Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại Học mỏ - địa chất

Nguyễn Thanh Long

ứng dụng PLC s7-200 điều khiển
thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ kü thuËt

Hµ néi - 2006


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại Học mỏ - địa chất

Nguyễn Thanh Long

ứng dụng PLC s7-200 điều khiển
thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm

Chuyên ngành: Mạng và hệ thống điện, cung cấp điện và điện khí hoá
MÃ số: 2.03.01

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS.TS. Phan Xuân Minh

Hà nội - 2006

2

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và cha từng
đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Thanh Long


3

Mục lục
Trang phụ bìa

1

Lời cam đoan

2

Mục lục

3

Danh mục các bảng


4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

5

Mở đầu

7

Chơng 1 - Công nghệ điều khiển thang máy

9

1.1. Tổng quan

9

1.2. Đặc điểm công nghệ của hệ truyền động ...

14

Chơng 2 - Hệ thống truyền động thang máy

29

2.1. Khái quát chung

29


2.2. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy

30

2.4. Tính chọn công suất động cơ

44

2.5. Lựa chọn biến tần

47

Chơng 3 - Giải pháp kỹ thuật điều khiển thang máy

49

3.1. Lựa chọn thiết bị cảm biến và chấp hành

49

3.2 . Cấu hình hệ thống điều khiển trên nền ..

54

Chơng 4 Chơng trình điều khiển, mô phỏng kiểm chứng 63
trong phòng thí nghiệm
4.1. Xây dựng cấu trúc chơng trình, thuật toán

63


4.2. Chơng trình điều khiển

77

4.3. Mô phỏng kiểm chứng trong phòng thí nghiệm

85

Kết luận và kiến nghị

89

Tài liệu tham khảo

90


4

Danh mục các bảng

Nội dung

Bảng
2.1
2.2

Các tham số hệ thống truyền động với độ không chính xác
khi dừng s.

Thông số tơng ®èi c¸c thêi gian më m¸y, thêi gian h m, thời
gian đóng, mở cửa.

3.1

Thông số kỹ thuật của S7-200 CPU

3.2

Tổng hợp các đầu vào/ra.


5

Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
2.1
2.2
2.3
2.4

2.5
2.6
2.7a
2.7b
2.8
2.9
2.10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Tên hình vẽ
Sơ đồ cấu tạo của thang máy
Sơ đồ cấu tạo bộ h m bảo hiểm tác động êm với mô men phanh
không đổi
Cấu tạo của phanh h m điện từ
Sơ đồ nguyên lý công tắc tầng cơ khí
Tế bào quang điện kiểu đèn
Sơ đồ nối tế bào quang điện
Tế bào quang điện kiểu bán dẫn
Tế bào quang điện đợc nối với rơ le tầng
Công tắc không tiếp điểm kiểu điện cảm
Hình ảnh và cấu tạo của công tắc giới hạn hành trình
Biểu đồ tốc độ, gia tốc và độ giật của thang máy
Sơ đồ mạch điện nguyên lý hệ thống truyền động Máy phát Động cơ điện một chiều có khuếch đại trung gian
Sơ đồ khối của hệ truyền động Thyristor - Động cơ một chiều
Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rô to
Biểu đồ điện trở tơng đơng Re theo thời gian

Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ không đồng bộ rôtor
lồng sóc hai cấp tốc độ
Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB bằng biến tần nguồn áp
Khâu điều chỉnh dòng isd, isq bằng khâu ĐCD riêng biệt
Cấu trúc biến tần nghịch lu độc lập
Sơ đồ nguyên lý hƯ trun ®éng xoay chiỊu 3 pha dïng biÕn tần nguồn áp
Đờng cong để xác định số lần dừng (theo xác suất) của buồng thang
Sơ đồ động học của thang máy
Đờng cong tốc độ
Tuyến tính hoá đờng cong tốc độ
Đồ thị phụ tải theo thời gian
Hình dáng ngoài cảm biÕn kiÓu quang YG-1


6

3.6
3.7
3.8

3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16

a, Mặt trên của S7-200 CPU 221
b, Mặt trên của S7-200 CPU 222
Mặt trên của S7-200 CPU 224
Mặt trên của S7-200 CPU 226
CÊu tróc bé nhí S7-200
CÊu tróc mét ch−¬ng trình của S7-200
Sơ đồ vòng quét của S7-200
Mặt trên của CPU224
Mặt trên của mô dun mở rộng EM223
Lu đồ của chơng trình chính (Main OB1)
Lu đồ thuật toán thực hiện việc nhập yêu cầu (SBR0)
Lu đồ thuật toán tìm yêu cầu lên 1 (SBR1)
Lu đồ thuật toán tìm yêu cầu lên 2 (SBR2)
Lu đồ thuật toán tìm yêu cầu xuống 1(SBR3)
Lu đồ thuật toán tìm yêu cầu xuống 2(SBR4)
Lu đồ thuật toán thực hiện việc xác định vị trí của buồng thang
và hiển thị (SBR5)
Lu đồ thuật toán xử lý hành trình lên (SBR6)

Lu đồ thuật toán xử lý hành trình xuống (SBR7)
Lu đồ thuật toán thực hiện việc đóng më cưa (SBR8)
L−u ®å xư lý mÊt ®iƯn (SBR9)
KÝch th−íc của bộ điều khiển
Kích thớc của ray gá bộ điều khiển
Kích thớc của các panel điều khiển, cảm biến tầng
Mô hình mô phỏng trong phòng thí nghiệm
Sơ đồ nối dây các đầu vào mô hình mô phỏng


7

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay nền công nghệ chế tạo linh kiện điện tử công suất và vi mạch điều
khiển của nhân loại đ phát triển tới mức cao. Mặt khác việc ứng dụng công nghệ
điện tử công suất và vi mạch điều khiển vào các dây chuyền công nghệ nó đ đem
lại những thành công rực rỡ cho nền khoa học của nhân loại đó là: đ tạo ra các dây
chuyền sản xuất, các máy móc, thiết bị có tính tự động hoá cao và có tính năng sử
dụng hoàn hảo Nhờ đó mà việc ứng dụng vi mạch điều khiển và điện tử công suất
đ lan toả, xâm nhập rất nhanh vào các dây chun c«ng nghƯ. Cã thĨ nãi hiƯn nay
khoa häc c«ng nghƯ nãi chung, kü tht ®iỊu khiĨn hƯ thèng trun động điện nói
riêng đ vợt lên một tầm cao mới. Tõ viƯc ®iỊu khiĨn hƯ thèng trun ®éng ®iƯn
b»ng hƯ thống rơ le công tắc tơ, nay đ tiến tới điều khiển hệ thống truyền động điện
bằng chơng trình, với tốc độ xử lí cực nhanh (đơn vị tính chỉ là às). Trong đó
chơng trình điều khiển do nhà lập trình viết và nhập vào cho bộ điều khiển dới
dạng phần mềm. Khi cải tiến, thay đổi công nghệ thì chủ yếu là thay đổi chơng
trình điều khiển, ít can thiệp vật lý vào hệ thống điều khiển. Điều đó nói lên rằng
thiết bị điều khiển khả trình rất tiện lợi và linh hoạt.
Có thể nói hiện nay thiết bị khả trình đ len lõi vào hầu hết các hệ thống điều

khiển truyền động điện, các dây chuyển sản xuất bëi tÝnh tiƯn Ých vèn cã cđa chóng.
ThÕ nh−ng hiƯn nay ở Việt Nam chúng ta thì đội ngũ cán bộ kỹ thuật về lĩnh vực
này còn rất mỏng. Trớc thực tiễn đó trờng ĐHSPKT Vinh đ nhập một số không
ít bộ điều khiển bằng PLC. Với mong muốn đào tạo kịp thời đội ngũ kỹ thuật viên
đáp ứng đợc yêu cầu của thực tiễn về lĩnh vực này cho đất nớc. Mặt khác trong
thời đại công nghiệp hiện nay, thang máy là thiết bị không thể thiếu trong các toà
nhà cao tầng, vì nhờ có thang máy mà ngời ta rút ngắn đợc khoảng cách giữa các
tầng và con ngời không còn tốn năng lợng cho việc lên xuống tầng nữa. Bởi thế
thực tế hiện nay nhu cầu sử dụng thang máy đang gia tăng một cách đáng kể. Đứng
trớc bối cảnh đó, là một giáo viên thuộc khoa Điện của trờng, sau khi học xong
chơng trình cao học của trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Hà Nội, đựơc sự định hớng của
PGS.TS.Phan Xuân Minh (trởng tổ môn Điều khiển - trờng ĐHBK Hà Nội), tôi


8

đ quyết định chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: ứng dụng PLC S7-200 điều
khiển thang máy nhà 5 tầng trong phòng thí nghiệm.
2. Mục đích nghiên cứu.
Hoàn thiện chơng trình phần mềm điều khiển thang máy nhà 5 tầng dùng
PLC S7-200.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Đối tợng nghiên cứu của đề tài là hệ thống tự động điều khiển thang máy chở
ngời sử dụng bộ điều khiển khả trình (PLC) S7-200 do h ng Siemen sản xuất.
Phạm vi nghiên cứu là hệ thống tự động điều khiển thang máy chở ngời nhà 5
tầng trong phòng thí nghiệm.
4. Nội dung nghiên cứu.
- Lựa chọn hệ thống truyền động thang máy phù hợp.
- Xây dựng thuật toán và cấu trúc chơng trình điều khiển thang máy nhà cao tầng.
- Kiểm chứng chơng trình bằng cách mô phỏng trong phòng thí nghiệm.

5. Phơng pháp nghiên cứu
Phơng pháp nghiên cứu sử dụng cho đề tài là: Nghiên cøu øng dơng”
6. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn của đề tài
Đề tài đợc thực hiện có ý nghĩa về khoa học là đa ra đợc một giải pháp một
công nghệ sử dụng PLC S7 200 để điều khiển thang máy nhà 5 tầng. Mặt khác đề
tài hoàn thành góp phần tạo ra một mô hình thực tập mới cho cho sinh viên thực tập
lập trình điều khiển thang máy bằng PLC S7-200.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hớng dẫn, các thầy cô giáo
trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội, các thầy cô giáo thuộc tổ môn điều khiển
trờng ĐHBK Hà Nội, cùng các bạn bè, đồng nghiệp đ giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện luận văn. Mặc dù đ rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn
hạn chế, nên đề tài khó tránh khỏi sai sót. Tôi xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến
đóng góp cho luận văn đạt tính khoa học, thực tiễn và giáo dục.


9

Chơng 1 - Công nghệ điều khiển thang máy
1.1. Tổng quan

1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của thang máy trên thế giới
Thang máy là thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ngời, hàng hoá
theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 đ định sẵn so với
phơng thẳng đứng. Thang máy thờng đợc dùng trong các nhà cao tầng,
bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xởng
v.v... Đặc thù của vận chuyển bằng thang máy là: thời gian một chu kỳ vận
chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục
Ngoài ý nghĩa vận chuyển thang máy còn góp phần làm tăng vẻ đẹp, tính
tiện nghi và hiện đại của công trình.
Vào cuối thế kỷ 19 đ có một vài h ng sản xuất thang máy ra đời nh:

OTIS, SchindlerChiếc thang máy đầu tiên đợc đa vào sử dụng năm 1853
do h ng OTIS (Mỹ) sản xuất. Đến năm 1874 h ng thang máy Schindler (Thuỵ
Sỹ) cũng đ chế tạo thành công thang máy khác. Ban sơ bộ têi kÐo chØ cã mét
cÊp tèc ®é, buång thang cã kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc
độ của buồng thang thấp.
Đầu thế kỷ 20 đ có nhiều h ng thang máy khác ra đời nh KONE (Phần
Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức),
SABIEM (ý), và đ chế tạo đợc các loại thang máy tốc độ cao, có nhiều
đặc tính sử dụng u việt hơn, nh tính tiện nghi cao, độ dật thấp
Vào đầu những năm 1970 đ chế tạo đợc thang máy có tốc độ cao đạt
450m/phút, thang máy chở hàng có tải trọng lên tới 30 tấn, trong thời gian này
thang máy thuỷ lực cũng đ ra đời. Sau đó không lâu tốc độ của thang máy đ
đạt tới 600m/phút. Vào những năm 1980 nhờ sự phát triển mạnh của công
nghệ vi xử lý nên đ xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ bằng phơng pháp
biến đổi tần số và điện áp (inverter). Với công nghệ này cho phép thang máy
hoạt động êm hơn, linh hoạt hơn, tiết kiệm đợc khoảng 40% công suất động cơ.


10

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đ chế tạo đợc thang máy có tốc
độ lên tới 750m/phút và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt.
1.1.2. Tình hình thực tiễn Việt Nam và nhu cầu thực tập của sinh
viên trờng ĐHSPKT Vinh
ở Việt Nam ta hiện nay với chủ trơng hội nhập, tốc độ phát triển kinh
tế đang đợc ngày một nâng cao, nhu cầu sử dụng thang máy cũng đang ngày
một gia tăng. Thị trờng sử dụng thang máy ở nớc ta đang hé mở một tiềm
năng lớn.
Hiện nay trên thị trờng nớc ta có các sản phẩm thang máy của các
h ng nh: MITSUBISHI elevartor, LG elevartor, NIPON elevartor, FUJI

elevartor…
ViƯt Nam cã nhiỊu c«ng ty kinh doanh thang máy nh công ty thang
máy Thiên Nam của thành phố Hồ Chí Minh, là độc quyền cho h ng thang
máy nổi tiếng Hàn Quốc SIGMA, công ty thang máy Thái Bình cũng là một
đại diện của TP.Hồ Chí Minh các công ty này có khả năng cung cấp các
loại thang máy chất lợng cao mà giá thành lại thấp chỉ bằng 1/3 giá thành
thang máy nhập ngoại. Hiện nay các công ty thang máy trong nớc đ có khả
năng lắp đặt, bảo trì và sữa chữa tất cả các loại thang máy và đang không
ngừng cải tiến kỹ thuật, nâng cao chất lợng, nâng cao tỷ lệ nội địa hoá để
giảm giá thành sản phẩm, tăng tính độc lập trong việc sản xuất thang máy.
Thực tế hiện nay nhu cầu sử dụng thang máy và các hệ truyền động có bộ
điều khiển khả trình đang ngày một bùng nổ nhng lực lợng cán bộ kỹ thuật
về lĩnh vực này còn mỏng. Trớc sự bức thiết đó trờng ĐHSPKT Vinh đ đa
các nội dung trên vào nội dung thực tập của sinh viên chuyên ngành Điện tự
động hoá. Sinh viên của trờng đ đợc tiếp cận với các bộ điều khiển khả
trình. Hằng năm nhà trờng đ đầu t khá nhiều cho việc mua sắm trang thiết
bị, các mô hình thực tập hiện đại. Tuy vậy, thực tế việc khai thác, sử dụng các
thiết bị đó vào việc đào tạo còn cha cao. Trớc tình hình đó, nhờ có sự định


11

hớng của giáo viên hớng dẫn: PGS.TS.Phan Xuân Minh tôi đ quyết định
chọn đề tài ứng dụng PLC S7-200 điều khiển thang máy nhà 5 tầng, với
mục tiêu nâng cao tÝnh thùc tiƠn vỊ néi dung thùc tËp bé ®iỊu khiển khả trình
của sinh viên nhà trờng.
1.1.3. Phân loại thang máy
Với tốc độ phát triển nhanh của khoa học công nghệ thang máy đợc
thiết kế và chế tạo rất phong phú và đa dạng, với nhiều kiểu loại khác nhau, sử
dụng cho từng mục đích riêng phù hợp với từng công trình. Để phân loại thang

máy có thể dựa vào các nguyên tắc và đặc điểm sau: Phân loại theo công
dụng, theo hệ thống dẫn động buồng thang, theo vị trí đặt bộ tời kéo, theo hệ
thống vận hành, theo các thông số cơ bản, theo kết cấu các cụm cơ bản.
Phân loại theo công dụng: theo công dụng có thể phân ra làm 5 loại nh
sau (TCVN 5744 1993):
- Thang máy chuyên chở ngời
- Thang máy chuyên chở ngời có hàng đi kèm
- Thang máy chuyên chở hàng có ngời đi kèm
- Thang máy chuyên chở hàng
Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng nh thang máy chữa
cháy, thang máy chở ô tô
Phân loại theo hệ thống dẫn độngbuồng thang:
- Thang máy dẫn động điện: loại này dẫn động buồng thang lên xuống nhờ
động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang qn c¸p.
- Thang m¸y thủ lùc
- Thang m¸y khÝ nén
Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo:
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dới giếng thang


12

- Thang máy dẫn động ca bin lên xuống bằng bánh răng, thanh răng (bộ
tời dẫn động đặt ngay trên nóc buồng thang).
- Thang máy thuỷ lực (buồng máy đặt tại tầng trệt)
Phân loại theo hệ thống vận hành:
- Theo mức độ tự động: loại bán tự động, loại tự động.
- Theo tổ hợp điều khiển: điều khiển đơn, điều khiển kép, điều khiển
theo nhóm.

- Theo vị trí điều khiển: ®iỊu khiĨn trong bng thang, ®iỊu khiĨn ngoµi
bng thang, ®iỊu khiển cả trong và ngoài buồng thang.
Phân loại theo thông số cơ bản:
- Theo tốc độ của buồng thang:
Loại tốc độ thấp:

v < 1m/s;

Loại tốc độ trung bình:

v = (1ữ2,5) m/s;

Loại tốc độ cao:

v = (2.5ữ4) m/s;

Loại tốc độ rất cao:

v > 4m/s;

- Theo khèi l−ỵng vËn chun cđa bng thang (Q):
Loại nhỏ:

Q < 500kg.

Loại trung bình:

Q = (500 ữ 1000) kg.

Loại lớn:


Q = (1000 ữ 1600) kg.

Loại rất lớn:

Q > 1600 kg.

Phân loại theo kết cấu các cụm cơ b¶n:
- Theo kÕt cÊu bé têi kÐo:
Bé têi kÐo cã hộp giảm tốc độ
Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc độ (thờng dùng cho các loại thang
máy có tốc ®é cao: v > 2,5m/s).
- Theo hƯ thèng c©n b»ng: có đối trọng, không có đối trọng.
- Theo hệ thống cưa bng thang:
+ Theo kÕt cÊu cđa cưa:


13

Cánh cửa dạng xếp lùa về một phía hoặc hai phía
Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng mở bản lề một cánh hoặc hai cánh
Cánh cửa dạng tấm (panen) hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía
Cánh cửa dạng tấm (panen) hai cánh mở chính giữa lùa về 2 phía trên và dới
Cánh cửa dạng tấm (panen) hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên.
+ Theo sè cưa bng thang: thang m¸y cã mét cưa, hai cửa đối xứng
nhau, hai cửa vuông góc nhau.
- Theo loại bộ h m bảo hiểm an toàn buồng thang:
H m tức thời: thờng dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45m/phút.
H m êm: thờng dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45m/phút và
thang máy chở bệnh nhân.

1.1.4. Các ký hiệu thang máy thông dụng
Thang máy đợc ký hiệu bằng các chữ số, dựa vào các thông số cơ bản sau:
+ Loại thang: theo thông lệ Quốc tế ngừơi ta dùng các chữ cái (La tinh)
để ký hiệu nh sau:
- Thang máy chở hành khách: P (Passenger)
- Thang máy chở bệnh nhân: B (Bed)
- Thang máy chở hàng: F (Freight)
+ Số ngời hoặc tải trọng (ngời, kg)
Kiểu më cưa:
- Më chÝnh gi÷a lïa vỊ hai phÝa: CO (Center opening)
- Më mét bªn lïa vỊ mét phÝa: 2S (Single Side)
+ Tốc độ (m/phút, m/s)
+ Số tầng phục vụ và tổng số tầng của toà nhà
+ Hệ thống điều khiển
+ Hệ thống vận hành
Ngoài ra có thể dùng các thông số khác để bổ sung cho ký hiệu.
Ví dụ: P11 – CO – 90 – 11/14 – VVVF – Duplex.


14

Ký hiệu trên có nghĩa là: thang máy chở khách, tải trọng 11 ngời, kiểu
mở cửa chính giữa lùa về hai phÝa, vËn tèc di chun bng thang 90m/phót,
cã 11 điểm dừng phục vụ trên tổng số 14 tầng của toà nhà, hệ thống điều
khiển bằng cách biến đổi điện áp và tần số, hệ thống vận hành kép (chung).
1.2. Đặc điểm công nghệ của hệ truyền động
thang máy nhà cao tầng
1.2.1. Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của thang máy

Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà thang máy có cấu tạo khác nhau,

hình 1.1, là sơ đồ cấu tạo của loại thang máy chở ngời thông dụng nhất, dẫn
động bằng tời điện với puly dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là puly ma sát).
Bộ tời kéo 21 đợc đặt trong buồng máy 22 nằm ở phía trên giếng thang
15 chạy dọc suốt chiều cao công trình và đợc che chắn bằng kết cấu chịu lực
(gạch, bê tông hoặc kết cấu thép với lới che bằng kính) và chỉ để các cửa vào
giếng thang để lắp cửa tầng 7. Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng thang có
gắn các ray dẫn hớng 12 và 13 cho đối trọng 14 và buồng thang 18. Buồng
thang và đối trọng đợc treo trên hai đầu của cáp nâng 20 nhê hƯ thèng treo
19. HƯ thèng treo cã t¸c dụng đảm bảo cho các cáp nâng riêng biệt có độ căng
nh nhau. Cáp nâng đợc vắt qua các r nh c¸p cđa puly ma s¸t cđa bé têi kÐo.
Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp
nâng làm cho buồng thang và đối trọng đi lên hoặc xuống theo giếng thang.
Khi chuyển động, buồng thang và đối trọng tựa trên các đờng ray dẫn hớng
trong giếng thang nhờ các ngàm dẫn hớng 16. Cửa buồng thang 4 và cửa tầng
7 thờng là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở đợc khi
buồng thang dừng trớc cửa tầng, nhờ cơ cấu đóng mở cửa 3 đặt trên nóc
buồng thang. Cửa buồng thang và cửa tầng đợc trang bị hệ thống khoá liên
động bằng cơ và điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động (thang
máy không thể hoạt động nếu một trong các cửa tầng hoặc buồng thang cha
đóng hẳn. Hệ thống khoá liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng không mở
đợc từ bên ngoài nếu buồng thang không ở đúng vị trí cửa tầng. đối với loại
cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở buồng thang, hệ thống khoá
liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở). Tại các điểm trên cùng và


15

dới cùng của giếng thang có đặt các công tắc giới hạn hành trình cho buồng
thang để đảm bảo an toàn hơn khi làm việc.
Phần dới của giếng thang là hố thang 10, để đặt các gảm chấn 11 và

thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ 9. Khi hỏng hệ thống điều khiển, buồng thang
hoặc đối trọng có thể đi xuống phần hố thang 10, vợt qua công tắc hành trình
và tỳ lên giảm chấn 11, để đảm bảo an toàn cho ngời và buồng thang mặt
khác còn tạo khoảng trống cần thiết dới đáy buồng thang để thuận tiện cho
việc kiểm tra sữa chữa khi cần.
Bộ hạn chế tốc độ 2 đợc đặt trong buồng thang 22 và cáp của bộ hạn
chế tốc độ 8 có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ h m bảo hiểm 17 trên
buồng thang. Khi có sự cố đứt cáp hoặc cáp trợt trên r nh puly do không đủ
ma sát mà buồng thang đi xuống với tốc độ vợt giá trị cho phép, bộ hạn chế
tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ h m bảo hiểm 17 ®Ĩ dõng bng thang tùa
trªn ®−êng ray dÉn h−íng trong giÕng thang. ë mét sè thang m¸y, bé h m bảo
hiểm và hệ thống hạn chế tốc độ còn đợc trang bị cho cả đối trọng.
Trên đây trình bày cấu tạo chung của hệ thống thang máy. Để thấy rõ
nhiệm vụ của các bộ phận trong hệ thống, sau đây sẽ giới thiệu các thiết bị cơ
khí và các thiết bị điện thờng lắp trong thang máy.
Chú thích sơ đồ Hình 1.1:
1. Tủ điện điều khiển
2. Bộ hạn chế tốc ®é

12, 13: Ray dÉn h−íng cho
bng thang vµ ®èi träng

3. Cơ cấu đóng mở cửa

14. Đối trọng

4. Cửa buồng thang

15. Giếng thang


5. Sàn buồng thang

16. Ngàm dẫn hớng

6. Sàn tầng

17. Bộ h m bảo hiểm

7. Cửa tầng

18. Buồng thang

8. Cáp của bộ hạn chế tốc độ

19. Hệ thống treo

9. Thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ

20. Cáp nâng

10. Hố thang phía dới tầng 1

21. Bộ tời kéo

11. Giảm chấn

22. Buång m¸y.


16


Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo của thang máy


17

1.2.2. Thiết bị cơ khí của thang máy
Trong phạm vi luận văn này không đi sâu vào việc giới thiệu cấu tạo của
các thiết bị cơ khí của thang máy mà chỉ đề cập đến vị trí lắp đặt và nhiệm vụ
của các thiết bị này trong thang máy chở ngời.
Thiết bị cơ khí của thang máy đợc chia làm 5 nhóm sau:
Nhóm 1: Các thiết bị cố định trong giếng thang
+ Ray dẫn hớng: Ray dẫn hớng đợc lắp ®Ỉt däc theo giÕng thang ®Ĩ
dÉn h−íng cho bng thang và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang.
Ray dẫn hớng đảm bảo cho buồng thang và đối trọng luôn n»m ë vÞ trÝ thiÕt
kÕ cđa chóng trong giÕng thang và không bị chuyển dịch theo phơng ngang
trong quá trình chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hớng phải đủ cứng để giữ
trọng lợng buồng thang và tải trọng trong buồng thang tựa lên dẫn hớng
cùng các thành phần tải trọng động khi bộ h m bảo hiểm làm việc (trong
trờng hợp đứt cáp hoặc buồng thang đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho
phép).
+ Giảm chấn: đợc lắp đặt dới hố thang để dừng và đỡ buồng thang và
đối trọng trong trờng hợp buồng thang và đối trọng chuyển động xuống phía
dới vợt quá vị trí đặt công tắc hạn chế hành trình dới cùng. Giảm chấn phải
có ®é cao ®đ lín ®Ĩ khi bng thang hc ®èi trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng
trống cần thiết phía dới để cho ngời có trách nhiệm thực hiện việc kiểm tra,
điều chỉnh, sữa chữa...
Một số loại giảm chấn thờng dùng trong thang máy:
- Giảm chấn cứng: là một ụ tỳ bằng gỗ, bên tông hoặc thép có bọc
đệm cao su. Loại này hiện nay ít đợc dùng vì chất lợng giảm chấn thấp.

- Giảm chấn lò xo: đợc dùng thông dụng cho các loại thang có tốc
độ 0,5 ữ1m/s.
- Giảm chấn thuỷ lực: là loại tốt nhất và thờng dùng cho thang máy
có tốc độ trên 1m/s.


18

Nhóm 2: Buồng thang và các thiết bị liên quan
Buồng thang là bộ phận mang tải của thang máy. Cấu tạo buồng
thang gồm 2 phần:
Khung buồng thang: là khung chịu lùc cđa bng thang m¸y, hiƯn
nay khung bng thang th−êng làm bằng thép có trọng lợng nhẹ.
Buồng thang: có kết cấu có thể tháo rời đợc, gồm trần, sàn và vách
buồng thang. Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực
của buồng thang. Vật liƯu lµm bng bng thang th−êng lµ thÐp tÊm (chÕ tạo
bằng phơng pháp dập) với các gân tăng cờng để đảm bảo độ cứng và trọng
lợng nhỏ.
Các ngàm dẫn hớng, hệ thống treo buồng thang, hệ thống tay đòn và bộ
h m bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa các hệ thống này đợc
lắp trên khung buồng thang.
Nhóm 3: Hệ thống cân bằng trong thang máy
- Đối trọng: là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng
của thang máy. Kích thớc và trọng lợng mỗi quả đối trọng đ đợc tiêu
chuẩn hoá. Đối trọng có thể tựa và trợt trên ray dẫn hớng khi chuyển động.
Hệ thống treo đối trọng thờng là hệ thống treo kiểu là xo.
- Xích và cáp cân bằng: khi thang máy có chiều cao nâng trên 45m hoặc
trọng lợng cáp nâng và cáp điện có giá trị trên 0,1Q thì ngời ta phải đặt
thêm cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần trọng lợng của cáp nâng và
cáp điện chuyển từ nhánh treo buồng thang sang nhánh treo đối trọng và

ngợc lại khi thang máy hoạt động, đảm bảo mô men tải tơng đối ổn định
trên puly ma sát.
Xích cân bằng thờng đợc dùng cho thang máy có tốc độ dới 1,4m/s.
Nhóm 4: Bộ tời kéo
Bộ tời kéo của thang máy đợc đặt trong phòng máy dẫn động nằm ở
phía trên, phía dới hoặc nằm cạnh giếng thang tuỳ thuộc vào sơ đồ dẫn động.


19

Nếu phân loại theo phơng pháp dẫn động thì có 2 loại bộ tời kéo:
- Bộ tời kéo dẫn động b»ng thủ lùc: chØ dïng cho thang m¸y cã chiỊu
cao nâng không lớn.
- Bộ tời kéo dẫn động điện là thông dụng hơn cả. Trong phạm vi phần
này ta chỉ tìm hiểu bộ tời kéo dẫn động điện.
Bộ tời kéo dẫn động điện gồm loại có hộp giảm tốc và loại không có hộp
giảm tốc.
Bộ tời kéo có hộp giảm tốc gồm có động cơ điện, hộp giảm tốc, khớp nối,
phanh và puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Bộ tời kéo có hộp giảm tốc độ
thờng chỉ dùng cho thang máy có tốc độ danh nghĩa của buồng thang dới
1,4m/s.
Đối với thang máy có tốc độ lớn ngời ta thờng dùng bộ tời kéo không
có hộp giảm tốc. Puly ma sát và bánh phanh đợc lắp trực tiếp với động cơ
không qua bộ truyền.
Nhóm 5: Thiết bị an toàn cơ khí
Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho
ngời và thang máy trong trờng hợp xẩy ra các sự cố nh: đứt cáp, cáp trợt
trên r nh puly ma sát, buồng thang hạ với tốc độ vợt quá giá trị cho phép.
Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm 2 bộ phận chính: bộ h m bảo
hiểm và bộ hạn chế tốc độ.

- Bộ h m bảo hiểm: để tránh cho buồng thang rơi tự do trong giếng thang
khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vợt giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ tác
động lên bộ h m bảo hiểm để dừng và giữ buồng thang tựa trên các ray dẫn
hớng. Buồng thang của tất cả các loại thang máy đều phải đợc trang bị bộ
h m bảo hiểm. Bộ h m bảo hiểm cần đợc trang bị cho đối trọng trong trờng
hợp đối trọng nằm phía trên lối đi hoặc phần diện tích có ngời đứng.
Bộ h m bảo hiểm gồm có hai tay đòn 1 và 2 có thể xoay quanh khớp 3
gắn trên khung chịu lực của buồng thang. Trong trạng thái làm viƯc b×nh


20

thờng, giữa ray dẫn hớng 8 và các bề mặt chuyển động của quả nêm 9 và vỏ
phanh có khe hở là . Khe hở có thể điều chỉnh bằng cách vặn các đai ốc 6
trên trục 4.
Lò xo 5 bị nén luôn tỳ 2 đầu của nó để đẩy các tay đòn 1 và 2 ra. Các ụ
tỳ 7 dùng để khống chế vị trí các tay đòn và đảm bảo cho các khe hở giữa nêm
và võ phanh với ray dẫn hớng đều là .
Khi có sự cố, cáp của bộ hạn chế tốc độ dừng làm quả nêm 9 dừng theo,
song buồng thang vẫn tiếp tục đi xuống nên quả nêm có chuyển động tơng
đối đi lên trong vỏ của nó, ăn hết các khe hở và ép vào ray dẫn hớng 8. Cấu
tạo của quả nêm cho phép nó chỉ có thể chuyển động đi lên trong vỏ nêm với
hành trình hạ (mặt cắt A A Hình 1.2) để đảm bảo lực nén của quả nêm vào
ray dẫn hớng có giá trị nhất định. Khi có lực nén của quả nêm vào ray dẫn
hớng, tay đòn 1 và 2 xoay quanh khớp 3 theo chiều mũi tên trên hình 1.2,
làm xuất hiện khe hở giữa tay đòn 1, 2 với các đai ốc 6 và nén lò xo 5. Lực
nén lò xo 5 gây nên mô men trên các tay đòn 1, 2 và tạo nên lực nén không
đổi trên bề mặt của ray dẫn hớng làm buồng thang dừng êm và có độ trợt
trên ray.
1

5

A

8

3
4
9

A
2

6
7

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo bộ h m bảo hiểm tác động êm
với mô men phanh không ®æi


21

Chú thích sơ đồ Hình 1.2:
1, 2- Các ngón tay đòn

5- Lò xo nén

3- Khớp

6- Đai ốc


4- Ttrục

7- ụ tỳ

8- Ray dẫn hớng buồng
thang
9- Quả nêm

+ Bộ hạn chế tốc độ: Khi buồng thang hạ với tốc độ vợt quá giá trị cho
phép, bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ h m bảo hiểm để
dừng buồng thang tựa trên các ray dẫn hớng.
1.2.3. Hệ thống mạch điện và các thiết bị điện lắp đặt trong thang máy
a. Hệ thống mạch điện
Hệ thống mạch điện của thang máy đợc phân ra làm các loại sau:
- Mạch động lực: Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để
điều khiển đóng mở động cơ dẫn động và phanh cơ khí của cơ cấu. Hệ thống
phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của buồng thang sao cho quá
trình mở máy và phanh đợc êm, dừng thang máy chính xác trớc các cửa tầng.
Mạch động lực có thể là các thiết bị điều chỉnh tốc độ, mô men động cơ. Độ
phức tạp của mạch tuỳ thuộc vào loại động cơ.
- Mạch điều khiển: Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một
chơng trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng, yêu cầu của thang
máy. Hệ thống điều khiển tầng có nhiệm vụ lu trữ các lệnh di chuyển của
buồng thang và các lệnh gọi tầng của hành khách, thực hiện các lệnh di chuyển
theo một chế độ u tiên nào đó đ đợc định sẵn. Sau khi đ thực hiện xong lệnh
điều khiển thì xoá bỏ, xác định và ghi nhận thờng xuyên vị trí của buồng thang
và hớng di chuyển của nó. Hệ thống điều khiển tự động chủ yếu dùng các bộ vi
xử lý, các bộ nhớ dới dạng ROM, RAM và các bộ đệm vào ra. Tất cả các hệ
thống điều khiển tự động đều sử dụng nút ấn.

- Ngoài ra còn có mạch tín hiệu, mạch chiếu sáng, mạch an toàn.


22
b. Các thiết bị điện lắp đặt trong thang máy
* Động cơ điện
Các loại động cơ đợc sử dụng trong thang máy bao gồm động cơ truyền
động buồng thang và động cơ đóng, mở cửa.
Yêu cầu đối với động cơ truyền động buồng thang là làm việc êm, rôto của
động cơ có quán tính lớn để hạn chế gia tốc khi mở máy, có hệ số trợt định mức
cao (5% - 12%), bội số mô men mở máy lớn (1,8 2,5) và thoả m n biểu đồ tốc
độ tối u của buồng thang. Việc lựa chọn loại động cơ và công suất động cơ liên
quan đến các phơng án truyền động đợc áp dụng đối với các loại thang máy
khác nhau và sẽ đợc trình bày ở các mục tiếp theo thuộc chơng trình này.
* Phanh hÃm điện từ
Đợc dùng để h m động cơ khi mất nguồn hoặc khi cần dừng thang máy.
Cấu tạo của phanh h m điện từ đợc chỉ ra ở Hình 1.3

Hình 1.3. Cấu tạo của phanh h m điện từ


23
Chú thích sơ đồ hình 1.3:
1 - Bánh h m trục động cơ

7 - Thanh đẩy

2 - Má phanh

8 - Nắp nam châm


3 - Tay đòn tam giác

9 - Đai ốc

4 - Lò xo

10 - Vít cấy

5 - Lõi sắt

11- Thanh dẫn hớng cho tay đòn.

6 - Cuộn dây nam châm điện
Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây của nam châm 6 không có điện, lò xo 4
sẽ ép tay đòn 3 liên kết với má phanh 2 quay một góc về phía bánh h m trục
động cơ. Khi đó má phanh 2 sẽ ép chặt vào bánh h m trục động cơ, động cơ
đợc h m. Khi động cơ hoạt động, cấp điện cho cuộn hút 6 hút phần ứng 8,
tơng ứng thanh đẩy 7 sẽ tác động vào tay đòn tam giác 3, tay đòn 3 lại tác động
vào vít cấy 10 làm má phanh 2 đợc tách ra khỏi bánh h m, động cơ đợc nhả
phanh. Trong trờng hợp sửa chữa hay bảo dỡng có thể dừng bằng h m tay 9.
* Công tắc tầng
Công tắc tầng dùng để chuyển đổi trạng thái mạch điện khi buồng thang đi qua
hoặc đến tầng. Các công tắc tầng đợc đặt tại các vị trí thích hợp trong giếng thang.
Sau đây giới thiệu loại công tắc tầng cơ khí đợc sử dụng trong thang máy.
Cấu tạo của công tắc tầng cơ khí đợc chỉ ra ở hình 1.4.

4

5


1
2
3

Buồng
thang

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý công tắc tầng cơ khí
Nguyên lý hoạt động: Công tắc này có 3 tiếp điểm 1, 2, 3 và cầu dao 4 bị
tác dụng của tay gạt 5 trên buồng thang. Khi buồng thang nằm tại một tầng nào


24
đó thì cầu dao 4 ở vị trí thẳng đứng do vậy cặp tiếp điểm 1-3 hở mạch, cặp tiếp
điểm 2-3 của công tắc ở các tầng trên đều bị đóng còn các tầng dới thì cặp tiếp
điểm 1-2 đều đợc đóng. Loại công tắc này có cấu tạo đơn giản nhng làm việc
không tin cậy lắm và gây tiếng ồn khi làm việc, khi buồng thang chuyển động
với tốc độ cao. Do đó công tắc tầng cơ khí chỉ thờng dùng trong thang máy tốc
độ thấp hoặc tốc độ trung bình.
C. Một số loại cảm biến thờng dùng trong thang máy
* Cảm biến vị trí kiểu quang: sử dụng tế bào quang điện, thờng dùng 2
loại tế bào quang ®iƯn sau:
- TÕ bµo quang ®iƯn kiĨu ®Ìn.
- TÕ bµo quang điện kiểu bán dẫn.
+) Tế bào quang điện kiểu đèn:
Nguyên lý cấu tạo nh Hình 1.5, gồm một bóng thuỷ tinh chân không hoặc
chứa một ít khí trơ (Hêli, nêon). Phía trong bóng đợc đặt 2 điện cực A nèt
(A) vµ Ka tèt (K), ca tèt lµ mét líp mỏng chất cảm quang 2, nó đợc phủ một
phần mặt trong của bóng và có đầu cực xuyên ra 4. Anốt dạng vòng tròn nhỏ 3 ở

tâm đèn.
Nguyên lý hoạt động: khi có chùm tia sáng từ bên ngoài tác dụng vào catốt
K, catốt K sẽ làm bức xạ các điện tử và nếu anốt A có điện thế dơng hơn so với
ca tốt K thì các điện tử phát xạ sẽ chuyển dịch từ K đến A và tạo nên dòng quang
điện. Tế bào quang điện đợc đặt trên thành giếng thang ở mỗi thành tầng và
đợc nối với các rơ le tầng nh Hình 1.6.
Khi buồng thang ở xa sàn tầng, ánh sáng tác dụng vào tế bào quang điện
làm cho dòng quang điện đủ lớn duy trì đợc sự làm việc của rơ le RT.
A
K
S

4
Hình 1.5. Tế bào quang điện kiểu đèn

3

2