Luận văn Trang bị điện - Điện tử cầu trục 200 tấn nhà máy đóng tàu Phà Rừng. Đi sâu nghiên cứu mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng

2: Các thiết bị đặt trong cơ cấu di chuyển xe con F. + TR3: Các thiết bị đặt trong cơ cấu di chuyển xe con G. + E74/E75: Các thiết bị đặt trong Cabin. + Gantry: Các thiết bị đặt trong cơ cấu di chuyển giàn. 2. Phương pháp đọc bản vẽ: Trong hồ sơ kĩ thuật của cầu trục 200T tên các thiết bị, phần tử thƣờng đƣợc kí hiệu nhƣ sau: + Vị trí thiết bị - nhóm bản vẽ - tên thiết bị. Ví dụ: + Trolley1 - A - Y1: biểu diễn cơ cấu phanh Y1 thuộc cơ cấu nâng hạ hàng A đƣợc đặt trên cơ cấu nâng hạ hàng A. + Ngoài ra tiếp điểm còn đƣợc kí hiệu nhƣ sau: Vị trí tiếp điểm - nhóm bản vẽ - tên tiếp điểm/số trang.hàng.cột. Ví dụ: + R1V - e1 - VA - K10/7.A.8: Khi đó biểu diễn tiếp điểm của công tắc tơ K10 đặt trên buồng điện R1 thuộc bản vẽ lƣạ chọn vị trí tay trang đƣợc biểu diễn tại hàng A cột 8 của trang 7. Nếu các kí hiệu không có nhóm bản vẽ, vị trí thiết bị thì ta ngầm hiểu là thiết bị đó thuộc nhóm bản vẽ đƣợc đặt ở vị trí nhƣ đƣợc ghi ở góc dƣới bên phải của bản vẽ biểu diễn thiết bị đó. Đồng thời để thuận tiện, tránh dài dòng khi đọc bản vẽ ta quy ƣớc rằng khi nhóm bản vẽ và vị trí kèm theo tên thiết bị thì ta ngầm hiểu là thiết bị đó đang thuộc bản vẽ đang đề cập tới. Trong trƣờng hợp thiết bị đó thuộc nhóm bản vẽ biểu diễn cơ cấu khác thì sẽ ghi rõ nhóm bản vẽ, số trang, hàng và cột. 2.2. HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CẦU TRỤC 200T Sơ đồ điện biểu diễn trên hình 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 2.2.1. Chức năng các phần tử + Gantry 0-E0: Rulô cuốn cáp nguồn cho toàn bộ cầu trục. + Gantry 0-W1: Hệ thống vành trƣợt chổi than. GND: Điểm nối đất. Q1: Áptômat tổng có F1 dùng bảo vệ ngắn mạch và quá tải. Dùng để cấp nguồn cho các cơ cấu chính, hệ thống chiếu sáng và sƣởi. Q2: Cầu dao cấp nguồn cho mạch động lực. Q3: Cầu dao cấp nguồn cho mạch điều khiển. T1: Biến áp dùng để cấp nguồn cho mạch điều khiển. R-F1, R-F2: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ di chuyển giàn. A-F1, B-F1, C-F1: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ nâng hạ hàng. E-F1, F-F1, G-F1: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ di chuyển xe con. L-F1: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ di chuyển Cabin. Y1-F1: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ nhả kẹp đƣờng ray. W-F1: Các áptômát cấp nguồn cho động cơ lai tang cáp. K1, K11, K12, K13: Các cuộn hút của công tắc tơ, rơle tƣơng ứng. K02: Rơle điện áp. F11-F17: Các cầu chì bảo vệ ngắn mạch. 2.2.2. Nguyên lí hoạt động Cầu trục lấy nguồn điện áp 400V/380V AC, 50Hz từ các hố cáp cấp nguồn đƣa qua Rulô quấn cáp (Gantry 0-E0) lên cầu trục. Qua áptômát Q1 đƣa đến hệ thống chiếu sáng và sƣởi các thiết bị. Hệ thống này rất quan trọng đối với cầu trục làm việc trong điều kiện ban đêm, trời nhiều sƣơng mù, ẩm ƣớt… Đồng thời nguồn đƣợc đƣa qua áptômát Q2 đến rơle điện áp K02 để kiểm tra điện áp cấp. Nếu điện áp chƣa đủ 380V thì rơle chƣa tác động để đóng các tiếp điểm của nó lại. Nếu điện áp đủ 380V thì rơle K02 có điện dẫn đến tiếp điểm K02(/6.F4) = 1 dẫn đến công tắc tơ V- K02 có điện dẫn đến K02(/5.D3) = 1. + Công tắc tơ V-K01(/6.B3) có điện dẫn đến K01(/5.C80) = 1, và khi đó khóa điện bật lên trên buồng điều khiển dẫn đến công tắc tơ K13(/5.B8), K11(/5.B5), K12(/5.B6) có điện dẫn đến K11(/5.C3) = 1, K12(/5.C3) = 1, K11(/5.B3) = 1, dẫn đến công tắc tơ K1 có điện nên K1(/5.E4) = 1 đẫn đến đèn sáng báo hiệu cho ngƣời điều khiển biết đã có nguồn cấp đến. + Đồng thời K1(/1.C4) = 1 đèn báo hiệu cho nguồn đến các biến tần chuẩn bị cho từng cơ cấu của cầu trục hoạt động. 2.2.3. Các bảo vệ trong sơ đồ cấp nguồn - Bảo vệ thấp áp bằng rơle điện áp K02(/1.B20). Khi nguồn cấp vào không đủ điện áp 380V thì rơle K02 chƣa tác động (tức vẫn mở), khống chế tiếp điểm của công tắc tơ K1 để không cấp ngồn cho các cơ cấu hoạt động. - Bảo vệ ngắn mạch và quá tải bằng các áptômát tự động. - Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì F11-F17. - Bảo vệ chạm mát bằng cách nối đất. 2.3. CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON (TROLLEY) Sơ đồ điện biểu diễn trên hình 2.5, 2.6, 2.7 2.3.1. Chức năng các phần tử Cơ cấu di chuyển xe con cũng có 3 xe con tƣơng ứng với 3 cơ cấu nâng hạ hàng. Các xe con này có cấu tạo và nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau nên trƣớc hết ta giới thiệu về cơ cấu di chuyển xe con E. Hai cơ cấu di chuyển xe con F và G tƣơng tự. 1. Mạch động lực: E-A1: Thiết bị PLC + bộ biến tần. F7: Áptômát tự động cấp nguồn cho phanh hãm điện một chiều. K1: Tiếp điểm công tắc tơ K1 cấp nguồn cho biến tần. E-Y1, E-Y2: Các phanh hãm trục động cơ. E-M1, E-M2: Các động cơ không đồng bộ roto lồng sóc truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con. E-R1: Điện trở hãm. E-S1: Công tắc hành trình di chuyển trái. E-S1: Công tắc hành trình di chuyển phải. E-S1: Công tắc hành trình khi có bão sẽ đƣợc tác động. VE-K1: Tiếp điểm của công tắc tơ VE-K1 cấp nguồn cho cơ cấu di chuyển xe con hoạt động. VE-K10: Tiếp điểm của công tắc tơ VE-K10, tiếp điểm đóng lại khi đƣa tay điều khiển về bên phải để di chuyển xe con sang phải. VE-K20: Tiếp điểm của công tắc tơ VE-K20, tiếp điểm đóng lại khi đƣa tay điều khiển về bên trái. E-K13: Tiếp điểm của công tắc tơ tƣơng ứng, cho phép dừng khẩn cấp bằng phanh, khi đó PLC sẽ có tín hiệu đến chân RDY. 2. Các chân PLC của cơ cấu di chuyển xe con: OV: Chân tín hiệu tƣơng tự chung. PS: Chân đầu vào tín hiệu tốc độ của cảm biến tốc độ. PE: Chân trung tính. E64: Đầu ra tần số khi đƣợc mã hóa dạng xung. EA, EB: Các kênh A, B của bộ mã hóa xung. R1.6, R1.7: Các điện trở hãm. 0L48: Điện áp điều khiển. ON48: Mở rộng điện áp điều khiển OL48. RDY: Cho phép dừng phanh khi có gió, bão lớn... ES: Mở rộng các trạng thái dừng. S1: Điều khiển trực tiếp cho quá trình di chuyển hƣớng 1. S2: Chân điều khiển trực tiếp cho quá trình chuyển hƣớng 2. S11: Chân tín hiệu tốc độ chậm trực tiếp khi chuyển hƣớng1. S21: Chân tín hiệu tốc độ chậm trực tiếp khi chuyển hƣớng 2. S12: Dừng trực tiếp di chuyển hƣớng 1. S22: Dừng trực tiếp di chuyển hƣớng 2. MS: Tốc độ chính. AS: Tốc độ phụ. 2.3.2. Nguyên lý hoạt động 3 xe con E, F, G có cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống nhau. Nên ở phần này ta chỉ đi sâu vào nguyên lí hoạt động của xe con E còn các xe con F và G hoàn toàn tƣơng tự. Các tiếp điểm, kí hiệu, bản vẽ là khác nhau. Khi ngƣời vận hành bật khóa điện trong cabin để cấp nguồn sẵn cho các cơ cấu khi đó nguồn qua áptômát tổng Q1(/ 0.1.E4) qua áptômát Q2(/ 0/1.D4) qua tiếp điểm công tắc tơ K1(0/ 1.C4) qua áptômát F1(2/ 0.C8) qua tiếp điểm công tắc tơ K1(/ 23.E3) qua biến tần cấp nguồn cho cho hai động cơ của xe con E. Đồng thời khi đó nguồn qua áptômát F7(/ 23.E2) cấp nguồn cho động cơ phanh để nhả phanh giải phóng trục động cơ. Lúc này ngƣời điều khiển sẽ đƣa tay điều khiển sang phải hoặc sang trái tƣơng ứng với các tiếp điểm EH-S751(/ 8.E6) hoặc EH-S751(/ 8.E7) đóng lại, dẫn đến các cuộn hút K10(/ 24.D3) hoặc K20(/ 24.D4) có điện nên đóng các tiếp điểm K10(/ 24.D3) = 1 hoặc K20(/ 24.D4) = 1, dẫn đến để điều khiển xe con E sang phải hoặc sang trái thông qua các chân S1 hoặc S2 của PLC. Việc thay đổi tốc độ di chuyển của xe con đƣợc thực hiện thông qua tay gạt, do đó sẽ có tín hiệu đƣa đến PLC và từ PLC đƣa tín hiệu đến biến tần để thay đổi tần số và điện áp thính hợp. Trong quá trình giảm tốc sẽ xảy ra quá trình hãm tái sinh và trong quá trình này năng lƣợng sẽ đƣợc tiêu tán trên điện trở hãm E-R1. 2.3.3. Các bảo vệ của cơ cấu di chuyển xe con - Bảo vệ quá tải cho động cơ bằng các điện trở nhiệt. Khi động cơ quá tải thì các chân T1 và T2 của PLC sẽ có tín hiệu để dừng động cơ. - Bảo vệ quá tải và ngắn mạch bằng các áptômát tự động. - Bảo vệ hành trình di chuyển bằng các công tắc hành trình E-S1, E- S2: Khi xe con E gần đến vị trí xe con F (bên phải của xe con F) hoặc đến gần vị trí xe E do đó đƣa tín hiệu đến chân S12 hoặc S22 để dừng phải hoặc dừng trái xe con E. Còn tín hiệu đƣa đến chân S11 sẽ có khi xe con F đang di chuyển sang trái (tiến gần đến xe con E), khi hai xe cùng di chuyển ở nấc tay điều khiển vị trí 3 nên tốc độ di chuyển của xe con E giảm để tránh hai xe con va vào nhau. - Bảo vệ dừng khẩn cấp khi có bão, gió lớn bằng công tắc hạn vị E- S13: Khi có bão hoặc gió lớn thì công tắc hạn vị E-S13 bị tác động và sẽ đóng lại do đó cuộn hút K13(/25.A5) có điện dẫn đến đóng tiếp điểm K13(/24.D1) = 1 nên sẽ có tín hiệu dẫn đến chân RDY của PLC cho phép dừng khẩn cấp bằng phanh (có thể là phanh chân). 2.4. CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG (HOISTING) Đối với cơ cấu nâng hạ hàng, có 3 động cơ truyền động cho 3 cơ cấu nâng hạ hàng với cơ cấu Hoisting A và B là hoàn toàn giống nhau về công suất và tải trọng nâng hạ, còn cơ cấu Hoisting C có công suất và tải trọng nâng hạ nhỏ hơn. Ta sẽ đi sâu nghiên cứu về cơ cấu nâng hạ hàng trong chƣơng 3. Các phần tử, thiết bị, cách điều khiển là nhƣ nhau nên ở đây ta chỉ giới thiệu tên phần tử của cơ cấu Hoisting A còn các cơ cấu khác hoàn toàn tƣơng tự chỉ khác ở nhóm bản vẽ. Mạch động lực: A-A1: Thiết bị PLC + Bộ biến tần A-F1: Áptômát cấp nguồn cho biến tần A-A1. M1: Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng. Y1: Phanh hãm trục động cơ (phanh hãm điện từ một chiều). B5: Bộ mã hóa xung. K7: Tiếp điểm của công tắc tơ K7 cấp nguồn cho phanh. G1: Bộ biến đổi từ xoay chiều sang một chiều (bộ chỉnh lƣu) cấp nguồn một chiều cho phanh. F71, F7: Các phần tử bảo vệ ngắn mạch và quá tải của các áptômát tƣơng ứng. Mạch điều khiển: VA-K10: Tiếp điểm của công tắc tơ tƣơng ứng (đóng lại khi tay điều khiển đƣa đến vị trí nâng hàng). VA-K20: Tiếp điểm của công tắc tơ tƣơng ứng (đóng lại khi tay điều khiển đƣa đến vị trí hạ hàng). K71.1: Rơle thời gian. K71: Cuộn hút của công tắc tơ K71 (cấp tín hiệu đến PLC để dừng bằng phanh). Các chân PLC giống cơ cấu di chuyển xe con. 2.5. CƠ CẤU DI CHUYỂN GIÀN (GANTRY TRAVELLING) Sơ đồ điện biểu diễn trên hình 2.8, .2.9, 2.10, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14 2.5.1. Chức năng các phần tử Các chân PLC cũng tƣơng tự cơ cấu di chuyển xe con. 1. Mạch động lực: R-A1, R-A2: Thiết bị PLC + Biến tần. R-B5, R-B6: Bộ mã hóa xung. R1.1-R1.4, R2.1-R2.4: Các điện trở hãm. M1-M6: Các động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho cơ cấu di chuyển giàn. K1: Tiếp điểm của công tắc tơ K1 cấp nguồn cho hai biến tần R-A1 và R-A2. F71: Áptômát cấp nguồn 1 chiều cho các phanh hãm trục động cơ bên phải. F72: Áptômát cấp nguồn 1 chiều cho các phanh hãm trục động cơ bên trái. R15, R16: Tiếp điểm của các công tắc tơ tƣơng ứng, sẽ đóng lại khi dừng khẩn cấp bằng phanh, khi đó chân RDY của biến tần sẽ có tín hiệu. R11-R14: Các tiếp điểm của công tắc tơ tƣơng ứng. Y1-Y16: Các phanh hãm trục động cơ. R-B5, R-B6: Các bộ mã hóa xung của cơ cấu di chuyển giàn. 2. Mạch điều khiển F31-F46: Các công tắc bảo vệ động cơ (Motor Protection Switch). F11-F 26: Bao gồm các công tắc phụ (Auxiliary Switch Block) và công tắc bảo vệ động cơ (Motor Protection Switch). S1: Công tắc hành trình giới hạn vị trí di chuyển. K11-K16: Cuộn hút của các công tắc tơ tƣơng ứng. H11, H12, H13, H14: Các đèn chỉ báo khi di chuyển giàn. H13, H16: Các chuông báo khi di chuyển giàn. 2.5.2. Nguyên lí hoạt động Ngƣời vận hành trong cabin điều khiển bật khóa điện để đƣa nguồn sẵn sàng cấp cho các cơ cấu của hệ thống hoạt động. Sau khi kiểm tra không có lỗi nào thì khi đó cầu trục sẵn sàng hoạt động. Nguồn đƣợc cấp qua áptômát tổng Q1(0/1.E4) qua áptômát Q2(0/1.D4) qua tiếp điểm công tắc tơ K1(0/1.C4) qua áptômát F1(/36.D4) cấp nguồn cho động cơ phanh nhả kẹp ray. Đồng thời cấp nguồn qua áptômát F1(/2.D2) và F2(/2.D3) qua áptômát F71(/32.E1) cho động cơ phanh giải phóng trục động cơ. Sau khi thực hiện cấp nguồn cho cầu trục, tín hiệu sẽ truyền tới PLC và đèn O-S742 sáng báo hiệu nguồn đã sẵn sàng cấp cho các cơ cấu. Ngồi trên cabin điều khiển cần gạt EH-S751 để di chuyển cầu trục theo hƣớng tiến (Forward) hoặc lùi (Reverse) với góc mở nhỏ để khởi động cầu trục di chuyển nhẹ nhàng, sau đó mở góc độ tay gạt tăng dần để đạt tốc độ di chuyển định mức. Giả sử chọn chiều tiến VR-K10 = 1 tiếp điểm VR-K10(13, 14) = 1 truyền tín hiệu đến PLC. Bộ Ref.Setpoint R-S11 (cho chân cứng), R-S21 (cho chân mềm) sẽ xác định điểm đặt tốc độ ban đầu cho bộ 2 DynAC và công tắc tơ MJ60-12GM so sánh độ sai lệch vị trí bánh xe giữa hai bên chân cứng và chân mềm. Sau khi xác định không có sự sai lệch vị trí hai chân, PLC gửi tín hiệu điều khiển tới chân S1 của biến tần ra lệnh chạy tiến. Nếu F7 đóng bình thƣờng thì biến áp T1 trong biến tần sẽ cấp nguồn 48V tới khối A3 (DynaBoard). Đầu vào điều khiển 48V liên thông với tín hiệu EST bên trong biến tần để cấp điện cho công tắc tơ chính K1 theo đƣờng K01. Sau khi kiểm tra các lỗi thì K1 = 1 và biến tần sẵn sàng sau 1 đến 2 giây, tín hiệu READY = 1 đóng mạch sẵn sàng cấp nguồn cho các công tắc giới hạn hành trình và truyền tín hiệu đến PLC báo hiệu biến tần hoạt động. Nếu các áptomat R-F đã đóng và các bộ bảo vệ quá nhiệt cho các động cơ E15, 16-RF chƣa tác động thì các cuộn hút công tắc tơ R-K11 đến R-K14 có điện đóng các tiếp điểm cấp nguồn cho bộ công tắc giới hạn di chuyển chậm và giới hạn dừng R-S1, đồng thời đƣa tín hiệu về PLC báo hoạt động bình thƣờng. Biến tần hoạt động cấp nguồn cho R-K71, 72 để mở phanh và đóng mạch cho đèn quay + còi báo đặt trên chân cẩu. Hai bộ biến tần R-A1 và R-A2 cấp nguồn 380V xoay chiều tần số f = 0 ÷ 50 Hz cho động cơ di chuyển R-M1 đến R-M16. Biến tần gia tốc từ từ cho các động cơ tới tốc độ định mức. Bộ mã hoá xung R-B51 và R-B61 (pulse encoder) đƣợc lắp đồng trục với bánh xe chủ động phía chân cứng và chân mềm cho phép so sánh tốc độ vòng quay thực tế của hai bánh xe. Bằng cách đếm xung tƣơng ứng với tốc độ vòng quay của bánh xe, tín hiệu này đƣợc dẫn vào bộ đếm tốc độ cao Z-11D3 và Z-11D4. Tín hiệu đầu ra của Z-11D3 và Z-11D4 đƣợc đƣa vào bộ modul dữ liệu đƣa vào Analog Z-11D5 (modul input analog). Tín hiệu điện áp đầu ra của bộ Z-11D5 gồm hai đƣờng tách biệt đƣợc trộn bởi các tín hiệu đầu vào và đƣợc điều chế bởi bộ vi xử lí CPU S7-300 theo chƣơng trình phần mềm cài đặt, sau đó tín hiệu đƣợc đƣa đến đầu vào hai bộ DynAC R-A1, R-A2 (chân PE4, 34, 35) để điều khiển tốc độ hai nhóm động cơ ở hai bên chân cứng và chân mềm (mỗi nhóm gồm 8 động cơ công suất 7,5 kW/động cơ), do đó đảm bảo tốc độ hai bên chân đồng đều và cầu trục di chuyển ổn định không có sự xiên lệch. Khi dừng động cơ ta kéo tay gạt từ từ về vị trí „„0‟‟, R-K11, 13 truyền tín hiệu đến PLC báo hiệu biến tần dừng động cơ bằng phanh, biến tần điều khiển đóng phanh lại. Hệ thống hãm động năng và tiêu hao năng lƣợng trên điện trở phụ. Quạt làm mát điện trở cũng hoạt động và đƣợc cấp nguồn bởi biến tần. 2.5.3. Các bảo vệ của cơ cấu di chuyển giàn - Bảo vệ quá nhiệt động cơ hoạt động bằng điện trở nhiệt đặt trong rôto động cơ. - Bảo vệ tốc độ nâng hạ chậm cuối hành trình. - Công tắc giới hạn đƣờng ray. - Công tắc chống vặn chân cầu trục. 2.6. THIẾT BỊ PLC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CẦU TRỤC 2.6.1. Thiết bị PLC dùng trong hệ thống điều khiển cầu trục Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) sử dụng trong hệ thống là bộ điều khiển DYNA của hãng Siemens chế tạo. Do trong hệ thống cầu trục có số lƣợng các tín hiệu đầu vào (thu thập từ các cảm biến, các công tắc, rơle…) là rất lớn nên hệ thống sử dụng một mạng PLC cục bộ gồm các modul vào ra, xử lí các tín hiệu theo sơ đồ cấu trúc sau: Hình 2.15: Sơ đồ cấu trúc PLC Chức năng các khối trong sơ đồ cấu trúc: PS: Khối nguồn (thƣờng đầu vào là 24VDC). CPU: Khối xử lí trung tâm. RMn: Các modul ghép nối mở rộng. IVN1, 2, …8: Bộ biến tần 1, 2, …8. Màn hình hiển thị: Báo cáo trạng thái hoạt động của cầu trục. PS CPU DI DI DO RMn DI DO AI AO Màn hình hiển thị INV1 INV2 INV8 DI, DO: Các modul đầu vào/ra số. AI, AO: Các modul đầu vào/ra tƣơng tự. 2.6.2. Danh sách các đầu vào ra chính 1. Các đầu vào/ra số Bảng 2.1 - Các đầu vào/ra số: Địa chỉ Vào/ Ra Mức điện áp Vị trí bản vẽ Ý nghĩa Hoạt động I4.0 Vào 24VDC /65.A2 Đầu vào của biến tần R-A1 Tiếp điểm R-A1=1 I4.1 Vào 24VDC /65.A3 Đầu vào của biến tần R-A2 Tiếp điểm R-A2=1 I4.2 Vào 24VDC /65.A4 Mạch bảo vệ động cơ và phanh 1-8 Contartor K11 có điện I4.3 Vào 24VDC /65.A5 Điều khiển các rơle dừng 1-8 Contartor K12 có điện I4.4 Vào 24VDC /65.A6 Mạch bảo vệ động cơ và phanh 9-16 Contartor K13 có điện I4.5 Vào 24VDC /65.A7 Các rơle dừng 9-16 Contartor K14 có điện I4.6 Vào 24VDC /65.A8 Mở phanh qua biến tần R-A1 Contartor K71 có điện I4.7 Vào 24VDC /65.A9 Mở phanh qua biến tần R-A2 Contartor K72 có điện I5.0 Vào 24VDC /66.A2 Khóa khi xảy ra bão của giàn Y-S31 = 0 (thƣờng mở) I5.1 Vào 24VDC /66.A3 Khóa khi xảy ra bão của giàn Y-S32 = 0 I5.2 Vào 24VDC /66.A4 Lệnh trực tiếp giảm tốc độ khi di chuyển giàn sang phải Các tiếp điểm K11, K12, K13, K14 đóng I5.3 Vào 24VDC /66.A5 Tƣơng tự nhƣng sang trái Các tiếp điểm K11, K12, K13, K14 đóng I5.4 Vào 24VDC /66.A6 Lệnh trực tiếp dừng phải Các tiếp điểm K11, K12, K13, K14 đóng I5.5 Vào 24VDC /66.A7 Lệnh trực tiếp dừng trái Các tiếp điểm K11, K12, K13, K14 đóng I5.6 Vào 24VDC /66.A8 Bảo vệ quá tải động cơ kẹp ray 1 Y-F11 đóng lại I5.7 Vào 24VDC /66.A9 Bảo vệ quá tải động cơ kẹp ray 2 Y-E12 đóng lại I6.0 Vào 24VDC /67.A2 Mở contartor chính Contartor K1 có điện I6.1 Vào 24VDC /67.A3 Tiến giàn Contartor VR-10 có điện I6.2 Vào 24VDC /67.A4 Lùi giàn Vr-20 có điện I6.3 Vào 24VDC /67.A5 Chốt bão của Trolley1 E-S13 đóng lại I6.4 Vào 24VDC /67.A6 Chốt bão của Trolley2 F-S13 đóng lại I6.5 Vào 24VDC /67.A7 Chốt bão của Trolley3 G-S13 đóng lại I6.6 Vào 24VDC /67.A8 Công tắc hạn vị của ca bin 0-S17 = 1 0-S18 = 1 I7.0 Vào 24VDC /68.A2 Chống nghiêng giàn R-S751 mở ra I7.1 Vào 24VDC /68.A3 Điều khiển di chuyển giàn bằng tay R-S751 lại đóng I8.0 Vào 24VDC /69.A2 Đèn sáng khi nhả kẹp ray Y-S11 tác động I8.1 Vào 24VDC /69.A3 Đèn tắt khi chƣa nhả kẹp ray Y-S12 tác động I8.2 Vào 24VDC /69.A4 Công tắc hạn vị cáp phải W-S = 1 I8.3 Vào 24VDC /69.A5 Công tắc hạn vị cáp trái W-S = 1 I8.4 Vào 24VDC /69.A6 Bảo vệ trùng cáp W-S2 mở ra I8.5 Vào 24VDC /69.A7 Báo tình trạng của cáp chống tời W-S3 = 1 I8.6 Vào 24VDC /69.A8 Báo chống tời hết cáp W-S4 mở ra I9.0 Vào 24VDC /70.A2 Báo chống tời hết cáp W-S21 mở ra I9.1 Vào 24VDC /70.A3 Báo chống tời hết cáp W-S22 mở ra I9.6 Vào 24VDC /70.A8 Mở kẹp đƣờng ray R-S752 mở ra I9.7 Vào 24VDC /70.A9 Đóng kẹp đƣờng ray R-S752 đóng lại Q4.0 Ra 115VAC /71.A2 Lái tiến giàn Báo bằng đèn và chuông Q4.1 Ra 115VAC /71.A3 Lùi tiến giàn Báo bằng đèn và chuông Q4.2 Ra 115VAC /71.A4 Cấp nguồn cho động cơ kẹp ray Báo bằng đèn và chuông Q4.3 Ra 115VAC /71.A5 Cấp nguồn cho tang cáp Báo bằng đèn và chuông Q4.7 Ra 115VAC /71.A9 Báo lỗi chống nghiêng giàn Báo bằng đèn Q5.0 Ra 115VAC /72.A2 Đóng chốt bão của Trolley 1 Báo bằng đèn Q5.1 Ra 115VAC /72.A3 Đóng chốt bão của Trolley 2 Báo bằng đèn Q5.2 Ra 115VAC /72.A4 Đóng chốt bão của Trolley 3 Báo bằng đèn Q5.3 Ra 115VAC /72.A5 Mở của cabin Báo bằng đèn Q5.4 Ra 115VAC /72.A6 Báo gió lớn Báo bằng đèn Q5.5 Ra 115VAC /72.A7 Mở kẹp đƣờng ray để di chuyển Báo bằng đèn Q5.6 Ra 115VAC /72.A8 Đóng kẹp đƣờng ray Báo bằng đèn Q5.7 Ra 115VAC /72.A9 Báo khóa giàn khi có bão Báo bằng đèn I10.2 Vào 115VAC /73.A4 Báo gió lớn bằng chuông T-A1 đóng I10.3 Vào 115VAC /73.A5 Báo khi có gió lớn T-A1 đóng 2. Các đầu vào/ra tương tự Bảng 2.2 - Các đầu vào/ra tƣơng tự: Địa chỉ Vào/ Ra Mức điện áp Vị trí bản vẽ Ý nghĩa Hoạt động PIW200 Vào 24DC /75.A4 Điều khiển giàn PQW200 Ra 24DC /77.A5 Điều khiển tốc độ di chuyển của 1 bên giàn PQW202 Ra 24DC /77.A6 Điều khiển tốc độ của bên còn lại 2.7. KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH CẦU TRỤC 2.7.1. Những quy định chung - Trƣớc khi cho cầu trục nâng tải phải kiểm tra xem mã hàng có bị vƣớng mắc hay không. Phải có tín hiệu báo trƣớc để mọi ngƣời tránh xa khu vực làm việc của cầu trục trƣớc khi có tín hiệu vận hành. - Không đƣợc nâng hàng có tải trọng vƣợt quá tải trọng cho phép. - Không đƣợc vận hành cầu trục khi có tốc độ gió vƣợt quá 16m/s. Khi tốc độ gió lên tới 16m/s phải di chuyển cầu trục về vị trí quy định và thực hiện các biện pháp chống sức gió cho cầu trục. - Không đƣợc vận hành, di chuyển hàng hóa khu vực phía dƣới có ngƣời đứng hoặc qua lại trong phạm vi 5m. - Kiểm tra xem cầu trục có vật lạ không, tránh rơi khi di chuyển. - Cầu trục làm việc ban đêm phải đầy đủ ánh sáng. 2.7.2. Những quy định cụ thể đối với ngƣời vận hành. 1. Trước khi vận hành - Kiểm tra xem có vật cản nào nằm xung quanh cầu trục không. - Kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc và thiết bị thủy lực. - Kiểm tra các tay trang điều khiển điện áp. - Kiểm tra màn hình ở buồng điện để xem có lỗi ca trƣớc. - Kiểm tra toàn bộ cầu trục. Sau khi kiểm tra xong phải cho chạy thử không tải để xem xét các phanh còi, đèn hiệu, thiết bị chỉ báo, tiếng động hoặc rung động bất thƣờng… Nếu không có gì khác thƣờng mới đƣợc phép đƣa cầu trục vào hoạt động. 2. Trong khi vận hành - Không đựơc kéo lê tải trọng hoặc kéo tải trọng theo phƣơng ngang. - Không dừng hoạt động của cầu trục bằng các nút dừng khẩn cấp, trong trƣờng hợp không có sự cố. - Vận hành cầu trục nhẹ nhàng, không đảo chiều nhanh, dừng đột ngột hoạt động của cầu trục. - Khi di chuyển xe con, mã hàng phải đƣợc nâng tới chiều cao đủ để vƣợt qua chƣớng ngại vật. 3. Kết thúc vận hành - Đƣa xe con về vị trí quy định. - Chạy cầu trục về vị trí quy định. - Tất cả các tay trang điều khiển đều phải đƣa về vị trí “0”. - Tất cả các công tắc điều khiển phải ở trạng thái mở. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB & SIMULINK 3.1. TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CỦA CẦU TRỤC 200 TẤN Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngƣời ta thấy rằng: Mômen cản của cơ cấu luôn không đổi về chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi thế nào. Nói cách khác mômen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại mômen cản thế năng có đặc tính Mc = const và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là mômen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) mômen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hƣớng ngƣợc chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), mômen thế năng lại là mômen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hƣớng theo chiều quay động cơ. M(Nm)Mc w(rad/s) 0 Hình 3.1: Đặc tính mômen cản của cơ cấu nâng hạ Nhận xét: Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của máy điện Mc < 0 thì Mđ là mômen hãm sinh ra do quá trình biến đổi ngƣợc năng lƣợng từ cơ ra điện, Mc là mômen gây chuyển động. Khi cầu trục hạ tải động lực: cả hai mômen đều gây chuyển động. Nhƣ vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đƣợc điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của cầu trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng lƣợng của móc nhỏ, nên động cơ phải sinh ra một mômen nhỏ theo chiều hạ. Khi hạ những tải trọng lớn, động cơ bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các biện pháp hãm. 3.2. HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN 3.2.1. Tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục 200 Tấn công ty đóng tàu Phà Rừng Sơ đồ điện biểu diễn trên hình 3.2, 3.3, 3.4, 3.5. Cơ cấu nâng hạ: Gồm có 3 động cơ nâng hạ và đƣợc kí hiệu là: Hoisting A, Hoisting B, Hoisting C. - Hoisting A, Hoisting B: Số lƣợng động cơ: 1 động cơ. Tốc độ nâng: 4m/min. Loại: Nr MT22MC200A. P = 75KW; n = 1460r/min. Cosφ = 0,90. Uđm = 400V-Y, Iđm = 134A. Uđm = 380-Y, Iđm = 134A. f = 50Hz. Khả năng nâng hạ tải là: 100T. Phanh: 1 phanh hãm. Loại: SMBD100B. - Hoisting C: Số lƣợng động cơ: 1 động cơ. Loại: NrMT20LB200A. P = 45KW; n = 1460r/min. Cosφ = 0,89. Uđm = 400V-Y, Iđm = 81A. Uđm = 380-Y, Iđm = 81A. f = 50Hz. Khả năng nâng hạ tải là: 20T. Phanh: 1 phanh hãm. Loại: SMBD650B. Đối với cơ cấu nâng hạ hàng có 3 động cơ truyền động cho 3 cơ cấu nâng hạ hàng với cơ cấu Hoisting A và B là hoàn toàn giống nhau về công suất và tải trọng nâng hạ, còn cơ cấu Hoisting C có công suất và tải trọng nâng hạ nhỏ hơn. Tuy nhiên về các phần tử, thiết bị, cách điều khiển là nhƣ nhau. Cầu trục 200T công ty đóng tàu Phà Rừng có 3 loại nâng hạ hàng: - Nâng hạ với tải trọng 20 tấn: Để thực hiện nâng hạ tải với tải trọng dƣới 20 tấn thì đƣợc thực hiện bằng cơ cấu nâng hạ là Hoisting C có tải trọng nâng 20 tấn. - Nâng hạ với tải trọng 100 tấn: Để thực hiện nâng hạ tải với tải trọng dƣới 100 tấn thì đƣợc thực hiện bằng cơ cấu nâng hạ là Hoisting A hoặc Hoisting B có tải trọng nâng 100 tấn. - Nâng hạ với tải trọng 200 tấn: Để thực hiện nâng hạ tải với tải trọng từ 100 tấn đến 200 tấn thì đƣợc thực hiện bằng cơ cấu nâng hạ là sự kết hợp của hai cơ cấu Hoisting A và Hoisting B để có tải trọng nâng 200 tấn. Khi thực hiện nâng 200 tấn thì hai cơ cấu nâng Hoisting A và Hoisting B đƣợc dịch chuyển lại gần nhau và thực hiện nối liên động cơ khí cơ cấu nâng. Khi thực hiện nâng thì hai cơ cấu sẽ đƣợc nối liên động về cơ khí và thực hiện điều khiển chúng tại buồng điều khiển và có sự giám sát đồng bộ về tốc độ và đảm bảo mômen nâng hạ. Lệnh điều khiển đƣợc đƣa ra từ tay điều khiển trên cabin điều khiển và truyền đến PLC để xuất tín hiệu điều khiển cho biến tần cấp nguồn cho động cơ. Tốc độ của động cơ đƣợc đo bởi bộ mã hoá và đƣa về PLC để điều chỉnh tốc độ thực bằng tốc độ đặt. Để đồng bộ hóa tốc độ của 2 động cơ của cơ cấu Hoisting A và Hoisting B thì tín hiệu điều khiển sẽ đƣợc đƣa ra cho cả hai cơ cấu và đồng thời thực hiện việc so sánh tín hiệu phản hồi tốc độ giữa hai cơ cấu để đƣa ra tốc độ tối ƣu theo tốc độ đặt và bám theo tín hiệu điều khiển. 3.2.2. Nguyên lí hoạt động của cơ cấu nâng hạ hàng 1. Tay điều khiển ở vị trí 1: Ngƣời vận hành ở trong cabin điều khiển mở khóa nguồn cấp điện chờ sẵn cho các cơ cấu của cầu trục. Cần trục chỉ đƣợc bắt đầu làm việc khi cầu trục đã đứng yên, các cơ cấu đều đang ở vị trí “0” và không có sự cố nào về nguồn cấp cho cầu trục. Khi đó nguồn cấp điện cho cơ cấu nâng qua áptômát tổng Q1(0/ 1.E4) qua áptômát Q2(0/ 1.D4) qua công tắc tơ K1(0/ 1.C4) và đồng thời ngƣời điều khiển bật công tắc V-S741(/ 89.E90) chọn nấc 1 tƣơng ứng với chọn cơ cấu nâng hạ Hoisting A tiếp đó đóng áptômát A-F1(0/ 2.D4) dẫn đến tiếp điểm của công tắc tơ K1(/11.E4) = 1 và qua biến tần do đó cơ cấu Hoisting A đƣợc cấp điện. Đồng thời nguồn đƣợc cấp qua tiếp điểm K71(/11.E1) = 1 cho phanh Y1(/8.C2) giải phóng trục động cơ, biến tần đƣợc cấp nguồn để tạo điện áp và tần số thích hợp cho động cơ nâng hạ hàng hoạt động, động cơ nâng hạ hàng bắt đầu hoạt động. Khi đó cuộn hút K1(/7.b3) có điện nên đóng các tiếp điểm: + K1(/8.C2) = 1 để cấp điện cho cuộn hút K(/8.A2) do đó chuẩn bị cấp nguồn cho cơ cấu di chuyển xe con E. Xe con chỉ đƣợc phép di chuyển sang trái hoặc sang phải khi mã hàng đã đƣợc neo giữ chắc chắn và cơ cấu nâng không hoạt động nữa. + K1(/7.C3) = 1 để duy trì nguồn cho cuộn hút K1(/7.B3). Khi đó ngƣời điều hành đƣa tay điều khiển lên phía trƣớc hoặc phía sau tƣơng ứng với việc nâng hoặc hạ hàng dẫn đến các tiếp điểm của tay điều khiển V-S741(/7.E8) = 1 hoặc S741(/7.E9) = 1  công tắc tơ VA-K10 hay VA-K20 có điện vì vậy đóng các tiếp điểm VA-K10(/12.E3) hay VA- K20(/12.E4) và đƣa tín hiệu S1, S2 của PLC thực hiện quá trình nâng hạ hàng. Quá trình thay đổi tốc độ của quá trình nâng hạ hàng đƣợc thay đổi bằng tay điều khiển trên cabin. Khi có sự thay đổi của tay điều khển thì cảm biến tốc độ sẽ đo sự thay đổi của tốc độ rồi đƣa đến bộ mã hóa xung để so sánh với giá trị đặt ban đầu. Những sai lệch xung sẽ gửi tới PLC để PLC điều khiển biến tần sao cho đầu ra của biến tần có tần số và điện áp thích hợp làm cho tốc độ động cơ tăng lên. Còn khi giảm tốc độ từ tốc độ cao về tốc độ thấp khi hạ hàng và tải là tải thế năng nên xảy ra quá trình hãm tái sinh, PLC sẽ có tín hiệu đóng vào mạch điện trở hãm. Lúc này năng lƣợng khi hãm tái sinh sẽ đƣợc chuyển đổi từ chỉnh lƣu sang nghịch lƣu rồi đƣa đến các điện trở hãm R1.6, R1.1 để tiêu tán. 2. Tay điều khiển ở vị trí 2: Khi đó cơ cấu Hoisting B đƣợc chọn và nguyên lý hoạt động là hoàn toàn giống cơ cấu Hoisting A. Cả hai cơ cấu có khả năng nâng hạ đến 100 tấn đối với mỗi cơ cấu riêng rẽ. 3. Tay điều khiển ở vị trí 3: Khi đó cả cơ cấu A và B đều cùng làm việc khi yêu cầu của tải trọng nâng lớn hơn 100T. Lúc này các cuộn hút VA-K1(/7.B3), VB-K1(/7.B4) có điện dẫn đến các tiếp điểm VA-K1(/10.E4) = 1, VB-K1(/10.D4) = 1 vì vậy cuộn hút V- D15(/10.B4) có điện nên mở tiếp điểm V-D15(/10.C5) = 0 sau một khoảng thời gian, để khống chế hai cơ cấu Hoisting A và Hoisting B trong quá trình nâng hạ. Đồng thời tốc độ của hai cơ cấu sẽ đƣợc đƣa vào các chân PUR, MS, OV để PLC xử lí để đồng bộ hóa tốc độ trong quá trình nâng hạ. Việc thay đổi tốc độ cũng đƣợc thông qua tay điều khiển để PLC điều khiển biến tần. Ngoài ra khi cả hai cơ cấu Hoisting A và B cùng nâng hạ tải trọng thì cảm biến tải trọng A-B4 của cơ cấu Hoisting A sẽ đƣa đến cảm biến tải trọng B-B4 của Hoisting B để đồng bộ trong quá trình đồng bộ hóa tốc độ. 4. Tay điều khiển ở vị trí 4: Khi cơ cấu Hoisting C đƣợc chọn. Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống Hoisting A và B khi hoạt động riêng rẽ. Cơ cấu này có khả năng nâng hạ tải trọng lớn nhất là 20T. 3.2.3. Các bảo vệ của cơ cấu nâng hạ hàng - Bảo vệ quá tải động cơ bằng các điện trở nhiệt. Khi động cơ bị quá tải, các điện trở này nóng lên và có nhiệt độ vƣợt mức cho phép khi đó các chân T1 và T2 của PLC sẽ có tín hiệu và PLC sẽ điều khiển ngắt động cơ không cho hoạt động nữa. Động cơ chỉ đƣa vào hoạt động khi đã khắc phục sự cố. - Bảo vệ quá tải và ngắn mạch bằng các áp tô mát tự động. - Bảo vệ dừng khẩn cấp bằng phanh. Khi có sự cố nhƣ bão, gió... trong khi nâng hạ thì K71(/12.D1) = 1 đƣa đến tín hiệu RDY để sẵn sàng cho ngƣời điều khiển dừng khẩn cấp bằng phanh. - Bảo vệ cáp trùng bằng công tắc hạn vị A-S1, B-S1, C-S1. Khi hạ hàng quá nhanh hoặc khi hạ móc không đến chạm đất nhƣng cáp vẫn đƣợc thả ra, khi đó ngắt cuối này sẽ tác động và báo về PLC để PLC dừng hoạt động của cơ cấu nâng hạ hàng. - Bảo vệ móc chạm đỉnh bằng công tắc hạn vị: A-S13.1, B-S13.1, C- S13.1 hoặc các công tắc hạn vị A-S13.2, B-S13.2, C-S13.2. 3.3. MÔ PHỎNG CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN 3.3.1. Hƣớng mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục 200T Để thực hiện mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng của cầu trục 200T chúng ta có ba hƣớng lựa chọn để mô phỏng. Để thực hiện mô phỏng một cách tổng quát, em xin thực hiện mô phỏng cơ cấu nâng hạ với tải trọng 200 tấn. Việc mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng cần thỏa mãn đƣợc các yêu cầu về truyền động điện đối với cơ cấu nâng hạ 200 tấn.  Đồng bộ hóa tốc độ hai động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ.  Tốc độ phải bám theo tốc độ đặt khi mômen thay đổi.  Dải điều chỉnh tốc độ rộng ở cả chiều nâng và chiều hạ.  Vùng điều chỉnh tốc độ sâu có thể điều chỉnh ở tốc độ thấp mà vẫn giữ đƣợc mômen. Các bƣớc thực hiện mô phỏng đƣợc thực hiện theo các bƣớc chính sau đây: - Xây dựng mô hình động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc - Xây dựng bộ điều khiển dòng điện theo phƣơng pháp điều khiển deadbeat. - Xây dựng bộ điều khiển mạch vòng tốc độ với bộ điều khiển PI. - Xây dựng mô hình mô phỏng toàn bộ hệ thống truyền động điện cơ cấu nâng hạ. 3.3.2. Xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc 1. Phương trình trạng thái trên hệ tọa độ tựa theo từ thông roto dq Khi chiếu trên hệ toạ độ dq thì các phƣơng trình từ thông vẫn không đổi, chỉ có các phƣơng trình điện áp thay đổi nhƣ sau: - Toạ độ từ thông rôto quay tốc độ s so với stato. - Hệ toạ độ chuyển động vƣợt trƣớc so với rôto một tốc độ góc: r = s - Từ đó ta thu đƣợc hệ phƣơng trình: r f rm f s f r m f rs f s f r f rr f rf rr f rs f sf ss f s LiLi LiLi j dt d iR j dt d iRu ________ ________ ____ ____ __ ____ ___ ____ 0 (3 - 1) Tìm cách loại bỏ ifr và f s , từ (3 - 1) có: )( )( 1 ____________ ________ m f s f r r m s f s f s m f s f r r f r Li L L Li Li L i (3 - 2) Thế trở lại phƣơng trình thứ 3 và 4 của (3 - 1) ta đƣợc phƣơng trình: Đặt = 1-Lm 2 /(LsLr) ( hệ số tản từ), Ts = Ls/Rs , Tr = Lr/Rr rq r rdrsq r mrq rqrrd r sd r mrd sq s rq rm rd m sq rs sds sq sd s rq m rd rm sqssd rs sd T i T L dt d T i T L dt d u LTLL i TT i dt di u LLTL ii TTdt di 1 1 111 ) 11 ( 111 ) 11 (3 - 3) Biến đổi tiếp hệ (3 - 3) với điều kiện chọn trục d trùng với vectơ r , tức là rq = 0: rd sq r m r sdmrdr sq s rd m sdssq sd s rq m rd rm sqssd i T L iLpT u LL iip T u LLTL iip T )1( 11 ) 1 ( 111 ) 1 ( (3 - 4) T theo công thức: rs TTT 111 Tƣơng tự nhƣ trên toạ độ ta cũng có phƣơng trình mômen cho toạ độ dq: )(.. 2 3 f s f r r m cM i L L pm (3 - 5) Thay đại lƣợng vectơ bằng các phần tử của nó: is f = isd + jisq và r f = rd + j rq, ta có: sqrd r m cM i L L pm .. 2 3 (3 - 6) Từ (3 - 4) và (3 - 6) ta vẽ đƣợc sơ đồ toán học của động cơ trên hệ toạ độ từ thông rôto dq: Hình 3.6: Mô hình động cơ trên hệ tọa độ quay Mô hình động cơ biểu diễn dƣới dạng ma trận: hệ phƣơng trình (3 - 3) sau khi tách r = s - có thể viết lại dƣới dạng mô hình trạng thái phi tuyến nhƣ sau: s ff s fff f xNuBxA dt xd (3 - 7) Trong đó: xf = [isd, isq, rd, rq] T u f s = [usd, usq] T 1 p Lm Tr T 1+pT 1 Ls Lm 1+pTr Pc pJ T 1+pT 1 Ls 1- Lm Tr Lm 3pcLm 2Lr usd usq isd isq - rd mM mC e-j s : us us - s r s rr m rr m rmm mrm f TT L TT L TLLT LTLT A 1 0 1 0 111 0 11 0 1 ; 00 00 1 0 0 1 s s f L L B ; 0100 1000 0001 0010 N Hình minh hoạ cho mô hình (3 - 7) cho thấy đầu vào stato động cơ gồm thành phần vectơ điện áp us và tần số nguồn s. Nhƣ vậy so với mô hình trên hệ toạ độ tĩnh, mô hình trên hệ toạ độ quay cần thêm tốc độ quay của hệ tọa độ đó. Điều đó có thể hiểu đƣợc vì vectơ us trên dq chỉ gồm hai thành phần một chiều usd, usq, còn trên toạ độ tĩnh thì tần số s đã chứa trong hai thành phần xoay chiều us , us . Hình 3.7: Mô hình ĐCKĐB trên toạ độ dq theo dạng vectơ 2. Tuyến tính hóa mô hình động cơ Hệ phƣơng trình (3 - 4) mô tả động cơ là hệ phƣơng trình phức tạp, có độ phi tuyến cao dẫn đến một sơ đồ rất phức tạp và khó có thể tổng hợp mạch theo các phƣơng pháp thông thƣờng đƣợc. Do vậy ta phải dùng phƣơng pháp tuyến tính hoá quanh điểm làm việc: Bf N Af s ufs(t) xf(t) dt (t)dx f Gọi điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm có tốc độ 0 ứng mômen tải m0 (và gọi tất cả các thông số tại điểm đó đều có chỉ số dƣới là 0). Hệ thống xê dịch quanh điểm làm việc ổn định một lƣợng rất nhỏ kéo theo tất cả các đại lƣợng cũng đều bị thay đổi một lƣợng rất nhỏ nào đó. Ví dụ: = o + Thay tất cả các đại lƣợng biến đổi đƣợc vào (3 - 4): isq= isq0 + isq, = o + , m = m0 + m ... ta đƣợc: )..(.. 2 3 .. 1 .).1( . 1 . 1 . 1 ... 1 . 1 . 1 ... 1 00 0 0 0000 00 rdsqsqrd r m M rdrsq r m rd r sdmrdr sq s rd m rd m ssdsdssq sd s rd rm ssqsqssd ii L L pm i T L iLpT u LLL iii T pT u LTL iii T pT (3 - 8) Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá: Hình 3.8: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq đã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc Lm . 1+Tr p usd isd m mc - usq rmTL 1 Lm . Tr rd0 isq0 s0 s0 isd0 mL 1 rd0 - - - isq - rd s r r 0 rd0 rd0 mL 1 0 is q0 T 1+T T 1+T p 1 Ls 1 . Ls Pc pJ 3Lm.pc 2Lr Từ sơ đồ mô tả trên, ta xây dựng đƣợc mô hình động cơ trên phần mềm mô phỏng Matlab & Simulink: Hình 3.9: Mô hình động cơ điện dị bộ rôto lồng sóc trên hệ tọa độ dq 3.3.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng dòng điện theo phƣơng pháp deadbeat để đạt đƣợc đặc tính động học nhanh nhất. Điều khiển deadbeat đƣợc xây dựng trên miền z nên chúng ta phải thực hiện rời rạc hóa các tham số sau đó thực hiện tính toán các tham số của bộ điều khiển, việc tính toán các tham số đƣợc thực hiện trên mfile của phần mềm Matlab. function F = dbW(sysC,Ts) z = tf('z'); sysD = c2d(sysC,Ts,'zoh'); sys = filt(sysD.num{1,1},sysD.den{1,1},Ts); sumB = 1 / sum(sys.num{1,1}) ; rate = - sys.den{1,1}(1)/sys.den{1,1}(2) ; %l0/l1 l0 = - sys.den{1,1}(1) * sumB / (- sys.den{1,1}(1) + sys.den{1,1}(2)); l1 = l0 / rate; numLz = [l0 l1]; denLz = [1]; Lz = filt(numLz,denLz,Ts); Bz = filt(sys.num{1,1},1,Ts); Az = filt(sys.den{1,1},1,Ts); numR = Lz * Az; numR = numR.num{1,1}; denR = 1 - Lz * Bz; denR = denR.num{1,1}; F = filt(numR,denR,Ts); End Bộ điều chỉnh dòng mô phỏng trên simulink: Hình 3.10: Bộ điều chỉnh dòng điện (Ri) Đây là File viết trên mfile để nhập thông số động cơ nhằm phục vụ cho việc tính toán các mạch vòng điều khiển. 3.3.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ Ta thấy bộ điều khiển dòng là bộ điều khiển deatbead có thời gian đáp ứng rất nhanh chỉ sau một hoặc hai chu kỳ trích mẫu nhƣ vậy ta có thể coi bộ điều khiển dòng là một khâu quán tính bậc nhất có bộ tích phân. Ta chọn bộ điều khiển tốc độ là bộ điều khiển PI vì đã có khâu tích phân ta chọn hệ số Ti = 0,2. Nhƣ vậy chúng ta chỉ cần chọn hệ số Kp: Kp = 50/(Ti*C) Ta có mô hình bộ điều khiển tốc độ: Hình 3.11: Bộ điều chỉnh tốc độ (Rw) 3.3.5. Mô phỏng toàn bộ cơ cấu nâng hạ hàng 1. Các File chương trình trên Mfile File TinhThamSo.m nhập thông số động cơ clear; Pn = 75e3; Un = 380; n = 134; f = 50; n = 1460; zp = 2; cosPhi = Pn/(sqrt(3) * Un * In ); s = (f - zp * n / 60 )/ f; Zn = Un / sqrt(3) / In; Rr = s * Zn; Isqn = sqrt(Pn / 3 / Zn / 2); Isdn = In * sqrt(1 - cosPhi); wr = 2*pi*(f-zp*n/60); Tr = Isqn / Isdn /wr ; Lr = Tr * Rr; sinPhi = sin(acos(cosPhi)) ; Xo = (sinPhi - cosPhi * Isdn / Isqn) * Un / sqrt(3) /In ; Xh = sqrt( Un ^ 2 / 3 - ( Xo * Isqn ) ^ 2 )/ Isdn - Xo ; o = Xo / Xh ; % he so tu tan Ls = Lr ; % gia su Ls = Lr Rs = sqrt(Ls / Xh * 2 * pi * f) ; % Dien tro stator Lm = sqrt((1-o)*Lr*Ls); Los = Ls - Lm; % dien cam tan stator Lor = Lr - Lm; % dien cam tan stator Tnl = 0.001; Knl = 220; To = 1/(1/(o*Ts)+(1-o)/(o*Tr)); Ts = Los/Ros; File dbW.m tính toán tham số của bộ điều khiển dòng function F = dbW(sysC,Ts) z = tf('z'); sysD = c2d(sysC,Ts,'zoh'); sys = filt(sysD.num{1,1},sysD.den{1,1},Ts); sumB = 1/sum(sys.num{1,1}); rate = - sys.den{1,1}(1)/sys.den{1,1}(2); %l0/l1 l0 = - sys.den{1,1}(1) * sumB/(- sys.den{1,1}(1) + sys.den{1,1}(2)); l1 = l0 / rate; numLz = [l0 l1]; denLz = [1]; Lz = filt(numLz,denLz,Ts); Bz = filt(sys.num{1,1},1,Ts); Az = filt(sys.den{1,1},1,Ts); numR = Lz * Az; numR = numR.num{1,1}; denR = 1 - Lz * Bz; denR = denR.num{1,1}; F = filt(numR,denR,Ts); End File proecss.m file chƣơng trình clear; AC85KW; s = tf('s'); z = tf('z'); Tsample = 0.01; %Risd sysIsd = Knl*To/((1 + s*Tnl)* (o*Ls) *(1 + s*To)); Risd = dbW(sysIsd,Tsample); numIsd = Risd.num{1,1}; denIsd = Risd.den{1,1}; %Risq PhiRd0 = PhiDm; A = Lm*isd/(PhiRd0*Tr); B = (1-o)/(o*Lm)*PhiRd0 + isd; C = 3*PhiRd0*Lm*zp*zp/(2*Lr*J); D = 1/To+A; E = 1 /(s + D )/ (1 + 1 /(s + D ) * B * C / s ); sysIsq = Knl/((1 + Tnl * s) * o * Ls) /(D+s); Risq = dbW(sysIsq,Tsample); numIsq = Risq.num{1,1}; denIsq = Risq.den{1,1}; %Rwk Ti = 0.2; Kp = 50/(Ti*C); File mohinh.mdl Hình 3.12: Mô hình toàn hệ thống Hình 3.13: Bộ điều chỉnh tốc độ (Rw) Hình 3.14: Bộ điều chỉnh dòng điện (Ri) Hình 3.15: Khối nghịch lưu Hình 3.16: Mô hình động cơ 3.3.6. Kết quả mô phỏng 1. Mô phỏng hệ thống với mômen cản của hai động cơ lần lượt là 100 và 75 Hình 3.17: Đồ thị dòng Isd và Isq với động cơ có MC =100 Hình 3.18: Đồ thị dòng Isd và Isq với động cơ có MC = 75 Hình 3.19: Đồ thị tốc độ và mômen với động cơ có MC =100 Hình 3.20: Đồ thị tốc độ và mômen với động cơ có MC = 75 3.3.7. Nhận xét quá trình mô phỏng Qua kết quả mô phỏng ta thấy đƣợc rằng: - Kết quả mô phỏng phản ánh đúng yêu cầu về kỹ thuật của cơ cấu. - Với hai động cơ đƣợc điều khiển bám tốc độ với tốc độ đặt thì ta có kết quả mô phỏng tốt. Tốc độ hai động cơ bằng nhau và bằng với tốc độ đặt. - Độ quá điều chỉnh nhỏ nằm trong phạm vi cho phép. - Với hai mômen cản khác nhau thì tốc độ của hai động cơ vẫn bám nhau và bằng tốc độ đặt. - Khi thêm khâu gia tốc vào trong mô hình thì ta thấy đƣợc rằng việc điều khiển tốc độ đƣợc tốt hơn và không gây ra hiện tƣợng quá điều chỉnh lớn dòng điện nằm trong giới hạn và không nhảy vọt, không gây hỏng các chi tiết cơ khí khi tốc độ động cơ tăng quá nhanh và phù hợp với điều kiện thực tế về nguyên tắc điều khiển. KẾT LUẬN Sau 12 tuần với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ của giáo viên hƣớng dẫn Thạc sĩ Trần Thị Phƣơng Thảo, các thầy cô giáo trong khoa và các bạn trong lớp, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với nội dung “Trang bị điện - điện tử cầu trục 200 tấn nhà máy đóng tàu Phà Rừng. Đi sâu nghiên cứu mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng”. Trong quá trình làm đồ án, với những kiến thức thu đƣợc đã giúp em nắm bắt đƣợc công nghệ và nguyên lý hoạt động của cầu trục 200 tấn. Với nhiệm vụ đề ra, bản đồ án đã giải quyết đƣợc các vấn đề cơ bản sau: - Khái quát về cần trục - cầu trục. - Nguyên lý hoạt động, các bảo vệ, chức năng các phần tử của cơ cấu: Cơ cấu cấp nguồn, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu nâng hạ cần, cơ cấu di chuyển giàn của cầu trục 200 tấn. - Mô phỏng hệ thống nâng hạ hàng của cầu trục 200 tấn. Tuy nhiên, bản đồ án còn một số hạn chế nhất định nhƣ: - Chƣa tìm hiểu sâu các chế độ làm việc của các động cơ truyền động nhƣ chế độ hãm, đồng bộ tốc độ… - Phần mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng có các thông số kỹ thuật của động cơ là đã tối ƣu hóa. Hải Phòng, Ngày 12 tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện Dƣơng Hồng Khánh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS. Bùi Quốc Khánh - TS. Hoàng Xuân Bình (2006), Trang bị điện - điện tử. Tự động hoá cầu trục và cần trục, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội. [2]. GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy Điện, Nhà xuất bản Xây dựng - Hà Nội. [3]. Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễu - Nguyễn Thị Hiền (1994), Truyền Động Điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội. [4]. Nguyễn Xuân Phú - Tô Đằng (2001), Khí cụ điện - Lý thuyết - Kết cấu và tính toán - Lựa chọn và sử dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội. [5]. Nhà máy đóng tàu Phà Rừng, Hồ sơ kỹ thuật của cầu trục 200 tấn. [6]. Diễn đàn Điện Tử Việt Nam (www.dientuvietnam.net). [7]. Trang tìm kiếm thông tin (www.google.com). MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC - CẦU TRỤC ........................ 3 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦN TRỤC - CẦU TRỤC [1; Tr 5] ......... 3 1.2. PHÂN LOẠI CẦN TRỤC - CẦU TRỤC [1; Tr 5 ÷ 12]....................... 4 1.2.1. Phân loại theo trọng tải nâng vận chuyển hàng hóa ......................... 4 1.2.2. Phân loại theo đặc điểm công tác ..................................................... 5 1.3. ĐẶC ĐIỂM, YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CẦN TRỤC - CẦU TRỤC ................... 11 1.3.1. Khái quát [1; Tr 19] .................................................................... 11 1.3.2. Đặc điểm cơ bản của hệ truyền động điện cần trục - cầu trục [1; Tr 12 ÷ 15] ..................................................................................................... 12 1.3.3. Khái quát về các yêu cầu cho hệ thống điều khiển truyền động cần trục - cầu trục [1; Tr 16 ÷ 19] ................................................................... 16 1.4 . CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN [1; Tr 19 ÷ 21] ............. 20 1.5. ĐẶC TÍNH CƠ TĨNH CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU CHÍNH [1; Tr 21 ÷27] ................................................................................. 23 1.5.1. Hệ truyền động là động cơ (ĐC) một chiều ............................... 23 1.5.2. Hệ thống truyền động là động cơ không đồng bộ (KĐB) rotor lồng sóc 24 1.5.3. Hệ truyền động là động cơ không đồng bộ rotor dây cuốn ........ 25 1.5.4. Hệ thống điều khiển tốc độ truyền động điện các cơ cấu chính cho cần trục cầu trục sử dụng phụ tải động .............................................. 27 CHƢƠNG 2: TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CẦU TRỤC 200 TẤN ............ 29 2.1.GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC 200 TẤN (200T) [5] ............................ 29 2.1.1.Các đại lƣợng và thông số kĩ thuật của cơ cấu chính cầu trục 200T29 2.1.2. Kí hiệu bản vẽ và phƣơng pháp đọc bản vẽ .................................... 32 2.2. HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CẦU TRỤC 200T ................................... 35 2.2.1. Chức năng các phần tử .................................................................... 35 2.2.2. Nguyên lí hoạt động ........................................................................ 36 2.2.3. Các bảo vệ trong sơ đồ cấp nguồn .................................................. 37 2.3. CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON (TROLLEY) .................................. 37 2.3.1. Chức năng các phần tử .................................................................... 37 2.3.2. Nguyên lý hoạt động ....................................................................... 39 2.3.3. Các bảo vệ của cơ cấu di chuyển xe con ........................................ 40 2.4. CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG (HOISTING) ......................................... 41 2.5. CƠ CẤU DI CHUYỂN GIÀN (GANTRY TRAVELLING) ............... 42 2.5.1. Chức năng các phần tử .................................................................... 42 2.5.2. Nguyên lí hoạt động ........................................................................ 43 2.5.3. Các bảo vệ của cơ cấu di chuyển giàn ............................................ 45 2.6. THIẾT BỊ PLC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CẦU TRỤC .................................................................................................. 46 2.6.1. Thiết bị PLC dùng trong hệ thống điều khiển cầu trục .................. 46 2.6.2. Danh sách các đầu vào ra chính ...................................................... 47 2.7. KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH CẦU TRỤC ...................................... 53 2.7.1. Những quy định chung ................................................................... 53 2.7.2. Những quy định cụ thể đối với ngƣời vận hành. ............................ 53 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB & SIMULINK ............................................................................... 55 3.1. TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CỦA CẦU TRỤC 200 TẤN....................................................................................................... 55 3.2. HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN ........................................................................................... 56 3.2.1. Tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục 200 Tấn công ty đóng tàu Phà Rừng ............................................................................................. 56 3.2.2. Nguyên lí hoạt động của cơ cấu nâng hạ hàng ............................... 58 3.3. MÔ PHỎNG CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC 200 TẤN .... 61 3.3.1. Hƣớng mô phỏng cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục 200T ................... 61 3.3.2. Xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc .. 62 1. Phƣơng trình trạng thái trên hệ tọa độ tựa theo từ thông roto dq ......... 62 2. Tuyến tính hóa mô hình động cơ .......................................................... 66 3.3.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện ..................................................... 69 3.3.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ........................................................... 71 3.3.5. Mô phỏng toàn bộ cơ cấu nâng hạ hàng ......................................... 72 3.3.6. Kết quả mô phỏng ........................................................................... 78 3.3.7. Nhận xét quá trình mô phỏng ......................................................... 80 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 82