Đồ Án Trang Bị Điện Hệ Thống cấp nguồn và cơ cấu quay mâm cần trục KONE

Đồ Án Trang Bị Điện Hệ Thống cấp nguồn và cơ cấu quay mâm cần trục KONE

LỜI NÓI ĐẦU

Ở nước ta với địa hình có bờ biển dài và nhiều sông lớn, từ lâu ngànhvận tải thuỷ đã hình thành, phát triển và ngày càng đóng vai trò quan trọngtrong nền kinh tế Theo đó ngành công nghiệp đóng tàu cũng ngày càngđược quan tâm đầu tư phát triển, để đáp ứng nhu cầu trong nước và hội nhậpvới thế giới.

Trong các công ty đóng tàu, nhóm thiết bị cần trục cầu trục có vị trí rất quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh tế của công ty Cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nhóm thiết bị này cũng ngày càng được hoàn thiện Đặc biệt các thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài có nhiều tính năng ưu việt, đáp ứng tốt những yêu cầu vận hành như đáp ứng đủ công suất, mức độ tự động hoá cao, vận hành an toàn hiệu quả… Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá kỹ thuật và điều khiển nhóm cần trục cầu trục là rất cần thiết, giúp cho ta hiểu sâu và khai thác tối ưu năng suất thiết bị, phục vụ tốt hơn cho sản xuất

Dưới sự phân công và hướng dẫn của thầy T.s Hoàng Xuân Bình emđã tiến hành thực hiện đồ án môn học “ Nghiên cứu tổng quan cần cẩuKONE Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống cấp nguồn và cơ cấuquay mâm ”

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện do vốn kiến thức còn hạn chế,thời gian thực hiện không nhiều nên đồ án này không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của thầy cô và cácbạn.

Em xin chân thành cảm ơn!

1

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC KONE1.1 Giới thiệu chung về cần trục KONE

Cần trục chân đế KONE được hãng KRANEF của Phần Lan thiết kế Nhóm cần trục này được triển khai ứng dụng ở các cảng biển nước ta, nhiều nước trong khu vực và trên thế giới Cần trục KONE có đặc tính điều chỉnh tốc độ thích hợp cho bốc xếp hàng hoá cho cảng biển và nâng chuyển trong công nghiệp lắp ráp cho nghành đóng tàu, chữa tàu biển.

Cần trục KONE có các cơ cấu chính sau :Cơ cấu nâng hạ hàng.

Cơ cấu nâng hạ cần ( thay đổi tầm với ).Cơ cấu quay mâm.

Cơ cấu di chuyển chân đế.

Về cấu trúc cơ khí cẩu KONE có thanh cần trục gồm :

Tháp cần trục làm bằng thép cấu trúc trên tháp cẩu thẳng đứng, có gắntay cần trục, cabin điều khiển, buồng đặt thiết bị điều khiển.

Tay cần của cần trục cấu tạo bằng những thanh thép được ghép bằng dầm ứng lực, một đầu gắn bằng khớp với tháp cẩu, một đầu được ghép bằng cáp thông qua hệ thống ròng rọc và có thể quay xung quanh khớp gắn với tháp cẩu.

Cabin điều khiển là buồng điều khiển tập trung của cần trục, trong đó trang bị những tay điều khiển để điều khiển các cơ cấu.

1.1.1 Thông số kĩ thuật cơ bản

Thông số kỹ thuật của cẩu KONE như sau : Sức nâng từ 8 25 tấn.

Tầm với từ 24 38 m.

Chiều cao nâng hạ hàng với tải là :

+25 tấn chiều cao là 45+9 m +15 tấn chiều cao là 37 + 9 m.

Tốc độ nõng hàng múc 25 tấn l0 m/ph Tốc độ nõng hàng múc 8 tấn là 60 m/ph.Tốc độ quay mõm là 1 m/ph.

Tốc độ nõng cần là 25 m/ph Tốc độ di chuyển xe 46 m/ph.Gúc quay 3600

Chiều rộng của đường ray 10,5 m.

Chiều dài tõm bỏnh xe trước đến tõm bỏnh xe sau là 5,4 m.Chiều cao đỉnh thỏp 37,3 m.

Chiều cao đỉnh cần 45 m.

Nguồn điện 3 pha điện ỏp Udm = 380 V, f = 50 Hz.

1.1.2 Các quy ớc chung khi đọc bản vẽ kỹ thuật cần trục KONEa Các kí hiệu trên bản vẽ

- Bản vẽ kí hiệu chữ A ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấunâng hạ hàng móc 25 tấn.

- Bản vẽ kí hiệu chữ B ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấunâng hạ hàng móc 8 tấn.

- Bản vẽ kí hiệu chữ K ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấuquay mâm.

- Bản vẽ kí hiệu chữ P ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấunâng hạ cần.

- Bản vẽ kí hiệu chữ R ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu dichuyển xe.

Các bản vẽ nguyên lý của các cơ cấu cần cẩu KONE đợc kí hiệu nhsau:

- OP1: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch cấp nguồn.

- OP2: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nânghạ hàng chính móc 25 tấn.

- OP3: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nânghạ hàng móc 8 tấn.

- OP4: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nânghạ cần.

3

- OP5: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu quaymâm.

- OP6: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển mạch độnglực cơ cấu di chuyển xe.

- OP7: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch điều khiển cơcấu di chuyển xe.

- Bản vẽ OP28 tới OP35 là bản vẽ sơ đồ đấu dây.

b Cách đọc kí hiệu trong sơ đồ

Các cuộn hút của công tắc tơ, rơle đợc kí hiệu bằng chính tên công tắctơ, rơle đó Khi có điện nhận giá trị logic 1, khi không có điện thì bằng 0.

VD: Ac1=1 nghĩa là công tắc tơ Ac1 có điện.

Các tiếp điểm cũng kí hiệu bằng tên của công tắc tơ, rơle và kèm theo số cộttrong ngoặc đơn Tiếp điểm đóng có giá trị logic bằng 1, mở có giá trị logic 0

VD: Ac1(17) =1 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở cột 17 đóng.Ngoài ra ta có:

- Ac1(2/25) =0 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ OP2 cột25 đợc mở ra.

- OAc1(16) =0 nghĩa là tiếp điểm của công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ Onằm trên cột 16 mở ra

1.2 Ưu nhược điểm của sơ đồ điều khiển cần cẩu KONE

1.2.1 Về kỹ thuật điều khiển

Thuộc nhúm cẩu xuất hiện trước năm 1986 KONE là một trong nhữngloại cẩu được sử dụng lõu đời và rộng rói tại cỏc cảng sụng, cảng biển, cỏcnhà mỏy, xớ nghiệp.

Về kỹ thuật điều khiển, mạch điều khiển cú cấu tạo mạch đơn giảngồm cỏc cụng tắc tơ, rơle thiết kế theo kỹ thuật tối ưu hoỏ cỏc biến điềukhiển

Để điều khiển tốc độ động cơ cỏc cơ cấu nõng hạ hàng và cần cẩuKONE sử dụng phụ tải động là phanh điều chỉnh tốc độ, cú sử dụng bộ điềuchỉnh dũng KA481 để điều chỉnh phụ tải động Mạch điều chỉnh tốc độ làmạch vũng kớn, mạch này cú ưu điểm là điều chỉnh tốc độ tốt và hoạt độngkhỏ chớnh xỏc cho phộp KONE cú 4 cấp tốc độ phớa nõng và 4 phớa hạ, đặctớnh cơ như hỡnh 1.7

Cụ thể trong cơ cấu nõng hạ hàng và nõng hạ cần: [1]

Khi nâng ở tay điều khiển có 4 cấp tốc độ trong đó tốc độ 1 và tốc độ2 điều khiển hệ thống truyền động điện hoạt động theo nguyên tắc hệ kín ổnđịnh tốc độ nới mọi trọng tải nâng bằng phương pháp điều chỉnh mômen củaphụ tải động Tốc độ 4 được thực hiện bằng các rơle thời gian để có thêmcác tốc độ trung gian đảm bảo cho hệ thống hoạt động êm Trong mạch rotorvẫn giữ lại giá trị điện trở phụ nhằm mục đích khắc phục quá tải mômen,dòng điện cho động cơ Khi hạ cũng có 4 cấp tốc độ và ở tốc độ 1, 2, 3 hệTĐĐ là hệ kín.

Cần chú ý rằng trong quá trình khai thác nên sử dụng tốc độ 1, 2 phíanâng và tốc độ 1, 2, 3 phía hạ trong thời gian ngắn vì ở các tốc độ này dòngđiện ở động cơ Am1 tăng lên làm cho hiệu suất của hệ thống giảm, tuy nhiênnếu sử dụng cần trục KONE phục vụ nâng chuyển trong công nghệ lắp máythì đây là các đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt đáp ứng được yêu cầu nâng hạvới độ ổn định tốc độ cho mọi loại tải.

Bộ điều khiển KA481 có khả năng điều chỉnh dòng cho phanh hãm đểtạo ra mômen hãm điều chỉnh tốc độ hệ thống Tốc độ nâng 1 được tạo rabằng từ (15  20)% n0; Tốc độ nâng 2 bằng (25  30)% n0; Tốcđộ hạ hàng1 bằng (912)% n0; tốc độ hạ hàng 2 bằng (1520)% n0; tốc độ hạ hàng 3bằng (3035)% n0;

Trong cơ cấu quay mâm:

Do yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ nên hệ truyền động chỉ sửdụng dạng hệ hở để giảm chi phí sản xuất, tuy nhiên cơ cấu vẫn đảm bảo đủ4 cấp tốc độ cơ bản

Ngoài ra trên cẩu KONE dùng hệ thống đèn báo hiển thị sự hoạt độngvà báo lỗi.

Nhìn chung kỹ thuật điều khiển của cẩu KONE so với hiện nay đã cũnhưng do được sản xuất bởi hãng KONECRANES của Phần Lan nên hệthống vẫn làm việc tin cậy hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu công nghệcủa công ty và không có sự cố nghiêm trọng nào Sự cố thường gặp là rơle

5

D1 hoạt động ở các vị trí tốc độ thấp của tay điều khiển thường phải thay thếsửa chữa Việc điều khiển thông qua đóng cắt các tiếp điểm nên phải thườngxuyên bảo dưỡng, tránh hao mòn tiếp điểm dẫn đến sự hoạt động khôngchính xác hoặc sự cố nghiêm trọng xảy ra.

1.2.2 Về kỹ thuật biến đổi năng lượng- truyền động điện

Trong cẩu KONE các động cơ truyền động đều dùng động cơ rôto dâyquấn do Phần Lan sản xuất Loại động cơ này tuy giá thành cao nhưng cónhiều ưu điểm:

- Động cơ phù hợp với hệ TĐĐ thiết kế dùng phụ tải động vì khi kếthợp sẽ cho đặc tính điều chỉnh tốt trong phạm vi rộng như hình 1.7, có khảnăng rút ngắn thời gian quá độ và nâng cao hiệu suất.

- Động cơ dùng điện trở phụ có thể hạn chế được dòng khởi động vàtăng mômen mở máy.

Các thiết bị khác như phanh hãm làm việc, phanh an toàn, trống tời,cáp nâng đều có kết cấu chắc chắn, hoạt động tin cậy và ít hỏng hóc do đượcchế tạo từ hãng uy tín KoneCranes của Phần Lan

Hệ TĐĐ của các cơ cấu nhìn chung đã đáp ứng được các yêu cầu chohệ thống điều khiển cần trục cầu trục

Tóm lại: Cẩu KONE đáp ứng khá tốt yêu cầu nâng vận chuyển máymóc thiết bị tại công ty, giúp cho việc sửa chữa các con tàu Đây là cẩu do 1hãng danh tiếng chế tạo nên hoạt động khá tin cậy ít xảy ra sự cố nghiêmtrọng, khi có hỏng hóc thì phương pháp thay thế từng bộ phận là giải phápkinh tế nhất Tuy nhiên do việc bố trí thiết bị điều khiển chung một phía vớithiết bị động lực nên khi làm việc thiết bị động lực thường phát nóng, tạonhiệt độ cao trong phòng thiết bị, ảnh hưởng tới sự hoạt động chính xác củathiết bị điều khiển Vì vậy công tác an toàn và cải thiện điều kiện làm việccho các thiết bị điều khiển cũng là vấn đề cần thiết Việc kiểm tra bảo trì,

bảo dưỡng cẩu cũng cần thực hiện thường xuyên

1.3 Phương pháp cải tiến

Đối với cẩu KONE, hệ thống điều khiển dùng công tắc tơ - rơle vớicấu trúc hệ truyền động dùng động cơ rôto dây quấn kết hợp phụ tải động.Kỹ thuật này so với hệ thống dùng biến tần – PLC thì đã lạc hậu nhưng hệthống vẫn hoạt động tốt, ít xảy ra sự cố vì vậy không cần thay thế, hơn nữaviệc thay thế hệ điều khiển bằng biến tần – PLC là rất tốn kém Giải phápcho KONE hiện nay là sửa chữa và thay thế từng chi tiết khi hỏng hóc, tiếnhành kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống thường xuyên theo định kì để sớmphát hiện sự cố nhằm khắc phục kịp thời Lắp đặt các quạt thông gió, làmmát cho phòng thiết bị điều khiển…

Việc thay thế chi tiết cẩu KONE không nhất thiết phải là thiết bị docùng hãng chế tạo mà ta có thể sử dụng thiết bị của các hãng khác nhưSiemens của Đức, thiết bị của Nhật hay Trung Quốc, Việt – Hung … để vừađảm bảo về kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế

Nhìn chung các thiết bị của Nhật rất tốt nhưng về giá thành đắt nênchỉ dùng cho các trường hợp yêu cầu công nghệ cao Đối với cẩu KONEthiết bị thay thế chủ yếu sử dụng là của Đức vì phù hợp yêu cầu kỹ thuật vàgiá thành hợp lý Trong trường hợp cần thay thế động cơ ta có thể chọn cácđộng cơ của Việt – Hung giá thành rẻ, hoạt động cũng an toàn tin cậy

Chương 2 : ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU QUAY MÂM VÀ HỆ THỐNG CẤP NGUỒN

2.1 Giới thiệu về S7-300:

PLC là chữ viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điềukhiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều

7

khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy, với chương trìnhđiều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễthay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xungquanh( với các PLC khác hoặc với máy tính ) Toàn bộ chương trình điềukhiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trìnhvà được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét Để có thể thực hiện đượcmột chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máytính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ đểlưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào/ra đểgiao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi với môi trường xungquanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải cócác khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), Bộ thời gian(Timer) và những khối hàm chuyên dụng

2.1.1 Các module của PLC S7-300:

Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đóphần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nhưchủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiếtkế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module.Số các số module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tốithiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU Các modulecòn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, cácmodule chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ Chúng đượcgọi chung là module mở rộng Tất cả các module được gá trên thanh ray(Rack).

Module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,các bộ thời gian, bộ đếm cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vàicổng vào ra số Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng

vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau Nóichung chúng được đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như module CPU312,module CPU314, module CPU315…

Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhauvề cổng vào/ra onboard cũng như các khối làm việc đặc biệt được tích hợpsẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cổng vào/raonboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữcái IFM.

Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai loại cổng truyền thông,trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nốimạng phân tán Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là nhữngphần mềm thông dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành.Các loại module CPU được phân biệt với những module CPU khác bằngthêm cụm từ DP trong tên gọi

2.1.2 Vòng quét chương trình.

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp đượcgọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữliệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thựchiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từlệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End) Sau giai đoạnthực hiện chương trình là giai đoạn thực chuyển các nội dung của bộ đệmảo Q tới các cổng ra số.

9

Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểmlỗi

Vòng quét chương trình

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan đến cổng vào/ra tương tựnên các lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vậtlý chứ không thông qua bộ đếm.

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gianvòng quét Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòngquét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Cóvòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộcvào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào số lượng dữ liệu đượctruyền thông trong vòng quét đó

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán vàviệc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúngbằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết địnhtính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòngquét càng ngắn, tính thời gian thực hiện chương trình càng cao.

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ nhưkhối OB40,OB80, chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trongvòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khốichương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ

không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạnnếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thôngvà kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, đểthực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hìnhthức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét càng lớn khi càng cónhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó, để nâng cao tính thờigian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không được viết chươngtrình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trongchương trình điều khiển.

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làmviệc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trongvùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong cácgiai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số module CPU, khigặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,ngay cả chương trình ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.

Vòng quét

Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh cuối cùng

OB1

+ Lập trình có cấu trúc:

Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụriêng và những phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau.Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiệm vụ vàphức tạp Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừngcông việc đang thực hiện lại, chẳng hạn tạm dừng việc thực hiện chươngtrình trong OB1, và chuyển sang thực hiện chương trình xử lý trong ngắttrong các khối OB tương ứng Ví dụ khi đang thực hiện OB1 mà xuất hiệntín hiệu ngắt báo sự cố truyền thông, hệ thống sẽ tạm dừng việc thực hiệnOB1 lại để gọi và thực hiện chương trình trong khối OB87 Chỉ sau khi đãthực hiện xong chương trình trong OB87, hệ thống sẽ quay trở về tiếp tụcphần chương trình còn lại trong OB1.

Cấu trúc một chương trình (có cấu trúc)OB = Organization Block

FC = Function

FB = Function Block

OBOrganization Block

DB

SFB = System Function BlockSFC = System Function

SDB = System Data BlockDB = Data Block

Khác với kiểu lập trình tuyến tính, kỹ thuật lập trình có cấu trúc(structure programming) là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chươngtrình điều khiển được chia nhỏ thành các khối FC hay FB mang một nhiệmvụ cụ thể riêng và được quản lý chung từ những khối OB Kiểu lập trìnhnày rất phù hợp cho bài toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng nhưcho việc sửa chữa, gỡ rối sau này.

2.1.4 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng:

Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modulemở rộng thông qua bus nội bộ Ngay tại đầu vòng quét, các dữ kiện tại cổngvào của các module số (DI) đã được CPU chuyển tới bộ đệm vào số Cuốimỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số lại được CPU chuyển đến cổng racủa các module ra số (DO) Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này đượcthực hiện bởi chương trình ứng dụng Điều này cho thấy nếu trong chươngtrình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị logicthực có của cổng vào này có thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiệnvòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I và giáđó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét Cũng nhưvậy , nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng rasố thì do nó chỉ thay đổi cuối cùng mới thực hiện được đưa tới cổng ra vậtlý của module DO.

Khác hẳn với việc đọc /ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tươngtự lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO) Như vậy

13

mỗi lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu được một giá trị đúngbằng giá trị thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh Tương tự khi thựchiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bit) tới địa chỉ của vùng PQ, giá trịđó sẽ được gửi ngay tới cổng ra tương tự của module

Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số cáccổng vào ra tương tự của một trạm Chẳng hạn, thực chất các cổng vào tươngtự chỉ có thể có là từ địa chỉ PIB256 đến địa chỉ PIB767 nhưng miền địa chỉcủa PI và PQ lại từ 0 đến 65535 Điều này tạo ra khả năng kết nối các cổngvào/ra số với những địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụngcó thể truy nhập trực tiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tứcthời tại cổng mà không thông qua bộ đệm I và Q

2.1.5 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình PLC:

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằmphục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lậptrình cơ bản Đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement lits) Đây là dạngngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trìnhđược ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnhchiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toán hạng”.- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic) Đây chính là

dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạchđiều khiển logic.

- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu FBD (Function block diagram) Đâycũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho những người có thói quenthiết kế mạch điều khiển số.

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang đượcdạng STL, nhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiều lệnh không cótrong LAD hay FBD.

2.1.5.1 Trình tự chung của việc viết chương trình điều khiển:

Để viết chương trình (lập trình) điều khiển cho hệ thống sử dụng bộđiều khiển PLC cần theo các bước sau:

1 Xác định chức năng của hệ thống điều khiển:

Đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúngta muốn điều khiển một hay nhiều phần tử thực hiện của đối tượng Để xácđịnh chức năng của hệ thống điều khiển chúng ta cần xác định thứ tự hoạtđộng thông qua việc mô tả bằng lưu đồ.

2 Xác định các đầu vào và đầu ra:

Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài được nối với bộ điềukhiển được lập trình hoá phải được xác định Những thiết bị đầu vào lànhững chuyển mạch, cảm biến, nút ấn, tay điều khiển Những thiết bị đầura là những thiết bị như van điện từ, các đèn chỉ báo, chuông

Sau việc nhận dạng các thiết bị chủng loại đầu vào và đầu ra đó,chúng ta tiến hành lựa chọn cấu hình PLC và các khối mở rộng một cáchphù hợp Gán đầu vào (INPUT) và đầu ra (OUTPUT) tương ứng với PLC đãchọn.

3 Quan hệ vào/ra và việc đơn giản hàm chức năng:

STL

Từ lưu đồ hoạt động, ta tiến hành xây dựng mạch logic điều khiểntheo quan hệ đầu vào/ra Viết hàm chức năng từ mạch logic, sau đó có thểthực hiện đơn giản hoá hàm trong trường hợp có thể

4 Viết chương trình:a) Ngôn ngữ lập trình

- Phương pháp hình thang (LAD).- Phương pháp danh sách lệnh (STL).- Phương pháp sơ đồ khối (FBD).b) Các lệnh cơ bản

- Nhóm lệnh logic tiếp điểm.

- Lệnh đọc, ghi và đảo vị trí bytes trong thanh ghi ACCU.- Các lệnh logic thực hiện trên thanh ghi ACCU.

- Nhóm lệnh tăng giảm nội dung thanh ghi ACCU.- Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung thanh ghi ACCU.- Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16 bits.

- Nhóm lệnh so sánh số nguyên 32 bits.- Nhóm lệnh so sánh số thực 32 bits.c) Các lệnh toán học

- Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 16 bits.- Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 32 bits.- Nhóm lệnh làm việc với số thực.

d) Các lệnh logic tiếp điểm trên thanh ghi trạng thái- Lệnh AND trên thanh ghi trạng thái.

- Lệnh OR trên thanh ghi trạng thái.

- Lệnh EXCLUSIVE OR trên thanh ghi trạng thái.e) Các lệnh đổi kiểu dữ liệu.

- Chuyển đổi số BCD thành số nguyên và ngược lai.- Chuyển đổi số nguyên 16 bits thành số nguyên 32 bits.

- Chuyển đổi số nguyên 32 bits thành số thực.- Chuyển đổi số thực thành số nguyên 32 bits.f) Các lệnh điều khiển chương trình.

- Nhóm lệnh kết thúc chương trình.- Nhóm lệnh rẽ nhánh theo bit trạng thái.- Lệnh xoay vòng.

- Lệnh rẽ nhánh theo danh mục.

Ngoài ra thì còn có các bộ đếm(counter), bộ thời gian(timer) và các

khối dữ liệu đặc biệt

5 Nạp chương trình vào bộ nhớ:

Ta truy nhập chương trình đã được soạn thảo vào trong bộ nhớ thôngqua máy tính với sự trợ giúp của phần mềm đi kèm theo thiết bị.

6 Xác định địa chỉ cho module mở rộng:

Tuỳ vào vị trí lắp đặt của module mở rộng trên những thanh RACK mà

các module có những địa chỉ khác nhau 2 hình dưới đây trình bày qui tắcxác định địa chỉ đó

17

2.2 Thuyết minh hệ thống điều khiển cấp nguồn của cần trục KONE

Nguồn điện cung cấp cho cỏc cơ cấu của cần cẩu KONE được điều khiển bằng cỏc cụng tắc tơ –rơ le, cầu dao Sơ đồ nguyờn lý điều khiển cấp nguồn cho cần trục KONE được biểu diễn trờn hỡnh 2.2

Điện ỏp cung cấp cho cỏc động cơ 3 pha, Udm= 380V, tần số f =50Hz.Điện ỏp cung cấp cho mạch điều khiển UDK = 220V, tần số f = 50Hz.

Điện ỏp cung cấp cho mạch điều khiển dùng rơ le thời gian điện từ 1 chiều

UMC = 220V.

Cung cấp nguồn cho các cơ cấu chính thông qua hệ thống vành trợt trên trục của ru lô và đa đến cầu dao chính Oa1 đặt trên cần trục Từ cầu dao Oa1, cáp nguồn đợc nối với hệ thống vành trợt thứ hai bố trí trong trụ quay cần trục để cấp cho cầu dao Oa2 lắp đặt trong ca bin điều khiển.

Thứ tự cấp nguồn cho cần trục :

Khi cầu dao chính đợc đóng Oa1 =1 cấp điện tới cầu dao Ta1 và Ta2 cho hệ thống chiếu sáng báo hiệu, chiếu sáng, sấy các động cơ, đồng thời cấp điện tới cầu dao Oa2.

Khi cầu dao Oa2 = 1 thì nguồn điện đợc cấp tới công tắc xoay Oa3 và công tắc xoay Ob2 sẵn sàng cấp cho công tắc tơ Oc1 sẵn sàng cấp nguồn cho các cơ cấu chính của cần trục.

Để tiến hành cung cấp nguồn điện cho mạch động lực cho các cơ cấu nâng hạ hàng, nâng hạ cần, cơ cấu quay mâm và cơ cấu di chuyển xe cần tiến hành các bớc sau :

1.Đa tất cả tay điều khiển của các cơ cấu chính về vị trí 0, lức này ta có :

Trờng hợp công tắc tơ chính Oc1 không làm việc, đèn tín hiệu không sáng, mạch điều khiển cấp nguồn bảo vệ sự cố các cơ cấu điều khiển chính nh hệ thống quạt gió cho buồng máy, thông gió cho các điện trở phụ, bảo vệ quá tải cho các động cơ truyền động, các tay điều khiển không ở vị trí không …

Thứ tự cấp nguồn cho cần trục thực hiện theo các bớc sau đây:1 Đa tay điều khiển các cơ cấu chính về vị trí “ 0 ”.

2 ấn nút stop ( Ob3 ) = 0, công tắc tơ chính Oc1 =0, đèn báo Oh1 tắt khi công tắc tơ chính mất điện.

3 Ngắt cầu dao Oa2 ( đa tay cầu dao về vị trí OFF ) ; an toàn cho mạch động lực cũng nh mạch điều khiển của các cơ cấu Nhng mạch điều khiểncho mạch chiếu sáng và sấy vẫn có điện.

4 Ngắt cầu dao Oa1 ( đa tay cầu dao về vị trí OFF ); bảo đảm an toàn cho hệ thống.

Các bảo vệ cần có trong sơ đồ điện điều khiển cấp nguồn cho cần trục :Bảo vệ “ 0 ” là bảo vệ mất điểntong lức cần trục đang hoạt động, không cho phép hoạt động trở lại khi cha thực hiện thứ tự cấp nguồn.

Bảo vệ ngắn mạch : khi trên cần trục sảy ra ngắn mạch cấp nguồn do mạch điện động lực của các cơ cấu hệ thống thì hệ thống cấp nguồn phải bảo vệ nhằm mục đích bảo vệ hệ thống cung cấp diện.

Bảo vệ ngừng cấp nguồn khi một trong các cơ cấu chính quá tải

2.3 Thuyết minh hệ thống truyền động điện điều khiển cơ cấu quay mõm của cần trục KONE

Cấu trỳc của hệ thống truyền động điện điều khiển cơ cấu quay mõm của cần trục KONE cú cấu trỳc như trờn hỡnh 2.3a Hệ truyền động cho cơ cấu quay mõm dựng hai động cơ bố trớ đối xứng qua tõm quay Hệ truyền động dảo chiều đối xứng cho cả hai chiều quay.

2.3.1 Động cơ truyền động cho cơ cấu quay mõm

Hai động cơ truyền động cho cơ cấu quay là động cơ khụng đồng bộ roto dõy quấn Loại động cơ 16LTS2F – 9548 cú cỏc thụng số sau :

Công suất định mức Pdm = 15 kWHệ số công tác ngắn hạn lặp lại ε% = 40%Điện áp định mức Udm = 380 VDòng điện định mức Idm = 34 A

Tốc độ định mức ndm = 1500 vg /ph

Điện trở roto R2 = 0,14 Ω/200C.

2.3.2 Chức năng các phần tử trong mạch điều khiển

Sơ đồ nguyên lý điều khiển cơ cấu quay mâm của cần trục KONE K4961 được biểu diễn trên hình

K2m1, K2m2 : Các động cơ không đồng bộ roto dây quấn truyên động cho cơ cấu quay mâm.

Kc1, Kc2 : các công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho cuộn dây stato để động cơ quay thuận và quay ngược.

K1c40 ÷ K1c43; K2c40 ÷ K2c43 : các công tắc tơ điều khiển điện trở phụ trong mạch roto của động cơ.

K1e1 và K2e1 : Các rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho các động cơ.Ke1 : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch.

Kd43 và Kd44 là các rơle thời gian để khống chế quá trình tăng, giảm tốc độ khi điều khiển.

2.3.3 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển cơ cấu quay

Thứ tự cung cấp nguồn cho cần trục đã được thực hiện Sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu quay mâm biểu diễn trên hình Tay điều khiển Kb3 ở vị trí “0” , lúc này các rơ le Kd43 =1, Kd44 =1 làm cho Kd43(16) =0, Kd44(16) = 0, bảo vệ an toàn cho cơ cấu quay mâm đồng thời Kd43(9) =1,

21

Kd44(9) = 1 cấp điện cho mạch điều khiển và cấp nguồn cho Kd42 = 1, Kd41 = 1 làm cho Kd41(15) = 1, Kd42(14) = 1 sẵn sang đưa các công tắc tơ K1c41 và K2c41 vào làm việc.

Tốc độ 1 quay phải

Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 1, Kb3 = 1, ta có : Kd1 =1 làmcho Kd1(14) =1 sẵn sang cấp điện cho K1c41 và K2c41, đồng thời Kd1(7) =1 dẫn đến Kc1 = 1.

Kc1(4) = 1 cấp nguồn stato cho 2 động cơ truyền động K2m1 và K2m2 quay theo chiều phải.

Mạch roto của 2 động cơ điều hở 1 pha nên động cơ làm việc ở chế độđiện trở roto không đối xứng nên mômem động cơ tạo ra đủ nhỏ, tốc độ chậm.

Tốc độ 2 quay phải

Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 2 chiều quay phải Kb3 =1 Mạch điện stato được cấp điện giống vị trí số 1 Ở mạch roto lúc này có them K1c40 = 1 và K2c40 = 1 làm cho K1c40(7) = 0 và K240(9) = 0 bảo vệ động cơ khi có sự cố đồng thời K1c40(1) = 1 và K2c40(3) = 1 lúc này điện trở mạch roto được nối đối xứng U0U1 = V0V1 = W0W1 , tốc độ động cơ tăng lên.

Tốc độ 3 quay phải

Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 3 chiều quay phải Kb3 = 1.Mạch điện stato của 2 động cơ giống vị trí số 2, K1c41 = 1 , K2c41 = 1 làm cho K1c41(23) = 0 và K2c41(23) = 0 dẫn đến Kd43 = 0 duy trì thời gian sau khoảng 2(s) thì Kd43(16) =1

Các công tắc tơ K1c41(1) và K2c41(3) = 1 loại điện trở phụ U0U1 , V0V1 , W0W1 ,ra khỏi mạch ro to, tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên

Tốc độ 4 quay phải

Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 4 chiều quay phải Kb3 = 1.

Mạch điện stato của các động cơ giống vị trí số 3, mạch điện roto lúc này K1c42 = 1 và K2c42 = 1 làm cho K1c42(24) = 0 làm cho rơle thời gian Kd44 = 0 sau khoảng thời gian duy trì 1,5(s) thì Kd44(17) = 1; K1c42(1) = 1, K2c42(3) = 1 loại tiếp điện trở U1U2, V1V2 , W1W2 ra khỏi mạch điện rototốc độ động cơ tăng lên.

Sau thời gian duy trì 1,5(s) thì Kd44(18) = 1 làm cho K1c43 = 1 và K2c43 = 1 tiếp tục loại nấc điện trở phụ U2U3 , V2V3 , W2W3 ra khoải mạch ro to tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên.

Khi điều khiển cơ cấu quay mâm quay trái các bước thực hiện tương tự như điều khiển cơ cấu quay phải, cần chú ý rằng công tắc tơ cấp nguồn cho mạch stato lúc này là Kc2 = 1 , đổi chiều quay bằng cách đổi thứ tự pha điện áp mạch stato Mạch điện roto thứ tự loại trừ điện trở phụ hoàn toàn giống chiều quay phải.

Khi chuyển nhanh tay điều khiển từ vị trí 1 đến vị trí 4 và từ vị trí 4 vềvị trí 1, nhờ sự duy trì của các rơle thời gian Kd43 và Kd44 mà tốc độ khôngtăng đột ngột.

Cơ cấu phanh dừng ( hình 2.3.b ) được thực hiện khi đạp chân phanh ( K6=1 ) Trước khi thực hiên chế độ phanh thì người điều khiển phải đưa tay điềukhiển Kb3 về vị trí 0 Đồng thời đóng các cầu dao K2, K1 ( tùy vào từng tốc độ của động cơ mà ta đóng cầu dao K3, K4, K5 để điều chỉnh dòng hãm ) đưa dòng điện 1 chiều vào stato của 2 động cơ tạo ra chế độ hãm

Các bảo vệ

1 Bảo vệ quá tải cho các động cơ thực hiện bằng các rơle nhiệt K1e1 và K2e1.

2 Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì Ke1

3 Bảo vệ “không” được thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn.

23