Đồ án PLC s7-300 điều khiển cẩu trục

ét s¸ng kiÕn khoa häc kü thuËt - T¹o ra kh¶ n¨ng t­ duy nh¹y bÐn trong thiÕt kÕ s¸ng t¹o kü thuËt 3. Néi dung thùc hiÖn. §Ó cho ra s¶n phÈm d­íi d¹ng m« h×nh em ph¶i nghiªn cøu vÒ cÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng vµ c¸c chøc n¨ng cña cÇu trôc tõ ®ã tÝnh to¸n lùa chän vµ trang bÞ ®iÖn cho c¸c bé phËn cña hÖ thèng. §Ó tr¾c ch¾n sù lùa chän cña m×nh lµ tèi ­u hay kh«ng cÇn ph¶i cã sù kiÓm tra l¹i theo ®óng quy ®Þnh, tiªu chuÈn kü thuËt míi ®¹t yªu cÇu. 4. Ph­¬ng ph¸p thùc hiÖn. §Ó ®¹t ®­îc nh÷ng môc ®Ých ®· nªu trªn em ph¶i thùc hiÖn nh­ng ph­¬ng ph¸p sau: Nghiªn cøu tµi liÖu. §i th¨m quan thùc tÕ cÇu trôc ë nhµ m¸y bia NaDa, c¶ng biÓn Ninh Phóc ®Ó cã c¸i nh×n thùc tÕ h¬n vÒ cÇu trôc Ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n, lùa chän vµ kiÓm tra. §©y lµ ph­¬ng ph¸p rÊt quan träng, nã cho ta nh­ng th«ng sè chÝnh x¸c sau khi thiÕt kÕ. Do vèn kiÕn thøc cßn h¹n chÕ. HiÓu biÕt thùc tÕ cßn Ýt kinh nghiÖm thiÕt kÕ cßn ch­a cã nªn sù t­ vÊn, gióp ®ì cña gi¸o vµ nh÷ng ng­êi cã chuyªn m«n vÒ cÇu trôc lµ rÊt cÇn thiÕt. 5. CÊu tróc ®å ¸n. Bè côc ®å ¸n gåm 3 phÇn. - PhÇn më ®Çu: Tr×nh bµy lý do thùc hiÖn ®Ò tµi, môc ®Ých thùc hiÖn, ph­¬ng ph¸p thùc hiÖn. - PhÇn néi dung: §­îc bè côc theo ch­¬ng. Ch­¬ng 1: Kh¸i qu¸t vÒ cÇu trôc. Ch­¬ng 2 : Trang bÞ ®iÖn vµ tÝnh to¸n cho cÇu trôc. Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ chän m« h×nh cho cÇu trôc. PhÇn kÕt luËn: Nh÷ng kÕt qu¶ mµ ®å ¸n ®· ®¹t ®­îc vµ ch­a ®¹t ®­îc. H­íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi. PhÇn néi dung Ch­¬ng 1: Kh¸I qu¸t vÒ cÇu trôc 1.1. §Æc ®iÓm. 1.1.1. §Æc ®iÓm c¬ b¶n cña hÖ truyÒn ®éng vµ trang bÞ ®iÖn cho cÇu trôc. PhÇn lín c¸c c¬ cÊu cÇu trôc ®­îc trang bÞ bëi c¸c ®éng c¬ ®iÖn. Cung cÊp ®iÖn cho hÖ thèng cã 3 d¹ng. Cung cÊp ®iÖn tõ l­íi qua c¸c thanh gãp ®iÖn cè ®Þnh. Lo¹i nµy th­êng lµ cÇu trôc ph©n x­ëng. Cung cÊp ®iÖn tõ l­íi qua c¸c cuén c¸p ®iÖn. Lo¹i nµy th­êng dïng cho cÇu trôc dÞch chuyÓn theo ®­êng ray trªn mÆt ®Êt. Cung cÊp ®iÖn tõ m¸y ph¸t ®iÖn diezen. Lo¹i nµy th­êng dïng cho cÇu trôc di chuyÓn trªn « t«. PhÇn lín m«i tr­êng lµm viÖc cña cÇu trôc rÊt kh¾c nghiÖt. ThÝ dô trong nhµ m¸y luyÖn kim m«i tr­êng lµm viÖc cña cÇu trôc lµ nãng Èm vµ nhiÒu bôi. Trªn bÕn c¶ng cÇu trôc ph¶i lµm viÖc ngoµi trêi. ChÕ ®é lµm viÖc cña cÇu trôc lµ ng¾n h¹n lÆp l¹i, khëi ®éng vµ h·m th­êng xuyªn. TÊt c¶ c¸c truyÒn ®éng cho c¬ cÊu ph¶i ®iÒu chØnh tèc ®é, lùc vµ gia tèc. Hµng ho¸ ®­îc dÞch chuyÓn theo quü ®¹o kh«ng gian nhÊt ®Þnh cho nªn th­êng ph¶i phèi hîp 2 hoÆc 3 truyÒn ®éng cïng 1 lóc. 1.1.2. Kh¸i qu¸t c¸c yªu cÇu cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng cÇu trôc. - CÇn ®¶m b¶o tèc ®é n©ng chuyÓn víi t¶i träng ®Þnh møc. Tèc ®é chuyÓn ®éng tèi ­u cña hµng ho¸ ®­îc n©ng chuyÓn lµ ®iÒu kiÖn tr­íc tiªn ®Ó n©ng cao n¨ng suÊt bèc xÕp hµng ho¸ ®­a l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ kÜ thuËt cao nhÊt cho sù ho¹t ®éng cña cÇu trôc. NÕu tèc ®é n©ng h¹ thiÕt kÕ qu¸ lín sÏ ®ßi hái kÝch th­íc, träng l­îng cña c¸c bé truyÒn c¬ khÝ lín. ®iÒu nµy dÉn tíi gi¸ thµnh chÕ t¹o cao. MÆt kh¸c tèc ®é n©ng h¹ tèi ­u ®¶m b¶o cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng cña c¬ cÊu tho¶ m·n c¸c yªu cÇu vÒ thêi gian ®¶o chiÒu, thêi gian h·m, lµm viÖc liªn tôc trong chÕ ®é qu¸ ®é “hÖ thèng liªn tôc ®¶o chiÒu theo chu k× bèc xÕp”. Gia tèc vµ ®é giËt tho¶ m·n yªu cÇu. Ng­îc l¹i nÕu tèc ®é qu¸ thÊp sÏ ¶nh h­ëng tíi n¨ng suÊt bèc xÕp hµng ho¸. Th«ng th­êng tèc ®é chuyÓn ®éng cña hµng ho¸ ë chÕ ®é ®Þnh møc th­êng n»m trong ph¹m vi 0,2 ®Õn 1 m/s hay 12 ®Õn 60 m/ph. §iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cho c¸c c¬ cÊu cÇu trôc cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu tiÕp theo. Cã kh¶ n¨ng thay ®æi tèc ®é trong ph¹m vi réng. Ph¹m vi ®iÒu chØnh cña c¸c c¬ cÊu ®iÒu chØnh tèc ®é cña c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng lµ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao n¨ng suÊt bèc xÕp hµng ®ång thêi tho¶ m·n c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ bèc xÕp víi nhiÒu chñng lo¹i hµng ho¸. Cô thÓ lµ khi n©ng vµ h¹ mãc kh«ng t¶i hay t¶i träng nhÑ víi tèc ®é cao cßn khi cã yªu cÇu khai th¸c ph¶i cã tèc ®é thÊp vµ æn ®Þnh ®Ó h¹ hµng hãa vµo vÞ trÝ yªu cÇu (®iÒu nµy do kÜ thuËt bèc xÕp hoÆc kÜ thuËt l¾p m¸y ®ßi hái cô thÓ víi tõng lo¹i cÇu trôc). Ngoµi c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ph¶i cã c¸c t¸c ®éng trung gian sau. Tèc ®é toµn t¶i V®m. Tèc ®é n©ng 1/2 t¶i ( 1,5 ®Õn 1,7)V®m. Tèc ®é n©ng mãc kh«ng ( 3®Õn 3,5)V®m. Tèc ®é h¹ toµn t¶i (2 ®Õn 2,5)V®m. Tèc ®é h¹ Ýt t¶i vµ kh«ng t¶i (2 ®Õn 2,5)V®m. V× vËy sè cÊp tèc ®é cho c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña cÇu trôc Ýt nhÊt lµ 3 cÊp tèc ®é. CÊp tèc ®é thÊp tho¶ m·n c«ng nghÖ n©ng h¹ hµng khi ch¹m ®Êt. CÊp tèc ®é cao lµ tèc ®é tèi ­u cho tõng c¬ cÊu, gi÷a 2 cÊp tèc ®é nµy th­êng ®­îc thiÕt kÕ thªm c¸c tèc ®é trung gian ®Ó tho¶ m·n c«ng nghÖ bèc xÕp hµng ho¸ còng nh­ sù lµm viÖc æn ®Þnh cña cÇu trôc. Cã kh¶ n¨ng rót ng¾n thêi gian qu¸ ®é C¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng trªn cÇu trôc lµm viÖc ë chÕ ®é ng¾n h¹n lÆp l¹i, th­êng hÖ sè ®ãng ®iÖn t­¬ng ®èi %=40% v× vËy thêi gian qu¸ ®é chiÕm hÇu hÕt thêi gian c«ng t¸c. Do ®ã viÖc rót ng¾n thêi gian qu¸ ®é lµ biÖn ph¸p c¬ b¶n ®Ó n¨ng cao n¨ng suÊt. Thêi gan qu¸ ®é trong c¸c chÕ ®é c«ng t¸c lµ thêi gian khëi ®éng vµ thêi gian h·m trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc, gi¶m tèc. §Ó rót ng¾n thêi gian qu¸ ®é cÇn sö dông biÖn ph¸p sau: + Chän ®éng c¬ cã m«men khëi ®éng lín. + Gi¶m m«men qu¸n tÝnh (GD)2 cña c¸c bé phËn quay + Dïng ®éng c¬ ®iÖn cã tèc ®é kh«ng cao tõ 1000- 1500vßng/phót. §èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu m«men khëi ®éng phô thuéc vµo giíi h¹n dßng cña c¸c phiÕn gãp v× vËy th­êng chän Ik® = 2-> 2,5 I®m. §èi víi ®éng c¬ diÖn xoay chiÒu m«men khëi ®éng phô thuéc vµo lo¹i ®éng c¬ . Víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc m«men khëi ®éng cã thÓ ®¹t 1,5 M®m, cßn víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn m«men khëi ®éng cã thÓ chän b»ng m«men tíi h¹n Mmax.ViÖc sö dông ®éng c¬ cã tèc ®é thÊp trong hÖ thèng ®iÖn mét mÆt rót ng¾n ®­îc qu¸ tr×nh qu¸ ®é, mÆt kh¸c n©ng cao ®­îc hiÖu suÊt, khi sö dông bé ®iÒu tèc c¬ khÝ cã tØ sè nhá. Cã trÞ sè hiÖu suÊt vµ . C«ng t¸c khai th¸c hîp lÝ cÇu trôc trong bèc xÕp hµng ho¸ lµ mét yÕu tè ®Ó n©ng cao tÝnh kinh tÕ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Nh­ chóng ta ®· biÕt hÖ thèng truyÒn ®éng cña cÇu trôc th­êng kh«ng sö dông hÕt c«ng suÊt, hÖ sè t¶i th­êng trong kho¶ng tõ 0,3-> 0,4. Do vËy khi chän c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng ph¶i chän lo¹i cã hiÖu suÊt cao vµ æn ®Þnh trong ph¹m vi réng. §¶m b¶o an toµn hµng ho¸. §¶m b¶o an toµn cho hµng ho¸, cho thiÕt bÞ vµ ®¶m b¶o an toµn cho c«ng nh©n bèc xÕp lµ yªu cÇu cao nhÊt trong c«ng t¸c khai th¸c vËn hµnh cÇu trôc. §Ó thùc hiÖn ®­îc ®iÒu ®ã cÇn chó ý tíi c¸c gi¶i ph¸p sau: + CÇn cã quy tr×nh an toµn cho c«ng t¸c vËn hµnh vµ ®iÒu khiÓn cÇu trôc trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. + Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ ph¶i chän c¸c hÖ sè dù tr÷ hîp lý + Kü thuËt ®iÒu khiÓn cÇu trôc cÇn cã c¸c hÖ thèng gi¸m s¸t b¶o vÖ tù ®éng cho c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cÇu trôc. C¸c hÖ thèng cÇn cã c¸c b¶o vÖ nh­ b¶o vÖ mãc ch¹m ®Ønh, b¶o vÖ trïng c¸p cho c¸c c¬ cÊu n©ng h¹, ngoµi ra cßn cã c¸c hÖ thèng ®o l­êng vµ b¶o vÖ qu¸ t¶i t¶i träng n©ng h¹ hµng. HÖ thèng ®iÒu khiÓn b¾t buéc ph¶i cã c¸c b¶o vÖ sù cè, b¶o vÖ “0”, b¶o vÖ ng¾n m¹ch, b¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt cho c¸c ®éng c¬ thùc hiÖn vµ dõng khÈn cÊp. C¸c lo¹i phanh h·m cho c¸c hÖ thèng lµm viÖc cã tÝnh bÒn v÷ng cao. C¸c gi¶i ph¸p ®¶m b¶o an toµn trªn ®©y trong qu¸ tr×nh khai thac cÇu trôc ph¶i kiÓm tra th­êng xuyªn vµ ph¶i ®­îc kiÓm tra t¹i c¸c c¬ quan ®¨ng kiÓm. §iÒu khiÓn tiÖn lîi vµ an toµn. §Ó ®¶m b¶o thuËn lîi cho ng­êi ®iÒu khiÓn viÖc thiÕt kÕ cabin ®iÒu khiÓn cïng víi c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ph¶i ®­îc bè trÝ thuËn tiÖn vµ thèng nhÊt gi÷a c¸c lo¹i cÇu trôc ®ång thêi ng­êi ®iÒu khiÓn cÇu trôc cã thÓ sö dông c¸c lÖnh khÈn cÊp mét c¸ch thuËn tiÖn vµ dÔ dµng. æn ®Þnh nhiÖt c¬ vµ ®iÖn. C¸c cÇu trôc th«ng th­êng ®­îc l¸p r¸p ®Ó vËn hµnh ngoµi trêi. C¸c khu vôc lµm viÖc th«ng th­êng cã nhiÖt ®é lµm viÖc biÕn ®æi theo mïa râ rÖt. Ngoµi ra c¸c cÇu trôc c¶ng biÓn cßn chÞu ¶nh h­ëng cña h¬i n­íc mÆn v× vËy c¸c thiÕt bÞ ®iÖn kÕt cÊu ph¶i ®­îc chÕ t¹o thÝch hîp víi m«i tr­êng c«ng t¸c. 1.2. CÊu t¹o cÇu trôc (cÇu trôc trong ph©n x­ëng). CÇu trôc gåm cã gÇm cÇu di chuyÓn trªn ®­êng ray l¾p ®Æt däc theo chiÒu dµi cña ph©n x­ëng c¬ cÊu n©ng h¹ hµng l¾p trªn xe con di chuyÓn däc theo gÇm cÇu theo chiÒu ngang cña nhµ x­ëng. C¬ cÊu bèc hµng cña cÇu trôc cã thÓ dïng mãc (®èi víi nh÷ng cÇu trôc cã c«ng suÊt lín cã 2 mãc hµng, cÈu mãc hµng chÝnh cã t¶i träng lín vµ cã cÈu mãc phô cã t¶i träng nhá) hoÆc dïng gÇu ngo¹m. Trong mçi cÇu trôc cã 3 chuyÓn ®éng chÝnh lµ di chuyÓn xe cÇu, di chuyÓn xe con (xe trôc) vµ n©ng h¹ hµng (h×nh 1.1). 1 2 3 4 15 17 14 13 12 10 11 5 9 6 7 8 16 18 H×nh 1.1 CÊu t¹o vµ trang bÞ ®iÖn cho cÇu trôc Trªn cÇu trôc ®­îc trang bÞ 4 ®éng c¬ truyÒn chuyÓn ®éng c¬ di chuyÓn xe con 10. Phanh h·m ®iÖn tõ 6,11,14,18 l¾p hîp bé víi ®éng c¬ truyÒn ®éng. §iÒu khiÓn c¸c ®éng c¬ b»ng c¸c bé khèng chÕ 3 trong cabin ®iÒu khiÓn. Hép ®iÖn trë 8 dïng ®Ó khëi ®éng vµ ®iÒu chØnh tèc ®é c¸c ®«ng c¬ ®­îc l¾p ®Æt trªn gÇm cÇu. B¶ng b¶o vÖ 2 ®Ó b¶o vÖ qu¸ t¶i, b¶o vÖ ®iÖn ¸p thÊp, b¶o vÖ ®iÖn ¸p kh«ng ®­îc l¾p ®Æt trong cabin ®iÒu khiÓn. §Ó h¹n chÕ hµnh tr×nh di chuyÓn cña c¸c c¬ cÊu dïng c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh 4 vµ 5 cho c¬ cÇu di chuyÓn xe cÇu, 9 vµ 17 cho c¬ cÊu di chuyÓn xe con vµ 13 cho c¬ cÊu n©ng h¹ hµng. Cung cÊp ®iÖn cho cÇu trôc b»ng hÖ thèng tiÕp ®iÖn chÝnh 1 gåm 2 bé phËn. Bé cÊp ®iÖn lµ 3 thanh thÐp gãc l¾p trªn c¸c gi¸ ®ì b»ng sø c¸ch ®iÖn l¾p ®Æt däc theo nhµ x­ëng vµ bé phËn tiÕp ®ien l¾p trªn cÇu trôc ®Ó cÊp ®iÖn cho thiÕt bÞ ®iÖn trªn c¸c c¬ cÊu xe con dïng bé tiÕp ®iÖn phô 15 l¾p däc theo chiÒu däc cña gÇm cÇu. 1.3. Ph©n lo¹i. 1. Ph©n lo¹i theo träng t¶i n©ng chuyÓn hµng ho¸. - CÇu trôc cã t¶i träng nhá : T¶i träng n©ng chuyÓn tõ 1 -> 5 tÊn. - CÇu trôc co t¶i träng trung b×nh: T¶i träng n©ng chuyÓn tõ 10 -> 30 tÊn. - CÇu trôc co t¶i träng lín: T¶i träng n©ng chuyÓn tõ 30-> 60 tÊn. - CÇu trôc co t¶i träng rÊt lín: T¶i träng n©ng chuyÓn tõ 80-> 120 tÊn. 2. Ph©n lo¹i theo ®Æc ®iÓm c«ng t¸c. - CÇu trôc trang bÞ cho kho b·i nhµ x­ëng: Lµ cÇu trôc ch¹y trªn ray trang bÞ cho kho hµng, c¸c ph©n x­ëng c¬ khÝ. CÇu trôc lo¹i nµy cã c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng chÝnh lµ c¬ cÊu n©ng h¹ hµng, c¬ cÊu di chuyÓn xe con, c¬ cÊu di chuyÓn giµn, c¸c cÇu trôc nµy th­êng ®­îc thiÕt kÕ ®iÒu khiÓn t¹i chç vµ tõ xa. - CÇu trôc khung giÇm ch¹y trªn ®­êng ray. CÇu trôc khung giÇm thÐp d¹ng hép ch¹y trªn ®­êng ray ®­îc trang bÞ cho c¶ng biÓn, c¸c nhµ m¸y ®ãng tµu biÓn. Lo¹i nµy th­êng ®­îc thiÕt kÕ cã t¶i träng n©ng lín lµm viÖc trong ph¹m vi quy ®Þnh. Gåm 3 c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng: c¬ cÊu n©ng h¹ hµng, c¬ cÊu di chuyÓn xe con, c¬ cÊu di chuyÓn giµn. - CÇu trôc bèc xÕp container. CÇu trôc giµn b¸nh lèp bèc xÕp container co c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng chÝnh cña cÇu trôc giµn b¸nh lèp bao gåm : c¬ cÊu n©ng h¹ hµng, c¬ cÊu di chuyÓn xe con, c¬ cÊu di chuyÓn giµn. ViÖc cung cÊp nguån cho cÇu trôc ho¹t ®éng b»ng diezen lo¹i m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. §Æc ®iÓm cña lo¹i cÇu trôc nµy lµ : Cã tÝnh c¬ ®éng, n¨ng suÊt cao. - CÇu trôc giµn ch¹y trªn ®­êng ray bèc xÕp container. C¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng chÝnh cña lo¹i nµy lµ: c¬ cÊu n©ng h¹ hµng, c¬ cÊu di chuyÓn xe con, c¬ cÊu di chuyÓn giµn vµ co cÊu n©ng h¹ giµn. §Æc ®iÓm c«ng t¸c næi bËt cña lo¹i nµy lµ: cã tÇm víi vµ t¶i träng n©ng lín, n¨ng suÊt bèc xÕp cao ®­îc trang bÞ cho c¸c cÇu c¶ng. 1.4. øng dông. CÇu trôc ®­îc øng dông rÊt réng r·i trong qu¸ tr×nh l¾p m¸y. Khi l¾p m¸y cho mét d©y truyÒn c«ng nghÖ lín, nh­ d©y truyÒn s¶n xuÊt xi m¨ng c¸c chi tiÕt m¸y víi kÝch th­íc khæng lå, träng t¶i lín, vÞ trÝ l¾p ®Æt trªn cao. Nhê cã cÇu trôc mµ viÖc di chuyÓn chi tiªt m¸y vµ l¾p ®Æt trë nªn nhÑ nhµng h¬n. T¹i c¸c c¶ng biÓn c«ng viÖc di chuyÓn hµng ho¸ co kÝch th­íc vµ khèi l­îng lín nhê cã cÇu trôc trë nªn dÔ dµng h¬n. Ngoµi c«ng dông trªn cÇu trôc cßn ®­îc sö dông trong nh÷ng m«i tr­êng kh¾c nghiÖt nh­ trong c¸c nhµ m¸y luyÖn kim, cÇu trôc di chuyÓn c¸c thïng kim lo¹i nãng ch¶y ®æ vµo khu«n. CÇu trôc con ®­îc sö dông réng r·i trong viÖc di chuyÓn hµng ho¸ tõ vÞ trÝ nµy ®Õn vÞ trÝ kh¸c. Nhê cã cÇu trôc mµ søc lao ®éng cña con ng­êi ®­îc gi¶i phãng, n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶ c«ng viÖc ®­îc t¨ng lªn râ rÖt. Ch­¬ng 2: Trang bÞ ®iÖn vµ tÝnh chän c¸c phÇn tö cho cÇu trôc 2.1. S¬ ®å khèng chÕ cÇu trôc ®iÓn h×nh : §iÒu khiÓn cÇu trôc b»ng bé khèng chÕ ®éng lùc. C¸c bé phËn khèng chÕ ®éng lùc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c ®éng c¬ chuyÓn ®éng c¸c c¬ cÊu cña cÇu trôc cã c«ng suÊt nhá vµ trung b×nh víi chÕ ®é lµm viÖc nhÑ nhµng. Bé khèng chÕ ®éng lùc cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n ®Ï dµng trong c«ng nghÖ chÕ t¹o, gi¸ thµnh kh«ng cao, ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu cÇu trôc mét c¸ch linh ho¹t døt kho¸t. Trªn h×nh 2.1 biÓu diÔn s¬ ®å ®iÒu khiÓn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn b»ng bé khèng chÕ ®éng lùc H51. § KC1 KC3 KC5 KC7 KC2 KC4 KC6 KC8 KC10 KC9 KC11 KC12 M §g KT KN §g KB RC §g CC §g §g §g 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 H¹ lïi N©ng tiÕn Rf Hép ®iÖn trë phô NCH B¶ng b¶o vÖ 0 H×nh 2.1 S¬ ®å ®iÒu khiÓn cÇu trôc b»ng bé khèng chÕ Cßn trªn h×nh 2.2 lµ hä ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ truyÒn ®éng cña c¬ cÊu n©ng h¹ hoÆc c¬ cÊu di chuyÓn. TiÕn n©ng 100 50 50 100 0 50 100 150 200 250 M% n1 1 2 3 4 5 n2 n3 100 H¹ h·m H¹ ®éng lùc H×nh 2.2 Hä ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ truyÒn ®éng n©ng h¹, di chuyÓn Bé khèng chÕ ®éng lùc H51 lµ lo¹i ®èi xøng 5 vÞ trÝ bªn ph¶i ( 5-1) t­¬ng øng víi chÕ ®ä lµm viÖc n©ng hµng (®èi víi c¬ cÊu n©ng h¹), vµ ch¹y lïi (®èi víi c¬ cÊu di chuyÓn). Bé khèng chÕ H51 cã 12 tiÕp ®iÓm, 4 tiÕp ®iÓm ®Çu lµ KC1, KC3, KC5 vµ KC7 dïng ®Ó ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi thø tù 2 trong 3 pha ®iÖn ¸p cÊp nguån cho d©y quÊn stato ®éng c¬. 5 tiÕp ®iÓm tiÕp theo lµ KC2, KC4, KC6, KC8, KC10 dïng ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi trÞ sè ®iÖn trë phô Rf trong m¹ch roto cña ®éng c¬. Cßn 3 tiÕp ®iÓm KC9, KC11, KC12, dïng cho m¹ch b¶o vÖ. Khi më m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é ng­êi vËn hµnh quay tõ tõ v« l¨ng cña bé khèng chÕ ®éng lùc tõ vÞ trÝ 1 sang vÞ trÝ 5 ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng dßng ®iÖn vµ momen quay cña ®éng c¬ t¨ng lªn mét c¸ch nh¶y vät qu¸ giíi h¹n cho phÐp. Hä ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ t­¬ng øng víi c¸c vÞ trÝ cña bé khèng chÕ ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.2. Hä ®Æc tÝnh 1 cã trÞ sè m« men rÊt bÐ (M1 khi tèc ®é ®éng c¬ b»ng 0) dïng ®Ó kh¾c phôc khe hë gi÷a c¸c b¸nh r¨ng trong c¬ cÊu truyÒn lùc (hép tèc ®é) kÐo c¨ng sîi c¸p khi khëi ®éng (tr¸nh cho c¸p kh«ng bÞ ®øt). Khi khëi ®éng hoÆc khi cÇn dõng chÝnh x¸c (víi m« men M1 ta cã tèc ®é thÊp lµ n1). §Ó h¹ hµng ë tèc ®é thÊp khi kh«ng t¶i víi bé khèng chÕ ®éng lùc th­êng kh«ng thùc hiÖn ®­îc. Tèc ®é h¹ thÊp nhÊt chØ cã thÓ thùc hiÖn ®­îc ë chÕ ®é h·m (m¸y ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t). VÝ dô: víi phô t¶i M1 h×nh 2.2 tèc ®é h¹ thÊp nhÊt lµ n2. NÕu bé khèng chÕ ®éng lùc dïng lo¹i kh«ng ®èi xøng. NÕu ®Æt bé khèng chÕ ë vÞ trÝ 1(h¹ hµng) ®éng c¬ lµm viÖc nh­ ®éng c¬ 1 pha vµ ta nhËn ®­îc ®­êng ®Æc tÝnh A(®­êng nÐt ®øt trªn h×nh 2.2) Khi ®ã ta ®­îc tèc ®é h¹ thÊp (víi phô t¶i b»ng M1). 2.2. Tù ®éng hãa cho cÇu trôc Khi cÇu trôc míi ra ®êi ng­êi ta tù ®éng hãa cho cÇu trôc b»ng hÖ thèng tiÕp ®iÓm nh­ ®iÒu khiÓn cÇu trôc b»ng v« l¨ng, b»ng nót bÊm, cÊp nguån cho cÇu trôc dïng c«ng t¾c t¬,cÇu dao... V× ®Æc ®iÓm lµm viÖc cña cÇu trôc lµ ng¾n h¹n lÆp l¹i qu¸ tr×nh ®ãng më m¸y diÔn ra liªn tôc nªn c¸c tiÕp ®iÓm th­êng xuyªn ph¶i lµm viÖc dÉn ®Õn tiÕp ®iÓm bÞ mµi mßn dÉn ®Õn kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn kh«ng tèt lµm cho kh¶ n¨ng lµm viÖc cña cÇu trôc gi¶m. V× vËy hÖ thèng tù ®éng hãa cho cÇu trôc sö dông vi ®iÒu khiÓn (kh«ng tiÕp ®iÓm) ®· ra ®êi thay thÕ vµ kh¾c phôc nh÷ng nh­îc ®iÓm cña hÖ cã tiÕp ®iÓm. MÆc dï ®· kh¾c phôc ®­îc nh÷ng nh­îc ®iÓm cña hÖ cã tiÕp ®iÓm nh­ng vi ®iÒu khiÓn còng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm : Vi m¹ch phøc t¹p, muèn thay ®æi c«ng nghÖ rÊt khã kh¨n (ph¶i thiÕt kÕ l¹i bé vi ®iÒu khiÓn). §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm nµy bé ®iÒu khiÓn PLC-S7-300 ®· ra ®êi. Bé ®iÒu khiÓn PLC-S7-300 ®· kh¾c phôc ®­îc nh­îc ®iÓm cña hÖ cã tiÕp ®iÓm vµ bé vi ®iÒu khiÓn, ngoµi ra nã cßn cã ­u ®iÓm lµ : - DÔ dµng thay ®æi thuËt to¸n ®iÒu khiÓn nhê thay ®æi phÇn mÒm thùc tÕ. - Thêi gian l¾p ®Æt c«ng tr×nh ng¾n. - Sè l­îng vµo, ra lín. - DÔ dµng thay ®æi c«ng nghÖ mµ Ýt g©y tæn thÊt vÒ kinh tÕ. - Cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc chÝnh x¸c gi¸ thµnh ®Çu t­ vµo d©y truyÒn. - ChuÈn ho¸ ®­îc phÇn cøng ®iÒu khiÓn. - §é tin cËy, ®é chÝnh x¸c cao. - ThÝch øng ®­îc trong m«i tr­êng kh¾c nghiÖt. - Cã cÊu tróc ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn râ rµng, m¹ch l¹c, gióp ph¸t hiÖn vµ xö lý sù cè mét c¸ch nhanh chãng vµ dÔ dµng. - §iÒu khiÓn tù ®éng, b¸n tù ®éng vµ ®iÒu khiÓn hoµn toµn b»ng tay. VËy PLC-S7-300 cã cÊu t¹o nh­ thÕ nµo mµ cã tÝnh n¨ng ­u viÖt ®Õn thÕ ? 2.3. Giíi thiÖu chung PLC S7-300. 2.3.1.CÊu tróc chung cña mét bé ®iÒu khiÓn PLC(H×nh 2.3) ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic kh¶ tr×nh (Progammable Logic Control), lµ lo¹i thiÕt bÞ cho phÐp thùc hiÖn linh ho¹t c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn sè th«ng qua ng«n ng÷ lËp tr×nh, thay cho viÖc ph¶i thÓ hiÖn thuËt to¸n ®ã b»ng m¹ch sè. Do ®ã PLC lµ mét bé ®iÒu khiÓn sè dÔ thay ®æi thuËt to¸n vµ dÔ trao ®æi th«ng tin víi m«i tr­êng xung quanh ( víi c¸c PLC kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh). Toµn bé ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc l­u nhí trong bé nhí cña PLC d­íi d¹ng c¸c khèi ch­¬ng trinh ( khèi OB, FC hoÆc FB) vµ ®­îc thùc hiÖn lÆp theo chu kú cña vßng quÐt (scan). S7-300 là PLC cì võa cña h·ng Siemens Gåm CPU vµ c¸c modunle ®­îc s¾p xÕp trªn c¸c rack Mçi rack chøa 8 modunle max (trõ CPU vµ nguån). Mçi CPU lµm viÖc víi 4 rack max. H×nh 2.3: CÊu tróc chung cña mét bé ®iÒu khiÓn PLC §Ó cã thÓ thùc hiÖn ®­îc mét ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn th× PLC ph¶i cã tÝnh n¨ng nh­ mét m¸y tÝnh.§ång thêi ®Ó thùc hiÖn ®­îc mét ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn th× PLC ph¶i cã tÝnh n¨ng nh­ mét m¸y tÝnh bao gåm mét bé vi xö lý (CPU), mét hÖ ®iÒu hµnh, bé nhí ®Ó l­u ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn, d÷ liÖu vµ c¸c cæng vµo ra ®Ó giao tiÕp víi ®èi t­îng ®iÒu khiÓn vµ trao ®æi th«ng tin víi m«i tr­êng xung quanh. Ngoµi ra ®Ó phôc vô bµi to¸n ®iÒu khiÓn sè th× PLC cßn cÇn ph¶i cã thªm c¸c khèi chøc n¨ng ®Æc biÖt nh­ bé ®Õm (Counter), bé thêi gian (Timer)…vµ nh÷ng khèi hµm chuyªn dông kh¸c. Mét bé PLC S7-300 gåm c¸c mdule sau: + §¬n vÞ xö lý trung t©m CPU víi bé nhí ch­¬ng tr×nh (Module CPU) + Module më réng + Module ho¹t ®éng vµ ®Ìn b¸o + HÖ thèng bus truyÒn tÝn hiÖu + Khèi cÊp nguån Hinh 2.4 Khèi cÊp nguån H×nh 2.4 2.3.2. Module CPU Lµ lo¹i module cã chøa bé vi xö lý, hÖ ®iÒu hµnh, bé nhí, c¸c bé thêi gian, bé ®Õm, cæng truyÒn th«ng (RS485)… vµ cßn cã thÓ cã mét vµi cæng vµo/ ra sè. C¸c cæng vµo/ra sè cã trªn moudule P moudule CPU ®­îc gäi lµ cæng vµo ra onboard. Trong hä PLC S7-300 cã nhiÒu lo¹i CPU kh¸c nhau nh­ng chóng th­êng ®­îc ®Æt tªn theo bé vi xö lý cã trong nã nh­ module CPU312, module CPU314, module CPU315… Nh÷ng module cßn sö dông mét bé vi xö lý nh­ng kh¸c nhau vÒ cæng vµo ra onboard còng nh­ c¸c khèi hµm ®Æc biÖt ®­îc tÝch hîp s½n trong th­ viÖc cña hÖ ®iÒu hµnh phôc vô viÖc sö dông c¸c cæng vµo/ra onboard nµy sÏ ®­îc ph©n biÖt víi nhau trong tªn gäi b»ng thªm côm ch÷ c¸i IFM ( viÕt t¾t cña intergrated Function Module). VÝ dô nh­ module CPU312 IFM, module CPU314 IFM… ngoµi ra cßn cã c¸c lo¹i CPU víi hai cæng truyÒn th«ng, trong ®ã cæng truyÒn th«ng thø hai cã chøc n¨ng chÝnh lµ phôc vô viÖc nèi m¹ng ph©n t¸n. KÌm theo cæng truyÒn th«ng thø hai nµy lµ nh÷ng phÇn mÒm tiÖn dông thÝch hîp còng ®· ®­îc cµi ®Æt s½n trong hÖ ®iÒu hµnh. C¸c lo¹i module CPU nµy ®­îc ph©n biÖt víi c¸c module CPU b»ng thªm côm tõ ch÷ c¸i DP ( Distributed Port) trong tªn gäi, vÝ dô: module CPU314-2DP. CPU 312 IFM : Bé nhí lµm viÖc 6 KB, chu kú lªnh 6ms, tÝch hîp s¾n 10DI/6DO CPU 314: Bé nhí lµm viÖc 24 KB, chu ky lÖnh 0,3 ms CPU 314C-2DP: Bé nhí lµm viÖc48 KB, chu kú lÖnh 0,1 ms tÝch hîp s½n 24DI/16DO, 5AI/2AO, 4 kªnh suÊt xung tèc ®é cao, 4 kªnh ®äc xung tèc ®é cao, 2 cæng giao tiÕp. CPU 314C-2PtP: Bé nhí lµm viÖc 48KB, chu kú lÖnh 0,1 ms,tÝch hîp s½n24DI/16DO, 5AI/2AO, 4 kªnh xuÊt xung tèc ®é cao, 4 kªnh ®äc xung tèc ®é cao, 2 cæng giao tiÕp. 2.3.3. Module më réng C¸c module më réng ®­îc chia thµnh 5 lo¹i chÝnh: a. PS (Power Supply): Module nguån nu«i cã 3 lo¹i lµ 2A, 5A vµ 10A. H×nh 2-3 b. SM (Signal module): Module më réng cæng tÝn hiÖu vµo ra, bao gåm c¸c lo¹i sau: - DI (Digital Input): Module më réng c¸c cæng vµo ra sè, sè c¸c cæng vµo sè më réng cã thÓ lµ 8, 16 hoÆc 32 tuú thuéc vµo tõng lo¹i module. H×nh 2-4: - DO (Digital Output): Module më réng c¸c cæng vµo ra sè, sè c¸c cæng ra sè më réng cã thÓ lµ 8,16 hoÆc 32 tuú thuéc tõng lo¹i module. H×nh 2-5: - DI/DO (Digital Input/ Digital Output): Module më réng c¸c cæng vµo/ra sè, sè c¸c cæng vµo/ ra sè më réng cã thÓ lµ 8 vµo/ 8 ra hoÆc 16 vµo/ 16 ra tuú thuéc tõng lo¹i module. - AI (Analog Input): Module më réng c¸c cæng vµo t­¬ng tù. VÒ b¶n chÊt chóng chÝnh lµ nh÷ng bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù sè 12 bit (AD). Sè c¸c cæng vµo t­¬ng tù cã thÓ lµ 2, 4 hoÆc 8 tuú thuéc tõng lo¹i module. (AI) H×nh 2-5 - AO (Analog Output): Module më réng c¸c cæng ra t­¬ng tù. VÒ b¶n chÊt chóng chÝnh lµ bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù sè 12 bÝt (AD). Sè c¸c cæng vµo t­¬ng tù cã thÓ lµ 2, 4 hoÆc 8 tuú tõng lo¹i module. H×nh 2-6: - AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module më réng c¸c cæng vµo/ra t­¬ng tù. Sè c¸c cæng vµo/ra t­¬ng tù cã thÓ lµ 4 vµo/ 2 ra hoÆc 4 vµo/ 4 ra tuú tõng lo¹i module. c. IM (Interface Module): Hay Module ghÐp nèi §©y lµ lo¹i module chuyªn dông cã nhiÖm vô nèi tõng nhãm c¸c module më réng l¹i víi nhau thµnh mét khèi vµ ®­îc qu¶n lý chung bëi mét module CPU. Th«ng th­êng c¸c module më réng ®­îc g¸ liÒn víi nhau trªn mét thanh ®ì gäi lµ Rack. Trªn mçi mét Rack chØ g¸ nhiÒu nhÊt 8 module më réng ( kh«ng kÓ module CPU, module nguån nu«i). Mét module CPU S7-300 cã thÓ lµm viÖc trùc tiÕp ®­îc víi nhiÒu nhÊt 4 Rack vµ c¸c Rack nµy ®­îc nèi víi nhau b»ng module IM. d. FM (Function Mouule): Module cã chøc n¨ng ®iÒu khiÓn riªng, vÝ dô nh­ module ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b­íc, module ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo, module PID, module ®iÒu khiÓn vßng kÝn… H×nh 2-7: e. CP (Communication Module): Module phôc vô truyÒn th«ng trong m¹ng gi÷a c¸c PLC víi nhau hoÆc gi÷a PLC víi m¸y tÝnh. H×nh 2-8: *) Quan hÖ gi÷ CPU vµ c¸c modunle më réng. H×nh 2.9 Quan hÖ gi÷a CPU víi c¸c modunle më réng 2.3.4. Module ho¹t ®éng vµ ®Ìn b¸o H×nh 2-10 a) Module ho¹t ®éng RUN_P: Ch¹y ch­¬ng tr×nh, ®äc ghi ®­îc tõ m¸y lËp tr×nh. RUN: Ch¹y ch­¬ng tr×nh, kh«ng ®äc ghi. STOP: Dõng ch­¬ng tr×nh. MRES: Reset hÖ thèng b) §Ìn b¸o tr¹ng th¸i SF: Lçi hÖ thèng BATF: lçi hÕt pin hoÆc kh«ng cã pin. DC5V: B¸o nguån 5 V FRCE: B¸o lçi chøc n¨ng 1 trong c¸c I/O RUN: NhÊp nh¸y khi khëi ®éng vµ s¸ng khi ho¹t ®éng. STOP: s¸ng khi dõng, chíp khi reset vµ chíp nhanh khi dang reset. 2.3.5. HÖ thèng bus truyÒn tÝn hiÖu - Bus A (Address bus): Chän ®Þa chØ trªn c¸ khèi kh¸c nhau - Bus D (Data bus): Mang d÷ liÖu tõ khèi nµy ®Õn khèi kh¸c - Bus C (Control bus): ChuyÓn,truyÒn c¸c tÝn hiÖu ®Þnh th× vµ ®iÒu khiÓn ®Ó ®ång bé c¸c ho¹t ®éng trong PLC 2.3.6. Ng«n ng÷ lËp tr×nh cña PLC S7-300. §Ó biÓu diÔn ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trªn PLC, cã ba ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn lµ: - Ng«n ng÷ h×nh thang, kÝ hiÖu lµ LAD (Ladder logic) - Ng«n ng÷ h×nh khèi, kÝ hiÖu lµ FBD (Function block diagram) - Ng«n ng÷ kiÓu liÖt kª, kÝ hiÖu STL (Statement list) a) Ng«n ng÷ “liÖt kª lÖnh” ký hiÖu lµ STL(statement List). §©y lµ d¹ng ng«n ng÷ lËp tr×nh th«ng th­êng cña m¸y tÝnh. Mét ch­¬ng tr×nh ®­îc ghÐp bëi nhiÒu c©u lÖnh theo 1 thuËt to¸n nhÊt ®Þnh, mçi lÖnh chiÕm 1 hµng vµ cÊu tróc chung lµ “tªn lÖnh “ + “to¸n h¹ng”. VÝ dô b) Ng«n ng÷ “h×nh thang”, ký hiÖu LAD (Ladder Logic). §©y lµ d¹ng ng«n ng÷ ®å ho¹ thÝch hîp víi ng­êi quen thiÕt kÕ m¹ch logic. VÝ dô: c) Ng«n ng÷ “h×nh khèi” ký hiÖu FBD (Function Block Diagram). §©y lµ d¹ng ng«n ng÷ thÝch hîp víi ng­êi quen thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn sè. Ví duï: Qua c¸c vÝ dô trªn cho thÊy, ba ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trªn PLC ®Ó dµnh cho ng­êi sö dông thuéc ba lÜnh vùc : Ngµnh ®iÖn c«ng nghiÖp th­êng dïng ph­¬ng ph¸p LAD Ngµnh ®iÖn tö th­êng dïng ph­¬ng ph¸p CSF (hay FBD) Ngµnh tin häc th­êng dïng ph­¬ng ph¸p STL Cã lo¹i PLC cã thÓ sö dông c¶ ba ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn (Simatic S7-300), cã lo¹i chØ sö dông hai ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn (Simatic S7-200) hay cã lo¹i chØ sö dông mét ph­¬ng biÓu diÔn (Logo). Víi chuyªn nghµnh cña em ®Ó thuËn tiªn cho viªc lËp tr×nh trong ®å ¸n nµy em chän ng«n ng÷ LAD ®Ó lËp tr×nh. 2.3.7. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn lËp tr×nh S7-300 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn lËp tr×nh ®­îc thùc hiÖn theo c¸c b­íc sau: X¸c ®Þnh yªu c©u c«ng nghÖ ThiÕt kÕ thuËt gi¶i So¹n th¶o ch­¬ng tr×nh N¹p ch­¬ng tr×nh vµo bé nhí Ch¹y thö - KiÓm tra B1: X¸c ®Þnh yªu c©u c«ng nghÖ (X¸c ®Þnh c¸c cæng vµo, ra cho hÖ thèng cÇn ®iÒu khiÓn) * Cæng vµo: ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch, c¶m biÕn, tay ®iÒu khiÓn.v.v. - Sè l­îng cæng vµo sè, c¸c yªu cÇu kü thuËt. - Sè l­îng cæng vµo t­¬ng tù, c¸c yªu cÇu kü thuËt. * Cæng ra: ghÐp nèi víi nh÷ng thiÕt bÞ nh­ van ®iÖn tõ, ®Ìn chØ b¸o, r¬le trung gian … - Sè l­îng cæng ra sè, c¸c yªu cÇu kü thuËt. - Sè l­îng cæng ra t­¬ng tù, c¸c yªu cÇu kü thuËt. Þ X¸c ®Þnh c¸c sè l­îng module vµo, ra cho hÖ thèng. B2: ThiÕt kÕ thuËt gi¶i (Lùa chän thuËt to¸n ®iÒu khiÓn) - LuËt ®iÒu khiÓn PI, PD, PID. - LuËt ®iÒu khiÓn mê. - LuËt ®iÒu khiÓn mê lai. - LuËt ®iÒu khiÓn mê thÝch nghi. Ngoµi ra cßn cã mét c¸ch kh¸c lµ ®i x©y dùng m¹ch logic theo quan hÖ gi÷a c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra. ViÕt hµm chøc n¨ng tõ m¹ch logic sau ®ã cã thÓ thùc hiÖn ®¬n gi¶n ho¸ hµm trong tr­êng hîp cô thÓ ®Ó t×m ra hµm tèi ­u. C¸c ph­¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic: - Tèi thiÓu ho¸ hµm logic b»ng ph­¬ng ph¸p Quine Mc. Cluskey. - Ph­¬ng ph¸p dïng b¶ng Karnaugh. - Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi ®¹i sè. Þ Tõ c¸c b­íc trªn ta sÏ x¸c ®Þnh ®­îc lo¹i CPU cÇn thiÕt cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn. B3: So¹n th¶o ch­¬ng tr×nh: so¹n Th¶o trªn phÇn mÒn STEP 7 B4: N¹p ch­¬ng tr×nh vµo bé nhí B5: Ch¹y thö – kiÓm tra ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn: §Ó ®¶m b¶o ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm ho¹t ®éng tèt, c¸c tham sè cµi ®Æt chÝnh x¸c tr­íc khi ®­a vµo ®iÒu khiÓn hÖ thèng thùc th× ta ph¶i ch¹y thö ch­¬ng tr×nh. NÕu cã lçi hoÆc ch­a hîp lý th× ph¶i söa ngay. Cuèi cïng, sau khi ®· ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ c«ng nghÖ còng nh­ c¸c chÕ ®é b¶o vÖ th× ta ghi ch­¬ng tr×nh vµo bé nhí, ghÐp nèi víi ®èi t­îng. NÕu cã thÓ ta tiÕn hµnh ch¹y thö trªn thiÕt bÞ thùc. 2.3.8 CÊu tróc bé nhí Bé nhí PLC chia lam 3 vïng chÝnh. a) Vïng ch­¬ng tr×nh øng dông: Vïng chøa ch­¬ng tr×nh ®­îc chia thµnh 3 miÒn: - OB (Organisation block) : MiÒn nhí ch­¬ng tr×nh tæ chøc - FC (Function): MiÒn chøa ch­¬ng tr×nh con. §­îc tæ chøc thµnh hµm vµ cã biÕn h×nh thøc ®Ó trao ®æi d÷ liÖu. - FB (Function block): MiÒn chøa ch­¬ng tr×nh con, ®­îc tæ chøc thµnh hµm vµ cã kh¶ n¨ng trao ®æi d÷ liÖu víi bÊt cø mét ch­¬ng tr×nh nµo kh¸c. C¸c khèi d÷ liÖu nµy ph¶I ®­îc x©y dùng thµnh khèi d÷ liÖu riªng (Data Block khèi DB) b) Vïng chøa tham sè cña hÖ ®iÒu hµnh: Chia thµnh 7 miÒn kh¸c nhau. - I (Process image input ) : MiÒn d÷ liÖu c¸c cæng vµo sè, tr­íc khi b¾t ®Çu thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh PLC sÏ ®äc gi¸ trÞ logic cña tÊt c¶ c¸c cæng ®Çu vµo vµ c¾t gi÷ chóng trong vïng nhí I. Th«ng th­êng ch­¬ng tr×nh øng dông kh«ng ®äc trùc tiÕp tr¹ng th¸I logic cña c¸c cæng vµo sè mµ chØ lÊy d÷ liÖu ®Çu vµo tõ bé ®Öm I. - Q (Process Image Output): MiÒn bé ®Öm c¸c d÷ liÖu cæng ra sè. KÕt thóc giai ®o¹n thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh, PLC sÏ chuyÓn gi¸ trÞ logic cña bé ®Öm Q tíi c¸c cæng ra sè. Th«ng th­êng ch­¬ng tr×nh kh«ng trùc tiÕp gi¸n gi¸ trÞ tíi tËn cæng ra m¸ chØ chuyÓn chóng tíi bé ®Öm Q. -M (MiÒn c¸c biÕn cê): Ch­¬ng tr×nh øng dông sö dông nh÷ng biÕn nµy®Ó l­u gi÷ c¸c sè liÖu cÇn thiÕt vµ truy nhËp nã theo Bit (M), byte (MB), tõ (MW) hay tõ kÐp (MD). -T (Timer): MiÒn nhí phôc vô bé thêi gian bao gåm viÖc l­ gi÷ thêi gian ®Æt tr­íc( PV-Preset Value ), gi¸ trÞ ®Õm thêi gian tøc thêi( CV- current Value) còng nh­ gi¸ trÞ logic cña bé thêi gian. - C (Counter): MiÒn nhí phôc vô bé ®Õm bao gåm viÖc l­u gi÷ gi¸ tri ®Æt tr­íc(PV Preset Value), gi¸ trÞ ®Õm tøc thêi (CV _Current Value) vµ gi¸ trÞ logic cña ®Çu ra bé ®Öm. -PI : MiÒn ®Þa chØ ®Çu vµo cña c¸cc¸c Modunle t­¬ng tù(I/O Externalinput )C¸c gi¸ trÞ t­¬ng tù t¹i cæng vµo cña Modunle t­¬ng tù sÏ ®­îc module ®äc vµ chuyÓn tù ®éng theo nh÷ng ®Þa chØ. Ch­¬ng tr×nh øng dông cã thªtruy cËp miÒn nhí PI theo tøng Byte ( PIB), tõng tõ PIW hoÆc tõng tõ kÐp PID. -PQ: MiÒn ®Þa chØ cæng ra cho c¸c module t­¬ng tù (I/O External Output). C¸c gi¸ trÞ theo nh÷ng ®Þa chØ nµy sÏ ®­îc module t­¬ng tù chuyÓn tíi c¸c cæng ra t­¬ng tù. Ch­¬ng tr×nh øng dông cã thÓ truy nhËp miÒn nhí PI theo tõng byte(PQB) tõng tõ (PQW) hoÆc theo tõng tõ kÐp (PQD) c) Vïng chøa c¸c khèi d÷ liÖu: §­îc chia lµm 2 lo¹i. -DB (Data Block): MiÒn chøa d÷ liÖu ®­îc tæ chøc thµnh khèi. KÝch th­íc còng nh­ khèi l­îng do ng­êi dïng quy ®Þnh phï hîp víi tõng bµi to¸n ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng tr×nh cã thÓ truy nhËp miÒn nµy theo tõng bit (DBX), byte (DBB), tõ (DBW), tõ kÐp (DBD). -L (Local data block) : MiÒn d÷ liÖu ®Þa ph­¬ng: §­îc c¸c khèi ch­¬ng tr×nh OB, FC, FB tæ chøc vµ sö dông cho c¸c biÖn ph¸p tøc thêi vµ trao ®æi d÷ liÖu cña biÕn h×nh thøc víi nh÷ng khèi ch­¬ng trinh gäi nã. Néi dung cña mét khèi d÷ liÖu trong miÒn nhí nµy sÏ bÞ xo¸ khi kÕt thóc ch­¬ng tr×nh t­¬ng øng trong OB, FC, FB. MiÒn nµy cã thÓ ®­îc truy nhËp tõ ch­¬ng tr×nh theo bit (L), byte (LB) tõ (LW) hoÆc tõ kÐp (LD). 2.4. TÝnh chän c«ng suÊt cña ®éng c¬ truyÒn ®éng c¸c c¬ cÊu chÝnh cña cÇu trôc 2.4.1 C¬ cÊu di chuyÓn xe cÇu vµ xe con §èi víi c¬ cÊu di chuyÓn, lùc c¶n tÜnh phô thuéc vµo khèi l­îng hµng (G) vµ khèi l­îng cña c¬ cÊu. Tr¹ng th¸i ®­êng ®i cña c¬ cÊu di chuyÓn trªn nã, cÊu t¹o vµ chÕ ®é b«i tr¬n cho c¬ cÊu (cæ trôc, khíp nèi, b¶n lÒ…). §èi víi cÇu trôc l¾p ®Æt ngoµi trêi cßn chÞu t¸c ®éng phô cña giã. H×nh vÏ d­íi ®©y biÓu diÏn lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu t¸c dông lªn ®­êng ray. G + G0 F H×nh 2.11 s¬ ®å lùc cña c¬ cÊu di chuyÓn. Trong tr­êng hîp nµylùc c¶n chuyÓn ®éng ®­îc tÝnh theo biÓu thøc sau: (2.1) Trong ®ã: G lµ khèi l­îng hµng ho¸, kg. G0 lµ khèi l­îng cña c¬ cÊu bèc hµng, kg. Gx lafkhoois l­îng cña xe, kg. G Gia tèc träng tr­êng, m/s2. Rb B¸n kÝnh b¸nh xe, m. HÖ sè ma s¸t tr­ît (8.10-415.10-4). rct  b¸n kÝnh cæ trôc b¸nh xe, m. f HÖ sè ma s¸t l¨n (5.10-4 m). kms HÖ sè cã tÝnh ®Õn ma s¸t gi÷a mÐp b¸nh xe vµ ®­êng ray, (kms=1,21,5). Momen ®éng c¬ sinh ra th¾ng lùc canrchuyeenr ®éng ®ã b»ng: (2.2) Trong ®ã F ®­îc tÝnh theo biÓu thøc (2.1). i -Tû sè truyÒn tõ ®éng c¬ ®Õn b¸nh xe. HiÖu suÊt c¬ cÊu. C«ng suÊt ®éng c¬ khi truyÒn cã t¶i trong chÕ ®é x¸c lËp b»ng: (2.3) Trong ®ã: v lµ tèc ®é di chuyÓn, m/s. C«ng suÊt cña ®éng c¬ khi di chuyÓn kh«ng t¶i b»ng: (2.4) Trong ®ã F0 ®­îc tÝnh theo biÓu thøc (2.1) khi cho G = 0. 2.4.2 C¬ cÊu n©ng h¹. 1 G G0 6 5 4 3 2 7 A H×nh 2.12 S¬ ®å ®éng häc cña c¬ cÊu n©ng h¹ hµng víi c¬ cÊu bèc hµng dïng mãc. Trôc vÝt. B¸nh vÝt. TruyÒn ®éng b¸nh r¨ng. Tang n©ng. Bé phËn mãc hµng. Mãc. §éng c¬. A- §iÓm cè ®Þnh c¸p. §éng c¬ truyÒn ®éng c¬ cÊu n©ng h¹ ®ãng vai trß quan träng trong c¸c m¸y n©ng vËn chuyÓn nãi chung vµ trong m« h×nh cÇu trôc nãi riªng. Trªn h×nh 2. m« t¶ s¬ ®å ®éng häc cña c¬ cÊu n©ng h¹ hµng víi c¬ cÊu bèc hµng dïng mãc. Lùc ®Æt trªn c¸p n©ng ®­îc tÝnh theo biÓu thøc sau: (2.5) Trong ®ã: m- lµ béi sè cña rßng räc Khi n©ng kh«ng t¶i (G=0), lùc ®Æt trªn c¸p n©ng b»ng: (2.6) M« men ®Æt lªn tang n©ng t­¬ng øng cho 2 tr­êng hîp b»ng: (2.7) Trong ®ã - lµ hiÖu suÊt cña tang n©ng. Momen ®Æt trªn trôc ®éng c¬ b»ng: (2.8) Trong ®ã i vµ -lµ tû sè truyÒn vµ hiÖu suÊt cña c¬ cÊu truyÒn lùc. = bv. br Trong ®ã: bv -HiÖu suÊt cña b¸nh vÝt. br - HiÖu suÊt cña c¸p b¸nh r¨ng. C«ng suÊt cña ®éng c¬ truyÒn ®éng phô thuéc vµo tèc ®é n©ng: (2.9) Trong ®ã: v- tèc ®é n©ng hµng. c - HiÖu suÊt cña toµn bé c¬ cÊu truyÒn lùc. c= bv. br. t (2.10) 2.5 TÝnh to¸n vµ chän c¬ cÊu phanh h·m. Phanh h·m lµ mét bé phËn kh«ng thÓ thiÕu trong c¬ cÊu chÝnh cña cÇu trôc. Phanh h·m dïng trong cÇu trôc th­êng cã 3 lo¹i phanh guèc, phanh ®Üa vµ phanh ®ai. Nguyªn lý ho¹t ®éng c¬ b¶n cña c¸c lo¹i phanh nãi trªn vÒ c¬ b¶n lµ gièng nhau. Khi ®éng c¬ cña c¬ cÊu ®ãng vµo l­íi ®iÖn th× ®ång thêi cuén d©y nam ch©m phan h·m còng cã ®iÖn. Khi c¾t ®iÖn cuén d©y nam ch©m còng mÊt ®iÖn, lùc c¨ng cña lß xo sÏ Ðp trÆt vµo m¸ phanh vµo trôc ®éng c¬ ®Ó h·m. Phanh h·m ®iÖn tõ th­êng ®­îc chÕ t¹o theo 2 kiÓu: Hµnh tr×nh phÇn øng dµi (hµng chôc mm) vµ hµnh tr×nh phÇn øng ng¾n (vµi mm). Lo¹i hµnh tr×nh dµi yªu cÇu lùc hót nhá nh­ng kÕt cÊu c¬ khÝ cång kÒnh vµ phøc t¹p. Thùc tÕ dïng phanh h·m hµnh tr×nh ng¾n. 2.5.1. TÝnh to¸n vµ lùa chän phanh cho c¬ cÊu n©ng h¹. Lùc t¸c dông lªn trôc ®éng c¬ khi phanh phô thuéc vµo trÞ sè momen cña c¬ cÊu phanh vµ chÕ ®é lµm viÖc cña c¬ cÊu n©ng h¹. Momen c¶n tÜnh khi h¹ t¶i víi t¶i ®Þnh møc: (2.11) Trong ®ã: G®m -Lµ t¶i träng ®Þnh møc, N. G0 -Lµ träng l­îng cña c¬ cÊu bèc hµng, N. Rt -Lµ b¸n kÝnh cña tang, m. i -Tû sè truyÒn. u -Sè m¹ch nh¸nh cña rßng räc - HiÖu suÊt cña c¬ cÊu. Tuú chÕ ®é lµm viÖc cÇn thªm hÖ sè dù tr÷ k. HÖ sè dù tr÷ nµy phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc nh­ trong b¶ng sau. ChÕ ®é lµm viÖc HÖ sè k NhÑ nhµng (Nh) Trung b×nh (Tb) NÆng nÒ (Ng) RÊt nÆng nÒ (RNg) 1,5 1,75 2,0 2,5 Tõ ®ã momen cña c¬ cÊu phanh: Mph=k.Mch (2.12) 2.5.2. tÝnh to¸n vµ lùa chän phanh cho c¬ cÊu di chuyÓn xe cÊu vµ xe con. Trong tÝnh to¸n vµ chän lo¹i phanhcho c¬ cÊu nµy, cÇn chó ý lµ momen do phanh h·m t¹i ra kh«ng ®­îc lín h¬n trÞ sè m«men mµ b¸nh xe cã thÓ tr­ît trªn ®­êng ray. TrÞ sè gia tèc lín nhÊt cho phÐp khi phanh lóc c¬ cÊu di chuyÓn thuËn theo chiÒu giã: (2.13) Trong ®ã: - HÖ sè träng l­îng b¸n. -HÖ sè nh¸m gi÷a b¸nh xe vµ ®­êng ray. - HÖ sè ma s¸t tr­ît, (35).10-4 rct- B¸n kÝnh cæ trôc, m. Rb – B¸n kÝnh b¸nh xe, m. f – HÖ sè ma s¸t l¨n, (810).10-4 m. Fg- Lùc c¶n giã trªn 1m2 , N/m2 S – DiÖn tÝch c¶n giã cña c¬ cÊu m2. G –Träng l­îng cña c¬ cÊu khi kh«ng mang t¶i, N. Víi trÞ sè a, tèc ®é di chuyÓn v x¸c ®Þnh, cã thÓ tÝnh ®­îc thêi gian phanh tph, vµ momen phanh Mph: (2.14) Trong ®ã: J®c – Momen qu¸n tÝnh cña ®äng c¬ truyÒn ®éng, (kgm2). ®c – tèc ®é quay cña ®éng c¬, (rad/s). J- Momen qu¸n tÝnh cña toµn hÖ t¸c dông lªn b¸nh xe, kgm2 i- Tû sè truyÒn cña hép gi¶m tèc. 2.6. TÝnh chän nam ch©m ®iÖn cña c¬ cÊu phanh. Lùc cÇn thiÕt ®Æt lªn m¸ phanh (lùc h­íng t©m) b»ng: (2.15) Trong ®ã: - HÖ sè ma s¸t (nÕu m¸ phanh lµm b»ng chÊt liÖu amiang vµ puli h·m b»ng gang th× =0,35) Lùc hót nam ch©m Fnc, hµnh tr×nh cña phÇn øng yªu cÇu h­, ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau: (2.16) Trong ®ã: Fnc- lùc hót cña nam ch©m h­- hµnh tr×nh phÇn øng h- hµnh tr×nh khi h·m k- hÖ sè dù tr÷ (0,75 – 0,85) - hiÖu suÊt Nam ch©m h·m ph¶i cã tÝch sè (Fnc.h­) > (Fnc.h­)yc 2.7. TÝnh chän nam ch©m ®iÖn lÊy t¶i cña cÇu trôc tõ CÇu trôc tõ kh¸c víi cÇu trôc th«ng th­êng ë c¬ cÊu lÊy t¶i: tahy cho mãc hoÆc gÇu lµ mét nam ch©m ®iÖn. H×nh d¹ng kÝch th­íc cña nam ch©m ®iÖn ®­îc chÕ t¹o thµnh c¸c lo¹i h×nh nh­ sau. a) Nam ch©m lÊy t¶i h×nh trßn, dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c chi tiÕt b»ng gang, s¾t cã kÝch th­íc kh«ng lín, h×nh d¹ng kh¸c nhau (s¾t thÐp vôn, phoi, ®inh…). Nam ch©m trßn lâm mÆt cÇu, dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c vËt thÓ h×nh cÇu lín. Bµn t¶i h×nh ch÷ nhËt, dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c vËt dµi nh­: thÐp tÊm, ®­êng ray, èng thÐp dµi… Xµ nam ch©m, dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c vËt liÖu siªu tr­êng, siªu träng. Khi thiÕt kÕ cÇu trôc tõ, cÇn chó ý hµng ®Çu lµ vÊn ®Ò cung cÊp ®iÖn (hé tiªu thô lo¹i 1) ®Ó lo¹i trõ sù cè vµ nh÷ng tr­êng hîp kh«ng may do t¶i träng r¬i tù do. ChÕ ®é lµm viÖc cña nam ch©m lÊy t¶i lµ chÕ ®é ng¾n h¹n lÆp l¹i, cã hÖ sè tiÕp ®iÖn t­¬ng ®èi b»ng 50%, chu kú lµm viÖc kh«ng l¬n h¬n 10 phót. NÕu c­êng ®é lµm viÖc cña nam ch©m nÆng nÒ vµ hÖ sè tiÕp ®iÖn lín h¬n 50% th× cÇn gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt lªn cùc nam ch©m. (2.17) Trong ®ã: Ucp- ®iÖn ¸p cho phÐp ®Æt lªn cuén nam ch©m khi TD50% = 50% TDth%- hÖ sè tiÕp ®iÖn thùc 2.8. TÝnh chän ®­êng d©y tiÕp ®iÖn cho cÇu trôc. C¸c c¬ cÊu cña cÇu trôc lµ nh÷ng thiÕt bÞ kh«ng cè ®Þnh, cho nªn viÖc cÊp ®iÖn ®Õn c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng, ®Õn c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn dïng mét hÖ thèng tiÕp ®iÖn ®Æc biÖt gäi lµ ®­êng trolay. Cã thÓ dïng hai hÖ tiÕp ®iÖn: hÖ tiÕp ®iÖn cøng vµ hÖ tiÕp ®iÖn b»ng d©y mÒm. §­êng tiÕp ®iÖn b»ng d©y mÒm chØ ®­îc phÐp dïng khi d­êng di chuyÓn cña c¬ cÊu kh«ng qu¸ lín. §­êng tiÕp ®iÖn cøng th­êng dïng thÐp gãc (50 x 50 x 5) vµ (75 x 75 x 10) mm. H×nh 2.13 2 b 1 3 4 2 a H×nh 2.13 KÕt cÊu cña hÖ thèng tiÕp ®iÖn cøng KÕt cÊu cña ®­êng tiÕp ®iÖn. KÕt cÊu cña bé lÊy ®iÖn. ThÐp gãc 1 ®­îc g¸ trªn gi¸ ®ì ®­êng tiÕp ®iÖn n»m d­íi cÇu trôc vµ c¸ch ®iÖn b»ng sø ®ì 2 Bé lÊy ®iÖn bao gåm thÐp gãc 1 g¸ lªn ®Çu nèi c¸p b»ng gang 3. C¸p mÒm 4 sÏ cÊp ®iÖn ®Õn c¸c ®éng c¬ vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn b»ng cÇu trôc. C¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng c¸c c¬ cÊu cña cÇu trôc cã hÖ tiÕp ®iÖn kh¸c nhau, nªn qu¸ tr×nh tÝnh chän ®­êng tiÕp ®iÖn nªn thùc hiÖn theo c¸c b­íc sau: TÝnh tæng dßng ®Þnh møc cña c¸c ®éng c¬. (2.18) TÝnh tæng dßng ®Þnh møc cña c¸c ®éng c¬ cïng cã hÖ sè tiÕp ®iÖn nh­ nhau. øng víi T§I% (2.19) T­¬ng tù nh­ vËy tÝnh cho øng víi T§II%... TÝnh hÖ sè tiÕp ®iÖn trung b×nh. T§tb% = T§I% + T§II%+… (2.20) TÝnh dßng ®iÖn cùc ®¹i trong 30 phót theo hÖ sè hiÖu dông k1. Imax30 = k1. (2.21) Theo trÞ sè cña Imax30 ta cã thÓ chän ®­îc tiÕt diÖn cña ®­êng d©y tiÕp ®iÖn KiÓm tra ®é sôt ¸p trªn ®­êng d©y tiÕp ®iÖn cho d©y dÉn b»ng ®ßng vµ nh«m theo c«ng thøc: §èi víi dßng ®iÖn mét chiÒu: (2.22) §èi víi dßng ®iÖn xoay chiÒu: (2.23) Trong ®ã: Imax – dßng ®iÖn cùc ®¹i (A). L – chiÒu dµi ®­êng tiÕp ®iÖn (m). - suÊt ®iÖn dÉn cña vËt liÖu lµm ®­êng tiÕp ®iÖn (®ång =57, nh«m = 35 ) S – tiÕt diÖn ®­êng tiÕp ®iÖn (mm2) U - ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña l­íi (V) §èi víi ®­êng tiÕp ®iÖn lµm b»ng s¾t, ®é sôt ¸p cÇn tÝnh ®Õn c¶ hai thµnh phÇn: thuÇn trë vµ ®iÖn kh¸ng. (2.24) Trong ®ã: R,X - ®iÖn trë thuÇn vµ ®iÖn kh¸ng cña ®­êng tiÕp ®iÖn trªn ®é dµi 1m, (/m) Khi tÝnh to¸n, cÇn chän: = 0,65 0,7 vµ = 0,75 0,7 2.9. B¶ng b¶o vÖ. C¸c khÝ cô cÇu trôc ®­îc bè trÝ trªn mét b¶ng riªng ®Æt trong buång l¸I gäi lµ b¶ng b¶o vÖ. Chøc n¨ng cña b¶ng b¶o vÖ: B¶o vÖ ng¾n m¹nh vµ qu¸ t¶I (I >2,25I®m). B¶o vÖ ®iÖn ¸p thÊpkhi ®iÖn ¸p l­íi th¸p h¬n 0.85U®m. B¶o vÖ ®iÖn ¸p “kh«ng” nghÜa lµ kh«ng cho phÐp ®éng c¬ tù më m¸ykhi cã ®iÖn ¸p trë l¹i sau thêi gian mÊt ®iÖn (chØ ®­îc phÐp më m¸y khi c¸c bé khèng chÕ n»m ë vÞ trÝ “0”). C¾t ®iÖn cÊp cho cÇu trôc khi cã ng­êi lµm viÖc trªn giÇm cÇu b»ng c«ng t¾c hµnh tr×nh liªn ®éng víi cöa cabin ®iÒu khiÓn. Ta cã thÓ dïng b¶ng b¶o vÖ mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu. Ch­¬ng 3: thiÕt kÕ tÝnh chän m« h×nh cÇu trôc. 3.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ m« h×nh cÇu trôc. 3.1.1. TÝnh kü thuËt. §iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng tù ®éng ho¸ sö dông trong cÇu trôc hiÖn nay th­êng ®­îc x©y dùng theo nguyªn t¾c hÖ kÝn. Tèc ®«. C«ng nghÖ ®­îc thiÕt kÕ nh»m môc ®Ých tho¶ m·n yªu cÇu bèc xÕp mäi lo¹i hµng ho¸. Tr­íc ®©y kü thuËt ®iÒu khiÓn cÇu trôc ®­îc x©y dùng theo d¹ng SISO. Ngµy nay kü thuËt ®iÒu khiÓn víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC ®­îc øng dông phæ biÕn. ThiÕt bÞ biÕn ®æi c«ng suÊt ph¸t triÓn víi mét kü thuËt ®iÒu khiÓn tiªn tiÕn,. M« h×nh to¸n ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®­îc nhËn d¹ng µ øng dông trong c¸c ®éng c¬ biÕn tÇn ®iÒu chÕ theo ®é réng xung P(WM). HÖ ®iÒu khiÓn x©y dùng lµ hÖ thèng nhiÒu ®Çu vµo ra (MOMI). C¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­îc tæng hîp thùc hiÖn theo yªu cÇu c«ng nghÖ bèc xÕp hµng ho¸. TÝn hiÖu ®iÒu chØnh momen cho c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iªn tù ®éng mµ hÖ thèng sö dông biÕn tÇn PWM- ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, hÖ sè sö dông phô t¶i ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ro to d©y quÊn hoÆc ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu cã cu«n nèi tiÕp kÝch tõ ®éc lËp nhÊt thiÕt ph¶i ®­îc tæng hîp ®Ó ®iÒu khiÓn momen ®éng c¬ cho cÊu tróc cô thÓ cña cÇu trôc. 3.1.2. TÝnh s­ ph¹m. - M« h×nh cÇu trôc ph¶i ®Ñp, ph¶i ­a nh×n. Trªn m« h×nh ta dÔ dµng nhËn ra ®­îc c¸c bé phËn cña cÇu trôc. - Ho¹t ®éng cña m« h×nh lµ hoËt ®éng tæng qu¸t nhÊt c¶u cÇu trôc, mäi chuyÓn ®éng ph¶i nhÞp nhµng, tèc ®é võa ph¶i ®ñ ®Ó ng­êi quan s¸t n¾m b¾t ®­îc nguyªn lý ho¹t ®éng cña nã. - M« h×nh cÇu trôc ®­îc thiÕt kÕ theo ý t­ëng cña t¸c gi¶ nh­ng kh«ng ®­îc tr¸I ng­îc hoÆc kh¸c xa so víi cÇu trôc trong thùc tÕ. - Sau khi quan s¸t m« h×nh cÇu trôc ng­êi quan s¸t ph¶i h×nh dung ®­îc cÇu trôc trong thùc tÕ vµ n¾m b¾t ®­îc nguyªn lý ho¹t ®éng vµ nh÷ng ®iÓm quan träng khi vËn hµnh cÇu trôc. 3.1.3. TÝnh kinh tÕ Cã 2 c¸ch ®Ó thiÕt kÒ m« h×nh cÇu trôc: C¸ch thø nhÊt: ThiÕt kÕ m« h×nh thùc. C¸ch thø hai: ThiÕt kª m« h×h b»ng c¸c phÇn mªn m« pháng. §èi víi c¸ch thø nhÊt ®ßi hái ng­êi thiÕt kÕ ph¶i cã tong tay nguyªn vËt liÖu nh­ c¸c ®éng c¬, ®­êng ray, d©y c¸p, c«ng t¾c hµnh tr×nh… Ngoµi ra ®ßi hái ng­êi thiÕt kÕ ph¶i cã ph¶i cã kü n¨ng vÒ c¬ khÝ, cã kh¶ n¨ng l¾p r¸p vËn hµnh mét m¹ch ®iÖn phøc t¹p hoµn chØnh. Nh­îc ®iÓm: Tèn kÐm nhiÒu tiÒn, c«ng søc, thêi gian. - Ng­êi thiÕt kÕ ph¶i cã kü n¨ng l¾p r¸p c¶ vÒ c¬ khÝ vµ vÒ ®iÖn. §èi víi c¸ch thø hai ®· kh¸c phôc hoµn toµn nh÷ng nh­îc ®iÓm trªn. ChØ cÇn cã nh÷ng kü n¨ng sö dông thµnh th¹o nh÷ng phÇn mÒm m« pháng th× trong mét thêi gian ng¾n ng­êi thiÕt kÕ sÏ thùc hiÖn ®­îc ý ®å cña m×nh mµ hiÖu qu¶ do m« h×nh nµy mang l¹i còng rÊt cao kh«ng kÐm g× m« h×nh. V× vËy dïng phÇn mÒn m« pháng ®Ó thùc hiÖn c«ng viÖc thiÕt kÕ m« h×nh cÇu trôc. 3.2. T×nh to¸n m« h×nh cÇu trôc. 3.2.1. M« h×nh cÇu trôc (h×nh 3.1) H×nh 3.1 M« h×nh cÇu trôc. C¸c th«ng sè chÝnh: Lo¹i cÇu trôc b¸nh lèp tù hµnh, lo¹i cã xe con di chuyÓn. Søc nÆng lín nhÊt khi dïng cÈu la 35,6 tÊn. ChÕ ®é thö t¶i: 125%. Khung cÇu kiÓu èng lång: 20’,40’. Hµnh tr×nh xe con: 19,07 m. ChiÒu cao n©ng: 15,24 m Kho¶ng c¸ch trôc b¸nh xe: 6,04 m Sè l­îng b¸nh xe cÇu trôc: 8 b¸nh. ¸p lôc lªn b¸nh xe: - Víi t¶i träng danh ®Þnh (35,6 tÊn ) lµ xÊp xØ 26,9 tÊn / b¸nh - Khi kh«ng t¶i: xÊp xØ 18,8 tÊn/ b¸nh. -Tèc ®é vËn hµnh. -Víi t¶i lín nhÊt 20m/phót. - ChØ víi khung cÇu 45m/phót. -Tèc ®é di chuyÓn xe con 70m/phót - Tèc ®é di chuyÓn giµn135 m/phót - Nguån ®iÖn : - CÇu trôc ®­îc cung cÊp bëi hÖ thèng diezen-m¸y ph¸t ®iÖn. - §éng c¬ dezen chÝnh : CUMMINS - Lo¹i ®éng c¬ : KiÓu NTA 855- G2 - Lo¹i vËn hµnh: 4 kú, lµm m¸t b»ng n­íc vµ qu¹t giã. - M¹ch ®éng c¬ xoay chiÒu AC 400V,60 Hz, 3 pha. - M¹ch ®iÒu khiÓn AC 220V, 60Hz, 1 pha. - §iÖn ¸p sù cè vµ chiÕu s¸ng: AC 220 V, 60Hz, 1 pha. - Nguån n¨ng l­îng dù phßng AC 220V, 50Hz, 1pha. - Ta chän khèi l­îng xe con 1,4 tÊn. - Tû sè truyÒn i=75. - Béi sè cña hÖ thèng truyÕ rång räc u = 1. - HiÖu suÊt cña c¬ cÊu =0,82. - B¸n kÝnh b¸nh xe con Rt= 0,4 m. - §­êng kÝnh b¸nh xe cÇu D=0,4 m. - Khèi l­îng cña c¬ cÊu bèc hµng 1 tÊn. - B¸n k×nh cæ trôc b¸nh xe rct=0,05. 3.2.2. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ. 1) C«ng suÊt cña ®éng cá di chuyÓn xe cÇu, xe con. Lùc c¶n chuyÓn ®éng: M«men cña ®éng c¬ sinh ra ®Ó th¾ng lùc c¶n chuyÓn ®éng ®ã. C«ng suÊt cña ®éng c¬ khi truyÒn t¶I trong chÕ ®é x¸c lËp lµ: VËy ®éng c¬ di chuyÓn xe cÇu, xe con co P®m 0.7 KW vµ M 3.3 Nm 2) Chän c«ng suÊt ®éng c¬ cho c¬ cÊu n©ng h¹. Lùc dÆt lªn c¸p n©ng. Ta chän m=2, t=0.9, Rt=0,1 Thay sè vµo ta cã : Khi kh«ng t¶i : M« men ®Æt lªn tang n©ng khi cã t¶i vµ khi kh«ng t¶i lµ : M«men ®Æt lªn trôc ®éng c¬ b»ng: C«ng suÊt cña ®éng c¬: 3) Chän phanh cho c¬ cÊu n©ng h¹. M« men c¶n khi h¹ t¶i víi t¶i ®Þnh møc. VËy momen cña c¬ cÊu phanh: Mph=k.Mch=2.157=314 (Nm). VËy chän phanh cã momen M 314 Nm. 3.3. C¸c bµi tËp trªn m« h×nh. 3.3.1. §iÒu khiÓn ®¶o chiÒu quay trªn xe cÇu vµ xe con. Xe cÇu vµ xe con ®Òu cã nguyªn lý ho¹t ®éng gièng nhau. Xe cÇu cã chuyÓn ®éng däc theo ®­êng ray vµ ®­îc kh«ng chÕ giíi h¹n ®­êng ®i b»ng c«ng t¾c hµnh tr×nh. Xe con co chuyÓn ®éng ngang ®­êng ray trªn xe cÇu vµ cïng ®­îc giíi h¹n ®­êng ®i b»ng c«ng t¾c hµnh tr×nh. §éng c¬ ®iÒu khiÓn xe cÇu vµ xe con cã c¸c ho¹t ®éng quay thuËn (theo h­êng tiÕn), vµ quay ng­îc (theo h­íng lïi). §iÒu khiÓn ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ ®iÒu khiÓn xe cÇu, xe con ta cã thÓ ®iÒu khiÓn tù ®éng dïng PLC hoÆc b»ng tay (dïng hÖ tiÕp ®iÓm). §iÒu khiÓn ®¶o chiÒu quay ®éng cë xe cÇu, xe con b»ng hÖ tiÕp ®iÓm (v× nguyªn lý ho¹t ®éng cña xe cÇu vµ xe con lµ gièng nhau nªn ta chØ cÇn ®iÒu khiÓn cho xe con cßn xe cÇu t­¬ng tù). M¹ch ®éng lùc vµ ®iÒu khiÓn (h×nh 3.1). § ATM CC D KH MT KT KH MN KN KN KT RN O 380V KT KN RN KT KN H×nh 3.1 M¹ch ®éng lùc vµ ®iÒu khiÓn C¸c ký hiÖu: KT: C«ng t¾c t¬ quay thuËn. KN : C«ng t¾c t¬ quay ng­îc. KH : C«ng t¾c hµnh tr×nh. MT : Nót më ch¹y thuËn. MN : Nót më ch¹y ng­îc. D : Nót dõng ho¹t ®éng. RN : R¬ le nhiÖt. §iÒu khiÓn xe con dïng PLC- S7-300 Gi¸n ®Þa chØ: I4.0: Nót dõng hÖ thèng. I4.1: Nót më thuËn. I4.2: Nót më ng­îc. I4.3: C«ng t¾c hµnh tr×nh ë ®Çu hµnh tr×nh. I4.4: C«ng t¾c hµnh tr×nh ë cuèi hµnh tr×nh. Q8.0: Cuén d©y cÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ quay thuËn. Q8.1: Cuén d©y cÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ quay ng­îc. KÕt nèi phÇn cøng PLC (h×nh 3.2). PLC D MT MN KT KN 24V 220V H×nh 3.2 KÕt nèi phÇn cøng PLC ViÕt ch­¬ng tr×nh. 3.3.2 §iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ cña c¬ cÊu n©ng h¹. Thùc chÊt ®éng c¬ ®iÒu khiÓn c¬ cÊu n©ng h¹ chØ cã 2 ho¹t ®éng chÝnh lµ quay thuËn vµ quay ng­îc. Nh­ng khi kh«ng t¶i th× ®éng c¬ cã thÓ lµm viÖc ë tèc ®é cao, khi cã t¶i hoÆc khi chuÈn bÞ lÊy t¶i, h¹ t¶i ®éng c¬ ph¶i lµm viÖc ë tèc ®é thÊp ®Ó qu¸ tr×nh n©ng t¶I vµ h¹ t¶I ®­îc chÝnh x¸c. §Ó thùc hiÖn ®­îc c«ng viÖc thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ ta dïng ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng (Roto). § ATM CC D KH MT KH MN KN KT RN O 380V KT KN RN K2 R2 K1 R1 K2 K1 KN KT KN MTb KT K2 K1 KT KN K2 K1 M§m K1 K2 §iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ cña c¬ cÊu n©ng h¹ b»ng hÖ cã tiÕp ®iÓm (H×nh 3.2). H×nh 3.3 M¹ch ®éng lùc vµ ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ n©ng h¹ C¸c ký hiÖu: KT, KN: C«ng t¾c t¬ ®­êng d©y (cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ quay thuËn, quay ng­îc). K1:C«ng t¸c t¬ ®ãng 1 cÊp ®iÖn trë phô ®éng c¬ lµm viÖc víi tèc ®é trung b×nh K2: C«ng t¾c t¬ ®ãng 2 cÊp ®iÖn trë phô ®éng c¬ lµm viÖc víi tèc ®é ®Þnh møc. D: Nót dõng hÖ thèng MN: Nót më ng­îc (h¹ mãc xuèng) MT: Nót më thuËn (n©ng mãc lªn) MTb: Nót bÊm t¨ng tèc ®é ®éng c¬ lªn trung b×nh. M§m : Nót bÊm t¨ng tèc ®é ®«ng c¬ lªn ®Þnh møc. RN: R¬ le nhiÖt. 2) §iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ cña c¬ cÊu n©ng h¹ b»ng PLC S7-300. G¸n ®Þa chØ: Q8.0; Q8.1: CÊp tÝn hiÖu ®iÓu khiÓn ®éng c¬ quay thuËn ng­îc. Q8.2: §­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®éng c¬ lµm viÖc víi tèc ®é trung b×nh. Q8.3: §­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®éng c¬ lµm viÖc víi tèc ®é ®Þnh møc. I4.0: Nót dõng hÖ thèng. I4.1: Nót më ®éng c¬ quay thuËn. I4.2: Nót më ®éng c¬ quay ng­îc. I4.4: Nót t¨ng tèc ®é ®éng c¬ lªn tèc ®é trung b×nh. I4.5: Nót t¨ng tèc ®é ®éng c¬ lªn tèc ®é ®Þnh møc. I4.6; I4.7: C«ng t¾c hµnh tr×nh giíi h¹n hµnh tr×nh nh¶ c¸p hoÆc quËn c¸p. PLC D MT MN KT KN 24V 220V M§m MTb K1 K2 KÕt nèi phÇn cøng.(h×nh 3.4 ) H×nh 3.4 KÕt nèi phÇn cøng Ta cã ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn sau: 3.3.3. LËp tr×nh ®iÒu khiÓn cho cÇu trôc. §iÒu khiÓn cho cÇu trôc dïng PLC. G¸n ®Þa chØ: I0.0: Nót dõng xe cÇu. I0.1: Nót më thuËn xe cÇu (ch¹y tiÕn). I0.2: Nót më ng­îc xe cÇu (ch¹y lïi). I0.3; I0.4: C«ng t¾c hµnh tr×nh giíi h¹n ®­êng ®I cho xe cÇu. I1.0: Nót dõng xe con. I1.1: Nót më thuËn xe con (ch¹y sang tr¸i). I1.2: Nót më ng­îc xe con (ch¹y sang ph¶i). I1.3; I1.4: C«ng t¾c hµnh tr×nh giíi h¹n ®­êng ®I cho xe con. I4.0: Nót dõng c¬ cÊu n©ng h¹. I4.1: Nót më thuËn (n©ng mãc). I4.2: Nót më ng­îc (h¹ mãc). I4.3: Nót më tèc ®é trung b×nh cho c¬ cÊu n©ng h¹. I4.4: Nót më tèc ®é ®Þnh møc cho c¬ cÊu n©ng h¹. I4.5 vµ I4.6: C«ng t¾c hµnh tr×nh giíi h¹n ®iÓm trªn vµ d­íi cña mãc khi n©ng h¹. Q8.0: CÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ xe cÇu quay thuËn. Q8.1: CÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ xe cÇu quay ng­îc. Q8.2: CÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ xe con ch¹y sang tr¸i. Q8.3: CÊp tÝn hiÖu cho ®éng c¬ xe con ch¹y sang ph¶i. Q8.4 ; Q8.5 : CÊp tÝn hiÖu ®Ó n©ng h¹ c¸p cho ®éng c¬ n©ng h¹. Q8.6 : CÊp tÝn hiÖu ®ãng mét cÊp ®iÖn trë phô ®­a tèc ®é n©ng h¹ lªn tèc ®é trung b×nh. Q8.7 :CÊp tÝn hiÖu ®ãng hai cÊp ®iÖn trë phô ®­a tèc ®é n©ng h¹ lªn tèc ®é ®Þnh møc. Ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cÇu trôc. PhÇn KÕt luËn Sau khi thùc hiÖn song ®Ò tµi em thÊy m×nh ®· gÆt h¸i ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ sau : Cã ®­îc nh÷ng kiÕn thøc nhÊt ®Þnh vÒ tÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ ®iÖn cho m¸y c«ng nghiÖp. Trang bÞ thªm cho m×nh nh÷ng kiÕn thøc vÒ nghiªn cøu, thùc hiÖn mét ®Ò tµi khoa häc. Lùa chän ®éng c¬ ®iÒu khiÓn xe cÇu, xe con, c¬ cÊu n©ng h¹, c¬ cÊu phanh h·m, b¶ng b¶o vÖ. Lùa chän ®­îc m¹ch trang bi ®iÖn cho cÇu trôc. LËp tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc cho cÇu trôc. ThiÕt kÕ ®­îc m« h×nh ho¹t ®éng cho cÇu trôc b»ng phÇn mÒn. ¦u nh­îc ®iÓm. ¦u ®iÓm: - §· hoµn thµnh ®å ¸n ®óng thêi gian quy ®Þnh. §· tÝnh vµ chän ®­îc ®éng c¬, trang bÞ ®iÖn vµ lËp tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc cho cÇu trôc mét c¸ch tèi ­u. Lµm ra ®­îc m« h×nh cÇu trôc h×nh ¶nh ®Ñp mang tÝnh s­ ph¹m cao. Nh­îc ®iÓm: - Do thêi gian vµ ®iÒu kiÖn kinh tÕ cã h¹n nªn s¶n phÈn chØ d­íi d¹ng m« h×nh ch¹y trªn phÇn mÒm, kh«ng ph¶i lµ m« h×nh thùc. Do kiÕn thøc cã h¹n vµ tÝnh thùc tÕ cßn Ýt nªn viÖc thiÕt kÕ gÆp kh«ng Ýt khã kh¨n v× vËy c¸c ph­¬ng ¸n trong ®å ¸n ch­a hoµn toµn tèi ­u. H­íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi. T×nh to¸n vµ thiÕt kÕ ra m« h×nh cÇu trôc d­íi d¹ng m« h×nh thùc tõ ®ã cã thÓ thiÕt kÕ ®­îc nh÷ng cÇu trôc øng dông trong thùc tÕ. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ ®iÖn cho cÇn trôc vµ c¸c m¸y c«ng nghiÖp kh¸c. - §­îc sù h­íng dÉn tËn t×nh cña ThÇy NguyÔn §øc Hç vµ sù gãp ý tËn t×nh cña c¸c b¹n trong líp, ®Õn nay ®å ¸n ®· ®­îc hoµn thµnh ®óng tiÕn ®é vµ ®¹t ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ nhÊt ®Þnh nh­ng còng kh«ng tr¸nh khái nh÷ng h¹n chÕ. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! Nam §Þnh, ngµy 18 th¸ng 5 n¨m 2009 Sinh viªn thùc hiÖn: TrÇn Quang V¨n Tµi liÖu tham kh¶o. 1 Gi¸o tr×nh trang bÞ ®iÖn. NguyÔn V¨n ChÊt. 2 Trang bÞ ®iÖn, ®iÖn tö m¸y c«ng nghiÖp dïng chung. Vò Quang Håi. 3 trang bÞ ®iÖn, ®iÖn tö tù ®éng ho¸ cÇu trôc, cÇn trôc. Bïi Quèc Kh¸nh. 4 Tù ®éng ho¸ víi Simatic S7- 300. NguyÔn Do·n Ph­íc.