Đồ án thiết kế hệ điều khiển logic cho thang máy 5 tầng BKĐN

Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

SVTH : Trần Thanh Kiên

1


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

I. Khái niệm chung và lịch sử phát triển của thang máy
1, Khái niệm chung,
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng
hoá, vật liệu, ... theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn
15o so với phương thẳng đứng theo mét 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, ... Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với phương tiện vận
chuyển khác là thời gian của mét chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển
lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là
mét 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 toà 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 ..., tuy sè 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 toà 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 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 phạm.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, hoặc cabin lên xuống được
thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ cac thiết bị an
toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, bộ
hãm bảo hiểm, công tắc an toàn của cabin ... với từng yêu cầu của loại thang
và mức độ yêu cầu sử dụng.

SVTH : Trần Thanh Kiên

2


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

2, Lịch sử phát triển thang máy

Hình 1.1: Thang máy sơ khai
Cuối thế kỷ19, trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời

như OTIS (Mỹ), Schindler (Thụy Sỹ). Chiếc thang máy đầu tiên 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 mở bằng tay, tốc độ di chuyển cabin thấp. Đến thế kỷ thứ 20, có
nhiều hãng thang máy ra đời như KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPON
ELEVATOR, ... (Nhật Bản), THYSEN (Đức) ... đã chế tạo các loại thang
máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450
m/ph, những thang máy chở hàng đã đạt 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 thang máy đã đạt tới 600 m/ph. 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 tựa 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 loại động cơ điện cảm ứng tuyến tính.

SVTH : Trần Thanh Kiên

3


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những loại thang máy
có tốc độ đạt tới 750 m/ ph và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt
khác.

Với tốc độ đô thị hóa chóng mặt và sự phát triển của công nghiệp
hoá cũng như các yêu cầu tiện nghi của con người nên việc sử dụng thang
máy tăng rất nhanh, theo thống kê của hãng HITACHI (Nhật Bản) thì cách
đây 10 năm tại Nhật lắp thêm 20000 chiếc, tại Hàn Quốc lắp thêm 15000
chiếc, và tại Trung Quốc là 10000 chiếc.
Thang máy hiện nay được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều
kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình.

Hình 1.2 : Thang máy ngày nay
II,

Phân loại

2. 1. Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) thang máy được phân thành 5
loại
a, Thang máy chuyên chở người
Loại này chuyên để vận chuyển hành khách trong các khách sạn,
công sở nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, ...
b, Thang máy chuyên chở người có hàng đi kèm
Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm ..

SVTH : Trần Thanh Kiên

4


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

c, Thang máy chuyên chở bệnh nhân
Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng, ...
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
dông 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.
d, Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm
Loại này thường được dùng trong các nhà máy, công xưởng, kho,
thang dùng cho nhân viên khách sạn ... , chủ yếu dùng để chở hàng nhưng có
người đi kèm để phục vụ.
e, Loại thang chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách
sạn, nhà ăn tập thể ... Đặc điểm của loại này là chỉ có điều khiển ở ngoài
cabin (trước các cửa tầng), còn các loại thang khác nêu ở trên vừa điều khiển
cả ở trong và ngoài cabin.
Ngoài ra còn có các loại thang chuyên dùng đặc biệt khác như:
thang máy cứu hoả, chở ôtô ... Đối với các thang đặc biệt có tải trọng lớn
thường có kích thước lớn, kết cấu khá phức tạp và vận tốc thường rất nhá...
Khi chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng thường cần có các giấy cho phép của
các cơ quan có chức năng.
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 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
thang dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng.

SVTH : Trần Thanh Kiên

5

Đồ án : Điều khiển logic

SVTH : Trần Thanh Kiên

GVHD : Lê Quốc Huy

6


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

b, Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông)
Đặc điểm của loại thang này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ
pittông – xylanh thuỷ lực nên bị hạn chế hành trình, tối đa hiện nay thang
máy thuỷ lực có hành trình khoảng 18 m.

c, Thang máy khí nén
Về nguyên lý ta vẫn 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.
2.3. Theo vị trí đặt bộ tời kéo
- Đối với thang máy điện:
+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang
+ Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang
Đối với các thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng
thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
Đối các thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt.

SVTH : Trần Thanh Kiên

7


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

2.4. Theo hệ thống vận hành
a, Theo mức độ 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.
2.5. Theo các thông số cơ bản
a, Theo tốc độ di chuyển của cabin:
- Loại tốc độ thấp:
v < 1 m/ s
- Loại tốc độ trung bình: v = 1 ~ 2, 5 m/ s
- Loại tốc độ cao:
v = 2, 5 ~ 4 m/ s
- Loại tốc độ rất cao:

v > 4 m/ s
b, 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
2.6. 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, 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
- Bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho
cabin lên xuống.
b, Theo hệ thống cân bằng:
- Có đối trọng
- Không có đối trọng
- Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho nhưng thang máy có hành
trình lớn
- Không có cáp hoặc xích cân bằng.
SVTH : Trần Thanh Kiên

8


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

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 dưới đáy cabin lên thông qua các puly trung gian
d, Theo hệ thống cửa cabin:
- Theo phương pháp đóng mở cửa cabin: đóng mở cửa bằng tay,
đóng mở cửa nửa tự động, đóng mở cửa tự động.
- Theo kết cấu của cửa
- Theo số cửa cabin
e, Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cabin:
Do có nhiều lối ra vào (7 hoặc 8 lối) nên sàn cabin có hình bát
giác, đây là loại cabin đặc biệt có kết cấu khá phức tạp.
Cabin cần có 2 sàn, sàn tĩnh và sàn động, sàn động có thể quay và
dừng chính xác tại một điểm nào đó (trước một cửa cabin để đưa hàng hoá
ra hoặc vào). Do đó ta cần thiết kế cơ cấu quay đặt trong cabin
Đây là loại thang máy đặc biệt, do vậy khi chế tạo, lắp đặt, vận
hành cần theo các quy định và cần sự cho phép của cơ quan có chức năng.
Với đặc điểm của thang máy cần thiết kế và tham khảo các tài liệu
về thang máy cũng như các điều kiện chế tạo ở Việt Nam ta thiết kế thang
máy với các thông số kỹ thuật :
+ Tốc độ nâng của cabin: 8 m/ ph
+ Vận tốc quay của sàn động: 1 v/ ph
+ Hệ thống điều khiển: VVVF
Các thông số trên có thể điều chỉnh trong quá trình thiết kế.

SVTH : Trần Thanh Kiên

9


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

CHƯƠNG II :
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, LỰA
CHỌN PHƯƠNG ÁN

SVTH : Trần Thanh Kiên

10


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

I, Cấu tạo, chức năng, vị trí lắp đặt các bộ phận của thang máy :
1.1, Cấu tạo
Những loại thang máy hiện đại thường có kết cấu cơ khí phức tạp
nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Dưới đây ta chỉ đề cập
tới cấu tạo và vị trí lắp đặt chung nhất của các thiết bị.

Hình 2.1 : Cấu tạo thang máy
SVTH : Trần Thanh Kiên

11


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

1.2, Vị trí lắp đặt, chức năng của từng bộ phận

Hình 2.2 : Vị trí lắp đặt từng bộ phận
Hình trên là cấu tạo chung của thang máy chở người, cơ chế vận hành như
sau:
- Giếng thang (15) được đặt dọc theo chiều cao toà nhà.
- Phòng máy (22) thường bố trí ở trên đỉnh của giếng thang.
- Hố thang (10) được bố trí dưới đáy giếng thang, bên dưới sàn tầng thấp
nhất của toà nhà.
Tất cả các thiết bị cơ, điện được lắp đặt kín và an toàn trong giếng
thang, phòng máy:
- Ray dẫn hướng (12), (13): được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng
cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang. Ray dẫn hướng
đảm bảo cho đối trọng và cabin luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong
giếng thang và không bị dịch chuyển theo phương ngang trong quá trình
chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hướng phải đảm bảo độ cứng để giữ trọng
lượng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên ray dẫn hướng cùng với các

SVTH : Trần Thanh Kiên

12

Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trường hợp
đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép).
- Giảm chấn (11): được lắp đặt dưới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và
đối trọng trong trường hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dưới,
vượt quá vị trí đặt công tắc hạn chế hành trình cuối cùng. Giảm chấn phải có
độ cao đủ lớn để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống
cần thiết phía dưới sao cho gia tốc dừng cabin hoặc đối trọng không vượt
quá giá trị cho phép được uy định trong tiêu chuẩn; đồng thời đảm bảo được
một khoảng trống an toàn cho việc sửa chữa.
- Motor kéo (21):thường lắp ở phòng máy trên nóc giếng thang (đôi khi cũng
lắp ở Hố thang). Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định
làm quay puli kéo cabin lên xuống. Motor kéo được liên kết với cabin và đối
trọng bằng các sợi cáp nâng (20) thông qua hệ thống puli ma sát của motor
và các puli trên hệ thống treo (19) của cabin và đối trọng. Khi Motor kéo
hoạt động, puli ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin
và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Motor là
một phần tử quan trọng ảnh hưởng rất nhiều tới chất lượng hoạt động của
thang, nó được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điều khiển
điện tử ở Tủ điều khiển (Control Panel).
- Trên Motor kéo còn gắn một bộ Phanh: nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho
cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng. Khối tác động là hai má phanh kẹp lấy
tang phanh. Tang phanh gắn đồng trục với trục động cơ. Hoạt động đóng mở
của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ.
- Bộ hạn chế tốc độ (2): Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một
nguyên nhân nào đó vượt quá vận tốc cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ
cấu khống chế cắt điều khiển motor và bộ Hãm bảo hiểm sẽ làm việc.

- Cáp của bộ hạn chế tốc độ (8): liên kết bộ hạn chế tốc độ (2) với hệ thống
tay đòn của bộ Hãm bảo hiểm (17) và bộ căng cáp hạn chế tốc độ (9). Khi
đứt cáp hoặc cáp trượt trên rãnh puli do không đủ ma sát mà cabin đi xuống
vượt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ (2) tác động (qua cáp 8) lên bộ
Hãm bảo hiểm (17) để dừng cabin tựa trên các Ray dẫn hướng trong giếng
thang. Ở một số thang máy, bộ Hãm bảo hiểm và bộ phận hạn chế tốc độ còn
được trang bị cho cả Đối trọng.
- Cabin (18) và Đối trọng (14): Cabin Là một phần tử chấp hành quan trọng
SVTH : Trần Thanh Kiên

13


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

trong thang máy, là nơi chở người hay hàng hoá đến các tầng. Để đảm bảo
cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống, có tải hay không
có tải người ta sử dụng một Đối trọng có chuyển động đồng phẳng với cabin
nhưng theo chiều ngược lại.
- Cabin và Đối trọng được treo trên hai đầu cáp nâng (20) nhờ vào Hệ thống
treo (19): Hệ thống này đảm bảo cho các nhánh cáp riêng biệt có sức căng
như nhau. Cáp nâng được vắt qua các rãnh cáp của puli ma sát của Motor
kéo. Khi chuyển động, cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hướng trong
giếng thang nhờ các Ngàm dẫn hướng (16). Hệ thống cáp nâng, ray dẫn
hướng, cabin và đối trọng nằm trong một mặt phẳng để đảm bảo chuyển
động êm nhẹ, chính xác, không rung giật trong quá trình di chuyển. Cabin,
hộp Giảm tốc, đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp
nhàng do Motor kéo điều chỉnh. Cabin phải đảm bảo có kích thước phù hợp,

tính thẩm mỹ cao và các tiện nghi như ánh sáng, quạt gió, điều hoà, âm
thanh, panel vận hành ... gây cảm giác dễ chịu, thuận tiện cho khách khi ở
trong cabin. Các thiết bị phụ khác như quạt gió, chuông, điện thoại liên lạc,
các chỉ thị số báo chiều chuyển động, panel vận hành… được lắp đặt trong
cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy.
- Cửa cabin (4) và Cửa tầng (7): thường là loại cửa lùa về một bên hoặc hai
bên và chỉ đóng mở khi Cabin dừng chính xác trước cửa tầng nhờ cơ cấu
đóng mở cửa (Động cơ mở cửa (3)) đặt trên nóc Cabin. Cửa Cabin và Cửa
tầng được trang bị khoá liên động và các tiếp điểm điện để đảm bảo an toàn
cho thang máy hoạt động.
Động cơ mở cửa là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra momen mở cửa
cabin kết hợp với mở cửa tầng. Khi cabin dừng đúng tầng, rơle thời gian sẽ
đóng mạch điều khiển động cơ mở cửa, hoạt động theo một quy luật nhất
định, đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may
một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang đòng thì cửa sẽ tự động mở
ra nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có găn phản hồi với động cơ qua Hệ thống
điều khiển (Control Panel).
Thang sẽ không hoạt động nếu một trong các tiếp điểm chưa đóng kín hẳn.
Hệ thống khoá liên động cũng đảm bảo đóng kín các cửa tầng và không mở
được từ bên ngoài khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng. Cửa tầng và cửa
cabin được đóng mở đồng thời. Tại các điểm trên cùng và dưới cùng có đặt
các công tắc hạn chế hành trình cho cabin.
- Hệ thống điều khiển (Control Panel)(1): là các thiết bị điện, điện tử điều
khiển theo lập trình đảm bảo cho thang máy hoạt động theo đúng chức
SVTH : Trần Thanh Kiên

14


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

năng yêu cầu. Thang máy chở người thường dùng nguyên tắc điều khiển kết
hợp cho năng suất cao (cùng lúc có thể nhận nhiều lệnh điều khiển hoặc gọi
tầng cả khi thang dừng và khi chuyển động). Các nút ấn trong cabin
cho phép thực hiện các lệnh chuyển động đến các tầng cần thiết. Các nút ấn
ở cửa tầng cho phép hành khách gọi cabin đến cửa tầng đang đứng. Các đèn
tín hiệu ở cửa tầng và trong cabin cho biết trạng thái làm việc của thang máy
và vị trí của cabin.
1.3, Nguyên lý hoạt động và sử dụng thang máy
Thang máy hoạt động theo các nguyên tắc sau :
1.3.1 ) Nguyên tắc di chuyển lên xuống, đóng và mở cửa
- Buồng thang chỉ hoạt động khi cửa đã hoàn toàn đóng
- Cửa chỉ mở khi buồng thang dừng đúng tầng
- Cửa sẽ tự động mở hoặc đóng khi nhận được yêu cầu
- Sau khi đến tầng, thang dừng sau 5s rồi tự động mở cửa đón trả khách
trong vòng 60s. Trong 60s, nếu khách đã vào đủ, chỉ cần ấn nút đóng cửa
thnag máy chờ 5s và tiếp tục hành trình. Trường hợp nếu có ai đó muốn
quay ra cũng có thể ấn nút mở cửa để đi ra trong thời gian này.
1.3.2) Nguyên tắc báo tầng
Để xác định vị hiện tại của thang nhờ cảm biến quang ở mỗi tầng. Khi buồng
thang ở tầng nào thì cảm biến nhận tín hiệu ở tầng đó và đưa về điều khiển
báo ví trí của buồng thang.
1.3.3) Báo sự cố :
Trong 60s đón trả khách, nếu trọng lượng trong buồng thang vượt quá trọng
tải định mức ( 500kg ), thang máy sẽ báo sự cố bằng cách hú còi, lúc này
cửa buồng thang sẽ để mở, thnag máy k thực hiện bất kỳ một lệnh nào cho
tới khi tải trọng bên trong buồng thang xuối dưới định mức.
1.3.4 Sử dụng thang máy

a. Gọi thang máy từ bên ngoài buồng thang (ở các tầng)

SVTH : Trần Thanh Kiên

15


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

Hình 2.3 Mô hình điều khiển thang máy từ bên ngoài buồng thang
Gọi thang:
• Hai nút ấn: Một nút để gọi cho thang đi lên, một nút để gọi thang đi
xuống. Riêng ở tầng dưới cùng chỉ có một nút(là đi lên hoặc đi xuống).
• Đèn báo tầng và báo chiều cho biết vị trí và chiều hoạt động hiện
của cabin thang máy. Khi muốn gọi thang, hành khách chỉ cần ấn vào
nút gọi tầng theo chiều muốn đi, tín hiệu đèn sẽ sáng lên, đèn báo hiệu
hệ thống đã ghi nhận lệnh gọi.
Đáp ứng của thang sau lệnh gọi: Nếu buồng thang đang ở một vị trí nào đó
khác với tầng mà hành khách vừa gọi, thang sẽ di chuyển đến tầng đó theo
thứ tự ưu tiên như sau :
• Nếu thang di chuyển cùng chiều với lệnh gọi thang và di chuyển ngang
qua tầng mà hành khách khách đang đứng gọi, thì khi đến tầng được gọi,
thang sẽ dừng lại và đón khách.

SVTH : Trần Thanh Kiên

16

Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

• Nếu thang đang di chuyển theo chiều ngược với chiều hành khách muốn
đi, hoặc cùng chiều nhưng không đi ngang qua, thì sau khi đáp ứng hết
các nhu cầu của chiều đó, thang sẽ quay trở lại đón khách.
• Nếu buồng thang đang ở ngay tại tầng mà hành khách vừa gọi, buồng
thang sẽ mở cửa đón khách.
b. Gọi thang từ bên trong buồng thang:
Trong buồng thang có bảng điều khiển phục vụ cho việc đi thang của khách.
Bao gồm các nút có chức năng sau:
Bảng điều khiển bên trong thang máy
• Các nút mang số : Đại diện cho các tầng mà thang phục vụ.
• Nút mở cửa : Dùng để mở cửa (chỉ có tác dụng khi thang dừng tại tầng).
• Nút đóng cửa : Dùng để đóng cửa (chỉ có tác dụng khi thang dừng tại
tầng).
Khi đã vào bên trong buồng thang, muốn đến tầng nào, khách ấn nút
chỉ định tầng đó, thang máy sẽ lập tức di chuyển và tuần tự dừng tại các
tầng mà nó đi qua. Cửa buồng thang và cửa tầng được thiết kế đóng mở tự
động. Khi buồng thang di chuyển đến một tầng nào đó, sau khi ngừng hẳn,
cửa buồng thang và cửa tầng sẽ tự động mở để khách có thể ra (vào) buồng
thang, sau vài giây cửa sẽ tự động đóng lại. Sau đó thang máy sẽ thực hiện
lệnh tiếp theo. Nếu không muốn chờ hết khoảng thời gian cửa đóng lại,
khách có thể ấn nút DC để đóng cửa buồng thang.
II, Yêu cầu công nghệ
Trong đồ án này chúng ta chỉ quan tâm đến thang máy chở người nên yêu
cầu về công nghệ của thang máy trong trường hợp này rất chặt chẽ bởi ngoài
sự điều chỉnh về kỹ thuật chính xác thì vấn đề an toàn và sự thoải mái của

người sử dụng thang máy cũng phải được quan tâm .Một số thông sốảnh
hưởng rất trực tiếp đến vấn đề này cần phải được phân tích một cách kỹ
lưỡng ,sau đây ta sẽ xem xét chi tiết về các thông số này
2.1.Tốc độ:
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định đến năng suất của thang
máy và có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng . Đối với nhà
chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v≈3.5m/s) giảm thời gian

SVTH : Trần Thanh Kiên

17


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

quá độ di chuyển trung bình của thang máy đặt gần bằng tốc độ định mức .
Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến sự phát triển giá tiền . Tốc độ di chuyển
của thang máy có thể tăng bằng cánh giảm thời gian mở máy và hãm máy
dẫn tới tăng tốc độ .
2.2.Gia tốc :
Vấn đề khó khăn là gia tốc sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách
(như chóng mặt ,ngạt thở ) Thường thì gia tốc tối ưu a ≤ 2m/s2, Độ giật là
đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng của gia tốc khimở náy và độgiảm của
gia tốc hãm ,hay nói cách khác là đạo hàm bậc nhất của gia tốc và là đạo
hàm bậc hai đối với vận tốc p = da/dt . Độ giật có ảnh hưởng lớn tới độ êm
dịu của cabin . Khi gia tốc a ≤ 2m/s2 thì độ giật ≤ 20 m/s3.
2.3.Dừng chính xác buồng thang :
Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt bằng của tầng

cần dừng sau khi ấn nút dừng ,(hay gặp lệnh dừng trong mạch điều khiển ) là
một trong những yêu cầu quan trọng trong yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang
máy . Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :
Đối với thang máy chở khách sẽ làm cho hành khách ra vào khó khăn, tăng
thời gian ra vào dẫu đến giảm năng suất .
2.4.Các yêu cầu đặt ta cho bài toán điều khiển thang máy:
Đòi hỏi người thiết kế thang máy phải giải quyết chính xác và triệt để
các yêu cầu về kỹ thuật này :
Các yêu cầu về an toàn, đây là những yêu cầu rất quan trọng ví dụ như
thang máy chỉ được phép vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng hay
khi thang máy quá tải thì không vận hành .
Các yêu cầu về điều khiển vị trí cabin : khi dừng thang máy đòi hỏi
phải dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng
đúng tại sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất .
Các yêu cầu về điều khiển gia tốc và vận tốc ,phải đảm bảo sinh lý cho
hành khách đi trên thang máy .Người điều khiển phải điều chỉnh tốt tốc độ ,
gia tốc của thang máy sao cho không gây nên tâm lý hoảng loạn ,thiếu tin
cậy ở khách hàng.
III, Lựa chọn phương án
Đề tài : “ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 4 TẦNG 2 CẤP TỐC ĐỘ ’’
Theo cầu của đề tài và qua tìm hiểu chúng em chọn các thông số cho thang
máy như sau :
SVTH : Trần Thanh Kiên

18


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

• Thang máy chở người 4 tầng 2 cấp tốc độ
• Chiều cao trần nhà 4m
• Trọng lượng Cabin 1000kg
• Trọng lượng định mức 500kg
• Tốc độ thang 1m/s
• Gia tốc cực đại 1.5m/
• Độ giật khi động cơ khởi động và hãm 15m/

Hinh2.4 : Sự phụ thuộc của quãng đường S, vận tốc v, gia tốc a, độ giật p,
theo thời gian.
- Biểu đồ trên chia làm 5 giai đoạn : mở máy,chế độ ổn định,hãm xuống tốc
độ thấp,buồng thang đến tầng và hãm dừng.
* Tiến hành tính toán:
*, Khởi động
Ta có phương trình tốc độ, phương trình gia tốc và phương trình quảng
đường :
S=
a=

a = pt + a0;
;

v=

SVTH : Trần Thanh Kiên

;

19

Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

pt2 + a0t + v0

v=

s=

pt2 +

at2 + v0 + s0 ;

● Thời gian khởi động :
Chọn amax = 1,5 cm/s2, p = 15 cm/s3;
a = 15t1 + 0 ( a0 = 0 );
1,5/15 = t1 = 0,1 (s);
t1 = 0,1 (s)

*15*0,12 = 0,075 (m/s2);

v1=

*15*0,12 = 0,025 (m);

quãng đường s1 =

vận tốc v3 = – p(t3 – t2)2 + amax(t3 – t2) + v2
mà ta có: v2 = v1 + amax (t2 – t1); v3 = vmax = 1( m/s);
1 = – *15*0,12 + 1,5*0,1 + 0,075 + 1,5(t2 – t1)
t2 – t1 = 0,6 (s)

t2 = 0,7 (s)

thời gian mở máy : T = t1 + (t2 – t1) + (t3 – t2) = 0,1 + 0,6 + 0,1 = 0,8 (s);
các quãng đường tương ứng: S1 = 0,025 (m);
│s2 – s1│ = │s2│ =

a(t2 – t1)3 +

amax( t2 – t1)2 + v1(t2 – t1) = 0,315 (m);

│s3 – s2│ = │s3 │=

p(t3 – t2)3 +

amax( t3 – t2)2 + v2(t3 – t2)

Theo trên ta có: v2 = v1 + amax (t2 – t1) = 0,075 + 1,5*0,6 = 0,975 (m/s);
│s3│=

*15*0,13 +

*15*0,12 + 0,975*0,1 = 0,1075 (m);

Quá trình khởi động:
● 0,1 giây đầu: a

amax

s1 = 0,0025 (m) ; a = 1,5 (m/s2); v = 0,075 (m/s);

● 0,6 giây tiếp theo: a = const; s2 = 0,315 (m); v = 0.975 (m/s);
● 0,1 giây cuối: 0

vbh; s3 = 0,1075 (m); a = 0 ; v = 1 (m/s);

Tkđ = 0,8 (s); skđ = 0,025 + 0,315 + 0.1075 = 0,425 (m);
*, Hãm
SVTH : Trần Thanh Kiên

20


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

V4 = – pt2 + v3 = – p( t4 – t3)2 + 1 = 0,925 (m/s);
Với ( t4 – t3) = 0,1(s); t = 1(s);
V5 = –1,5( t5 – t4) + v4;
V6 = 0,2 =

p(t6 – t5)2 – 1,5(t6 – t5) + v5;

Mà t6 – t5 = 0,1 (s);
0,2 =

*15*0,12 – 1,5*0,1 + 0,925 – 1,5(t5 – t4)

(t5 – t4) = 0,4333 (s);
tổng thời gian quá trình hãm: T = 2*0,1 + 0,433 = 0,633 (s);
quãng đường hãm: S = │s4│+│s5│+│s6│ = │s4 – s3│+│s5 – s4│+│s6 – s5│
Với
● │s4│=

pt3 + v0t = 0.1025 (m);

●│s5│=

*(-1,5)*0,4332 + 0,433 = 0,256 (m);

●│s6│=

p(t6 - t5)3 + v5 = 0,03 (m);

S = 0.1025 + 0,256 + 0,03 = 0,3885 (m);
Quãng đường từ khi gặp công tắc hành trình tính tới khi thang máy dừng hẳn
là 0,08 (m);
Với ∆s = 0,04 (m); (quảng đường của buồng thang trượt đi khi phanh hãm);
quãng đường thang máy làm việc ổn định:
S = 4 – 0,3885 – 0,425 – 0,08 = 3,1065 (m);
thời gian thang máy chuyển động đều:
• t=

= 3,1065 (s);

thời gian sau khi giảm tốc tới lúc hãm phanh:
t=

= 0,2 (s);

SVTH : Trần Thanh Kiên

21


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

thời gian hãm phanh tới lúc dừng hẳn:

t=

= 0,4 (s);

thời gian thang máy hoàn thành hết 1 chu kỳ ngắn nhất:
T= 0,8 + 3,1065 + 0,633 + 0,2 + 0,4 = 5,1395(s);
Qua quá trình tính toán, ta thấy : việc khởi động, điều khiển động cơ nâng,
hạ sao cho thỏa mãn những yêu cầu của thang máy ( vận tốc, độ giật, về gia
tốc …) thì ở đây ta sử dụng biến tần để khởi động, điều khiển tốc độ động
cơ. Ngoài ra, chúng ta sẽ sử dụng kết hợp biến tần với PLC để điều khiển
động cơ nâng, hạ cabin sao cho quá trình làm việc được logic hóa, không
xảy ra mâu thuẫn giữa các quá trình, hợp lý trong từng khâu điều khiên.

SVTH : Trần Thanh Kiên

22


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

CHƯƠNG III :
THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC,
MẠCH ĐIỀU KHIỂN

SVTH : Trần Thanh Kiên

23


Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

Hình 3.1 : Sơ đồ tổng quan về điều khiển thang máy

I, Mạch động lực:
1, Tính chọn động cơ nậng hạ cabin

SVTH : Trần Thanh Kiên

24

Đồ án : Điều khiển logic

GVHD : Lê Quốc Huy

Hình 3.2: sơ đồ động học của thang máy
H : khoảng cách tâm của 2 puli,
D = 0,4 đường kính puli,
hdt : triều cao đối trọng,
hcb : chiều cao buồng thang ( cabin),
gc : khối lượng dây cáp,
g = 9,8 m/s2 gia tốc trọng trường ,
k = 1,2 : hệ số ma sát thanh dẫn hướng, cabin, đối trọng,
Gđm = 500 kg : khối lượng tải trọng tối đa của thang máy,
Gcb = 1000 kg : khối lượng của cabin,

SVTH : Trần Thanh Kiên

25