Thiết kế hệ thống thang máy 4 tầng, ứng dụng PLCS7 200

TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang bước vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Vì vậy mà ngành khoa học kỹ thuật cũng được phát triển một cách nhanh chóng và
được áp dụng phổ biến rộng rãi vào thực tế.
Sau ba năm học tập, rèn luyện tại trường em được giao đề tài tốt nghiệp
“Thiết kế hệ thống thang máy 4 tầng, ứng dụng PLCS7-200 ” đề tài này là một
chuyên ngành đang rất phổ biến ở Việt Nam.
Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng
những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc
biệt là sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Mạnh Thắng và một số thầy cô giảng dạy
trong khoa điện của Trường Cao Đẳng Công Thương TPHCM để hoàn thành đồ
án này. Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý
thầy thông cảm và bỏ qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy!

Nhóm sinh viên Thiết kế

1


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
GVHD:

Nguyễn Mạnh Thắng

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Giáo viên hướng dẫn

2


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
GVPB:……………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….

3


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa điện
Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô
trong bộ môn đã truyền thụ cho nhóm chúng em những kiến thức quý báu trong
thời gian qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Mạnh Thắng, giảng viên
Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tâm hướng dẫn,
cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm có thể hoàn thành đồ án
này.

4


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
MỘT VÀI HÌNH ẢNH VÀ THÀNH PHẦN MÔ HÌNH

5


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Thành phần mô hình bao gồm:

•
•
•
•
•
•
•
•
•

1 PLC s7-200, cpu 224 AC/DC/RLY.
4 role trung gian 8 chân 24V - DC.
1 động cơ kéo thùng 220v AC.
1 động cơ kéo của DC - 24V.

10 công tắc hành trình.
10 nút nhấn, 1 led 7 đoạn báo tầng.
1 bộ nguồn 24V, 1 bộ nguồn 5V.
2 CB, 1 cầu chì bảo vệ, dây dẫn điện……
………

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY.
1.1.1. Khái niệm chung 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.
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
6


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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 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.
1.1.2. Lịch sử phát triển Thang Máy.
Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới 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 chế tạo thành công những thang máy khác. Lúcđầu bộ tời kéo chỉ có
một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển
của cabin thấp.
Đầu thế kỷ thứ 20, có 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 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 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 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 điện
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.
Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ và
một số nước Đông Âu cung cấp. Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công
nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng. Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn.

7

TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một số hãng thang
máy đã ra đời nhằm 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 với giá thành rất cao.
+Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác.
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.
1.1.3. 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:
1.1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744-1993) thang máy được phân thành 5
loại.
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 v.v...
b)Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm.
Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm v.v...
c)Loại 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 thuỷ cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoạc 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.

d)Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm.
Loại thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho, thang máy

8


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

dùng cho nhân viên khách sạn v.v... chủ yếu để chở hàng nhưng có người đi
kèm để phục vụ.
e)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...
1.1.3.2. 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 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 ).
b) 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 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
có cùng số tầng phục vụ, vì buồng máy đặt ở tầng trệt.
c) Thang máy nén khí.
1.1.3.3. 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.

9

khi


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

+ Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì
hệ tời dẫn động đặt ngay trên nóc.
Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt.
1.1.3.4. 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 .
1.1.3.5. Theo các thông số cơ bản.
a) Theo tốc độ di chuyển của cabin.
+ Loại tốc độ thấp:
ν <1 m/s;
+ Loại tốc độ trung bình:

ν < 1 - 2,5 m/s;

+ Loại tốc độ cao:

ν <2,5 - 4 m/s;

+ Loại tốc độ rất cao:
ν > 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.
1.1.3.6. 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 (ν >2,5 m/s);
+ Bộ tời kéo sứ 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);
10


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

+ 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.
+ 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.
+ 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 ;

11


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- 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);
- 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.

e) 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.
1.1.3.7. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang.
a) Đối trọng bố trí phía sau.
b) Đối trọng bố trí một bên.
1.1.3.8. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin.
a) Thang máy thẳng đứng.
b) Thang máy nghiêng.
c) Thang máy zigzag
1.2. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THANG MÁY.
1.2.1 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 luôn cho động cơ phanh, làm nhả các má
phanh kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được.

12


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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.
1.2.1.1 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.
Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nó
bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm
được biểu diễn trên hình 1-1.
Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm 2 trượt
theo thanh hướng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. Nằm giữa hai
cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4. Hệ
truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái.

Hình 1-1: Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn
chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền
3 sẽ làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng
và hạn chế tốc độ của buồng thang.
b. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín .

13


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 1-2 :

Nguyên lý làm việc của
bộ hạn chế tốc độ
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.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ được minh hoạ trên hình 1-2.
Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay được là nhờ chuyển động của cáp qua
ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hướng cho cáp. trường hợp cáp bị đứt hay bị
trượt thì vận tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển
động cùng với Cabin. Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3
đập vào cam 4. Cam 4 tác động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại.
Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6 kẹp chặt cáp lại. Trong khi đó Cabin vẫn rơi

14


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm
việc.
Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả. Theo
kinh nghiệm tốc nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của thang.
1.2.1.2 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố.

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ và
hệ thống báo sự cố. Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người
kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm
tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động.
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 không cho phép, còn
khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để thực hiện
điều này người ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy
thang. Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành
khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy.
- 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.
- 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.
1.2.2. Dứng chính xác buồng thang.
1.2.2.1. Dừng chính xác buồng thang.
Buồng thang của thang máy cần phải dùng chính xác so với mặt bằng của tầng
cần dừng sau khi đã ấn nút dừng . Nếu buồng thang dừng không 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 xuất.
15

TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng.
Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng.
Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc 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: mômen cơ cấu phanh, mômen quán 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]
(2-1)
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. v20

2(Fph ± Fc )

, [m]
(2-2)
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 (2-2) 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:
D
2
S" =
2i (M ph ± M c )
J .ω 20 .

16

, [m]

(2-3)


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang,
[kgm2]
Mph - mômmen ma sát, [N]

Mc - mômen cản tĩnh, [N]
ω0 - 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:
D
2
S = S, + S" = v0 . ∆t +
2i (M ph ± M c )
J .ω 20

(2-4)
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 không chính xác lớn nhất) là :
∆S =

S2 − S1
2

(2-5)
Trong đó :
S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh
S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 1-3.
Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác
khi dừng ∆s.
Bảng 2-1

Hệ truyền động điện

Phạm

Tốc độ

vi điều

Di
chuyển

chỉnh
tốc độ

Độ không

[m/s]

Gia

chính xác

tốc

khi dừng

[m/s2 [mm]
]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc

17

1:1

0,8

1,5

± 120 ÷ 150


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

1cấp tốc độ
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2
cấp tốc độ

1:4

0,5

1,5

± 10 ÷ 15

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2
cấp tốc độ

1:4

1

1,5

± 25 ÷ 35

Hệ máy phát - động cơ (F - Đ)

1 : 30

2,0

2,0

± 10 ÷ 15

Hệ máy phát - động cơ có
khuyếch đại trung gian

1:100

2

2

± 5 ÷ 10

Mức dừng

Buồng
thang

Dừng

Mức đặt
cảm biến dòng

Hình 1-3: Dừng chính xác buồng thang
18


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

1.2.3. 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 là việc của thang máy là : tốc độ di chuyển v[m/s], gia tốc a
[m/s2] và độ giật ρ[m/s3].
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy, điều
này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng.
Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/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 = 3,5m/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 < 2m / s2.
Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành
khách, được đưa ra trong bảng 2-2 .
THAM SỐ

HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Xoay chiều

Một chiều

Tốc độ thang máy (m/s)

0,5

0,75

1

1,5

2,5

3,5

Gia tốc cực đại (m/s2)

1

1

1,5

1,5

2

2

0,8

0,8

1

1

1,5

Gia tốc tính toán trung 0,5
bình (m/s2)

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 một cách khác, đó

19


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

là độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc

ρ=

2

dv
dt2

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

da
ρ=
dt

hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ

). Khi gia tốc a < 2m / s2 thì độ giật không quá 20m/s3

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu
diễn trên hình 1-4.
Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng
thang: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và
hãm dừng .
Biểu đồ tối ưu hình 1-4 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều (F-Đ).

Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ,
biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu.
Đối với thang máy chạy chậm, biểu đồ chỉ có 3 giai đoạn : Mở máy, chế độ ổn
định và hãm dừng .

S,v, a, ρ

Më

20

ChÕ ®é æn ®Þnh

H· m xuèng
tèc ®é thÊp

§ Õn H· m
tÇng dõng


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 1- 4 Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,tốc độ
v , gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian.
1.3. KẾT CẤU CHUNG CỦA THANG MÁY.
1.3.1 Giếng Thang.
Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-5.
Hố giếng của thang máy 11 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 6. Động cơ 6 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 5 với tỷ số truyền i = 18 ÷ 120.
Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 8 (thường dùng 1 đến 4 sợi
cáp). Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3
và những con trượt dẫn hướng 2 (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 6.

21


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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

22

TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 1-5: Kết cấu cơ khí của thang máy
1.3.2. Cabin.
Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy, nó sẽ là nơi chứa
hàng, chở người đến các tầng, do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước,
hình dáng, thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó .
Hoạt động của ca bin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt,
là hệ thống hai thanh dẫn hướng nằm trong một mặt phẳng để đảm bảo chuyển
động êm nhẹ, chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc. Để
đảm bảo cho ca bin hoạt động đều cả trong quá trình lên xuống, có tải hay không
có tải người ta sử dụng một đối tượng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác
đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp
được mắc qua puli kéo .
Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ
và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng
trượt trên puli cabin, hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một hệ phối hợp chuyển động
nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ .
1.3.3. Các thiết bị khác.
1.3.3.1. Động cơ.
Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo
cabin lên xuống. Động cơ sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha roto dây quấn
hoặc rôto lồng sóc, vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng với
yêu cầu sử dụng tốc độ, mô men động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu
về kinh tế và cảm giác của người đi thang máy. Động cơ là một phần tử quan trọng
được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ sử lý trung

tâm .
1.3.3.2. Động cơ cửa.
Là động cơ một chiều hay xoay chiều tạo ra mô men mở cửa cho cabin kết hợp
với mở cửa tầng. Khi cabin dừng đúng tầng, rơ le thời gian sẽ đóng mạch điều
khiển động cơ mở cửa tầng hoạt động theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá
23


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

trình đóng mở êm nhẹ không có va đập. Nếu không may một vật gì đó hay người
kẹp giữa cửa tầng đang đóng thì cửa sẽ tự động mở ra nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ
cửa có gắn phản hồi với động cơ qua bộ sử lý trung tâm.
1.3.3.3. Cửa.
Gồm cabin và cửa tầng, cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển
động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn không cho rơi khỏi
cabin bất cứ thứ gì. Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết
bị trong đó. Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời.
Bộ hạn chế tốc độ : là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân
nào đó vượt qua vận tốc cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt
điều khiển động cơ làm việc và phanh làm việc .
1.3.3.4. Các thiết bị phụ khác.
Các thiết bị phụ khác : như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc, các chỉ số báo
chuyển động . . . được lắp trong cabin để tạo ra cho khách hàng cảm giác an toàn
dễ chịu khi đi thang máy.
Trong thang máy chở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng
Puly ma sát để dẫn động trong cabin 3 và đối trọng 4. Đối với thang máy có chiều
cao nâng lớn trọng lượng cáp nâng tương đối lớn nên trong sơ đồ động người ta

treo thêm các cáp hoặc xích cân bằng phía dưới cabin hoặc đối trọng (cáp 5). Puly
ma sát 1 có các loại rãnh cáp tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang, mỗi sợi cáp riêng
biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp thường từ 3 đến 5 rãnh .
Đối trọng là bộ phận cân bằng, đối với thang máy có chiều cao không lớn
người ta thường chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng
lượng ca bin và một phần tử tải trọng nâng bỏ qua trọng lượng của cáp nâng, cáp
điện và không dùng cáp và xích cân bằng, việc chọn các thông số cơ bản của hệ
thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cân bằng lớn nhất và chọn cáp tính
công suất động cơ và khả năng kéo của puly ma sát .
1.4. CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THANG MÁY.
1.4.1. Các yêu cầu đối với hệ truyền động điện Thang Máy.

24


TRƯỜNG CĐ CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền
động, loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau :
- Độ chính xác khi dừng.
- Tốc độ di chuyển buồng thang.
- Gia tốc lớn nhất cho phép.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
1.4.2 Hệ thống máy phát động cơ.
Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian
thường dùng cho các thang máy cao tốc. Hệ này đảm bảo biểu đồ chuyển động hợp
lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới ± (5÷10) mm. Nhược điểm của hệ này là
công suất đặt lớn gấp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và

sửa chữa.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ (F-Đ)

25