Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ Án Trang Bị Điện Hệ Thống cấp nguồn và cơ cấu quay mâm cần trục KONE
LỜI NÓI ĐẦU Ở nước ta với địa hình có bờ biển dài và nhiều sông lớn, từ lâu ngành vận tải thuỷ đã hình thành, phát triển và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Theo đó ngành công nghiệp đóng tàu cũng ngày càng được quan tâm đầu tư phát triển, để đáp ứng nhu cầu trong nước và hội nhập với thế giới. Trong các công ty đóng tàu, nhóm thiết bị cần trục cầu trục có vị trí rất quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh tế của công ty. Cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nhóm thiết bị này cũng ngày càng được hoàn thiện. Đặc biệt các thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài có nhiều tính năng ưu việt, đáp ứng tốt những yêu cầu vận hành như đáp ứng đủ công suất, mức độ tự động hoá cao, vận hành an toàn hiệu quả… Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá kỹ thuật và điều khiển nhóm cần trục cầu trục là rất cần thiết, giúp cho ta hiểu sâu và khai thác tối ưu năng suất thiết bị, phục vụ tốt hơn cho sản xuất. Dưới sự phân công và hướng dẫn của thầy T.s Hoàng Xuân Bình em đã tiến hành thực hiện đồ án môn học “ Nghiên cứu tổng quan cần cẩu KONE . Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống cấp nguồn và cơ cấu quay mâm ” . Tuy nhiên trong quá trình thực hiện do vốn kiến thức còn hạn chế, thời gian thực hiện không nhiều nên đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! 1 Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC KONE 1.1. Giới thiệu chung về cần trục KONE Cần trục chân đế KONE được hãng KRANEF của Phần Lan thiết kế. Nhóm cần trục này được triển khai ứng dụng ở các cảng biển nước ta, nhiều nước trong khu vực và trên thế giới. Cần trục KONE có đặc tính điều chỉnh tốc độ thích hợp cho bốc xếp hàng hoá cho cảng biển và nâng chuyển trong công nghiệp lắp ráp cho nghành đóng tàu, chữa tàu biển. Cần trục KONE có các cơ cấu chính sau : Cơ cấu nâng hạ hàng. Cơ cấu nâng hạ cần ( thay đổi tầm với ). Cơ cấu quay mâm. Cơ cấu di chuyển chân đế. Về cấu trúc cơ khí cẩu KONE có thanh cần trục gồm : Tháp cần trục làm bằng thép cấu trúc trên tháp cẩu thẳng đứng, có gắn tay cần trục, cabin điều khiển, buồng đặt thiết bị điều khiển. Tay cần của cần trục cấu tạo bằng những thanh thép được ghép bằng dầm ứng lực, một đầu gắn bằng khớp với tháp cẩu, một đầu được ghép bằng cáp thông qua hệ thống ròng rọc và có thể quay xung quanh khớp gắn với tháp cẩu. Cabin điều khiển là buồng điều khiển tập trung của cần trục, trong đó trang bị những tay điều khiển để điều khiển các cơ cấu. 1.1.1. Thông số kĩ thuật cơ bản Thông số kỹ thuật của cẩu KONE như sau : Sức nâng từ 8 25÷ tấn. Tầm với từ 24 38 ÷ m. Chiều cao nâng hạ hàng với tải là : 2 +25 tn chiu cao l 45+9 m. +15 tn chiu cao l 37 + 9 m. Tc nõng hng múc 25 tn l0 m/ph . Tc nõng hng múc 8 tn l 60 m/ph. Tc quay mõm l 1 m/ph. Tc nõng cn l 25 m/ph . Tc di chuyn xe 46 m/ph. Gúc quay 360 0 . Chiu rng ca ng ray 10,5 m. Chiu di tõm bỏnh xe trc n tõm bỏnh xe sau l 5,4 m. Chiu cao nh thỏp 37,3 m. Chiu cao nh cn 45 m. Ngun in 3 pha in ỏp U dm = 380 V, f = 50 Hz. 1.1.2. Các quy ớc chung khi đọc bản vẽ kỹ thuật cần trục KONE a. Các kí hiệu trên bản vẽ - Bản vẽ kí hiệu chữ A ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu nâng hạ hàng móc 25 tấn. - Bản vẽ kí hiệu chữ B ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu nâng hạ hàng móc 8 tấn. - Bản vẽ kí hiệu chữ K ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu quay mâm. - Bản vẽ kí hiệu chữ P ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu nâng hạ cần. - Bản vẽ kí hiệu chữ R ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu di chuyển xe. Các bản vẽ nguyên lý của các cơ cấu cần cẩu KONE đợc kí hiệu nh sau: - OP1: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch cấp nguồn. - OP2: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng chính móc 25 tấn. - OP3: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng 3 hạ hàng móc 8 tấn. - OP4: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng hạ cần. - OP5: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu quay mâm. - OP6: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển mạch động lực cơ cấu di chuyển xe. - OP7: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu di chuyển xe. - Bản vẽ OP28 tới OP35 là bản vẽ sơ đồ đấu dây. b. Cách đọc kí hiệu trong sơ đồ Các cuộn hút của công tắc tơ, rơle đợc kí hiệu bằng chính tên công tắc tơ, rơle đó. Khi có điện nhận giá trị logic 1, khi không có điện thì bằng 0. VD: Ac1=1 nghĩa là công tắc tơ Ac1 có điện. Các tiếp điểm cũng kí hiệu bằng tên của công tắc tơ, rơle và kèm theo số cột trong ngoặc đơn. Tiếp điểm đóng có giá trị logic bằng 1, mở có giá trị logic 0. VD: Ac1(17) =1 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở cột 17 đóng. Ngoài ra ta có: - Ac1(2/25) =0 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ OP2 cột 25 đợc mở ra. - OAc1(16) =0 nghĩa là tiếp điểm của công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ O nằm trên cột 16 mở ra. 1.2. u nhc im ca s iu khin cn cu KONE 1.2.1. V k thut iu khin Thuc nhúm cu xut hin trc nm 1986 KONE l mt trong nhng loi cu c s dng lõu i v rng rói ti cỏc cng sụng, cng bin, cỏc nh mỏy, xớ nghip. V k thut iu khin, mch iu khin cú cu to mch n gin gm cỏc cụng tc t, rle thit k theo k thut ti u hoỏ cỏc bin iu khin. 4 Để điều khiển tốc độ động cơ các cơ cấu nâng hạ hàng và cần cẩu KONE sử dụng phụ tải động là phanh điều chỉnh tốc độ, có sử dụng bộ điều chỉnh dòng KA481 để điều chỉnh phụ tải động. Mạch điều chỉnh tốc độ là mạch vòng kín, mạch này có ưu điểm là điều chỉnh tốc độ tốt và hoạt động khá chính xác cho phép KONE có 4 cấp tốc độ phía nâng và 4 phía hạ, đặc tính cơ như hình 1.7 Cụ thể trong cơ cấu nâng hạ hàng và nâng hạ cần: [1] Khi nâng ở tay điều khiển có 4 cấp tốc độ trong đó tốc độ 1 và tốc độ 2 điều khiển hệ thống truyền động điện hoạt động theo nguyên tắc hệ kín ổn định tốc độ nới mọi trọng tải nâng bằng phương pháp điều chỉnh mômen của phụ tải động. Tốc độ 4 được thực hiện bằng các rơle thời gian để có thêm các tốc độ trung gian đảm bảo cho hệ thống hoạt động êm. Trong mạch rotor vẫn giữ lại giá trị điện trở phụ nhằm mục đích khắc phục quá tải mômen, dòng điện cho động cơ. Khi hạ cũng có 4 cấp tốc độ và ở tốc độ 1, 2, 3 hệ TĐĐ là hệ kín. Cần chú ý rằng trong quá trình khai thác nên sử dụng tốc độ 1, 2 phía nâng và tốc độ 1, 2, 3 phía hạ trong thời gian ngắn vì ở các tốc độ này dòng điện ở động cơ Am1 tăng lên làm cho hiệu suất của hệ thống giảm, tuy nhiên nếu sử dụng cần trục KONE phục vụ nâng chuyển trong công nghệ lắp máy thì đây là các đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt đáp ứng được yêu cầu nâng hạ với độ ổn định tốc độ cho mọi loại tải. Bộ điều khiển KA481 có khả năng điều chỉnh dòng cho phanh hãm để tạo ra mômen hãm điều chỉnh tốc độ hệ thống. Tốc độ nâng 1 được tạo ra bằng từ (15 ÷ 20)% n 0 ; Tốc độ nâng 2 bằng (25 ÷ 30)% n 0 ; Tốc độ hạ hàng 1 bằng (9÷12)% n 0 ; tốc độ hạ hàng 2 bằng (15÷20)% n 0 ; tốc độ hạ hàng 3 bằng (30÷35)% n 0 ; Trong cơ cấu quay mâm: Do yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ nên hệ truyền động chỉ sử dụng dạng hệ hở để giảm chi phí sản xuất, tuy nhiên cơ cấu vẫn đảm bảo đủ 4 cấp tốc độ cơ bản. 5 Ngoài ra trên cẩu KONE dùng hệ thống đèn báo hiển thị sự hoạt động và báo lỗi. Nhìn chung kỹ thuật điều khiển của cẩu KONE so với hiện nay đã cũ nhưng do được sản xuất bởi hãng KONECRANES của Phần Lan nên hệ thống vẫn làm việc tin cậy hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu công nghệ của công ty và không có sự cố nghiêm trọng nào. Sự cố thường gặp là rơle D1 hoạt động ở các vị trí tốc độ thấp của tay điều khiển thường phải thay thế sửa chữa. Việc điều khiển thông qua đóng cắt các tiếp điểm nên phải thường xuyên bảo dưỡng, tránh hao mòn tiếp điểm dẫn đến sự hoạt động không chính xác hoặc sự cố nghiêm trọng xảy ra. 1.2.2. Về kỹ thuật biến đổi năng lượng- truyền động điện Trong cẩu KONE các động cơ truyền động đều dùng động cơ rôto dây quấn do Phần Lan sản xuất. Loại động cơ này tuy giá thành cao nhưng có nhiều ưu điểm: - Động cơ phù hợp với hệ TĐĐ thiết kế dùng phụ tải động vì khi kết hợp sẽ cho đặc tính điều chỉnh tốt trong phạm vi rộng như hình 1.7, có khả năng rút ngắn thời gian quá độ và nâng cao hiệu suất. - Động cơ dùng điện trở phụ có thể hạn chế được dòng khởi động và tăng mômen mở máy. Các thiết bị khác như phanh hãm làm việc, phanh an toàn, trống tời, cáp nâng đều có kết cấu chắc chắn, hoạt động tin cậy và ít hỏng hóc do được chế tạo từ hãng uy tín KoneCranes của Phần Lan. Hệ TĐĐ của các cơ cấu nhìn chung đã đáp ứng được các yêu cầu cho hệ thống điều khiển cần trục cầu trục. Tóm lại: Cẩu KONE đáp ứng khá tốt yêu cầu nâng vận chuyển máy móc thiết bị tại công ty, giúp cho việc sửa chữa các con tàu. Đây là cẩu do 1 hãng danh tiếng chế tạo nên hoạt động khá tin cậy ít xảy ra sự cố nghiêm 6 trọng, khi có hỏng hóc thì phương pháp thay thế từng bộ phận là giải pháp kinh tế nhất. Tuy nhiên do việc bố trí thiết bị điều khiển chung một phía với thiết bị động lực nên khi làm việc thiết bị động lực thường phát nóng, tạo nhiệt độ cao trong phòng thiết bị, ảnh hưởng tới sự hoạt động chính xác của thiết bị điều khiển. Vì vậy công tác an toàn và cải thiện điều kiện làm việc cho các thiết bị điều khiển cũng là vấn đề cần thiết. Việc kiểm tra bảo trì, bảo dưỡng cẩu cũng cần thực hiện thường xuyên. 1.3. Phương pháp cải tiến Đối với cẩu KONE, hệ thống điều khiển dùng công tắc tơ - rơle với cấu trúc hệ truyền động dùng động cơ rôto dây quấn kết hợp phụ tải động. Kỹ thuật này so với hệ thống dùng biến tần – PLC thì đã lạc hậu nhưng hệ thống vẫn hoạt động tốt, ít xảy ra sự cố vì vậy không cần thay thế, hơn nữa việc thay thế hệ điều khiển bằng biến tần – PLC là rất tốn kém. Giải pháp cho KONE hiện nay là sửa chữa và thay thế từng chi tiết khi hỏng hóc, tiến hành kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống thường xuyên theo định kì để sớm phát hiện sự cố nhằm khắc phục kịp thời. Lắp đặt các quạt thông gió, làm mát cho phòng thiết bị điều khiển… Việc thay thế chi tiết cẩu KONE không nhất thiết phải là thiết bị do cùng hãng chế tạo mà ta có thể sử dụng thiết bị của các hãng khác như Siemens của Đức, thiết bị của Nhật hay Trung Quốc, Việt – Hung … để vừa đảm bảo về kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế. Nhìn chung các thiết bị của Nhật rất tốt nhưng về giá thành đắt nên chỉ dùng cho các trường hợp yêu cầu công nghệ cao. Đối với cẩu KONE thiết bị thay thế chủ yếu sử dụng là của Đức vì phù hợp yêu cầu kỹ thuật và giá thành hợp lý. Trong trường hợp cần thay thế động cơ ta có thể chọn các động cơ của Việt – Hung giá thành rẻ, hoạt động cũng an toàn tin cậy. 7 Chương 2 : ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU QUAY MÂM VÀ HỆ THỐNG CẤP NGUỒN 2.1. Giới thiệu về S7-300: PLC là chữ viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh( với các PLC khác hoặc với máy tính ). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét. Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), Bộ thời gian (Timer) . và những khối hàm chuyên dụng 2.1.1 Các module của PLC S7-300: Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các số module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module 8 còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ. Chúng được gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module được gá trên thanh ray (Rack). Module CPU Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315… Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối làm việc đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM. Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai loại cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm thông dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU được phân biệt với những module CPU khác bằng thêm cụm từ DP trong tên gọi 2.1.2 Vòng quét chương trình. PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét . Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ 9 liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn thực chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét chương trình Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan đến cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đếm. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét . Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào số lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định 10 . trình. - Nhóm lệnh rẽ nhánh theo bit trạng thái. - Lệnh xoay vòng. - Lệnh rẽ nhánh theo danh mục. Ngoài ra thì còn có các bộ đếm(counter), bộ thời gian(timer). . Tc nõng hng múc 8 tn l 60 m/ph. Tc quay mõm l 1 m/ph. Tc nõng cn l 25 m/ph . Tc di chuyn xe 46 m/ph. Gúc quay 360 0 . Chiu rng ca ng ray 10,5 m.