Hiệu suất chung:
η = ηtv.ηol10.ηBr.ηnt.ηx4 (4.1)
Tra bảng 2.3 trang 19 ta có: ηtv = 0,3 : Hiệu suất trục vít.
ηol = 0,99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn. ηBr = 0,96 : Hiệu suất 1 cặp bánh răng. ƞx = 0,9 : Hiệu suất bộ truyền xích. ηnt = 1 : Hiệu suất nối trục.
- Vậy η = 0,3.0,9910.0,96.1.0,94 = 0,17
4.4.Chọn động cơ:
- Công suất của động cơ gồm 3 yếu tố: + Công suất cần thiết để chạy không tải + Công suất cần thiết để di chuyển vật cần tải + Công suất cần thiết để thắng lực ma sát - Ta có: công suất máy công tác:
P = (4.2) V=0,000013 m/s Lực ma sát tác dụng vào vật : Fms = f.N (N) (4.4) - Tra bảng 4.1 ta có: f = 0,35 (hệ số ma sát) Ta có phƣơng trình cân bằng lực: F = Fms Fms = f.m.g = 0,35.0,5.9,81 = 1,71675 (N) => P = = =2,23.10-8 kW Công suất cần thiết cho động cơ.
Pct =
1,13.10-7 kW Tỉ số truyền: u=3,5
Số vòng quay của trục máy công tác nlv=
=
64 Số vòng quay đồng bộ: nsb=nlv.ut=0,02905 v/ph
(4.5)
Ta có Pct nên ta cần ch n động cơ có công suất thỏa điều kiện: Pđm> Pct. - Thực tế có nhiều động cơ thỏa điều kiện này. Dựa vào các thông số đã cho và mục đích giảm bớt về kinh tế → Ta ch n:
- Động cơ loại: 51K90GU-SW
- Số vòng quay: n = 1450 (vòng/phút). - Công suất định mức : Pdm = 90 (W)
-
= 1,7
= 1,6 Cosφ = 0,65
4.4.1. Bộ truyền đai thang
Loại đai này có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt hai bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tƣơng ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt
.Chọn loại đai và tiết diện đai:
+ Vì tải tr ng nhỏ + vận tốc quay < 25m/s => ch n đai thƣờng
. Xác định các thông số của bộ truyền:
1. Xác định đƣờng kính bánh đai nhỏ d1: d1= (5,2...6,4) √ , hoặc ch n tiết diện dây đai dựa vào hình 4.1, đƣờng kính bánh đai nhỏ đƣợc ch n theo bảng 4.13, tham khảo vào dãy số sau: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315...
Theo bảng 4.13, ch n đƣờng kính bánh đai nhỏ d1 = 71 mm, vận tốc đai:
= .71.80/60000=0,3 m/s Nhỏ hơn vận tốc cho phép vmax= 25 m/s
2. Từ d1 , tính d2 theo thức 4.2: , đƣờng kính bánh đai lớn d2 = d1u(1-
=3,5.71(1-0,02) = 243 mm, Theo bảng 4.26 ch n đƣờng kính tiêu chuẩn d2 = 250 Tỉ số truyền thực tế: ut= d2/[d1(1- =250/[71(1-0,02)]= 3,6 < 4%
3. Xác định khoảng cách trục a thỏa điều kiện a>=(1,5...2)(d1+d2),
Theo bảng 4.4, ch n sơ bộ khoảng cách trục a=d2=250mm, theo công thức 4.4 thì chiều dài đai: l= 2.a + 0,5 (d1 + d2)+( d2 - d1)2/4a=1036 mm
Theo bảng 4.13, ch n chiều dài dây đai tiêu chuẩn là: 1000 mm
Nghiệm số vòng quay của đai trong 1 giây, theo công thức (4.15), i=v/l=0,3/1=0,3/s<10/s
Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn l=1000 mm Theo (4.6), a= 230 mm
4. Xác định góc ôm: Theo công thức (4.7), góc ôm 1=180-57(d1+d2)/a=135 >120 5. Xác định số đai: Theo công thức 4.16, z = P1Kđ/([P0]C C1 Cu Cz)
z = P1Kđ/([P0]C C1 Cu Cz) Theo bảng (4.7)
P1=90 W- Công suất trên trục bánh đai chủ động Kđ=1,25- Hệ số tải tr ng động
P0=32W – Công suất cho phép
C =0,88- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của góc ôm C1=1- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của chiều dai đai Cu=1,14 – Hệ số kể đến ảnh hƣởng của tỉ số truyền
Cz=0,93- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của sự phân bố không đều Do đó z=3, 77, lấy z=4 đai
6. Chiều rộng bánh đai. Theo (4.17) và bảng 4.21, B=(z-1)t+2e=(4- 1)19+2.12.5=82mm
Đƣờng kính ngoài của bánh đai da=d+2h0=71+2.4,2=79,4
Xác định tiết diện đai: A=b. =FtKđ/[ F], trong đó b và là chiều rộng và chiều dài dây đai
Lực vòng đƣợc xác định từ công suất P1, Kw và vận tốc v, m/s: Ft=1000 P1/v
66 Lực căng trên 1 đai đƣợc xác định theo công thức sau:
F0 = 780P1Kđ/(vC .z)+ Fv Trong đó
Fv : Lực căng lo lực li tâm sinh ra, trƣờng hợp bộ truyền có khả năng tự động điều chỉnh lực căng, Fv=0; nếu định kì điều chỉnh lực căng thì: Fv = qmv2=0,178.0,32=0,16
Trong đó: qm=0,178- khối lƣợng 1 mét chiều dài đai Do đó, F0=83,3N
Theo (4.21), lực tác dụng lên trục: Fr=2.F0.z.sin( 1/2)=666 N
4.5.Một số phƣơng án dùng mạch điều khiển cấp phôi tự động 4.5.1.Rơle 4.5.1.Rơle
* Ƣu điểm:
Có khả năng đo lƣờng và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa. Ƣu việt rất lớn của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lý thông tin với khối lƣợng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, đ chính xác, độ tin cậy cũng nhƣ mở rộng tính năng của bảo vệ
Hạn chế đƣợc nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số.
Có khả năng tự lập trình đƣợc nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tƣợng bảo vệ khác nhau.
Công suất tiêu thụ nhỏ.
* Nhƣợc điểm:
Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tƣ lớn để thay thế các rơle cũ bằng các rơle số.
Đòi hỏi ngƣời vận hành phải có trình độ cao.
Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chửa và nâng cấp thiết bị.
4.5.2.Cấu trúc điển hình của rơle số:
Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle đƣợc lấy qua các BU từ đối tƣợng bảo vệ. Lƣu ý tín hiệu tƣơng tự chỉ chuyển sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trƣớc tiên phải biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện. Sau đó các tín hiệu này đƣợc l c bằng bộ l c giải mã.
Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ BI, BU sau khi đƣợc biến đổi thành tín hiệu phù hợp. Các tín hiệu đã đƣợc biến đổi này đƣợc đƣa vào bộ ch n kênh. Bộ xử lý trung tâm sẽ gởi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ ch n kênh đƣa vào bộ biến đổi tƣơng tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tƣơng tự thành tín hiệu số và đƣa vào bộ vi xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu
Vì các bộ chuyển đổi tƣơng tự - số (ADC) thƣờng rất đắt nên khi thiết kế ngƣời ta cố gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh để lựa ch n các tín hiệu cần thiết cung cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25 s nên phải duy trì tín hiệu tƣơng tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình chuyển đổi từ tƣơng tự sang số. Điều này đƣợc thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy trì và lấy mẫu S/H.
Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý. Nhìn chung trong một rơle số ngƣời ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý (để thực hiện các chức năng khác nhau). Ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic. Bộ vi xử lý đƣợc đƣa vào chế độ làm việc theo chƣơng trình đƣợc cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không thay đổi đƣợc và không bị mất dữ liệu khi bị mất nguồn. Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ chỉ đ c, lập trình điện và xóa đƣợc bằng điện). Các phép tính trung gian đƣợc lƣu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM.
Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn một chiều thành nhiều nguồn một chiều có cấp điện áp khác nhau để cung cấp cho các chức năng khác nhau của rơle. Đây là bộ biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, hoặc bộ nguồn chỉnh lƣu lấy điện từ lƣới điện tự dùng của trạm. Vì nguồn cung cấp từ acquy thƣờng không ổn định trong khi rơle số lại rất nhạy đối với sự thăng giáng của điện áp nên trong nội bộ rơle số đã đƣợc tích hợp một nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± 5V hoặc 1V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số.
68
Giao diện của rơle số:
Cấu trúc phần cứng điển hình của một rơle số
Truyền dữ liệu (communication) là điều cần thiết vì ba lý do sau đây: Để dễ dàng cho việc cài đặt các chƣơng trình vào bên trong rơle. Rơle phải trao đổi dữ liệu với các bộ phận đo lƣờng ở xa.
Rơle phải phát ra tín hiệu đi cắt (Trip) và tín hiệu báo động (Alarm) khi có sự cố.
Không giống các rơle điện cơ và các loại rơle tĩnh khác, rơle số hầu nhƣ không cần phải hiệu chỉnh. Việc cài đặt thƣờng thực hiện bằng các chƣơng trình phần mềm từ một máy tính cá nhân hay đƣợc tích hợp trong rơle. Vì lý do đó mà một số loại giao diện đã đƣợc sử dụng để ngƣời dùng trao đổi dữ liệu với rơle.
* Loại 1: Loại này phổ biến đối với các loại rơle số hiện đại có màn hình tinh thể lỏng (LCD) và bàn phím lắp ở mặt trƣớc của rơle. Để nhập các giá trị cài đặt, ngƣời sử dụng phải ấn các phím để hiển thị và thay đổi các giá trị số xuất hiện trên màn hình.
* Loại 2: Sử dụng màn hình hiển thị thông thƣờng (VDU) nối đến rơle số thông qua cổng nối tiếp. Loại giao diện này thƣờng thấy ở các trạm biến áp (để hiển thị sơ đồ vận hành) hoặc đƣợc sử dụng trong sơ đồ kết nối với rơle tại trạm qua modem từ trung tâm điều khiển ở xa để lấy dữ liệu hay cài đặt lại thông số.
Yêu cầu đối với rơle số là phải có phƣơng pháp phát ra tín hiệu đi cắt và tín hiệu báo động thích hợp. Vì các tín hiệu này có dạng mã nhị phân (Binary) cho nên bộ vi xử lý dễ dàng giải mã các địa chỉ. Điều này đƣợc thực hiện bởi khối tín hiệu đầu ra (digital output) trong hình 5.1. Mặc dù công nghệ số đã đƣợc áp dụng trong
bảo vệ rơle nhƣng các tín hiệu cắt và báo động vẫn phải là các tín hiệu tƣơng tự để đƣa đến các rơle điện cơ thực hiện mệnh lệnh.
Môi trƣờng làm việc của rơle:
Trạm biến áp là môi trƣờng điện từ nguy hiểm đối với rơle kỹ thuật số vì nó nằm gần các đƣờng dây cao áp, dao cách ly và máy cắt. Khi có sự cố hay đóng cắt xảy ra điều cần thiết là không cho nhiễu bên ngoài xâm nhập vào rơle làm ảnh hƣởng đến sự làm việc bình thƣờng của nó. Những nhiễu tác động không mong muốn này g i là tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence).
Có hai nguyên nhân sinh ra EMI trong trạm biến áp là:
Do thao tác đóng cắt đƣờng dây hay xung sét truyền từ ngoài đƣờng dây làm nhiễu tín hiệu điện áp đầu vào của rơle.
Do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện hoặc sóng radio.
Vì bộ vi xử lý làm việc với tốc độ cao nên rơle số dễ bị ảnh hƣởng của EMI. Vì vậy điều bắt buộc khi chế tạo rơle số là nó phải có tính tƣơng hợp điện từ EMC
(Electromagnetic compatibility).Để rơle số đáp ứng đƣợc EMC phải áp dụng các biện pháp thích nghi.
Các rơle điện cơ không chịu ảnh hƣởng của EMC, do đó việc dùng rơle số cũng gặp những trở ngại nhất định bên cạnh những ƣu điểm của nó.
4.5.3. Dùng PCL
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngƣời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nhƣ thời gian định thì hay các sự kiện đƣợc đếm. PLC dùng để thay thế các mach relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phƣơng thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC nhƣ Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell... Một khi sự kiện đƣợc kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài đƣợc g i là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp" trong chƣơng trình do "ngƣời sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhƣợc điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) ngƣời ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
70 - G n nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lƣợng bộ nhớ lớn để có thể chứa đƣợc những chƣơng trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trƣờng công nghiệp.
- Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng.
- Giá cả cá thể cạnh tranh đƣợc.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cƣờng dung lƣợng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng nhƣ giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lƣợng lớn, số lƣợng I / O nhiều hơn. Trong PLC, phần cứng CPU và chƣơng trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ đƣợc xác định bởi một chƣơng trình. Chƣơng trình này đƣợc nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chƣơng trình này. Nhƣ vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chƣơng trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ đƣợc thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối hay Relay.
Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chƣơng trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chƣơng trình dƣới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thƣờng là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chƣơng trình đã đƣợc kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thƣờng lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đ c và