2 – CÁC HỆ THỐNG KHỐNG CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



- Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt

cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc. Để lấy tín hiệu

cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các

Sensor ở đỉnh và đáy thang.

Vị trí của các Sensor phụ thuộc vào phản ứng của hệ thống điều khiển

khi nhận được tín hiệu từ các Sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống, cơ

cấu chấp hành và quán tính của hệ thống.

- Để đảm bảo việc dừng chính xác tại một tầng thì ngoài Sensor báo vị

trí tầng còn phải sử dụng các Sensor thông báo về yêu cầu tốc độ. Nói cách

khác, ở mỗi một tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó dù Cabin đang ở trên

hay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác. Độ lớn của

vùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang (xem phần dừng chính xác buồng

thang) . Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi

tầng thường bố trí nhiều Sensor.

- Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí Sensor

dưới sàn Cabin. Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới

tác động đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các Sensor, từ đó đưa tín hiệu

đến phần bảo vệ của hệ điều khiển.

- Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khoá liên động để đảm bảo thang

chỉ có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cưả buồng thang đã đóng, không

cho phép gọi tầng khi thang không có người, lập tức dừng thang khi buồng

thang đang chạy mà vì một lý do nào đó cửa thang bị mở ra...

2.2.2. Hệ thống điều khiển thang máy sử dụng các phần tử có tiếp điểm

2.2.2.1 Các loại cảm biến có tiếp điểm và nhược điểm của chúng

Trong thang máy tốc độ trung bình và thấp, người ta thường sử dụng các

công tắc hành trình. Đây là một thiết bị cơ-điện có tay gạt với 3 tiếp điểm,

tương ứng với 3 trạng thái đầu ra. Công tắc hành trình có ưu điểm là các trạng

thái đầu ra rất rõ ràng. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là tuổi thọ giảm

khi hoạt động ở tốc độ cao và gây tiếng ồn lớn.

Do những nhược điểm trên nên trong thang máy tốc độ cao người ta

không sử dụng công tắc hành trình mà thay vào đó là các loại cảm biến không

tiếp điểm được trình bày trong phần dưới đây.



SVTK: Lê Hữu Thành



- 32 -



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



2.2.2.2 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình sử dụng

các phần tử cơ khí, phần tử điều khiển có tiếp điểm :

Hệ truyền động điện dùng cho thang máy có tốc độ chậm và trung bình

thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ. Hệ này

thường dùng cho các thang máy trở khách trong các nhà cao tầng (5 ÷ 10

tầng) với tốc độ di chuyển buồng thang dưới 1 m/s.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thang máy được giới thiệu trên

hình 4-1.

Trong đó :

C1 ÷ C7 là là các công tắc cửa của các tầng.

Ck là công tắc cửa Cabin.

DB và DK là các công tắc dự phòng trong Cabin.

DP1 và DP2 là các công tắc dự phòng thang trôi được đặt trong hố

thang.

D1 ÷ D7 là các công tắc điểm cuối của các tầng.

RCT1 ÷ RCT7 là các rơle chuyển tầng.

R1 ÷ R7 là các rơle chuyển tầng.

CTT công tắc từ chuyển tầng.

N1 ÷ N7 là các nút ấn gọi thang ở các tầng.

NK1 ÷ NK7 là các nút ấn đến tầng trong Cabin.

T1 ÷ T7 là các tiếp điểm thường kín của các rơle chuyển tầng.

CTK là công tắc đèn trong Cabin.

RN và RH là cuộn dây của các rơle nâng và rơle hạ.

KN và KH là cuộn dây của công tắc tơ nâng và công tắc tơ hạ.

Hệ thống được cấp nguồn qua aptomát AP. Các cuộn dây Stato của động

cơ được nối vào nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm của các côngtắctơ nâng

KL hoặc côngtắctơ hạ KX.

Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển được lấy từ một pha qua biến áp

cách ly và chỉnh lưu để được điện áp một chiều +15V. Khi AP đóng, nếu cả 3

pha đều có điện áp thì các cuộn dây của các côngtắctơ KA và KB có điện, các

tiếp điểm thường mở của nó đóng lại và cấp nguồn cho biến áp BA. Khi đó

mới có điện áp một chiều đưa đến toàn bộ mạch điều khiển.

SVTK: Lê Hữu Thành



- 33 -



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



Các cửa tầng được trang bị các công tắc liên động C1 ÷ C7 và công tắc

cửa Cabin Ck.

A B



C



O



2



1

CTK



ATM

KA



KA KB

KB



BA



LK



RN



LBN6



RH



LBH6



M1



L66



TDT5



L56

L46

L36

L26



TDT1



RT



TDT6



TDT3



KN



L76



TDT2



KH



TDT7



TDT4



+

1

-2



L16



M2



SVTK: Lê Hữu Thành



- 34 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



A







O



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



1

RT



C7



C6



C5



C4



DB DK



C3



C2



C1



CK



DP2 DP1



D7



RN



RCT7

R7



KH RCT7

KN



RCT6

RCT5

RCT4

RCT3

RCT2

RCT1



RH



D6



RCT6



D5



RCT5



D4



RCT4



R4



D3



RCT3



R3



D2

D1



RCT2



R6

R5



R2



RCT2

RCT3

RCT4

RCT5

RCT6

RCT7



RCT1

CTT



R1

R1



KN RCT1

KH



CTT



R2



RN

RH



N7

NK7



R3

R4

R5



NK5



T6



R6



T5



R5



T4



R4



T3



R3



T2



R2



T1



R1



R6

N5



R6



R7



R7

N6

NK6



T7



R7



R5

N4

NK4

R4

N3

NK3

R3

N2

NK2

R2

N1

NK1

R1



Hình 4-1 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình



SVTK: Lê Hữu Thành



- 35 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



2



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



Khi buồng thang đang ở tầng 1. Khi đó, công tắc điểm cuối D1 và công

tắc từ CTT đóng, rơle chuyển tầng RCT1 có điện làm cho tiếp điểm thường

kín RCT1 mở ra. Điều này đảm bảo rằng : nếu cố tình ấn các công tắc gọi

thang N1 hoặc công tắc gọi tầng 1 NK1 thì công tắc tơ hạ KH và rơle hạ RH

đều không được cấp điện và sẽ không có một thao tác nào được thực hiện.

Tương tự, khi buồng thang đang ở tầng 7 thì D7 và CTT đóng, RCT7 có

điện, tiếp điểm thường kín RCT7 mở ra làm mất tác dụng của các nút ấn gọi

thang N7 và gọi tầng 7 NK7.

Giả sử buồng thang đang ở tầng 2, D2 đóng, RCT2 có điện. Các tiếp

điểm thường kín của nó mở ra làm cho các cuộn dây của công tắc tơ KN, KH

và rơle RN, RH đều hở mạch.

Xét nguyên lý làm việc của sơ đồ khi cần lên tầng 4 :

Hành khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa Cabin và ấn nút

gọi tầng NK4, rơle tầng R4 có điện, các tiếp điểm thường mở của nó đóng lại.

Các cuộn dây của công tắc tơ nâng KN và rơle nâng RN được cấp điện qua

KH, RCT5, RCT4 và R4. Các tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại, động

cơ được cấp điện và thang chuyển động đi lên. Khi nhả NK4 thì các cuộn dây

này vẫn được duy trì nguồn cung cấp nhờ các tiếp điểm RN và R4 vẫn đóng.

Khi buồng thang đến gần ngang sàn tầng 4, công tắc điểm cuối D4 đóng

lại, cuộn dây RCT4 có điện, tiếp điểm thường kín RCT4 mở ra làm cho các

cuộn dây KN và RN mất điện, động cơ chính và động cơ phanh mất điện. Cơ

cấu hãm điện từ sẽ tác động làm dừng buồng thang.

Để đảm bảo dừng động cơ một cách chắc chắn, khi mà vì một lý do nào

đó mà tiếp điểm thường kín RCT4 không mở ra, người ta bố trí các tiếp điểm

thường kín T1÷T7 nối tiếp với các rơle chuyển tầng R1 ÷ R7. Lúc này, (do

rơle chuyển tầng RCT4 có điện) T4 mở ra, làm cho R4 mất điện, các tiếp

điểm R4 mở ra, sẽ làm hở mạch cuộn KN và RN.

Trong sơ đồ có 7 đèn báo tầng L16 ÷ L76 và đèn báo thang máy đang

chuyển động lên LBN6, xuống LBH6 lắp ở trên mỗi cửa tầng và trong Cabin.

LK là đèn chiếu sáng Cabin.

Hệ thống truyền động thang máy với các tiếp điểm cơ khí tuy đơn giản

nhưng có các nhược điểm sau :

Độ tin cậy thấp.

SVTK: Lê Hữu Thành



- 36 -



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



Có tiếng ồn do các tiếp điểm cơ khí gây ra.

Tác động chậm, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trong các

thang máy tốc độ cao (các thang máy chở hàng).

2.2.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY SỬ DỤNG CÁC PHẦN

TỬ PHI TIẾP ĐIỂM

2.2.3.1. Các loại cảm biến không tiếp điểm :

Các bộ cảm biến không tiếp điểm có rất nhiều loại, được ứng dụng trong

rất nhiều hệ thống điều khiển, đo lường, điều khiển và bảo vệ. Trong phần

này sẽ mô tả một số phần tử cảm biến không tiếp điểm được sử dụng trong

thực tế.

a. Công tắc vị trí kiểu cảm ứng :

Cấu tạo và đặc tuyến của công tắc chuyển đổi tầng dùng cảm biến vị trí

kiểu cảm ứng có dạng như hình 2-1. Cấu tạo của nó bao gồm : mạch từ hở 2,

cuộn dây 3. Khi mạch từ hở, do điện kháng của cuộn dây bé, dòng xoay chiều

qua cuộn dây tương đối lớn. Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông

sinh ra trong mạch từ tăng làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua

cuộn dây sẽ giảm xuống.



Hình 4-2 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng



Hình 4-3 Transistor quang

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến một rơle ta sẽ được một

phần tử phi tiếp điểm dùng trong hệ thống điều khiển. Tuỳ theo mục đích sử

dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến dừng chính xác

buồng thang hoặc cảm biến chỉ thị vị trí buồng thang ...

SVTK: Lê Hữu Thành



- 37 -



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



b. Transistor quang :

Đây là loại Transistor loại PNP hoặc NPN. Dưới tác dụng của ánh sáng

nó phát sinh một dòng điện tương ứng với lượng ánh sáng.

c. Phần tử HALL :

Phần tử HALL là một chất bán dẫn. Nếu dòng điện B+ được cung cấp

một cách không đổi đến phần tử HALL và từ trường được đưa vào thẳng góc

với chiều của dòng điện này thì điện áp sẽ được phát sinh thẳng góc với chiều

dòng điện.

d. Bộ cảm biến hồng ngoại :

Các bộ cảm biến hồng ngoại lợi dụng sự toả nhiệt của cơ thể người phát

ra một năng lượng hồng ngoại yếu. Các bộ cảm biến kiểu này có độ nhạy rất

cao, thuận tiện, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Bộ cảm biến hồng ngoại

HN911L là một linh kiện có chất lượng tốt có mạch điện ứng dụng như hình

4-5.

Dòng điện



Điện áp



Phần tử HALL



Hình 4-4 Phần tử HALL

+12V



HC205



3

1



470

100



4



HN911L



2



5



6



K1



Đầu ra



Hình 4-5: Bộ cảm biến hồng ngoại HN911L



SVTK: Lê Hữu Thành



- 38 -



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



2.2.4. KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN RƠLE

2.2.4.1. Hệ điều khiển rơle

Vào thời điểm ban đầu của cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là vào

những thập niên 60 & 70, các hệ thống máy móc tự động được điều khiển bởi

các hệ thống rơle điện/cơ. Các rơle này được “ nối cứng ” với nhau đặt trong

một tủ điều khiển. Trong một số trường hợp, nó lớn đến mức có thể chiếm cả

một căn phòng. Tất cả các đường kết nối trong hệ thống rơle đều phải được

nối lại với nhau. Việc làm này tốn rất nhiều thời gian. Đặc biệt là khi phải giải

quyết các sự cố của hệ thống. Và bất lợi lớn nhất là các rơle chỉ có số tiếp hạn

chế nhất định. Khi cần có sự thay đổi thì máy móc phải ngừng làm việc, có

khi phải cần thay đổi cả vị trí lắp đặt. Tủ điều khiển chỉ có thể phục vụ cho

một quá trình hoạt động nhất định nào đó của hệ thống; có nghĩa là nó không

thể thay đổi ngay lập tức để phục vụ một quá trình hoạt động khác mà cần

phải có sự thay đổi lại cách đấu dây trong hệ thống. Việc làm đó đòi hỏi

người vận hành phải được đào tạo để có kỹ năng thành thạo trong việc xử lý

hệ thống. Nói chung, hệ thống điều khiển bằng rơle có tiếp điểm là rất phức

tạp.

2.2.4.2. Các nhược điểm của hệ điều khiển rơle có tiếp điểm:

Hệ điều khiển rơle có tiếp điểm có các nhược điểm sau:

Có quá nhiều dây nối trong tủ điều khiển.

Việc thay đổi cấu trúc tủ điều khiển là rất khó khăn.

Việc khắc phục các sự cố đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao.

Năng lượng do các cuộn dây tiêu thụ là khá lớn.

Thời gian dừng máy để sửa chữa khi có sự cố là khá dài do phải tốn thời gian

để tìm sự cố trong tủ điều khiển.

Sơ đồ mạch không được cập nhật sau nhiều năm vận hành trong khi vẫn có sự

thay đổi sơ đồ đấu dây trong tủ điều khiển, điều này làm kéo dài thời gian sửa

chữa khi có sự cố.

2.2.5. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THIẾT BỊ

ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

2.2.5.1. Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển (Control System) là

một tập hợp các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm

SVTK: Lê Hữu Thành



- 39 -



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



việc ổn định, chính xác và trơn tru của một quá trình hoặc một hoạt động sản

xuất nào đó.

Nó được phân ra thành rất nhiều loại với nhiều mức độ khác nhau, từ các nhà

máy sản xuất năng lượng lớn đến các máy móc sử dụng công nghệ bán dẫn.

Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phức

tạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể

là thiết bị điều khiển khả trình (Programable Logic Controller - PLC) hoặc có

thể là một máy tính chủ v.v... Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết bị thu

nhận tín hiệu (tủ điều khiển, các động cơ, các sensor, các công tắc, các cuộn

dây rơle v.v... ), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng để

điều khiển các quá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có

liên hệ mật thiết với nhau. Mỗi một thiết bị đơn lẻ trong hệ thống điều khiển

có một vai trò quan trọng riêng không phụ thuộc vào kích thước của nó.

Trong ví dụ được chỉ ra trên hình 1-1 (Chương 1 – Phần II), thiết bị PLC

không thể biết được những gì đang xảy ra xung quanh nó nếu thiếu những

sensor báo tín hiệu. Nó cũng không thể kích hoạt một chuyển động cơ khí nếu

không có động cơ chấp hành. Và nếu cần thiết thì một máy tính chủ phải được

lắp đặt để điều khiển đồng bộ các hoạt động có liên hệ mật thiết với nhau.

Cũng có những ứng dụng mà trong đó chỉ cần một thiết bị PLC đơn lẻ

điều khiển một hoặc một vài thiết bị khác.

2.2.5.2. Các ưu điểm của hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển

logic khả trình

Hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình có các ưu

điểm sau:

Việc đấu dây có thể giảm được 80% so với hệ thống điều khiển sử dụng

rơle thông thường.

Lượng năng lượng tiêu thụ được giảm đáng kể do PLC tiêu thụ công suất

không đáng kể.

Các chức năng tự phân tích chương trình điều khiển hệ thống giúp cho

việc kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng.

Việc thay đổi trình tự thực hiện chương trình hoặc thay đổi cả chương

trình ứng dụng rất dễ dàng bằng cách lập trình thông qua thiết bị lập trình



SVTK: Lê Hữu Thành



- 40 -



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



hoặc phần mềm chạy trên máy vi tính mà không phải thay đổi cách đấu dây,

không cần thêm bớt các thiết bị vào/ra ( I/O ).

Các bộ định thời được tích hợp bên trong PLC làm giảm phần lớn các

rơle và mạch cứng định thời gian so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle

thông thường.

Thời gian thực hiện chu kỳ máy được cải thiện một cách đáng kể do tốc

độ hoạt động của PLC chỉ cỡ mili giây ms. Do đó năng suất lao động tăng lên

một cách đáng kể.

Giá thành hệ thống hạ hơn một cách đáng kể so với hệ thống điều khiển

sử dụng rơle thông thường trong trường hợp các đầu vào/ra là rất lớn và hoạt

động điều khiển rất phức tạp.

Tính tin cậy của PLC cao hơn so với các rơle và các bộ định thời cơ khí.

Chương trình trong PLC có thể in ra một cách dễ dàng trong vài phút.

Do đó ta có thể cập nhật chương trình trong PLC một cách dễ dàng.



2.3. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN

ĐỘNG CHO THANG MÁY

Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào những phân tích các

phương án ở trên ta chọn phương án truyền động cho thang máy trong đồ án

này là: Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng PLC ghép nối

qua biến tần. Vì hệ thống này có nhiều ưu điểm, đáp ứng các yêu cầu về vận

tốc, gia tốc, độ giật, hãm dừng chính xác . . .



SVTK: Lê Hữu Thành



- 41 -



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 3

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ

BIẾN TẦN VÀ PLC S7 - 200

SIEMENS



SVTK: Lê Hữu Thành



- 42 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên