1
Lời nói đầu

Trong nhiều thế kỷ qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần
đáng kể vào sự phát triển của điều khiển tự động và tự động hoá. Có thể nói,
ngày nay, không một hệ thống điều khiển tự động thực tế nào, dù đơn giản, mà
không có sự góp mặt của vi xử lý, của máy tính và phần mềm. Nói đến công nghệ
thông tin trong điều khiển tự động và tự động hoá là ta nói đến ba lĩnh vực
chính: công nghệ máy tính (vi xử lý, vi điều khiển, PLC, máy tính công
nghiệp,), công nghệ phần mềm (phần mềm công nghệ, phần mềm điều khiển,)
và công nghệ truyền thông (Fielbus, Bus hệ thống).
Trong một hệ điều khiển, các thiết bị điều khiển đóng một vai trò quan trọng,
là phần cứng và là nền tảng để thực hiện các thuật toán, các chơng trình
điều khiển. Trong rất nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau, từ những rơle đơn
giản đến những bộ vi điều khiển hay những máy tính công nghiệp hiện đại, các
bộ điều khiển logic khả trình (PLC - Programmer Logic Controller) đ-ợc sử
dụng rất phổ biến đặc biệt trong công nghiệp.
Kể từ khi xuất hiện vào đầu thập niên 70 của thế kỷ tr-ớc nh- một thiết bị có
khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC đã phát
triển nhanh chóng kể cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, các bộ vi xử lý
mạnh và bộ nhớ lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý đơn giản và bộ nhớ khoảng
1KB. Các cổng vào/ra không chỉ tăng về số l-ợng mà còn có thể đ-ợc phân tán.
Các cổng t-ơng tự cũng đ-ợc thêm vào giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích
hợp cho điều khiển logic mà còn có thể đ-ợc sử dụng rất hiệu quả trong điều
khiển các quá trình liên tục. Về mặt cấu trúc, các PLC ngày nay có cấu trúc
dạng môdul linh hoạt. Bên cạnh đó, khả năng nối mạng góp phần tăng hiệu quả
và sức mạnh của PLC lên nhiều lần khi chúng hoạt động phối hợp. Về phần
mềm, tập lệnh của các PLC ngày nay không chỉ giới hạn ở các lệnh logic đơn
giản mà đã trở nên rất phong phú với các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm,
bộ định thời,
Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã đ-ợc xây dựng trên khắp

I.4.2.Chọn biến tần 19
I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần 19
I.4.2.2.Chọn biến tần 26
Ch-ơng II: Vấn đề điều khiển thang máy
II.1. Yêu cầu chung về điều khiển 34
II.2. Chọn thiết bị điều khiển 37
II.2.1.Tổng quan về PLC 37
II.2.1.1.Giới thiệu về PLC 37
II.2.1.2.Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC .40
II.2.1.3.Đặc điểm chung của bộ điều khiển khả trình PLC 41
II.2.1.4.Cấu trúc phần cứng của PLC .43
II.2.2.Sensor 48 4
Ch-ơng III: Lập trình điều khiển
III.1.Các b-ớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng cho PLC 51
III.2.Thủ tục thiết kế bộ điều khiển ch-ơng trình 52
III.3.ứng dụng bộ điều khiển PLC vào điều khiển thang máy năm tầng53.
III.3.1.Luật điều khiển thang máy 53
III.3.2.L-u đồ điều khiển thang máy 56
III.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC 58
III.3.4.Giản đồ thang điều khiển thang máy năm tầng 61
Kết luận72
Tài liệu tham khảo. 73
+ Đối với thang máy chở ng-ời gia tốc cho phép của thang máy là
a 1,5m/s
2
, nếu gia tốc lớn hơn thì sẽ gây cảm giác khó chịu cho con
ng-ời.
+ Thang máy trong các nhà cao tầng đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ
nhanh và có tính mỹ thuật.
+ Thang máy dùng trong bệnh viện đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ
nhanh, có tính -u tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viên.
+ Thang máy dùng trong công nghiệp đòi hỏi có tải trọng lớn, chịu đ-ợc
môi tr-ờng làm việc khắc nghiệt nh- nhiệt độ, độ ẩm,
b.Thang máy chở hàng:
Thang máy chở hàng yêu cầu là tốc độ cao, chịu đ-ợc tải trọng lớn và khi
bốc xếp hàng hoá phải thuận tiện, dễ dàng.

2.Phân loại theo tải trọng của ca bin:
6
Tuỳ theo tải trọng định mức Q của buồng thang mà thang máy chia thành các
loại sau:
+ Thang máy loại nhỏ: Q < 160 KG
+ Thang máy loại trung bình: Q = 500 2000 KG
+ Thang máy loại lớn: Q > 2000 KG
3.Phân loại theo tốc độ di chuyển của ca bin:
+ Thang máy chạy chậm: v = 0,5 m/s
+ Thang máy tốc độ trung bình: v = ( 0,75 1,75 ) m/s
+ Thang máy cao tốc: v = ( 2,5 5 ) m/s
4.Phân loại theo hệ thống vận hành:
+ Theo mức độ tự động:
Loại nửa tự động
Loại tự động

Không có đối trọng.
Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho thang máy có hành trình
lớn.
Không có cáp hoặc xích cân bằng.
+ Theo cách treo ca bin và đối trọng.
+ Theo hệ thống cửa ca bin:
Ph-ơng pháp đóng, mở cửa ca bin.
Theo kết cấu cửa ca bin.
Theo số cửa ca bin.
+ Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn ca bin.
8.Phân loại theo quỹ đạo di chuyển ca bin:
+ Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển theo
ph-ơng thẳng đứng, hầu hết thang máy đang sử dụng là loại thang máy
này.
+ Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển nghiêng
một góc so với ph-ơng thẳng đứng.
9.Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin:
+ Thang máy dẫn động điện.
+ Thang máy thuỷ lực.
+ Thang máy khí nén.
10.Phân loại theo vị trí của ca bin và đối trọng giếng thang:
+ Đối trọng bố trí phía sau.
+ Đối trọng bố trí một bên.
+ Trong một số tr-ờng hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà
không cùng chung giếng thang với ca bin.

I.2.Cấu tạo phần cơ: 8

2- Gọng kìm.
9
3- Khung của buồng thang.
4- Puli quấn cáp.
5- Hộp giảm tốc.
6- Động cơ.
7- Giá treo.
8- Buồng thang.
9- Thanh dẫn h-ớng.
10- Cáp treo
11- Hố giếng.
Tất cả các thiết bị điện của thang máy đ-ợc lắp trong buồng thang và buồng
máy.
Buồng máy th-ờng bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Hố giếng
của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng một cho đến đáy
giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào.
Để nâng - hạ buồng thang, ng-ời ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 đ-ợc nối
trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp buồng thang
đ-ợc treo lên puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ
có lắp hộp giảm tốc 5 với tỉ số truyền i = 18 120.
Khung của buồng thang 3 đ-ợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 4
(th-ờng dùng một đến bốn sợi cáp ).
Buồng thang luôn luôn đ-ợc giữ theo ph-ơng thẳng đứng nhờ có giá treo 7
và những con tr-ợt dẫn h-ớng (con tr-ợt là loại puli tr-ợt có bọc cao su bên
ngoài). Buồng thang và đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng
theo các thanh dẫn h-ớng 9.
Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm ( phanh dù ). Phanh bảo hiểm
giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển v-ợt quá
(20 40)% tốc độ định mức.
Phanh bảo hiểm th-ờng đ-ợc chế tạo theo ba kiểu:

2
Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s
3

Đ-ờng kính puli dẫn độmg: 0,45 m
Tính toán công suất của động cơ:
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
)(
10 ) (
3
KW
gvGGk
P
bt
c





Trong đó:
G
bt
: Khối l-ợng buồng thang (Kg); ta có G
bt
= 1000 Kg
G: Khối l-ợng hàng (Kg); ta có G = 900 Kg
V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s
11
g: Gia tốc trọng tr-ờng (m/s











mà G
đt
= G
bt
+ .G (Kg)
Trong đó: là hệ số cân bằng; ta chọn = 0,4
G
đt
= 1000 + 0,4900 = 1360 (Kg)

)(15,151081,92,118,01360
8,0
1
1000900
3
KWP
cn




)(9,371081,92,11
8,0
1
13608,09001000
3
KWP
ch










Vậy P
ch
= 37,9(KW).

I.4.Tính chọn biến tần và động cơ:
Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ
truyền động, chọn một loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau:
+ Độ chính xác khi dừng.
+ Tốc độ di chuyển buồng thang.
+ Gia tốc lớn nhất cho phép.
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
12
* Ngày nay hệ truyền động cho thang máy chở ng-ời có tốc độ trung bình hầu



).(


Trong đó:
G: Trọng l-ợng tải (Kg)
G
bt
: Trọng l-ợng buồng thang (Kg)
G
đt
: Trọng l-ợng đối trọng (Kg)
u: Bội số hệ thống ròng rọc; chọn u = 1
13
i: Tỉ số truyền; ta có:
uv
Rn
i
.
2



R: Bán kính puli dẫn động;
)(225,0
2
45,0
2
m

)(
1
2
.
.
Nm
iu
RGGG
M
c
dtbt
h











)(57,4281,9
8,0
1
2

3
v
lv
v
0
0
0
t
t
t
v
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
m
T
lv
T
hd
'
'
va
dt
dv

'
svv
dt
ds


00
2

2
1
vtatv

và
tvtats
2
1
.
6

2
1
2
010
2
11
smvtatv
)(0025,0001,015
6
1
.
2
1
.
6
1
3
10
2
1
3
11
mtvtats


Thay vào ph-ơng trình của v
3
ta có:

12
2
5,1075,01,05,11,015
2
1
1 tt

t
2
- t
1
= 0,6(s)
Vậy thời gian mở máy:
T
m
= t
1
+ (t
2
- t
1
) + (t
3
- t
2
) = t

6
1
232
2
23
3
233
ttvttatts


mà t
3
- t
2
= 0,1(s)
v
2
= v
1
+ a
max
.(t
2
- t
1
) = 0,075 + 1,50,6 = 0,975(m/s)

)(1075,01,0975,01,015
2
1

s
T
lv
lv


16
* Giả sử thang máy từ khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng chuyển động chậm
dần đều với tốc độ giật bằng không và quãng đ-ờng hãm là 0,045 (m), vận tốc
giảm xuống còn 0,2 (m/s).
Ta có: s = v
tb
.t

)(67,0
2
12,0
4,0
s
v
s
t
tb




Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng:
)(025,0
2,0

Khi thang đi đến tầng 5, cho dừng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống.
+ Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng 2
lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang
chạy từ tầng 4 lên tầng 5 bằng 5,57(s).
+ Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s).
3.Tính mô men đẳng trị và tính chọn công suất động cơ:
* Mô men đẳng trị:




i
n
i
ii
dt
t
tM
M
1
2
.

Trong đó M
i
là trị số mômen t-ơng ứng với khoảng thời gian t
i
.
17
)(5,58

21160
.2.55,9
60
55,9
srad
R
ivn
D







P
đt
= 93,3758,5 = 5462 (W) = 5,462(W).
* Tính hệ số tiếp điện t-ơng đối: Dựa vào cuốn Các đặc tính động cơ trong truyền động điện ta chọn động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25%.
Kí hiệu: MTK-22-6 có các thông số sau:
P
đm
= 7,5 KW
n
đm
= 905 vg/ph

42
25
= 7 (KW)
Trong đó: t
ilv
là khoảng thời gian làm việc
t
ing
là khoảng thời gian nghỉ
Trong thực tế động cơ dùng cho cầu trục, máy nâng-hạ th-ờng có hệ số
tiếp điện TĐ% = 25%, vì vậy ta quy đổi công suất động cơ về loại có
TĐ% = 25%.
TĐ% =
t
ilv

t
ilv
+ t
ing

18
4.Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn:
Ta có:

Thực tế động cơ chịu M = 2,3.M
đm
= 2,379,18 = 182,11 (Nm)
mà ta có: M
đt

2..n
60
=
23,14905
60
= 94,72 (rad/s)
M
đm
=
7,510
3

94,72
= 79,18 (Nm)
P
đm


đm

19

Hình I.4. Cấu trúc của BBT trực tiếp.
BBT trực tiếp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f
1
thành f
2
,
không qua khâu chỉnh l-u nên hiệu suất cao nh-ng việc thay đổi tần số ra
khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f

BBT
f
1

f
2
U
1
,f
1

+
-
U
d

I
d

ĐK
U
1
,f
1Lọc
CL
NL
20

Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ
thông khe hở trong không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở stator, có thể
xem suất điện động E điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nh-ng
giữ nguyên điện áp sẽ dẫn đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến
bão hoà mạch từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng
tổn hao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao. Ng-ợc lại từ
thông khe hở không khí giảm d-ới định mức sẽ làm giảm khả năng tải của động
cơ. Vì vậy, việc giảm tần số động cơ d-ới tần số định mức th-ờng đi đôi với việc
giảm điện áp pha U sao cho từ thông trong khe hở không khí đ-ợc giữ không
đổi.
+ Thiết bị biến tần chỉ tạo ra đ-ợc điện áp hình sin chữ nhật hoặc gần chữ nhật,
chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh h-ởng của sóng hài, ng-ời ta có thể
dùng các bộ lọc, và nh- vậy, trọng l-ợng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ
cao. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh đ-ợc điện áp ra mà vẫn
giảm nhỏ đ-ợc ảnh h-ởng của các sóng hài bậc thấp.
Biện pháp điều biến độ rộng xung nhằm đáp ứng yêu cầu trên có nội dung
chính nh- sau:
+ Tạo một sóng dạng sin u
m
, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số
mong muốn.
+ Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định u
p
, ta gọi là sóng mang, có
tần số lớn hơn nhiều (th-ờng là bội ba) tần số của sóng điều biến.
+ Dùng một khâu so sánh để so sánh u
m
và u
p
. Các giao điểm của hai sóng

22
Điều biến độ rộng xung đơn cực:
+ Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và +E
trong nửa chu kì d-ơng và 0 và -E trong nửa chu kì âm.
+ Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L: Hình I.8
+ Sóng hài trong điện áp tải:
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O, điện áp tải u là một hàm chu kì, lẻ. Khai
triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin.
Biên độ của các sóng hài tính theo công thức:





0
sin)(
2
dnEU
nm 23
Um
Up
u
i
0
+E
U
i

1
T
4
D
4
T
H×nh I.8. §iÒu biÕn ®é réng xung ®¬n cùc, mét pha, t¶i R+L

Khi n = 1, ta cã:
 
54321
1
coscoscoscoscos
4
sinsinsinsinsin
2
4
3
5
5
3
4
1
2
2
1






U
2m
= 0
Khi n = 3:
24

54321
3
3
)(3
)(3
)(3
)(3
)(3
3
3
3
3
3cos3cos3cos3cos3cos
4
sinsinsinsinsin
3
2
2
1
1
2
3
4




E
ddddd
E
U
m

Biên độ của các sóng hài có dạng tổng quát nh- sau:



k
i
i
nm
n
n
E
U
,1
1
cos)1(
4



Trong đó: n = 1,3,5


5



k
i
i
m
E
U



07cos)1(
7
4
,1
1
7



k
i
i
m
E
U



D1
D3
T1
T3
-E
D2
T4
T1
T3
D2
D4
D2
D4
T1
T3
T2
T4
D1
D3
T2
T4
DÉn dßng
H×nh I.9.§iÒu biÕn ®é réng xung l-ìng cùc, t¶i L+R
0
Um
Up


2
1

2
2 1
2























   
 
 
E