nghiên cứu, ứng dụng plc s7 1200 điều khiển mô hình thang máy 6 tầng phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện – trường đại học nha trang

ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỂ TÀI Mô hình trước tiên sẽ được ứng dụng vào thực hành tại phòng thí nghiệm, giúp sinh viên có được kiến thức cơ bản về lập trình và cách điều khiển các t

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii

BẢNG VIẾT TẮT xiii

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH xiv

MỞ ĐẦU xv

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI xv

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU xvi

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU xvi

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU xvi

6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN xvii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY 1

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY 3

1.2.1 Lịch sử phát triển thang máy của thế giới 3

1.2.2 Lịch sử phát triển thang máy trong nước 3

1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY 4

1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993) 4

1.3.2 Phân loại theo thông số cơ bản 5

1.3.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo 6

1.3.4 Phân loại theo hệ thống vận hành 6

1.3.5 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin 6

1.4 TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY 7

1.4.1 Tổng thể cơ khí thang máy 7

1.4.2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy 9

1.4.2.1 Cơ cấu nâng 9

1.4.2.2 Tủ điều khiển 9

1.4.2.3 Puly dẫn hướng 10

1.4.3 Thiết bị lắp trong giếng thang máy 10

1.4.3.1 Buồng thang 10

1.4.3.2 Ray dẫn hướng 10

1.4.4 Cabin và các thiết bị liên quan 10

1.4.4.1 Khung cabin 10

1.4.4.2 Ngàm dẫn hướng 11

1.4.4.3 Hệ thống treo cabin 11

1.4.4.4 Buồng cabin 11

1.4.4.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng 11

1.4.5 Thiết bị cố định trong giếng thang 12

1.4.6 Hệ thống cân bằng trong thang máy 12

1.4.6.1 Đối trọng 12

1.4.6.2 Xích bù và cáp cân bằng 13

1.4.6.3 Cáp nâng 14

1.4.7 Thiết bị an toàn 14

1.5 THIẾT BỊ CẢM BIẾN CỦA THANG MÁY 16

1.5.1 Cảm biến tốc độ (Encorder) 16

1.5.2 Cảm biến vị trí (móng ngựa) 16

1.5.3 Cảm biến trọng lượng 17

1.5.4 Cảm biến mở cửa (photosell) 17

1.6 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THANG MÁY 18

1.6.1 Tiện nghi 18

1.6.2 Độ an toàn 19

1.6.3 Độ tin cậy 20

1.6.4 Độ dừng tầng chính xác của cabin 21

1.6.5 Đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng 21

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM

TIA PORTAL (V12) 22

2.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 22

2.1.1 Giới thiệu chung 22

2.1.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 22

2.1.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 23

2.1.3.1 Tổng quan về PLC S7-1200 23

2.1.3.2 Các bảng tín hiệu 26

2.1.3.3 Các module tín hiệu 27

2.1.3.4 Các module truyền thông 27

2.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL (V12) 28

2.2.1 Tổng quan về phần mềm TIA PORTAL (V12) 28

2.2.1.1 Tạo một đề án mới 29

2.2.1.2 Thêm thiết bị vào đề án 29

2.2.1.3 Thêm các module vào cấu hình 30

2.2.1.4 Cấu hình địa chỉ IP của CPU S7-1200 32

2.2.2 Tải chương trình xuống CPU 34

2.2.3 Giám sát và thực hiện chương trình 35

2.2.4 Kỹ thuật lập trình 36

2.2.4.1 Vòng quét chương trình 36

2.2.4.2 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 37

2.2.4.3 Hàm chức năng – FUNCTION 38

2.2.5 Tập lệnh lập trình 39

2.2.5.1 Bit logic 39

2.2.5.2 Sử dụng bộ Timer 40

2.2.5.3 Sử dụng bộ Counter 41

2.2.5.4 So sánh 42

2.2.5.5 Di chuyển MOVE 43

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN PHẨM 44

3.1 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 44

3.1.1 PLC Simatic S7-1200 44

3.1.2 ATmega 16 44

3.1.3 Khí cụ điện Áp tô mát 45

3.1.4 Relay trung gian 45

3.1.5 Bộ nguồn 45

3.1.6 Động cơ kéo cửa 45

3.1.7 Động cơ kéo cabin thang máy 46

3.1.8 Công tắc hành trình 46

3.1.9 Cảm biến quang kiểu vành móng ngựa 47

3.1.12 Cầu chì 47

3.1.10 Công tắc, nút nhấn 48

3.1.11 LED 7 đoạn, ma trận 48

3.2 MÔ HÌNH SẢN PHẨM THANG MÁY 6 TẦNG 49

3.2.1 Cấu tạo mô hình 49

3.2.2 Mô hình thang máy 50

3.2.2.1 Khối cơ cấu truyền động 50

3.2.2.2 Khối chọn tầng 52

3.2.2.3 Khối gọi tầng 53

3.2.2.4 Khối cảm biến xác định vị trí thang 53

3.2.3 Tủ điện 54

3.2.3.1 Tổng quát tủ điện 54

3.2.3.2 Các khối được bố trí bên trong tủ điện 55

3.2.3.2 Các khối được kết nối bố trí phía trên tủ điện 61

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH THANG MÁY 65

4.1 GIỚI THIỆU TÓM TẮT VỀ MÔ HÌNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH 65

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 66

4.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN VÀ BỘ LẬP TRÌNH SỬ

DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH 67

4.3.1 Quy trình xử lý dữ liệu và điều khiển 67

4.3.2 Bộ lập trình PLC sử dụng trong chương trình 68

4.4 QUY ĐỊNH ĐỊA CHỈ VÀO, RA VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI VỚI PLC 68

4.4.1 Quy định địa chỉ vào, ra 68

4.4.4.1 Xử lý một số địa chỉ vào PLC bằng vi điều khiển AVR 68

4.4.4.2 Một số địa chỉ vào, ra còn lại của PLC 71

4.4.2 Sơ đồ kết nối với PLC 72

4.4.3 Sơ đồ mạch động lực 73

4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH 74

4.3.1 Lưu đồ thuật toán Reset buồng thang khi hệ thống bắt đầu hoạt động 74

4.3.2 Lưu đồ thuật toán ở chế độ Auto khi thang máy ở tầng 1 75

4.3.3 Lưu đồ thuật toán chương trình đóng, mở cửa cabin buồng thang 76

4.3.4 Lưu đồ thuật toán sự cố 77

4.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 78

4.4.1 Chương trình điều khiển chính của mô hình thang máy 78

4.4.4.1 Trình tự hoạt động của chương trình chính 78

4.4.4.2 Chương trình chính của mô hình thang máy, giải thích hoạt động của các Network 79

4.4.4.3 Chương trình con của mô hình thang máy, giải thích hoạt động của các Network 83

CHƯƠNG 5 ĐỀ XUẤT TẬP: “HƯỚNG DẪN THỰC TẬP MÔ HÌNH THANG MÁY 6 TẦNG” 84

5.1 BÀI THỰC TẬP SỐ 1: XÁC ĐỊNH KHỐI NGUỒN CỦA MÔ HÌNH 84

5.2 BÀI THỰC TẬP SỐ 2: KỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 85 5.3 BÀI THỰC TẬP SỐ 3: KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC CẢM BIẾN 87

5.4 BÀI THỰC TẬP SỐ 4: KẾT NỐI MẠCH, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU

KHIỂN ĐÓNG, MỞ CỬA CHO CABIN THANG MÁY 89

5.5 BÀI THỰC TẬP SỐ 5: KẾT NỐI MẠCH, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU CHỌN TẦNG TRONG BUỒNG THANG 91

5.6 BÀI THỰC TẬP SỐ 6: KẾT NỐI MẠCH KẾT HỢP VỚI YÊU CẦU BÀI 4, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU GỌI TẦNG NGOÀI BUỒNG THANG 94

5.7 BÀI THỰC TẬP SỐ 7: KẾT NỐI MẠCH KẾT HỢP VỚI YÊU CẦU BÀI 4, BÀI 5, BÀI 6 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỰC HIỆN YÊU CẦU GỌI/CHỌN TẦNG KẾT HỢP ĐÓNG MỞ CỬA BUỒNG THANG 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

PHỤ LỤC 100

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1: Hình dáng tổng thể của thang máy 1

Hình 1 2: Kết cấu cơ khí của thang máy 8

Hình 1 3: Cơ cấu nâng thang 9

Hình 1 4: Ngàm dẫn hướng 11

Hình 1 5: Giảm chấn 12

Hình 1 6: Cấu tạo đối trọng 13

Hình 1 7: Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm 15

Hình 1 8: Hình ảnh Encorder 16

Hình 1 9: Cảm biến vị trí kiểu quang điện 17

Hình 2 1: Thành phần PLC S7-1200 24

Hình 2 2: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 27

Hình 2 3: Các module tín hiệu của PLC S7-1200 27

Hình 2 5: Kết cấu làm việc với TIA 28

Hình 2 4: Các module truyền thông của PLC S7-1200 28

Hình 2 6: Tạo một đề án mới 29

Hình 2 7 Gán thiết bị vào đề án 29

Hình 2 8: Chèn CPU vào cấu hình thiết bị 30

Hình 2 9: Device view của cấu hình phần cứng 30

Hình 2 10: Chèn module tín hiệu (SM) và kết quả sau khi chèn 31

Hình 2 11: Chèn bảng tín hiệu (SB) và kết quả sau khi chèn 31

Hình 2 12: Chèn các module truyền thông (CM) và kết quả sau khi chèn 32

Hình 2 13: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC 33

Hình 2 14: Updates địa chỉ IP của PLC 33

Hình 2 15: Hộp thoại “Online & diagnostics" 34

Hình 2 16: Nhập IP của PLC 34

Hình 2 17: Tải chương trình xuống PLC 34

Hình 2 18: Hiển thị các kết nối với PLC 35

Hình 2 19: Kết thúc quá trình tải xuống 35

Hình 2 20: Giám sát chương trình qua Monitor 35

Hình 2 21: Giám sát chương trình qua Go online 36

Hình 2 22: Cấu trúc lập trình 36

Hình 2 23: Tạo khối mã trong TIA Portal 37

Hình 2 24: Chèn các OB vào chương trình 37

Hình 3 1: PLC S7-1200 44

Hình 3 2: ATmega 16 44

Hình 3 3: Khí cụ điện Áp tô mát 45

Hình 3 4: Relay trung gian 45

Hình 3 5: Bộ nguồn 12V, 5A 45

Hình 3 6: Động cơ kéo cửa 46

Hình 3 7: Động cơ kéo cabin thang máy 46

Hình 3 8: Công tắc hành trình 46

Hình 3 9: Cảm biến quang kiểu vành móng ngựa 47

Hình 3 10: Cầu chì 47

Hình 3 11: Công tắc, nút nhấn 48

Hình 3 12: LED 7 đoạn, ma trận 48

Hình 3 13: Mô hình tổng quát 49

Hình 3 14: Cơ cấu truyền động nâng - hạ buồng thang 50

Hình 3 15: Cơ cấu truyền động kéo cửa ra - vào 51

Hình 3 16: Khối chọn tầng trong buồng thang 52

Hình 3 17: Khối gọi tầng tại các tầng 53

Hình 3 19: Tủ điện và phía bên trong của tủ điện 54

Hình 3 18: Khối cảm biến, CTHT xác định vị trí thang 54

Hình 3 20: Mặt trên của tủ điện 55

Hình 3 21: Khối nguồn 55

Hình 3 22: Tổng quát khối mạch điều khiển 56

Hình 3 23: Mạch hiển thị LED 7 đoạn, LED ma trận 57

Hình 3 24: Mạch xử lý tín hiệu nút nhấn 57

Hình 3 25: Mạch hiện thị trạng thái của nút nhấn 58

Hình 3 26: Khối mạch động lực 59

Hình 3 27: Khối mạch cảm biến 59

Hình 3 28: Sơ đồ nguyên lý mạch kích điện áp của 1 cảm biến 60

Hình 3 29: Sơ đồ mạch in mạch kích điện áp của khối mạch cảm biến 60

Hình 3 30: Hình ảnh lỗ cắm nguồn cung cấp cho mô hình và các chế độ thực hiện 61 Hình 3 31: Hình ảnh các lỗ cắm CTHT, cảm biến, chuông 62

Hình 3 32: Hình ảnh các lỗ cắm nút nhấn và đèn báo chọn, gọi tầng 62

Hình 3 33: Hình ảnh lỗ cắm sơ đồ giàn trải khối mạch động lực và điều khiển động cơ 63

Hình 3 34: Hình ảnh lỗ cắm PLC, VDK 64

Hình 4 1: Bên ngoài, bên trong thang máy 65

Hình 4 2: Cabin thang máy 66

Hình 4 3: Quy trình xử lý dữ liệu và điều khiển 67

Hình 4 4: Sơ đồ kết nối với PLC 72

Hình 4 5: Sơ đồ mạch động lực 73

Hình 4 6: Lưu đồ thuật toán Reset buồng thang ở chế độ ban đầu 74

Hình 4 7: Lưu đồ thuật toán ở chế độ Auto khi thang máy ở tầng 1 75

Hình 4 8: Lưu đồ thuật toán đóng, mở cửa cabin buồng thang 76

Hình 4 9: Lưu đồ thuật toán sự cố 77

Hình 5 1: Nhận biết khối nguồn trong và trên tủ điện 84

Hình 5 2: Nhận biết khối CTHT và các nút nhấn kiểm tra trên tủ điện 85

Hình 5 3: Nhận biết khối Rơ-le 86

Hình 5 4: Sơ đồ nguyên lý bài thực tập số 2 86

Hình 5 5: Nhận biết các khối cảm biến trên tủ điện 88

Hình 5 6: Nhận biết cảm biến bên trên mô hình và trong tủ điện 88

Hình 5 7: Sơ đồ mạch nguyên lý 1 cảm biến 88

Hình 5 8: Sơ đồ kết nối PLC bài thực tập số 4 90

Hình 5 9: Nhận biết khối chọn tầng trên mô hình 91

Hình 5 10: Nhận biết khối chọn tầng trên tủ điện 92

Hình 5 11: Nhận biết khối PLC trên tủ điện 92

Hình 5 12: Sơ đồ kết nối PLC bài thực tập số 5 93

Hình 5 13: Nhận biết khối VDK trên tủ điện 95

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật các loại CPU 25

Bảng 2 2: Danh sách Modul hỗ trợ PLC 26

Bảng 2 3: Tập lệnh Bit logic 39

Bảng 2 4 Các tập lệnh Timer 40

Bảng 2 5: Các lệnh Counter 41

Bảng 2 6: Các lệnh so sánh 42

Bảng 2 7: Các lệnh di chuyển MOVE 43

Bảng 4 1: Xử lý một số địa chỉ vào PLC bằng vi điều khiển 69

Bảng 4 2: Xử lý tín hiệu ra trực tiếp từ vi điều khiển 70

Bảng 4 3: Một số địa chỉ đầu vào 71

Bảng 4 4: Địa chỉ đầu ra……… ……… … 72

BẢNG VIẾT TẮT

PLC Programmable Logic Controller: Thiết bị điều khiển tự động

TIA Portal Totally Integrated Automation Portal: Phần mềm tự động hóa tích

hợp

LAD Ladder Diagram: Ngôn ngữ lập trình trực quan

FBD Function Block Diagram: Ngôn ngữ lập trình logic

HMI Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp người dùng

DI Digital Input: Đầu vào số

DO Digital Output: Đầu ra số

AI Analog Input: Đầu vào tương tự

SM Modul tín hiệu

CM Modul truyền thông

OB Organization blocks

FC Functions: hàm chức năng

FB Functions Block: khối chức năng

DB Data Block: khối dữ liệu

VAC Điện áp xoay chiều

VDC Điện áp một chiều

CTHT Công tắc hành trình

VDK Vi điều khiển

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, đất nước có những bước phát trển vượt bậc, nhu cầu đòi hỏi của con người rất lớn Đặc biệt là tự động hóa, ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động, vận chuyển, đi lại phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều

Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, quản lý, kết nối thống nhất giữa các thiết

bị với nhau Đáp ứng nhu cầu kiểm soát và điều khiển các thiết bị trong hệ thống hoạt động một cách đảm bảo và an toàn

Trong công nghiệp và các nhà cao tầng, việc di chuyển hàng hóa và đi lại càng khó khăn khi khoảng cách di chuyển lớn, mất nhiều thời gian, giảm năng suất lao động và sức khỏe cho con người Vì vậy thang máy ra đời nhằm phục vụ các yêu cầu của con người một cách nhanh chóng, thuận tiện

Ngoài các lý do được nêu trên, lý do chính để em thực hiện đề tài này là nhận thấy hiện tại phòng thí nghiệm thực hành truyền động điện của trường đại học Nha Trang vẫn chưa có mô hình thực hành thang máy

Xuất phát từ nhu cầu đó cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển

hệ thống dùng PLC! Nên em chọn đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mô hình thang máy 6 tầng phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện - Trường Đại học Nha Trang”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển thang máy 6 tầng phục vụ thực hành tại phòng thí nghiệm truyền động điện trường đại học Nha Trang

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200

Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh điều khiển

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cách vận hành, lập trình điều khiển mô hình thang máy

Phạm vi nghiên cứu:

Tổng quan về thang máy và kết nối điều khiển PLC với thang máy

Thiết kế, áp dụng thực tế, điều khiển trên mô hình sản phẩm

Các bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng trên mô hình sản phẩm

Thiết kế, lắp ráp các thiết bị rời thành bô thực hành phục vụ phòng thí nghiệm truyền động điện trường đại học Nha Trang

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Điều khiển lập trình dùng PLC S7-1200 Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Mô phỏng các hoạt động của chương

trình bằng phần mềm TIA Portal (V12)

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo mô hình sản phẩm

5 ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỂ TÀI

Mô hình trước tiên sẽ được ứng dụng vào thực hành tại phòng thí nghiệm, giúp sinh viên có được kiến thức cơ bản về lập trình và cách điều khiển các thiết bị điện khác ngoài PLC như rơ le, cảm biến hay động cơ

Ngoài ra, có thể ứng dụng thực tế vào sản xuất một số công trình nhỏ như chuyên chở hàng hóa

6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN

Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:

Chương 1: Tổng quan về thang máy

Chương 2: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200 và phần mềm TIA Portal

(V12)

Chương 3: Giới thiệu về mô hình sản phẩm

Chương 4: Chương trình điều khiển mô hình thang máy

Chương 5: Đề xuất tập: “Hướng dẫn thực tập mô hình thang máy 6 tầng”

Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng do kiến thức

và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong được

sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương

thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15° so với phương thẳng đứng theo một

tuyến đã định sẵn[2]

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 hóa, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có tốc độ

cao khác nhau… Nó đã thay thế sức lực của con người và mang lại năng suất cao

Hình dạng cơ bản của thang máy được giới thiệu tại hình 1.1

Hình 1 1: Hình dáng tổng thể của thang máy

Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong các tòa 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…

Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các toà nhà cao trên 6 tầng trở lên phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn… tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn hơn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa trong nhà Nếu vấn đề này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng sẽ không thành hiện thực

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người, vì vậy yêu cầu chung đối với

hệ thống thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy tắc

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà còn phải đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo 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 tắc an toàn của cửa cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất nguồn điện…

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY

1.2.1 Lịch sử phát triển thang máy của thế giới

Cuối thế kỷ 19, trên thế giới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS, Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã đựợc chế tạo và đưa vào sử dụng của hãng OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một cấp tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp

Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan), MSUBISI, NIPON, ELEVATOR,…(Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý)…

đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm dịu hơn

Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7.5m/s, những thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn Đồng thời cũng vào khoảng thời gian này các thang máy thủy lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s Vào những năm

1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động

êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ cảm ứng tuyến tính

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc

độ đạt tới 12.5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác

1.2.2 Lịch sử phát triển thang máy trong nước

Trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ và một số nước Đông

Âu cung cấp Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chuyên chở người trong các nhà cao tầng Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn Trong những năm gần đây, do nhu cầu sử dụng thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy đã

ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:

- Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy nhưng giá thành rất cao

- Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác Bên cạnh đó, một số hãng thang máy nổi tiếng ở các nước đã giới thiệu và bán sản phẩm của mình vào Việt Nam như: OTIS (Hoa Kỳ), NIPPON (Nhật Bản), HUYNDAI (Hàn Quốc), Techno (Italia) Về công nghệ thì các hãng luôn đổi mới còn mẫu mã thì phổ biến ở hai dạng:

- Hệ thống truyền động dùng động cơ điện với đối trọng thông thường

- Hệ thống nâng hạ buồng thang bằng thủy lực

Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại, phổ biến dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện

1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu, nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình Thang máy có thể phân loại thành rất nhiều loại tuỳ thuộc vào các tính chất, chức năng như: phân loại theo hệ dẫn động cabin, theo vị trí đặt bộ kéo tời, theo hệ thống vận hành, theo công dụng… Dưới đây là một số phân loại:

1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993)

Thang máy được chia làm 5 loại:

 Thang máy chuyên chở người:

Loại này chuyên vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình

Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách

Gia tốc tối ưu là: a < 2m/s2

 Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở người nhưng có tính đến hàng hóa mang kèm theo người:

Loại này thường được dùng cho các siêu thị, khu triển lãm…

 Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng,… Đặc điểm của nó là kích thước thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm 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… Hiện nay trên thế giới

đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho lại thang máy này

 Thang máy thiết kế chuyên chở hàng hóa nhưng thường có người đi kèm theo:

Loại này thường dùng cho các nhà máy, công xưởng, kho… 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 dùng cho nhân viên khách sạn chủ yếu chở hàng nhưng có người đi kèm để phục

vụ

 Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:

Loại này dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể… Đặc điểm của thang máy này chỉ có điều khiển ngoài cabin (trước các cửa tầng) Còn các loại thang máy khác nêu ở trên vừa điều khiển trong cabin vừa điều khiển ngoài cabin

1.3.2 Phân loại theo thông số cơ bản

 Theo tốc độ di chuyển của cabin

- 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

1.3.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo

 Đối với thang máy điện

- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang

- Thang máy có bộ tời 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

 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

1.3.5 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin

 Thang máy dẫn động điện

Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà





hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra, còn có loại thang máy dẫn động cơ cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng)

 Thang máy thủy lực (bằng xylanh - pittông)

Đặc điểm của loại này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xylanh - pittông thủy lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thủy lực với hành trình tối

đa khoảng 18m Vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ vì buồng máy đặt ở tầng trệt

 Thang máy nén khí

1.4 TRANG THIẾT BỊ CƠ KHÍ CỦA THANG MÁY

1.4.1 Tổng thể cơ khí thang máy

Các loại thang máy hiện đại có cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao tính tin cậy,

an toàn, tiện lợi trong vận hành Thang máy thường bao gồm một số bộ phận chức năng sau: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển khác

Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong phòng máy (trên sàn tầng cao nhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1)

Mỗi bộ phận chức năng đó đảm nhận một nhiệm vụ làm thang máy hoàn chỉnh hơn, an toàn thuận tiện hơn

Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1 2: Kết cấu cơ khí của thang máy

1 Cabin; 2 Con trượt ray dẫn hướng; 3 Ray dẫn hướng cabin;

4 Thanh kẹp tăng cáp; 5 Cụm đối trọng; 6 Ray dẫn hướng đối trọng;

7 Cụm dẫn hướng đối trọng; 8 Cáp tải; 9 Cụm máy; 10 Cửa xếp cabin;

11 Nêm chống rơi; 12 Cơ cấu chống rơi; 13 Giảm chấn; 14 Thanh đỡ;

15 Kẹp ray cabin; 16 Giá ray cabin; 17 Bulông bắt giá ray;

18 Giá ray đối trọng; 19 Kẹp ray đối trọng

1.4.2 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy

1.4.2.1 Cơ cấu nâng

Trong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ buồng thang lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng

Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau: bộ phận kéo cáp (puly hoặc tang quấn cáp), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động Trong thang máy

thường dùng hai cơ cấu nâng như hình 1.3

- Cơ cấu nâng có hộp số (hình 1.3 a) là động cơ được chế tạo thêm thiết bị làm

thay đổi tốc độ quay (còn gọi là hộp số)

- Cơ cấu nâng không hộp số (hình 1.3 b) là động cơ được thiết kế đặc biệt, vận

tốc quay chậm phù hợp với yêu cầu mà không cần thiết bị thay đổi tốc độ Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao

Hình 1 3: Cơ cấu nâng thang

1.4.2.2 Tủ điều khiển

Chứa các thiết bị đóng ngắt, điều khiển và giám sát hoạt động của thang gồm mạch điều khiển chính (PLC hoặc VDK), biến tần, cầu chì các loại, công tắc tơ và các loại rơle trung gian

1.4.2.3 Puly dẫn hướng

Là thiết bị được thiết kế chuyển hướng cáp nâng để cabin và đối trọng ở hai

vị trí thuận lợi trong việc di chuyển đồng thời làm giảm moment kéo tải cho động

1.4.3.2 Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hướng đảm bảo cho cabin và đối trọng luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang và không bị dịch chuyển theo phướng ngang trong quá trình chuyển động Ngoài ra ray dẫn hướng phải đủ cứng vững để trọng lượng của cabin và tải trọng trong cabin tựa lên dẫn hướng khi bộ hãm bảo hiểm làm việc

1.4.4 Cabin và các thiết bị liên quan

Cabin là bộ phận mang tải của thang máy Cabin phải có kết cấu sao cho có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ Theo cấu tạo, cabin gồm 2 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 hướng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn và bộ hãm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa… Ngoài ra, cabin của thang máy chở người phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, nhiệt độ và ánh sáng

1.4.4.1 Khung cabin

Khung cabin là phần xương sống của cabin thang máy Được cấu tạo bằng các thanh thép chịu lực lớn Khung cabin phải đảm bảo cho thiết kế chịu đủ tải định mức

1.4.4.2 Ngàm dẫn hướng

Ngàm dẫn hướng có tác dụng dẫn

hướng cho cabin và đối trọng chuyển động

dọc theo ray dẫn hướng và khống chế dịch

chuyển ngang của cabin và đối trọng trong

giếng thang không vượt quá giá trị cho

phép Có hai loại ngàm dẫn hướng: ngàm

trượt (bạc trượt) và ngàm con lăn (hình 1.4)

1.4.4.3 Hệ thống treo cabin

Do cabin và đối trọng được treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt cho nên phải

có hệ thống treo để đảm bảo cho các sợi cáp nâng riêng biệt có độ căng như nhau Trong trường hợp ngược lại, sợi cáp chịu lực căng lớn nhất sẽ bị quá tải còn sợi cáp chùng sẽ trượt trên rãnh puly ma sát nên rất nguy hiểm Ngoài ra, do có sợi chùng sợi căng nên các rãnh cáp trên puly ma sát sẽ bị mòn không đều Vì vậy mà hệ thống treo cabin phải được trang bị thêm tiếp điểm điện của mạch an toàn để ngắt điện dừng thang khi một trong các sợi cáp chùng quá mức cho phép để phòng ngừa tai nạn Khi đó thang chỉ có thể hoạt động được khi đã điều chỉnh độ căng của các cáp như nhau Hệ thống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng trong hệ thống chịu lực của cabin

1.4.4.5 Hệ thống cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin và cửa tầng là những bộ phận có vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, năng suất của thang máy Hệ thống cửa cabin và cửa tầng được thiết kế sao cho khi dừng tại tầng bất kỳ thì chỉ

Hình 1 4: Ngàm dẫn hướng

cần dùng động cơ mở cửa buồng thang có thể đóng, mở đồng thời cửa buồng thang

và cửa tầng

Trạng thái bình thường, các cửa tầng đều được đóng kín (có cơ cấu khoá cơ khí bên trong chuyên môn gọi là doorlock, nếu muốn mở được cửa từ bên ngoài thì phải có chìa khoá để mở doorlock này ra, trên các doorlock được bố trí tiếp điểm điện để nhận biết cửa đóng kín) Cửa tầng được thiết kế luôn luôn có xu hướng đóng lại nhờ vào đối trọng cửa luôn kéo cửa đóng Muốn mở cửa ra thì phải tác dụng lực lớn hơn lực kéo Tuỳ vào thiết kế mỗi thang mà cửa tầng có 1 hoặc nhiều cánh, các cánh cửa này sẽ liên kế truyền động với nhau để chúng mở đồng bộ

1.4.5 Thiết bị cố định trong giếng thang

Giảm chấn

Giảm chấn được lắp đặt dưới đáy hố

thang để dừng, giảm chấn, đỡ cabin và đối

trọng trong trường hợp cabin hoặc đối

trọng chuyển động xuống dưới khi đứt cáp

hoặc vượt tốc qua công tắc hành trình dưới

cùng (CTHT giới hạn dưới không hoạt

động)

1.4.6 Hệ thống cân bằng trong thang máy

Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận của

hệ thống cân bằng trong thang máy để cân bằng với với trọng lượng của cabin và tải trọng nâng Việc chọn sơ đồ động học và trọng lượng các bộ phận của hệ thống cân bằng có ảnh hưởng lớn đến moment 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

1.4.6.1 Đối trọng

Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng của thang máy Cabin được treo trên một đầu dây cáp, đầu cáp còn lại được treo vào đối trọng, đoạn giữa của dây cáp vòng qua puly của máy kéo, khi puly này quay làm dây cáp

Hình 1 5: Giảm chấn

sẽ bị cuốn vào ở đầu này và bị duỗi ra ở đầu kia (hình 1.6) Tức là khi cabin đi lên

thì đối trọng đi xuống và ngược lại

Nhờ có đối trọng làm cân bằng với khối lượng của cabin và một phần tải, nên motor kéo nhẹ hơn, vì vậy ít tốn điện hơn Điều này được chứng tỏ rõ ràng trong công thức dưới đây:

C = M + T/2 Trong đó : C là trọng lượng của đối trọng (kg)

M là khối lượng của cabin (kg)

T là tải trọng (kg)

Hình 1 6: Cấu tạo đối trọng

1 Cáp nâng; 2 Hệ thống treo; 3 Ngàm dẫn hướng; 4 Dầm trên; 5 Thanh đứng;

6 Quả đối trọng; 7 Dầm dưới; 8 Thép góc

1.4.6.2 Xích bù và cáp cân bằng

Khi thang máy có chiều cao trên 45m hoặc trọng lượng cáp nâng và cáp điện

có giá trị trên 0.1Q thì người ta phải đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần trọng lượng của cáp nâng và cáp điện chuyển từ nhánh treo cabin sang nhánh treo đối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt động, đảm bảo môment tải tương đối ổn định trên puly ma sát Xích cân bằng thường được dùng cho thang máy có

tốc độ dưới 1.4m/s Đối với thang máy có tốc độ cao, người ta thường dùng cáp cân bằng và có thiết bị kéo căng cáp cân bằng để không bị xoắn Tại thiết bị kéo căng cáp cân bằng phải có tiếp điểm điện an toàn để ngắt mạch điều khiển của thang máy khi cáp cân bằng bị đứt hoặc bị dãn quá lớn và khi có sự cố với thiết bị kéo căng cáp cân bằng

1.4.6.3 Cáp nâng

Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 – 1800 N/mm2 Trong thang máy thường dùng từ 3 đến 6 sợi cáp bện lại với nhau Cáp nâng thường được lựa chọn theo điều kiện sau:

∗ ≤Trong đó:

SMax : Lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy

Sd : Tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo xác định và cho trong bảng cáp tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạn bền của vật liệu sợi thép bện cáp

n : Hệ số an toàn bền của cáp, lấy không nhỏ hơn giá trị quy định trong tiêu chuẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ, loại thang máy và loại cơ cấu nâng

1.4.7 Thiết bị an toàn

Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho thang máy và hành khách trong trường hợp xảy ra sự cố như: đứt cáp, cáp trượt trên rãnh puly ma sát, cabin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm có:

 Phanh hãm điện từ

 Phanh bảo hiểm

Chức năng của phanh bảo hiểm là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo Về kết cấu và cấu tạo, phanh bảo hiểm có ba loại:

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm dùng để hãm êm

- Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp

Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm (2) trượt dọc theo hai thanh dẫn hướng (1) Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm (5) gắn chặt vối hệ thống truyền lực trực vít và tang – bánh vít (4) Hệ truyền lực bánh vít: trục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, còn phần bên trái là ren trái Khi tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm (5) ở hai đầu của trục vít ở vị trí xa nhất so với tang – bánh vít (4), làm cho hai gọn kìm (2) trượt bình thường dọc theo thanh dẫn hướng (1) Trong trường hợp tốc độ của buồng thang vượt quá hạn cho phép Tang – bánh vít (4) sẽ quay theo chiều để kéo dài hai đầu nêm (5) về phía mình, làm cho hai gọng kìm (2) ép chặt vào thanh dẫn hướng, kết quả sẽ hạn chế được tốc độ di chuyển của buồng thang và trong trường hợp bị đứt cáp treo sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh dẫn hướng

1 Thanh dẫn hướng; 2 Gọng kìm; 3 Dây cáp liên động cơ với bộ hạn chế tốc

độ; 4 Tang – bánh vít; 5 Nêm

 Bộ kiểm soát tốc độ (Governor)

Bộ kiểm soát tốc độ được đặt ở đỉnh thang và được điều khiển bởi một vòng cáp kín truyền từ buồng thang qua puly của bộ điều tốc vòng xuống dưới một puly

cố định ở đáy giếng thang Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của cabin

và được liên kết với các thiết bị an toàn Khi tốc độ của cabin vượt quá giá trị cực

Hình 1 7: Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm

đại cho phép, thiết bị kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều

tốc, cáp bị tác dụng của một lực kéo Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho

buồng thang như ngắt mạch điện động cơ, đưa thiết bị chống rơi vào làm việc

Tốc độ cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả Theo

kinh nghiệm tốc độ nhả thường bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thường của

thang

1.5 THIẾT BỊ CẢM BIẾN CỦA THANG MÁY

1.5.1 Cảm biến tốc độ (Encorder)

Encorder được gắn vào rotor của máy kéo có nhiệm vụ hồi tiếp tốc độ (dạng

xung) từ động cơ về biến tần để điều khiển, đồng thời hồi tiếp về PLC giúp hệ thống

nhận biết được vị trí của thang và điều khiển thang chạy với lộ trình hợp lý

Hình 1 8: Hình ảnh Encorder 1.5.2 Cảm biến vị trí (móng ngựa)

Đây là thiết bị dùng để đếm tầng hoạt động bằng cảm biến quang Khi móng

ngựa bị che giữa LED thu và LED phát thì sẽ ngắt điện relay nằm trong móng ngựa

Tiếp điểm của rơ le này sẽ đưa tín hiệu về boar Selector và boar Decoder để

đếm tầng và giải mã hiển thị vị trí của thang:

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi

buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác của buồng

thang

- Xác định vị trí của buồng thang

 Cảm biến vị trí kiểu quang điện

Bộ cảm biến vị trí dùng hai phần

tử quang điện, cấu tạo (hình 1.9a) gồm

khung giá chữ U (thường làm bằng vật

liệu không kim loại) Trên khung cách

điện gá lắp hai phần tử quang điện 2 đối

diện nhau: Một phần tử phát quang

(điốt phát quang ĐF) và một phần

tử thu quang (transito quang) Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang hồng ngoại

1.5.3 Cảm biến trọng lượng

Sensor tải gồm 2 phần (phần sensor và nam châm) được gắn dưới đáy cabin, khoảng cách từ vị trí sensor (được gắn với bát liên kết với khung cabin) với vị trí nam châm (gắn ở dưới sàn cabin) khoảng 30mm ứng với vị trí cabin không có tải

- Khi thang đầy tải thì thang vẫn tiếp tục phục vụ khách đi thang đến tầng theo yêu cầu lệnh gọi trong cabin và sẽ không đáp ứng các lệnh gọi bên ngoài cho đến khi thang ra khỏi trạng thái này

- Khi quá tải thì thang sẽ duy trì trạng thái mở cửa, đèn báo quá tải sẽ sáng đồng thời chuông báo sẽ kêu liên tục để nhắc nhở là thang đang bị quá tải Thang sẽ không phục vụ ở trạng thái này Đồng thời, sẽ hồi tiếp về biến tần để cung cấp dòng hợp lý để kéo motor kéo

1.5.4 Cảm biến mở cửa (photosell)

Cảm biến mở cửa được đặt ở 2 bên đầu cửa cabin Nó sẽ tự động mở ra khi gặp trường hợp có vật cản Khi có vật cản thì tự động cửa sẽ được kích mở ra tương đương như nút nhấn mở cửa trong cabin

Có 2 loại cảm biến: Cảm biến chùm và cảm biến điểm

Hình 1 9: Cảm biến vị trí kiểu quang điện

1.6 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THANG MÁY

Để thang máy hoạt động ổn định, phục vụ tốt cho người sử dụng, cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Tiện nghi

- An toàn

- Độ tin cậy cao

- Độ dừng tầng chính xác của cabin

- Giới hạn chỉ số tăng và hãm máy

- Đáp ứng nhanh nhu cầu của hành khách

- Hạn chế tiếng ồn

1.6.1 Tiện nghi

Đối với thang máy hiện đại, các trang thiết bị giúp hành khách được thoải mái như: chiếu sáng, quạt thông gió, máy lạnh và diện tích sử dụng mỗi người trong cabin cũng là những yếu tố cần thiết

 Bố trí cửa

Một kiểu cửa hiệu quả nhất là cửa đóng và mở trong thời gian ngắn nhất và cho phép 2 người ra vào cùng lúc Kiểu cửa cũng phải hợp lý về mặt kinh tế và có thể chấp nhận với kích thước đáy buồng thang hiệu quả

Nhấn nút ởhành lang (tại mỗi tầng) sẽ phát sáng khi nhấn để thông báo cho hành khách biết là yêu cầu phục vụ đã được chấp nhận

Để phục vụ hiệu quả thì nút nhấn không thể giữ thang được Vì khi nút nhấn

bị kẹt sẽ làm thang nâng bị dừng ở một tầng nào đó, hoặc có khi hành khách tự giữ nút nhấn để thang dừng lại để chờ 1 người nên làm trễ thời gian phục vụ

Khi vào cabin hành khách có thể đăng kí nơi đến và tín hiệu sẽ nhanh chóng thông báo cho hành khách biết khi tới nơi Các nút nhấn phải được đặt ở nơi thuận tiện để hành khách có thể nhấn nhanh chóng khi ở bên trong buồng thang và phải phù hợp với tầm người sử dụng

Đối với các hệ thống hiện đại đều có trang bị hệ thống Interphone Nó cho phép hành khách liên lạc với bên ngoài trong trường hợp khẩn cấp

1.6.2 Độ an toàn

Đối tượng phục vụ của thang máy là phục vụ trực tiếp con người Vì vậy an toàn là yêu cầu quan trọng nhất Nó đảm bảo tính mạng và sức khoẻ của người sử dụng

Đặt vấn đề an toàn là đưa ra mọi khả năng, mọi tình huống có thể xảy ra trong khi sử dụng thang máy để tính toán và có biện pháp đề phòng, xử lý thích hợp nhanh chóng Có thể chia thành hai trạng thái hoạt động của thang máy:

- Thang máy hoạt động bình thường

- Thang máy có sự cố

 Khi thang máy hoạt động bình thường

Cửa thang máy phải đóng kín khi thang máy đang chuyển động hoặc chưa dừng hẳn Sau khi cửa mở để hành khách ra vào tại tầng có yêu cầu cửa cabin chỉ đóng lại khi chưa quá tải và không có hành khách hoặc hàng hoá nào di chuyển qua cửa cabin Lực đóng cửa cabin phải có giá trị nhỏ để đảm bảo không gây tổn thương cho hành khách hay tổn hại hàng hoá

Thang máy phải nhận biết được 3 mức tải trọng:

 Khi thang máy có sự cố

Khi bị mất điện: Cabin cần được đưa về tầng gần nhất và mở cửa bằng nguồn phụ Khi cabin chạy quá hành trình cho phép (Over travel) do bộ điều khiển hoạt động không bình thường hoặc vì lý do nào đó, phải có biện pháp xử lý để nó không tiếp tục chuyển động phá vỡ kết cấu, gây tai nạn

Cửa cabin và cửa tầng phải có kết cấu thích hợp, cho phép mở ra trong trường hợp khi có sự cố và thang máy đang dừng đúng ở vị trí tầng nào đó

Nếu cabin đứt cáp phải có bộ phận hãm bảo hiểm không cho cabin rơi tự do Cabin cần có cửa thoát hiểm để sử dụng trong những tình huống xấu nhất

Các tín hiệu an toàn của hệ thống thang:

- Tín hiệu giới hạn trên: Bảo vệ khi cabin vượt lố tầng trên cùng Khi tín

hiệu này tác động sẽ cắt toàn bộ hệ thống mạch điều khiển làm cho cabin dừng khẩn cấp

- Tín hiệu giới hạn dưới: Bảo vệ khi cabin vượt lố tầng dưới cùng Khi tín

hiệu này tác động sẽ cắt toàn bộ hệ thống mạch điều khiển, kết hợp với bộ giảm chấn làm cho cabin dừng khẩn cấp

- Tín hiệu bảo vệ quá tốc: Khi tốc độ cabin vượt quá tốc độ cho phép (theo

tiêu chuẩn là 110% tốc độ định mức), khi tín hiệu này tác động sẽ cắt toàn bộ hệ thống mạch điều khiển, kết hợp với bộ giảm chấn làm cho cabin dừng khẩn cấp

- Tín hiệu bảo vệ quá tải: Khi tải trọng cabin vượt quá tải trọng cho phép, tín

hiệu này sẽ tác động không cho cabin vận hành Đồng thời cửa không đóng, chuông kêu và đèn báo hiệu sáng lên

- Tín hiệu an toàn cửa:

Khi cửa cabin hay cửa tầng chưa đóng sát, tín hiệu này sẽ tác động đóng cửa

và không cho phép cabin vận hành

Khi cửa cabin bị kẹt hoặc có người đi qua khi cửa cabin đang đóng thì tín hiệu này sẽ tác động làm cho cửa cabin mở ra

1.6.3 Độ tin cậy

Độ tin cậy của thang máy thể hiện ở chỗ:

- Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao, ít hư hỏng

- Xử lý đúng, đáp ứng chính xác các yêu cầu của người sử dụng

Sự phối hợp hoạt động của các thiết bị, các thành phần được điều khiển đồng

bộ và thống nhất

1.6.4 Độ dừng tầng chính xác của cabin

Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng khi có lệnh dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau:

- Đối với thang máy chở khách: Làm cho hành khách ra vào khó khăn, tăng thời gian ra vào của hành khách làm giảm năng suất

- Đối với thang máy chở hàng: Gây khó khăn trong công việc bốc dỡ hàng, trong trường hợp xấu có thể không bốc dỡ được hàng

1.6.5 Đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng

Khách hàng sẽ trở nên thiếu kiên nhẫn sau một thời gian chờ đợi thang máy

Vì vậy thang máy phải được thiết kế sao cho thời gian chờ thang nằm trong giới hạn cho phép, cụ thể là:

- Đối với toà nhà thương mại là: 45s

- Đối với các khu dân cư là: 60s

Thang máy phải đáp ứng các nhu cầu hành khách của nhiều tầng khác nhau theo thứ tự ưu tiên phù hợp sao cho tốì ưu nhất Thang máy phải phục vụ tốt lượng hành khách lớn nhất trong giờ cao điểm

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200

VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL (V12)

2.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200

2.1.1 Giới thiệu chung

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình được thiết kế

chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến

phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chương

trình hoặc sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là

ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được

đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra

một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC

Như vậy nếu thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là có thể thực

hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển khác nhau Hiện nay

PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi,

Pesto, Alan Bradley, Shneider Hitachi, … Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung

thêm các thiết bị mở rộng khác như: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI

(Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ vào [3]

2.1.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã

thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình được (programmable

control systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá

trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable

Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống

dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ

dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC

còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời, đếm, … làm tăng khả năng

điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic được lập trong chương trình

và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhiên, khi dùng PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn cần phải có mạch điện tử công suất trung gian gắn thêm vào

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng ta còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điền khiển quá trình (Process – control)

2.1.3 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.1.3.1 Tổng quan về PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động

Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau [1].

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương

Cấu tạo của PLC S7-1200

(1) Bộ phận kết nối nguồn

(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới nắp phía trên

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

(4) Bộ phận kết nối PROFINET

Hình 2 1: Thành phần PLC S7-1200