Luận văn tốt nghiệp

Đề tài: " Ứng dụng PLC trong
điều khiển thang máy "

Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
1

Lời nói đầu
Thang máy là một thiết bị không thể thiếu đợc trong việc vận chuyển
ngời và hàng hoá theo phơng thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng hay trong
các nhà máy xí nghiệp. Ngày nay trên thế giới thang máy luôn đợc nghiên cứu
cải tiến hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
Đất nớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Lúc
này bộ mặt đô thị đã có nhiều thay đổi xuất hiện nhiều nhà cao tầng, các nhà
máy xí nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều do đó thang máy và thang cuốn nói

môn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 17 tháng 2 năm 2006
Sinh viên: Phạm Văn Thuận
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
3

Chơng i
Giới thiệu chung về thang máy
1.1 Giới thiệu chung
Thang máy là một thiết bị vận tải theo phơng thẳng đứng dùng trong các
công trình xây dựng, trong các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong các công trình nhà
dân dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần dùng máy để nâng hạ các thiết bị
trong các công trình xây dựng, vận chuyển hàng hoá nặng hoặc vật liệu xây dựng
lên các tầng cao, vận chuyển ngời trong các toà nhà cao tầng nên thang máy
xuất hiện tơng đối sớm. Xuất phát là thang tải hàng từ thế kỷ 19, dùng để giải
quyết vấn đề vận tải hàng hoá và vật liệu xây dựng, nhng khi đó khâu an toàn
cha đợc thiết kế thoả mãn để dùng chở ngời.
Sau này khi nhu cầu vận chuyển ngời ở các toà nhà cao tầng ở đô thị rất bức
bách, ngời ta đầu t nhiều để nghiên cứu về hệ thống phanh cho thang máy, và

điện tử, kỹ thuật vi điều khiển, máy tính nhờ đó mà công nghệ thang máy có
những bớc tiến nhảy vọt. Nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến mà thang máy
ngày càng đạt các yêu cầu khắt khe đề ra : An toàn hơn, chất lợng điều khiển tin
cậy cao, chuyển động êm hơn phù hợp với sinh lý ngời, dừng tầng chính xác
hơn, hiệu suất truyền động cao. Trên thị trờng Việt Nam trớc đây, thang máy ít
đợc sử dụng, chủ yếu là các máy nâng hàng dùng cho các nhà máy, xí nghiệp
hoặc trên các công trình xây dựng. Từ khi có chính sách mở cửa, nền kinh tế thị
trờng mà sản phẩm của nó một phần là các toà nhà cao ốc 20 24 tầng ra đời,
các toà nhà chung c cao tầng trong đô thị đợc quy hoạch mọc lên thì cũng là
lúc nhu cầu thang máy trong nớc tăng lên một cách cấp bách và có yêu cầu số
lợng lớn, hàng loạt các loại thang máy xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, một
số công ty thang máy trong nớc xuất hiện, trong đó công ty Thang máy Thiên
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
5
Nam (Thien Nam Elerator-Co) là một trong những công ty đầu tiên hoạt động
trong lĩnh vực thiết kế, thi công, lắp đặt và cung ứng thang máy lớn nhất trong
nớc, sánh vai cùng các Công ty thang máy Tự động (Tu dong Elerator-Co),
Công ty thang máy Thái Bình (Thai Binh Elerator-Co). Các công ty này có cùng
mục đích là nghiên cứu và lắp đặt các loại thang máy có chất lợng cao của các
hãng nổi tiếng thế giới nh : Otit Elerator (Mỹ); Mitsubishi (Nhật); Nippon
Elerator, Fuji Elevator (Nhật); LG Elevator (Hàn Quốc). Đồng thời tự sản xuất
các loại thang có chất lợng và giá thành cạnh tranh trong các công trình có yêu
cầu về chất lợng tơng đối cao.
1.2 Các yêu cầu đối với thang máy
1.2.1 Yêu cầu về an toàn
+ Đối với thang máy chở ngời, yêu cầu về an toàn là yếu tố tối quan
trọng, vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá bằng tính
mạng của hành khách. Để đảm bảo cho thang làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi
bộ phận của thang phải đạt độ tin cậy cao nhất.

Yêu cầu về gia tốc lại càng quan trọng đối với thang máy chở bệnh nhân
trong các trờng hợp bệnh nặng, vì vậy trong trờng hợp này ngời ta thiết kế
loại thang dùng thuỷ lực trong truyền động. V
h
(m/s
3
)
a (m/s
2
)
v (m/s)
Mở máy
Chế độ
ổn định
Hãm xuống
tốc độ thấp
Chạy tốc
độ thấp và

v
h

t
4

v
h

t
5

v
3
t
6

v
4

t
7

v
1

t
8

v

Những loại thang máy hiện
đại thờng có kết cấu cơ khí phức
tạp nhằm nâng cao năng suất, vận
hành tin cậy, an toàn. Hình I.2 là
hình cấu tạo chung của thang máy
chở ngời. Tất cả các thiết bị điện
đợc lắp đặt kín và an toàn trong
buồng thang, buồng máy. Buồng
máy thờng bố trí ở trên cùng của
thang (mặt sàn trên cùng). Tủ điện 1
đợc đặt trong buồng máy 22 bên
cạnh đó bộ hạn chế tốc độ 2 cũng
đợc đặt trên buồng máy. Cáp của
bộ hạn chế tốc độ 8 có liên kết với
hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo
hiểm 17 trên cabin. Khi đứt cáp
hoặc cáp trợt trên rãnh puly do
không đủ ma sát mà cabin đi xuống
vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ hãm bảo
I.2
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
8
hiểm 17 để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng trong giếng thang. ở một số
thang máy, bộ hãm bảo hiểm và bộ phận hạn chế tốc độ còn đợc trang bị cho cả
đối trọng. Cabin và đối trọng đợc treo trên hai đầu cáp nâng 20 nhờ vào hệ
thống treo 19 hệ thống này đảm bảo cho các nhánh cáp riêng biệt có sức căng
nh nhau. Cáp nâng đợc vắt qua các rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo.
Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng
làm cabin và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Khi

tầng cho phép hành khách gọi cabin đến cửa tầng đang đứng. Các đèn tín hiệu ở
cửa tầng và trong cabin cho biết trạng thái làm việc của thang máy và vị trí của
cabin.
1.4 Thiết bị cơ khí của thang máy
1.4.1 Các thiết bị cố định trong giếng thang
Các thiết bị cố định trong giếng thang gồm: Hệ thống ray dẫn hớng, giảm
chấn, bộ tời kéo, hệ thống hạn chế tốc độ và hệ thống các cửa tầng.
* Ray dẫn hớng

Ray dẫn hớng đợc lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hớng cho cabin
và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang. Ray dẫn hớng đảm bảo cho đối
trọng và cabin luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không
bị dịch chuyển theo phơng ngang trong quá trình chuyển động. Ngoài ra ray dẫn
hớng phải đảm bảo độ cứng để giữ trọng lợng cabin và tải trọng trong cabin
tựa lên ray dẫn hớng cùng với các thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo
hiểm làm việc (trong trờng hợp đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn
giá trị cho phép ).
* Giảm chấn
Giảm chấn đợc lắp đặt dới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đối
trọng trong trờng hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dới vợt quá vị
trí đặt công tắc hạn chế hành trình cuối cùng. Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn
để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dới
cho việc kiểm tra và sữa chữa. Giảm chấn phải có độ cứng và hành trình cần thiết
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
10
sao cho gia tốc dừng cabin hoặc đối trọng không vợt quá giá trị cho phép đợc
quy định trong tiêu chuẩn.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
12
để dầu có thể tràn sang khoang 4 trong thời điểm đầu để giảm va đập và khi
pittông đi xuống, nó xẽ bịt các lỗ 8 lại. Sau khi nhấc cabin lên, pittông 3 trở lại
vị trí ban đầu nhờ lò xo 10 tỳ lên đai ốc 9 ở đầu trên của lõi 6.
Giảm chấn phải có độ cứng và hành trình cần thiết sao cho gia tốc dừng
cabin hoặc đối trọng không vợt quá giá trị cho phép.
* Cabin và các thiết bị liên quan.
Cabin là bộ phận mang tải của thang máy. Cabin phải đợc kết cấu sao cho
có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ. Theo cấu tạo, cabin gồm hai phần: kết
cấu chịu lực (khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin. Trên
khung cabin có lắp các ngàm dẫn hớng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn
và bộ hãm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa Ngoài ra đối với
thang máy chở ngời phải đảm bảo các yêu cầu thông gió, nhiệt độ và ánh sáng. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
13

Hình I.5. Khung cabin
Trên hình I.5 là khung chịu lực của thang máy. Khung cabin gồm khung
đứng 1 và khung nằm 2 liên kết với nhau bằng bulông qua các bản mã. Khung
đứng gồm dầm trên và dầm dới, mỗi dầm làm từ hai thanh thép chữ U và hai
dầm này nối các thanh thép góc bằng bu lông tạo thành khung thép kín. Khung
nằm 2 tựa trên dầm dới của khung đứng tạo thành sàn cabin. Dầm trên của
khung đứng liên kết với hệ thống treo cabin 5, đảm bảo cho các cáp treo cabin có
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN

15
có thể khác phục bằng cách dùng hệ thống kiểu lò xo. Các thang máy hiện đại
thờng dùng hệ thống treo kiểu lò xo.
Hệ thống treo kiểu lò xo

Hình I.6 Hệ thống treo kiểu lò xo
Trên hình I.6 là hệ thống treo kiều lò xo với 4 sợi cáp. các lò xo chịu nén
và giãn ra khi cáp chùng để đảm bảo độ căng cần thiết, mặt khác chúng còn có
khả năng giảm chấn. Độ nén của mỗi lò xo đợc điều chỉnh bằng đai ốc bên
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
16
dới. Khi cáp bị chùng quá giới hạn cho phép thì đầu bulông 2 chạm vào tay
đòn 3 để ngắt tiếp điểm điện 4.
Buồng cabin
Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời đợc gồm trần, sàn và vách
cabin. Các phần này có thể liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của
cabin. Buồng cabin thờng đợc dập từ thép tấm (chế tạo bằng phơng pháp dập
) với các gân tăng cờng.

Các yêu cầu chung đối với buồng cabin
- Trần, sàn và vách cabin phải kín không có lỗ thủng, trần, sàn cabin liên
kết với nhau bằng vít với các tấm nẹp hoặc bằng các chi tiết liên kết chuyên
dùng.
- Phải đảm bảo độ bền và độ cứng cần thiết, trần cabin phải có đủ độ cứng
để lắp đặt các trang thiết bị và cơ cấu mở cửa vào ra.
- Buồng cabin phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, thoát nhiệt và ánh

Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận
cân bằng trong thang máy để cân bằng với trọng lợng của cabin và tải trọng
nâng. Việc chọn sơ đồ động học và trọng lợng của các bộ phận của hệ thống
cân bằng có ảnh hởng lớn tới mô men tải trọng và công suất động cơ của cơ cấu
dẫn động, đến lực căng lớn nhất của cáp nâng và khả năng kéo của puly ma sát.
I.7
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
18
Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng của thang
máy. Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, ngời ta chọn đối trọng
sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng lợng của cabin và một phần tải
trọng nâng, bỏ qua trọng lợng cáp nâng và cáp điện không dùng cáp hoặc xích
cân bằng. Khi thang máy có chiều cao nâng lớn, trọng lợng của cáp nâng và cáp
điện là đáng kể nên ngời ta phải dùng cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần
trọng lợng của cáp điện và cáp nâng chuyển từ nhánh treo cabin sang nhánh treo
đối trọng và ngợc lại khi thang máy hoạt động.Hình I.8 Đối trọng
1. Cáp nâng; 2. Hệ thống treo; 3. Ngàm dẫn hớng; 4. Dầm trên; 5. Thanh đứng;

Bộ tời kéo
Tuỳ theo sơ đồ dẫn động mà bộ tời kéo của thang máy đợc đặt ở trong
phòng máy dẫn động nằm ở phía trên, phía dới hoặc nằm cạnh giếng thang.
- Bộ tời kéo thuỷ lực thờng dùng cho thang máy có chiều cao nâng không
lớn lắm. Bộ tời kéo dẫn động điện là loại thông dụng hơn cả: loại có hộp giảm
tốc và loại không có hộp giảm tốc.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
20
- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc gồm động cơ điện, hộp giảm tốc, khớp nối,
phanh và puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Bộ tời kéo có hộp số giảm tốc thờng
chỉ dùng cho thang máy có tốc độ dới 1,4 m/s. Đối với thang máy có tốc độ chở
hàng thấp dới 0,5m/s thì ngời ta dùng động cơ điện một tốc độ.
- 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 không qua bộ
truyền, loại này thờng dùng động cơ điện một chiều có tốc độ quay nhỏ và đợc
mắc theo hệ thống máy phát động cơ cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của
động cơ, đảm bảo cho cabin chuyển động êm dịu và dừng chính xác.
Phanh dừng
Phanh dừng giữ cabin và đối trọng ở trạng thái treo khi thang dừng.
Phanh dừng để dập tắt động năng của các khối lợng chuyển động khi
dừng. Phanh đợc chọn theo mô men phanh sao cho nó có thể giữ đợc cabin
trong quá trình thử tải tĩnh:
iph
k
i
DP
M
.2


Để tránh cabin rơi tự do trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ
vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh bảo hiểm để
dừng và giữ cabin tựa trên các ray dẫn hớng, cabin của tất cả các thang máy đều
đợc trang bị phanh bảo hiểm. Phanh bảo hiểm đợc trang bị cho đối trọng trong
trờng hợp đối trọng nằm trên lối đi hoặc diện tích có ngời đứng.
Theo sơ đồ dẫn động có phanh bảo hiểm mắc với cáp nâng( cho thang máy
dùng tang quấn cáp) và phanh hãm bảo hiểm mắc với cáp của bộ hạn chế tốc độ(
cho thang máy dùng puly ma sát). Theo nguyên lý làm việc có các loại bộ hãm
bảo hiểm là bảo hiểm tác động tức thời( đợc dùng cho thang máy có tốc độ dới
0,7 m/s). Thang máy có tốc độ trên 1m/s và thang máy trang bị bộ hãm bảo hiểm
tác động êm.
Bộ hạn chế tốc độ
Bộ hạn chế tốc độ dùng để tác động lên phanh bảo hiểm để dừng cabin khi
tốc độ vợt quá giá trị cho phép, giá trị cho phép này vợt quá giá trị danh nghĩa
ít nhất là 15%. Bộ hạn chế tốc độ liên hệ với cabin và quay khi cabin chuyển
động nhờ cáp của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ thờng đợc đặt trong
buồng máy ở phía trên và để cáp không bị xoắn và có đủ độ căng để truyền lực
ma sát thì phía dới hố thang có thiết bị kéo căng cáp hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế
tốc độ làm việc theo nguyên lý của phanh ly tâm: khi trục quay đạt tới số vòng
quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dới tác dụng của
lực ly tâm và mắc vào các vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
22Chơng II
Các hệ truyền động cơ bản
2.1 Các loại động cơ thờng dùng trong thang máy
2.1.1 Máy điện một chiều

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: thysistor hoặc tranzitor(BBĐXA).
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động
tơng ứng nh:
- Hệ truyền động máy phát - động cơ(F - Đ).
- Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ(KĐT - Đ).
- Hệ truyền động máy phát khuyếch đại - động cơ( MFKĐ - Đ).
- Hệ truyền động xung áp - động cơ(XA - Đ).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động thì điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín( hệ truyền động tự động
điều chỉnh) và loại điều chỉnh mạch hở( hệ truyền động mạch hở).
Hệ tự động điều chỉnh truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhng có
chất lợng điều khiển cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở.
2.1.2 Động cơ đồng bộ
Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ của động cơ đồng bộ rất phong phú có
cấu trúc và đặc tính điều chỉnh khác nhau tuỳ thuộc vào công suất tải và phạm vi
điều chỉnh.
Trong thực tế động cơ đồng bộ đợc chế tạo ở các dải công suất :
- Rất nhỏ: vài trăm W đến vài KW.
- Trung bình: vài KW 50KW.
- Lớn: 50KW-500KW
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
24
- Rất lớn :>500KW.
ở dải công suất rất nhỏ động cơ đồng bộ có cấu tạo mạch kích từ là nam
châm vĩnh cửu thờng dùng cho cơ cấu truyền động có vùng điều chỉnh rộng, độ
chính xác cao.
ở dải công suất trung bình động cơ đồng bộ dùng cho phụ tải yêu cầu điều
chỉnh không rộng lắm.
ở dải công suất lớn động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm, máy