đồ án điều khiển logic và trang bị điện. bài toán cầu trục
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển phương pháp Grafcet, tính chọn thiết bị, trang bị điện cho công nghệ cầu trục Giáo viên hướng dẫn: ThS.Hà Trung Kiên Sinh viên thực hiện: Đào Đức Duy 2017605164 Đặng Thị Duyên 2017605336 Nguyễn Trường Giang 2017605345 Nguyễn Đức Hải 2017600161 Phan Thanh Hải 2017605484 Hà Nội - 2020 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Mục lục Trong nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, nói tiêu chí để đánh giá phát triển kinh tế quốc gia mức độ tự động hóa q trình sản xuất mà trước hết xuất sản xuất chất lượng sản phẩm làm Sự phát triển nhanh chóng máy tính điện tử,cơng nghệ thơng tin thành tựu lý thuyết điều khiển tự động, trang bị điện làm sở hỗ trợ cho phát triển tương xứng lĩnh vực tự động hóa Ở nước ta nước trình phát triển, năm gần với đòi hỏi sản xuất hội nhập vào kinh tế giới việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt kĩ sư tự động hóa q trình sản xuất có bước phát triển tạo sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành kinh tế tri thức Hai môn học kiến thức tảng cho kĩ sư tự động hóa thực quan trọng việc học tập ứng dụng vào thực tế mơn học “điều khiển logic” “trang bị điện” Kiến thức tảng hai môn học áp dụng vào thực tế rộng rãi quan trọng công nghiệp đại Một ứng dụng áp dụng hệ thống cầu trục nâng hạ vật nặng ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp vận chuyển hàng hóa, đóng tàu nhiều hoạt động khác ứng dụng công nghệ Để hiểu thêm máy móc, thiết bị, cơng nghệ nắm vững ngun lý thiết kế, mà Khoa giao cho nhóm chúng em thực đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển phương pháp Grafcet, tính chọn thiết bị, trang bị điện cho cầu trục theo cơng nghệ mơ tả sẵn có sử dụng điều khiền PLC S7-200” Trong đề tài chúng em xin đề cập đến nội dung sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực Chương 3: Tính chọn thiết bị, trang bị điện Chương 4: Kết nghiên cứu, kết luận GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Tuy nhiên yêu cầu thời gian, kiến thức cịn nhiều hạn chế , việc tìm tài liệu cầu trục cịn khó khăn việc nghiên cứu đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót Vì mong đóng góp ý kiến thầy, bạn đề tài hồn thiện Qua đề tài chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Hà Trung Kiên, giúp đỡ, hướng dẫn chúng em thời gian vừa qua để chúng em hồn thành tốt đề GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Chương 1: Tổng quan công nghệ cầu trục 1.1 Đặc điểm công nghệ cầu trục Cầu trục (Overhead Crane) thiết thiết bị nâng hạ gồm hai chuyển động (ngang, dọc cao nhà xưởng) để đảm bảo thao tác nâng hạ, di chuyển tải không gian làm việc cầu trục nhà xưởng Việc sử dung cầu trục tiện lợi cho việc bốc, xếp hàng hóa vật có tải trọng lớn, kích thước cồng kềnh (sắt, thép, bê tông ) Sức nâng lớn từ đến 500 tấn, vận hành chủ yếu động điện nên cầu trục sử dụng rộng rãi ngành Cơng nghiệp nói chung – Cầu trục vận chuyển sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ không cao – Cầu trục lắp ráp thường sử dụng phân xưởng khí, dùng để lắp ghép chi tiết khí nên có u cầu độ xác cao Do thường xuyên phải làm việc môi trường , điều khiện khắc nghiệt nhue cảng, bến, nhà máy xí nghiệp, hay phân xưởng luyện kim nên yêu cầu chế động đóng ngắt cao, có u cầu mặt cơng nghệ hệ thống trang thiết bị hệ thống như: – Phải đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức – Có khả thay đổi tốc độ (nếu cần) – Động có hệ số cos cao, làm việc ổn định phạm vi rộng – Các khí cụ điện, thiết bị điện hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao suất đảm bảo an toàn vận hành khai thác – Trong hệ thống phải có thiết bị bảo vệ điện áp, bảo vệ tải, ngắn mạch hay pha gặp cố – Các thành phần cấu tạo nên hệ thống phải đơn giản, dễ thay đổi để sửa chữa, bảo dưỡng – Đảm bảo điều khiển thuận lợi dễ dàng cho người vận hành – Đảm bảo chi phí, giá thành hợp lý GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 1.2 Yêu cầu truyền động điện cầu trục – Động cầu trục phải có khả đảo chiều quay, có momen thay đổi theo tải trọng – Động làm việc cấu nâng hạ có chế độ làm việc ngắn hạn, có tần số đóng cắt lớn – Có hệ thống phanh (hãm) chuẩn bị dừng Trường hợp điện phanh (hãm) phải dừng hệ thống trạng, không không xảy tượng rơi tự nguy hiểm 1.3 Phân loại cầu trục Theo công dụng – Thông dụng: Dùng móc treo để di chuyển, xếp dỡ hàng hóa sửa chữa máy móc – Chuyên dùng: Có chế độ làm việc nặng dùng ngành luyện kim – Cầu trục cảng : Nâng hàng hóa lớn container cảng biển cảng sông – Cầu trục thủy điện : Dùng vận hành lắp đặt tua bin, trạm nguồn, nâng hạ cửa xả – Cầu trục phòng nổ : Dùng nhà máy khí, gas, hầm lị than… – Cầu trục luyện kim : Dùng phân xưởng luyện kim rót kim loại, múc xỉ có nhiệt độ cao GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Theo kết cấu dầm cầu trục – Cầu trục dầm đơn: Dầm chữ I, H đúc tiêu chuẩn tổ hợp dầm thép tăng cứng cho dầm kết hợp – Cầu trục dầm đôi (cầu trục dầm): Gồm dầm hộp dầm dàn không gian – Cầu trục dầm hộp – Cầu trục dầm dàn GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Theo cách tựa dầm cầu trục lên đường ray di chuyển GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện – Cầu trục tựa – Cầu trục treo Theo cách mang tải – Cầu trục móc: Sử dụng móc cẩu – Cầu trục gầu ngoạm: Sử dụng dầm đôi, gầu ngoạm gắn hệ thống palang xe để ngoạm vật liệu Sử dụng nhà máy thép sản xuất vật liệu dời sản xuất thép từ quặng, than đá, cát, phế liệu – Cầu trục nam châm điện: Dùng dầm đơi có gắn mâm từ xà từ Palang xe dùng lực hút để nâng hạ vật liệu thép, thép Cách bố trí cấu di chuyển cầu trục GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện – Cầu trục dẫn động riêng – Cầu trục dẫn động chung Cách dẫn động cấu Dẫn động cầu trục thường điện (nâng hạ di chuyển động điện 1pha, pha), cấu dẫn động dẫn động tay (nâng hạ palang chạy xích kéo tay treo dầm cầu trục di chuyển cầu trục dẫn động qua truyền khí bánh ăn khớp, trục truyền ) – Dẫn động tay: Các cấu dẫn động hệ thống tời kéo tay – Dẫn động điện: Các cấu dẫn động động điện Palang, xe con, động dầm biên GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 1.4 Yêu cầu công nghệ đề tài 10 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 27 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 2.4 Cài đặt thông số biến tần • Chuyển chế độ biến tần từ EXT PU cách nhấn nút PU/EXT mặt biến tần để bắt đầu cài đặt Thông số Cài đặt Mô tả P160 Hiển thị tồn thơng số parameter biến tần P79 Điều khiển chạy dừng động tần số ngoại vi Cài đặt thông số động 28 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện P9 21,5A Dòng định mức động P80 7kW Công suất động P82 10A Dịng điện khơng tải động P83 380V Điện áp định mức động P84 50Hz Tần số định mức động P7 giây Thời gian tăng tốc P8 giây Thời gian giảm tốc Cài đặt bảo vệ động P1 60Hz Tần số max ngõ P2 0Hz Tần số ngõ P3 50Hz Tần số trung bình ngõ Cài đặt thơng số giới hạn biến tần P150 120% Bảo vệ dòng cho động thời điểm P22 115% Bảo vệ q dịng hoạt động P251 Kích hoạt bảo vệ pha ngõ biến tần P872 Kích hoạt bảo vệ pha ngõ vào biến tần P244 Quạt làm mát biến tần , chạy biến tần RUN P72 Giảm tiếng ồn động chạy P10 50Hz Tần số khởi động hãm DC P11 giây Thời gian hãm DC P12 25% Điện áp hãm DC Cài đặt PID cho biến tần P127 50 Thiết lập tần số ổn định P128 10 Cho phép PID hoạt động với đầu vào giá trị đo P130 1s Thời gian tích phân Ki 29 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện P131 100% Giới hạn đầu P132 100% Giới hạn đầu P133 1s Thời gian vi sai PID 2.5 Sơ đồ mạch lực 30 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 2.6 Sơ đồ đấu nối dây dẫn 31 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Chương 3: Tính tốn lựa chọn thiết bị Ta có bảng liệt kê thiết bị số lượng đây: STT Tên thiết bị Số lượng Aptomat pha Aptomat pha Nút nhấn Cảm biến hành trình dạng xung Động KĐB pha PLC S7-1200 Biến tần Mitsubishi 3.1 Aptomat Aptomat thiết bị bảo vệ đa tùy theo cấu tạo aptomat bảo vệ cố ngắn mạch, cố tải ,sự cố dòng điện dò,sự cố áp … Trong thực tế người ta dùng phổ biến aptomat bảo vệ cố ngắn mạch Trong công nghiệp để bảo vệ cố ngắn mạch cố tải cho động điện người ta cịn tích hợp thêm role nhiệt vào aptomat Aptomat dùng để đóng cắt bảo vệ mạch điện.Với giá thành ngày rẻ, thay hầu hết vị trí cầu chì Trong đề tài nhóm em dùng loại aptomat: aptomat pha để đóng cắt bảo vệ cho biến tần, aptomat pha để dùng đóng cắt bảo vệ mạch cho PLC, PLC dùng nguồn 220VAC 3.1.1 Aptoma pha 32 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Tra cứu catalog nhà sản xuất, dành cho biến tần Mitshubishi A740, lấy IAT từ 40 đến 50 A Ở dùng chung aptomat cho biến tần nên nhóm chọn aptomat khối hãng Schneider có thơng số sau: Mã sản phẩm Idm(A) Inm(kA) Udm(V) LV510307 100 25 415 3.1.2 Aptomat pha 3.2 Nút nhấn Tín hiệu nút ấn tự phục hồi tạo có dạng xung - Nút nhấn khí cụ điện dùng để điều khiển gián tiếp động cơ, thiết bị điện khác Nút ấn thường nắp đặt mặt trước tủ điêu khiển -Tín hiệu nút ấn tự phục hồi tạo có dạng xung 33 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện - Vì nút nhấn phục vụ cho mạch điều khiển nên dòng qua tiếp điểm nút nhấn nhỏ Điện áp vào 24V 220V Ở đây, nhóm em chọn nút ấn Schneider có thơng số sau: Mã sản phẩm Điện áp vào Đường kính XA2EW33B1 24VDC,VAC 34 Tiếp điểm Loại Màu NO Có đèn báo Xanh lá, đỏ GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 3.3 Cảm biến hành trình Tìm hiểu chung - Cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái, trình vật lý hay hóa học mơi trường cần khảo sát biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Thơng tin xử lý để rút tham số định tính định lượng mơi trường, phục vụ nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh gọi ngắn gọn đo đạc, phục vụ truyền xử lý thông tin hay điều khiển trình khác - Các đại lượng cần đo thường khơng có tính chất điện nhiệt độ, áp suất,… tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng mang tính chất điện điện tích, điện áp, dịng điện,… chứa đựng thơng tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo - Cảm biến thường đặt vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dị, có kèm mạch điện hỗ trợ nhiều trọn lại gọi ln "cảm biến" Cấu tạo chung - Hiện thị trường có nhiều loại cảm biến phục vụ mục đích khác lại chúng làm từ sensor phần tử điện thay đổi tính chất theo biến đổi mơi trường (đầu dị) - Cấu tạo gồm phần tử mạch điện tạo thành hệ thống hồn chỉnh đóng gói nhỏ gọn Các tín hiệu phát quy chuẩn theo mức điện áp dịng điện thơng dụng phù hợp với điều khiển Cảm biến sử dụng đề tài OMRON 653 E3S-CT16 Thông số kỹ thuật Đặc tính sản phẩm Thuộc tính Nhà sản xuất Omron 35 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Mã sản phẩm 653-E3S-CT16 Loại cảm biến Cảm biến quang điện Phương pháp cảm biến Through Beam Dải đo 0,2-30m Nguồn sáng Infrared LED Phương pháp kết nối Pre-Wired Cấu hình đầu NPN or PNP(tùy chọn) Dải nhiệt độ làm việc -25°C ÷ 55°C Kích thước 74 x 40,4 x 29,5 (mm) Seri E3S-C Nhãn hiệu Omron Automation and Safety Điện áp vận hành 24V Khối lượng 309,08g 3.4 Động điện pha -Là thiết bị biến đổi trực tiếp điện xoay chiều thành để quay máy sản xuất Động điện xoay chiều không đồng loại động điện sử dụng phổ biến công nghiệp lẫn dân dụng , có nhiều ưu điểm : -Cấu tạo đơn giản ,dễ chế tạo -Khơng có chổi than-cổ góp nên tuổi thọ cao ,vận hành an tồn -Giá thành rẻ nhiều so với động khác công suất Trong nhà máy công nghiệp gần hầu hết máy móc truyền động động không đồng pha với cơng suất vài trăm W tới vài nghìn KW,chỉ trừ số lĩnh vực: ví dụ cần momen khởi động lớn phải dùng động 36 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện điện chiều dải công suất cực lớn tới hàng MW phải dùng động khơng đồng Căn vào yêu cầu thông số động đề tài sử dụng động không đồng pha có Pđm = kW, Uđm = 380 V, nđm = 1000 v/phút, η = 0,8 Ta chọn động KĐB pha có thơng số kỹ thuật sau: Thông số Giá trị Công suất định mức 7.5 kw Điện áp định mức 380V Dòng điện định mức 28/16,2 A (∆/Y) Tốc độ định mức 1000v/p Hệ số công suất 0,82 37 , cos= 0,8 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Hiệu suất định mức 86% Khối lượng 115kg Cấp bảo vệ IP 44 3.5 Bộ điều khiển PLC Theo yêu cầu công nghệ đề tài chọn PLC S7-1200 hãng Siemens dòng 1214 AC/DC/ relay version 4.2 Module có điện áp vào 220VAC, điện áp nguồn điều khiển 24V, ngõ relay (chi tiết điều khiển PLC S7-1200 trình bày phần 2.1.2) 38 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện 3.6 Biến tần Mitshubishi A740 Với động kW, ta chọn biến tần có cơng suất từ 1,5 đến 1,7 lần cơng suất động tải cầu trục Pđm biến tần lấy =11kw Chọn biến tần Mitshubishi FR-A740 -11K (chi tiết họ biến tần A740 trình bày phần 2.1.3, nên nên số thông số biến tần FR-A740-11K) Nguồn cấp pha 380- 480V,50-60Hz Công suất 11 kW Dòng điện 23 A Dải tần số 0.2 to 400Hz Mô men khởi 200% 0.3Hz (0.4K to 3.7K), 150% 0.3Hz(5.5K)tùy theo 39 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện động phương pháp điều khiển Khả tải 150% 60s, 200% 3s Chương 4: Kết nghiên cứu, kết luận 4.1 Kết mô HMI 4.2 Kết luận 40 GVHD: Hà Trung Kiên Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện Kết thúc tập lớn môn Đồ án Điều khiển logic Trang bị điện, nhóm chúng em nhận đề tài Thiết kế mạch điều khiển, tính chọn thiết bị, trang bị điện cho hệ thống cầu trục nâng hạ tải Nhóm chúng em có nhìn tổng quát việc điều khiển hệ thống cầu trục sau điều khiển hệ thống công nghiệp sử dụng điều khiển lập trình PLC hay biến tần Sau thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đề tài trên, hướng dẫn thầy Hà Trung Kiên tìm hiểu nguồn tài liệu nhóm hồn thành nhiệm vụ Do thời gian có hạn, chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế, chúng em khơng khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong bạn tham gia, đóng góp để nhóm hồn thiện Nhóm 41