do an thang may 4 tang su dung plc s7200

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 –TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY ...................... 2
1.1. Lịch sử phát triển của thang máy ............................................................ 2
1.2. Các vấn đề đặt ra ..................................................................................... 4
1.3. Phạm vi nghiên cứu................................................................................. 4
1.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 5
CHƯƠNG 2 –CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA THANG MÁY ............................... 6
2.1. Khái niệm chung và phân loại thang máy.............................................. 6
2.1.1.Khái niệm chung về thang máy ......................................................... 6
2.1.2 . Phân loại thang máy ......................................................................... 7
2.1.2.1.Phân loại thang máy theo hệ thống dẫn động ca bin ................... 7
2.1.2.2.Phân loại thang máy theo vị trí đặt bộ tời kéo ............................. 8
2.1.2.3.Phân loại thang máy theo hệ thống vận hành .............................. 9
2.1.2.4.Phân loại thang máy theo công dụng ........................................... 9
2.1.2.5.Phân loại thang máy theo tốc độ di chuyển của buồng thang ..... 9
2.1.2.6.Phân loại thang máy theo trọng tải ............................................ 10
2.1.3.Yêu cầu đối với thang máy .............................................................. 10
2.2. Cấu tạo chung của thang máy .............................................................. 11
2.2.1.Cấu trúc cơ khí của thang máy ........................................................ 12
2.2.1.1.Buồng thang ............................................................................... 12
2.2.1.2. Đối trọng ................................................................................... 12
2.2.1.3. Buồng máy ................................................................................ 12
2.2.1.4. Cáp thép .................................................................................... 13
2.2.1.5. Puly-puly ma sát ....................................................................... 13
2.2.1.6. Ray thang máy .......................................................................... 14
2.2.1.7. Phanh an toàn ............................................................................ 15


2.2.1.8. Shose (guốc) dẫn hướng ........................................................... 16
2.2.1.9. Giảm chấn ................................................................................. 16

2.2.1.10. Tang cuốn cáp ......................................................................... 17
2.2.2. Hệ thống điện của thang máy ......................................................... 17
2.2.2.1. PLC ........................................................................................... 17
2.2.2.2. Thiết bị đóng ngắt, điều khiển role ........................................... 24
2.2.2.3. Động cơ điện một chiều ............................................................ 25
2.2.2.4. Cảm biến tiệm cận .................................................................... 28
2.2.2.5. Công tắc hành trình................................................................... 29
2.2.2.6. Hệ thống cảm biến cửa ............................................................. 30
2.2.2.7. Hệ thống tự bảo vệ điện (Automatic Rescue Divide)............... 31
2.2.2.8. Biến tần ..................................................................................... 32
2.3. Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động ............. 32
2.3.1. Đặc điểm phụ tải của thang máy..................................................... 33
2.3.2. Các yêu cầu chuyển động cho thang máy....................................... 33
2.4. Các vấn đề đặt ra trong quá trình hoạt động của thang máy................ 36
2.5. Tính toán trong truyền động thang máy............................................... 38
2.5.1. Tính công suất động cơ ................................................................... 38
2.5.2. Tính chọn phanh hãm điện từ ......................................................... 40
2.5.3. Tính toán dừng chính xác buồng thang .......................................... 41
CHƯƠNG 3 - MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ................... 44
3.1. Phân tích hệ thống ................................................................................ 44
3.2. Mô hình hóa hệ thống chuyển động..................................................... 48
3.3. Mô hình hóa động cơ DC..................................................................... 50
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH ........................................... 53
4.1.Quy trình công nghệ của mô hình thang máy ........................................ 53
4.1.1.Xác nhận các yêu cầu đặt ra của đồ án ............................................ 53
4.1.2.Quy trình thiết kế-chế tạo mô hình thang máy ................................ 53


4.1.3.Nguyên lí hoạt động của mô hình thang máy .................................. 53
4.2. Thiết kế hệ thống cơ khí ...................................................................... 54

4.2.1. Khung thang .................................................................................... 54
4.2.2. Buồng thang .................................................................................... 54
4.2.3. Ray .................................................................................................. 55
4.2.4. Đối trọng ......................................................................................... 56
4.2.5. Cáp .................................................................................................. 56
4.2.6.Puly .................................................................................................. 61
4.2.7. Các chi tiết trong thi công hệ thống cơ khí ..................................... 66
4.3. Hệ thống điều khiển ............................................................................. 69
4.3.1. Động cơ ........................................................................................... 69
4.3.2 .Cảm biến ......................................................................................... 72
4.3.3. Role ................................................................................................. 73
4.3.4. LED hiển thị.................................................................................... 73
4.3.5. Nguồn điện ...................................................................................... 74
4.3.6 .PLC ................................................................................................. 74
4.3.7. Sơ đồ hệ thống điện ........................................................................ 75
4.3.8. Sơ đồ đấu dây PLC ......................................................................... 76
4.3.9. Chương trình điều khiển mô hình thang máy 4 tầng ...................... 77
CHƯƠNG 5 – KẾT LUẬN ............................................................................ 80
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 81
NGUỒN HÌNH ẢNH...................................................................................... 82
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 84


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Thang máy đầu tiên trên thế giới [1.1] ......................................................2
Hình 1. 2: Thang máy đầu tiên tại Việt Nam [1.2] .....................................................3
Hình 1. 3: Thang máy hiện đại ngày nay [1.3] ...........................................................4
Hình 2. 1: Hình dáng tổng thể của thang máy [2.1] ...................................................7
Hình 2. 2: Thang máy dẫn động điện [2.2] ................................................................7
Hình 2. 3: Thang máy thủy lực [2.3] ..........................................................................8

Hình 2. 4: Cấu tạo chung của thang máy [2.4] ........................................................11
Hình 2. 5: Đối trọng thang máy [2.5] .......................................................................12
Hình 2. 6: Puly ma sát 6 rãnh [2.6] ..........................................................................13
Hình 2. 7: Ray dẫn hướng cho đối trọng [2.7] .........................................................14
Hình 2. 8: Ray dẫn hướng cho cabin [2.8] ...............................................................14
Hình 2. 9: Cơ cấu phanh [2.9] ..................................................................................15
Hình 2. 10:Cơ cấu phanh an toàn [2.10] ..................................................................15
Hình 2. 11: Shose (guốc) dẫn hướng [2.11] .............................................................16
Hình 2. 12: Giảm chấn [2.12] ...................................................................................16
Hình 2. 13: PLC của hãng Siemens [2.13] ...............................................................18
Hình 2. 14: Cấu trúc của PLC [2.14] .......................................................................19
Hình 2. 15: Sơ đồ khối bên trong PLC [2.15] ..........................................................21
Hình 2. 16: Vòng quét PLC [2.16] ............................................................................21
Hình 2. 17: Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 [2.17] .........................................23
Hình 2. 18: Cấu tạo relay [2.18] ..............................................................................24
Hình 2. 19: Hình ảnh Relay thực tế [2.19] ...............................................................25
Hình 2. 20: Động cơ điện một chiều [2.20] ..............................................................25
Hình 2. 21: Cảm biến tiệm cận [2.21] ......................................................................28
Hình 2. 22: Nguyên lí hoạt động của cảm biến [2.22] .............................................29
Hình 2. 23: Các loại công tắc hành trình [2.23] ......................................................30
Hình 2. 24: Hệ thống cảm biến cửa thang máy MISUBISHI [2.24] ........................31
Hình 2. 25: Bộ ARD [2.25] .......................................................................................31
Hình 2. 26: Cấu tạo cơ bản của biến tần [2.26] .......................................................32


Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống thang máy [3.1] ................................................44
Hình 3. 2: Mô hình động học của hệ thống ..............................................................48
Hình 3. 3: Mô hình động cơ điện một chiều [3.3] ....................................................50
Hình 4. 1: Khung thang [4.1]....................................................................................54
Hình 4. 2: Buồng thang [4.2] ....................................................................................55

Hình 4. 3: Ray chữ T [4.3] ........................................................................................55
Hình 4. 4: Đối trọng [4.4] .........................................................................................56
Hình 4. 5: Sơ đồ bố trí puly [4.5] .............................................................................62
Hình 4. 6: Puly [4.6] .................................................................................................65
Hình 4. 7: Động cơ kéo [4.7] ....................................................................................72
Hình 4. 8: Động cơ kéo [4.8] ....................................................................................72
Hình 4. 9: Cảm biến tiệm cận [4.9] ..........................................................................72
Hình 4. 10: Công tắc hành trình [4.10] ....................................................................73
Hình 4. 11: Role [4.11] .............................................................................................73
Hình 4. 12: LED hiển thị lên xuống [4.12] ...............................................................73
Hình 4. 13: LED hiển thị tầng [4.13] .......................................................................74
Hình 4. 14: Nguồn điện 1 chiều [4.14] .....................................................................74
Hình 4. 15: PLC [4.15] .............................................................................................74


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Đặc điểm và thông số của PLC S7-200 [2] ............................................23
Bảng 2. 2: So sánh các thông số giữa động cơ DC và AC .......................................34
Bảng 2. 3: Các vấn đề trong hoạt động của thang máy............................................36
Bảng 4. 1: Địa chỉ các chân PLC .............................................................................77
Bảng 4. 2: Khối các chương trình con ......................................................................79


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp
hóa-Hiện đại hoá đất nước, đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm nhanh
chóng sánh vai cùng các quốc gia tiên tiến trên thế giới, lĩnh vực Tự Động Hoá
Công Nghiệp ngày càng chứng tỏ vai trò không thể thiếu được.
Không chỉ phục vụ trong công nghiệp hóa, lĩnh vực tự động hóa còn thể hiện
bản chất của một nước hiện đại. Cùng với sự phát triển của đất nước, ngày càng

xuất hiện nhiều công trình xây dựng cao tầng đồ sộ: những cao ốc thương mại, nhà
hàng, khách sạn hiện đại theo tiêu chuẩn quốc tế, và cả những siêu thị, bệnh viện
đều có xu hướng “phát triển theo chiều cao”. Đó là một quy luật phát triển hiển
nhiên. Đi đôi với sự phát triển này là nhu cầu về thiết bị chuyển tải hàng hoá và con
người theo “độ cao”. Thiết bị hiện đại đó chính là Thang máy.
Đề tài thang máy đã được nhiều sinh viên làm khá nhiều, nhưng cùng với sự
phát triển của các công trình xây dựng cao tầng đồ sộ, thang máy cũng ngày càng
thay đổi.
Thang máy phục vụ con người, tải hàng hoá, một phần thể hiện bộ mặt hiện
đại của một đất nước. Chính vì vậy, nó có vai trò không kém phần quan trọng. Nó
quyết định giờ giấc làm việc, năng suất lao động, và rất tiện lợi cho việc di chuyển
lên xuống ở các toà nhà cao tầng….
Hiện nay ngành thang máy với trang thiết bị ngoại nhập ở mức hợp tác với
nước ngoài lắp đặt các thang máy với trang thiết bị ngoại nhập. Trong tương lai, hệ
thống thang máy phát triển hơn nữa. Đó là lý do nhóm tác giả chọn đề tài “Xây
dựng hệ thống thang máy 4 tầng sử dụng PLC S7-200”, với mục đích làm cho mạch
điều khiển của hệ thống trở nên gọn, nhẹ, hoạt động chính xác,đảm bảo được yếu tố
an toàn và dễ dàng thay đổi cấu hình hệ thống khi có yêu cầu….
Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong quá trình hoàn thành đồ án, kính mong
các thầy cô góp ý và chỉ bảo thêm cho nhóm tác giả.

1


CHƯƠNG 1 –TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY
1.1. Lịch sử phát triển của thang máy
Thang máy đầu tiên được chế tạo dưới triều đại vua Louis XV, ở Versailles
năm 1743 và chỉ để cho vua dùng. Kỹ thuật này dựa trên sự đối trọng (contre-poids)
nên việc sử dụng ít tốn sức lực.
Cuối thế kỷ 19 trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như

OTIS,SCHINDLER, chiếc 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, THYSSEN, SABIEM đã chế tạo các loại thang máy có tốc
độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn.[7]

Hình 1. 1: Thang máy đầu tiên trên thế giới [1.1]
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
2


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.

Hình 1. 2: Thang máy đầu tiên tại Việt Nam [1.2]
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.
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.[7]

3


Hình 1. 3: Thang máy hiện đại ngày nay [1.3]

1.2. Các vấn đề đặt ra
Để xây dựng hoàn thiện mô hình thang máy với nguyên lí hoạt động dựa trên
cơ cấu thật. Mô hình thiết kế với đặc điểm chung:
-

Thiết kế mô hình cơ khí 3D.

-

Thiết kế mô hình thực với các module: hiển thị chiều lên xuống, hiển thị vị trí
tầng.

-

Thiết kế hệ thống điện.

-

Sử dụng Role điều khiển đảo chiều động cơ.

-

Mô phỏng điều khiển bằng phần mềm PLC-SIM.

-

Sử dụng bộ điều khiển PLC S7-200.

1.3. Phạm vi nghiên cứu
Có thể thấy rằng việc nghiên cứu mô hình có tính bao quát và bao gồm nhiều
lĩnh vực. Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu và kiến thức tích lũy còn hạn chế, nên
đồ án mô hình thang máy chỉ đề cấp đến một số nguyên tắc và nguyên lí cơ bản
nhất về sự hoạt động của một số cơ cấu mang tính chất đặc trưng.
-

Xây dựng mô hình sản xuất cơ khí với kích thước nhỏ, chủ yếu dành cho
nghiên cứu và thực tập.

-

Hệ thống thang máy 4 tầng, mục đích chở hàng với tải trọng cố định và vận tốc
ổn định (0,15 m/s) trong quá trình di chuyển.

-

Điều khiển hệ thống thang máy có thuật toán ưu tiên, dừng đúng tầng.

-

Mạch điều khiển hệ thống bằng PLC.
4

-

Chức năng của đồ án chỉ dừng lại ở: điều khiển gọi tầng có sử dụng thuật toán
ưu tiên

1.4. Phương pháp nghiên cứu
-

Đối với một hệ thống cơ điện tử thì phương pháp thiết kế là rất quan trọng nó
mang tính tổng quát và tiên phong trong một đồ án cơ điện tử.

-

Đồ án sử dụng 2 phương pháp:
+Nghiên cứu cơ sở lí thuyết: Nghiên cứu thông qua các tài liệu, internet và các
mô hình, hệ thống thực tế, thiết bị có sẵn trên thế giới để lựa chọn phương án
phù hợp. Kết hợp giữa nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm khoa học.
+Sử dụng các công cụ thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính để
đánh giá mô hình thiết kế đồng thời loại trừ các sai sót trước khi chế tạo

5


CHƯƠNG 2 –CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA THANG MÁY
2.1. Khái niệm chung và phân loại thang máy
2.1.1.Khái niệm chung về thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hóa theo phương thẳng
đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi trong các ngành

sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành
xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ,… Nó đã thay thế cho sức lực của con
người và đã mang lại năng suất cao.
Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà
cao tầng, cơ quan, khách sạn… Thang máy đã giúp con người tiết kiệm được thời
gian và sức lực. Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở,
chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công
xưởng… Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển
khác là thời gian của một chu kì vận chuyển nhỏ, tần suất vận chuyển lớn, đóng
mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển thang máy còn là một trong những
yếu tố làm tăng vẻ đẹp thẩm mĩ, tiện nghi công trình.
Ở nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các tòa 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. Theo nghiên cứu thì giá thành của thang máy
trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng từ 6%
đến 7% là hợp lí. Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, khách sạn,…
tuy 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 nhu cầu đi lại trong tòa nhà. Nếu vấn đề vận chuyển người, hàng
trong những tòa nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa 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 phải tuân
6


thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kĩ thuật an toàn được quy định trong các
tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.

Hình 2. 1: Hình dáng tổng thể của thang máy [2.1]

2.1.2 . Phân loại thang máy
2.1.2.1.Phân loại thang máy theo hệ thống dẫn động ca bin
-Thang máy dẫn động điện

Hình 2. 2: Thang máy dẫn động điện [2.2]
7


Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới
puly ma sát hoặc tang cuốn áp. Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình
lên xuống của nó không bị hạn chế. Ngoài ra còn có loại thang dẫn động cabin lên
xuống nhờ bánh răng thanh răng.[1]
-Thang máy thủy lực (bằng xy-lanh – piston)

a. Piston đẩy trực tiếp từ đáy cabin
b. Piston đẩy từ hai bên cabin
Hình 2. 3: Thang máy thủy lực [2.3]
Đặc điểm của loại thang máy là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanhpiston thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thủy lực với hành
trình tối đa là 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, bì buồng thang máy đặt ở trệt.[1]

2.1.2.2. Phân loại thang máy 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 thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ

dẫn tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
8


Đối với thang máy thủy lực: Buồng máy đặt tại tầng trệt.

2.1.2.3. Phân loại thang máy theo hệ thống vận hành
-Phân loại thang máy theo mức độ hoạt động
+ Loại nửa tự động
+ Loại tự động
-Phân loại thang máy theo tổ hợp điều khiển
+ Điều khiển đơn
+ Điều khiển kép
+ Điều khiển theo nhóm
-Phân loại thang máy theo vị tổ hợp điều khiển
+ Điều khiển trong cabin
+ Điều khiển ngoài cabin
+ Điều khiển cả trong và ngoài cabin
Một chiếc thang máy đáp ứng đầy đủ chỉ tiêu thì chỉ có cabin đẹp, sang trọng,
thông thoáng, êm dịu là chưa đủ, mà nó 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, công tắc an toàn cửa
cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn....

2.1.2.4. Phân loại thang máy theo công dụng
Có 3 loại thang máy sau:
-

Thang máy trở khách trong các nhà cao tầng

-

Thang máy trở hàng có người điều khiển

-

Thang máy vừa trở khách vừa trở hàng

2.1.2.5. Phân loại thang máy theo tốc độ di chuyển của buồng thang
- Thang máy chậm: v < 1 m/s
- Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 ÷ 2.5 m/s
- Thang máy tốc độ cao: v = 2.5 ÷ 4 m/s
9

[1]


- Thang máy có tốc độ rất cao: v>4 m/s

2.1.2.6. Phân loại thang máy theo trọng tải
-

Thang máy loại nhỏ: Q < 500 kg

-

Thang máy loại trung bình: Q = 500 ÷ 1000 kg

-

Thang máy loại lớn: Q = 1000 ÷1600 kg

-

Thang máy loại rất lớn: Q > 1600kg

[1]

2.1.3. Yêu cầu đối với thang máy
Về kết cấu cơ khí, thang máy thuộc loại máy cơ cấu nâng có dây cáp 2 đầu
để đảm bảo an toàn cho hành khách và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh
hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiển (phanh dù).
Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và
khi tốc đọ di chuyển vượt quá 15 ÷ 40% tốc độ định mức [5]. Ngoài chuyển động
nâng hạ buồng thang (truyền động chính theo phương thẳng đứng) ở thang máy còn
có các truyền động phụ (là truyền động đóng mở cửa buồng thang). Truyền động
này có một động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn.
Các nguyên tắc hoạt động của thang máy:
+Căn cứ vào điều kiện làm việc của thang máy và phụ thuốc vào sự an toàn của hệ
thống nên cơ cấu điều khiển thang máy cần tuân thủ theo 1 số yêu cầu sau:
-

Khi buồng thang di chuyển lên xuống thì các cửa tầng, cửa buồng thang, cửa
tầng hầm phải đóng kín để đảm bảo cho người vận hành và hàng hóa vận
chuyển.

-

Trong thang máy hiện đại, khi thang máy đang hoạt động vẫn có thể ấn nút gọi
tầng vì trong mạch điều khiển có bộ nhớ và có chế độ ưu tiên đối với các lệnh

gần đường chuyền rời của buồng thang.

+Nguyên lí chung khi điều khiển thang máy
-

Gọi buồng thang tại cửa tầng

-

Điều khiển đổi tầng trong buồng thang

-

Điều khiển buồng thang khi sửa chữa trên buồng máy

10


+ Khi có sự cố hoặc các điều kiện liên động chưa tác động đủ thì thang máy sẽ
không hoạt động cho dù điều khiển bằng cách nào.
+ Điều khiển thang máy đổi tầng bằng nút bấm trong buồng thang và khi thang
đang hoạt động thì việc gọi tại cửa tầng sẽ được nhớ lại và chờ hành trình sau.
+ Trong buồng thang, ngoài các nút gọi tầng, đóng mở cửa còn có đèn chiếu sáng,
điện thoại, hoặc chuông cấp cứu và nút dừng đột ngột khi có sự cố.

2.2. Cấu tạo chung của thang máy

Hình 2. 4: Cấu tạo chung của thang máy [2.4]
11

2.2.1. Cấu trúc cơ khí của thang máy
2.2.1.1. Buồng thang
- Buồng thang còn gọi là cabin, là phần chuyển động thẳng đứng trực tiếp mang tải.
Buồng thang được treo bởi puly quấn cáp. Thông thường là cáp đôi hoặc cáp 4
nhằm tăng độ bám và tăng độ bền cơ khí.
- Buồng thang chuyển động trong một nơi được gọi là hố giếng.Hố giếng là phần
không gian từ mặt tiếp tuyến dưới puly (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng.

2.2.1.2. Đối trọng

Hình 2. 5: Đối trọng thang máy [2.5]
Đối trọng là một khối kết từ các khối gang, chuyển động ngược chiều với
buồng thang để giảm công suất cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng. Khối
lượng đối trọng phụ thuộc trọng lượng buồng thang và khối lượng tải trọng trung
bình.

2.2.1.3. Buồng máy
Buồng máy: phần máy thường đặt trong buồng máy, bố trí ở tầng trên cùng
của giếng thang. Phần máy có động cơ kéo nối với puli qua hộp số giảm tốc. Ngoài
ra buồng thang trang bị một phanh cơ khí bảo hiểm, khi có điện má phanh được lực
điện từ hút tách khỏi puly, khi mất điện không còn lực điện từ, lực lò xo sẽ đẩy má
phanh ép chặt puly và làm cho buồng thang dừng. Phanh bảo hiểm thường được
dùng trong trường hợp mất điện, đứt cáp hoặc tốc độ vượt quá mức cho phép từ 2040%.[3]

12


2.2.1.4. Cáp thép
Cáp thép là chi tiết rất quan trọng được sử dụng hầu hết trong các máy nâng

nói chung và thang máy nói riêng.
Yêu cầu chung đối với cáp là:
-

An toàn trong sử dụng

-

Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và máy, đảm bảo độ êm
dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói chung.

-

Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng
lớn.
Cáp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thang máy, nó ảnh hưởng tới tính

mạng của người sử dụng kể từ lúc họ bước vào bên trong cabin thang máy. Cáp
thang máy có tác dụng nâng cabin và đối trọng, nó được thiết kế chịu lực nâng và
lực ma sát với puly theo đúng tiêu chuẩn an toàn cho phép trong lắp đặt thang máy.
Nó có tác dụng nâng cabin và đối trọng, được thiết kế chịu lực nâng và lực ma sát
với puli theo đúng tiêu chuẩn an toàn cho phép. Trên thị trường có 2 loại cáp thang
máy thông dụng:
+ Cáp thép phủ nhựa
+ Cáp thép truyền thống

2.2.1.5. Puly-puly ma sát
Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát (hay còn gọi là Puly ma sát)
thường được dùng phổ biến trong thang máy. Puly ma sát có các rãnh đặc biệt mà
không theo hình xoắn ốc.

Hình 2. 6: Puly ma sát 6 rãnh [2.6]
13


Số rãnh cáp trên puly ma sát tùy thuộc vào số sợi cáp dẫn động trong máy và
cách mắc cáp. Một số puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát. Rãnh Puly và
cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và rãnh Puly. Hình
dạng mặt cắt rảnh cáp trên Puly có ảnh hưởng lớn đến khả năng kéo và tuổi thọ của
nó.

2.2.1.6. Ray thang máy
Ray thang máy còn được biết đến với một tên gọi khác là ray dẫn hướng thang
máy. Ray dẫn hướng được chia làm 2 loại là ray dẫn hướng cho cabin và ray dẫn
hướng cho đối trọng. Chúng được lắp đặt dọc theo giếng thang có nhiệm vụ dẫn
hướng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo hố thang, đảm bảo cho đối
trọng và cabin không bị dịch chuyển theo phương ngang bằng cách giữ chúng luôn
nằm ở vị trí thiết kế ban đầu trong hố thang máy.

Hình 2. 7: Ray dẫn hướng cho đối trọng
[2.7]

Hình 2. 8: Ray dẫn hướng cho cabin
[2.8]

Nếu trong trường hợp đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị
cho phép, ray thang máy phải đảm bảo độ cứng để giữ được trọng lượng cabin và
tải trọng trong cabin tựa lên ray dẫn hướng cùng với các thành phần tải trọng động
khi bộ hãm bảo hiểm làm việc.

14


2.2.1.7. Phanh an toàn

Hình 2. 10:Cơ cấu phanh an toàn [2.10]

Hình 2. 9: Cơ cấu phanh [2.9]

Để tránh cho cabin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vượt
quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động dừng và giữ cabin tựa trên các ray dẫn
hướng. Cabin của tất cả các loại thang máy đều phải được trang bị phanh an toàn,
phanh an toàn còn được trang bị cho đối trọng khi đối trọng nằm trên lối đi hoặc
phần diện tích có người đứng. Theo nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng đột
ngột và phanh dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thường được áp dụng với loại
thang máy có vận tốc cỡ 0.71 m/s [3], theo kết cấu có các loại phanh như phanh
kiểu nêm và kiểu cam. Đối với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại thang
máy được sử dụng trong bệnh viện thì thường dùng loại phanh dừng êm dịu với bộ
phận công tác là nêm hoặc kẹp. Phanh an toàn thường lắp với cáp nâng (được sử
dụng cho thang máy dùng thang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc độ (dùng cho
thang máy sử dụng Puly ma sát).
Nguyên lý hoạt động: Thiết bị này quay đồng tốc với cabin và kèm theo bộ
đếm xung luôn kiểm soát tốc dộ cabin hoạt động trong định mức giới hạn cho
phép. Cáp phanh cũng được gắn vào cabin của thang máy, do đó nó cũng sẽ di
chuyển theo khi cabin thang máy di chuyển lên. Sự di chuyển của cabin tác động
lên cáp phanh làm quay đĩa phanh, khi bị một lý do nào đó, cabin thang máy di
chuyển quá tốc độ định mức, nó sẽ làm cho thiêt bị đếm xung sẽ báo tín hiệu phản
hồi mất an toàn về bộ điều khiển thang máy. Tại đây bộ điều khiển thang máy ngắt
điện khỏi máy kéo, phanh điện từ sẽ đóng, đồng thời phanh ly tâm trên thiết bị
thắng cơ sẽ tác động. Nó khiến hệ thống phanh an toàn ở khung cabin làm việc và

ép chặt cabin thang máy vào hệ thống ray dẫn hướng và như thế, cabin thang máy
dừng an toàn.
15


2.2.1.8. Shose (guốc) dẫn hướng

Hình 2. 11: Shose (guốc) dẫn hướng [2.11]
Bộ phận này được thiết kế như một cái hàm mang hình chữ U được úp vào
với mặt ray. Đây là bộ phận có chức năng dẫn hướng cho cabin để có thể dễ dàng
chạy chính xác theo 2 đường ray. Ở mỗi cabin của một thang máy sẽ có 4 shose
được thiết kế lắp đặt ở 4 góc của khung chịu lực.
Thông thường, shose dẫn hướng cho cabin thang máy tải khách được gọi là
shose car. Bộ phận này được cấu tạo bởi 2 bộ phận nhỏ là đế shose và hàm shose.
Chi tiết đế shose là dùng để cố định shose ở trên khung car, trong khi đó hàm shose
lại được sử dụng để chống mòn ray đồng thời đảm bảo không gây ra tiếng ồn mỗi
khi cabin thang máy vận hành.

2.2.1.9. Giảm chấn

Hình 2. 12: Giảm chấn [2.12]
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 tì lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dưới sao cho gia tốc dừng cabin

16


hoặc đối trọng không vượt quá giá trị cho phép được quy định trong tiêu chuẩn;

đồng thời đảm bảo được một khoảng trống an toàn cho việc sửa chữa.

2.2.1.10. Tang cuốn cáp
Người ta thường sử dụng tang cuốn cáp đối với thang máy trở hàng (không
có đối trọng) loại này có kích thước cồng kềnh và đòi hỏi công suất động cơ lớn so
với công suất dùng động cơ puly ma sát. Trong máy nâng nói chung người ta dùng
tang cuốn cáp một lớp, trong trường hợp dung lượng cuốn cáp trên tang lớn để giảm
dung lượng của tang người ta dùng tang nhiều lớp cáp. Khi tang quay đã biến
chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và
các bộ phận khác. Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định đầu
cáp trên tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay thì một nhánh cáp cuốn
vào với lực căng Fc=Fmax và nhánh kia nhả ra với lực căng Fn=Fmin [15]. Tang
chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang. Tang ma sát gồm loại hình trụ và loại có
đường kính thay đổi. Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải
trọng được tính từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều khiển làm việc với hệ
số an toàn cần thiết. Lực căng cáp nhỏ nhất Fmin trên nhánh nhả được tính từ điều
kiện lực căng ban đầu để truyền lực ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép của
cáp. Vậy lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuối cần thiết để dịch chuyển tải
trọng là: Fmax= U + Fmin [15].

2.2.2. Hệ thống điện của thang máy
2.2.2.1. PLC
PLC được viết tắt bởi từ Programmable Logical Controller (hay bộ điều
khiển tự động có lập trình) là thiết bị có thể lập trình được, cho phép thực hiện linh
hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình... Được thiết
kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến
phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các
chương trình và sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích
(hay còn gọ là ngõ vào) tác động vào PLC, các thiết bị bên ngoài được gắn và ngõ
ra của PLC. Khi thay đổi chương trình được cài đặt trong PLC thì ta có thể thực

17


hiện được các chương trình khác nhau. Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác
nhau sản xuất như Siemens, Festo, Misubishi, Hitachi,…

Hình 2. 13: PLC của hãng Siemens [2.13]
Ban đầu PLC chỉ đơn thuần được thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển
dùng Rơle, công tắc hành trình. Tuy nhiên trong quá trình phát triển, với một ưu
điểm là có thể chỉnh sửa lại chương trình điều khiển tùy ý mà không mất nhiều công
sức cũng như các chi phí, bởi vậy có thể ứng dụng rất linh hoạt. PLC ngày nay đã
phát triển và có những khả năng để có thể điều khiển các hệ điều khiển phức tạp. Có
thể coi PLC như một máy tính có các đặc điểm sau:
-Được thiết kế với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong môi trường công
nghiệp.
-Các tín hiệu vào ra được cách ly về điện với bộ điều khiển.
-Lập trình đơn giản, chỉ thuần túy thực hiện các chức năng logic.
-Cấu trúc của PLC:

18


Hình 2. 14: Cấu trúc của PLC [2.14]
Đơn vị xử lí trung tâm (CPU): Bao gồm một bộ xử lí có nhiệm vụ phân tích các

-

tín hiệu vào và thực hiện công việc điều khiển tùy theo chương trình lưu trữ
trong bộ nhớ, có thể truyền thông cũng như gửi tín hiệu đến đầu ra tương ứng.

Nguồn nuôi: là đơn vị dùng để chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC (5V,

-

24V) để cung cấp cho PLC và các khối vào ra.
Bộ nhớ là nơi lưu giữ các chuong trình điều khiển, chương trình điều kiển được

-

thực hiển bởi CPU.
-

Khối tín hiệu vào/ra làm nhiện vụ truyền nhận thông tin từ PLC với các thiết bị
bên ngoài. Các tín hiệu vào ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu số, tín hiệu
Analog.

Thiết bị điều khiển có thể lập trình mềm, làm việc theo chương trình lưu trong bộ
nhớ.
Thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các role) xong cũng có thể có chức
năng điều chỉnh và các chức năng tính toàn khác.
-Phạm vi ứng dụng:
-

Ban đầu ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá
trình rời rạc.

-

Ngày nay được úng dụng cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình
liên tục – cạnh tranh với Compact Digital Controller và các hệ DCS trong các

ứng dụng ‘lai’.

- Ưu, nhược điểm của PLC:
19