, thí nghiệm tại phòng thực hành Truyền
Động Điện của nhà trường.
Tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập, nghiên cứu một cách thực tế về
lập trình PLC và cách điều khiển các thiết bị như rơle trung gian, cảm biến, động
cơ… Đó là một cơ hội rất tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế.
3
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
6. Bố cục đồ án
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Tổng quan về thang máy.
Chương 2: Yêu cầu và hướng dẫn về thang máy
Chương 3: Thiết kế mô hình và tính toán chọn thiết bị
Chương 4: Giới thiệu về mô hình thang máy 6 tầng
Chương 5: Ứng dụng PLC IVC1–2416MAR điều khiển mô hình thang máy
Kết luận, đánh giá và kiến nghị.
Mặc dù đã hết sức nỗ lực, cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng với
trình độ, kiến thức, kinh nghiệm thực tế hạn chế và thời gian có hạn nên không thể
tránh khỏi những sai sót nhất định. Do đó, em rất mong muốn nhận được sự góp ý,
chỉ bảo của các thầy cô và đóng góp của bạn bè để đồ án được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
4
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương thẳng
đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15° so với phương thẳng đứng theo một tuyến
đã định sẵn [4].
Thang máy được sử dụng rộng rãi trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh
viện, trong các ngành sản xuất như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây
dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ… 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. Nó đã thay thế cho sức lực của con
người và mang lại hiệu quả cao.
Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng
vẻ đẹp và tiện nghi của công trình.
Hình dạng cơ bản của thang máy được giới thiệu tại (hình 1.1)
Hình 1. 1. Hình dạng tổng thể của thang máy
5
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
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 công
trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý. Đối với
những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn… tuy số tầng nhỏ hơn
6 tầng 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
không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng sẽ không thành
hiện thực.
Ở Việt Nam trước đây thang máy chủ yếu được sử dụng trong các ngành công
nghiệp để chở hàng hoá và ít được phổ biến. Nhưng trong giai đoạn hiện nay với sự
phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân và cơ sở hạ tầng càng ngày việc sử
dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.
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 hệ
thống 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 kỹ thuật an toàn được quy định trong
các tiêu chuẩn, quy trình, quy tắc.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, 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
báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn của cửa cabin,
khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện…
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
a. Trên thế giới
Cuối thế kỷ 19, trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: Otis,
Schindler. Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử dụng của hãng
Otis (Mỹ) năm 1853. Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã
6
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu thang máy có 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, nhiều hãng thang máy khác ra đời như: KONE (Phần Lan),
MISUBISHI, 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.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7,5m/s, những
thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn. Đồng thời cũng trong khoảng thời
gian này cũng có các thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn
với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s. Vào
những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp
biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy
hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ.
Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ cảm
ứng tuyến tính.
Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ
đạt tới 12,5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác.
b. Ở Việt Nam
Trước đây, thang máy ở Việt Nam đều do một số nước Đông Âu cung cấp.
Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chuyên chở người trong
các nhà cao tầng. 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 trong nước xuất
hiện, trong đó công ty Thang máy Thiên Nam (Thien Nam Elevator-Co) là một
trong những công ty đầu tiên hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, thi công, lắp đặt và
cung ứng thang máy lớn nhất trong nước, sánh vai cùng các công ty thang máy Tự
động (Tu dong Elevator-Co), công ty thang máy Thái Bình (Thai Binh Elevator-
Co). Các công ty này có cùng mục đích là nghiên cứu và lắp đặt các loại thang máy
có chất lượng cao của các hãng nổi tiếng thế giới như: Otis Elevator (Mỹ),
7
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
Mitsubishi (Nhật), Nippon Elevator, Fuji Elevator (Nhật), LG Elevator (Hàn Quốc),
Techno (Italia)… Đồng thời tự sản xuất các loại thang có chất lượng và giá thành
cạnh tranh trong các công trình có yêu cầu về chất lượng tương đối cao.
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.
- Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản.
Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn 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.
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.
1.3. 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 công 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:
1.3.1. Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993)
a. 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
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách. Gia tốc
tối ưu là a < 2m/s
2
.
b. Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở người nhưng có tính đến hàng
hóa mang kèm theo người
Loại này thường được dùng cho các siêu thị, khu triển lãm…
c. Loại thang máy chuyên chở bệnh nhân
Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng,…
8
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
Đặc điểm của nó là kích thước thông 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.
d. 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 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.
e. Thang máy chuyên chở hàng không 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 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.
1.3.2. Phân loại theo thông số cơ bản
a. Theo tốc độ di chuyển của cabin
Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s
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.
b. Theo khối lượng vận chuyển của cabin
Thang máy loại nhỏ: Q < 500 kg. Thường dùng trong thư viện, trong
9
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
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.
1.3.3. Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo
a. 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.
b. Đối với thang máy thuỷ lực
Buồng đặt tại tầng trệt.
1.3.4. Theo hệ thống vận hành
a. Theo mức dò tự động
Loại nửa tự động
Loại 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 cabin
Điều khiển ngoài cabin
Điều khiển cả trong và ngoài cabin.
1.3.5. 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 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
10
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng, thanh răng (chuyên để
chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng).
b. Thang máy thủy lực (bằng xylanh - pittông)
Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh – pittông
thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thủy lực với hành
trình tối đa khoảng 18m. Vì vậy không thể trang bị cho các công 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 công trình khi có cùng số tầng phục vụ vì buồng máy đặt ở tầng
trệt.
c. Thang máy nén khí.
1.3.6. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang
a. Đối trọng bố trí phía sau
b. Đối trọng bố trí một bên
1.3.7. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin
a. Thang máy đứng thẳng
b. Thang máy nghiêng
c. Thang máy zigzag
1.3.8. Theo kết cấu các cụm cơ bản
a. 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 (v > 2,5m/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.
b. Theo hệ thống cân bằng
11
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
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.
c. Theo cách treo cabin và đối trọng
Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin
Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin
Đẩy từ phía đáy cabin thông qua các puly trung gian.
d. Theo hệ thống cửa cabin
Đóng mở cửa bằng tay: Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở
trong hoặc ở ngoài mở cửa và đóng cửa cabin và cửa tầng.
Đóng mở cửa 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.
e. Theo bộ hãm bảo hiểm cabin
Hãm tức thời, loại này dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến
45m/ph.
Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 0,5 m/s và
thang máy chở bệnh nhân.
1.4. TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY
1.4.1. Tổng thể cơ khí 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: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền
động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển khác.
12
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng
không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong phòng
máy (trên sàn tầng cao nhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1).
Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hoàn chỉnh
hơn, an toàn thuận tiện hơn.
Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên (hình 1.2)
Hình 1. 2. Kết cấu cơ khí của 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.
13
Đ
ồ
án t
ố
t nghi
ệ
p
Khoa Đi
ệ
n
–
Đi
ệ
n t
ử
GVHD: Th
.S
Nguy
ễ
n Th
ị
Ng
ọ
c So
ạ
n
SVTH: Nguy
ễ
n Công Minh
1.4.2. Thiết bị lắp đặt trong buồng máy
1.4.2.1. Cơ cấu nâng
Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang tạo ra lực kéo
chuyển động buồng thang và đối trọng.
Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau: bộ phận kéo cáp (puly hoặc tang quấn
cáp), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động. Trong thang
máy thường dùng hai cơ cấu nâng là cơ cấu nâng có hộp số và cơ cấu nâng
không dùng hộp số.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
a. Cơ cấu nâng có hộp số b. Cơ cấu nâng không hộp số
Hình 1. 3. Cơ cấu nâng thang
+ Cơ cấu nâng có hộp số là động cơ được chế tạo thêm thiết bị làm thay
đổi tốc độ quay (còn gọi là hộp số).
+ Cơ cấu nâng không hộp số là động cơ được thiết kế đặc biệt, vận tốc
quay chậm phù hợp với yêu cầu mà không cần thiết bị thay đổi tốc độ. Cơ cấu
nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao.
1.4.2.2. Tủ điều khiển
Chứa các thiết bị đóng ngắt, điều khiển và giám sát hoạt động của thang gồm
mạch điều khiển chính (PLC hoặc vi điều khiển), biến tần, cầu chì các loại, công
tắc tơ và các loại rơle trung gian
