đồ án điều khiển động cơ đồ án cẩu giàn hãng abb

Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive - Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn - Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ - Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông

-oOo -

ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN

1. Nội dung đề tài : Cẩu giàn

Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạvà chạy ngang, tải M = 10 tấn, vận tốc 0.5 m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang

Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive

- Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn

- Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ

- Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu chạy ngang có bảo vệ hành trình hai đầu không cho thiết bị chạy quá hành trình

- Điều khiển cẩu bằng hộp nút ấn cầm theo có nút ấn tự nhả: nút đi lên, nút đi xuống, nút qua phải, nút qua trái, nút dừng khẩn cấp

- Biến tần dùng của hãng :ABB

2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN :

 Cấu tạo của cổng trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển xe cầu

3.Đặc điểm chọn động cơ , biến tần.

- Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.

- Đặc trưng của chế độ ngắn hạn lặp lại là thời gian đóng mạch tương đối

Trong đó: t lv là tổng thời gian các giai đoạn làm việc

T là thời gian chu kỳ, T = t lv + t ngh

Biểu đồ phụ tải

-Về biến tần chon biến tần theo tải ở chế độ làm việc ngắn hạn

-Yêu cầu momen quá tải lớn

-Dòng khởi động đạt tới hơn 150% định mức trong 1 phút

- Nếu động cơ không khởi động được, hoặc

dòng khởi động > 150% quá 1 phút, biến

tần sẽ “trip”

-Biến tần điều khiển vector

4 SƠ ĐỒ GIẢI PHÁP

TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG :

1 CƠ CẤU NÂNG HẠ :

1.1 Tính toán :

Tính toán phụ tải tĩnh:

Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:

Chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cẩu trục

Tỉ số truyền của động cơ

- Momen nâng có tải :

- Công suất nâng có tải :

Tính toán hệ số tiếp điện phụ tải:

- Chiều cao nâng : H = 10 m

- Vận tốc nâng : v = 0,5m/s

- Thời gian nâng vật : t =

- Nếu coi thời gian của 4 giai đoạn : nâng có tải,hạ có tải ,nâng không tải và

hạ không tải là như nhau

=>Tổng thời gian làm việc :t =4t =20*4=80(s)

- Chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang :L=8m

- Vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang :v=1m/s

 Thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc

- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%

- Hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương

ứng với chế độ làm việc nặng : =40%(do nhà sx chếtạo)

Tính toán công suất động cơ :

Tính toán ra công suất của động cơ +15% quá tải =87,5 kW

Vận tốc của tang cuốn : ta có : i =

Momen của cơ cấu phanh

Với k=2 do động cơ làm việc ở chế độ nặng

Dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:

 Động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)

 Động cơ có công suất :87,5 (kw)

 Tỉ số truyền của động cơ :47,1

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 31,85 (v/p)

 Momen phanh :707,72 Nm

1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ:

o Yêu cầu:

• chọn công suất P>P Tính toán

• tỉ số truyền i<i tính toán



Thông số về phanh của động cơ (Catalog trang 868)

2. CƠ CẤU CHẠY NGANG :

k =1,2 :hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray (1,2-1,5)

rct = 0.02 :bán kính cổ trục

 F= 8.10-4.0,02+5.10-4)1,2 = 9716,68(N)

 Momen động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động

=

=0,85 :hiệu suất cơ cấu

- Công suất động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :



Dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:

 Động cơ có công suất : 11,43 KW

 Tỉ số truyền của động cơ :10,2

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 146,98 (v/p)

2.2 Chọn động cơ :

• Yêu cầu:

o chọn công suất P>P Tính toán

o Tỉ số truyền i<i tính toán

o Tốc độ đầu ra n>n tính

=> Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số

và phanh hãm có mã hiệu FZ.108B-LA160ZLP4E loại 2KJ1305 - 7JT13 - 77E1

Có catalog kèm theo trang 303, 926

- Dòng điện định mức : 28 A

- Hệ số công suất : 0.86

• Thông số về kích thước của động cơ ( trang 386 )

 Thông số về phanh của động cơ ( trang 868,881)

Dựa vào size của động cơ để ta chọn

1 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ NẦNG HẠ :

• Các loại biến tần của hãng ABB và ứng dụng cơ bản từng loại:

- ACS 150: ứng dụng đơn giản: máy đóng gói, băng tải, cửa tự động, bơm,

quạt

- ACS 310: chuyên dùng cho bơm quạt, có chương trình điều khiển PID thông minh

- ACS 350: chế tạo máy dệt, máy in, chế biến thực phẩm, cao su, gỗ, băng tải

- ACS 355: thích hợp cho chế tạo máy

- ACS 550: các loại tải momen không đổi hoặc momen thay đổi: băng tải, bơm, quạt

- ACS 800: dòng biến tần cao cấp: máy li tâm, máy ép đùn, máy dệt, cẩu trục,

điều khiển kéo theo

1.1 CHỌN BIẾN TẦN:

Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:

• Biến tần chuyên dùng cho thiết bị nâng hạ

• Biến tần có công suất 90 KW

• Biến tần điều khiển vector

Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần ACS 800 của hãng ABB mã số có công suất

90 kW

Các thông số của ACS800-01-0100-3.

( có kèm theo catalog trang 14 )

1.2 CHỌN ĐIỆN TRỞ HÃM, PHANH HÃM THEO HƯỚNG DẪN TRONG CATALOG CỦA BIẾN TẦN

 Phanh hãm và điện trở hãm chọn theo hướng dẫn của biến tần acs800.pdf (trang 34 )

Kích thước :

 SINE FILTER ( BỘ LỌC SÓNG HÀI )

Yêu cầu:dùng lọc nhiễu và sóng hài cho biến tần.

Bộ lọc SINE FILTER được chọn theo hướng dẫn trong catalog của biến tần hãng ABB trang 39

Thông số kỹ thuật :

 Chọn AC reactor : Được sử dụng để cải thiện hệ số công suất đầu vào của

nguồn cung cấp năng lượng cho biến tần

• Chọn AC reactor để giảm nhiễu cho biến tần và dòng điện của nó phải lớn hơn dòng vào của biến tần ( A)

thuộc loại PFL-2200S của hãng TOSHIBA

• Vậy ta chọn AC reactor thuộc loại PFL-2200S của hãng

• Chọn MCCB ( thay cho cầu chì ) : Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh khi có

sự cố ngắn mạch,quá tải và sụt áp mạch điện

- Dựa vào hướng dẫn của catalog của biến tần en_acs800_01.pdf trang 104

- Dòng điện định mức của cầu chì là 200A, nhóm dùng MCCB thay cho cầu

chì Nên ta chọn :A2N- 1SDA066784R1 (theo catalog MCCB của ABB trang 4 )

- Các thông số kĩ thuật của MCCB:

• Dòng định mức: 200A

• Khả năng chịu dòng: 36kA

- Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,5 Idm =249A

=> Chọn contactor của ABB loại A 145-30-11 (theo catalog trang 4)

 Các thông số kĩ thuật của contactor:

• Thuộc loại A 145-30-11,có 3 poles.

• Dòng điện định mức : 250A

• Điện áp 380-400V.

• Chọn cáp cho cơ cấu nâng hạ.

- Dựa vào dòng định mức của biến tần là Idm =166A

- Dựa vào hướng dẫn của catalog biến tần en_acs800_01.pdf ( trang 108 )

-Ta chọn được cáp điện 95mm2 của hãng CADIVI loại 3 lõi

- có catalog CXV 0,6-1KV CADIVI.pdf kèm theo trang 4

2 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ CHẠY NGANG

1.1 CHỌN BIẾN TẦN:

Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:

• Biến tần chuyên dùng cho thiết bị nâng hạ

• Biến tần có công suất 15 KW

• Biến tần điều khiển vector

Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần ACS 800 của hãng ABB mã số 0020-3 có công suất 15 kW ( theo catalog trang 14 )

ACS800-01-2.2 CHỌN ĐIỆN TRỞ HÃM, PHANH HÃM THEO HƯỚNG DẪN TRONG CATALOG CỦA BIẾN TẦN

 Phanh hãm và điện trở hãm chọn theo hướng dẫn catalog biến tần acs800.pdf (trang 34 )

Kích thước :

 SINE FILTER ( BỘ LỌC SÓNG HÀI )

Yêu cầu:dùng lọc nhiễu và sóng hài cho biến tần.

Bộ lọc SINE FILTER được chọn theo hướng dẫn trong catalog của biến tần hãng ABB trang 39

Thông số kỹ thuật :

 Chọn AC reactor : Được sử dụng để cải thiện hệ số công suất đầu vào của

nguồn cung cấp năng lượng cho biến tần

• Chọn AC reactor để giảm nhiễu cho biến tần và dòng điện của nó phải lớn hơn dòng vào của biến tần ( A)

thuộc loại PFL-2050 của hãng TOSHIBA

• Vậy ta chọn AC reactor thuộc loại PFL-2050 của hãng

- Dòng điện định mức của cầu chì là 40A, nhóm dùng MCCB thay cho cầu chì

Vậy ta chọn MCCB của ABB loại 3 cực A1N-1SDA066725R1 ( theo catalog trang 4 )

- Các thông số kĩ thuật của MCCB:

- Vì sử dụng biến tần để điều khiển động cơ nên chọn loại contactor dùng cho tải AC1, có dòng định mức lớn hơn dòng điện lớn nhất vào biến tần.

- Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.3- 1.5 )

- Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,5 Idm=51A

=> Chọn contactor của ABB loại A 30-30-10 (theo catalog trang 4 )

 Các thông số kĩ thuật của contactor:

• Thuộc loại A 30-30-10, có 3 poles

• Dòng điện định mức : 55A

• Điện áp 380-400V

• Chọn cáp cho cơ cấu chạy ngang.

- Chọn theo dòng định mức của biến tần là Iđm=34A

- Dựa vào hướng dẫn của catalog biến tần en_acs800_01.pdf ( trang 108 )

-Ta chọn được cáp điện 10mm2 CADIVI 3 lõi

- có catalog CXV 0,6-1KV CADIVI.pdf kèm theo trang 4

 CHỌN CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH

Ta chọn công tắc hành trình của ABB ( catalog trang 14 )

 Bộ nguồn dc cấp cho phanh của động cơ.

• SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI CỦA BIẾN TẦN

3 THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN

a MCB

yêu cầu: - Loại 2 cực có dòng nhỏ để bảo vệ cho mạch điều khiển

 Nên ta chọn MCB của hãng ABB (catalogue

b Chọn role ( catalog trang 33 )

 Loại RY4S-UL-AC220 của hãng IDEC(của Nhật Bản)

 Dòng điện Imax = 5A

 Điện áp đầu vào 220V

 Rơ le loại 4 cực

 Chọn đế cho rơle(thuộc hãng IDEC loại SY4S-05D ) ( catalog

trang 47 )

c Chọn cáp cho mạch điều khiển:

Yêu cầu: -cáp 1 lõi.

-Có tiết diện nhỏ

• Chọn cáp loại 1 mm2 (thuộc hãng CADIVI loại 1 lõi có cách điện,

CXV-1 (1x7/0.42)-0.6/1kV)

yêu cầu: - Loại nút nhấn tự nhả

- Nút nhấn có tiếp điểm thường mở

 Như vậy ta chọn loại nút nhấn 1NO loại nút nhấn đầu lồi CP3-10L-10

Có catalog của hãng ABB kèm theo ( trang 6 )

 Nút nhấn dừng khẩn cấp : Loại nút có tiếp điểm thường đóng

Yêu cầu:

- Đủ không gian các thiết bị đã chọn.

- Phù hợp cho các hãng thiết bị: Schneider, ABB, Siemens, Mitsubishi,…Vậy ta chọn tủ điện của Công ty Trường Giang( Electric company) , mã hàng: TG800-42ways

Hình : Trích catalogue “TG DB Catalogue-Eng-Vn.pdf” trang 5

- Tiêu chuẩn : IEC 61439-1

- Phù hợp cho các hãng thiết bị: Schneider, ABB, Siemens, Mitsubishi,…

- điện áp hoạt động : 1 - 3 pha, 220/380 VAC

IV.MẠCH ĐỘNG LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

1.Sơ đồ mạch

a.Mạch động lực (file autocad kèm theo)

Biến tần Điều khiển, bảo vệ động cơ

AC REACTOR Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễuKM1,KM2 (contactor) Đóng ngắt điện vào biến tần

b.Mạch điều khiển (file autocad kèm theo)

MCB Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải lúc

đó MCB ngắt mạch điều khiển ra khỏi lướiCuộn hút của contactor

Đèn báo Báo hiệu các trạng thái của hệ thống

2.Thuyết minh mạch động lực, mạch điều khiển.

a.Mạch điều khiển ( có bản vẽ autocad đính kèm )

- Mạch được cấp nguồn là 220V AC

- Đóng các MCCB bên mạch động lực và MCB bên mạch điều khiển

• Khi nhấn nút P ON thì có nguồn chạy qua cuộn hút KM1, KM2,khi đóKM1 sẽ đóng để duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển.Đồng thời cáctiếp điểm KM1,KM2 bên mạch động lực cũng đóng lại và cấp nguồncho biến tần sẵn sàng hoạt động.Lúc này đèn Đ1 sáng báo hệ thống đãsẵn sàng hoạt động

• Khi nhấn nút NÂNG thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K1 khi đó các tiếpđiểm thường mở của K1 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K1

( đầu vào DI1) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động

cơ nâng tải lên và đồng thời đèn Đ2 cũng sáng để báo chế độ nângtải.Đồng thời lúc đó K1 (đầu vào DI5) cũng đóng để đưa tín hiệu mởphanh.Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle RO1 đóng tiếpđiểm RO21-RO23 khi đó thắng được mở ra để động cơ nâng tải lên.Khilên đến giới hạn thì gặp LS1 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS1 mở ralàm mất nguồn cho cuộn K1.Khi đóng tất cả tiếp điểm thường đóng K1

sẽ mở.Khi đó K1 (đầu vào DI5) mở ra đưa tín hiệu đóng phanh, biếntần sẽ xử lý đưa tín hiệu cho RO1 đóng tiếp điểm RO21-RO22 lúc nàyphanh mất điện nên bóp lại để giữ tải

• Khi nhấn nút HẠ thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K2 khi đó các tiếpđiểm thường mở của K2 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K2( đầu vào DI2) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động

cơ hạ tải xuống và đồng thời đèn Đ3 cũng sáng để báo chế độ hạtải.Đồng thời lúc đó K2 (đầu vào DI6) cũng đóng để đưa tín hiệu mởphanh.Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle RO1 đóng tiếpđiểm RO21-RO23 khi đó thắng được mở ra để động cơ hạ tải.Khi lênđến giới hạn thì gặp LS2 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS2 mở ra làmmất nguồn cho cuộn K2.Khi đóng tất cả tiếp điểm thường đóng K2 sẽmở.Khi đó K2 (đầu vào DI6) mở ra đưa tín hiệu đóng phanh, biến tần

sẽ xử lý đưa tín hiệu cho RO1 đóng tiếp điểm RO21-RO22 lúc nàyphanh mất điện nên bóp lại để giữ tải

• Khi nhấn nút TRÁI thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K3 khi đó các tiếpđiểm thường mở của K3 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K3( đầu vào DI1) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động

cơ chạy trái và đồng thời đèn Đ4 cũng sáng để báo chế độ chạy sangtrái.Đồng thời lúc đó K3 (đầu vào DI5) cũng đóng để đưa tín hiệu mở

phanh.Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle RO1 đóng tiếpđiểm RO21-RO23 khi đó thắng được mở ra để động cơ chạy quatrái.Khi lên đến giới hạn thì gặp LS3 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS3

mở ra làm mất nguồn cho cuộn K3.Khi đóng tất cả tiếp điểm thườngđóng K3 sẽ mở.Khi đó K3 (đầu vào DI5) mở ra đưa tín hiệu đóngphanh, biến tần sẽ xử lý đưa tín hiệu cho RO1 đóng tiếp điểm RO21-RO22 lúc này phanh mất điện nên bóp lại không cho động cơ chạy tiếp

• Khi nhấn nút PHẢI thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K4 khi đó các tiếpđiểm thường mở của K4 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K4( đầu vào DI2) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động

cơ chạy sang phảivà đồng thời đèn Đ5 cũng sáng để báo chế độ chạysang phải.Đồng thời lúc đó K4 (đầu vào DI6) cũng đóng để đưa tín hiệu

mở phanh.Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle RO1 đóngtiếp điểm RO21-RO23 khi đó thắng được mở ra để động cơ chạy quaphải.Khi lên đến giới hạn thì gặp LS4 sẽ làm tiếp điểm thường đóngLS4 mở ra làm mất nguồn cho cuộn K4.Khi đóng tất cả tiếp điểmthường đóng K4 sẽ mở.Khi đó K4 (đầu vào DI6) mở ra đưa tín hiệuđóng phanh, biến tần sẽ xử lý đưa tín hiệu cho RO1 đóng tiếp điểmRO21-RO22 lúc này phanh mất điện nên bóp lại không cho động cơchạy tiếp

• Trường hợp động cơ đang nâng, hạ, qua trái ,phải mà ta muốn động cơdừng lại.khi đó ta bấm nút DỪNG,các rơle mất điện ,các tiếp điểm trả

• Khi có xuất hiện lỗi khi động cơ đang hoạt động (quá tải, thấpáp ) thì đưa tín hiệu đến biến tần lúc này tiếp điểm thường đóngRO11-RO12 sẽ mở ra và RO11-RO13 trong biến tần đónglại.Đồng thời bên mạch điều khiển tiếp điểm RO11-RO12 sẽ mởra.Lúc này đèn báo lỗi ERROR sẽ sáng để báo lỗi sự cố.Khi đócuộn hút KM1,KM2 mất điện và mở tiếp điểm chính KM1,KM2bên mạch động lực do đó biến tần và động cơ được cách ly khỏilưới điện

• Khi ngắn mạch xảy ra MCCB tác động cách ly biến tần và động cơ

ra khỏi lưới điện

• Chế độ bảo vệ của mạch điều khiển :Khi xảy ra hiện tượng quátải ,quá dòng,ngắn mạch điều khiển thì MCB sẽ tác động để bảovệ

• Mạch được thiết kế bảo vệ 0,khi hệ thống đang hoạt động mà độtngột mất điện,khi có điện lại thì hệ thống phải được khởi động lại

từ đầu chứ không tự động chạy tiếp

b1: cài đặt các thông số cơ bản

- Thời gian tăng tốc ACC

- Thời gian giảm tốc DEC

- Kích hoạt phanh

- Thời gian đóng phannh

- Thời gian mở phanh

- Momen giữ khi nhả phanh b3: cài đặt RELAY OUTPUT: tác động khi xảy ra sự cố