Báo cáo đồ án môn học TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÁC MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Báo cáo đồ án môn học TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÁC MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP................................................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÁC MÁY

ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Mã học phần: 13318-13353 Học kỳ: 1 – Năm học: 2023 – 2024

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CẦN CẦU KONE XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CƠ

CẤU NÂNG HẠ HÀNG

SINH VIÊN : MSV :

LỚP :

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn:

HẢI PHÒNG, 12/2023 MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 Khái quát tổng quan về cần trục KONE 4

1.1 Giới thiệu chung về cần trục KONE 4

1.2 Truyền động cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 6

1.2.1 Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng 6

1.2.2 Chức năng các phần tử trong sơ đồ 7

1.2.3 Các bảo vệ trong cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 9

CHƯƠNG 2 Sơ đồ điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 11

2.1 Phân tích ưu nhược điểm cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 11

2.1.1 Nguyên lý hoạt động cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 11

2.1.2 Ưu, nhược điểm của cơ cấu nâng hạ hàng của cần trục 14

2.2 Đề xuất phương án cải tiến 15

2.2.1 Đưa ra các phương án cải tiến 15

2.2.2 Chọn phương pháp cải tiến hợp lý 18

CHƯƠNG 3 Chương trình điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 19

3.1 Chương trình điều khiển trên PLC 19

3.1.1 Mạch động lực theo phương án lựa chọn 19

3.1.2 Chương trình điều khiển 19

3.2 Mô phỏng kết quả 27

3.2.1 Mô phỏng phía nâng hàng: 27

3.2.2 Mô phỏng phía hạ hàng: 31

3.2.3 Mô phỏng trên Wincc 36

3.2.4 Đánh giá kết quả 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cần cẩu KONE 4

Hình 1.2 Cấu trúc truyền động điện cần trục KONE 5

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 7 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 8 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 9 Y Hình 2.1 Hệ truyền động biến tần – động cơ 16

Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển sử dụng PLC - Contactor 17

Hình 3.1 Cấu hình trạm PLC 19

Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển 20

Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối với PLC 21

Hình 3.4 Sơ đồ đấu nối relay trung gian 21

LỜI NÓI ĐẦU

Khi xem xét đánh giá nền kinh tế của một nước, người ta nhìn vào sự pháttriển khoa học của nước đó Những năm đầu đất nước mới thống nhất công cuộcxây dựng đất nước gặp không những khó khăn vì hầu hết các thiết bị máy mócđều cũ kĩ lạc hậu song lại chiếm một số lượng đáng kể Những năm tiếp theo khiđất nước mở cửa các thiết bị máy móc hầu hết được nhập ngoại dưới hình thứcchuyển giao công nghệ và kỹ thuật Do đó hiện nay đang phát huy năng lực tốtnhất trong nền kinh tế vì nó được trang bị đồng bộ tiên tiến, có nhiều ứng dụngthành quả của kỹ thuật tin học và kỹ thuật điện tử …

Mặt khác nước ta có chiều dài ven biển rất lớn nên có nhiều cảng biểncảng sông và có các nhà máy đóng tàu, sửa chữa tàu.Vì vậy khi nói đến thiết bịmáy móc không thể không nhắc đến thiết bị nâng chuyển mà tiêu biểu là cần trụcchân đế Gắn liền với sự phát triển đất nước, cần trục chân đế có sự phát triểnngày càng hoàn thiện hơn về thiết bị điều khiển và kỹ thuật điều khiển Cần cẩurất đa dạng về chủng loại nhiều loại được sản xuất tại Nga, Đức, Phần Lan, NhậtBản …

Việc tự động hoá cần trục-cầu trục được coi là vấn đề quan trọng nhằmnâng cao năng suất làm việc của chúng Để có thể tiến hành tự động hoá đượccần trục-cầu trục ta phải nắm bắt được kết cấu cũng như nguyên lý từng cơ cấucủa nó

Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc với đề tài:“Nghiên cứu kháiquát về cần cẩu KONE Xây dựng chương trình điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng”

do cô Trần Thị Phương Thảo hướng dẫn em đã hoàn thành thiết kế môn học

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện do vốn kiến thức còn hạn chế, thờigian thực hiện không nhiều nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Emrất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn! HẢI PHÒNG, ngày 8 tháng 12 năm

2023

CHƯƠNG 1 Khái quát tổng quan về cần trục KONE

1.1 Giới thiệu chung về cần trục KONE

Khái quát chung về cần trục

Cần trục chân đế KONE được hãng CRANES của Phần Lan thiết kế Cầntrục này có đặc tính điều chỉnh tốc độ thích hợp cho việc bốc xếp hàng hóa tạicảng biển và nâng chuyển trong công nghiệp lắp máy cho ngành đóng và sửachữa tàu biển

Hình 1.1 Cần cẩu KONE

• Cần trục KONE có các cơ cấu chính là:

 Cơ cấu nâng hạ hàng

 Cơ cấu nâng hạ cần

 Cơ cấu quay mâm

 Cơ cấu di chuyển chân đế

• Về cấu trúc cơ khí cần cẩu KONE gồm có :

Tháp cần trục làm bằng thép cấu trúc trên tháp cẩu thằng đứng có gắn taycần trục, buồng đặt điều khiển, cabin điều khiển

Tay cần của cần trục cấu tạo bằng những thanh thép được ghép thành dầmứng lực một đầu gắn thành khớp với tháp cấu, một đầu được treo bằng cáp thôngqua hệ thống ròng rọc và có thể quay

Cabin điều khiển là buồng điều khiển tập trung của cần trục, trong đótrang bị những tay điều khiển để điều khiển các cơ cấu

• Thông số kỹ thuật cơ bản

- Sức nâng từ 8÷25 tấn

- Tầm với từ 24÷38m

- Chiều cao nâng hàng với tải là:

+ 25 tấn chiều cao là 45 +9m

- Chiều rộng của đường ray 10,5m.

- Chiều dài tâm bánh xe trước đến tâm bánh xe sau là 5,4m

- Chiều cao đỉnh tháp 37,3m

-Chiều cao đỉnh cần 45m

-Nguồn điện 3 pha điện áp Uđm = 380V, f = 50Hz

Cơ cấu truyền động chính của cần trục

Trên cần trục Kone có bốn cơ cấu truyền động chính là:

1 Truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng

2 Truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần

3 Truyền động cho cơ cấu quay mâm

4 Truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế

Thường các hệ thống truyền động cho các cơ cấu 1, 2, 3 của cần trục đượcxây dựng hoàn toàn giống nhau và chỉ khác nhau về phạm vi công suất truyềnđộng Công suất cơ cấu 1 lớn hơn 2, 3 còn cơ cấu 4 thường xây dựng đơn giảnhơn cơ cấu 1, 2, 3 Các hệ thống này được thực hiện bằng các hệ truyền độngđiện và hoặc thủy lực

Cấu trúc động lực của hệ truyền động điện cần trục KONE được biểu diễnnhư sau:

4 Phụ tải động điều chỉnh tốc độ của hệ thống

5 Cơ cấu thực hiện có thể là trống tời cho cơ cấu nâng hạ hàng hoặc nâng

hạ cần

6 Phanh an toàn

Đặc điểm cơ bản của hệ thống dạng hình 1.2 ở chỗ cơ cấu hãm điều chỉnhtốc độ 4 có thể điều chỉnh được mômen hãm theo yêu cầu và kết hợp với đặc tínhcủa động cơ điện để cho ra đặc tính của hệ thống thoả mãn được công nghệ, sửdụng động cơ truyền động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Ưu điểm của hệ thống hình 1.2 là đặc tính điều chỉnh tốt, láng, có thể điềuchỉnh sâu cả hai phía nâng – hạ, quay trái – phải Nhược điểm là hệ thống điềukhiển thường phức tạp và là hệ kín, giá thành tổng thể cao, hiệu suất vùng điềuchỉnh sâu thấp

Cần chú ý rằng: Các phanh hãm dừng điện từ 2 và cơ cấu phanh an toàn 6của hệ thống trên hình 1.2 phải có độ an toàn tuyệt đối đối với cần cẩu khi hoạtđộng

Khi có sửa chữa thay thế các phần tử trên toàn bộ trục truyền động chínhnhất thiết phải khoá phanh an toàn 6 một cách chắc chắn để tránh gây mất antoàn nghiêm trọng

1.2 Truyền động cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

1.2.1 Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng

Động cơ dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng là động cơ không đồng bộ rotordây quấn loại M25MATS3 có thông số kĩ thuật như sau:

 Dòng điện roto:I2 = 125A

 Điện trở roto:R2 = 0,029 Ω/20oC

 Phanh điện thủy lực Ks1

1.2.2 Chức năng các phần tử trong sơ đồ

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

As1 là phanh điện thủy lực

Ac1,Ac2 là tiếp điểm các công tắc tơ đảo chiều

Ac41 ÷ Ac45 là các tiếp điểm của công tắc tơ điều khiển điện trở phụmạch rotor của động cơ truyền động chính

Am5: Phanh điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ hàng, mô men hãm củaphanh Am5 được điều khiển bởi khối KA481 bằng cách thay đổi dòng điện cấpcho cuộn dây stator của phanh Am5

Ac7 tiếp điểm cấp nguồn cho phanh As1 là phanh hãm dừng cho cơ cấu

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

Ac1, Ac2: Cuộn hút công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ

Ac41 ÷ Ac45: Cuộn hút công tắc tơ điều khiển điều trở phụ cấp cho mạchroto động cơ

Ad1, Ad2, Ad3, Ad63: Cuộn hút của các role trung gian

Ad43 ÷ Ad45: Role thời gian khống chế đóng ngắt điện trở trong mạchroto động cơ

Ac7: Cuộn hút công tắc tơ cấp nguồn cho phanh hãm dừng

Bộ điều khiển dòng KA 481 bao gồm: Các cuộn hút làm việc của khuếchđại từ A1E1, A2E2, cuộn điều khiển A5E5, cuộn phản hồi tốc độ gián tiếp bằngđiện áp rôt động cơ A3E3

Pb12: công tắc hành trình bảo vệ quá tầm với

1.2.3 Các bảo vệ trong cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

- Bảo vệ quá tầm với

Khi trọng tải lớn hơn 15T mà tầm với lớn hơn 24m thì công tắc hành trình

sẽ tác động ngắt điện phía nâng hàng

Động cơ M1 được đặt các nhiệt điện trở âm trong các pha của cuộn dâystator Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ cho phép các điện trở nhiệt này sẽtác động ngắt mạch cấp nguồn điều khiển.

CHƯƠNG 2 Sơ đồ điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

Trong giới hạn nghiên cứu của thiết kế môn học với đề tài “Nguyên cứutổng qua về cần trục KONE, và phân tích ưu nhược điểm của cơ cấu nâng hạhàng của cần trục” vì thế ở chương này chỉ trình bày đến cơ cấu nâng hạ hàngcần trục KONE

2.1 Phân tích ưu nhược điểm cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

2.1.1 Nguyên lý hoạt động cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

a Chuẩn bị đưa hệ thống vào làm việc

Tiến hành cung cấp nguồn điện động lực cho các cơ cấu của cần trục đượctiến hành như sau:

- Đưa tất cả các tay điều khiển của các cơ cấu về vị trí “0” lúc này có:Ab3 = 1 Bb3 = 1 Pb3 = 1 Rb3 = 1 Kb3 = 1

+ Đóng aptomat Oa4 và Oa5 về vị trí ON, lúc này Oa4 = 1, Oa5 = 1.+ Ấn nút khởi động Ob4

Ob4 = 1 cấp điện cho role trung gian Od1, Od1 = 1 làm cho Od1 (15) = 1Nguồn điện được đưa tới công tắc tơ chính Oc1 = 1 đóng các tiếp điểmcủa nó như: Oc1 (3) =1, Oc1 (7) = 1

Đèn Oh1 sáng, báo hiệu công tắc tơ Oc1 đã đóng mạch cấp điện đến các

cơ cấu của cần trục

Muốn cho hệ thống cần trục hoạt động thực hiện như sau:

+ Ấn nút Stop (Ob3), công tắc chính Oc1 = 0 đèn báo Oh1 tắt khi côngtắc chính mất điện

+ Ngắt cầu dao Oa2 để đảm bảo an toàn cho mạch động lức cũng nhưmạch điều khiển của các cơ cấu, nhưng mạch điện cho chiếu sang và sấy vẫnhoạt động

+ Ngắt cầu dao Oa1 để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống

b Tiến hành điều khiển hệ thống nâng hạ hàng

Khi đưa tay điều khiển Ab3 về vị trí số “0” các role trung gian và thờigian

Ad43 = 1 Ad44 = 1 Ad45 = 1 do đó các tiếp điểm của chúng:Ad43 (15) =1Ad44 (15) =1Ad45 (15) =1

Cấp điện cho mạch điều khiển

Ad62 = 1 , Ad63 (15) = 1 làm cho Ad63 = 1

Ad63 (17) = 1 sẵn sang cấp điện cho Ad1

Ad63 (16) = 1 duy trì mạch điện cho Ad63

Ad63 (4/10) = 1 sẵn sang cấp điện cho Pc1

Ad63 (3/10) = 1 sẵn sàng cấp điện cho Bc1

 Tốc độ 1 phía nâng

- Khi đưa tay điều khiển Ab3 về vị trí “1” phía nâng Ab3 = 1 ta có:Ad1 = 1 làm cho Ad1 (10) =0.

Ad1 (30) = 1 cấp nguồn điện cho Ad61

Ad1 (17) = 1 làm cho Ac1 = 1 dẫn đến

Ac1 (16) = 1 duy trì mạch điện cho mạch điều khiển

Ac1 (25) = 1 làm cho Ac7 = 1 cấp điện cho phanh thủy lực, giải phóngtrục động cơ

Ac1 (3) =1 cấp nguồn điện 3 pha cho stato của dộng cơ Am1

Mạch roto Ab3 = 1 làm cho Ac41 = 1

Ac41 (17) = 1 sẵn sàng cấp điện cho Ac1 và Ad1

Ac41 (1) = 1 nối sao điện trở phụ, toàn bộ điện trở phụ U1U5;V1V5;W1W5 đưa vào mạch rotor, như vậy động cơ làm việc với toàn bộ điện trở phụ

Bộ Au5 điều chỉnh dòng cho cuộn dây stato của phanh điều chỉnh tốc độcủa hệ thống Am5

Ab3 = 1 loại điện trở phụ r53 ra khỏi cuộn dây điều khiển A5E5, do vậydòng điện đặt vào cuộn dây A5E5 được tăng lên Đồng thời làm cho Ad61 (8) =

0 loại điện trở r59 ra khỏi mạch điều khiển của cuộn dây làm việc A1e1, A2E2

Do vậy mà dòng được đưa vào cuộn dây stato của phanh điều chỉnh tốc độ Am5được tăng lên dẫn đến momen hãm của phanh lớn, làm cho tốc độ động cơ giảmxuống đúng tốc độ đặt

 Tốc độ 2 phía nâng:

Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 2 phía nâng hàng Ab3 = 1 mạch điệnstato giống như vị trí số 1, mạch rotor cũng giống như vị trí số 1 Bộ điều chỉnhdòng cho phanh điều chỉnh tốc độ làm việc như sau:

Ab3 = 0 toàn bộ điện trở phụ r53 được đấu nối tiếp cuôn dây điêu khiểnA5E5 do vậy mà dòng điều khiển giảm, làm cho momen hãm của phanh giảmlàm cho tốc độ động cơ tăng lên

Bộ điều khiển tốc độ cho phanh Am5 có Od1 (17) = 0, Ac42 (8) = 0,Ad3(9)= 0, Ad1(10) = 0 do vậy dòng điện cấp cho phanh Am5 điều chỉnh tốc độbằng 0 Như vậy từ tốc độ 3 phía nâng phanh điều chỉnh không tham gia quátrình điều chỉnh tốc độ.Việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng cách thay đổiđiện trở phụ mạch rotor động cơ Am1

 Tốc độ 4 phía nâng hàng:

Khi đưa tay điêu khiển về vị trí số 4 phía nâng Ab3 = 1 Mạch điện cungcấp cho cuộn stator như vị trí số 3 phía nâng Mạch điều khiển điện trở phụ cóthêm:

`Ac43 = 1 làm cho Ac43 (28) = 0 dẫn đến Ad44 = 0 vì thế Ad44 (0) = 0.Sau khoảng thời gian duy trì 1,5(s) tiếp điểm Ad44 (25) = 1 sẵn sàng cấp điệncho Ad44 Đồng thời Ac43 (1) = 1 loại tiếp điện trở phụ U2U3;V2V3; W2W3 rakhỏi mạch rotor tốc độ động cơ tăng lên

Sau khoảng thời gian role thời gian khống chế 1,5(s) thì: Ad44 (15) = 1làm cho Ac44 = 1 và Ac44 (29) = 0 ngắt mạch Ad45 = 0 Ad44 (15) = 0 sau thờigian 1,5(s) tiếp điểm của Ad45 (26) = 1 sẵn sàng cấp điện cho Ac45 Đồng thờikhi có Ac44 (1) = 1 loại tiếp điện trở phụ U3U4; V3V4; W3W4 ra khỏi mạchrotor tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên

Sau khoảng thời gian duy trì 1,5(s) thì Ad45 (26) = 1 làm cho Ac45 = 1dẫn đến Ac45 (1) = 1, loại tiếp điện trở phụ U4U5; V4V5; W4W5 ra khỏi mạchrotor tốc độ động cơ lớn nhất ở chế độ nâng

 Tốc độ 1 phía hạ:

Khi đưa tay điều khiển Ab3 về vị trí số 1 phía hạ hàng Ab3 = 1, mạch điệncung cấp cho role dòng Ad5 = 1 dẫn đến Ad5 (9) = 1 làm cho Ad2 = 1 dẫn đếnAd2(10) = 1 ngắt mạch Ad1(10) Đồng thời Ad2(31) = 1 cấp điện cho Ad61 = 1,Ad2(12) = 1 do đó Ad2(19) = 1 làm cho Ac2 = 1 làm cho Ac2(17) = 1 duy trìmạch cấp nguồn điều khiển cho cơ cấu phía hạ và bảo vệ liên động do Ac2(17) =

0 ngắt mạch không cho Ad1 hoạt động Đồng thời Ac2(26) = 1 cấp cho Ac7 = 1cấp nguồn cho mạch phanh thủy lực As1 giải phóng trục động cơ, Ac2(1) = 1 cấpnguồn cho động cơ Am1 theo chiều hạ

Mạch rotor 2 pha điện trở phụ V0W0 được nối với nhau nhằm mục đíchlàm cho mạch rotor không đối xứng để tạo ra tốc độ chậm

Bộ điều khiển dòng cho phanh điều chỉnh tốc độ phía hạ hoạt động nhưsau: Tay điều khiển Ab3 = 1 loại điện trở r53 ra khỏi cuộn dây điều khiển nêndòng qua cuộn dây A5E5 lớn đến dòng cấp cho phanh điều chỉnh Am5 lớn nênmomen hãm hệ thống hạ hàng lớn làm hệ tốc hoạt động ở tốc độ chậm

 Tốc độ 2 phía hạ hàng:

Khi đưa tay điêu khiển về vị trí số 2 phía hạ hàng Ab3 = 1 Mạch điệncung cấp cho stator, rotor giống vị trí số 1 Bộ Au5 điều chỉnh dòng cho phanhAm5 hoạt động như sau: Ab3 = 1, loại trừ 2/3 điện trở phụ r53 ra khỏi mạch cuộndây điều khiển do đó dòng điện qua cuộn điêu khiển A5E5 giảm dẫn đến dòngcấp cho phanh Am5 giảm nên momen hãm giảm, tốc độ 2 tăng lên

 Tốc độ 3 phía hạ hàng:

Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 3 phía hạ hàng Mạch điện cung cấpcho stator, mạch rotor của động cơ cũng giống vị trí số 2 Bộ điều khiển dòngAu5 hoạt động như sau: Ab3 = 0 vì vậy toàn bộ điện trở r53 được đấu nối tiếpvới cuộn điêu khiển A5E5, dẫn đến dòng qua cuộn điều khiển giảm làm chomomen hãm của phanh giảm dẫn đến tốc độ hạ của động cơ lại tăng lên

 Tốc độ 4 phía hạ hàng:

Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 4 phía hạ hàng, Ac41(1) = 1 nối saođiện trở phụ V0V1,W0W1 và U1 mạch rotor đối xứng, mặt khác AB3 = 1,Ad3(18) = 1 duy trì cấp nguồn cho mạch điều khiển và Ad3(22) = 1 làm choAc42 = 1 dẫn đến Ac32(24) = 1 sẵn sàng cấp điện cho Ac43 Tiếp điểmAc42(20) = 1 duy trì cho Ac42 đồng thời Ac42(1) = 1 ngắt thêm điện trở phụU1U2; V1V2; W1W2 ở mạch rotor

Tiếp điểm Ac42(27) = 0 làm cho Ad43 = 0, thời gian duy trì của Ad43 là2(s) thì Ad43(24) = 1 dẫn đến Ac43 = 1, tiếp điểm Ac43(25) = 1 duy trì mạchđiện cho Ac43 và Ac43(1) = 1 loại tiếp điện trở phụ U2U3; V2V3; W2W3 ởmạch rotor, tốc độ tiếp tục tăng lên

Bộ điều khiển Au5 điều chỉnh dòng bị loại ra khỏi hệ thống Tiếp điểmAc43(28) = 0, làm cho Ad44 = 0, sau thời gian duy trì 1,5(s) Ad44(25) = 1 làmcho Ac44(1) = 1 loại tiếp điện trở phụ U3U4; V3V4; W3W4 ra khỏi mạch rotorlàm cho tốc độ hạ lại tăng lên

Tiếp điểm Ac44(29) = 0 làm cho Ad435 = 0, thời gian duy trì 1,5(s) thìAd45(26) = 1 dẫn đến Ac45 = 1 khi đó Ac45(1) = 1 loại tiếp điện trở phụ U4U5;V4V5; W4W5 ở mạch rotor, tốc độ đạt tốc độ lớn nhất

2.1.2 Ưu, nhược điểm của cơ cấu nâng hạ hàng của cần trục

a) Ưu điểm

- Do cấu tạo được chế tạo sẵn không thay đổi được nên các cấp tốc độ nânghàng và hạ hàng được định sẵn vì thế người vận hành chỉ cần thay đổi vịtrí tay điều khiển là có thể định được các cấp tốc độ mong muốn màkhông cần điều khiển nhiều

- Mạch điều khiển được xây dựng dựa trên các phần tử cơ bản như:contacto,role thời gian, các loại cảm biến… không yêu cầu cao về côngnghệ

- Động cơ sử dụng trong mạch động lực là động cơ xoay chiều không đồng

bộ rotor lồng sóc là loại động cơ có: đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ, dễ chếtạo, dễ sử dụng, có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu vềcách điện và có thể làm việc ở cả môi trường có hoạt tính cao và trongnước, có momen khởi động lớn khi khởi động bằng điện trở phụ

- Tốc độ 1, 2 phía nâng và tốc độ 1, 2, 3 phía hạ hàng của cần trục có đượcđặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, đáp ứng được yêu cầu nâng hạ với độ ổnđịnh tốc độ với mọi loại tải

b) Nhược điểm

- Do mạch điều khiển sử dụng congtacto, role … khi đó để đạt được yêucầu điều khiển thì phải sử dụng khá nhiều thiết bị, điều đó dẫn đến mạchđiều khiển trông sẽ phức tạp

- Các thiết bị như Contacto, role khi chuyển trạng thái làm việc sẽ sinh ra

hồ quang đặc biệt là công tắc tơ đóng cắt để cấp điện cho động cơ làmviệc và phanh

- Do sử dụng các congtacto, role, điện trở hạn dòng vì thế các cấp tốc độcủa cơ cấu nâng hạ khi thay đổi sẽ nhảy bậc,không được láng mịn Điềunày dẫn đến khi thay đổi từ cấp tốc độ này sang cấp tốc độ khác động cơ

sẽ giật

- Trong mạch điều khiển sử dụng khá nhiều phần tử trung gian như: roletrung gian, role thời gian và các tiếp điểm liên động của các role, dẫn đến

độ tin cậy khi làm việc không được cao

2.2 Đề xuất phương án cải tiến

2.2.1 Đưa ra các phương án cải tiến

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quảtính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cảyêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra Lựa chọn phương ántruyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hayxoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộbiến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Sau đây sẽ trình bày một số vấn đề đặt ra khi lựa chọn giải pháp truyềnđộng điện cho cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE

 Hệ truyền động điều chỉnh điện áp động cơ

cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh

- Đánh giá về phạm vi ứng dụng:

Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const khônglàm thay đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở rotor tốc độđộng cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo giảm công suất điện từ của động

cơ, tài liệu [2, trang58] như sau:

Pđt=(m2’.I2’.R2’)/s

Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trởphụ đưa vào mạch rotor nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽmâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động.Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâutốc độ, thì công suất điện từ càng nhỏ.

Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điềukhiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp Hiện nay, nó thường ứng dụnglàm bộ khởi động mềm (softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động cócấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lướitiêu thụ chung Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởiđộng êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động

cơ công suất lớn khởi động

Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với cácphụ tải có mômen là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm)

Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi(Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh Vì vậy, việc xem xét phương ántruyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền độngcủa cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE là không có ý nghĩa, điều đó có nghĩa làphương án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này

 Điều khiển hệ thống sử dụng PLC và dùng bộ biến tần cấp cho động cơ

- Hệ truyền động biến tần – động cơ

Hình 2.1 Hệ truyền động biến tần – động cơ

Trong hệ truyền động điện dạng này thường sử dụng máy phát xung(pulse generator) để phản hồi tốc độ, phục vụ cho việc điều khiển tốc độ động cơbằng biến tần PWM, theo tài liệu [3, trang 31] có được sơ đồ nguyên lý của hệthống truyền động điện được trình bày trên các hình 2.1

Tay điều khiển nối liên động với trục Encoder tạo ra các tín hiệu dạng sốđiều khiển giá trị tốc độ quay của động cơ Encoder cấp tín hiệu 8 bite tốc độ +2bite chiều cho bộ mã hoá đưa tín hiệu điện đến các đầu vào (DI) của hệ thốngđiều khiển PLC (Programmable Logic Controler) Các tín hiệu 8 bite mã hoá tốc

độ đặt gồm có 256 trạng thái (tín hiệu số) được chuyển thành analog có giá trị từ

0 đến 10 VDC để điều khiển biến tần Ta đảo chiều động cơ bằng cách đảo phagiữa các đầu ra của biến tần quyết định điện áp U1, tần số ở đầu ra R1,S1,T1

Trên trục động cơ được nối với một máy phát xung (P/G) là cảm biến tốc

độ thường có 3 đầu vào tín hiệu, số lượng xung của cảm biến (2000 - 6800 xung/vòng) và có 2 đầu nguồn điện cấp cho (P/G)

Khi các đầu vào (D/I) thoả mãn mọi điều kiện theo chương trình điềukhiển cài đặt sẵn trong CPU thì phần mền điều khiển PLC cho phép cấp các tínhiệu ở đầu ra (D/O) Các thông tin đo, kiểm tra và bảo vệ được đưa vào các (D/I)các tín hiệu được lưu giữ, biến đổi CPU của PLC được nối với máy tính côngnghiệp để thông báo các chế độ công tác hoặc lỗi của hệ thống

áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động

 Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lýtưởng và tốc độ trượt tới hạn, cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độkhông tảicũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phéptổn thất điều chỉnh nhỏ nhất

 Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm

ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suấtphức tạp, nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các

bộ biến đổi trang bị cho các phương pháp điều chỉnh khác

Tín hiệu các cảm biến

Các contactor động lực

Động cơ, phanh

Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển sử dụng PLC - Contactor

Trong hệ truyền động điện này thay thế các role trung gian, role thời gianbằng cách lập trình cho PLC để thực hiện được các yêu cầu như sử dụng các roletrung gian, role thời gian để tạo mạch điều khiển logic thông thường Các tínhiệu từ phần tử có chức năng bảo vệ cần trục được gửi về các đầu vào số củaPLC, đồng thời kết hợp với tín hiệu lệnh từ tay điều khiển mà PLC có thể xuất ra

các tín hiệu ở đầu ra số Các tín hiệu ra này được sử dụng để điều khiển đóng, cắtđiện cấp cho các contactor động lực, từ đó các động cơ, phanh thực hiện đúngcông nghệ đặt ra.

 Đánh giá và phạm vi ứng dụng

Cấu trúc loại này về thiết bị cũng tương đối rẻ, về cách điều khiển cũngtương đối đơn giản và tương đối linh hoạt: khi muốn thay đổi cách điều khiển chỉcần viết lại chương trình cho PLC chứ không cần thay đổi thiết bị Khi hoạt động

về phía PLC sẽ hoạt động tin cậy hơn việc sử dụng các thiết bị logic đóng cắt,không gây tiếng ồn vì mọi hoạt động đều xảy ra trong chương trình, còn các thiết

bị logic khi hoạt động sẽ đóng mở sẽ phát ra tiếng động Về mặt hoạt đông lâudài khi sử dụng PLC thay cho mạch điều sẽ tiết kiệm hơn vì một số lí do sau:

 Các cần trục làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại và hoạt động liên tục khi đócác thiết bị đóng cắt sẽ nhanh hỏng điều đó có nghĩa là phải thay thế, cònPLC hoạt động dựa trên chương trình được lập trình và xuất tín hiệu cuốicùng ra cơ cấu chấp hành

 Để các thiết bị đóng cắt hoạt động thì phải cần cũng cấp năng lượng chochúng, nếu thiết bị càng nhiều thì càng tốn, còn PLC chỉ cần cấp nguồnnuôi là đủ cho dù chương trình có nhiều đi chăng nữa

2.2.2 Chọn phương pháp cải tiến hợp lý

Ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phương pháptruyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE và đã đi đến kết luận là chỉ

có hai phương án là phù hợp với yêu cầu truyền động cho cơ cấu di chuyển chân

đế cần trục KONE, đó là:

- Phương án truyền động điện sử dụng PLC – Contactor

- Phương án truyền động bằng phương pháp biến tần sử dụng động cơ rotolồng sóc

Về phương án truyền động bằng phương pháp biến tần sử dụng động cơroto lồng sóc có ưu điểm hơn phương án truyền động điện sử dụng PLC –Contactor, nhưng thế thì phải cải tiến lại toàn bộ hệ thống, xét về mặt kinh tế thìrất là tốn kém hơn so với phương án thứ 2 Vì phương án thứ 2 chỉ cần thay thếmạch điều khiển bằng PLC còn về phía mạch động lực vẫn giữ nguyên, còn vềchất lượng điều chỉnh cũng tương đối tốt đáp ứng được các yêu cầu bốc xếp hànghóa, vận chuyển

Vì thế trong thiết kế môn học phương án cải tiến được lựa chọn là phương

án truyền động điện sử dụng PLC – Contactor Về vấn đề chương trình điềukhiển để thay thế cho mạch điều khiển hiện tại sẽ được đề cập ở chương tiếp theosau đây

CHƯƠNG 3 Chương trình điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục KONE 3.1 Chương trình điều khiển trên PLC

3.1.1 Mạch động lực theo phương án lựa chọn

Mạch điện cải tiến được trình bày như bản vẽ.Trong đó các cảm biến đượcđặt tại các vị trí kiểm tra trên đối tượng điều khiển

Tay điều khiển được trình bày trên bản vẽ N03 Trong đó 2 IC CIP-8E vàCIP-8D là 2 IC giải mã tín hiệu của tay điều khiển đã được mã hóa thông quaEncodor 8bit, theo tài liệu [5, trang 4]

Mạch trung gian được trình bày trên bản vẽ N04

3.1.2 Chương trình điều khiển