Mô hình cầu trục

Mô hình cầu trục bao gồm các bộ phận chính như sau:

- Xe con.

- Dầm chính.

- Thanh ray.

- Động cơ điện.

- Encoder.

Trang 25 a/ Xe con

Chức năng: Xe con được thiết kế để chạy trên thép chữ I, nhằm mục đích kết nối với pa lăng để nâng kéo di chuyển vật.

Xe con của cầu trục được tạo thành từ các thiết bị rời bao gồm động cơ, hộp số, bánh xe, các khớp nối .

Thiết kế cơ khí:

Hình 3 - 2 Thiết kế mô hình cơ khí cầu trục

Trang 26 Mô hình sau khi thi công:

Hình 3 - 5 Xe con

Trang 27 b/Dầm chính

Chức năng : Cho xe con bám và di chuyển , là phần chịu lực chính của cầu trục. Dầm chính bao gồm một thanh thép chữ I và hai khối di chuyển chạy theo thanh ray .

Loại chữ I chọn là I150x75 , chiều dài là 3m.

c/Thanh ray

Thanh ray này có tác dụng cho bánh xe của dầm chính chạy trên nó , giúp cho dầm chính di chuyển.

Thanh ray lựa con là loại thép chữ U , loại U100 , dài 1,5m. Hình 3 - 6 Thép chữ I

Trang 28 d/ Động cơ điện

Động cơ điện lựa chọn là động cơ AC 3 phase không đồng bộ.

Chọn đường kính bánh xe con D = 70 mm. Vận tốc yêu cầu v = 15m/phút.

Suy ra : Tốc độ động cơ cần là :

n2 =60000. v

π. D ≈ 70 (𝑣𝑜̀ 𝑛𝑔/𝑝ℎ𝑢́ 𝑡)

Chọn động cơ 3 phase Panasonic M9MA40G4Y.

Có : n1 = 1420 vòng/phút.

Tỉ số truyền : n = 1/20  n2 =71 ( hợp lý)

Hình 3 - 8 Thanh ray chữ U

Trang 29 e/ Encoder

Để đếm số vòng quay động cơ củ xe con và dầm chính cần 2 encoder Chọn Encoder 100 P/R , 5VDC

3.1.2 Giải thuật điều khiển

Giải thuật điều khiển vị trí cho hệ thống cầu trục Hình 3 - 10 Encoder

Trang 30

3.2 Yêu cầu về tủ điện

Để đảm bảo hoạt động của ổn đinh , đồng thời giám sát và điều khiển cầu trục thì tủ điện điều khiển cần có những yếu tố như sau :

- Điều khiển vị trí cầu trục.

- Cung cấp nguồn và bảo vệ cho các thiết bị.

- Đảm bảo giám sát và điều khiển cho người sử dụng.

3.2.1 Phần nguồn

Để bảo vệ các thiết bị điện trong tủ điện và cấp điện thì cần có các thiết bị :

- CB đóng ngắt bằng tay và tự động bảo vệ và cấp nguồn cho biến tần và bộ chuyển đổi điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

- Sử dụng 2 CB cho biến tần và nguồn 24 VDC cùng với 1 CB tổng cho tủ điện.

Trang 31 Hình 3 - 13 Thiết bị đóng ngắt

Trang 32

- Để bảo vệ các thiết bị điện trong tủ điện thì cần cầu chì.

- Sử dụng 2 cầu chì cho 2 CB.

Nguồn cấp cho PLC là nguồn 24VDC , thiết bị được chọn là: Hình 3 - 14 Cầu chì

Trang 33

3.2.2 Phần điều khiển

Để điều khiển ba động cơ ba phase trên xe con cùng với động cơ của dầm chính thì cần hai biến tần.

Biến tần sử dụng là biến tần của hãng Teco.

Các thông số cơ bản của biến tần Teco loại L510

Mức điện áp Ứng dụng Thông số

150 V 1 pha 0.2 - 0.75 kw , 0.25 -1 HP

230 V 1 pha/ 3pha 0.2 - 2.2 kw, 0.25 - 3 HP

460 V 3 pha 0.75 – 2.2 kw , 1 - 3 HP

Bảng 3 - 1 Bảng thông số biến tần Teco

Để phụ hợp với mạng lưới điện trong nhà và động cơ điện 3 pha nên chọn loại L510 220V 0.75 kw và 1HP.

Trang 34 Sơ đồ đấu dây tổng quan biến tần Teco

Trang 35 Nhằm mục đích ra lệnh cho biến tần điều khiển động cơ , xử lý tín hiệu encoder. Nên thiết bị lựa chọn là PLC Delta DVP-14SS2.

 Tính năng:

- Tốc độ vận hành cao.

- Khả năng điều khiển thời gian thực tốt.

- Thiết kế nhỏ gọn.

 Đặc tính kỹ thuật:

- Điểm I/O chính : 14 ( 8DI + 6DO) loại rơle.

- Số điểm mở rộng tối đa : 494 (14+480)

- Bộ nhớ chương trình : 8k steps.

- TÍch hợp giao thức truyền thông Modbus ASCII/RTU thông qua cổng RS-232 và RS-485.

- Ngõ ra phát xung tốc độ cao : Y0,Y3:10kHz.

- Bộ đếm tốc độ cao.

 Ứng dụng

- Delta PLC DVP-SS2 Series chuyên dùng cho máy dệt , băng tải , máy quấn dây , máy đóng gói , máy chiết chai ,…

- Đặc biệt hỗ trợ giao diện với biến tần , AC Servo , HMI. Hình 3 - 18 PLC Delta DVP-14SS2

Trang 36

3.2.3 Phần giám sát

Phần giám sát bao gồm một cáp truyền nhận tín và máy tính giám sát. Dây cáp truyền nhận tín hiệu.

Dây cáp này chuyển từ USB sang chuẩn RS-232 giúp cho máy tính giám sát có thể truyền nhận tín hiệu với PLC , thông qua đó tính toán các tin hiệu phản hồi xuất ra các thông số về vị trí cho máy tính giám sát.

3.3 Thiết kế tủ điện

Bố trí sắp xếp các thiết bị điện .

Trang 37 Hình 3 - 20 Thiết kế tủ điện điều khiển

Trang 38

3.4 Phần mềm điều khiển

Hình 3 - 21 Tổng quan hệ thống giám sát Giao diện giám sát và điều khiển vị trí hệ thống cầu trục :

Với giao diện này người dùng có thể quan sát được hệ thống cầu trục ở bất kì đâu mà chỉ cần thông qua sóng wifi , đặc biệt là vị trí cầu trục sẽ được mô phỏng tương ứng với bản đồ giúp người điều khiển hình dung , phân tích và chọn vị trí mong muốn.

Trang 39

3.3.1 Cài đặt kết nối

Kết nối phần cứng đã được nhóm tóm gọm vào một khung config.

Để kết nối với hệ thống điều khiển cầu trục nên sẽ cài đặt các thông số ở Port Setting.

Giao diện kết nối phần cứng COMPORT SETTING.

Thông tin các phần của giao diện này như sau:

- Com port : Lựa chọn cổng Com kết nối .

- Baudrate : Lựa chọn tốc độ truyền thông.

- Data Bits : Lựa chọn kiểu dữ liệu truyền đi là 7 bit hay 8 bit.

- Parity : Lựa chọn kiểu kiểm tra chẵn lẻ.

- Stop bit : Lựa chọn bit kết thúc.

Sau khi lựa chọn thông tin đầy đủ,ta chọn Save để lưu lại và hoàn thành phần khai báo các thông số kết nối.

Tại giao diện giám sát , sau khi đã thiết lập phần cứng ta thiết lập thêm địa chỉ của PLC slave.

Trang 40 Ta được chọn địa chỉ slave từ 01 trở đi. Vì tại địa chỉ 00 thì PLC delta DVP 14SS2 không làm slave.

Sau khi thiết lập đầy đủ các thông số kết nối cần thiết ta chọn:

- Connect : Kết nối với slave .

- Disconnect : Huỷ kết nối với slave .

- Exit : Thoát khỏi chương trình điều khiển

3.3.2 Chức năng điều khiển

Các chức năng từng phần :

- X :Nhập thông số theo trục X.

- Y :Nhập thông số theo trục Y.

Hình 3 - 24 Thiết lập địa chỉ slave

Trang 41

- Set Home :Đưa cầu trục về lại vị trí ban đầu (0,0).

- Transmit :Truyền dữ liệu xuống hệ thống điều khiển.

- Launch :Thực thi nhiệm vụ sau khi được truyền dữ liệu.

- :Di chuyển xe con qua trái.

- :Di chuyển xe con qua phải.

- :Di chuyển dầm chính đi tới.

- :Di chuyển dầm chính đi lui.

3.3.3 Chức năng giám sát

Giám sát trực tiếp qua camera:

Giao diện giám sát hoạt động của cầu trục giúp người xem được một cách trực quan và rõ rãng hơn khi đang ở xa nơi làm việc, giúp người điều khiển dễ dàng xử lý các lỗi nếu hệ thống gặp sự cố trong quá trình vận hành

- Start/Stop : Hiển thị và ngưng quan sát hệ thống cầu trục.

Giám sát vị trí toạ độ:

Giao diện giám sát hiển thị vị trí của xe con Hình Giao diện giám sát giúp người điều khiển biết được vị trí chính xác của xe con đang ở vị trí nào trong khu vực vận

Trang 42 chuyển. Qua đó , quá trình di chuyển của cầu trục được giám sát một cách rõ ràng , thuận tiện cho việc chọn lựa khu vực cần tới một cách chính xác.

Trang 43

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Hoàn thành và thực nghiệm

4.1.1 Mô hình cơ khí

Mô hình cầu trục hoàn thành

Trang 44

4.1.2 Tủ điện điều khiển

Hình 4 - 2 Tủ điện điều khiển

Trang 45

4.1.3 Thực nghiệm sai số vị trí cầu trục

Với khoảng cách đo so sánh là 125cm, ta có bảng số liệu đo đạc sau

Lần 1 2 3 4 5 6 7 8

Khoảng cách(cm)

125,3 126,4 125,7 125,5 125,4 126,7 125,7 126,4

Bảng 4 - 1 Bảng đo thực nghiệm Khoảng cách trung bình sai lệch là 125,9  Sai số là 0.72% .

Tốc độ đo được là 12m/phút khi chạy ở 3 cấp tốc độ 80Hz, 60Hz và 5Hz.

4.2 Nhận xét

 Dầm và xe con chạy tương đối tốt.

 Sai số tương đối nhỏ.

 Di chuyển ít rung lắc.

 Tốc độ xe con cũng như dầm chính còn thấp.

Trang 46

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận

Với tình hình phát triển như hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, việc tạo ra sản phẩm có chức năng giám sát cũng như điều khiển trực tiếp như vậy sẽ giúp tăng năng suất lao động cũng như giảm thiểu thời gian điều khiển và có thể quan sát hệ thống thuận tiện hơn, đảm bảo an toàn cho con người trong công việc cũng vô cùng quan trọng.

Việc điều khiển và giám sát vị trí cho hệ thống cầu trục đã đáp ứng được nhu cầu thự tế trên.Đây được xem như là một hướng nghiên cứu cho bản thân cũng như các thế hệ sau để có thể nâng cấp, cải tiến hơn chức năng góp phần tích cực hơn trong lao động sản xuất hiệu quả và đặc biệt là giúp con người an toàn và tiết kiệm thời gian hơn.

5.2 Hướng phát triển

Tuy đã hoàn thành toàn bộ những yêu cầu đặt ra từ trước, nhưng trong thiết kế và thi công không thể tránh những thiếu sót, cũng như những ý tưởng mới mà do một vài lý do khách quan chưa thể thực hiện được.

Qua đây, nhóm xin đưa ra một số vấn đề cần được khắc phục cũng như phát triển thêm trong tương lai:

 Giảm bớt sai số vị trí cho hệ thống cầu trục.

 Vận tốc điều khiển đạt tốc độ cao và ổn định.

 Hệ thống chống được rung lắc hơn, tốt nhất có thể.

 Thêm cảm biến, công tắc hành trình để cầu trục làm việc chính xác hiệu quả hơn.

Trang 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1]: Nguyễn Thế Hùng, Bài giảng môn học Điều Khiển Tự Động, 2012.

Tiếng Anh

[1]: Delta “ DVP-PLC Application Examples”.

[2]: Delta “DVP-PLC Application Manual: Programming”. [3]: Teco “ Inverter Manual”.

Website tham khảo:

http://www.dailybientandelta.com/ http://www.bientan24s.com/ http://bigger.com.vn/ http://simplymodbus.ca/ http://delta.com/ http://vocsyit.com/

Trang 48

PHỤ LỤC

Phụ lục A: Chương trình điều khiển trong WPLSOFT

 Chương trình trong PLC

Nhiệm vụ : Xử lý tính toán dữ liệu

Chương trình xử lý tính toán dữ liệu

Nhiệm vụ: Đọc tín hiệu từ encoder

Chương trình đọc tín hiệu từ encoder

Trang 49 Chương trình điều khiển biến tần

Phụ lục B: Code lập trình C-sharp

Code giao tiếp giữa PC với PLC

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace My_Modbus_2 { class clsFunction { #region ModbusAddress

public static string ModbusAddress(string address) {

string MSB; string LSB;

string Modbus = ""; int n = address.Length;

string device = address.Substring(0, 1);

int range = Convert.ToInt32(address.Substring(1, n - 1)); if (device == "m") { MSB = "0"; range = range + 2048; LSB = range.ToString("X"); Modbus = string.Concat(MSB, LSB); } else if (device == "d") { MSB = "1"; LSB = range.ToString("X");

Trang 50 int m = LSB.Length; switch (m) { case 1: LSB = "00" + LSB; break; case 2: LSB = "0" + LSB; break; } Modbus = string.Concat(MSB, LSB); } return Modbus; } #endregion

#region Function Code

public static string ForceSingleCoil(string slaveID, string Register, bool status) { string data; if (status) { data = "FF00"; } else { data = "0000"; }

string sendword = string.Concat(slaveID, "05", Register, data); return sendword;

}

public static string PresetMultiRegister(string slaveID, string Register, string data)

{

int Data = Convert.ToInt32(data); string hexData = Data.ToString("X"); int n = hexData.Length;

#region Full Hex switch (n) { case 0: hexData = "0"; break; case 1:

hexData = string.Concat("0000000", hexData); break;

Trang 51 case 2:

hexData = string.Concat("000000", hexData); break;

case 3:

hexData = string.Concat("00000", hexData); break;

case 4:

hexData = string.Concat("0000", hexData); break;

case 5:

hexData = string.Concat("000", hexData); break;

case 6:

hexData = string.Concat("00", hexData); break;

case 7:

hexData = string.Concat("0", hexData); break; } #endregion string LSB = hexData.Substring(0, 4); string MSB = hexData.Substring(4, 4); hexData = string.Concat(MSB, LSB);

string sendword = string.Concat(slaveID, "10", Register, "000204", hexData);

return sendword; }

public static string ReadHoldingRegister(string slaveID, string Register, string data)

{

string sendword = string.Concat(slaveID, "03", Register, data); return sendword;

}

#endregion }