BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
-----------------⸙∆⸙-----------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT THANG MÁY 4 TẦNG

GVHD: Vũ Văn Phong
SVTH:
NguyễnMinh Trường 20151423
Nguyễn Thị Ái Vân

Tp. Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2023

20151108


Lời cảm ơn
Trong khoảng thời gian ba năm được học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã cho chúng em cơ hội tiếp thu những kiến
thức khơng chỉ có trong sách vở mà còn là những câu chuyện thực tế, những ví dụ
minh họa sinh động được các Thầy, Cơ truyền đạt vào những buổi học lý thuyết và
thực hành, tất cả sẽ là hành trang tri thức quý báu, là nền tảng vững vàng nâng bước
chúng em trên con đường sự nghiệp phía trước.
Nhóm em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Văn Phong đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn và đóng góp những ý kiến vơ cùng q giá giúp nhóm em
hồn thành đồ án mơn học này. Nhóm cũng xin cám ơn q Thầy, Cô đang công tác
tại khoa Điện - Điện tử cùng các Thầy, Cơ trong tồn trường đã giảng dạy nhiệt tình và

truyền tải các kinh nghiệm quý giá cho nhóm trong suốt ba năm học vừa qua.
Tuy đã có sự chuẩn bị trong bài báo cáo đồ án môn học này song khơng thể tránh
khỏi những sai sót. Vì vậy, nhóm em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến
của q Thầy Cơ để nhóm có cơ hội nâng cao kiến thức và kĩ năng của mình, cũng
như là một nền tảng vững chắc để nhóm tiến xa hơn trong tương lai.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của giáo viên:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

2


Lời cam đoan
Đề tài này là do nhóm thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài
liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có sao chép nhóm hồn tồn chịu trách nhiệm.

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Minh Trường

Nguyễn Thị Ái Vân


3


Mục lục
MỤC LỤC
Lời cam đoan................................................................................................................. ii
Mục lục......................................................................................................................... iii
Danh sách hình ảnh........................................................................................................v
Danh sách bảng.............................................................................................................. x
Chương 1. Mở đầu.........................................................................................................1
1.1

. Tổng quan về đề tài........................................................................................1

1.2

. Mục tiêu đề tài................................................................................................2

1.3

. Giới hạn nội dung đề tài.................................................................................2

1.4

. Nội dung thực hiện.........................................................................................2

Chương 2. Cơ sở lý thuyết.............................................................................................3
2.1

. Giới thiệu chung về hệ thống..........................................................................3


2.1.1. Phân loại thang máy...................................................................................3
2.1.2. Cấu tạo của thang máy...............................................................................4
2.1.3. Nguyên lý hoạt động..................................................................................7
2.2

. Lý thuyết chung về PLC.................................................................................8

2.2.1. Khái niệm..................................................................................................8
2.2.2. Cấu trúc cơ bản của PLC...........................................................................8
2.2.3. Ngơn ngữ lập trình của PLC....................................................................11
2.2.4. Vai trò của PLC.......................................................................................13
2.2.5. Ưu điểm của bộ điều khiển PLC..............................................................14
2.2.6. Phạm vi ứng dụng của bộ điều khiển PLC...............................................15
2.2.7. Các loại PLC phổ biến trên thị trường.....................................................15
2.2.8. Tổng quan về dòng PLC S7-1200............................................................17
2.3

. Xử lý Analog, đếm xung và phát xung tốc độ cao trong PLC......................20

2.3.1. Xử lý Analog...........................................................................................20
2.3.2. Đếm xung và phát xung tốc độ cao..........................................................22
Chương 3. Thiết kế hệ thống........................................................................................23
3.1

. Quy trình vận hành hệ thống........................................................................23

3.2

. Thiết kế phần cơ khí.....................................................................................23


3.2.1. Rail dẫn hướng.........................................................................................23
3.2.2. Tủ điện.....................................................................................................24
3.2.3. Cửa thang máy.........................................................................................25
4


3.2.4. Cabin thang máy......................................................................................27
3.2.5. Cáp tải......................................................................................................28
3.3

. Thiết kế phần điện........................................................................................29

3.3.1. Sơ đồ khối của hệ thống.............................................................................29
3.3.2. Lựa chọn thiết bị cho từng khối..................................................................30
3.3.3. Sơ đồ nối dây thiết bị...............................................................................67
3.3.4. Sơ đồ nối dây mạch động lực...................................................................69
3.4

. Thiết kế lưu đồ điều khiển............................................................................71

3.5

. Thiết kế giao diện Scada...............................................................................75

3.5.1. Giới thiệu về SCADA và các công cụ......................................................75
3.5.2. Kết nối HMI với PLC..............................................................................76
3.5.3. Giới thiệu tổng quan về chương trình PLC..............................................76
3.5.4. Thiết kế giao diện SCADA......................................................................79



Text and graphic lists..................................................................................81



Control Display...........................................................................................81

Chương 4. Kết quả thực hiện..................................................................................111
4.1. Màn hình giao diện ban đầu của hệ thống.......................................................111
4.2. Màn hình chính...............................................................................................111
Chương 5. Kết luận....................................................................................................115
5.1. Kết quả đạt được.............................................................................................115
5.2. Kết luận...........................................................................................................115
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................116

5


Danh sách hình ả
Hình 1.1. Tổng quan về thang máy............................................................................................1
Y
Hình 2.1. Cabin thang máy.........................................................................................................4
Hình 2.2. Tủ điều khiển..............................................................................................................5
Hình 2.3. Động cơ thang máy....................................................................................................5
Hình 2.4. Thắng cơ của thang máy............................................................................................6
Hình 2.5. Giảm chấn của thang máy..........................................................................................6
Hình 2.6. Đối trọng của thang máy............................................................................................7
Hình 2.7. Rail của thang máy.....................................................................................................7
Hình 2.8. Các loại PLC..............................................................................................................8
Hình 2.9. Cấu trúc PLC..............................................................................................................9

Hình 2.10. Sơ đồ mạch điện đầu vào của PLC...........................................................................9
Hình 2.11. Sơ đồ mạch điện đầu ra của PLC...........................................................................10
Hình 2.12. Cấu trúc bộ nhớ PLC..............................................................................................11
Hình 2.13. Vịng qt của PLC................................................................................................11
Hình 2.14. Ngơn ngữ lập trình LAD dùng cho PLC S7-200...................................................12
Hình 2.15. Ngơn ngữ lập trình FBD.........................................................................................13
Hình 2.16. Ngơn ngữ lập trình STL.........................................................................................13
Hình 2.17. Các dịng PLC của Siemens...................................................................................16
Hình 2.18. Các dịng PLC của Mitsubishi................................................................................16
Hình 2.19. Các dịng PLC của Delta........................................................................................17
Hình 2.20. Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7-1200...............................................................18
Hình 2.21. CPU chính được lắp thêm module mở rộng...........................................................20
Hình 2.22. Cấu hình giao tiếp của PLC S7-1200.....................................................................20
Hình 2.23. Sơ đồ xử lý tín hiệu Analog...................................................................................21
Hình 3.1. Tổng quan về thang máy trong Solidwork...............................................................23
Hình 3.2. Bộ phận Rail dẫn hướng...........................................................................................24
Hình 3.3. Bản vẽ kích thước rail dẫn hướng............................................................................24
Hình 3.4. Bộ phận tủ điện thang máy.......................................................................................25
Hình 3.5. Bản vẽ kích thước tủ điện thang máy.......................................................................25
Hình 3.6. Bộ phận cửa thang máy............................................................................................26
Hình 3.7. Bản vẽ kích thước cửa cabin....................................................................................27
Hình 3.8. Bộ phận cabin thang máy.........................................................................................27
Hình 3.9. Bản vẽ kích thước cabin thang máy.........................................................................28
Hình 3.10. Bộ phận cáp tải kéo cabin thang máy.....................................................................29
Hình 3.11. Sơ đồ khối của hệ thống thang máy.......................................................................29
Hình 3.12. Nút nhấn Start.........................................................................................................30
Hình 3.13. Nút nhấn Stop.........................................................................................................30
Hình 3.14. Nút nhấn trong và ngồi cabin...............................................................................31
Hình 3.15. Bản vẽ kích thước nút nhấn trong và ngồi cabin..................................................32
Hình 3.16. Cảm biến dừng tầng thang máy..............................................................................33

Hình 3.17. Sơ đồ các chân của cảm biến dừng tầng.................................................................33
Hình 3.18. Cảm biến cửa thang máy........................................................................................34
Hình 3.19. Sơ đồ các chân của cảm biến cửa thang máy.........................................................35
Hình 3.20. Cảm biến tải trọng thang máy................................................................................35
Hình 3.21. Bản vẽ kích thước cảm biến tải trọng.....................................................................36
Hình 3.22. Sơ đồ các chân của cảm biến tải trọng...................................................................36
6


Hình 3.23. Cấu tạo cơng tắc hành trình....................................................................................37
Hình 3.24. Cơng tắc hành trình................................................................................................37
Hình 3.25. Bản vẽ kích thước của cơng tắc hành trình............................................................39
Hình 3.26. Động cơ thang máy có hộp số................................................................................39
Hình 3.27. Động cơ thang máy khơng có hộp số.....................................................................40
Hình 3.28. Động cơ kéo thang máy Mitsubishi.......................................................................41
Hình 3.29. Bản vẽ kích thước động cơ kéo thang máy............................................................42
Hình 3.30. Biến tần Mitsubishi A700......................................................................................42
Hình 3.31. Sơ đồ nối dây của biến tần A700...........................................................................44
Hình 3.32. Sơ đồ cấu tạo của động cơ......................................................................................44
Hình 3.33. Motor đóng mở cửa cabin......................................................................................45
Hình 3.34. Bản vẽ kích thước động cơ đóng mở cửa cabin.....................................................45
Hình 3.35. Biến tần EC20........................................................................................................46
Hình 3.36. Sơ đồ nối dây của biến tần EC20...........................................................................47
Hình 3.37. Đèn hiển thị gọi tầng..............................................................................................47
Hình 3.38. Bản vẽ kích thước Led hiển thị gọi tầng................................................................48
Hình 3.39. Board mạch hiển thị dịng chữ...............................................................................49
Hình 3.40. Đèn cảnh báo tín hiệu.............................................................................................50
Hình 3.41. CPU PLC S7 1214DC/DC/DC...............................................................................51
Hình 3.42. Sơ đồ chân của PLC S7 1214DC/DC/DC..............................................................51
Hình 3.43. Module mở rộng IO................................................................................................52

Hình 3.44. Bộ cứu hộ ARD......................................................................................................52
Hình 3.45. Sơ đồ hệ thống bộ UPS Offline..............................................................................54
Hình 3.46. Sơ đồ hệ thống bộ UPS Offline công nghệ Line Interactive..................................55
Hình 3.47. Bộ cứu hộ thang máy ARD-15...............................................................................56
Hình 3.48. Bộ chuyển đổi nguồn một chiều.............................................................................58
Hình 3.49. Bản vẽ kích thước bộ nguồn 1 chiều......................................................................59
Hình 3.50. Cấu tạo Role trung gian..........................................................................................59
Hình 3.51. Role trung gian Omron nguồn AC.........................................................................60
Hình 3.52. Bản vẽ kích thước Role trung gian nguồn AC.......................................................60
Hình 3.53. Role trung gian Omron nguồn DC.........................................................................61
Hình 3.54. Bản vẽ kích thước Role trung gian nguồn DC.......................................................61
Hình 3.55. Các dịng cầu dao tự động......................................................................................62
Hình 3.56. Cấu tạo cầu dao tự động.........................................................................................62
Hình 3.57. Cầu dao Aptomat MCB 3P.....................................................................................64
Hình 3.58. Bản vẽ kích thước của cầu dao Aptomat CB 3P....................................................65
Hình 3.59. Cầu dao Aptomat Schneider MCB 2P 2A 10KA 220VDC...................................65
Hình 3.60. Bản vẽ kích thước của Cầu dao Aptomat Schneider MCB 2P 2A 10KA 220VDC
...................................................................................................................................................66
Hình 3.61. Bộ khuếch đại tín hiệu............................................................................................67
Hình 3.62. Sơ đồ chân đầu vào đầu ra của module khuếch đại................................................67
Hình 3.63. Sơ đồ nối dây vào module chính............................................................................68
Hình 3.64. Mạch điều khiển tiếp điểm đóng mở cửa...............................................................68
Hình 3.65. Sơ đồ nối dây vào module phụ...............................................................................69
Hình 3.66. Sơ đồ nối dây cảm biến tải trọng vào bộ khuếch đại.............................................69
Hình 3.67. Sơ đồ nối dây điều khiển đèn báo tín hiệu.............................................................70
Hình 3.68. Sơ đồ nối dây mạch động lực động cơ kéo thang máy..........................................70
Hình 3.69. Sơ đồ nối dây mạch động lực động cơ mở cửa cabin............................................71
Hình 3.70. Lưu đồ giải thuật tổng quát của hệ thống thang máy.............................................71
Hình 3.71. Lưu đồ đóng mở cửa cabin.....................................................................................72
Hình 3.72. Lưu đồ thực hiện u cầu ngồi cabin...................................................................73

Hình 3.73. Lưu đồ thực hiện yêu cầu trong cabin....................................................................74
7


Hình 3.74. Module HMI...........................................................................................................76
Hình 3.75. Sơ đồ kết nối HMI với PLC...................................................................................76
Hình 3.76. Các tag bắt xung cạnh lên......................................................................................76
Hình 3.77. Các tag mơ phỏng hay các biến nhớ.......................................................................77
Hình 3.78. Các tag ngõ vào......................................................................................................77
Hình 3.79. Các tag ngõ ra.........................................................................................................78
Hình 3.80. Dữ liệu kiểu Thang_máy........................................................................................78
Hình 3.81. Khối DataBlock dữ liệu Thang máy.......................................................................78
Hình 3.82. List các chương trình con và chính........................................................................79
Hình 3.83. Giao diện ban đầu...................................................................................................80
Hình 3.84. Thiết lập chức năng phân quyền cho nút đăng nhập..............................................80
Hình 3.85. Các User groups.....................................................................................................81
Hình 3.86. Thiết lập quyền hạn cho người truy cập.................................................................81
Hình 3.87. Các graphic lists được sử dụng..............................................................................81
Hình 3.88. Màn hình chính dùng để điều khiển và giám sát....................................................82
Hình 3.89. Màn hình giám sát thang máy vận hành.................................................................83
Hình 3.90. Động cơ kéo thang máy..........................................................................................83
Hình 3.91. Thiết lập thơng số cho động cơ..............................................................................83
Hình 3.92. Hệ thống ARD........................................................................................................84
Hình 3.93. Thiết lập thơng số cho bộ ARD..............................................................................84
Hình 3.94. Cabin thang máy.....................................................................................................84
Hình 3.95. Thiết lập thơng số cho bộ cabin.............................................................................84
Hình 3.96. Cảm biến dừng tầng...............................................................................................84
Hình 3.97. Thiết lập thơng số cho cảm biến.............................................................................85
Hình 3.98. Hệ thống cửa cabin.................................................................................................85
Hình 3.99. Thiết lập thơng số cho cửa.....................................................................................85

Hình 3.100. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn tầng 1................................................................86
Hình 3.101. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 1 được tác động......................................86
Hình 3.102. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi lên tầng 2......................................................86
Hình 3.103. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 2 đi lên được tác động............................86
Hình 3.104. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi xuống tầng 2.................................................87
Hình 3.105. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 2 đi xuống được tác động.......................87
Hình 3.106. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi lên tầng 3......................................................87
Hình 3.107. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 3 đi lên được tác động............................87
Hình 3.108. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn đi xuống tầng 3.................................................88
Hình 3.109. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 3 đi xuống được tác động.......................88
Hình 3.110. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn tầng 4................................................................88
Hình 3.111. Thiết lập chức năng khi nút nhấn tầng 4 được tác động......................................88
Hình 3.112. Bảng hiển thị tầng và trạng thái lên xuống...........................................................89
Hình 3.113. Thiết lập IO field hiển thị tầng.............................................................................89
Hình 3.114. Thiết lập IO field hiển thị chiều...........................................................................89
Hình 3.115. Phần cơng tắc thang máy......................................................................................90
Hình 3.116. Thiết lập chức năng khi nút ON được tác động...................................................90
Hình 3.117. Thiết lập chức năng khi nút OFF được tác động..................................................90
Hình 3.118. Phần đèn báo........................................................................................................90
Hình 3.119. Thiết lập hiển thị cho đèn RUN...........................................................................91
Hình 3.120. Thiết lập hiển thị cho đèn sự cố...........................................................................91
Hình 3.121. Thiết lập hiển thị cho đèn quá tải.........................................................................91
Hình 3.122. Phần bên trong cabin............................................................................................92
Hình 3.123. Nút mở cửa...........................................................................................................92
Hình 3.124. Thiết lập phần hiển thị cho nút mở cửa................................................................92
Hình 3.125. Thiết lập chức năng khi nút mở cửa được tác động.............................................93
8


Hình 3.126. Nút nhấn đóng cửa...............................................................................................93

Hình 3.127. Thiết lập phần hiển thị cho nút đóng cửa.............................................................93
Hình 3.128. Thiết lập chức năng khi nút đóng cửa được tác động..........................................93
Hình 3.129. Nút F1...................................................................................................................93
Hình 3.130. Thiết lập phần hiển thị cho nút F1........................................................................94
Hình 3.131. Thiết lập chức năng khi nút F1 được tác động.....................................................94
Hình 3.132. Nút F2...................................................................................................................94
Hình 3.133. Thiết lập phần hiển thị cho nút F2........................................................................94
Hình 3.134. Thiết lập chức năng khi nút F2 được tác động.....................................................95
Hình 3.135. Nút F3...................................................................................................................95
Hình 3.136. Thiết lập phần hiển thị cho nút F3........................................................................95
Hình 3.137. Thiết lập chức năng khi nút F3 được tác động.....................................................95
Hình 3.138. Nút F4...................................................................................................................95
Hình 3.139. Thiết lập phần hiển thị cho nút F4........................................................................96
Hình 3.140. Thiết lập chức năng khi nút F4 được tác động.....................................................96
Hình 3.141. Nút khẩn cấp.........................................................................................................96
Hình 3.142. Thiết lập phần hiển thị cho nút Alarm..................................................................96
Hình 3.143. Thiết lập chức năng khi nút alarm được tác động................................................97
Hình 3.144. Nút điện thoại.......................................................................................................97
Hình 3.145. Thiết lập phần hiển thị cho nút điện thoại............................................................97
Hình 3.146. Thiết lập chức năng khi nút điện thoại được tác động.........................................97
Hình 3.147. Đèn hiển thị lên xuống.........................................................................................98
Hình 3.148. Thiết lập phần hiển thị cho đèn lên......................................................................98
Hình 3.149. Thiết lập phần hiển thị cho đèn xuống.................................................................98
Hình 3.150. Hiển thị vị trí thang..............................................................................................98
Hình 3.151. Thiết lập phần hiển thị vị trí.................................................................................99
Hình 3.152. Hiển thị tải trọng..................................................................................................99
Hình 3.153. Thiết lập phần hiển thị tải trọng...........................................................................99
Hình 3.154. Dịng chữ cảnh báo q tải...................................................................................99
Hình 3.155. Thiết lập hiển thị dịng chữ................................................................................100
Hình 3.156. Dịng chữ sau khi nhấn nút điện thoại................................................................100

Hình 3.157. Thiết lập hiển thị dịng chữ................................................................................100
Hình 3.158. Dịng chữ sau khi nhấn nút alarm.......................................................................100
Hình 3.159. Thiết lập hiển thị dịng chữ................................................................................101
Hình 3.160. Dịng chữ sau khi có sự cố.................................................................................101
Hình 3.161. Thiết lập hiển thị dịng chữ................................................................................101
Hình 3.162. Phần nhập tải trọng.............................................................................................101
Hình 3.163. Thiết lập phần nhập tải trọng..............................................................................102
Hình 3.164. Nút nhấn sự cố....................................................................................................102
Hình 3.165. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn sự cố...............................................................102
Hình 3.166. Thiết lập chức năng khi nút sự cố được tác động...............................................102
Hình 3.167. Nút sửa sự cố......................................................................................................103
Hình 3.168. Thiết lập phần hiển thị nút nhấn sửa sự cố.........................................................103
Hình 3.169. Thiết lập chức năng khi nút sự cố được tác động...............................................103
Hình 3.170. Nút truy cập vào alarm.......................................................................................103
Hình 3.171. Thiết lập chức năng khi nút truy cập vào alarm được tác động.........................104
Hình 3.172. Nút truy cập vào Trendview...............................................................................104
Hình 3.173. Thiết lập chức năng khi nút truy cập vào Trendview được tác động.................104
Hình 3.174. Nút exit rời khởi giao diện.................................................................................104
Hình 3.175. Thiết lập chức năng khi nút Exit được tác động................................................105
Hình 3.176. Giao diện PopupScreen......................................................................................105
Hình 3.177. Thiết lập chức năng khi nút Yes được tác động.................................................105
9


Hình 3.178. Thiết lập chức năng khi nút No được tác động..................................................106
Hình 3.179. Bảng alarm về hệ thống......................................................................................107
Hình 3.180. Cài đặt các thơng tin về các cảnh báo................................................................107
Hình 3.181. Trendview về vị trí thang máy...........................................................................108
Hình 3.182. Thiết lập các thơng số cho bộ trendview1..........................................................108
Hình 3.183. Trendview về tải trọng thang máy......................................................................108

Hình 3.184. Thiết lập các thơng số cho bộ trendview2..........................................................109
Hình 3.185. Trendview về tải trọng.......................................................................................109
Hình 3.186. Thiết lập các thơng số cho bộ trendview3..........................................................109
Hình 3.187. Thiết lập cài đặt kiểu dữ liệu và đường lưu các file data...................................110
Hình 4.1. Màn hình đăng nhập vào hệ thống thang máy.......................................................111
Hình 4.2. Giao diện chính của hệ thống.................................................................................112
Hình 4.3. Màn hình chức năng Alarm....................................................................................112
Hình 4.4. Màn hình Trendview vị trí thang máy....................................................................113
Hình 4.5. Màn hình Trenview tải trọng thang máy................................................................113
Hình 4.6. Màn hình Trendview sự cố thang máy...................................................................114

10


Danh sách bảng
Bảng 1: Thơng số tổng quan các dịng PLC S7-1200..............................................................19
Bảng 2: Định nghĩa các cổng...................................................................................................48

11


Chương 1. Mở đầu
1.1. Tổng quan về đề tài
Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Cơng nghiệp hóa –
Hiện đại hố đất nước, đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm nhanh chóng
sánh vai cùng các quốc gia tiên tiến trên thế giới. Cùng với sự phát triển của đất
nước, ngày càng xuất hiện nhiều cơng trình xây dựng cao tầng đồ sộ: những cao ốc
thương mại, nhà hàng, khách sạn hiện đại theo tiêu chuẩn quốc tế, và cả những siêu
thị, bệnh viện đều có xu hướng “phát triển theo chiều cao”. Đó là một qui luật phát
triển hiển nhiên. Đi đôi với sự phát triển này là nhu cầu về thiết bị chuyển tải hàng

hoá và con người theo “độ cao”. Thiết bị hiện đại đó chính là Thang máy. Thang máy
là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hố theo phương thẳng đứng hoặc
0
nghiêng một góc nhỏ hơn 15 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.
Thang máy và máy nâng được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền
kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện
kim, công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy và máy nâng được sử dụng để
vận chuyển hàng hố, sản phẩm, đưa cơng nhân tới nơi làm việc có độ cao khác
nhau…Nó đã thay thế cho sức lực của con người và mang lại năng suất cao. Hình
dáng tổng thể như sau:

Hình 1.1. Tổng quan về thang máy

Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong
các toà nhà cao tầng, trong các khách sạn, siêu thị, công sở và trong các
bệnh viện….Hệ thống thang máy đã giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian
và sức lực.
12


Ở Việt Nam trước đây thang máy chủ yếu được sử dụng trong các ngành cơng
nghiệp để chở hàng hố và ít được phổ biến. Nhưng trong giai đoạn hiện nay với sự
phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân ngày càng
nâng cao, việc sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.
Xuất phát từ tầm quan trong của thang máy trong cuộc sống, sau khoảng thời
gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật em đã có điều kiện
học hỏi và tích lũy kiến thức về chun nghành học của mình. Với mục đích ứng
dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống em được giao và hướng dẫn thực
hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát thang máy 4 tầng bằng WinCC”


1.2. Mục tiêu đề tài
-

Thiết kế và chọn lựa thiết bị cho mơ hình hệ thống thang máy

-

Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình

-

Ứng dụng Scada trong việc thiết kế thang máy, thiết kế và điều khiển giám sát
mơ hình thang máy trên màn hình HMI

-

Hệ thống đảm bảo được hoạt động an tồn và ổn định. Nắm rõ được nguyên lý
hoạt động của hệ thống thang máy, đánh giá tổng quan mơ hình.

1.3. Giới hạn nội dung đề tài
Do giới hạn về thời gian, kinh tế và kiến thức nên đề tài chỉ dừng lại ở mức mô
phỏng, giám sát hoạt động của hệ thống thang máy trên phần mềm TIA Portal.

1.4. Nội dung thực hiện
Đề tài gồm có 5 chương như sau:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Chương 4: Kết quả thực hiện
Chương 5: Kết luận


13


Chương 2. Cơ sở lý thuyết
2.1. Giới thiệu chung về hệ thống
2.1.1. Phân loại thang máy
Tuỳ thuộc vào tính chất, chức năng của thang máy. Thang máy có thể phân loại
thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất, ví dụ như phân loại theo hệ dẫn động
cabin, theo vị trí đặt bộ kéo rời, theo hệ thống vận hành, theo công dụng…. dưới đây là
một số phân loại:
 Phân loại theo chức năng
 Thang máy chở người
Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: Gia tốc tối ưu
là a< 2m/s2
- Thang máy dùng trong các tồ nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặc
lớn, địi hỏi vận hành êm, an tồn và có tính mỹ thuật…
- Thang máy dùng trong bệnh viện: Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm
khi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của
bệnh viện..
- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều được các
điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của môi trường làm
việc: độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, sự ăn mòn…
 Thang máy chở hàng
Được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp, trong kinh doanh…Nó địi hỏi cao về
việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên
xuống thang máy được dễ dàng thuận tiện…
 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển.
- Thang máy tốc độ thấp: v < 1 m/s
- Thang máy tốc độ trung bình: v= 1 - 2,5 m/s. Thường dùng cho các nhà có số

tầng từ 6 - 12 tầng.
- Thang máy tốc độ cao: v =2,5 - 4 m/s. Thường dùng cho các nhà có số tầng mt
>16 tầng.
- Thang máy tốc độ rất cao (Siêu tốc): v = 5m/s. Thường dùng trong các toà tháp
cao tầng.
 Phân loại theo tải trọng
- Thang máy loại nhỏ: Q < 500 Kg. Hay dùng trong thư viện, trong các nhà hàng
ăn uống để vận chuyển sách hoặc thực phẩm
- Thang máy loại trung bình: Q = 500 - 1000 Kg.
- Thang máy loại lớn: Q = 1000 -1600 kg.
- Thang máy loại rất lớn Q > 1600 Kg.
 Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo rời
- Đối với thang máy điện
 Thang máy có bộ kéo rời đặt phía trên giếng thang.
 Thang máy có bộ rời kéo đặt dưới giếng thang.
- Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ
tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
- Đối với thang máy thuỷ lực: Buồng đặt tại tầng trệt.
 Theo hệ thống vận hành.
- Theo mức dò tự động:
 Loại nửa tự động
14


-

-

 Loại tự động
Theo tổ hợp điều khiển:

 Điều khiển đơn
 Điều khiển kép
 Điều khiển theo nhóm
Theo vị trí điều khiển:
 Điều khiển trong cabin
 Điều khiển ngoài cabin
 Điều khiển cả trong và ngoài cabin

2.1.2. Cấu tạo của thang máy
Thang máy là một hệ thống di chuyển dọc theo trục thẳng, được sử dụng để chở
người hoặc hàng hóa giữa các tầng trong các tịa nhà cao tầng. Cấu tạo của thang máy
bao gồm các thành phần chính sau đây:
 Cabin: Đây là nơi người sử dụng thang máy hoặc hàng hóa được vận chuyển.
Cabin có thể được thiết kế theo nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy thuộc
vào mục đích sử dụng. Cabin thường được làm bằng thép hoặc hợp kim nhẹ, và có
cửa mở ra bên trong hoặc bên ngồi.

Hình 2.1. Cabin thang máy

Cabin thang máy bao gồm một số thiết bị phụ khác:
- Đầu cửa cabin thang máy
- Khung cửa thang máy
- Khung bao cửa thang máy
- Cánh cửa thang máy
- Sill cửa thang máy
- Photocell cảm biến vật cản
- Khóa cửa an toàn cho thang
 Tủ điều khiển: Là hệ thống điều khiển của thang máy được lập trình tự động khiến
thang máy hoạt động một cách trơn tru không gặp phải sự cố. Nó được thiết kế bao
gồm các phần điện tử và thiết bị điện tử. Để đảm bảo an tồn và tính thẩm mỹ cho

cơng trình nên tồn bộ các thiết bị này sẽ được lắp đặt tại phòng máy nằm trên
cùng của cabin. Với hệ thống điều khiển mới thì bạn có thể cùng lúc thực hiện
nhiều lệnh gọi tầng cùng một lúc trong lúc dừng hoặc lúc thang đang di chuyển.
15


Hình 2.2. Tủ điều khiển

Hệ thống điều khiển này mang đến năng suất cao cho hoạt động cầu thang
máy. Liên kết giữa các nút ấn tới hệ thống điều khiển, từ đó phát lệnh cho các thiết
bị cơ học hoạt động nhịp nhàng. Ngồi ra thang máy cịn được lắp thêm hệ thống
đèn tín hiệu ở cửa tầng và cả trong cabin chúng ta có thể nhận biết được tình trạng
hoạt động của thang và vị trí của thang máy.
 Động cơ: Thang máy sử dụng một động cơ để tạo ra sức mạnh cần thiết để di
chuyển cabin lên và xuống. Động cơ thường là động cơ điện và được điều khiển
bởi bộ điều khiển.

Hình 2.3. Động cơ thang máy

Trên nóc giếng thang thường lắp motor đây là động cơ của thang máy. Thiết bị
này khâu dẫn động đến hộp giảm tốc theo một vận tốc cho sẵn, từ đó làm quay puly để
kéo cabin hoạt động lên xuống. Đối trọng và cabin được liên kết với nhau nhờ hoạt
động của motor đối trọng, trong khi đó người ta sử dụng hệ thống puly ma sát treo
cabin kết hợp với sợi cáp nâng. Do cấu tạo thang máy mà chuyển động lên xuống phần
lớn dựa vào cabin và đối trọng nhờ cáp nâng khi có các chuyển động từ cáp nâng nhờ
puly ma sát quay, nguyên do chính là motor kéo tạo nên dây chuyền hoạt động. Cho
nên motor kéo hoạt động là một điều hết sức quan trọng. Sẽ có tủ điều khiển riêng để
đặt hệ thống điều khiển, để thuận tiện cho việc điều chỉnh.
16



 Thắng cơ (Bộ giảm tốc, giảm chấn): Thiết bị khống chế vượt tốc hay cịn gọi là
phanh cơ khí (thắng cơ) Thắng cơ (Governor) là thiết bị bắt buộc phải có đối với
thang máy. Do cấu tạo thang máy có thể di chuyển quá nhanh hoặc quá chậm cho
nên các nhà thiết kế đã đặc biệt xử lý tình huống này bằng bộ hạn chế tốc độ. Nó
xuất hiện như là bộ phận đảm bảo tốc độ thang máy ln trong mức an tồn.

Hình 2.4. Thắng cơ của thang máy

 Giảm chấn: Khi di chuyển đơi lúc ta có thể cảm nhận được thang máy đang rung
chuyển, hay lúc gần dừng tầng thì thang máy hơi rung lắc. Hiện tượng này sẽ được
khắc phục với thang máy có lắp giảm chấn, nó được lắp ở dưới thang máy. Hoạt
động chính đó là dừng đỡ cabin làm giảm sự rung lắc do dừng tầng của thang máy.

Hình 2.5. Giảm chấn của thang máy

 Đối trọng thang máy: Trong thang máy sử dụng cáp kéo thì đối trọng thang máy là
thiết bị không thể thiếu được. Nguyên tắc hoạt động của thang máy là 1 bên đối
trọng, một bên cabin, 2 bên cân bằng với nhau. Trọng lượng của đối trọng được
tính bằng tải trọng tĩnh và tải trọng động của cabin nhân với 150%.

17


Hình 2.6. Đối trọng của thang máy

Đối trọng trong thang máy thường được làm bằng bê tông đúc kết hợp với vỏ bọc
nhựa tạo nên vẻ ngoài bắt mắt.
 Rail thang máy: Để thang máy di chuyển đúng hướng, đối trọng của thang máy
đúng và không bị lệch ra khỏi thiết kế thì người ta đã thiết kế ray dẫy đường, nó

được lắp dọc theo giếng thang khi lắp đặt thang máy.

Hình 2.7. Rail của thang máy

2.1.3. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống thang máy gồm có 4 tầng. Hệ thống bao gồm các thành phần chính như
cabin thang máy, cửa và nút nhấn tại các tầng, tủ điều khiển, động cơ kéo, ray dẫn
hướng, giảm chấn. Về nguyên lý hoạt động thì khi nhấn nhấn nút gọi tầng, tín hiệu
điều khiển được đưa về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển tiếp nhận tín hiệu
điều khiển, xử lý và điều khiển động cơ quay, động cơ truyền lực kéo cabin thang máy
đến vị trí nhận tín hiệu điều khiển, thang máy dừng và mở cửa. Khi cửa thang máy
được điều khiển đóng lại, khách hàng ấn nút gọi tầng, tín hiệu điều khiển sẽ được gửi
đến vi xử lý – bộ điều khiển trung tâm, phân tích xem tầng nào gần nhất, tầng nào xa
18


nhất, điều khiển động cơ kéo cabin, dừng tầng chính xác. Quá trình lặp đi lặp lại như
vậy.

2.2. Lý thuyết chung về PLC
2.2.1. Khái niệm
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết
kế chuyên dùng trong cơng nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến
phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương
trình hoặc sự kiện.
PLC được lập trình để thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau, sử dụng
các ngôn ngữ lập trình như ladder logic, instruction list, function block diagram và
structured text.
PLC có thể được kết nối với các thiết bị đầu vào và đầu ra để giám sát và điều
khiển các tín hiệu và trạng thái của các thiết bị khác nhau, bao gồm cả cảm biến, van,

động cơ và các thiết bị khác.
Với khả năng lập trình và tính linh hoạt, PLC đã trở thành một cơng cụ quan
trọng trong ngành công nghiệp để cải thiện hiệu suất sản xuất và độ tin cậy của các quá
trình tự động hóa.

Hình 2.8. Các loại PLC

2.2.2. Cấu trúc cơ bản của PLC
PLC bao gồm các thành phần cơ bản sau đây:
- CPU (Central Processing Unit): Là trung tâm của hệ thống PLC, thực hiện các
tác vụ lập trình, điều khiển và xử lý dữ liệu. CPU có thể được chia thành các
phần khác nhau, bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ và các giao diện đầu vào/đầu ra.
- Các đầu vào (Inputs): Các tín hiệu từ các cảm biến và các thiết bị đầu vào khác
được gửi đến PLC thơng qua các đầu vào. Các tín hiệu này được xử lý bởi CPU
để điều khiển các thiết bị đầu ra.
- Các đầu ra (Outputs): Các tín hiệu điều khiển được gửi đến các thiết bị đầu ra,
bao gồm các động cơ, van và các thiết bị khác thông qua các đầu ra. Các đầu ra
này được điều khiển bởi CPU dựa trên các tín hiệu đầu vào.
- Nguồn cung cấp điện: Là nguồn cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống PLC.
19


-

Giao diện lập trình: Là phần mềm lập trình được sử dụng để lập trình và cấu
hình PLC.
Bộ nhớ: Là nơi lưu trữ các chương trình điều khiển, các tham số cấu hình và
các giá trị lưu trữ khác.

Hình 2.9. Cấu trúc PLC


 Module vào/ra của PLC được phân loại
- Số (Logical/Discrete Signals)
- Tương tự (Coutinuous/Analog Signals)
 PLC Input
- Tín hiệu ra từ các loại cảm biến: số và tương tự.
- Cảm biến tiệm cận (Proximity Senso): cảm biến điện cảm, điện dung, quang ....
(Tín hiệu là logic PLC là gì? Tín hiệu logic là 0 và 1, dạng đúng – sai, có –
khơng).
- Khóa chuyển mạch (Switchs): đóng mở cơ khí. Tín hiệu logic.
- Potentiometer: đo vị trí góc dùng điện trở. Tín hiệu liên tục.
- LVDT (Linear variable differential Transformer): tín hiệu liên tục.

Hình 2.10. Sơ đồ mạch điện đầu vào của PLC

 PLC Output
20