Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chở người trên cơ sở plc mitsubishi

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY
CHỞ NGƢỜI TRÊN CƠ SỞ PLC MITSUBISHI

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỮU DŨNG
Lớp 52K - ĐTTT

Giảng viên hƣớng dẫn:

ThS. TẠ HÙNG CƢỜNG

Nghệ An, 05/ 2016

1


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và rèn luyện em đã đƣợc trang bị các kiến thức cơ bản,
chuyên mơn cũng nhƣ kinh nghiệm thực tế để có thể hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp
của mình.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông,

đã quan tâm, hƣớng dẫn, truyền đạt lại kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt
quá trình học tập vừa qua.
Em xin cảm ơn ThS. Tạ Hùng Cƣờng đã tận tình hƣớng dẫn về chun mơn,
phƣơng pháp làm việc để em có thể hồn thành đồ án theo kế hoạch đặt ra.
Trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng hồn thành nhƣng khơng tránh khỏi
những sai sót, em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ giáo và
các bạn để em hồn thiện hơn đồ án của mình
Em xin chân thành cảm ơn!
Nghệ An, tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Dũng

2


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này đi sâu vào tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống
điều khiển dùng PLC. Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Ladder, mơi trƣờng lập trình
và phần mềm GX Deverlop để mô phỏng cho hệ thống dùng PLC. Đồ án cũng đã
nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC Mishubishi để xây dựng mơ hình thang
máy chở ngƣời.
ABSTRACT
In this graduation project analyse the working principle the programmable
logic controller PLC for elevator for developing its control system. The
programming language used is ladder diagram. Programing environtment, GX
developer 8 software to simulate system using PLC, The thesis was also researched
the applications of PLC Mishubishi Controller to build a elevator model for moving
people.

3


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN......................................................................................................3
MỤC LỤC ...................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................7
CÁC TỪ NGŨ VIẾT TẮT .........................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................9
CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY ..................10
1.1. Giới thiệu chung về thang máy ......................................................................10
1.2. Cấu tạo chung của thang máy ........................................................................13
1.3. Các hệ truyền động cho thang máy ................................................................16
1.4. Các yêu cầu đối với thang máy ......................................................................18
CHƢƠNG 2. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC ....................................21
2.1. Thiết bị điều khiển khả trình PLC Mishubishi ...............................................21
2.2. Giới thiệu về PLC FX3U Mishubishi ............................................................28
2.3. Giới thiệu về lập trình PLC ............................................................................35
2.4. Giới thiệu về tập lệnh .....................................................................................39
2.5. Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm GX Developer 8 ...........................................41
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG THANG MÁY CHỞ
NGƢỜI ......................................................................................................................44
3.1. Phân tích u cầu thiết kế...............................................................................44
3.2. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................44
3.3. Sơ đồ nguyên lý..............................................................................................49
3.4. Thuật toán điều khiển .....................................................................................50
3.5. Kết quả thi công và vận hành .........................................................................52

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .........................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57
PHỤ LỤC ..................................................................................................................58

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang……...…………….12
Hình 1.2. Thang máy điện có bộ tời đặt phía dƣới giếng thang……………...…....12
Hình 1.3. Các thành phần của hệ thống thang máy...................................................13
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động máy phát động cơ(F-Đ) ..............16
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều. .............16
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không đồng bộ.........................17
Hình 1.7. Phanh bảo hiểm kiểu kìm ..........................................................................19
Hình 1.8. Bộ hạn chế tốc độ ......................................................................................20
Hình 2.1. Một số PLC trên thị trƣờng .......................................................................21
Hình 2.2. Cấu trúc chung của PLC ...........................................................................26
Hình 2.3. Các thiết bị vào thƣờng gặp ......................................................................27
Hình 2.4. Sơ đồ đấu nối dây vào ...............................................................................28
Hình 2.5. Các thiết bị ra thƣờng gặp .........................................................................28
Hình 2.6. Sơ đồ đấu nối đầu ra ..................................................................................29
Hình 2.7. Chu kì quét của PLC .................................................................................29
Hình 2.8. Hình dáng bên ngồi PLC FX3U ..............................................................30
Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc bên ngồi PLC FX3U........................................................30
Hình 2.10. Giao diện vào ra ......................................................................................32
Hình 2.11. Sơ đồ vị trí ngõ vào và ra bố trí trên PLC Mishubishi ............................33
Hình 2.12. Các cách kết nối tác động ngõ vào ..........................................................34
Hình 2.13. Cách đấu nối PLC với tải relay ...............................................................35

Hình 2.14. Cách đấu nối PLC với tải transistor ........................................................35
Hình 2.15. Sơ đồ đấu nối PLC FX với nguồn điện AC ............................................36
Hình 2.16. Sơ đồ đấu nối PLC FX với nguồn điện DC ............................................37
Hình 2.17. Quy trình lập trình ...................................................................................38
Hình 2.18. Giao diện phần mềm GX Developer 8 ....................................................43
Hình 2.19. Tạo project mới .......................................................................................44
Hình 2.20. Giao diện viết chƣơng trình ....................................................................44
Hình 2.21. Nạp chƣơng trình vào PLC .....................................................................45

5


Hình 3.1. Mơ hình thiết kế ........................................................................................46
Hình 3.2. Buồng thang ..............................................................................................47
Hình 3.3. Buồng thang và cơ cấu đóng mở cửa ........................................................48
Hình 3.4. Ray di chuyển của buồng thang và đối trọng ............................................48
Hình 3.5. Mơ hình thực tế .........................................................................................49
Hình 3.6. Sơ đồ khái quát mạch điện ........................................................................50
Hình 3.7. Họ IC ổn áp 78xx ......................................................................................50
Hình 3.8. Sơ đồ khối nguồn 5VDC ...........................................................................51
Hình 3.9. Nút ấn đề và cơng tắc hành trình ...............................................................51
Hình 3.10. Led 7 đoạn ...............................................................................................52
Hình 3.11. Quan hệ giữa đại lƣợng vào và ra của relay............................................53
Hình 3.12. Rơ le thực tế ............................................................................................54
Hình 3.13. Động cơ điện một chiều ..........................................................................55
Hình 3.14. Cấu tạo động cơ điện một chiều ..............................................................55
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mạch relay sử dụng opto cách ly .................................56
Hình 3.16. Mạch relay 4 kênh ...................................................................................56
Hình 3.17. Sơ đồ thuật toán điều khiển .....................................................................58

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Bảng các yêu cầu đối với nguồn tác động ngõ vào 24VDC .....................32
Bảng 2.2. Quy định các các giá trị định mức cho ngõ ra relay và Transistor ...........33
Bảng 2.3. Một số kí hiệu các rơ le nội ......................................................................38
Bảng 3.1. Các cổng vào ra chính của mơ hình ..........................................................55

7


CÁC TỪ NGŨ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

PLC

Programble Logic Control

Bộ điều khiển logic khả trình

PID

Propotional Integral Derivative

Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ

ROM

Read Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc

RAM

Random Acess Memory

Bộ nhớ truy cập ngẩu nhiên

Elictrical Erasable Programble

Bộ nhớ ROM có thể xóa và nạp

ROM

bằng tín hiệu điện

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lí trung tâm

GND

Ground

Đất

I/O

In/ Out

Vào/ ra

LED

Light Emitting Diode

Diode phát quang

LAD

Ladder

Sơ đồ hình thang

STL

Standard Template Library

Liệt kê lệnh

FBD

Funtion Block Diagram

Khối hàm

EEPROM

8


LỜI MỞ ĐẦU
Nƣớc ta đang trong thời kì cơng nghiệp hố – hiện đại hố đất nƣớc.Vì vậy,
việc ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ của thế giới vào trong sản xuất để
tăng năng suất lao động và chất lƣợng của sản phẩm, đồng thời giảm thiểu thời gian,
tiết kiệm chi phí là rất cần thiết.
Sự ra đời của các sản phẩm điều khiển logic nhƣ PLC S7-200, S7-300 của
hãng Siemens, PLC Mitsubishi…ứng dụng vào các dây chuyền sản xuất công
nghiệp đã tạo ra một sự tối ƣu và độ tin cậy rất lớn, giải phóng sức lao động cho con
ngƣời nhƣ các hệ thống tự động, bán tự động…
Với những tính năng nhƣ vậy và từ nhu cầu thực tế, chúng tôi đã chọn đề tài
“Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chở ngƣời trên cở sở PLC
Mitsubishi”
Nội dung của đồ án đƣợc trình bày qua 3 chƣơng với nội dung tóm tắt nhƣ sau:
Chƣơng 1. Khái quát chung về hệ thống thang máy
Trong chƣơng này tập trung tìm hiểu nhu cầu sử dụng thang máy hiện nay, cấu
tạo và các yêu cầu cần thiết đối với hệ thống thang máy.
Chƣơng 2. Thiết bị điều khiển khả trình PLC
Trong chƣơng này giới thiệu về thiết bị điều khiển khả trình PLC và các ngơn
ngữ lập trình, đặc biệt đi sâu vào ngơn ngữ lập trình LAD để lập trình cho PLC
Chƣơng 3. Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống thang máy chở ngƣời
Chƣơng này đi sâu vào thiết kế và thi cơng mơ hình và mạch điều khiển.

Do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án này khơng tránh khỏi sai sót,
em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của quý thầy cơ giáo và các bạn để đồ án đƣợc
hồn thiện hơn.
Nghệ An, tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Dũng

9


Chƣơng 1
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG 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 ngƣời, hàng hoá, vật
liệu… theo phƣơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phƣơng
thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy thƣờng đƣợc dùng trong các
khách sạn, công sở, chung cƣ, bệnh viện, trong các nhà máy...
1.1.2. Lịch sử phát triển thang máy
Cuối thế kỉ 19 trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời nhƣ: OTIS;
Schindler. Chiếc thang máy đầu tiên đã đƣợc chế tạo và đƣa 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.
Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời nhƣ 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 phƣơng pháp
biến đổi điện áp và tần số (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động
êm hơn, tiết kiệm đƣợc 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.
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 hƣớng là:
Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nƣớc ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy
nhƣng với giá thành rất cao.
10


Trong nƣớc 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 nƣớc đã giới thiệu và bán sản
phẩm của mình vào Việt Nam nhƣ : 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 thƣờng.
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.
1.1.3. Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay đã đƣợc 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 ngun tắc và các đặc điểm sau:
a, Theo công dụng thang máy được phân thành 5 loại
Thang máy chuyên chở ngƣời.
Thang máy chun chở ngƣời có tính đến hàng đi kèm.

Thang máy chun chở bệnh nhân.
Ngồi ra cịn có các loại thang máy chuyên dùng khác nhƣ: thang máy cứu
hoả, chở ôtô ....
b, Theo hệ thống dẫn động cabin
Thang máy dẫn động điện.
Thang máy thuỷ lực ( bằng xylanh – pittông ).
c, Theo các thông số cơ bản
 Theo tốc độ di chuyển của cabin:
Loại tốc độ thấp:

 <1 m/s

Loại tốc độ trung bình:

 < 1  2,5 m/s

Loại tốc độ cao:

 <2,5  4 m/s

Loại tốc độ rất cao:

 > 4 m/s.

 Theo khối lƣợng vận chuyển của cabin:
Loại nhỏ:

Q < 500 kg

Loại trung bình:

Q = 500 1000 kg
11


Loại lớn:

Q = 1000  1600 kg

Loại rất lớn:

Q >1600 kg

d, Theo vị trí đặt bộ tời kéo

Hình 1.1. Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang

Hình 1.2. Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang.
a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên cabin.
b) Cáp vòng qua đáy cabin.
e, Theo quỹ đạo di chuyển của cabin
Thang máy thẳng đứng.
Thang máy nghiêng.

12


1.2. Cấu tạo chung của thang máy
1.2.1. Cấu tạo

Hình 1.3. Các thành phần của hệ thống thang máy
1. Cabin
2. Con trƣợt dẫn hƣớng cabin
3. Ray dẫn hƣớng cabin
4. Thanh kẹp tăng cáp
5. Cụm đối trọng
6. Ray dẫn hƣớng đối trọng
7. Dẫn hƣớng đối trọng
8. Cáp tải
9. Cụm máy
10. Cửa xếp cabin
13


11. Nêm chống rơi
12. Cơ cấu chống rơi
13. Giảm chấn
14. Thanh đỡ
15. Kẹp ray cabin
16. Giá ray cabin
17. Bulông bắt giá ray
18. Giá ray đối trọng
19. Kẹp ray đối trọng
1.2.2. Chức năng các thành phần chính của hệ thống thang máy
a, Cabin
Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy, nó sẽ là nơi chứa
hàng, chở ngƣời đến các tầng, do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thƣớc,
hình dáng, thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó.
b, Động cơ
Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo

cabin lên xuống. Động cơ đƣợc sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pha rôto 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 ngƣời đi thang máy. Động cơ là một phần tử quan
trọng đƣợc điều chỉnh phù hợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý
trung tâm.
c, Phanh
Phanh hãm điện từ.
Phanh bảo hiểm.
d, 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 không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì. Cửa
tầng để che chắn bảo vệ tồn 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 q trình đóng mở êm nhẹ
khơng có va đập. Nếu khơng may một vật gì đó hay ngƣời kẹp giữa cửa tầng đang

14


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.
e, 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 thƣờng là động cơ một chiều không
chổi than ( động cơ servo 1 chiều). Để điều khiển đƣợc loại động cơ này cần có bộ
Driver thƣờng đi kèm với từng loại động cơ.
f, 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.
g, Các thiết bị phụ khác
Quạt gió, chuông liên lạc, các chỉ thị số báo tầng,… đƣợc lắp đặt trong cabin
để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễ chịu khi đi thang máy.
1.2.3. Thông số cơ bản của hệ thống thang máy
Đây chính là thơng số cần thiết đặc trƣng cho mỗi loại thang máy, chính những
thơng số này quyết định tồn bộ q trình hoạt động của thang máy cũng nhƣ kết
cấu chung, các thơng số này cịn là cơ sở để cho các nhà đầu tƣ lựa chọn thang máy
phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng
Tải trọng nâng: Là loại tải trọng lớn nhất theo tính tốn cho phép thang máy
vận chuyển đƣợc, ở đây không kể trọng lƣợng của cabin
Khả năng chứa của cabin: Là lƣợng ngƣời mà theo tính tốn cabin chứa đƣợc
Diện tích sàn cabin: Là diện tích sàn tính trong lịng cabin. Diện tích này tính
theo tải trọng nâng và khả năng chứa của cabin
Tốc độ danh nghĩa: Là tốc độ di chuyển của cabin theo tính tốn và ghi trong
lý lịch máy
Tốc độ làm việc: Là tốc độ chuyển động thực tế của cabin

15


Chiều cao của thang máy: Là khoảng cách theo phƣơng thẳng đứng của thang
máy.Giữa tầng dƣới cùng và tầng trên cùng của tồ nhà.
Độ dừng chính xác: Là khoảng cách theo phƣơng thẳng đứng giữa mặt sàn của
cabin và mặt sàn tầng nhà khi dừng thang máy.
1.3. Các hệ truyền động cho thang máy
1.3.1. Hệ thống máy phát động cơ

Hình 1.4. 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
thƣờng 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. Nhƣợc 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.
1.3.2. Hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều (BBĐ- Đ)

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bộ biến đổi tĩnh - động cơ một chiều.

16


Hệ thống BBĐ - Đ là hệ thống sử dụng bộ biến đổi tĩnh biến đổi dịng xoay
chiều có tần số cơng nghiệp thành dịng điện một chiều cung cấp cho động cơ Đ.
Ƣu điểm của hệ thống là làm việc êm, tin cậy, tuổi thọ cao, chất lƣợng dải điều
chỉnh tốc độ có thể đáp ứng đƣợc với yêu cầu của các thang máy cao tốc. Tuy nhiên
hệ thống vẫn còn tồn tại một số nhƣợc điểm nhƣ: động cơ một chiều là thiết bị cần
phải đƣợc bảo dƣỡng thƣờng xun nên có thể làm gián đoạn q trình phục vụ của
thang máy.
1.3.3. Hệ thống bộ biến tần- động cơ không đồng bộ
Các hệ thống sử dụng biến tần cho chất lƣợng khá tốt, thay đổi lại linh động,
đây là thiết bị đang đƣợc sử dụng rất nhiều, và cũng sẽ đƣợc sử dụng trong đồ án
này. Tuy nhiên việc sử dụng cũng rất khó khăn địi hỏi ngƣời sử dụng phải am hiểu
về thiết bị, sử dụng nhiều thiết bị điện tử, việc vận hành, sửa chữa yêu cầu cao.

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hệ bộ biến tần -động cơ không đồng bộ
1.3.4. Hệ thống dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ
Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và

rơto dây quấn đƣợc dùng khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy và
máy nâng. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thƣờng dùng cho
thang máy chở hàng tốc độ chậm. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôto dây
quấn thƣờng dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn (công suất động cơ truyền

17


động có thể tới 200KW) nhằm hạn chế dịng khởi động để không làm ảnh hƣởng
đến nguồn điện cung cấp.
Trong các thang máy tốc độ thấp và chất lƣợng truyền động có u cầu khơng
cao lắm, ngƣời ta thƣờng 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 ƣu
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 đƣợc về mặt chất lƣợng đối với các thang máy có
yêu cầu cao vế tốc độ, gia tốc và độ giật.
1.4. Các yêu cầu đối với thang máy
1.4.1. Yêu cầu về an toàn trong điều khiển thang máy
Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở ngƣời, chở hàng từ độ cao này đến
độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn đƣợc đặt lên hàng đầu. Để đảm
bảo cho sự hoạt động an toàn của thang máy, ngƣời 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 ln cho phanh hãm, làm nhả các má phanh
kẹp vào ray dẫn hƣớng. Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động đƣợc. Khi mất
điện, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đƣờng ray giữ cho buồng thang không rơi.
 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

vƣợt quá (20  40)% tốc độ định mức.
Phanh bảo hiểm thƣờng đƣợc 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 đƣợc dử dụng rộng rãi hơn, nó
bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm đƣợc
biểu diễn trên hình 1.7
Phanh bảo hiểm thƣờng đƣợc lắp phía dƣới buồng thang, gọng kìm 2 trƣợt
theo thanh hƣớng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thƣờng. Nằm giữa hai cánh

18


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 1.7. Phanh bảo hiểm kiểu kìm
2. Bộ hạn chế tốc độ kiểu vịng cáp kín
Bộ hạn chế tốc độ đƣợc đặt ở đỉnh thang và đƣợc điều khiển bởi một vịng cáp
kín truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dƣới một puli cố
định ở đáy giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng
thang và đƣợc liên kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin vƣợt 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 nhƣ ngắt mạch điện động cơ, đƣa thiết bị chống rơi vào làm việc.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ đƣợc minh hoạ trên hình 1.5 .
Cáp 2 treo vịng qua puli 1, puli 1 quay đƣợc là nhờ chuyển động của cáp qua
ròng rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hƣớng cho cáp. trƣờng hợp cáp bị đứt hay bị
trƣợt 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 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 thƣờng bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thƣờng của thang.

19


Hình 1.8. Bộ hạn chế tốc độ
 Kết luận chƣơng 1:
Chƣơng 1 đã giới thiệu một cách tổng quát về hệ thống thang máy hiện nay.
Tìm hiểu một số vấn đề cơ bản nhƣ: cấu tạo, các hệ truyền động, các yêu cầu đối
với thang máy.

20


Chƣơng 2
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC
2.1. Thiết bị điều khiển khả trình PLC Mishubishi
2.1.1. Khái niệm chung
PLC viết tắt của Programble Logic Control, là thiết bị lập trình đƣợc cho phép
thực hiện linh hoạt các phép tốn thơng qua chƣơng trình điều khiển. Nó đƣợc thiết
kế chun dụng trong cơng nghiệp để điều khiển các q trình từ đơn giản đến phức
tạp và tùy thuộc vào ngƣời sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các chức năng
qua các chƣơng trình khác nhau.
Thiết bị điều khiển khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rộng rãi, nói một cách
tổng qt hơn thì nó giống nhƣ một chiếc máy tính nên có thể lập trình đƣợc.
Chƣơng trình của PLC có thể thay đổi rất dể dàng và nhanh chóng bởi ngơn ngữ lập
trình cho PLC là ngơn ngữ trực quan, dể hiểu.

Thiết bị điều khiển logic khả trình đáp ứng đƣợc hầu hết các yêu cầu và nhƣ
là yếu tố chính trong việc nâng cao hiệu quả trong đời sống

Hình 2.1 Một số PLC trên thị trường
PLC gồm có:
+ Tín hiệu ngõ vào X
+ Tín hiệu ngõ ra Y
+ Bộ định thời Timer T
+ Bộ đếm Counter C
+ Cờ nhớ của PLC: M và S

21


2.1.2. Phân loại PLC
Đầu tiên là khả năng và giá trị cũng nhƣ nhu cầu về hệ thống sẽ giúp cho
ngƣời sử dụng cần những loại PLC nào mà họ cần. Nhu cầu về hệ thống đƣợc xem
nhƣ là một nhu cầu ƣu tiên nó giúp ngƣời sử dụng biết cần loại PLC nào và đặc
trƣng của từng loại để dễ dàng lựa chọn
Các nhà thiết kế phân PLC ra làm các loại sau:
a, PLC siêu nhỏ (Micro PLC)
Micro PLC thƣờng đƣợc ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nhỏ, các
ứng dụng trực tiếp trong từng thiết bị đơn lẻ (ví dụ điều khiển băng tải nhỏ). Các
PLC này thƣờng đƣợc lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay, một vài PLC cịn có
khả năng hoạt động với tín hiệu I/O tƣơng tự (ví dụ việc điều khiển nhiệt độ). Các
tiêu chuẩn của một Micro PLC nhƣ sau:
 32 ngõ vào / ra
 Sử dụng vi xử lý 8 bít
 Thƣờng dùng thay thế rơ le
 Bộ nhớ có dung lƣợng 1k

 Ngõ vào ra là tín hiệu số
 Có timer và counter
 Thƣờng đƣợc lập trình bằng các bộ lập trình bằng tay
b, PLC cỡ nhỏ (Small PLC)
PLC cỡ nhỏ thƣờng đƣợc dùng trong việc điều khiển các hệ thống nhỏ (ví dụ:
điều khiển động cơ, dây chuyền sản xuất nhỏ), chức năng của các PLC này thƣờng
đƣợc giới hạn trong việc thực hiện chuổi các mức logic, điều khiển thay thế rơ le.
Các tiêu chuẩn của một PLC cỡ nhỏ nhƣ sau:
 Có 128 ngõ vào / ra
 Dùng vi xử lý 8 bit
 Thƣờng dùng để thay thế các rơ le
 Dùng bộ nhớ 2k
 Lập trình bằng ngơn ngữ dạng hình thang (Ladder) hoặc liệt kê
 Có timer, counter, thanh ghi dịch

22


 Đồng hồ thời gian thực
c, PLC cỡ trung bình (Medium PLC)
PLC trung bình có hơn 128 đƣờng vào/ ra, điều khiển đƣợc các tín hiệu tƣơng
tự xuất nhập dữ liệu, ứng dụng đƣợc những thuật toán, thay đổi đƣợc các đặc tính
của PLC nhờ vào hoạt động của phần cứng và phần mềm. Các thơng số của PLC
trung bình nhƣ sau:
 Có khoảng 1024 ngõ vào/ ra
 Dùng vi xử lý 8 bít
 Thay thế rơ le và điều khiển đƣợc tín hiệu tƣơng tự
 Bộ nhớ 4k, có thể nâng lên 8k
 Tín hiệu ngõ vào ra là tƣơng tự hoặc số
 Có các lệnh dạng khối và ngơn ngữ lập trình là ngơn ngữ cấp cao

 Có timer, counter, thanh ghi dịch
 Có khả năng xử lý chƣơng trình con
 Thực hiện các thuật tốn
 Giới hạn dữ liệu với bộ lập trình cầm tay
 Có đƣờng tín hiệu đặc biệt ở module vào/ ra
 Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232
 Có khả năng hoạt động với mạng
d, PLC cỡ lớn (Large PLC)
PLC cỡ lớn đƣợc sử dụng rộng rãi hơn do có khả năng hoạt động hữu hiệu, có
thể nhận dữ liệu, báo những dữ liệu đã nhận, phần mềm cho thiết bị cầm tay đƣợc
phát triển mạnh hơn tạo thuận lợi cho ngƣời sử dụng. Tiêu chuẩn PLC cỡ lớn: ngoài
các tiêu chuẩn của PLC cỡ trung, PLC cỡ lớn còn có thêm các tiêu chuẩn sau:
 Có 2048 cổng vào ra
 Dùng vi xử lý 8 bít hoặc 16 bít
 Bộ nhớ cơ bản dung lƣợng 12k, mở rộng lên đƣợc 32k
 PID hoặc làm việc với hệ thống phần mềm PID
 Có hai hoặc nhiều hơn 2 cổng giao tiếp RS232

23


 Dữ liệu điều khiển mở rộng, so sánh, chuyển đổi dữ liệu, chức năng giải thuật
toán mã điều khiển mở rộng
 Có khả năng giao tiếp giữa máy tính và các module
e, Loại PLC rất lớn
PLC rất lớn đƣợc dùng trong các ứng dụng đòi hỏi sự phức tạp và chính xác
cao, đồng thời dung lƣợng chƣơng trình lớn. Ngồi ra PLC loại này có thể giao tiếp
I/O với các chức năng đặc biệt. PLC loại này cịn có thêm các chức năng:
 Có 8129 cổng vào ra
 Dùng vi xử lý 16 bít hoặc 32 bít

 Bộ nhớ 64k mở rộng lên đƣợc 1M
 Dữ liệu điều khiển mở rộng
2.1.3. Ƣu điểm của PLC
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho
các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá
trình điều khiển trở nên nhanh hơn, đơn giản hơn và hiệu quả hơn.
Tốn ít khơng gian: Một PLC cần ít khơng gian hơn máy tính tiêu chuẩn hay
một điều khiển rơ le để thực hiện cùng một chức năng.
Tiết kiệm năng lƣợng: PLC tiêu thụ năng lƣợng ở mức thấp, ít hơn cả các máy
tính thơng thƣờng.
Khả năng thích ứng với mơi trƣờng công nghiệp: Các vỏ PLC đƣợc làm từ vật
liệu cứng có khả năng chịu đƣợc va đập, dầu mỡ, độ ẩm, độ rung, độ nhiễu. Các
máy tính tiêu chuẩn khơng có khả năng này.
Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để
có thể giao tiếp với mơi trƣờng cơng nghiệp, trong khi đó PLC có thể giao tiếp trực
tiếp nhờ các module vào ra (I/O).
Lập trình dễ dàng: Phần lớn PLC sử dụng ngơn ngữ lập trình LAD có dạng sơ
đồ hình thang, trực quan và dể hiểu.
Tính linh hoạt: Chƣơng trình có thể thay đổi nhanh chóng và dể dàng bằng
cách nạp lại chƣơng trình nhờ máy tính.

24


2.1.4. Cấu trúc cơ bản
Bộ nhớ chƣơng trình

CPU

Timer

Bộ đệm vào/ra

Bộ xử lý trung
tâm

Bộ đếm
Bít cờ

BUS

Cổng vào/ra
Cổng ngắt và bộ
đếm tốc độ cao

Quản lý kết nối

Hình 2.2. Cấu trúc chung của PLC
a, CPU
CPU là bộ xử lý trung tâm có nhiệm vụ điều khiển và quản lý mọi hoạt động
bên trong của PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào ra đƣợc
thực hiện qua hệ thống các BUS dƣới sự điều khiển của CPU.
b, Bộ nhớ
Tất cả các loại PLC đều sử dụng ba loại bộ nhớ sau:
Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Là bộ nhớ chỉ đọc, trong PLC bộ nhớ này
chỉ lƣu giữ chƣơng trình điều hành do nhà sản xuất nạp và chỉ nạp một lần.
Bộ nhớ RAM (Random Acess Memory): Là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, trong
PLC bộ nhớ này dùng để lƣu giữ dữ liệu hoặc kết quả tạm thời của các phép toán.
Dữ liệu lƣu trong RAM sẽ bị xóa khi xảy ra mất nguồn ni. Để hạn chế mất dữ
liệu khi xảy ra mất nguồn ni thì bộ nhớ RAM của PLC thƣờng có một nguồn ni
phụ cho RAM có thể nguồn tụ điện hoặc nguồn pin.

Bộ nhớ EEPROM ( Elictrical Erasable Programble ROM): Là bộ nhớ ROM có
thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện, tùy thuộc vào từng loại mà EEPROM cho phép
xóa đi và nạp lại từ vài nghìn tới vài chục nghìn lần. Bộ nhớ EEPROM đƣợc dùng
để lƣu giữ chƣơng trình ứng dụng trong PLC.

25