Hệ thống an toàn thang máy có những gì? Tìm hiểu chi tiết

Bộ điều khiển (Tủ điện) – Giám sát và ra lệnh tổng thể

• Tủ điện liên tục kiểm tra tình trạng của toàn bộ mạch an toàn (safety chain): cửa tầng, cửa cabin, công tắc giới hạn hành trình, tiếp điểm an toàn…
• Nếu bất kỳ tiếp điểm nào mở (do cửa chưa đóng kín, cabin vượt giới hạn…), tủ điện sẽ ngắt ngay lập tức nguồn động lực, kích hoạt phanh điện từ và dừng thang máy.
• Đây là lớp bảo vệ cơ bản nhất, hoạt động theo nguyên tắc fail-safe (mất tín hiệu = dừng khẩn cấp).

2. Phát hiện và xử lý vượt tốc (Overspeed Protection)

• Nhận tín hiệu từ bộ khống chế vượt tốc (Governor).
• Khi tốc độ cabin vượt quá 115% tốc độ định mức, tủ điện phối hợp kích hoạt thắng cơ (Safety Gear) để kẹp cabin vào ray dẫn hướng, ngăn rơi tự do hoặc chạy quá tốc.
• Một số tủ hiện đại còn có chức năng giám sát tốc độ điện tử bổ sung (Unintended Car Movement – UCM).

3. Bảo vệ quá tải (Overload Protection)

• Nhận tín hiệu từ cảm biến trọng lượng (load weighing device).
• Nếu tải trọng vượt quá mức cho phép, tủ điện sẽ không cho phép đóng cửa và khởi hành, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo (chuông + đèn) và hiển thị thông báo trên màn hình cabin.

4. Kiểm soát an toàn cửa (Door Safety Control)

• Giám sát photocell (rèm hồng ngoại) hoặc cảm biến cửa: nếu phát hiện vật cản, tủ điện sẽ dừng đóng cửa hoặc mở lại ngay lập tức.
• Kiểm tra switch an toàn cửa (door lock/contact) – chỉ cho phép thang máy chạy khi cửa đã khóa chắc chắn.
• Hỗ trợ chức năng pre-opening (mở cửa trước khi dừng tầng hoàn toàn) ở một số model cao cấp.

5. Cứu hộ khi mất điện (Automatic Rescue Device – ARD)

• Tủ điện tích hợp hoặc điều khiển bộ ARD (thường dùng ắc quy hoặc UPS).
• Khi mất điện đột ngột, ARD sẽ tự động đưa cabin về tầng gần nhất, mở cửa để hành khách thoát ra an toàn, đồng thời duy trì chiếu sáng và thông báo khẩn cấp bên trong cabin.

6. Dừng khẩn cấp (Emergency Stop)

• Khi nhấn nút Stop khẩn cấp trong cabin hoặc từ phòng máy, tủ điện ngắt toàn bộ nguồn điều khiển và kích hoạt phanh.
• Hỗ trợ chế độ Inspection (kiểm tra) và Fireman Service (chế độ chữa cháy) theo tiêu chuẩn.

7. Bảo vệ điện và động lực

• Bảo vệ quá tải, ngắn mạch, mất pha, sụt áp cho động cơ và hệ thống.
• Kiểm soát biến tần (Inverter) để điều chỉnh tốc độ mượt mà, giảm gia tốc/giảm tốc đột ngột, tránh cảm giác giật.
• Giám sát nhiệt độ động cơ, máy kéo và các thiết bị khác.

8. Các chức năng an toàn bổ sung khác

• Chế độ cứu hộ thủ công và ưu tiên cứu hộ (priority rescue).
• Giám sát buffer (giảm chấn) và công tắc cuối hành trình trên/dưới.
• Ghi nhớ và xử lý lỗi (fault diagnosis), hiển thị mã lỗi trên màn hình tủ điện để kỹ thuật viên dễ dàng xử lý.
• Kết nối với hệ thống giám sát từ xa (nếu có) để báo động sự cố kịp thời.

Lưu ý quan trọng

• Tất cả các chức năng an toàn trong tủ điện phải tuân thủ nguyên tắc đa lớp bảo vệ (redundancy): một lớp hỏng vẫn có lớp khác hoạt động.
• Tủ điện hiện đại thường dùng PLC hoặc microprocessor với chứng nhận an toàn (SIL 3 theo EN 81), giúp xử lý tín hiệu nhanh và đáng tin cậy hơn.

Máy kéo động cơ – Thực thi lệnh và dừng cơ khí bằng phanh

• Đây là phanh fail-safe (an toàn khi hỏng): Khi có điện, phanh được nhả ra (thang máy mới chạy được). Khi mất điện hoặc ngắt nguồn, lò xo tự động siết chặt phanh → dừng ngay lập tức máy kéo.
• Chức năng:
  • Giữ cabin đứng yên khi thang máy dừng ở tầng.
  • Dừng khẩn cấp khi có sự cố (mất điện, tín hiệu an toàn bị ngắt).
  • Phanh động cơ khi giảm tốc bình thường và khi dừng khẩn cấp.
• Phanh thường là loại đĩa đôi hoặc guốc phanh, có cảm biến giám sát tình trạng mòn má phanh và tiếp điểm an toàn (brake switch) để báo cho tủ điện biết phanh đã hoạt động đúng.

2. Bảo vệ quá tải và quá nhiệt động cơ

• Động cơ được trang bị thermal protector (cảm biến nhiệt) hoặc thermostat để phát hiện nhiệt độ quá cao.
• Khi động cơ quá nóng (do chạy liên tục, quá tải, hoặc hỏng quạt tản nhiệt), tủ điện sẽ ngắt nguồn và không cho phép khởi động lại cho đến khi nguội.
• Một số máy kéo hiện đại có encoder hoặc tachometer giám sát tốc độ quay thực tế của động cơ, phát hiện trượt hoặc mất đồng bộ.

3. Giám sát và bảo vệ vượt tốc từ phía máy kéo

• Máy kéo phối hợp chặt chẽ với bộ khống chế vượt tốc (Governor). Khi Governor phát hiện cabin vượt tốc (thường >115% tốc độ định mức), nó sẽ cắt nguồn động cơ và kích hoạt phanh máy kéo trước, sau đó mới kích hoạt thắng cơ (safety gear) nếu cần.
• Trong một số hệ thống hiện đại (gearless PM motor), động cơ có khả năng dynamic braking hoặc regenerative braking để kiểm soát tốc độ tốt hơn.

4. Bảo vệ điện và điều khiển biến tần

• Động cơ thường được cấp nguồn qua biến tần (Inverter) → giúp kiểm soát gia tốc/giảm tốc mượt mà, tránh giật đột ngột.
• Bảo vệ: quá áp, thiếu pha, ngắn mạch, mất pha, sụt áp.
• Giám sát dòng điện động cơ để phát hiện quá tải hoặc kẹt cơ khí.

5. Chức năng cứu hộ khi mất điện (liên kết với ARD)

• Khi mất điện, phanh máy kéo tự động siết chặt ngay lập tức (giữ cabin không rơi).
• Bộ cứu hộ tự động (ARD) sẽ sử dụng nguồn dự phòng (ắc quy) để nhả phanh máy kéo một cách kiểm soát, đưa cabin về tầng gần nhất với tốc độ chậm và an toàn, sau đó mở cửa.

6. Các chức năng an toàn bổ sung

• Encoder / Position sensor trên trục máy kéo: cung cấp tín hiệu vị trí và tốc độ chính xác cho tủ điện, giúp phát hiện cabin di chuyển không mong muốn (UCM – Unintended Car Movement).
• Thiết kế gearless không hộp số ngày nay rất phổ biến (động cơ nam châm vĩnh cửu PM): ít tiếng ồn, ít bảo trì, hiệu suất cao và an toàn hơn vì giảm số lượng bộ phận cơ khí.
• Công tắc giới hạn hành trình cơ khí (final limit switch) thường gắn gần máy kéo hoặc puli, cắt nguồn khi cabin vượt giới hạn trên/dưới.

Lưu ý quan trọng

• Toàn bộ máy kéo phải tuân thủ EN 81-20 / TCVN 6396-20 và EN 81-50 về tính toán, thử nghiệm và chứng nhận an toàn.
• Máy kéo hiện đại thường có chứng nhận CE hoặc tương đương, với mức an toàn SIL 2 hoặc cao hơn.

Hệ thống phanh

Các chức năng an toàn chính:

• Giữ cabin đứng yên khi dừng tầng bình thường: Khi thang máy dừng, phanh tự động siết chặt để cabin không trôi.
• Dừng khẩn cấp khi mất điện hoặc mạch an toàn bị ngắt: Mất điện → lò xo tự động siết phanh ngay lập tức, ngăn cabin rơi tự do.
• Dừng thang máy khi có lệnh từ tủ điện: Trong trường hợp quá tải, cửa chưa đóng, hoặc bất kỳ lỗi an toàn nào.
• Hỗ trợ giảm tốc bình thường: Phối hợp với biến tần để dừng mượt mà, tránh giật.
• Bảo vệ UCM (Unintended Car Movement): Ngăn cabin di chuyển không mong muốn khi cửa đang mở (theo yêu cầu EN 81 hiện đại, nhiều hệ thống có phanh kép hoặc tự kiểm tra phanh).

Đặc điểm quan trọng:

• Thường là loại đĩa đôi (double disc brake) hoặc guốc phanh.
• Có tiếp điểm giám sát (brake switch) báo cho tủ điện biết phanh đã nhả/siết đúng.
• Hiện đại có chức năng tự kiểm tra phanh (brake self-test) để phát hiện mòn má phanh hoặc lỗi.

Các chức năng an toàn bổ sung:

• Phanh kép (Redundant Brake): Nhiều thang máy hiện đại trang bị 2 bộ phanh độc lập trên máy kéo để tăng độ tin cậy (nếu một bộ hỏng, bộ kia vẫn đủ lực dừng cabin với tải 125% định mức).
• Phanh cứu hộ khi mất điện (kết hợp ARD): Bộ cứu hộ tự động (ARD) sử dụng ắc quy để kiểm soát nhả phanh máy kéo, đưa cabin về tầng gần nhất với tốc độ chậm.
• Giám sát mòn phanh và tiếp điểm an toàn: Tủ điện liên tục kiểm tra, nếu phát hiện vấn đề sẽ không cho thang máy chạy.
• Phanh hướng lên (Upward Overspeed Protection): Bảo vệ khi cabin chạy lên quá tốc (do lỗi cân bằng hoặc hỏng máy kéo).

Lưu ý quan trọng về an toàn

• Toàn bộ hệ thống phải đạt chứng nhận an toàn theo EN 81-50 (thử nghiệm thành phần) và EN 81-20 (cài đặt).

Thắng cơ

(dừng khi vượt tốc nghiêm trọng)

Các chức năng an toàn chính:

• Dừng cabin khi vượt tốc nghiêm trọng: Khi tốc độ cabin vượt 115% ~ 140% tốc độ định mức (tùy hướng lên/xuống), bộ khống chế vượt tốc (Governor) sẽ kích hoạt → thắng cơ kẹp chặt hai má phanh vào ray dẫn hướng, làm cabin dừng dần dần mà không rơi tự do.
• Ngăn rơi tự do nếu đứt cáp hoặc mất kiểm soát hoàn toàn: Thắng cơ hoạt động độc lập, ngay cả khi máy kéo và phanh điện từ hỏng.

Phân biệt hai loại:

• • Instantaneous type (dừng tức thì): Dùng cho thang máy tốc độ thấp.
  • Progressive type (dừng dần): Dùng cho thang máy tốc độ cao, lực kẹp tăng dần để giảm chấn thương cho hành khách.

Nguyên lý hoạt động của thắng cơ:

Governor (bộ điều tốc) quay theo tốc độ cabin qua cáp governor. Khi vượt tốc → quả lắc ly tâm bay ra → kéo cơ cấu kích hoạt → thắng cơ siết ray.

Bộ điều tốc (Governor)

1. Giám sát và phát hiện vượt tốc (Overspeed Detection)
   • Governor luôn quay đồng tốc với cabin nhờ cáp governor nối với cabin (hoặc đối trọng).
   • Khi tốc độ cabin vượt quá 115% tốc độ định mức (thường 110% ~ 115% cho tiếp điểm điện, và 115% ~ 140% cho kích hoạt cơ khí, tùy hướng lên/xuống và tốc độ thang máy), lực ly tâm làm các quả lắc (flyweights) bay ra → kích hoạt cơ cấu ngàm khóa.
   • Governor có hai ngưỡng tốc độ:
     • Ngưỡng thấp hơn: Kích hoạt tiếp điểm điện (overspeed switch) → cắt mạch an toàn, ngắt nguồn máy kéo và siết phanh điện từ.
     • Ngưỡng cao hơn: Kích hoạt cơ khí → siết chặt cáp governor, kéo cơ cấu thắng cơ.
2. Kích hoạt Thắng cơ (Safety Gear) – Lớp bảo vệ cơ khí cuối cùng
   • Khi governor khóa cáp governor, nó kéo cần kích hoạt trên cabin → thắng cơ (safety gear) kẹp chặt hai má phanh vào ray dẫn hướng.
   • Cabin sẽ dừng dần (kiểu progressive) hoặc dừng tức thì (instantaneous) tùy loại, ngăn chặn rơi tự do ngay cả khi đứt toàn bộ cáp tải hoặc máy kéo mất kiểm soát.
   • Đây là chức năng cốt lõi và độc lập nhất của Governor.
3. Bảo vệ vượt tốc cả hai hướng (Upward & Downward Overspeed)
   • Governor hiện đại thường là loại bidirectional (hai chiều): phát hiện vượt tốc khi cabin chạy lên quá nhanh hoặc rơi xuống quá nhanh.
   • Bảo vệ đặc biệt quan trọng khi cabin chạy lên (ascending overspeed) do lỗi cân bằng tải hoặc hỏng máy kéo.
4. Cắt mạch an toàn và phối hợp với hệ thống điện
   • Tiếp điểm điện của Governor kết nối trực tiếp vào mạch an toàn (safety circuit).
   • Khi vượt tốc, nó ngắt ngay lập tức nguồn động lực, kích hoạt phanh máy kéo trước khi thắng cơ hoạt động → giảm thiểu va chạm và mòn thiết bị.
5. Hỗ trợ bảo vệ di chuyển không mong muốn (Unintended Car Movement – UCM)

Một số Governor hiện đại (đặc biệt loại drop-jaw hoặc có encoder) có khả năng phát hiện cabin di chuyển dù chỉ vài cm khi cửa đang mở → kích hoạt phanh để ngăn tai nạn kẹt cửa.

Các chức năng bổ sung (tùy model)

• • Kết hợp với encoder để giám sát tốc độ điện tử chính xác hơn.
  • Hệ thống reset từ xa (remote reset) hoặc kích hoạt thử nghiệm từ xa.
  • Tiếp điểm giám sát tình trạng cáp governor (nếu cáp đứt, slack rope switch sẽ kích hoạt).

Nguyên lý hoạt động đơn giản

• Cabin di chuyển → cáp governor quay puli của Governor.
• Tốc độ càng cao → lực ly tâm càng lớn → quả lắc bay ra → chốt cơ khí kích hoạt → khóa puli → kéo cáp governor → kích hoạt thắng cơ trên cabin.

Bộ giảm chấn (buffer giảm xóc)

• Khi cabin chạm vào buffer với tốc độ cao (trong tình huống rơi tự do hoặc vượt hành trình), bộ giảm chấn biến năng lượng động học thành nhiệt hoặc năng lượng đàn hồi, làm giảm tốc độ cabin dần dần.
• Giới hạn gia tốc giảm tốc trung bình ≤ 1g (khoảng 9,81 m/s²) và gia tốc đỉnh không vượt quá 2,5g trong thời gian rất ngắn (theo EN 81), tránh gây chấn thương nghiêm trọng cho hành khách.

Dừng cabin an toàn ở cuối hành trình dưới (Bottom Terminal Stopping)

• Ngăn cabin đâm thẳng vào đáy hố thang (Pit), bảo vệ sàn cabin, khung cabin, ray dẫn hướng và kết cấu tòa nhà khỏi bị phá hủy.
• Có buffer riêng cho cabin và cho đối trọng (counterweight buffer) để tránh va chạm giữa chúng.

Hai loại chính và chức năng tương ứng:

• Giảm chấn lò xo (Spring Buffer / Energy Accumulation Type):
  • Dùng cho thang máy tốc độ thấp (thường dưới 1 m/s hoặc 1,6 m/s tùy tiêu chuẩn).
  • Hấp thụ năng lượng bằng cách nén lò xo (và thường có đệm cao su).
  • Sau khi nén, lò xo đẩy cabin bật lên một ít (rebound) → phù hợp tốc độ thấp vì lực phản hồi không quá mạnh.
• Giảm chấn thủy lực (Oil Buffer / Hydraulic Buffer / Energy Dissipation Type):
  • Dùng cho thang máy tốc độ trung bình và cao (từ 1 m/s trở lên, phổ biến nhất hiện nay).
  • Dầu thủy lực chảy qua van hẹp, biến năng lượng thành nhiệt → tiêu tán năng lượng gần như hoàn toàn, ít bật ngược.
  • Hành trình (stroke) dài hơn, giảm tốc mượt mà và an toàn hơn cho tốc độ cao.
  • Tự động hồi vị (self-return) khi cabin được nâng lên.
• Một số loại polyurethane hoặc kết hợp lò xo + dầu cũng được sử dụng.

Bảo vệ khi vượt hành trình lên (Top Overtravel)

Thường có buffer hoặc cơ cấu giảm chấn ở đầu giếng thang (headroom) cho cabin và đối trọng, ngăn đâm vào trần giếng thang.

Hỗ trợ tính toán và an toàn đa lớp

• Buffer được tính toán dựa trên tốc độ va chạm tối đa (có thể đạt khi rơi tự do từ vị trí đứng yên hoặc do gia tốc tự nhiên).
• Phải chịu được tải trọng tĩnh lớn (thường 2,5 đến 4 lần tải định mức + khối lượng cabin).
• Kết hợp với công tắc giới hạn hành trình cuối cùng (final limit switch): công tắc này cắt nguồn điện trước khi cabin chạm buffer.

=>Giảm nguy cơ trẻ tự ý sử dụng thang, đảm bảo an toàn tuyệt đối.

=> Giảm hỏng vặt – tăng độ tin cậy – tối ưu chi phí bảo trì.

Giọng nói tích hợp trấn an hành khách bên trong cabin.

Kết nối IOT: Theo thông số kỹ thuật dòng thang máy cáp dẹt GMEIII của Xiolift, hệ thống giám sát này được tích hợp qua mạng IOT, gửi thông tin trực tiếp về trung tâm điều khiển hoặc điện thoại của gia chủ, giúp ngăn ngừa sự cố trước khi chúng xảy ra.

Tối ưu chi phí bảo trì: Thay vì thay cáp theo cảm tính, hệ thống giúp bạn biết chính xác thời điểm cần can thiệp kỹ thuật, tránh lãng phí.