Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế đô thị hóa và phát triển các công trình kiến trúc cao tầng hiện đại, thang máy đóng vai trò là phương tiện giao thông trục đứng thiết yếu, bảo đảm nhu cầu lưu thông của con người và hàng hóa nhanh chóng, thuận tiện, đồng thời nâng cao năng suất lao động. Theo các tiêu chuẩn xây dựng quốc tế và thực tế được tác giả nêu ra, các công trình từ 6 tầng trở lên bắt buộc phải được trang bị thang máy; chi phí đầu tư cho hệ thống thang máy thường chiếm từ 6% đến 7% tổng giá trị công trình. Đối với các công trình công cộng đặc thù như bệnh viện, khách sạn, nhà máy hoặc các tòa nhà nhiều tầng, thang máy là điều kiện tiên quyết để dự án có thể vận hành trên thực tế.

Do đặc thù chuyên chở người và vật tư theo phương thẳng đứng hoặc góc nghiêng nhỏ hơn 15° so với phương thẳng đứng, thang máy đòi hỏi những tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn hết sức nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tính mạng con người và tài sản. Một hệ thống thang máy đạt chuẩn không chỉ dừng lại ở tính thẩm mỹ, êm dịu mà bắt buộc phải sở hữu hệ thống an toàn đa tầng với độ tin cậy cao: từ phanh cơ khí, bộ khống chế vượt tốc, khóa liên động cửa tầng đến hệ thống điều khiển tự động có khả năng xử lý sự cố tức thời.

Đề tài “Thiết kế hệ thống TBĐ – Tự động hóa cho thang máy 10 tầng” do nhóm sinh viên Trần Ngọc Kiên và Hoàng Văn Sự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Đỗ Trung Hải tại Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên (năm 2021), nhằm giải quyết bài toán trang bị điện và tự động hóa cho đối tượng thang máy chở khách 10 tầng.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về thang máy, kết cấu cơ khí, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu bảo hiểm an toàn và lý thuyết dừng chính xác buồng thang.
  2. Phân tích các phương án truyền động cơ khí (so sánh thang máy cáp kéo và thang máy thủy lực) và các hệ truyền động điện để lựa chọn giải pháp tối ưu cho công trình 10 tầng.
  3. Khảo sát các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha và phương pháp tính chọn công suất động cơ kéo buồng thang có xét đến tải trọng và hệ số cân bằng đối trọng.
  4. Lựa chọn cấu hình thiết bị điều khiển khả trình (PLC) và các bộ biến tần phù hợp để điều khiển động cơ nâng hạ chính và động cơ đóng mở cửa cabin.
  5. Thiết kế nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch động lực, mạch điều khiển và cài đặt thông số vận hành cho hệ thống biến tần - động cơ.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống truyền động điện và tự động hóa thang máy cáp kéo chở khách phục vụ nhà 10 tầng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điều khiển với các thông số công nghệ: vận tốc di chuyển ổn định $v = 1\text{ m/s}$, gia tốc cực đại $a = 1{,}5\text{ m/s}^2$, sai số dừng tầng cho phép $\Delta l = 20 - 25\text{ mm}$, tỷ lệ điều chỉnh tốc độ $v_{\min} / v_{\max} = 1/4$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết truyền động điện và tự động hóa công nghiệp:

  • Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha: Tác giả sử dụng phương trình đặc tính cơ dạng tổng quát biểu diễn mômen điện từ $M$ theo hệ số trượt $s$, điện áp pha stato $U_f$, điện trở rôto quy đổi $R'2$ và điện kháng ngắn mạch $X{nm}$. Từ đó xác định mômen tới hạn $M_{th}$, độ trượt tới hạn $S_{th}$ và độ cứng đặc tính cơ $\beta$.
  • Lý thuyết điều khiển tần số - điện áp (VVVF): Để duy trì từ thông stato không đổi ($\Phi = \text{const}$) nhằm tránh quá dòng và giữ nguyên khả năng chịu tải của động cơ khi thay đổi tần số $f_1$, hệ thống áp dụng quy luật điều khiển tỷ số $U_1 / f_1 = \text{const}$.
  • Lý thuyết điều khiển trực tiếp mômen (Direct Torque Control - DTC): Dựa trên định hướng trường từ thông stato, vector từ thông và dòng điện được tính toán trong chu kỳ điều khiển ngắn ($25\ \mu\text{s}$) thông qua mô hình toán học động cơ để xác định trạng thái đóng cắt tối ưu của các khóa bán dẫn nghịch lưu mà không cần mạch vòng điều chế độ rộng xung PWM thông thường.
  • Lý thuyết dừng chính xác buồng thang: Quãng đường buồng thang di chuyển từ khi nhận lệnh dừng đến khi dừng hẳn được xác định qua biểu thức: $$S = S' + S'' = v_0 \cdot t + \frac{D \cdot J \cdot \omega}{2 \cdot i \cdot (M_{ph} \pm M_c)}$$ Trong đó $v_0$ là tốc độ khi bắt đầu hãm, $t$ là thời gian tác động của thiết bị điều khiển, $D$ là đường kính puli kéo cáp, $i$ là tỷ số truyền cơ cấu, $J$ là mômen quán tính hệ thống, $M_{ph}$ và $M_c$ là mômen phanh và mômen cản. Sai số dừng tầng lớn nhất được tính theo công thức: $$s = \frac{S_2 - S_1}{2}$$ với $S_1, S_2$ lần lượt là quãng đường trượt nhỏ nhất và lớn nhất khi phanh ở hai trạng thái đầy tải và không tải.
  • Tính toán tải trọng và công suất động cơ: Công thức xác định khối lượng đối trọng $G_{\text{đt}} = G_{\text{bt}} + a \cdot G$ (với $G_{\text{bt}}$ là trọng lượng buồng thang, $G$ là tải trọng định mức, $a$ là hệ số cân bằng, chọn $a = 0{,}35 - 0{,}4$ cho thang chở khách).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp phân tích - so sánh kỹ thuật: Đánh giá ưu nhược điểm giữa hệ thống thang máy thủy lực và thang máy cáp kéo; so sánh các hệ truyền động động cơ một chiều (F-Đ, Thyristor - Động cơ) với hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều ba pha.
  • Phương pháp tính toán thiết kế truyền động: Áp dụng quy trình 5 bước để xác định lực kéo puli, mômen cản tĩnh, tổng thời gian hành trình (kết hợp tra cứu xác suất số lần dừng tầng $m_d$ và thời gian ra vào buồng thang 1 s/người), từ đó tính toán mômen đẳng trị và công suất phát nóng của động cơ.
  • Phương pháp khảo cứu thiết bị thực nghiệm: Khảo sát các thông số kỹ thuật trong tài liệu hướng dẫn (catalog) của nhà sản xuất Mitsubishi Electric và các hãng chuyên dụng cho thiết bị thang máy.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án tập trung thiết kế hệ thống phần cứng truyền động và khống chế logic cho thang máy 10 tầng với cấu trúc kỹ thuật gồm:

Cấu hình thiết bị phần cứng chính

Hạng mục thiết bị Tên / Mã hiệu Thông số kỹ thuật danh định Chức năng trong hệ thống
Động cơ nâng hạ chính Mitsubishi FYJ180 $380\text{ V}$, $5{,}5\text{ kW}$, 4 cực (4 Pole), tỷ số truyền 1:1, Puli $\varnothing 480\text{ mm}$, tải trọng tĩnh trục tối đa $3500\text{ kg}$, tự trọng $430\text{ kg}$ Kéo cáp cabin và đối trọng thông qua hộp giảm tốc
Phanh hãm động cơ chính Điện từ DC Nguồn cấp phanh $110\text{ V DC}$ Giữ cứng trục động cơ khi dừng hoặc khi mất điện nguồn
Biến tần kéo chính Mitsubishi FR-A740-11K Điện áp vào $3\text{ pha } 200 - 400\text{ V}$, dải tần số $0{,}2 - 400\text{ Hz}$, điều khiển vector không cảm biến, mômen khởi động $200%$ tại $0{,}3\text{ Hz}$ Điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ nâng hạ, tạo đường cong tăng giảm tốc
Động cơ cửa buồng thang YVP90-6 Công suất $P_{\text{đm}} = 0{,}75\text{ kW}$, mômen định mức $3\text{ N}\cdot\text{m}$ Dẫn động cơ cấu đóng mở cửa cabin và cửa tầng liên động
Biến tần điều khiển cửa EC20 chuyên dụng Điều khiển theo xung encoder, tự nhận diện độ rộng cửa, tích hợp chế độ giữ cửa và bảo vệ chống kẹp Điều khiển vận tốc đóng mở cửa êm dịu, đảo chiều khi gặp vật cản
Thiết bị điều khiển logic PLC (Bộ điều khiển lập trình) Ghép nối I/O số nhận tín hiệu cảm biến và nút bấm, xuất lệnh điều khiển biến tần Xử lý logic gọi tầng, chuyển tầng, khóa an toàn và cảnh báo sự cố

Cấu hình tham số và phương thức vận hành biến tần FR-A700

Tác giả đã triển khai quy trình cài đặt tham số cho biến tần Mitsubishi FR-A740 điều khiển động cơ nâng hạ:

  • Khởi tạo và phân quyền: Thiết lập tham số Pr 77 = 0 để cho phép cài đặt; Pr 79 = 1 để chuyển đổi phương pháp điều khiển; thực hiện lệnh xóa AllClr = 1 và PrClr = 1 để đưa biến tần về trạng thái mặc định của nhà sản xuất.
  • Phương thức cài đặt tần số:
    1. Cài đặt từ màn hình điều khiển (Panel): Kích hoạt chế độ Pr 79 = 3 (chế độ kết hợp PU/External), xoay núm điều chỉnh tần số mong muốn và xác nhận bằng phím SET trong vòng 5 giây; khởi động quay thuận/nghịch bằng công tắc STF/STR.
    2. Cài đặt bằng chiết áp: Đặt Pr 79 = 4, thay đổi tần số làm việc liên tục từ $0\text{ Hz}$ đến cực đại $60\text{ Hz}$ thông qua biến trở ngoài nối vào chân analog.
    3. Cài đặt theo cấp tốc độ bằng công tắc số: Đặt Pr 79 = 4, sử dụng 3 ngõ vào số RH (tốc độ cao), RM (tốc độ trung bình), RL (tốc độ thấp) kết hợp với các lệnh chạy để phân định giai đoạn tăng tốc, chạy bằng và giảm tốc khi vào vùng dừng tầng.

Thiết kế hệ thống an toàn và liên động

  • Phanh bảo hiểm cơ khí kiểu kìm: Được bố trí dưới sàn cabin, kết hợp với bộ hạn chế tốc độ kiểu ly tâm trục ngang. Khi vận tốc vượt quá 20% - 40% định mức hoặc khi đứt cáp, quả văng ly tâm thắng lực ép lò xo, gài vấu hãm đứng đĩa puli cáp hạn chế tốc độ, kích hoạt hệ thống tay đòn ép má kìm kẹp chặt vào ray dẫn hướng để giữ cabin cố định.
  • Hệ thống cảm biến định vị: Bố trí các cảm biến phi tiếp điểm gắn dọc giếng thang và trên cabin để xác định vị trí tầng; cảm biến dừng tầng xác định vùng giảm tốc; công tắc giới hạn hành trình đặt tại đỉnh và đáy hố thang nhằm ngăn chặn việc cabin vượt quá phạm vi hoạt động.
  • Liên động cửa và tải trọng: Khóa liên động cơ điện đảm bảo cửa cabin và cửa tầng chỉ mở khi buồng thang dừng chính xác ngang sàn; thang chỉ được phép khởi động khi toàn bộ các tiếp điểm cửa đã đóng kín hoàn toàn. Cảm biến lực đặt dưới đáy cabin ngắt mạch điều khiển và phát tín hiệu cảnh báo khi tải trọng vượt định mức.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về thang máy

Chương I trình bày các khái niệm cơ bản, phân loại kỹ thuật, cấu trúc cơ khí và các chỉ tiêu an toàn của thang máy:

  • Phân loại thang máy: Khảo sát thang máy theo công năng (chở người, chở hàng, bệnh viện, hầm mỏ), theo dải tốc độ ($v = 0{,}5\text{ m/s}$ là tốc độ chậm; $0{,}75 - 1{,}5\text{ m/s}$ là tốc độ trung bình; $2{,}5 - 5\text{ m/s}$ là cao tốc), và theo dải tải trọng ($Q < 160\text{ kg}$, $500 - 2000\text{ kg}$, và $> 2000\text{ kg}$).
  • Cơ cấu cơ khí và an toàn: Mô tả chi tiết hố thang (yêu cầu mở thêm cửa ra vào nếu hố pit sâu hơn 2 m), hệ thống puli dẫn cáp (từ 1 đến 4 sợi cáp thép), hộp giảm tốc (tỷ số truyền $i = 18 - 120$), bộ giảm chấn lò xo/dầu, đối trọng và cụm con trượt dẫn hướng bọc cao su.
  • Phân tích dừng chính xác buồng thang: Tác giả phân tích các hệ quả tiêu cực của việc dừng lệch tầng (gây tai nạn cho người, khó khăn xếp dỡ hàng, hỏng thiết bị điều khiển, tiêu hao năng lượng). Mức độ không chính xác của các hệ truyền động được tổng hợp tại Bảng 2-1 của đồ án:
Hệ thống truyền động điện Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển ($v$, m/s) Gia tốc cực đại ($a$, $\text{m/s}^2$) Độ không chính xác khi dừng ($\Delta l$, mm)
ĐC không đồng bộ rôto lồng sóc 1 cấp tốc độ 1:1 0,8 1,5 $\pm 120 - 150$
ĐC không đồng bộ rôto lồng sóc 2 cấp tốc độ 1:4 0,5 1,5 $\pm 10 - 15$
ĐC không đồng bộ rôto lồng sóc 3 cấp tốc độ 1:4 1,0 1,5 $\pm 25 - 35$
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ) 1:30 2,0 2,0 $\pm 10 - 15$
Hệ F - Đ có khuếch đại trung gian 1:100 2,0 2,0 $\pm 5 - 10$
  • Yêu cầu động học: Khảo sát các tham số gia tốc và độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc $\rho = da/dt$). Để đảm bảo cảm giác sinh lý bình thường cho hành khách, gia tốc bị khống chế $a < 2\text{ m/s}^2$ và độ giật $\rho \le 20\text{ m/s}^3$. Biểu đồ tốc độ tối ưu được chia làm 5 giai đoạn: mở máy, ổn định tốc độ, hãm xuống tốc độ thấp, đến tầng và hãm dừng hẳn. Bảng 2-2 tổng hợp các chỉ tiêu gia tốc theo dải tốc độ:
Dải tốc độ di chuyển (m/s) Hệ truyền động áp dụng Gia tốc cực đại cho phép ($\text{m/s}^2$) Gia tốc trung bình tính toán ($\text{m/s}^2$)
0,5 Động cơ xoay chiều 1,0 0,5
0,75 Động cơ xoay chiều 1,0 0,8
1,0 Động cơ xoay chiều 1,5 0,8
1,5 Động cơ một chiều 1,5 1,0
2,5 Động cơ một chiều 2,0 1,0
3,5 Động cơ một chiều 2,0 1,5

Chương II: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện

Chương II tập trung luận chứng việc chọn lựa phương án truyền động cơ khí và điện:

  • So sánh giải pháp truyền động cơ khí:
    • Thang máy thủy lực: Không cần xây phòng máy trên đỉnh, an toàn cao, nhưng đòi hỏi hố pit sâu tỷ lệ thuận với số tầng, chi phí bảo trì lớn và hạn chế chiều cao nâng.
    • Thang máy cáp kéo: Chi phí chế tạo hợp lý, cấu trúc linh hoạt cho nhiều quy mô công trình, dễ bảo trì sửa chữa. Nhược điểm cần không gian xây dựng phòng máy trên nóc giếng thang. Tác giả lựa chọn thang máy cáp kéo.
  • Phương pháp tính chọn công suất động cơ: Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh dựa trên lực căng cáp $F = (G + G_{\text{bt}} - K_1 \cdot G_1 - G_{\text{đt}})g$, mômen trục puli và xác suất dừng tầng $m_d$. Tác giả đưa ra bảng tra thời gian mở máy, hãm máy ($1{,}8\text{ s}$) và tổng thời gian đóng mở cửa (từ $6{,}3\text{ s}$ đến $13{,}0\text{ s}$ tùy kích thước cửa $800 - 1000\text{ mm}$ và cơ chế tự động/thủ công).
  • Phân tích các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha: Đánh giá phương pháp thay đổi số đôi cực $p$, thay đổi điện áp stato, gắn điện trở phụ mạch rôto, nối thêm điện kháng $X_f$ vào mạch stato, và phương pháp thay đổi tần số nguồn $f_1$. Tác giả khẳng định phương pháp biến tần kết hợp giữ tỷ số $U_1/f_1$ là giải pháp tối ưu về tính năng điều khiển trơn và tiết kiệm năng lượng.
  • Đánh giá các hệ điều khiển tự động: So sánh giữa hệ điều khiển dùng rơle - công tắc tơ truyền thống và hệ PLC. Tác giả chỉ ra hệ PLC giúp giảm tới 80% khối lượng dây nối, thời gian chu kỳ máy đạt cấp miligiây, độ tin cậy vượt trội, loại bỏ hàng loạt rơle thời gian cơ khí và dễ dàng tái cấu hình chương trình.
  • Quyết định phương án: Chọn cấu hình Động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc điều khiển bằng Biến tần và PLC.

Chương III: Thiết kế hệ thống

Chương III đi vào tính toán, lựa chọn cụ thể các phần tử của hệ thống trang bị điện:

  • Lựa chọn động cơ chính: Chọn động cơ chuyên dụng cho thang máy Mitsubishi FYJ180 với thông số $5{,}5\text{ kW}$, điện áp $380\text{ V}$, phanh hãm $110\text{ V DC}$, đường kính puli $480\text{ mm}$.
  • Lựa chọn động cơ cửa: Chọn động cơ không đồng bộ YVP90-6, công suất $0{,}75\text{ kW}$, mômen $3\text{ N}\cdot\text{m}$.
  • Lựa chọn biến tần chính: Chọn bộ biến tần Mitsubishi FR-A740-11K (dòng FR-A700) phù hợp với động cơ kéo $5{,}5\text{ kW}$. Thiết bị tích hợp sẵn bộ vi xử lý PLC, card truyền thông, bộ lọc nhiễu EMC, khả năng chịu quá tải mômen $200%$ ở tần số cực thấp $0{,}3\text{ Hz}$, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn RoHS của EU và tuổi thọ hoạt động đạt 10 năm.
  • Lựa chọn biến tần cửa: Chọn biến tần chuyên dụng EC20 với thuật toán nhận dạng xung encoder, tự động bù mômen giữ cửa đóng kín/mở hết cỡ và tính năng bảo vệ kẹp cửa thông qua ngưỡng dòng/mômen cản.
  • Thiết kế đấu nối và vận hành: Trình bày chi tiết cấu hình mạch chính (nguồn cấp, kết nối động cơ, điện trở xả), sơ đồ mạch điều khiển và các bước cài đặt tham số vận hành thực nghiệm qua panel, chiết áp và các công tắc chọn tốc độ (RH, RM, RL).

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Xác lập được cấu hình truyền động tối ưu cho thang máy 10 tầng: phối hợp giữa động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 3 pha Mitsubishi FYJ180 ($5{,}5\text{ kW}$), biến tần vector Mitsubishi FR-A740-11K và biến tần cửa chuyên dụng EC20.
  • Thiết kế hệ thống đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật đã đặt ra trong nhiệm vụ: vận tốc di chuyển ổn định $1\text{ m/s}$, gia tốc cực đại $1{,}5\text{ m/s}^2$, sai số dừng tầng trong ngưỡng $\pm 20 - 25\text{ mm}$, tỷ lệ điều chỉnh tốc độ đạt $v_{\min}/v_{\max} = 1/4$.
  • Xây dựng được quy trình công nghệ điều khiển nhiều cấp tốc độ mượt mà, hạn chế tối đa độ giật ($\rho \le 20\text{ m/s}^3$) theo đúng biểu đồ di chuyển tối ưu 5 giai đoạn.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Tách biệt hệ thống biến tần cho hai cơ cấu chuyển động độc lập: Sử dụng biến tần công nghiệp cao cấp FR-A740-11K điều khiển động cơ kéo chính và biến tần chuyên dụng EC20 cho hệ thống cửa thang. Giải pháp này giúp tối ưu hóa thuật toán điều khiển (cửa chạy theo xung encoder và lực kẹp, tời kéo chạy theo vector không cảm biến).
  • Ứng dụng giải pháp điều khiển vô cấp: Thay thế hoàn toàn các hệ truyền động cũ dùng động cơ nhiều cấp tốc độ ghép điện trở phụ cồng kềnh, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ (tiết kiệm khoảng 40% công suất so với các phương pháp cũ như tác giả đã dẫn chứng).
  • Thiết lập quy trình cài đặt tham số chuẩn: Đưa ra tài liệu hướng dẫn cụ thể về việc lập trình tham số cho dòng biến tần FR-A700 thông qua các chế độ điều khiển tại chỗ và từ xa.

Đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã cụ thể hóa việc chuyển giao công nghệ điều khiển tự động hóa hiện đại vào bài toán thang máy tại Việt Nam: tự chủ thiết kế phần điều khiển và tích hợp thiết bị bán dẫn biến tần thế hệ mới, thay vì phải phụ thuộc vào việc nhập khẩu nguyên bộ với giá thành đắt đỏ từ các hãng nước ngoài.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi thiết kế trong văn bản đồ án chỉ dừng lại ở quy mô một thang máy đơn độc lập (Single Elevator) phục vụ 10 tầng, chưa giải quyết bài toán điều khiển phối hợp cho nhóm thang máy (Group Elevator Control) thường gặp ở các tòa nhà thương mại lớn.
  • Báo cáo tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn thiết bị phần cứng, nguyên lý động lực và cài đặt tham số biến tần; nội dung về chương trình mã lệnh chi tiết trên PLC, lưu đồ thuật toán điều khiển logic toàn diện và giao diện giám sát SCADA chưa được trình bày hoàn chỉnh trong phần văn bản hiện có.
  • Công suất biến tần FR-A740-11K ($11\text{ kW}$) được chọn có dải công suất lớn hơn đáng kể so với công suất định mức của động cơ kéo ($5{,}5\text{ kW}$), đảm bảo độ an toàn dự phòng cao nhưng chưa tối ưu tuyệt đối về mặt chi phí đầu tư ban đầu.

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nghiên cứu thuật toán điều phối thông minh cho cụm nhiều thang máy chạy song song để tối ưu hóa thời gian chờ đợi của hành khách tại các khung giờ cao điểm.
  • Xây dựng chương trình điều khiển chi tiết trên phần mềm chuyên dụng của PLC và tích hợp màn hình cảm ứng HMI tại buồng thang máy hoặc phòng trực kỹ thuật.
  • Ứng dụng hệ thống giám sát và quản lý từ xa qua mạng truyền thông công nghiệp (như CC-Link, Modbus RTU hoặc IoT) để phục vụ công tác chẩn đoán lỗi, bảo trì dự đoán cho hệ thống cơ điện thang máy.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng:

  • Sinh viên và giảng viên: Chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Thiết bị điện, Tự động hóa công nghiệp và Cơ điện tử có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho đồ án môn học Truyền động điện, đồ án Trang bị điện hoặc đồ án tốt nghiệp hệ kỹ sư.
  • Kỹ sư thiết kế và vận hành: Các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực bảo trì, lắp đặt và vận hành thang máy tòa nhà có thể tra cứu nhanh các công thức tính chọn đối trọng, bảng thông số dừng chính xác, các bước cài đặt tham số cho dòng biến tần Mitsubishi FR-A700 và cấu hình biến tần cửa EC20.
  • Các phần nội dung đáng tham khảo nhất:
    1. Bảng 2-1 và Bảng 2-2 tổng hợp các tham số động học và sai số dừng tầng của các hệ truyền động điện.
    2. Quy trình 5 bước tính chọn công suất động cơ kéo có xét đến xác suất dừng tầng và biểu đồ phụ tải.
    3. Tài liệu hướng dẫn cấu hình chi tiết các tham số Pr 77, Pr 79 và sơ đồ đấu dây cho biến tần FR-A700.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn thang máy cáp kéo thay vì thang máy thủy lực cho tòa nhà 10 tầng?

Thang máy thủy lực đòi hỏi kích thước hố pit rất sâu (tỷ lệ thuận với số tầng phục vụ) và chi phí lắp đặt, bảo dưỡng tốn kém, thường chỉ phù hợp cho các công trình thấp tầng. Ngược lại, thang máy cáp kéo thích hợp cho nhiều quy mô chiều cao công trình, chi phí thiết bị và bảo trì hợp lý, dễ dàng thay thế linh kiện và đáp ứng tốt vận tốc yêu cầu cho tòa nhà 10 tầng.

2. Các thông số động học chính được ấn định cho hệ thống thang máy trong đề tài là gì?

Hệ thống được thiết kế phục vụ nhà 10 tầng với vận tốc di chuyển ổn định $v = 1\text{ m/s}$, gia tốc cực đại cho phép $a = 1{,}5\text{ m/s}^2$, tỷ lệ điều chỉnh tốc độ $v_{\min} / v_{\max} = 1/4$, độ không chính xác khi dừng buồng thang tại các tầng khống chế trong khoảng $\Delta l = 20 - 25\text{ mm}$, và độ giật không vượt quá $20\text{ m/s}^3$.

3. Thông số kỹ thuật của động cơ kéo và biến tần chính được chọn trong Chương III là gì?

Động cơ kéo buồng thang là động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ Mitsubishi FYJ180 có công suất $5{,}5\text{ kW}$, điện áp định mức $380\text{ V}$, phanh điện từ cấp nguồn $110\text{ V DC}$, đường kính puli kéo $480\text{ mm}$, tải trọng tĩnh trục tối đa $3500\text{ kg}$. Biến tần chính đi kèm là dòng vector Mitsubishi FR-A740-11K, điện áp $200 - 400\text{ V}$, khả năng tạo mômen khởi động $200%$ ở tần số $0{,}3\text{ Hz}$.

4. Biến tần cửa EC20 có đặc tính kỹ thuật gì chuyên dụng cho thang máy?

Biến tần EC20 được thiết kế dành riêng cho truyền động cửa thang máy, hoạt động theo phản hồi xung encoder với tính năng tự học độ rộng hành trình cửa. Thiết bị có chế độ tự động duy trì mômen giữ cửa đóng kín hoặc mở hết cỡ để chống rung lắc khi buồng thang chuyển động, đồng thời tích hợp thuật toán ngắt an toàn chống kẹp cửa khi phát hiện mômen cản vượt ngưỡng cài đặt.

5. Mục đích của quy luật điều khiển $U_1/f_1 = \text{const}$ khi thay đổi tốc độ động cơ là gì?

Theo công thức sức điện động stato $U_1 \approx E_1 = 4{,}44 \cdot w_1 \cdot f_1 \cdot \Phi$, từ thông stato $\Phi$ tỷ lệ thuận với tỷ số giữa điện áp và tần số. Khi điều chỉnh giảm tần số để giảm tốc độ mà vẫn giữ nguyên điện áp thì từ thông sẽ tăng mạnh gây bão hòa mạch từ, dẫn đến dòng điện khởi động rất lớn làm cháy động cơ; ngược lại nếu từ thông giảm thì mômen động cơ sẽ suy giảm nghiêm trọng. Do đó, phải giữ tỷ số $U_1/f_1 = \text{const}$ để duy trì từ thông định mức ổn định trong toàn bộ dải điều chỉnh.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống TBĐ – Tự động hóa cho thang máy 10 tầng” đã hoàn thành toàn diện việc khảo sát cơ sở lý thuyết, phân tích động học và tính toán trang bị điện cho hệ thống thang máy cáp kéo chở khách hiện đại. Bằng việc lựa chọn cấu hình điều khiển kết hợp giữa thiết bị khả trình PLC, biến tần vector Mitsubishi FR-A740-11K, biến tần cửa chuyên dụng EC20 và động cơ Mitsubishi FYJ180 ($5{,}5\text{ kW}$), nghiên cứu đã đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về gia tốc, tính êm dịu và độ chính xác dừng tầng cho công trình 10 tầng. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, đóng vai trò như một bản thiết kế mẫu hữu ích cho công tác học tập, nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa tòa nhà.