Ứng dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng (link full bản vẽ trang cuối)

Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, cơng
nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời
sống xã hội. Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt
để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản
phẩm, cải tiến môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con
người.…
Là một sinh viên nghành điện tự động hóa ngay từ khi ngồi trên
ghế nhà trường mỗi sinh viên chúng em đã được các thầy cô trang bị cho
những tư duy, kiến thức cơ bản về tự động hóa điện năng và hệ thống
truyền động điện tự động.
Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm
hiểu một số thiêt bị hiện đại đang được ứng dụng trong ngành tự động
hố. Do đó trong giai đoạn làm đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp
đỡ của thầy giáo hướng dẫn. Em đã lựa chọn đề tài : “ Ứng dụng PLC
và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng ”
Sau 3 tháng liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
hướng dẫn và các thầy cơ trong bộ mơn, ồ cùng với sự giúp đỡ của các
bạn trong lớp, đến nay bản thiết kế của em đã hoàn thành.
Qua đây em muốn gửi lời cám ơn tới các thầy cô trong bộ mơn đã
tận tình giúp đỡ hướng dẫn để em hồn thành bản thiết kế này. Đồng
thời em muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo T.S Trần Xuân Minh,
người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn em trong suốt thời gian qua.
Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy hướng dẫn, hết sức nỗ lực
cố gắng. Song vì kiến thức cịn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chưa
nhiều. Nên bản thiết kế khơng tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vậy
em mong tiếp tục được sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý trân thành
của các bạn.
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 1



SVTK: Trần Văn Hạnh


Em xin trân thành cảm ơn !
Thái Nguyên: 29/05/2009
SV: Trần văn Hạnh
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

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 150 so với phương
thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy thường được dùng trong các
khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, trong các nhà máy, v.v.
Nó có ưu điểm so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một
chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn. Ngoài ra thang máy còn là một
trong những yếu tố làm tăng sự hiện đại tiện nghi của cơng trình.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đều
phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời
gian và tăng năng suất lao động. Đối với những cơng trình như bệnh viện, nhà máy,
khách sạn v.v. tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được
trang bị thang máy.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển địi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, bởi nó
liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người nên nó phải thỏa mãn yêu
cầu về 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. Lúc đầu 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.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 2



SVTK: Trần Văn Hạnh


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 7.5 m/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 (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động
êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ.
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.
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.
Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán
sản phẩm của mình vào Việt Nam như : OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON, MISUBISHI
(Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc). Về cơng nghệ thì các hãng ln đổi mới cịn
mẫu thì phổ biến ở hai dạng:
-Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường.
-Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thuỷ lực.
Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là
dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 3



SVTK: Trần Văn Hạnh


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 cơng trình. Có thể phân loại thang
máy theo các nguyên tắc và các đặc điểm sau:

1.1.3.1 Theo công dụng thang máy được phân thành 5 loại
1, Thang máy chuyên chở người: Loại này chuyên vận chuyển hành khách
trong các khách sạn, công sở, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình.v.v.
2, Thang máy chun chở người có tính đến hàng đi kèm: Loại này thường
dùng cho các siêu thị, khu triển lãm.v.v.
3, 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 cabin phải đủ lớn để chứa
băng ca (cáng) hoặc giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các
dụng cụ cấp cứu đi kèm. Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn
kích thước và tải trọng cho loại thang máy này.
4, Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm: Loại thường dùng cho các nhà
máy, công xưởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn v.v... chủ yếu để
chở hàng nhưng có người đi kèm để phục vụ.
5, Thang máy chuyên chở hàng khơng có người đi kèm: Loại chun 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 ngồi cabin (trước các cửa tầng). Cịn các loại thang máy
khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngồi cabin.
Ngồi ra cịn 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
1, 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 khơng bị hạn chế. Ngồi ra cịn
có loại thang máy dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (Chuyên
dùng để chở người phục vụ xây dựng các cơng trình cao tầng ).
2, Thang máy thuỷ lực (bằng xylanh - pittông): Đặc điểm của loại này là cabin
được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittơng thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế vì
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 4



SVTK: Trần Văn Hạnh


vậy khơng thể trang bị cho các cơng trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết
diện giếng thang so với dẫn động cáp có cùng tải trọng.

a)

c)

b)

H×
nh 1.1 Thang máy điện có bộ tời đặ
t phía trên giếng thang:
a, b) Dẫn động cabin bằng puly ma sát;
c) Dẫn ®éng cabin b»ng tang cn c¸p;

1.1.3.3 Theo các thơng số cơ bản
1, 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.

2, 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

1.1.3.4 Theo vị trí đặt bộ tời kéo
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 5



SVTK: Trần Văn Hạnh


Đối với thang máy điện:
+ Thang máy có bộ tời kéo đặt trên giếng thang
+ Thang máy có bộ tời kộo t di ging thang

b)

a)

Hì
nh 1.2
Thang máy đ
iện có bộ tời đ
ặ
t phía d ớ i giếng thang:
a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên cabin;
b) Cáp vòng qua đ
áy cabin

1.1.3.5 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin
1, Thang máy thẳng đứng
2, Thang máy nghiêng

1.1.4 Kết cấu của thang máy
Kết cấu , sơ đồ bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1-4.
Hố giếng của thang máy là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến
đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào. Để
nâng - hạ buồng thang, người ta dùng động cơ. Động cơ được nối trực tiếp với cơ
cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy được nâng
qua puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp
giảm tốc với tỷ số truyền i = 18 ÷ 120.
Cabin được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp).
Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng và

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 6



SVTK: Trần Văn Hạnh


những con trượt dẫn hướng (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngồi).
Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 7



SVTK: Trần Văn Hạnh

1. Cabin
2. Con trượt dẫn hướng Cabin
3. Ray dẫn hướng Cabin
4. Thanh kẹp tăng cáp
5. Cụm đối trọng
6. Ray dẫn hướng đối trọng
7. ụ dẫn hướng đối trọng
8. Cáp tải
9. Cụm máy
10. Cửa xếp Cabin
11. Nêm chống rơi
12. Cơ cấu chống rơi
13. Giảm chấn
14. Thanh đỡ
15. Kẹp ray Cabin
16. Gá ray Cabin
17. Bu lông bắt gá ray
18. Gá ray đối trọng
19. Kẹp ray đối trọng

Hình 1-4: Kết cấu cơ khí của thang máy

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 8



SVTK: Trần Văn Hạnh


1.1.5 Chức năng của một số bộ phận trong thang máy
1.1.5.1 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 cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt,
là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong mặt phẳng để đảm bảo chuyển động êm
nhẹ, chính xác khơng rung giật trong cabin trong quá trình làm việc. Để đảm bảo
cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và xuống, có tải hay khơng có tải
người ta sử dụng một đối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng
phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt
qua puli kéo.
Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính tốn tỷ lệ
và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng
trượt trên pulicabin, hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển
động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ.

1.1.5.2 Động cơ
Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo
cabin lên xuống. Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha rơto dây
quấn hoặc rơto lồng sóc, vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng
với yêu cầu sử dụng tốc độ, mômen 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 xử lý
trung tâm.

1.1.5.3 Phanh

Phanh hãm điện từ: là khâu an tồn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng
im ở các vị trí dừng tầng hoặc khi có sự cố xảy ra. khối tác động là hai má phanh
sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn đồng trục với trục động cơ, cũng có thể
chúng được bố trí trên ca bin khi đó má phanh sẽ ép vào thanh dẫn hướng. Hoạt
động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của
động cơ.
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 9



SVTK: Trần Văn Hạnh


Phanh bảo hiểm: Chức năng của phanh bảo hiểm là hạn chế tốc độ di chuyển
của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng
cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo.

1.1.5.4 Cửa cabin và cửa tầng
Cửa cabin để khép kín cabin trong q trình chuyển động khơng tạo ra cảm giác
chóng mặt cho khách hàng và ngăn khơng 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 khố tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời. Cửa cabin và cửa tầng khi
hoạt động phải theo một quy luật nhất định sẽ đảm bảo quá trình đóng mở êm nhẹ
khơng có va đập. Nếu khơng may một vật gì đó hay người kẹp giữa cửa tầng đang
đóng thì cửa sẽ mở tự động nhờ bộ phận đặc biệt ở gờ cửa có gắn phản hồi với
động cơ qua bộ xử lý trung tâm.

1.1.5.5 Động cơ cửa

Động cơ cửa gồm có động cơ cửa cabin và động cơ cửa tầng, khi làm việc phải
êm không gây tiếng ồn. Loại động cơ này thường là động cơ một chiều không chổi
than ( động cơ servo 1 chiều). Để điều khiển được loại động cơ này cần có bộ
Driver thường đi kèm với từng loại động cơ.

1.1.5.6 Các thiết bị phụ khác
Quạt gió, chng liên lạc, các chỉ thị số báo tầng,… được lắp đặt trong cabin để
tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy. Trong các thang máy
trở người, tời dẫn động thường được đặt trên cao và dùng Puly ma sát để dẫn động
trong cabin và đối trọng. 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. Puly ma sát có các loại rãnh cáp trịn có xẻ
dưới và rãnh hình thang. Mỗi sợi cáp riêng biệt vắt qua một rãnh cáp, mỗi rãnh cáp
thường từ ba đến năm rãnh. Đối trọng là bộ phận cân bằng, đối với thang máy có
chiều cao khơng 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
cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp cân bằng. Việc chọn các thơng số cơ bản của
hệ thống cân bằng thì có thể tiến hành tính lực cáp cân bằng lớn nhất và chọn cáp
tính cơng suất động cơ và khả năng kéo của puly ma sát.
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 10 

SVTK: Trần Văn Hạnh


1.1.5.7 Cảm biến vị trí
Trong thang máy cảm biến vị trí dùng để:
-Xác định vị trí của buồng thang.
- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng.

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi
buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác của
buồng thang.
Các loại cảm biến vị trí:
1, Cảm biến vị trí kiểu cơ khí
(cơng tắc chuyển đổi tầng)
1 - Tấm cách điện
2 - Tiếp điểm tĩnh
3 - Tiếp điểm động
4 - Cần gạt
5 - Vịng đệm cao su

Hình 1-5: Cảm biến vị trí kiểu cơ khí
Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại cơng tắc ba vị trí. Khi buồng thang di
chuyển đi lên, dưới tác dụng của vấu gạt (lắp ở mỗi tầng) sẽ gạt tay gạt sang bên
phải cặp tiếp điểm (2) bên trái kín, khi buồng thang di chuyển theo chiều đi xuống,
vị trí tay gạt ở bên trái cặp tiếp điểm (2) ở bên phải kín, khi buồng thang dừng tại
đó thì vị trí tay gạt ở giữa lúc này cả hai cặp tiếp điểm đều hở.
Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một loại cơng tắc ba vị trí, có ưu điểm là kết cấu
đơn giản, thực hiện đủ ba chức năng của bộ phận cảm biến vị trí. Nhưng khi làm
việc thì gây tiếng ồn lớn, gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến, tuổi thọ làm việc
không cao, đặc biệt là đối với thang máy tốc độ cao.
2, Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng
Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí kiểu
cảm ứng có dạng như hình 2-6. Cấu tạo của nó bao gồm: mạch từ hở 2, cuộn dây 3.
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 11 

SVTK: Trần Văn Hạnh

Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều qua cuộn dây
tương đối lớn. Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thơng sinh ra trong mạch
từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống.

Hình 1-6 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng
Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một phần tử
phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển. Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể
dùng nó làm cơng tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác buồng thang hoặc
cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang. ..
3, Cảm biến quang

+V

Square wave
smaller signal
lens

Oscillator
Led

light

lens

Phototransistor

+V

Amplifier
demodulator
detector and
switching circuits

Hình 1-7 Cảm biến quang
Cảm biến quang gồm nguồn phát quang và bộ thu quang, nguồn phát sử dụng
LED hoặc LASER (thường dùng điôt phát quang), bộ thu sử dụng Transistor
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 12 

SVTK: Trần Văn Hạnh


quang. Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của
môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang hồng ngoại. Dùng mạch
dao động để phát xa và tránh ảnh hưởng của nhiễu. Khi có vật đi qua giữa bộ phát
và bộ thu, bộ thu sẽ thay đổi trạng thái đầu ra.
4, Cảm biến điện dung
+V
Electric
field
Electrode

Oscillator

Object
Electrode

Load
switching

Detector

Hình 1-8 Cảm biến điện dung
Cơng thức tính điện dung: C=A.K/D, cảm biến sẽ phát hiện vật đến gần vì vật
này làm thay đổi điện mơi giữa 2 bản cực đến giá trị đặt trước. Cảm biến có thể
phát hiện vật đến gần cách vài cm.
5, Cảm biến điện cảm

Inductive coil

+V

Metal

Oscillator Output
and leved switching
detector

Hình 1-9 Cảm biến điện cảm
Dựa vào từ trường cảm ứng để nhận biết vật kim loại đến gần, dòng điện cảm
ứng trong vật kim loại sẽ tạo từ trường ngược với từ trường ban đầu làm thay đổi
cảmkháng cuộn dây. Cảm biến này có thể nhận biết bất kì kim loại nào.
6, Phần tử HALL

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 13 

SVTK: Trần Văn Hạnh


Phần tử HALL là một chất bán dẫn. Nếu dòng điện B+ được cung cấp một cách
không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc với chiều của
dịng điện này thì điện áp sẽ được phỏt sinh thng gúc vi chiu dũng in.

+12V

HC205

Dòngđ
iện

Đ iện áp

Phần tử HALL

Hỡnh 1-10 Phn t HALL

470

Đ ầu ra

100

3

4

1

HN911L

2

5

6

K1

Hỡnh 1-11 B cảm biến hồng ngoại HN911L

7, Bộ cảm biến hồng ngoại
Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát ra một
năng lượng hồng ngoại yếu. Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất cao, thuận
tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L là một
linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình 1-11.

1.2 Các yêu cầu đối với thang máy
1.2.1 Yêu cầu về 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 phanh hãm, làm nhả các má phanh

kẹp vào ray dẫn hướng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được. Khi
mất điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không
rơi.
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 14 

SVTK: Trần Văn Hạnh


1.2.1.1 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy
1, 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 dử 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 1-12.
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
địn 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 1-12: 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.
2, Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín

Bộ hạn chế tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiển bởi một vịng 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
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 15 

SVTK: Trần Văn Hạnh


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 113.

Hình 1-13: Nguyên lý làm
việc của bộ hạn chế tốc độ

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
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 16 

SVTK: Trần Văn Hạnh

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
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 cịn 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 khơng 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 khơng cho phép, cịn
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 xuống đáy.
Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãm
khẩn cấp trong buồng thang, để buồng thang khơng bị va đập mạnh người ta cịn 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 Dừng chính xác buồng thang
Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng
cần dừng sau khi đã ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng khơng 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.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 17 

SVTK: Trần Văn Hạnh


- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ
hàng. Trong một số trường hợp có thể khơng thực hiện được việc xếp và bốc dỡ
hàng.
Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt được 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: mơmen cơ cấu phanh, mơmen qn tính của buồng thang, tốc độ khi bắt
đầu hãm.
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].

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 18 

SVTK: Trần Văn Hạnh


Buồng
thang

Mức dừng

Dừng

Mức đặt
cảm biến dịng

Hình 1-14: Dừng chính xác buồng thang
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 )

Trong đó :

, [m]

(2-2)

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 .

, [m]

(2-3)

Trong đó : J mơmen qn 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]
GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 19 

SVTK: Trần Văn Hạnh


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:
S = S , + S " = v0 .∆t +

J .ω02
2i ( M ph

D
2
± Mc)

(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.
Bảng 1-1
Hệ truyền động điện

Phạm

Tốc độ

vi điều

di

Gia

chính xác

chỉnh

chuyển

tốc

khi dừng

[m/s]
0,8

[m/s2]
1,5

[mm]
± 120

tốc độ
Động cơ KĐB rơ to lồng sóc 1cấp 1 : 1

Độ khơng

÷

tốc độ
Động cơ KĐB rơ to lồng sóc 2 cấp 1 : 4

0,5

1,5

150
± 10 ÷ 15

tốc độ
Động cơ KĐB rơ to lồng sóc 2 cấp 1 : 4

1

1,5

± 25 ÷ 35

tốc độ
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ)
1 : 30
Hệ máy phát - động cơ có khuyếch 1:100

2,0
2

2,0
2

± 10 ÷ 15
± 5 ÷ 10

đại trung gian
Sai số lớn nhất (độ dừng khơng 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
Bảng 1-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ khơng chính xác khi
dừng ∆s.

GVHD: T.S Trần Xn Minh

 20 

SVTK: Trần Văn Hạnh


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 chuyển 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/s 2]
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 cao tầng, 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.
Bảng 1-2
Tham số

Hệ truyền động
Xoay chiều
Tốc độ thang máy (m/s)
0,5
0,75
2
Gia tốc cực đại (m/s )
1
1
Gia tốc tính tốn trung bình 0,5
0,8

Một chiều
1
1,5
1,5

1,5
0,8
1

2,5
2
1

3,5
2
1,5

(m/s2)
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, khơng gây cảm giác khó chịu cho hành
khách, được đưa ra trong bảng 1-2 .
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

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 21 

SVTK: Trần Văn Hạnh


là độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc

ρ=

ρ=

da
dt

hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ

d2 v
). Khi gia tốc a < 2 m/s2 thì độ giật khơng q 20 m/s3
2
dt

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn
trên hình 1-15.
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 .
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 n
nh v hóm dng
S,v, a,

Mở máy

HÃ m xuống
tốc độ thấp

Chế độ ổn định





v
a

Đ ến HÃ m
tầng dừng

S



a

a



t





Hỡnh 1-15: Cỏc đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S, tốc độ v,
gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 22 

SVTK: Trần Văn Hạnh


CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MỘT SỐ SƠ ĐỒ TBĐ CỦA THANG MÁY

2.1 Các hệ truyền động điện thang máy
2.1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện thang máy
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
Thang máy thường được lắp đặt trong môi trường khá là khắc nghiệt. Phòng
máy thường được đặt ở thường được đặt tại đỉnh của tồ nhà vì vậy máy nhiệt độ
của phòng máy thường cao. Chế độ làm việc của động cơ là ngắn hạn lặp lại với
tần số đóng cắt điện lớn, mở máy, hãm dừng liên tục.

2.1.2 Các hệ truyền động cho thang máy
2.1.2.1 Hệ thống máy phát ng c
CKFK

F
FK

BTFK

đ=
s f

T
N

Đ

E
f
R

CKF

GVHD: T.S Trn Xuõn Minh

I

F

Đs


f

R

I kf

BTF

N

đ

CK
BTF

T

23

SVTK: Trần Văn Hạnh


Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(F-Đ)
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
cơng suất đặt lớn gấp 3 ÷ 4 lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và
sửa chữa.

2.1.2.2 Hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều(BBĐ- Đ)

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh-động cơ một chiều.
Trong những năm gần đây, do sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất lớn,
các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh như: bộ biến đổi van, bộ biến
đổi van khuếch đại từ, bộ biến đổi xung điện áp... đã được áp dụng khá rộng rãi
trong các thang máy cao tốc với tốc độ tới 5 m/s.

Hệ thống BBĐ - Đ là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dịng xoay
chiều có tần số cơng nghiệp thành dòng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ.
Ưu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lượng dải điều
chỉnh tốc độ có thể đáp ứng được với yêu cầu của các thang máy cao tốc. Tuy
nhiên hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: động cơ một chiều là thiết
bị cần phải được bảo dưỡng thường xuyên nên có thể làm gián đoạn q trình phục
vụ của thang máy; BBĐ sử dụng thyristor có khả năng chịu quá tải kém, mạch điều

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 24 

SVTK: Trần Văn Hạnh


khiển thyristor rất phức tạp địi hỏi phải có cơng nhân lành nghề khi cần sửa chữa,
bảo dưỡng vv...

2.1.2.3 Hệ thống bộ biến tần- động cơ không đồng bộ
Các hệ thống sử dụng biến tần cho chất lượng khá tốt, thay đổi lại linh động,
đây là thiết bị đang được sử dụng rất nhiều, và cũng sẽ được sử dụng trong đồ án
này. Tuy nhiên việc sử dụng cũng rất khó khăn địi hỏi người sử dụng phải rất dành
về thiết bị, sử dụng nhiều thiết bị điện tử, việc vận hành, sửa chữa yêu cầu cao.

Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không đồng bộ

2.1.2.4 Hệ thống dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ
Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc và
rơto dây quấn được dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy và
máy nâng. Hệ truyền động động cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc thường dùng cho

thang máy chở hàng tốc độ chậm. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto dây
quấn thường dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn (cơng suất động cơ truyền
động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dịng khởi động để không làm ảnh hưởng
đến nguồn điện cung cấp.
Trong các thang máy tốc độ thấp và chất lượng truyền động có u cầu khơng
cao lắm, người ta thường sử dụng các hệ truyền động trong đó phần dẫn động là
động cơ khơng đồng bộ - rơto lồng sóc nhiều cấp tốc độ.
Hệ truyền động này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành hạ, dễ dàng trong
vận hành và sửa chữa. Tuy nhiên, nó lại khơng thể đáp ứng được về mặt chất lượng
đối với các thang máy có yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật.

GVHD: T.S Trần Xuân Minh

 25 

SVTK: Trần Văn Hạnh