Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA: ĐIỆN
BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cán bộ hướng dẫn: TS. Đỗ Trung Hải
Người thiết kế: Lê Hữu Thành
Năm 2010
SVTK: Lê Hữu Thành - 1 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
Lời Nói Đầu
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật
máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC . Các thiết
bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều
khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việc ứng dụng
thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu
tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang
là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao.
Là sinh viên của chuyên ngành Tự Động Hoá. Sau những tháng năm
học hỏi và tu dưỡng tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp, em được giao
đề tài tốt nghiệp: Ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển Thang Máy.
Nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển PLC trong
hệ thống điều khiển của Thang Máy. Đối tượng đồ án đề cập đến là Thang
máy cho nhà cao tầng, đây là thiết bị vân tải có yêu cầu tự động hóa cao với
việc sử dụng thiết bị điều khiển PLC.
Trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vào công việc chính là sử dụng ngôn

PHÂN T CH VÀ L A CH N PH NG ÁN TRUY N NG I NÍ Ự Ọ ƯƠ Ề ĐỘ ĐỆ 21
2.1 - CÁC H TRUY N NG I N THANG MÁYỆ Ề ĐỘ ĐỆ 22
2.2 – CÁC H TH NG KH NG CH VÀ I U KHI N THANG MÁYỆ Ố Ố Ế ĐỀ Ể 31
2.3. CH N PH NG ÁN TRUY N NG CHO THANG MÁYỌ ƯƠ Ề ĐỘ 41
Ph n 3ầ 42
GI I THI U CHUNG VỚ Ệ Ề 42
BI N T N VÀ PLC S7 - 200Ế Ầ 42
SIEMENS 42
3.1. GI I THI U PLC S7-200Ớ Ệ 43
Ph n 4ầ 61
NG D NG PLC VÀ BI N T N VÀO H TH NG I U KHI N THANG MÁYỨ Ụ Ế Ầ Ệ Ố ĐỀ Ể
61
4.1 I U CH NH T C NG C XOAY CHI U 3 PHA B NG PH NG ĐỀ Ỉ Ố ĐỘĐỘ Ơ Ề Ằ ƯƠ
PHÁP I U CH VECTOR KHÔNG GIANĐỀ Ế 62SVTK: Lê Hữu Thành - 3 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
Phần 1
TÌM HIỂU VỀ THANG MÁY
1.1 – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG
MÁY
1.1.1- Khái niệm chung về thang máy
SVTK: Lê Hữu Thành - 4 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá,
vật liệu v.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15
0

độ tin cậy như: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ
(Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công
tác an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn
1.1.2 - Phân loại thang máy
Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều
kiểu và nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng loại
công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:
1.1.2.1 - Phân loại theo chức năng:
• Thang máy chở người:
SVTK: Lê Hữu Thành - 6 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc
trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật.
- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu
về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh
viện.
- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều
kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm,
nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn.
• Thang máy chở hàng:
Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng
trong nhà ăn, thư viện. Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác
cabin để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động.
1.1.2.2 - Phân loại theo tốc độ di chuyển:
• Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s:
Hệ truyền động cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng
sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao.
• Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75 ÷ 1,5) m/s:
Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền

1. Cabin
2. Con trượt dẫn hướng Cabin
3. Ray dẫn hướng Cabin
4. Thanh kẹp tăng cáp
5. Cụm đối trọng
6. Ray dẫn hướng đối trọng
7. ụ dẫn hướng đối trọng
8. Cáp tải
9. Cụm máy
10. Cửa xếp Cabin
11. Chêm chống rơi
12. Cơ cấu chống rơi
13. Giảm chấn
14. Thanh đỡ
15. Kẹp ray Cabin
16. Gá ray Cabin
17. Bu lông bắt gá ray
18. Gá ray đối trọng
19. Kẹp ray đối trọng
Hình 1.2: Kết cấu cơ khí của thang máy.
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
1.1.4 – Chức nămg của một số bộ phận trong Thang máy
1.1.4.1 - Cabin:
Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi
chứa hàng , chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về
kích thước, hình dáng , thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó.
Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường
trượt, là hệ thống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo
chuyển động êm nhẹ , chính xác không dung dật trong cabin trong quá trình
làm việc. Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên và

tõm.
1.1.4.5 - Ca: Gm ca cabin v ca tng .
Ca cabin khộp kớn cabin trong quỏ trỡnh chuyn ng khụng to ra cm
giỏc chúng mt cho khachs hng v ngn khụng cho ri khi cabin bt c th
gỡ. Ca tng che chn bo v ton b ging thang v cỏc thit bi trong
ú . Ca cabin v ca tng cú khoỏ t ng m bo úng m kp thi.
1.1.4.6 - B hn ch tc :
L b phn an ton khi vn tc thay i do mt nguyờn nhõn no ú vt quỏ
vn tc cho phộp , b hn ch tc s bt c cu khng ch ct iu khin
ng c v phanh lm vic.
Cỏc thit b ph khỏc: nh qut giú, chuụng in thoi liờn lc , cỏc ch
th s bỏo chiu chuyn ng c lp t trong cabin to ra cho khỏch
hng mt cm giỏc d chu khi i thang mỏy.
1.2 - YấU CU V AN TON TRONG
IU KHIN THANG MY
Thang mỏy l thit b chuyờn dựng ch ngi, ch hng t cao ny
n cao khỏc. Vỡ vy vn an ton cho ngi s dng luụn đợc đặt lên
hàng đầu. m bo an ton cho ngi v thang mỏy ta b trớ mt lot cỏc
thit b giỏm sỏt hot ng ca thang mỏy nhm phỏt hin v s lớ s c mt
cỏch nhanh nht.
Trong thc t, khi thit k truyn ng cho thang mỏy phi phi hp bo
v c phn c v phn in, kt hp nhiu loi bo v. Chng hn, khi cp
in cho ng c kộo cabin thỡ cng cp in luụn cho ng c phanh, lm
nh cỏc mỏ phanh kp vo ray dn hng. Khi ú cabin mi cú th chuyn
ng c. Khi mt in, ng c phanh khụng mt in, cỏc mỏ phanh kp
s tỏc ng vo trc ng c lm ng c khụng quay c gi cho cabin
khụng ri.
1.2.1 Yờu cu an ton ca thang mỏy khi mt in hoc t cỏp
SVTK: Lờ Hu Thnh - 11 - GVHD: T.S Trung Hi
Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
Ngoài thiết bị cứu hộ khi bị mất điện, trong thang máy còn có một bộ
phận thắng cơ. Trong trường hợp xảy ra đứt cáp thang máy, thiết bị khống chế
vượt tốc độ sẽ hoạt động và tác động đến thắng cơ, nêm chặt phòng thang
máy vào ray dẫn hướng, giữ chặt không cho thang rơi để người đến ứng cứu.
1.2.2 – Yêu cầu về vận tốc, gia tốc và độ dật
Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là
phải đảm bảo cho cabin chuyển động êm. Việc cabin chuyển động êm hay
không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy.
Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là:
Tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s
2
] và độ dật ρ [m/s
3
].
Tốc độ di chuyển của cabin quyết định năng suất của thang máy, điều này
có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng.
Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v =
3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của cabin đặt
gần bằng tốc độ định mức. Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành
của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s,
giá thành tăng lên 4÷5 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn
thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu.
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm
thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn
sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt
thở. .v v ). Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m/s
2
.

2
thỡ dt khụng quỏ 20m/s
3
.
Biu lm vic ti u ca thang mỏy tc trung bỡnh v tc cao
biu din trờn hỡnh 1.3.
Biu ny cú th chia ra 5 giai on theo tớnh cht thay i tc ca
cabin: m mỏy, ch n nh, hóm xung tc thp, cabin n tng v
hóm dng.
Biu ti u hỡnh 1.3 s t c nu dựng h truyn ng mt chiu
(F-). Nu dựng h chuyn ng xoay chiu vi ng c khụng ng b hai
cp tc , biu ch t gn ging biu ti u.
i vi thang mỏy chy chm, biu ch cú 3 giai on: M mỏy ch
n nh v hóm dng.
v
S
a
a
a








S,v, a,
Mở máy
Đến

chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của
buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác .
Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau : Khi buồng thang đi đến gần
sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ
để dừng buồng thang . Trong quãng thời gian ∆t (thời gian tác động của thiết
bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là :
S
'
=

v
0
∆t , [m] (2-1)
Trong đó : v
0
- Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s].
Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời
gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''.
S
m v
F F
ph c
"
.
( )
=
±
0
2
2

2
, [m] (2-3)
Trong đó : J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng
thang, [kgm
2
]
M
ph
- mômmen ma sát, [N]
M
c
- mômen cản tĩnh, [N]
ω
0
- tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]
D - đường kính puli kéo cáp [m]
i - tỷ số truyền
Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho
lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:
S S S v t
J
D
i M M
ph c
= + = +
±
,
" .
.
( )

Phạm
vi điều
chỉnh
tốc độ
Tốc độ
di chuyển
[m/s]
Gia
tốc
[m/s
2
]
Độ không
chính xác
khi dừng
[mm]
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ 1 : 1 0,8 1,5
±120÷150
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 0,5 1,5
± 10 ÷ 15
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ 1 : 4 1 1,5
± 25 ÷ 35
SVTK: Lê Hữu Thành - 16 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1 : 30 2,0 2,0
± 10 ÷ 15
Hệ F - Đ có khuyếch đại trung gian 1:100 2 2
± 5 ÷ 10
Hình 2 - 3: Dừng chính xác buồng thang.

thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang.
1.3.2 - Bộ hạn chế tốc độ
Khi ca bin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép. Bộ hạn chế tốc độ qua
hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray
dẫn hướng.
Về nguyên lý chung của bộ hạn chế tốc độ làm việc như sau:
Khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ
tách ra xa tâm quay dưới tác dụng của lực ly tâm và mắc vào vấu cố định của
vỏ phanh để dừng trục quay.
Theo vị trí của trục quay có bị hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang và bộ
hạn chế tốc độ với trục quay thẳng đứng.
Trong đó bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang được dùng phổ biến
hơn. Nguyên lý cấu tạo của bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang (Hình
1.5):
Trục 16 được gắn với vỏ 15 của bộ hạn chế tốc độ bằng đai ốc. Trên trục
có lắp đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do
SVTK: Lê Hữu Thành - 18 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
1 2 3
4
5
6
8
9
10
12
11
13
14
7

làm việc chính xác với tốc độ quay cần thiết. Nếu lực nén lò xo quá nhỏ thì
rất dễ xẩy ra hiện tượng ngừng ngẫu nhiên ngay cả khi cabin chuyển động với
tốc độ danh nghĩa. Vì vậy cần điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt
động ứng với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm cho từng loại thang máy.
Việc điều chỉnh kiểm tra và thử nghiệm bộ hạn chế tốc độ do nhà chế tạo tiến
hành và sau đó kẹp chì lại. Puly 13 có đường kính nhỏ dùng để thử nghiệm,
kiểm tra bộ hạn chế tốc độ, nếu vắt cáp hạn chế tốc độ qua rãnh của puli 13
thì khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa, bộ hạn chế tốc độ vẫn làm
việc và tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin vì tốc độ quay của đĩa 1
vấn đạt tới số vòng quay tới hạn do đường kính của puly 13 nhỏ. Ngoài ra
người ta còn lắp vấu 10 xuyên qua vỏ 15 và trên vấu có lò xo 11 cùng chốt
hãm 12. Trong điều kiện làm việc bình thường (cáp hạn chế tốc độ vắt qua
puly 14 cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa). Nếu ấn lên vấu 10 thì đầu
quả văng mắc vào nó để dừng đĩa 1 cùng các puli 13, 14 (măc dù số vòng
quay của đĩa chưa đạt tới giá trị tới hạn và lực ly tâm chưa đủ lớn để tách quả
SVTK: Lê Hữu Thành - 19 - GVHD: T.S Đỗ Trung Hải
Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
văng ra xa). Khi đó nếu bộ hãm bảo hiểm làm việc để dừng cabin thì điều đó
chứng tỏ rằng độ căng của cáp hạn chế tốc độ, hệ số ma sát tính toán giữa cáp
và rãnh puly 14 đạt giá trị yêu cầu và hệ thống tay đòn cùng bộ hãm bảo hiểm
làm việc bình thường.
1.5 - THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ CÔNG
NGHỆ
Để làm rõ bài toán công nghệ về khách hàng đợi và ưu tiên về chiều
chuyển động cũng như ưu tiên theo khoảng cách, ta đi thuyết minh một
trường hợp phục vụ hành khách thoả mãn được các yêu cầu công nghệ của
thang máy 7 tầng như sau:
Giả sử thang máy đang dừng ở tầng 1. Có một hành khách A đang ở
tầng 2 và muốn lên tầng 7. Muốn vậy, khách A phải ấn nút gọi thang ở tầng 2

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
2.1 - CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
THANG MÁY
Khi thiết kế trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ
truyền động, 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
2.1.1 - Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy
Để tính chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có các
điều kiện và tham số sau:
- Sơ đồ động học của thang máy
- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải
- Trọng lượng buồng thang.
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính
theo công thức sau:
P
G G v g
C
bt
=
+
−
( ). . .10
3
η
, [KW] (1-12)
Trong đó : G

Và khi hạ tải:
[ ]
P G G G v k g
ch bt dt
= + +






−
1
10
3
η
η. . . . .
, [KW] (1-14)
Trong đó : P
cn
- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối
trọng
P
Ch
- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng
G
dt
- Khối luợng của đối trọng, [kG]
k - Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng
( k = 1,15 ÷1,3 ).

Thời gian mở
máy và hãm máy
với khoảng cách
giữa tầng (s)
Tổng thời gian còn lại (s)
Buồng thang
có cửa rộng
dưới 800mm
(mở bằng tay)
Buồng thang
có cửa rộng
dưới 800 mm
(mở tự động)
Buồng thang
có cửa rộng
dưới 1000mm
(mở tự động)
3,6 ≥ 7,2 m
0,5 1,6 1,6 12,0 7,0 -
0,75 1,6 1,6 12,0 7,0 -
1,0 1,8 1,8 13,0 7,0 6,3
1,5 1,8 1,8 - 7,2 6,3
2,5 2,0 2,0 - - 6,5
3,5 2,5 2,5 - - 7,0
Hình 3.9. Đường cong để xác định số lần dừng ( theo xác suất )
của buồng thang.
m
d
- Số lần dừng ; m
t

E = 13
người
E = 10 người
E = 5 người
t
Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp  Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy
M
F R
i
=
.
.η
, [N.m] nếu F > 0
M
F R
i
=
.
η
, [N.m] nếu F < 0
Trong đó : R - Bán kính của puli, [m].
i - Tỷ số truyền của cơ cấu.
η - Hiệu suất của cơ cấu.
3. Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang :
Tổng thời gian này bao gồm: thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ
ổn định, thời gian mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn lại ( thời gian
đóng mở cửa buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo
bảng 3-1:
4. Dựa trên kết quả của các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và
tính chọn công suất động cơ.