Phân tích truyền động điện cơ cấu di chuyển giàn cầu trục QC hãng kalmar

LỜI MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, hệ truyền động trục tháo trục quấn sử dụng phổ biến nghành công nghiệp sản xuất giấy, sản xuất thép, sản xuất dây…Hệ truyền động điện cho hệ thống trục tháo trục quấn thường hệ truyền động Biến tần - Động khơng đồng Khi trục tháo cơng tác động làm việc chế độ hãm tái sinh sinh lượng dư thừa trả ngược phía chiều, lúc ta sử dụng biến tần tiêu tán lượng điện trở xả đẻ đảm baorgias trị điện áp tụ nằm phạm vi cho phép Vì hệ truyền động ta phải khảo sát chế độ làm việc đánh giá hoạt động hệ thống sử dụng biến tần gián tiếp Mục đích nguyên cứu đề tài Nghiên cứu, mô đánh giá hệ truyền động Biến tần – Động không đồng hệ trục tháo trục quấn Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu hệ trục tháo trục quấn công nghệ cán dây sử dụng hệ truyền động điện Biến tần gián tiếp – Động không đồng Phạm vi nghiên cứu bao gồm: Cấu trúc hệ truyền động hệ thống , cấu trúc biến tần sử dụng, xây dựng hệ truyền động điện hệ thống phần mềm mô , khảo sát, đánh giá chế độ làm việc Phương pháp nghiên cứu Để thiết kế hệ truyền động ta sử dụng phương pháp như: + Về mặt lý thuyết: Nghiên cuus chỉnh lưu nghịch lưu biến tần gián tiếp, nghiên cứu hệ truyền động trục tháo trục quấn công nghệ cán dây, cấu trúc điều khiển biến tần cấp nguồn cho động không đồng lai cấu tháo quấn + Về mô phỏng: Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink xây dựng mơ hình mơ tồn hệ thống để kiểm chứng lý thuyết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài + Kết làm song đồ án bổ sung kiến thức truyền động điện qua phục vụ cho q trình sau + Đánh giá khả tạo họ đặc tính cho hệ trục tháo, trục quấn 1.1 Giới thiệu cầu trục QC hãng Kalmar a Sơ cầu trục QC Cấu trúc cầu trục QC giới thiệu hình 1.1 Hình 1.1 Cầu trục QC nâng chuyển container hãng KALMAR Cầu trục giàn QC xếp dỡ container hãng Kalmar cầu trục cổng có cơng son liên kết lề chuyển động đường ray, xe di chuyển cáp kéo, sử dụng nguồn ba pha Cầu trục QC hãng Kalmar thiết bị đại phục vụ xếp dỡ container lên xuống tàu cảng Container Xanh Vip-Vip Green Port đầu tư trang bị thành lập Cầu trục QC hệ truyền động có khả di chuyển cấu di chuyển dàn Nguồn điện dẫn qua cáp điện tang quấn quay động tang quấn cáp Cầu trục sử dụng cho việc vận chuyển container khung speader có khả co duỗi Khung speader giữ dầm cầu trục, hệ thống điện khung liên kết với xe Cầu trục QC có cấu trúc dầm với hai phần chính: phần đất liền dầm treo phía mặt sơng Dầm phía sơng có khả nâng lên cao hạ xuống thấp nhờ hệ truyền đông đặt bên buồng máy cấu nâng hạ boom Ở góc phía chân cầu trục có thang máy cầu thang Đường chạy xe nằm phía dầm cầu trục Nguồn cấp cho xe dẫn qua hệ thống mang cáp điện Bộ giữ tải xe treo giá di chuyển xe chứa ròng rọc hệ thống cáp tải cấu nâng hạ hàng Cabin điều khiển treo hệ thống, giá treo cabin phận với cấu di chuyển xe kết nối với giữ cáp tải xe Hướng quan sát người lái ngồi cabin phía sơng bên khung speader Hệ truyền động cấu nâng hạ hàng đặt buồng máy cấu Trước cửa buồng máy cấu nâng hạ boom nâng hạ hàng có hai cần cẩu nhỏ phục vụ cho việc sửa chữa bảo dưỡng, cần trục sửa chữa tải hạ từ dầm cầu trục xuống tới mặt đất b Các thông số cầu trục QC hãng KALMAR Loại cần cẩu: Feeder-server Đặc tính: Cẩu container có khả nâng hạ cần Năm sản xuất……………………………… 2010 Năm lắp ráp vận hành………………… 2015 Trọng lượng cầu trục………………… 520 Sức nâng định mức: Khi dùng khung nâng…………………50 Khi dùng dầm nâng ………………… 65 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 sơng……………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 nâng hàng……27m Chiều cao giới hạn hạ hàng………-12m Nhiệt độ môi trường ………………….-25 -40 C Số bánh xe: bánh/1 cụm chân Số cụm chân: cụm Kích thước tủ điện(E-HOUSE) Chiều rộng tủ………………………….2,7m Chiều dài tủ……………………………7,26m Chiều cao tủ ………………………… 2,2m Các vị trí phận cầu trục QC hãng Kalmar mơ tả hình 1.2a 1.2b Hình 1.2-a Các vị trí thiết bị cầu trục QC hãng Kalmar Hình 1.2-b Các vị trí thiết bị cầu trục QC hãng Kalmar +BO1: Tay vươn cần trục +GRD: Đường cầu tàu cho cần trục di chuyển +CH1: Hệ thống kiểm tra cabin +DC1: Ghế người lái cabin +EH1: Buồng điện +GI1: Dầm cầu trục +HB1: Khối đầu ngoạm +LG/ LS: Chân cổng thông tin +LT1: Tang quấn cáp +LT2: Cổng truy cập vào tang quấn +MB1: Buồng động nâng tay vươn cần trục +MH1: Buồng động nâng hạ +SP1: Ngoạm container +TY1: Xe +TR1: Phòng biến áp +WSA: Chân cổng thơng tin phía bờ sơng Các động truyền động Động nâng hạ hàng: Số lượng: 02 Công suất định mức: Pđm= 250kW Tốc độ: 1000/2400 vg/ph Điện áp định mức: Uđm= 400V AC Động di chuyển xe Công suất định mức: Pđm=9,2kW Số lượng động cơ: 16 Tốc độ:n=1445vg/ph Điện áp định mức:Uđm=400 VAC Động di chuyển giàn Số lượng: 04 Công suất định mức: Pđm=22kW Tốc độ:n=1700vg/ph Điện áp định mức: Uđm=440VAC Động nâng hạ công son Số lượng: 01 Công suất định mức: Pđm=75kW Tốc độ: n=1500vg/ph Điện áp định mức: Uđm=440VAC Ngoài động truyền động cịn sử dụng động phanh hãm, động chốt hàng, động quạt gió CHƯƠNG 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 cấu di chuyển giàn cầu trục QC hãng Kalmar Cơ cấu di chuyển giàn cầu có tám động truyền động Nguồn từ động thứ cấp cho cấu di chuyển dàn, nhiên nâng hạ hàng di chuyển dàn phần tử phép hoạt động thời gian Tồn phần trang bị điện cấu di chuyển giàn cầu trục nằm vẽ =10A11 (Hình 2.1) Hình 2.1: Bản vẽ =10.A 11 Nguồn điên cấp từ vẽ 7.3/-1k2; 4.5/ -504; 4.6/ -505 Các nguồn cấp từ đường dây 22 kV,sau đươc hạ áp thành drive vontage 400 V Từ nguồn cấp đươc chia thành nhánh qua cầu chì cao áp -1L11 10 -1L12 Một nhánh cấp cho đông -2M1, -2M2, -3M3, -3M4, nhánh lại cấp nguồn cho động -2M5, -2M6 -3M7, -3M8 Động truyền động -2M1, -2M2, -3M3, -3M4, -2M5, -2M6 -3M7, -3M8 độngcơ dị rotor lồng sóc P=15kW,AC-Motor , đơng bảo vệ lần lươt Aptomat -2Q1, -2Q2, -3Q3, -3Q4, -2Q5, -2Q6, -3Q7, -3Q8 Encoder -6B1 dùng để đo tốc độ quay chiều quay động truyền động Là loại Encoder 1024 xung Encoder -6B2 loại Encoder tuyệt đối có gốc gắn vào trục quấn dây cáp Với loại Encoder này, người ta sử dụng để đo tốc độ trục quay, chiều quay vị trí cấu di chuyển giàn cầu 1L11, -1L12 đươc trình bày vẽ =51.+EF51 Các Aptomat -2Q1, -2Q2, -3Q3, -3Q4, -2Q5, -2Q6, -3Q7, -3Q8 trình bày vẽ =51.J+LSF1 =52.J+WSF1 động Encoder -6B1 đươc trình bày 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 vẽ =10A (11& 12) 11 Hình 2.2: Bản vẽ =10A12 Cấp nguồn từ vẽ 4.5/-504 Nguồn cấp chia thành nhánh Nhánh qua tiếp điểm -15K2 contactor –15K2 cấp nguồn cho đông phanh Brake -2Y1,-2Y2,3Y3,3Y4.Các động phanh bảo vệ Aptomat -1F1,-1F2 -1F3, -1F4 Nhánh qua Aptomat -2Q1 tiếp điểm cơng tắc tơ -15K3đóng cắt động Strom Brake -1Y1 EF23-1G12-A1 +EF23-1G12-A1 thiết bị đóng cắt điện trở động lực vào động phanh đặt vị trí EF23 buồng E-HOUSE EF23-GI1-1A1 +EF23-GI1-1A2 điện trở động lực EF51 tủ điện buồng E-HOUSE vị trí có hai tiếp điểm hai cơng tắc tơ 21.M-1K1 51.M-1K2 sử dụng để đóng cắt nguồn từ module đến cấu di chuyển dàn nâng hạ hàng 12 Các đông Brake -2Y1, -2Y2, -3Y3, -3Y4 có điện áp định mức 230V,động Strom Brake -1Y1 có điện áp định mức 400V Tồn phần tiếp điểm Contactor Aptomat biểu diễn vẽ =56 D+LSF1 Hình 2.3: Bản vẽ =10A13 Bản vẽ =10A13 cấp nguồn từ vẽ 4.6/-505 Nguồn cấp chia thành nhánh Nhánh qua tiếp điểm -15K2 contactor – 15K2 cấp nguồn cho đông phanh Brake -2Y5,-2Y6,3Y7,3Y8.Các động phanh bảo vệ Aptomat -1F1,-1F2 -1F3, -1F4 Nhánh qua Aptomat -2Q1 tiếp điểm cơng tắc tơ -15K3 đóng cắt động Strom Brake -1Y1 EF23-1G12-A1 +EF23-1G12-A1 thiết bị đóng cắt điện trở động lực vào động phanh đặt vị trí EF23 buồng E-HOUSE 13 EF23-GI1-1A1 +EF23-GI1-1A2 điện trở động lực EF51 tủ điện buồng E-HOUSE vị trí có hai tiếp điểm hai công tắc tơ 21.M-1K1 51.M-1K2 sử dụng để đóng cắt nguồn từ module đến cấu di chuyển dàn nâng hạ hàng Các động Brake -2Y5,-2Y6,-3Y7,3Y8 có điện áp định mức 230V,động Strom Brake -1Y1 có điện áp định mức 400V Tồn phần tiếp điểm Contactor Aptomat biểu diễn vẽ =57 D+WSF1 2.2 Nguyên lý hoạt động cấu di chuyển giàn cầu trục QC hãng Kalmar Việc vận hành máy nâng hạ giàn cầu trục thực cabin phụ Qúa trình nâng hạ diễn tự động với thời gian tối đa phút Người vận hành cần bấm nút cấp tín hiệu nâng, hạ giàn Cơ cấu nâng hạ giàn có chế độ khóa liên động với cấu khác, vận hành nâng hạ giàn cấu khác ngừng làm việc, xe neo giữ nơi quy định Biến tần S120 truyền thông với module giao tiếp plc CU320-2 đồng thời đọc tốc độ từ encoder cấu nâng hạ hàng (tương tự với hoist1 hoist2).Hai điện trở động lực đóng vai trị thiết bị tiêu thụ lượng trình hãm động Đầu nguồn điện biến đóng cắt để đưa tới cấu nâng hạ di chuyển dàn (chỉ hoist1 có ) qua hai tiếp điểm cơng tắc tơ +EF51-1K1 +EF51-1K2 đặt E-House.Các thiết bị đặt phòng điều khiển E-House +EH1, từ cáp cấp điện cho động kéo tới phòng máy cấu nâng hạ hàng +MH1 qua cáp kèm với dây bảo vệ đất PE B037B= 0⇒công tắc tơ BFAN có điện ⇒ABFAN1⇒ cấp nguồn cho quạt làm mát động hoạt động Trên bàn điều khiển, đèn báo “ hạ giàn 14 cầu” sáng Tốc độ nâng giàn điều chỉnh tốc độ cho trình gia tốc giảm tốc xẩy trơn láng, khơng gây rung động khí Thiết bị mã hóa vị trí đưa PLC tổ hợp tín hiệu 13 bit vào nghịch lưu, điều chế độ rộng xung số lượng xung mở van bán dẫn cho điện áp, tần số tuân theo thuật toán tối ưu định Khi hạ xong giàn, ngắt hành trình 48.5,48A,5 tác động ⇒ B0422 = 1,B0427 = 1,48A.2 = 1⇒rơle BELS1 có điện⇒ tiếp điểm aBELS2 = 1⇒B0049 = PLC nhận tín hiệu vào, xử lý cấp tín hiệu B0046B, B0379, B0373, B037B= Các rơle, công tắc tơ BMC1X, BB1, BB2, BFAN =0(mấtđiện) BMC1X = 0⇒aBMC1X = 0⇒BCM1 = 0⇒ABCM1 = ⇒ ngắt nguồn tới hai cuộn phanh BBR1, BBR2 tác động kẹp chặt trục động Công son dừng lại vị trí nằm ngang, nhấn nút 14BS cấp tín hiệu khố lề ăn khớp cơng son 2.3 Các bảo vệ cho cấu di chuyển giàn cầu QC hãng Kalmar Bảo vệ tải nhiệt cho động : cảm biến nhiệt -2M1-T1 thiết bị phát nhiệt độ động mức cho phép đóng tiếp điểm đưa tới đầu vào PLC PLC xử lý hiển thị cố Báo lỗi điện trở hãm : module điện trơ hãm có đầu fault từ gửi tới PLC để hiển thị cố Bảo vệ liên động : thời gian có cấu nâng hạ hàng di chuyển giàn hoạt động Bảo vệ áp suật bơm phanh an toàn A1: cảm biến áp suất 5S1 phát mức áp suất thấp dừng cấp nguồn cho động bơm Bảo vệ tốc độ di chuyển phạm vị cho phép: Encoder ABS -7B2 vừa có tác dụng đo tốc độ trục cáp vừa đọc vị trí cấu nâng hạ có khả bảo vệ tốc độ vị trí 15 Bảo vệ trọng tải : hai cân trọng lượng loadcell -8B10 -8B11 đặt +MH2 cân điện tử đo tải trọng – 35T từ phát trọng lượng vượt ngưỡng cho phép CHƯƠNG 3: TRANG BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU DI CHUYỂN GIÀN CẦU TRỤC QC KALMAR 3.1.Sơ đồ cấu trúc điều khiển cấu di chuyển giàn Hai module biến tần cảm biến tốc độ động di chuyển giàn kết nối tới module truyền thông CU320 với giao thức truyền thông CLiQ CU320 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 PLC Hình 3.1: Kết nối biến tần module truyền thông CU320 qua CLiQ 16 Hình 3.2: Kết nối PLC module truyền thông CU320 qua PROFIBUS Việc điều khiển cấu di chuyển giàn điều khiển người vận hành máy cabin Trong cabin ghế ngồi vận hành, bảng điều khiển bên tay phải thiết bị điều khiển hoạt động cấu nâng hạ Khi tai lái vị trí 0, tiếp điểm đóng đưa tín hiệu tới PLC, động cơ cấu nâng hạ không hoạt động, đồng thời phanh đóng giữ trục kéo hàng đứng yên Khi tác động vào tay cầm điều khiển lệch khỏi gốc 0, tín hiệu truyền qua mạng truyền thơng tới PLC, PLC truyền tín hiệu tới module giao tiếp với biến tần điều khiển động hoạt động theo tốc độ mong muốn người vận hành 17 Hình 3.3: Bảng điều khiển cấu di chuyển giàn cầu 3.2.Trang bị điện điều khiển giám sát cấu di chuyển giàn Số lượng tín hiệu đầu vào thu thập từ cảm biến, ngắt cuối hành trình, tay điều khiển số lượng tín hiệu đầu cấp cho rơle, công tắc tơ lớn lên hệ thống sử dụng mạng PLC cục gồm modul vào ra, xử lý tín hiệu Encoder tuyệt đối -7B2 gắn vào trục cáp để phát tốc độ đóng phanh giữ khơng cho trục cáp quay đồng thời cảm biến xác định vị trí gốc cấu nâng hạ.Các tín hiệu gửi qua giao thức CLiQ sau qua Profibus gửi đến PLC 18 Hình 3.4: Các thiết bị trang bị điện cho cấu di chuyển giàn Encoder xung -7B1 dùng để đo tốc độ động gửi module truyền thông báo tới PLC tốc độ động Hình 3.5: Các thiết bị trang bị điện cho cấu di chuyển giàn Phanh kẹp giám sát tiếp điểm NO -4Y1S gửi đến module đầu vào PLC giám sát trạng thái ON/OFF phanh Các phanh đĩa an toàn có rơ le báo trạng thái 8S11, 8S12, 8S21, 8S22, có lệnh phanh, tiếp điểm báo lại trạng thái ON/OFF phanh Theo dõi trạng thái phanh giám sát hoạt động phần tử Hộp –A1 chứa phần tử hệ thống phanh đĩa an toàn, van điện thủy lực 5Y1 5Y2 tác động có lệnh từ đầu output PLC lý tốc độ, hành trình cho phép …,các van đóng lại làm cho trục cáp 19 khơng quay Áp suất dầu bơm từ động đo cảm biến áp suất -5S1 tiếp điểm NC, áp suất thấp báo cho hệ thống điều khiển Hình 3.6: Cảm biến đo trọng lượng cấu di chuyển giàn Cảm biến đo trọng lượng 8B10 8B11 thuộc loại loadcell đo – 35T đầu đến 20mA Thiết bị dùng để xác định tải trọng đầu container Nhờ có thiết bị xác định xác trọng lượng rơi góc dây cáp mà hệ thống cân container chống nghiêng hay hay xoáy 20 KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài, đề tài hoàn thành với nội dung sau : - Phân tích phần tử cấu di chuyển giàn cầu trục - Đưa vẽ trình bày nguyên lý làm việc thiết bị - Tìm hiểu thêm ký hiệu vẽ, đưa phân tích nhận xét hệ thống Tuy nhiên đồ án số vấn đề cần giải quyết: - Chưa phân tích phần mềm điều khiển thiết bị PLC - Chưa phân tích nguyên lý điều khiển giám sát cấu di chuyển giàn Xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Xn Bình giúp đỡ em trình nghiên cứu, thực đề tài này.Mặc dù cố gắng kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót Em mong nhận nhiều góp ý nhiệt tình thầy mơn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Xuân Bình , Trần Anh Dũng – Trang bị điện điện tử máy công nghiệp – Nhà xuất Hàng Hải-2015 [2] Tập vẽ kỹ thuật thiết bị FEEDER SERVER hãng KOCKS 22 ... mạch động lực truyền động cho cấu di chuyển giàn cầu trục QC hãng Kalmar Cơ cấu di chuyển giàn cầu có tám động truyền động Nguồn từ động thứ cấp cho cấu di chuyển dàn, nhiên nâng hạ hàng di chuyển. .. n=1500vg/ph Điện áp định mức: Uđm=440VAC Ngoài động truyền động cịn sử dụng động phanh hãm, động chốt hàng, động quạt gió CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ CẤU DI CHUYỂN GIÀN CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG KALMAR. .. hình 1.1 Hình 1.1 Cầu trục QC nâng chuyển container hãng KALMAR Cầu trục giàn QC xếp dỡ container hãng Kalmar cầu trục cổng có cơng son liên kết lề chuyển động đường ray, xe di chuyển cáp kéo,