Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn trong công nghệ đóng tàu thủy

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN CHÍ DŨNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE NÂNG TỔNG ĐOẠN TRONG CƠNG NGHỆ ĐĨNG TÀU THỦY Chun ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số :8.52.01.14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Xuân Tùy Phản biện 1: PGS.TS Lƣu Đức Bình Phản biện 2: PGS.TS Thái Thế Hùng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 27-28 Tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:   Trung tâm Học Liệu, Đại học Đà Nẵng trường Đại học Bách Khoa Thư viện Khoa Cơ điện tử, Trường Đại học Bách Khoa ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài : Ngày khoa học công nghệ ngành chủ đạo công nghiệp quốc gia giới, sản phẩm tạo yêu cầu khắt khe mặt kỹ thuật, thẩm mỹ đòi hỏi giảm chi phí giá thành thành phẩm Do với phát triển ngày cao khoa học kỹ thuật, hàng loạt máy móc cơng nghệ đời ghóp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhân cơng, đẩy nhanh tiến độ ghóp phần giảm giá thành sản phẩm Hiện công nghiệp nước ta áp dụng nhiều kỹ thuật công tác sản xuất, với non trẻ hội nhập kinh tế, công nghiệp phụ thuộc nhiều vào khoa học kỹ thuật nước phát triển.Tiêu biểu ngành cơng nghiệp đóng tàu thủy Nghành cơng nghiệp đóng tàu thủy hình thành từ thời Pháp thuộc trải qua nhiều nhiều thời kỳ phát triển từ hình thức ban đầu phục vụ nhu cầu sửa chữa tàu thực dân Pháp đến đóng tàu với trọng tải hàng ngàn với trang bị đại Tuy nhiên gặp nhiều khó khăn cơng đoạn đóng ngành đóng tàu phụ thuộc vào kỹ thuật công nghệ nước phát triển Đặc biệt cơng tác lắp ráp chi tiết, tổng đoạn với Hiện có nhiều thiết bị, hệ thống phục vụ cho công tác phụ thuộc hoàn toàn vào hãng sản xuất nước ngoài, đơn cử xe nâng tổng đoạn chuyên dụng cho việc di chuyển rắp láp tổng đoạn Hiện có nhiều đơn vị đóng tàu nước sử dụng loại xe Tuy nhiên lệ thuộc hoàn toàn vào hãng sản xuất khó khăn việc sửa chữa hay bảo dưỡng có cố Xuất phát nhu cầu thực tế nêu trên, người nghiên cứu chọn đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn cơng nghệ đóng tàu thủy” để nghiên cứu thực luận văn Mục tiêu nghiên cứu : Đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe nâng tổng đoạn công nghệ đóng tàu thủy” hướng tới mục tiêu sau :  Làm chủ công nghệ, không lệ thuộc vào hãng sản xuất  Sử dụng thiết bị có sẵn thị trường Việt Nam làm giảm giá thành đầu tư bảo dưỡng  Thay hệ thống điều khiển tay, khơng kiểm sốt chế độ hoạt động hệ thống điều khiển tự động, giám sát tồn hệ thống q trình vận hành tạo điều kiện thuận lợi cho người điều khiển Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu : 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Xe nâng tổng đoạn 100T : - Số trục : trục bánh - Số bánh: 32 bánh - Tải trọng nâng : 100T - Hãng sản xuất : Tomaz 3.2 Phạm vi nghiên cứu : - Hệ thống điều khiển PLC - Mistshubishi - Tính tốn lập trình phương án di chuyển qua góc nhỏ - Tính tốn lập trình phương án nâng hạ, chuyển vị chỗ, chuyển vị theo phương chọn sẵn - Thiết kế hệ thống điện, động lực điều khiển toàn hệ thống Phƣơng pháp nghiên cứu : Kết hợp phương pháp khảo sát, lý thuyết thực nghiệm Phương pháp khảo sát: Thu thập, phân tích tài liệu thơng tin thiết bị liên quan đến đề tài bao gồm : - Kết cấu xe - Sơ đồ thủy lực điều khiển xe - Sơ đồ thủy lực điều khiển nâng hạ xe - Động thủy lực Phương pháp lý thuyết: - Hệ thống điều khiển PLC, phần mềm lập trình GX-Mitsubishi - Truyền thơng PLC, module chức Phương pháp thực nghiệm: - Vận hành sản phẩm điều khiển thực tế đánh giá kết - Vận hành sản phẩm sản xuất đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn: 5.1 Về mặt khoa học: - Đề tài góp phần tạo hệ thống điều khiển mở rộng chức theo người lập trình thay cho hệ thống điều khiển cố định cho loại xe 5.2 Về mặt thực tiễn: - Tạo điều khiển cho xe nâng - Chi phí đầu tư bảo hành bảo dưỡng thấp - Chủ động công tác vật tư thay không phụ thuộc vào hãng sản xuất - Ứng dụng xe vận chuyển khối lớn quảng đường dài, phục vụ công tác lắp ghép chi tiết lớn Phù hợp công nghệ : dịch vụ cảng, đóng tàu, xây dựng thủy, nhiệt điện … Cấu trúc luận văn: MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài  Mục tiêu  Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu cấu tạo tàu thủy, phương pháp đóng tàu theo module, gá đặt block, thiết bị chuyên dụng việc ghép nối tổng đoạn CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN XE Nghiên cứu kết cấu xe nâng tổng đoạn DCY100, sơ đồ thủy lực điều khiển xe sơ đồ thủy lực nâng hạ xe để đưa phương án vận hành xe CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI Lựa chọn trang thiết bị điện để lập trình, thiết kế tủ điện điều khiển chương trình điều khiển xe PLC Mitshubishi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Phƣơng pháp đóng tàu : 1.1.1 Khái niệm tàu thủy : 1.1.2 Phương pháp đóng tàu theo module : 1.2 Ghép nối tổng đoạn : a Khái niệm: b Quy trình đấu đà : Hình 1.5: Các phân đoạn tàu Hình 1.6: Xe triền bố trí điểm kê tổng đoạn tàu Hình 1.7: Sơ đồ đấu nối Hình 1.8: Thân vỏ tàu sau hoàn tất đấu đà  Các yêu cầu sai số ghép nối tổng đoạn : - Sai số độ không phẳng mặt tole h=±5mm\1m chiều dài - Dung sai nghiêng thép hàn s=±2mm - Dung sai mép uốn theo dưỡng s=±2mm - Sai lệch suốt chiều dài : 5mm - Sai lệch khỏi đường lý thuyết :2mm - Độ lồi lõm thân không vượt 2mm/1m chiều dài 1.3 Các thiết bị dùng ghép nối tổng đoạn : 1.4 Hệ truyền động ô tô: 1.5 Kết luận chƣơng 1: Nghiên cứu phương pháp đóng tàu theo module, phương pháp yêu cầu lắp ráp tổng đoạn tàu Nghiên cứu phạm vi ứng dụng thiết bị dùng ghép nối tổng đoạn Nghiên cứu hệ truyền động ô tô Nghiên cứu lựa chọn chế độ hoạt động xe nâng tổng đoạn phù hợp cho công tác lắp ghép sau:  Chức di chuyển rộng đa dạng  Chức nâng hạ vị trí thuận lợi cho việc lắp ráp 10 2.2.1 Phương pháp di chuyển xe thẳng: Để xe di chuyển tiến lùi theo phương thẳng ta xếp góc bánh theo phương trục bánh xe vng góc với hướng di chuyển Hình 2.4 : Góc xắp xếp bánh xe di chuyển thẳng 2.2.3 Phương pháp di chuyển xe theo vô lăng: a Phương án di chuyển xe theo góc quay vơ lăng: b Phương án kiểm tra góc xoay bánh: Hình 2.5: Vị trí lắp đặt Encoder góc xoay bánh 11 c Phương án góc xoay bánh : Hình 2.6: Vị trí góc xoay bánh ô tô - Như để xe di chuyển góc α cho trước bánh xe phải xắp xếp theo góc khác cho hướng trục bánh xe theo phương tiếp tuyến với tâm quay xe - Từ phương pháp di chuyển tơ ta có hai cách di chuyển cho xe nâng tổng đoạn: di chuyển theo phương pháp bánh, di chuyển theo phương pháp bánh  Di chuyển theo phương pháp bánh: cabin bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh cabin Hình 2.7: Vị trí góc xoay bánh theo phương pháp bánh 12  Di chuyển theo phương pháp bánh: bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh tâm xoay Hình 2.8: Vị trí góc xoay bánh theo phương pháp bánh  Kết luận lựa chọn phương án di chuyển theo phương pháp bánh với tâm quay nằm trục tâm xe d Quy ước : - Bảng giá trị góc xoay trái: ( xoay phải cặp bánh đổi ngược lại giá trị với bánh ↔ bánh 2, bánh ↔ bánh 4,…) Vô lăng 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Chiều Bánh 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Trái Bánh 40 80 120 140 170 190 210 230 250 Trái Bánh 30 50 80 100 130 160 190 220 260 Trái 13 Bánh 20 40 60 70 80 100 110 120 130 Trái Bánh 30 50 80 100 130 160 190 220 260 Phải Bánh 20 40 60 70 80 100 110 120 130 Phải Bánh 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Phải Bánh 40 80 120 140 170 190 210 230 250 Phải Bảng : Giá trị góc bánh xoay 2.2.4 Phương pháp di chuyển xe xiên theo góc cho trước: - Để xe di chuyển theo phương xiên góc cho trước bánh xe phải xếp theo góc cabin bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh bánh cabin Hình 2.10: Bánh xiên theo góc 14 2.2.5 Phương pháp di chuyến xe quay quanh tâm xe : Hình 2.11: Góc bánh quay quanh tâm xe - Bảng giá trị góc bánh: Bảng : Giá trị góc bánh xoay quanh tâm xe Tên Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Góc Trái 590 Phải 590 Trái 400 Phải 400 Phải 400 Trái 400 Phải 590 Trái 590 15 2.2.6 Phương pháp di chuyến xe quay quanh cabin xe : 73° cabin 73° bánh bánh 68° 68° bánh bánh 40° 40° bánh bánh bánh bánh cabin Hình 2.12: Góc bánh quay quanh tâm xe - Bảng giá trị góc : Bảng : Giá trị góc bánh xoay quanh cabin xe Tên Góc Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh Bánh 00 00 Phải 40 Trái 40 Phải 68 Trái 68 Phải 73 Trái 730 - Đối với cabin ngược lại vị trí bánh thay đổi ngược lại 16 2.3 Phƣơng án nâng hạ xe : 2.3.1 Phân tích phương án: Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển nâng hạ xe 17 Dựa vào sơ đồ thủy lực xe ta có đặc điểm sau : - Bánh xe điều khiển pittong độc lập - Mỗi van thủy lực điều khiển cụm pittong  Như xe nâng hạ cụm bánh riêng biệt Do cấu tạo dàn xe cố định để nâng hạ xe ta có phương pháp nâng hạ sau : - Nâng hạ xe : điều khiển cụm pittong hướng để xe nâng lên hạ xuống - Nâng hạ trước sau xe : điều khiển cụm pittong trước sau phương để xe nâng (hạ ) trước sau đuôi xe - Nâng hạ bên trái bên phải xe : điều khiển cụm pittong trái phải phương để xe nâng (hạ ) bên trái bên phải - Nâng hạ cụm bánh xe : điều khiển cụm bánh riêng biệt để nâng hạ tùng cụm bánh Tuy nhiên cấu trúc sàn xe cố định chiều cao nâng cụm có giới hạn khơng bẻ gãy sàn xe 2.3.2 Phương án kiểm tra góc nâng :  Kết luận : chọn phương án dùng encoder để giảm giá thành chi phí, đồng với cảm biến góc xoay 2.3.3 Phương án lắp đặt: - Khi lắp đặt cho trục quay encoder trùng với trục quay chân bánh - Dựa vào sơ đồ thủy lực, lắp đặt encoder cho bánh đầu xe bao gồm bánh sau : bánh 1, 2, 7, 18 quay encoder pittong Hình 2.14: Vị trí lắp đặt Encoder nâng hạ 2.4 Lựa chọn hệ thống điều khiển: 2.4.1 Hệ thống PLC: 2.4.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển : KẾT LUẬN CHƢƠNG 2: Nghiên cứu sơ đồ thủy lực xe chọn phương án hoạt động xe theo chế độ sau: - Di chuyển xe theo phương thẳng - Di chuyển xe theo phương xiên - Di chuyển xe xoay quanh tâm xe, xoay quanh cabin - Nâng hạ xe, nghiêng bên, nâng hạ trước sau xe - Chọn lựa phương án điều khiển xe hệ thống PLC Mitsbishi 19 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI 3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình: 3.1.1 Phần mềm GX Developer : 3.1.2 Phần mềm lập trình HMI GT Designer : 3.2 Lập trình hmi: Hình 3.13 : Màn hình Hình 3.14 : Màn hình chế độ xoay Hình 3.15 : Màn hình chế độ xoay quanh cabin 20 Hình 3.16 : Màn hình chế độ xoay quanh tâm 1800 Hình 3.17 : Màn hình chế độ nâng Hình 3.18 : Màn hình chế độ lái 3.3 Sơ đồ tủ điện: a Tủ Master : Tủ điện Master điều khiển cho cabin 21 -FUSE 10A1 -24VDC1 -J1 COM -INVENTER1 -RELAY Y00 COM -CHAN GA1 0V FX2N4AD1 -J4 24V FX2N-OUTPUT1 -DC24-DC10V1 L COM N -FUSE 10A2 -J2 V+1 X0 -RELAY Y01 V+2 -VOLANG1 X1 -ENCODER -RELAY Y02 X2 V+3 -RELAY Y03 V+4 -CAN GA1 Y04 -ENCODER X3 -RELAY X4 V+5 -RELAY Y05 V+6 X5 -ENCODER -RELAY Y06 X6 V+7 -RELAY Y07 -S2 V+8 X7 -S3 X10 -S4 X11 -S5 -DB1 -DA1 X12 -S6 X13 -S1 -FX2N-32CCL1 X14 X15 -RELAY-NO6 -RELAY-NO5 -RELAY-NO4 -RELAY-NO3 -RELAY-NO2 -RELAY-NO1 X16 FX2N INPUT1 -VALE -VALE -VALE X17 Hình 3.19 : Sơ đồ tủ điện Master -RELAY-NO1 b Tủ Slaver : điều khiển cụm bánh bên trái cabin 02 FX2N-OUTPUT 20 56 -RELAY-NO3 -RELAY -RELAY 27 12 18 20 26 -VALE Y07 18 16 13 -RELAY Y06 -RELAY -RELAY -RELAY 12, 15 Y05 17, 18, 20 -J2 Y04 10 12, 14, 21 Y03 4, -RELAY Y02 -RELAY 13, 14, 21 12, 13, 19 19 Y01 16, 17 Y00 15, 16 COM 14, 15 COM -RELAY-NO2 26 27 1, -DB1 -DA1 28 3, -RELAY-NO5 52 53 54 26 41 42 -VALE 10 -RELAY-NO4 28 -FUSE 10A1 -RELAY-NO6 29 30 10 2, 33, 34, 40 -ENCODER -ENCODER 17 29 23 15 27, 29 11 22, 23 27, 33 22, 24 32 33 17 15 11 -J3 -J4 11 46 -ENCODER 11 46 30 1, -INVENTER1 11 29 -VALE -FX2N-32CCL1 33, 34 -FUSE 10A2 24, 25, 26 33, 34, 40 -J1 25, 26 -24VDC1 N L 24V 0V X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 FX2N INPUT Hình 3.20 : Sơ đồ tủ điện Slaver 01 c Tủ Slaver : Tủ điện Slaver điều khiển cho cabin Y07 -DB1 Y06 -RELAY-NO3 -RELAY Y05 -RELAY Y04 -RELAY Y03 -RELAY Y02 -RELAY Y01 -RELAY Y00 -RELAY -J2 -RELAY-NO4 -FUSE 10A1 COM V+1 V+2 V+3 V+4 V+5 V+6 V+7 -RELAY-NO5 FX2N4AD1 -VALE COM -RELAY COM -VALE -DA1 -RELAY-NO2 FX2N-OUTPUT -RELAY-NO1 -FX2N-32CCL1 22 V+8 -RELAY-NO6 -CHAN GA1 -VOLANG1 -CAN GA1 -ENCODER -ENCODER -INVENTER1 -S2 -J4 N L 24V 0V X0 X1 X2 X3 X5 X4 X6 -S3 X7 -S4 -S5 X10 -S6 X11 -VALE -RELAY-NO8 -ENCODER -VALE -FUSE 10A2 -J1 -RELAY-NO7 -DC24-DC10V1 -24VDC1 -S1 X12 X13 X15 X14 X16 X17 FX2N INPUT Hình 3.21 : Sơ đồ tủ điện Slaver 02 -RELAY-NO1 d Tủ Slaver : điều khiển cụm bánh bên trái cabin 01 FX2N-OUTPUT 56 27 -VALE 20 26 12 -RELAY-NO3 -RELAY 18 Y07 18 -RELAY -RELAY 16 Y06 20 17, 18, 20 -RELAY -RELAY 12, 15 Y05 13 Y04 16, 17 15, 16 -J2 -RELAY -RELAY 12, 14, 21 Y03 4, -RELAY 13, 14, 21 19 12, 13, 19 Y02 10 Y01 Y00 14, 15 COM COM -RELAY-NO2 26 27 1, -DB1 -DA1 28 3, -RELAY-NO5 52 53 54 26 41 42 -VALE 10 -RELAY-NO4 28 -FUSE 10A1 -RELAY-NO6 29 30 10 2, -ENCODER 29 17 15 23 27, 29 11 22, 23 27, 33 22, 24 33 17 15 11 -J3 -J4 46 -ENCODER 32 11 -ENCODER 11 46 30 1, 33, 34, 40 -INVENTER1 11 29 -VALE -FX2N-32CCL1 33, 34 -FUSE 10A2 24, 25, 26 33, 34, 40 -J1 25, 26 -24VDC1 N L 24V 0V X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 FX2N INPUT Hình 3.22 : Sơ đồ tủ điện Slaver 03 23 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO  Kết đạt đƣợc : Hình 4.1 : Góc bánh xe theo vơ lăng Hình 4.2 : Xe di chuyển qua góc hẹp Hình 4.3 : Xe di chuyển thẳng đường hẹp Hình 4.4 : Xếp bánh di chuyển thẳng Hình 4.6 : Xe di chuyển xoay Hình 4.7 : Xe hạ xuống để mang tải 24 KẾT LUẬN CHUNG Qua gần tháng thực đề tài tốt nghiệp cao học chuyên ngành điện tử, tận tình hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Tùy, với giúp đỡ nhiệt tình thầy khoa Cơ Điện Tử, hỗ trợ đơn vị đóng tàu, với nỗ lực thân, học viên hoàn thành đề tốt nghiệp cao học  Kết đạt đƣợc : Đã cải hốn thành cơng hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn, đưa xe tham gia vào hoạt động sản xuất đơn vị đóng tàu Hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng công tác di dời đấu nối tổng đoạn Hệ thống điều khiển đáp ứng chức hoạt động xe đề : Di chuyển xe theo vô lăng, di chuyển xe theo phương xiên góc 00 đến 900, xoay quanh tâm xe cabin Chức nâng hạ dàn xe, nâng hạ trước sau dàn xe, nâng hạ nghiêng bên xe Giám sát hoạt động bánh xe, dàn xe trình hoạt động  Hƣớng phát triển: Đề tài dừng mức độ nghiên cứu hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn, chưa sâu vào nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực kết cấu khí xe, hệ thống dùng để điều khiển xe với trục bánh phương hướng phát triển mở rộng như: Có thể mở rộng ứng dụng để điều khiển xe với nhiều trục bánh 16 trục, 32 trục… Kết hợp nghiên cứu hệ thống thủy lực kết cấu xe để tạo sản phẩm hoàn toàn Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2018 Người thực ... Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn cơng nghệ đóng tàu thủy để nghiên cứu thực luận văn Mục tiêu nghiên cứu : Đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe nâng tổng đoạn cơng nghệ. .. ĐỘNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN XE Nghiên cứu kết cấu xe nâng tổng đoạn DCY100, sơ đồ thủy lực điều khiển xe sơ đồ thủy lực nâng hạ xe để đưa phương án vận hành xe CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN... thông tin thiết bị liên quan đến đề tài bao gồm : - Kết cấu xe - Sơ đồ thủy lực điều khiển xe - Sơ đồ thủy lực điều khiển nâng hạ xe - Động thủy lực Phương pháp lý thuyết: - Hệ thống điều khiển PLC,