Trong khuôn khổ đồ án thiết kế môn học Trang bị điện – điện tử, em được thầy giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình giao cho đề tài “trang bị điên,truyền động điệncơ cấu di chuyển giàn cầu trục QC
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2Đất nước ta đang bước vào thời kỳ quan trọng trong việc phát triển kinh
tế, việc giao thương với các nước trên thế giới thông qua con đường biển hết sức quan trọng, đặc biệt là thời gian giải phóng, bốc xếp vận chuyển container lên xuống trên tàu sẽ quyết định tới năng suất và hiệu quả của một cảng, quyết định tới sự phát triển kinh tế của đất nước
Ngày nay, với sự phát triển công nghệ khoa học kỹ thuật như vũ báo Rất nhiều công nghệ tiên tiến, vượt trội đã được áp dụng để cải tiến, nâng cấp trang thiết bị nhằm mục tiêu nâng cao hiệu suất và hiệu quả làm việc, giảm giá thành sản phẩm đồng thời giảm số lượng nhân công lao động đáng kể Nhiều trang thiết bị xếp dỡ hàng hóa được cải tiến, trong số đó phải kể tới những cỗ máy xếp
dỡ container khổng lồ là cầu trục QC
Kalmar là một hãng sản xuất cầu trục lớn nổi tiếng của Thụy Điển Trong khuôn khổ đồ án thiết kế môn học Trang bị điện – điện tử, em được thầy giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình giao cho đề tài “trang bị điên,truyền động điệncơ cấu
di chuyển giàn cầu trục QC của hãng Kalmar”
Được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình, cùng với sự tìm hiểu của bản thân, em đã hoàn thành đề tài được giao, đảm bảo những yêu cầu chung về đọc hiểu bản vẽ trang bị điện – điện tử nói chung và trang bị điện – điện tử cầu trục nói riêng
Tuy đã cố gắng nhiều nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậyem mong các thầy cô tiếp tục giúp đỡ em nhiều hơn nữa để đồ án em được hoàn thiện
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 3CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG
KALMAR
1.1 Giới thiệu về cầu trục QC của hãng Kalmar
a. Sơ bộ về cầu trục QC
Hình 1.1 Cầu trục QC nâng chuyển container của hãng KALMAR
Cầu trục giàn QC xếp dỡ container của hãng Kalmar là cầu trục cổng có công son liên kết bản lề chuyển động trên đường ray, xe con di chuyển bằng cáp kéo, sử dụng nguồn ba pha Cầu trục QC của hãng Kalmar là thiết bị hiện đại nhất phục vụ xếp dỡ container lên xuống tàu được cảng Container Xanh Vip-Vip Green Port đầu tư và trang bị ngay khi thành lập
Cầu trục QC là một hệ truyền động có khả năng di chuyển bằng cơ cấu di chuyển dàn
Nguồn điện được dẫn qua cáp điện trên một tang quấn được quay bởi động
cơ tang quấn cáp Cầu trục được sử dụng cho việc vận chuyển container bằng
Trang 4một khung speader có khả năng co duỗi Khung speader được giữ trên dầm chính của một cầu trục, hệ thống điện của khung được liên kết với xe con
Cầu trục QC có một cấu trúc dầm với hai phần chính: phần đất liền và dầm treo phía mặt sông Dầm phía sông có khả năng nâng lên cao và hạ xuống thấp nhờ một hệ truyền đông đặt bên trong buồng máy của cơ cấu nâng hạ boom
Ở góc phía chân của cầu trục có một thang máy và cầu thang bộ
Đường chạy của xe con nằm ở phía dưới của dầm cầu trục Nguồn cấp cho
xe con được dẫn qua hệ thống mang cáp điện Bộ giữ tải của xe con treo trên các giá di chuyển xe con chứa các ròng rọc hệ thống cáp tải của cơ cấu nâng hạ hàng
Cabin điều khiển được treo trên một hệ thống, giá treo cabin là một bộ phận với cơ cấu di chuyển xe con kết nối với bộ giữ cáp tải của xe con Hướng quan sát của người lái ngồi trong cabin là về phía sông bên trên khung speader
Hệ truyền động cơ cấu nâng hạ hàng được đặt trong buồng máy của cơ cấu Trước cửa buồng máy của cơ cấu nâng hạ boom và nâng hạ hàng có hai cần cẩu nhỏ phục vụ cho việc sửa chữa bảo dưỡng, bằng các cần trục sửa chữa này tải có thể được hạ từ trên dầm cầu trục xuống tới mặt đất
b Các thông số cơ bản của cầu trục QC của hãng KALMAR
Loại cần cẩu: Feeder-server
Đặc tính: Cẩu container có khả năng nâng hạ cần
Năm sản xuất……… 2010
Năm lắp ráp và vận hành……… 2015
Trọng lượng của cầu trục……… 520 tấn
Sức nâng định mức:
Trang 5Khi dùng khung nâng………50 tấn
Khi dùng dầm nâng ……… 65 tấn
Kích thước cầu trục
Bề rộng giàn cầu……….20m
Bề rộng xe con……….4m
Quãng đường di chuyển xe con……… 69m
Chiều dài làm việc phía bờ sông………35m
Chiều dài làm việc phía đất liền……….16m
Độ rộng hai chân cẩu……… 20m
Tổng chiều cao cẩu (khi nâng công son)… 71m
Nguồn cấp……… nguồn 3pha, 22kV, 50Hz Khung Spearder:
Chiều cao giới hạn khi nâng hàng……27m
Chiều cao giới hạn khi hạ hàng………-12m
Nhiệt độ môi trường ……….-25 -40 C
Số bánh xe: 6 bánh/1 cụm chân
Số cụm chân: 4 cụm
Kích thước tủ điện(E-HOUSE)
Chiều rộng của tủ……….2,7m
Chiều dài của tủ………7,26m
Chiều cao của tủ ……… 2,2m
Trang 6Các vị trí bộ phận của cầu trục QC của hãng Kalmar
Hình 1.2-a Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar
Hình 1.2-b Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar
Trang 71.2 Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC
Cầu trục QC sử dụng thiết bị logic khả trình SIMATIC S7 là hệ thống điều khiển chính Bộ xử lý trung tâm được đặt trong tủ +EF91 trong container điện
Nó giao tiếp với các cơ cấu điều khiển khác qua modul vào ra phân tán ET200, với bộ chuyển đổi tần số và hệ thống điều khiển cầu trục qua hệ thống Bus
trường PROFIBUS-DP
Thiết bị logic khả lập trình S7 với bộ xử lý trung tâm S7-317-2DP được sử dụng để điều khiển tất cả các động cơ truyền động Trung tâm điều khiển được nối với thiết bị điều khiển riêng lẻ và thiết bị điều khiển chính qua thiết bị vào ra phân tán ET200
Bàn điều khiển cho các cơ cấu
Bộ phận điều khiển bao gồm 2 bàn điều khiển chính Trên đó bao gồm : 2tay trang phía hai bên ghế ngồi của người điều khiển, các nút bấm, đèn báo phía sau tay trang điều khiển
Tay trang điều khiển dùng các encorder thông qua bộ giải mã từ độ dịch chuyển của tay điều khiển sang tín hiệu nhị phân 8bit phục vụ cho điều chỉnh tốc
độ của có cấu tương ứng với 256 cấp tốc độ cho mỗi chiều chuyển động vì vậy việc điều chỉnh tốc độ là rất láng
1.3. Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC hãng Kalmar
Mạch động lực hệ thống cấp nguồn cho cầu trục QC thể hiên trên các bản
vẽ phân phối cấp nguồn cho hệ thống cầu trục QC của hãng Kalmar
Nguồn điện cao áp 22kV 50Hz được lấy từ đường dây cao áp cấp nguồn cho cảng đưa đến các trụ đấu dây của tang quấn cáp thông qua 4 cáp cấp nguồn
có đường kính 35mm dài 210m Hệ thống quấn cáp được trang bị động cơ dùng điện 230V có công suất 500W Từ đầu ra của tang quấn cáp các dây cáp điện được lấy và đưa lên cầu trục thông qua hệ thống dây cáp điện chiều dài 50m mỗi
Trang 8sợi cáp Nguồn này đưa đến bản vẽ số 2 cột 1 cấp nguồn vào các trụ đấu dây của
hệ thống chuyển mạch Trong hệ chuyển mạch thì 3 pha RST được mắc vào đó các đèn báo nguồn Hệ thống giám sát thiết bị chuyển động cũng được tích hợp ngay trên chuyển mạch này, sau hệ thống giám sát thiết bị chuyển động là các cầu chì cao áp bảo vệ ngắn mạch cho phép dòng chạy qua lên đến 200A, sau cầu chì lại là các đèn báo nguồn Khi đèn báo nguồn ở vị trí số 1 sáng mà tại dây không sáng thì chứng tỏ rằng hệ cầu chì đã bị hỏng Sau đó đưa ra trụ đấy dây
ra, các đầu cáp mắc vào đây đưa nguồn đến bản vẽ tiếp theo Ở bản vẽ số 3 này nguồn được đưa đến cuộn sơ cấp của trạm biến áp mắc tam giác Trạm biến áp này có công suất 1000kVA hạ điện áp từ 22kV xuống còn 400V để đi cấp nguồn cho các truyền động của cầu trục Hệ thống trạm biến áp này được nối mát cho
vỏ nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành
Đầu ra của cuộn thứ cấp máy biến áp được rẽ nhánh ra làm nhiều nhánh trên 1 trụ đấu dây để từ đây lấy nguồn đi cấp cho các động cơ,các thiết bị điều khiển phụ trợ, các thiết bị điện có trên cầu trục thông qua hệ thống cáp kết nối trực tiếp
từ biến áp
Trang 9CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ CẤU
DI CHUYỂN GIÀN CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG KALMAR
2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực truyền động cho cơ cấu di chuyển giàn cầu trục QC của hãng Kalmar
Cơ cấu di chuyển giàn cầu có tám động cơ truyền động Nguồn từ động cơ thứ nhất được cấp cho cả cơ cấu di chuyển dàn, tuy nhiên giữa nâng hạ hàng và di chuyển dàn chỉ một phần tử được phép hoạt động trong một thời gian
Toàn bộ phần trang bị điện chính của cơ cấu di chuyển giàn cầu trục nằm trong bản vẽ =10A11
- Bản vẽ =10.A 11
Nguồn điên được cấp từ bản vẽ 7.3/-1k2; 4.5/ -504; 4.6/ -505 Các nguồn này được cấp từ đường dây 22 kV,sau đó đươc hạ áp thành drive vontage 400 V
Từ nguồn cấp đươc chia thành 2 nhánh qua 2 cầu chì cao áp -1L11 và -1L12 Một nhánh cấp cho 4 đông cơ -2M1, -2M2, -3M3, -3M4, nhánh còn lại cấp nguồn cho 4 động cơ -2M5, -2M6 và -3M7, -3M8
Độngcơtruyềnđộng cơ -2M1, -2M2, -3M3, -3M4, -2M5, -2M6 và -3M7, -3M8
là độngcơ dịbộrotorlồngsócP=15kW,AC-Motor , các đông cơ này được bảo vệ
lần lươt bởi các Aptomat -2Q1, -2Q2, -3Q3, -3Q4, -2Q5, -2Q6, -3Q7, -3Q8 Encoder -6B1 dùng để đo tốc độ quay và chiều quay của động cơ truyền động chính Là loại Encoder 1024 xung
Encoder -6B2 là loại Encoder tuyệt đối có gốc 0 được gắn vào trục quấn dây cáp Với loại Encoder này, người ta sử dụng để đo tốc độ trục quay, chiều quay
và vị trí hiện tại của cơ cấu di chuyển giàn cầu
Trang 10-1L11, -1L12 đươc trình bày tại bản vẽ =51.+EF51.
Các Aptomat -2Q1, -2Q2, -3Q3, -3Q4, -2Q5, -2Q6, -3Q7, -3Q8 được trình bày tại bản vẽ =51.J+LSF1 và =52.J+WSF1
8 động cơ và Encoder -6B1 đươc trình bày lần lượt tại các bản vẽ =51.LSL,
=51.J+LSR, =52.J+WSL, =52.J+WSR
Bộ cắt điện trở phanh BRAKE dùng để đóng điện trở động lực vào phanh để làm giảm lực hãm lên trục quay Được biểu diễn trên 2 bản vẽ =10A (11& 12)
- Bản vẽ =10A12 :
Cấp nguồn từ bản vẽ 4.5/-504
Nguồn cấp được chia thành 2 nhánh Nhánh 1 qua tiếp điểm chính -15K2 của contactor –15K2 cấp nguồn cho 4 đông cơ phanh Brake
-2Y1,-2Y2,-3Y3,3Y4.Các động cơ phanh được bảo vệ bằng các Aptomat -1F1,-1F2 và -1F3, -1F4 Nhánh 2 qua Aptomat -2Q1 và tiếp điểm chính của công tắc tơ -15K3đóng cắt động cơ Strom Brake -1Y1
+EF23-1G12-A1 và +EF23-1G12-A1 là thiết bị đóng cắt điện trở động lực vào động cơ phanh được đặt ở vị trí EF23 trong buồng E-HOUSE
+EF23-GI1-1A1 và +EF23-GI1-1A2 là điện trở động lực
+EF51 là tủ điện trong buồng E-HOUSE tại vị trí này có hai tiếp điểm chính của hai công tắc tơ 21.M-1K1 và 51.M-1K2 sử dụng để đóng cắt nguồn từ module đến cơ cấu di chuyển dàn hoặc nâng hạ hàng
Các đông cơ Brake -2Y1, -2Y2, -3Y3, -3Y4 có điện áp định mức là 230V,động
cơ Strom Brake -1Y1 có điện áp định mức 400V
Toàn bộ phần tiếp điểm của Contactor và Aptomat được biểu diễn trong bản vẽ
=56 D+LSF1
Trang 11- Bản vẽ =10A13 :
Cấp nguồn từ bản vẽ 4.6/-505
Nguồn cấp được chia thành 2 nhánh Nhánh 1 qua tiếp điểm chính -15K2 của contactor – 15K2 cấp nguồn cho 4 đông cơ phanh Brake
-2Y5,-2Y6,-3Y7,3Y8.Các động cơ phanh được bảo vệ bằng các Aptomat -1F1,-1F2 và -1F3, -1F4 Nhánh 2 qua Aptomat -2Q1 và tiếp điểm chính của công tắc tơ -15K3đóng cắt động cơ Strom Brake -1Y1
+EF23-1G12-A1 và +EF23-1G12-A1 là thiết bị đóng cắt điện trở động lực vào động cơ phanh được đặt ở vị trí EF23 trong buồng E-HOUSE
+EF23-GI1-1A1 và +EF23-GI1-1A2 là điện trở động lực
+EF51 là tủ điện trong buồng E-HOUSE tại vị trí này có hai tiếp điểm chính của hai công tắc tơ 21.M-1K1 và 51.M-1K2 sử dụng để đóng cắt nguồn từ module đến cơ cấu di chuyển dàn hoặc nâng hạ hàng
Các đông cơ Brake -2Y5,-2Y6,-3Y7,3Y8 có điện áp định mức là 230V,động cơ Strom Brake -1Y1 có điện áp định mức 400V
Toàn bộ phần tiếp điểm của Contactor và Aptomat được biểu diễn trong bản vẽ
=57 D+WSF1
2.2 Nguyên lýhoạt động cơ cấu di chuyển giàn cầu trục QC của hãng
Kalmar
Việcvậnhànhmáynânghạgiàncầutrụcđượcthựchiệntạicabinphụ.Quátrìnhnân ghạdiễnratựđộngvớithời
giantốiđalà5phút.Ngườivậnhànhchỉcầnbấmnútcấptínhiệunâng,hạgiàn.Cơcấunân ghạgiàncóchếđộkhoáliênđộngvớicáccơcấukhác,dođóchỉđượcvậnhànhnânghạ giàn khicáccơcấu khácngừnglàmviệc,xecon đượcneogiữđúngnơiquiđịnh
Trang 12Biến tần S120 truyền thông với module giao tiếp của plc CU320-2 đồng thời đọc tốc độ từ encoder cơ cấu nâng hạ hàng (tương tự với cả hoist1 và
hoist2).Hai điện trở động lực đóng vai trò là thiết bị tiêu thụ năng lượng trong quá trình hãm động cơ Đầu ra nguồn điện của biến tấn sẽ được đóng cắt để đưa tới cơ cấu nâng hạ hoặc di chuyển dàn (chỉ hoist1 mới có ) qua hai tiếp điểm công tắc tơ +EF51-1K1 và +EF51-1K2 đặt tại E-House.Các thiết bị trên được đặt trong phòng điều khiển E-House +EH1, từ đây cáp cấp điện cho động cơ chính kéo tới phòng máy cơ cấu nâng hạ hàng +MH1 qua 6 cáp kèm với dây bảo
vệ đất PE
B037B= 0⇒côngtắctơBFANcóđiện⇒ABFAN =
1⇒cấpnguồnchoquạtlàmmátđộngcơchínhhoạtđộng.Trênbànđiềukhiển,đènbáo“ hạgiàncầu”sáng.Tốcđộnânggiànđượcđiềuchỉnhtựđộngsaochoquátrìnhgiatốc,giả mtốcxảyratrơnláng,khônggâyrarungđộngcơkhí.Thiếtbịmãhoávịtríđưavề
PLCtổhợptínhiệu13bitvàobộnghịchlưu,điềuchếđộrộngxungvàsốlượngxungmởc ácvanbándẫnsaochođiệnáp,tầnsốratuântheothuậttoántốiưunhấtđịnh.Khiđãhạxon
ggiàn,các ngắthànhtrình48.5,48A,5tácđộng⇒B0422 = 1,B0427 = 1,48A.2 =
1⇒rơleBELS1cóđiện⇒ tiếpđiểmaBELS2 = 1⇒B0049 = 1.
PLCnhậntínhiệuvào,xửlývàcấptínhiệuraB0046B,B0379,B0373,B037B= 0.Cácrơle,côngtắctơBMC1X,BB1,BB2,BFAN =0(mấtđiện).
BMC1X = 0⇒aBMC1X = 0⇒BCM1 = 0⇒ABCM1 =
0⇒ngắtnguồntớihaicuộnphanh
BBR1,BBR2tácđộngkẹpchặttrụcđộngcơ.Côngsondừnglạiởvịtrínằmngang,nhất nút14BScấp tínhiệukhoá bảnlềănkhớpcủacôngson.
2.3 Các bảo vệ cho cơ cấu di chuyển giàn cầu QC của hãng Kalmar
Bảo vệ quá tải nhiệt cho động cơ chính : cảm biến nhiệt -2M1-T1 là thiết bị phát hiện nhiệt độ động cơ quá mức cho phép sẽ đóng tiếp điểm đưa tới đầu vào PLC PLC sẽ xử lý hiển thị về sự cố này
Trang 13Báo lỗi về điện trở hãm : mỗi module điện trơ hãm đều có đầu ra fault từ
đó gửi tới PLC để hiển thị sự cố
Bảo vệ liên động : trong cùng một thời gian chỉ có cơ cấu nâng hạ hàng hoặc di chuyển giàn hoạt động
Bảo vệ áp suật của bơm phanh an toàn A1: cảm biến áp suất 5S1 sẽ phát hiện mức áp suất nếu thấp sẽ dừng cấp nguồn cho động cơ bơm
Bảo vệ quá tốc độ và di chuyển quá phạm vị cho phép: Encoder ABS -7B2 vừa có tác dụng đo tốc độ của trục cuốn cáp vừa đọc được vị trí của cơ cấu nâng hạ vì vậy có khả năng bảo vệ tốc độ và vị trí
Bảo vệ trọng tải : hai cân trọng lượng loadcell -8B10 và -8B11 đặt tại
+MH2 là cân điện tử đo tải trọng 0 – 35T từ đó phát hiện ra trọng lượng vượt ngưỡng cho phép
Bảo vệ chống xoáy: khi nâng hạ thường xảy ra hiện tượng xoáy container
vì vậy có những cơ cấu chống xoáy để hạn chết điều này
Trang 14CHƯƠNG 3: TRANG BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU DI
CHUYỂN GIÀN CẦU TRỤC QC KALMAR
3.1.Sơ đồ cấu trúc điều khiển của cơ cấu di chuyển giàn
Hai module biến tần và các cảm biến tốc độ của động cơ di chuyển giàn được kết nối tới module truyền thông CU320 với giao thức truyền thông CLiQ CU320 sẽ sử dụng giao thức PROFIBUS để kết nối đến PLC S7 317F-2 tham gia vào hệ thống mạng mà phần tử điều khiển tới động cơ là PLC
Hình 3.1: Kết nối giữa biến tần và module truyền thông CU320 qua CLiQ
Trang 15Hình 3.2: Kết nối PLC và module truyền thông CU320 qua PROFIBUS
Việc điều khiển cơ cấu di chuyển giàn sẽ được điều khiển bởi người vận hành máy trong cabin Trong cabin tại ghế ngồi vận hành, tại bảng điều khiển bên tay phải sẽ là thiết bị điều khiển hoạt động của cơ cấu nâng hạ Khi tai lái ở
vị trí 0, tiếp điểm sẽ đóng đưa tín hiệu 0 tới PLC, động cơ cơ cấu nâng hạ không hoạt động, đồng thời phanh sẽ được đóng giữ trục kéo hàng đứng yên Khi tác động vào tay cầm điều khiển lệch khỏi gốc 0, tín hiệu sẽ được truyền qua mạng truyền thông tới PLC, PLC truyền tín hiệu tới module giao tiếp với biến tần và điều khiển động cơ hoạt động theo tốc độ mong muốn của người vận hành