ĐỒ án điều KHIỂN LOGIC và TRUYỀN ĐỘNG điện

Ở nước ta mặc dù là một nước chỉ mới đang trong quá trình phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp d

m

A

B T,V2

Đề bài: NỘI DUNG

Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho hệ thống cầu trục có yêu cầu công

nghệ được mô tả như hình vẽ

A,B,C,D là các công tắc hành trình dạng xung Mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển có lập trình Logo Mạch lực sử dụng 2 bộ biến tần Hitachi và 2 động cơ không đồng bộ ba pha có

P đm = 7,5kW; U đm =380V; n đm = 1420v/p; Cosφ = 0,78; η đm = 0,82

T T

PHẦN THUYẾT MINH

1 Khái quát chung về công nghệ

2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực

3 Tính chọn các thiết bị liên quan

4 Thiết kế bản vẽ đấu nối, tính toán, cài đặt tham số cần thiết cho bộ biến tần, lập trình cho Logo

Contents

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ

tự động hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng xuất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động, của trang bị điện đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa.

Ở nước ta mặc dù là một nước chỉ mới đang trong quá trình phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hóa các quá trình sản xuất đã có những bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức.

Hai trong các môn học là kiến thức nền tảng cho các kĩ sư tự động hóa nó thực sự rất quan trọng trong việc học tập và ứng dụng vào thực tế đó là môn học

“điều khiển logic” và “môn truyền động điện”.Kiến thức nền tảng của hai môn học này khi được áp dụng vào thực tế sẽ rất rộng rãi và quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại bây giờ.Một trong các ứng dụng được áp dụng là hệ thống cầu trục nâng hạ các vật nặng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như vận chuyển hàng hóa ,đóng tàu và rất nhiều các hoạt động khác được

ứng dụng công nghệ này.Chúng e may mắn được thầy Nguyễn Đăng Toàn giao cho nhiệm vụ nghiên cứu cũng như hướng dẫn chúng e làm đề tài “nghiên cứu

và tìm hiểu hệ thống cầu trục nâng hạ sử dụng các bộ biến tần và plc để điều khiển” của môn học “đồ án điều khiển logic và truyền động điện”

Trong quá trình làm đồ án mặc dù đã được thầy giáo giúp đỡ rất chi tiết và tận tình.Tuy nhiên do chúng em còn ít kinh nghiệm cũng như chưa thực sự cẩn thận trong khi nghiên cứu nên đồ án môn học của chúng e còn nhiều thiếu sót.Mong thầy giáo và các bạn trong lớp đóng góp bổ sung và giúp đỡ chúng e

trong việc hoàn thành đồ án.Cảm ơn thầy giáo hướng dẫn “Nguyễn Đăng Toàn”

trong suôt thời gian qua đã tận tình chỉ dẫn và giúp chúng e hoàn thành đồ án này.Nhóm 20 xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ

1.1.1. khái niệm về cầu trục :

Cầu trục là một loại thiết bị đảm bảo các thao tác nâng-hạ-di chuyển hàng

hóa trong nhà xưởng Nó rất tiện dụng và có hiệu quả cao trong quá trình bốc xếp hàng hóa, với sức nâng từ 1 đến 500 tấn, vận hành chủ yếu bằng các động cơ điện nên được dùng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công nghiệp

1.1.2. cấu tạo cầu trục :

Cầu trục là tổ hợp của nhiều chi tết đơn lẻ, trọn bộ cấu thành lên Về hình dáng cầu trục giống dạng cầu có bánh xe lăn trên đường ray vì vậy cầu trục còn có tên nữa đó là cầu lăn Các chi tiết cụ thể của cầu trục

Dầm chính cầu trục(dầm chủ) được tổ hợp từ thép tấm hoặc thép hình cánnóng, về mặt cắt tiết diện thì dầm chính có dạng hộp hoặc I

Dầm chính cầu trục

- Dầm biên của cầu trục (dầm đầu) được tổ hợp từ thép có mặt cắt dạng hộp và tổ hợp bánh xe di chuyển, đầu đấm cao sau

Dầm biên cầu trục

- Palang nâng hạ treo hoặc ngồi trên dầm cầu trục (con lợn, tời nâng hạ):thiết bị được tổ hợp của nhiều chi tiết như động cơ điện, hộp số, phanh, tang quấn cáp, cáp tải, cụm di chuyển và các thiết bị điều khiển an toàn

Palang cáp điện dầm đơn 5 tấn

- Động cơ di chuyển cầu trục là động cơ điện liền hộp giảm tốc được tổ hợp bánh răng ở đầu ra của hộp số, động cơ di chuyển được liên kết với dầm biên của cầu trục thông qua mặt bích liên kết, mục đích tạo chuyển động cho bánh xe cẩu trục

Động cơ di chuyển cầu trục

- Điện cho cầu trục: Có điện ngang cho palang di chuyển dọc dầm và điện dọc cho cầu trục di chuyển trên ray

- Điện ngang cho palang: Máng C, con chạy treo cáp, trully dẫn hướng, cáp động lực và cáp điều khiển cho palang

Hệ điện ngang cầu trục

- Điện dọc cho cầu trục thường là ray điện an toàn 3P-50A, 75A, 100A tùy vào công suất động cơ tổng

Hệ điện dọc cầu trục

Ray di chuyển cầu trục: Ray P hoặc ray vuông

- Hỉnh tổng thể của cầu trục sau khi lắp đặt và đưa vào sử dụng

1.1.3. phân loại cầu trục :

 Phân loại theo công dụng

• Cầu trục có công dụng chung :chủ yếu dùng với móc treo

để xếp dỡ ,lắp ráp và sửa chữa máy móc

• Cầu trục chuyên dùng :được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

và có thể làm việc rất nặng

 Theo kết cấu dầm cầu :

• Cầu dầm đơn :dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ L hoặc dầm tổ hợp với các dầm thép tang cứng cho dầm ,cầu trục dầm thường dùng palang điện chạy dọc theo dầm chữ L nhờ cơ cấu di chuyển palang

• Cầu dầm kép : có các loại dầm hộp cà dầm giàn không gian

• Dẫn động tay hoặc dẫn động máy

 Theo cách mang tải

• Cầu trục móc

• Cầu trục gầu ngoặm

• Cầu trục nam châm điện

 Theo phương thức dẫn động của cơ cấu nâng

• Cầu trục dẫn động bằng tay

• Cầu trục nam châm điện bằng động cơ điện

Không chỉ có phân loại các thiết bị cầu trục để đảm bảo được yêu cầu

an toàn cho bản thân người sử dụng mà việc vận hành và thời gian hiểu nguyên lí của nó cũng nhanh chóng hơn

độ nâng hạ đã cho ở đề bài

1.2.1. Động cơ nâng hạ và động cơ di chuyển trái phải

2 động cơ không đồng bộ ba pha của siemen có :

Pđm = 7,5kW; Uđm=380V; nđm = 1420v/p; Cosφ = 0,78; ηđm = 0,82

• Ưu điểm của động cơ siemen

Động cơ điện ba pha siemens vỏ nhôm loại thông dụng từ 0.55kW đến

45 kW, hộp cực điện xoay được 360 độ, chân đế thêm lỗ để linh hoạt trong lắp đặt Tốc độ từ 750 đến 3600 RPM

Động cơ điện 3 pha siemens tiết kiệm điện theo tiêu chuẩn IE2, IE3 của quốc tế Giảm lượng khí Co2 khi vận hành

Động cơ điện siemens hạ thế dùng cho việc nặng Công suất từ 90 watt đến 200 kW, tốc độ 750 đến 3600 vòng phút (Nema Energy), hiệu suất chuyển hóa điện năng tuyệt vời, có thể đạt đến cả tiêu chuẩn IE4

Crane motor siemens chạy được trong môi trường vô cùng khắc nghiệt như độ ẩm cao, có bụi cát trong không khí, nhiệt độ làm việc hơn 50 độ

C vẫn chạy tốt, mô tơ có thể tạo ra lực cẩu nâng hạ gấp đôi mô men thông thường khi làm việc nặng (ngắn hạn)

Mẫu NEMA động cơ điện siemens được thiết kế riêng cho Bắc Mỹ (USA, Canada, Mexico) Nema: National Electrical Manufacturers Association) for the North American

Công suất 1-400 HP, tần số 60 Hz Thường chạy điện áp 460 V và 575

V Chân đế nhôm có thể tháo rời và có đến 8 lỗ để tiện cho lắp đặt vận

m

A

B T,V2

từ vài tuần cho tới vài tháng

Người tiêu dùng mua được động cơ điện siemens cũ, hàng thanh lý đã qua sử dụng, song việc này chỉ dành cho những người có kinh nghiệm lâu năm do hàng nhái hàng giả động cơ điện Siemens rất nhiều Do động cơ điện cũ từ nước ngoài được mua dưới dạng phế liệu tính theo tấn Đa số người dân khó có thể phân biệt được động cơ điện cũ này đã thay mạc tem hay chưa? hay đã được “luộc” và quấn lại ở Việt Nam ?

Động cơ điện siemens sản xuất tại các nhà máy ở Trung Quốc Tuy sản phẩm không bằng các động cơ điện xuất xưởng ở châu Âu, nhưng vẫn đảm bảo chất lượng cho các dự án ở Việt Nam Song người dùng cũng cần lưu ý vì trình độ làm động cơ giả của Trung Quốc

+ mặc dù có một số đặc điểm không tốt nhưng với sức mạnh công nghệ và

độ bền của ông lớn trong ngành sản xuất các thiết bị điện của Đức này chúng e quyết định chọn động cơ siemen cho hệ thống cầu trục trong đồ án

1.2.2. Yêu cầu công nghệ

Về sơ đồ công nghệ của bài toán ta có thể giải thích như sau :Khi gặp tín hiệu (m) tín hiệu mở hoặc trong quá trình đang vận hành gặp trạng thái đi sang trái (T) với vận tốc là V2 và đập vào công tắc hành trình (A) thì motor điều khiển cho cầu trục đi sang phải (P) với vận tốc là

V1.Mortor tiếp tục di chuyển cho đến khi đập vào công tắc hành trình (C) thì motor đảo chiều di chuyển sang trái với vận tốc vẫn là V1.tiếp tục di cuyển cho đến khi đập vào công tắc hành trình (B) thì motor điều khiển cầntrục đi xuống vẫn với vận tốc là V1.Khi đập vào công tắc hành trình (D) thì

motor điều khiển cần trục đi xuống đảo chiều và đi lên với vận tốc là V2 cho đến khi đập tiếp vào (B) thì motor điều khiển cần trục di chuyển sang trái với vận tốc là V2 cho đến khi đập vào công tắc hành trình (A) thì lặp lại chu trình bên trên.toàn bộ quá trình công nghệ trên hình vẽ được diễn giải cơ bản bằng lời văn.

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1.1. Thiết kế mạch điều khiển hệ thống :

1.1.1. Các phương pháp biểu diễn hàm logic :

có nhiều phương pháp để biểu diễn một hàm logic hay một công nghệ nào

đó để người ta có thể hiểu 1 cách căn bản về mạch điều khiển của 1 công nghệ nào đó.Sau đây là 1 số cách biểu diễn hàm logic cơ bản

• Phương pháp biểu diễn bằng bảng trạng thái

• Phương pháp biểu diễn hình học

• Phương pháp biểu diễn bằng biểu thức đại số

• Phương pháp biểu diễn bằng bỏng Karnaugh (bìa canô)

• Phương pháp biểu diễn bằng Grafcet

Mỗi một phương pháp thì tùy vào người sử dụng sẽ biểu diễn các hàm logic của 1 công nghệ nào đó cho trước.Như đề tài chúng ta đang nghiên cứu chúng em chọn phương pháp biểu diễn bằng Grafcet.Là một trong những cách biểu diễn hàm logic để mô tả mạch trình tự trong công

nghiệp.Với yêu cầu đề tài là cầu trục có thể dễ dàng phân tích công nghệ cũng như thiết kế mạch điều khiển một cách dễ dàng và chính xác

1.1.2. phương pháp biểu diễn hàm logic bằng Grafcet

• Định nghĩa Grafcet

Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp "Graphe fonctionnel de commande étape transition" (chuỗi chức năng điều khiển giai đoạn - chuyển tiếp), do hai cơ quan AFCET (Liên hợp Pháp về tin học, kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự động hoá) hợp tác soạn thảo tháng 11/1982 được đăng ký 18 ở tổ chức tiêu chuẩn hoá Pháp Như vậy, mạng grafcet đã được tiêu chuẩn hoá và được công nhận là một ngôn ngữ thích hợp cho việc mô tả hoạt động dãy của quá trình tự động hoátrong sản xuất Mạng grafcet là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái và sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một

đồ hình định hướng được xác định bởi các phần tử là: tập các trạng thái, tập

các điều kiện chuyển trạng thái Mạng grafcet mô tả thành chuỗi các giai đoạn trong chu trình sản xuất Mạng grafcet cho một quá trình sản xuất luôn luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và

từ trạng thái cuối về trạng thái đầu

• Một số ký hiệu trong grafcet

- Một trạng thái (giai đoạn) được biểu diễn bằng một hình vuông có đánh

số thứ tự chỉ trạng thái Gắn liền với biểu tượng trạng thái là một hình chữ nhật bên cạnh, trong hình chữ nhật này có ghi các tác động của trạng thái

đó hình l.8a và b Một trạng thái có thể tương ứng với một hoặc nhiều hànhđộng của quá trình sản xuất Trạng thái khởi động được thể hiện bằng 2 hình vuông lồng vào nhau, thứ tự thường là 1 hình l.8c - Trạng thái hoạt động (tích cực) có thêm dấu ở trong hình vuông trạng thái hình l.8d

Việc chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác chỉ có thể được thựchiện khi các điều kiện chuyển tiếp được thoả mãn Chẳng hạn, việc chuyển tiếp giữa các trạng thái 3 và 4 hình 1.9a được thực hiện khi tác động lên biến b, còn chuyển tiếp giữa trạng thái 5 và 6 được thực hiện ở sườn tăng của biến c hình 1.9b, ở hình l.9c là tác động ở sườn giảm của biến d

Chuyển tiếp giữa trạng thái 9 và 10 hình 1.9d sẽ xảy ra sau 2s kể từ khi có tác động cuối cùng của trạng thái 9 được thực hiện

m

A

B T,V2

Sơ đồ grafcet I mô tả chi tiết các trạng thái làm việc, chú thích đầy đủ các hành vi làm việc của công nghệ

(X)

DA

Trạng thái chuyển động lên trên với vậ tốc V2 (L)

B

Tạng thái chuyển động sang trái vậ tốc v2

S3 = S4

1.2.3. Xây dựng mạch điều khiển logic sử dụng role tiếp điểm

Dựa vào các hàm điều khiển bên trên ta có thể suy ra được mạch điều khiển như dưới

đây :

S0: là trạng thái ban đầu

S1: là trạng thái chuyển động sang phải với vận tốc V1

S2: là trạng thái chuyển động sang trái với vận tốc V1

S3: là trạng thái chuyển động xuống dưới với vận tốc V1

S4 : là trạng thái chuyển động lên trên với vận tốc V2

Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng role tiếp điểm

1.2. Thiết kế mạch lực

CHƯƠNG 3:Tính chọn thiết bị liên quan

1 Hệ thống các thiết bị sử dụng trong đề tài

2 Tính toán lựa chọn các thiết bị.

1 Bộ điều khiển LOGO! 24RC.

Hình 9: LOGO! 24RC.

Bảng thông số kỹ thuật LOGO! 24RC

Nguồn cấp

Mức 0

Mức 1

< 1 mA

>2.5 mA

Chiều dài đường dây (không bị cản

Hình 10: Biến tần Hitachi L200 - SJ200-040HFEF

-Ta có công suất định mức của động cơ cần điều khiển là Pđm = 7.5Kw Căn cứ vào thông số của nhà sản xuất đưa ra Ta lựa chọn biến tần Hatachi series L200, mã phiên bản SJ200- 075HFEF.

-Thông số biến tần SJ200-075HFEF:

+ Công suất: 7.5 Kw

+ Nguồn cung cấp: 3 pha 400V.

+ Tần số ngõ ra: 0.5 - 400Hz.

+ Tín hiệu Analog ngõ vào: 0 – 10 VDC, 4 - 20 mA.

+ Khả năng quá tải: 150% trong 60s.

+ Mô men khởi động lớn: đạt tới 200% ngay tại 1Hz.

+ Tích hợp sẵn bộ lọc nhiễu EMC.

+ Tích hợp sẵn bộ bộ hãm động năng bên trong biến tần.

3.1.2 Aptomat.

-Ta có dòng điện điện mức của động cơ là:

-Ta có dòng điện khởi động của aptomat tính theo công thức:

-Ta chọn aptomat với các thông số sau:

+ Uđm = 400 (V).

+ Iđm = 40 (A).

+ Icắt = 38 (kA).

Hình 11: Aptomat Cầu dao tự động MCCB LS 3P ABN53c

3.1.3 Rơ le nhiệt bảo vệ.

-Ta có dòng điện định mức động cơ là Iđmđc = 17.8 A.

-Dòng khởi động động cơ là: Ikđ = 35.6 A

-Chọn rơ le nhiệt có dòng điện định mức Iđmrl = 1.5.Iđmđc = 26.7 (A).

-Chọn rơ le nhiệt có Iđm = 30A.

Hình 12: Rơ le nhiệt

3.1.4 Nút nhấn.

-Nút nhấn là khí cụ điện dùng để điều khiển gián tiếp động cơ, các thiết bị điện khác nhau -Vì nút nhấn phục vụ cho mạch điều khiển nên dòng qua các tiếp điểm nút nhấn khá nhỏ Thường chọn nút nhấn có Iđm = Ilv

+ Đáng tín cậy, chịu được va chạm và dễ sử dụng

+ Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

+ Hoạt động đơn giản

-Nhược điểm: Tuổi thọ ngắn, bị hao mòn.

-Với đề tài này, ta chọn công tắc hành trình Omron WLCA2 – 2N.

+ Cần Ngắn có bánh xe

+ Góc mở: 900

+ Chịu dầu nước Thân lớn.

+ Cấp bảo vệ: IP67

+ Tuổi thọ: Cơ: 15 000 000 lần Min.; Điện: 750 000 lần Min.

+ Tốc độ tác động: 1mm/s đến 1m/s (đối với WLCA12)

+ Tần số tác động: Cơ: 120 lần/phút Min.; Điện 30 lần/phút Min.

+ Cách điện: 100MΩ Min (ở 500VDC)

+ Điện trở tiếp điểm: 25mΩ Max.

+ Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 80oC

+ Tiêu chuẩn EC/IEC, UL/CSA

Hình 14: Công tắc hành trình WLCA2 – 2N.

3.1.6 Động cơ điện.

- Căn cứ vào yêu cầu thông số động cơ đề tài sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha có Pđm = 7.5kW; Uđm=380V; nđm = 1420v/p; Cosφ = 0,78; ηđm = 0,82.

-Ta chọn động cơ Y3 132M1 – 6 có các thông số kỹ thuật sau: