Đề tài Trang bị điện - Điện tử cần trục 120 tấn nhà máy đóng tàu Bạch Đằng - Đi sâu nghiên cứu cơ cấu nâng hạ hàng và cơ cấu tầm với

dộ công tác là thời gian khởi động và thời gian hãm trong quá trình tăng tốc và giảm tốc tốc. Để rút ngắn thời gian quá độ cần sử dụng các biện pháp sau: - Chọn dộng cơ có mômen khởi động lớn - Giảm mômen quán tính (GD)2 của các bộ phận quay. - Dùng động cơ điện có tốc độ không cao (1000 ¸ 1500 vg/ph) Đối với động cơ một chiều, mômen khởi động phụ thuộc vào giới hạn dòng của các phiến góp vì vậy thường chọn Ikd = (2 ¸ 2,5) Iđm. Đối với động cơ xoay chiều mômen khởi động phụ thuộc vào loại động cơ, với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc mômen khởi động có thể đạt 1,5 Mđm còn đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn về nguyên tắc mômen khởi động có thể chọn bằng mômen tới hạn Mmax. Việc sử dụng loại động cơ tốc độ thấp trong hệ thống điện cơ một mặt rút ngắn được quá trình quá độ, mặt khác nâng cao được hiệu suất, khi sử dụng bộ điều tốc cơ khí có tỷ số nhỏ. 2.1.4. Có trị số hiệu suất và cosj cao Công tác khai thác hợp lý cần trục - cầu trục trong bốc xếp hàng hoá là một yếu tố để nâng cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển. Như chúng ta đã biết hệ thống truyền động điện của các cần trục thường không sử dụng hết khả năng công suất, hệ số tải thường trong khoảng 0,3 ¸ 0,4. Do vậy khi chọn các động cơ truyền động phải chọn loại có hiệu suất cosj cao và ổn định trong phạm vi rộng. 2.1.5. Đảm bảo an toàn hàng hoá Bảo đảm an toàn cho hàng hoá, cho thiết bị và bảo đảm an toàn cho công nhân bốc xếp là yêu cầu cao nhất trong công tác khai thác, vận hành cần trục - cầu trục. Để thực hiện được điều đó cần chú ý tới các giải pháp sau: - Cần có quy trình an toàn cho công tác vận hàng và điều khiển cần trục - cầu trục trong quá trình hoạt động. - Trong quá trình tính toán thiết kế phải chọn các hệ số dự trữ hợp lý. - Kỹ thuật điều khiển chuyển động cần trục cần có các hệ thống giám sát, bảo vệ tự dộng các hệ thống điều khiển chuyển động cho cần trục. Các hệ thống cần có các bảo vệ như: Bảo vệ móc chạm đỉnh, bảo vệ chúng cáp cho cơ cấu nâng hạ cần; bảo vệ góc quay hay bảo vệ hành trình cho cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển. Ngoài ra cần có các hệ thống đo lường và bảo vệ quá tải tải trọng nâng cho cơ cấu hạ hàng và nâng hạ cần. - Hệ thống điều khiển bắt buộc phải có đầy đủ các bảo vệ sự cố, bảo vệ “không”, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải nhiệt cho các động cơ thực hiện và bảo vệ dừng khẩn cấp. - Các loại phanh hãm cho các hệ thống làm việc có tính bền vững cao. Các giải pháp đảm bảo an toàn trên dây trong quá trình khai thác cần trục - cầu trục cần được kiểm tra thường xuyên và phải được đăng kiểm tại cơ quan Đăng kiểm. 2.1.6. Điều khiển tiện lợi và đơn giản Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển việc thiết kế cabin điều khiển cùng với các thiết bị điều khiển phải được bố trí thuận tiện và thống nhất giữa các loại cần trục - cầu trục. Đồng thời người điều khiển cần trục - cầu trục có thể sử dụng các lệnh khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng. 1.1.7. Ổn định nhiệt, cơ và điện Các cần trục - cầu trục thông thường được lắp ráp để vận hành ngoài trời. Các khu vực làm việc thông thường có nhiệt độ biến đổi theo mùa rõ rệt. Ngoài ra các cần trục cảng biến còn chịu ảnh hưởng của hơi nước mặn, vì vậy các thiết bị điện, kết cấu cơ khí phải được chế tạo thích hợp với môi trường công tác. 2.1.8. Tính kinh tế và kỹ thuật cao Thiết bị chắc chắn, kết cấu đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ, giá thành hạ. Chi phí bảo quản và chi phí năng lượng (kW/tấn) hợp lý. 2.1.9. Một số định nghĩa về các thông số của cần trục – cầu trục Các cần trục - cầu trục có số liệu kỹ thuật để biểu thị tính chất chuyển động của nó như: sức cẩu, mômen cẩu, chiều dài và độ vươn tay cần (tầm với), chiều cao cần trục, vận tốc nâng hàng, vận tốc di chuyển cần trục, tốc độ quay của tháp cẩu, trọng lượng kích thước của thiết bị... a. Sức cẩu là trọng lượng vật thể cân nâng lớn nhất tính bằng tấn (T). Sức cẩu bao gồm trọng lượng vật thể và các phụ tùng treo vào móc cần cẩu (còn gọi là bộ phận mang vật). b. Độ vươn tay cần (tầm với) là khoảng cách từ đường tâm móc cẩu tới tâm bộ phận quay tính bằng mét (m) c. Mômen cẩu (mômen tác động lên cần trục khi nâng hàng) là tích số trọng lượng vật thể khi bốc xếp (tính bằng T) với độ vươn tay cần (tính bằng m) thì mômen cản tính bằng T.m. d. Chiều dài tay cần là khoảng cách từ tâm bản lề quay tới tâm puly đầu cần được tính bằng (m) e. Độ cao khi nâng hàng là độ cao lớn nhất của móc cẩu khi nâng hàng, độ cao cẩu hàng phụ thuộc vào độ vươn tay cần và chiều dài tay cần. Độ cao cực đại của tay cần đạt được khi độ vươn tay cần là cực tiểu và ngược lại. f. Vận tốc nâng hàng là quãng đường mà vật nặng đi được trong một đơn vị thời gian. g. Vận tốc di chuyển của cần trục (đối với cần trục đặt trên đường ray và trên bánh xích hoặc bánh lốp) là quãng đường mà cần di chuyển được trong một đơn vị thời gian (m/ph) h. Tốc dộ quay của cần trục là số vòng quay của bệ trong một đơn vị thời gian (vg/ph) i. Các kích thước chính bao gồm chiều dài, chiều rộng và chiều cao. 2.2. CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO CẦN TRỤC - CẦU TRỤC 2.2.1. Khái quát Trên cần trục bao gồm 4 cơ cấu truyền động độc lập với nhau. Khi kết hợp điều khiển 4 cơ cấu này hoạt động hoặc điều khiển hoạt động riêng rẽ từng cơ cấu sẽ đạt được quỹ đạo bốc xếp hàng hoá theo mong muốn. Bốn cơ cấu truyền động chính của cần trục gồm: 1. Truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng. 2. Truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần. 3. Truyền động cho cơ cấu quay mâm. 4. Truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế. Các cơ cấu chính của cầu trục bao gồm: 1. Truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng. 2. Truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con. 3. Truyền động cho cơ cấu di chuyển giàn. Thông thường các hệ truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ hàng, nâng hạ cần cho cần trục được xây dựng hoàn toàn giống nhau về giải pháp điều khiển. Tuy nhiên khác nhau về phạm vi công suất truyền động. Điều khiển chuyển động cho cơ cấu quay trong nhiều trường hợp có thể sử dụng truyền động nhóm nhiều động cơ được cấp nguồn chung. Công suất truyền động của cơ cấu nâng hạ hàng lớn hơn công suất của cơ cấu nâng hạ cần và cơ cấu quay, còn cơ cấu di chuyển chân đế được xây dựng đơn giản hơn các cơ cấu 1, 2, 3. Điều khiển chuyển động cho các cơ cấu này có thể được thực hiện là các hệ truyền động điện hoặc truyền động điện - thuỷ lực. Tuy nhiên các hệ truyền động điện thuần tuý khi sử dụng động cơ truyền động là: động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn sẽ cho đặc tính điều chỉnh tốt nhất. Các cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn của cần trục trong tính toán gần giống với cơ cấu di chuyển của cần trục. Chúng ta sẽ phân tích các hệ truyền động điện dùng cho cần trục vì tính phổ biến của nó trong kỹ thuật điều khiển của các cần trục hiện đại. 2.2.2. Cấu trúc của hệ truyền động điện Cấu trúc của hệ thống truyền động điện dùng cho cần trục - cầu trục được đưa ra với hai dạng phổ biến trình bày trên hình 3.1. Trên hình 3.1a, bao gồm các phần tử chính của hệ thống động lực: 1. Động cơ điện truyền dộng cho các cơ cấu 2. Phanh hãm dừng điện từ. 3. Bộ truyền cơ khí 4. Có thể là trống tời quấn cáp nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần 5. Phanh hãm an toàn cho cơ cấu nâng hạ cần hoặc nâng hạ hàng. Riêng động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm thường sử dụng bộ truyền cơ khí trục vít vô tận với bánh răng non dẫn động trụ quay. Với cấu trúc trên hình 1.1a, động cơ thực hiện có thể là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ trong mạch phần ứng và mạch kích từ. Cần chú ý rằng cuộn kích từ nối tiếp được sử dụng để hỗ trợ mômen của động cơ trong điều khiển ở chiều nâng và hạ là khác nhau. Việc đổi chiều quay của động cơ điện một chiều được thay đổi chủ yếu bằng cách đổi chiều điện áp phần ứng. Hệ thống cấp nguồn cho động cơ một chiều có thể là máy phát điện một chiều có nhiều mạch phần ứng (hệ F- Đ) hoặc bộ biến đổi tiristor - động cơ điện một chiều (T - Đ). Với cấu trúc trên hình 1.1a, động cơ thực hiện là động cơ không đồng bộ rôto, lồng sóc loại có nhiều cuộn dây quấn trên stato, các tốc độ khác nhau được tạo ra bằng cách đổi nối các cuộn dây hoặc thay đổi điện áp, tần số nguồn cấp cho các cuộn dây stato. Việc đổi chiều quay cho các động cơ xoáy chiều không đồng bộ thường thực hiện bằng phương pháp đổi thứ tự pha điện áp nguồn cấp. Ưu điểm cơ bản của hệ truyền động điện trên hình 1.1a: Kết cấu hệ thống đơn giản, thường xây dựng theo nguyên tắc dùng tay điều khiển kết hợp với trạm từ. Đồng thời dạng này cũng cho phạm vụ điều chỉnh tốc độ rất lớn, đầu tư ban đầu thấp. Nhược điểm của hệ thống là độ trơn điều chỉnh không cao, có thể gây nên lực giật trong quá trình làm việc của cần trục. Vì vậy tính bền vững không cao và chỉ ứng dụng cho các cần trục - cầu trục khi yêu cầu đặc tính công nghệ nâng chuyển không cao. Để khắc phục các nhược điểm trên trong các hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu, ngày nay đã ứng dụng các hệ thống truyền dộng điện hiện đại sử dụng bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ với thiết bị điều khiển PLC. Dạng hệ thống này cho kết quả tốt về điểu chỉnh tốc độ, tính linh hoạt trong điều khiển và giám sát, cũng như hiệu quả kinh tế cao. Trên hình 1.1b biểu diễn dạng cấu trúc động lực của hệ thống truyền động điện đã được ứng dụng cho nhiều loại cần trục của các hãng danh tiếng CRANNEF của Phần Lan hoặc KONDOR, KRANBAU của Đức hoặc KYPOB của Cộng hoà Liên bang Nga. Trong hệ thống bao gồm: 1. Động cơ truyền động. 2. Phanh điện từ hãm dừng. 3. Bộ truyền cơ khí 4. Phụ tải động dùng để điều chỉnh tốc độ của hệ thống bằng máy phát hãm đồng bộ hoặc máy phát điện một chiều hoặc các dạng phanh hãm điện từ. 5. Cơ cấu thực hiện có thể là trống tời cho cơ cấu nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần. 6. Phanh an toàn. 4 5 3 5 5 1 2 4 6 6 3 2 1 5 2 1 1 5 a) b) Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện cho cần trục - cầu trục Đặc điểm cơ bản của hệ thống ở hình 2.1b là ở chỗ cơ cấu hãm điều chỉnh tốc độ 4 có thể điều chỉnh được mômen theo yêu cầu và kết hợp với đặc tính của động cơ điện để cho ra đặc tính của hệ thống thoả mãn được công nghệ nâng chuyển cho các loại cần trục - cầu trục. Đặc biệt thích hợp với cần trục dùng trong công nghiệp lắp máy, xây dựng 2.1b thường được ứng dụng cho các hệ thống có phạm vi công suất lớn sử dụng động cơ truyền động một chiều, động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Ưu điểm của hệ thống trên hình 2.1b có đặc tính điều chỉnh tốt, độ trơn điều chỉnh và có khả năng điều chỉnh sâu cả hai phía nâng hạ, quay trái – quay phải. Nhược điểm của hệ thống: Hệ thống điều khiển thường phức tạp và là hệ kín, giá thành xây dựng trên nguyên tắc hệ hở hoặc hệ kín điều chỉnh tốc độ. Cần chú ý rằng: Các phanh hãm dừng điện từ 2 và cơ cấu phanh an toàn 5 của hệ thống trên hình 2.1a hoặc 6 trên hình 2.1b làm việc tin cậy, tính bền vững cao để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc... Khi có sửa chữa thay thế các phần tử trên trục truyền động chính nhất thiết phải khoá phanh an toàn 5 hoặc 6 chắc chắn để tránh gây mất an toàn nghiêm trọng. 2.2.3. Hệ thống điều khiển truyền động điện điều khiển chuyển động cho cần trục - cầu trục 1. Đặc điểm chung Điều khiển chuyển động nâng hạ, di chuyển hàng hoá treo trên móc cần trục - cầu trục theo quỹ đạo mong muốn trong không gian hoạt động của cần trục - cầu trục có thể được thục hiện đồng thời nhờ 4 cơ cấu: Nâng hạ hàng, nâng hạ cần, cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển. Khi khảo sát sự hoạt động của cần trục một cách toàn diện, nhất thiết phải coi cần trục là một đối tượng điều khiển bao gồm 4 cơ cấu chính hoạt động có những ràng buộc nhất định. Trong trường hợp đó cần phải khảo sát sự hoạt động của cần trục bao gồm 4 bậc tự do để xét các chế độ động của nó. Các hệ thống tự động hoá toàn phần quá trình điều khiển cần trục được xuất phát từ quan niệm đó. Việc điều khiển chuyển động của các cơ cấu có thể thực hiện điều khiển tại chỗ hoặc từ xa. Tuy nhiên trong thực tế hiện nay điều khiển chuyển động của cần trục bốc xếp hàng hoá được thiết kế để người vận hành trực tiếp điều khiển quỹ đạo chuyển động của hàng hoá, quyết định tốc độ nâng hàng và di chuyển tuỳ theo từng điều kiện công tác và chủng loại hàng hoá cụ thể. Chính vì vậy mà các hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cvấu của cần trục thường được thiết kế hoạt động độc lập với nhau. Việc khai thác tối ưu năng suất thiết kế phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật điều khiển của người vận hành, cũng như cấu trúc điều khiển của các hệ thống điều khiển chuyển động. Điều khiển các hệ thống điều khiển truyền động điện cho chuyển động của các cơ cấu cần trục được thiết kế rất đa dạng. để thuận tiện cho quá trình tổng hợp và phân tích các hệ thống điều khiển chúng ta dựa vào các đặc điểm sau: Hệ thống điều khiển sử dụng công tắc tơ – rơ le để điều khiển quá trình khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ cho động cơ thực hiện. Hệ thống điều khiển việc cấp nguồn cho động cơ thực hiện bằng cách điều khiển các bộ biến đổi công suất như hệ F – Đ (hệ thống náy phát động cơ); BBĐT – Đ (bộ biến đổi thyristor - động cơ điện một chiều); bộ biến tần - động cơ không đồng bộ; Hệ thống điều khiển kết hợp giữa công tắc tơ – rơ le cấp nguồn cho động cơ thực hiện, thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ một chiều hoặc điện trở phụ trong mạch rô to của động cơ không đồng bộ rô to dây quấn, kết hợp điều khiển phụ tải động để tạo ra các đặc tính mong muốn. Hệ thống điều khiển ứng dụng thiết bị điều khiển logic khả trình PLC điều khiển các hệ thống truyền động điện với sự giám sát bằng náy tính. Mạch cấp nguồn cho các hệ thống điều khiển truyền động điện cho các cơ cấu chính, các hệ thống truyền động phụ và hệ thống điều khiển giám sát sự hoạt động của cần trục - cầu trục có các đặc điểm sau: Điều khiển cấp nguồn cho toàn bộ cần trục - cầu trục trong chế độ hoạt động và chế độ không hoạt động. Nguồn cấp điện dùng cho cần trục bao gồm nguồn điều khiển, nguồn động lực cung cấp cho các động cơ truyền động. Đồng thời hệ thống cấp nguồn thực hiện các bảo vệ cần thiết cho cần trục như: Bảo vệ ngắn mạch động lực, bảo vệ không, bảo vệ quá tải các động cơ truyền động. 2. Cấu trúc điều khiển các hệ thống dùng công tắc tơ – rơle Cấu trúc điều khiển của các hệ thống điều khiển truyền động điện dùng công tắc tơ – rơle cho cần trục - cầu trục được biểu diễn trên hình 2.2. BĐTH BBĐCS ĐC CCTH (2) (1) (5) (4) (3) Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển hệ thống dùng công tắc tơ – rơle Hệ thống bao gồm các khâu chính như sau: 1. Tay điều khiển: Tay điều khiển dùng để phát lệnh điều khiển tốc độ cho hệ thống điều khiển truyền động điện. Lệnh điều khiển gồm có: lệnh dừng, lệnh chọn chiều, lệnh giá trị tốc độ. Tay điều khiển là một tổ hợp các tiếp điểm để điều khiển cấp nguồn các cuộn hút của các rơle trung gian thực hiện lệnh điều khiển phù hợp với vị trí của tay điều khiển. 2. Hệ thống biến đổi tín hiệu điều khiển (BĐTH): Hệ thống biến đổi tín hiệu điều khiển tương ứng với trạng thái của tay điều khiển, sử dụng các rơle trung gian, rơle thời gian để làm chức năng đóng cắt và điều khiển hệ truyền động điện theo logic trình tự thực hiện lệnh điều khiển. 3. Bộ biến đổi công suất (BBĐCS): Gồm các công tắc tơ dùng để thực hiện lệnh điều khiển đóng cắt mạch động lực cấp nguồn cho động cơ thực hiện. 4. Động cơ điện (ĐC) truyền động điện cho hệ thống điều khiển chuyển động các cơ cấu chính của cần trục - cầu trục. 5. Khâu thực hiện trong các cơ cấu của cần trục - cầu trục. Hiện nay cấu trúc điều khiển trên hình 2.2 được áp dụng kỹ thuật điều khiển PLC để đơn giản hoá hệ thống, tăng độ tin cậy cho các cần trục - cầu trục khi đặc tính điều chỉnh có yêu cầu không cao trong việc thực hiện công nghệ bốc xếp hàng hoá. 3. Cấu trúc điều khiển các hệ thống dùng PLC và dùng bộ biến tần cấp cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc cho cần trục và cầu trục (Là hệ hay được sử dụng cho các loại cần trục hiện nay) Sơ đồ cấu trúc điều khiển độc lập cho hệ thống truyền động điện điều khiển chuyển động cho cần trục và cầu trục như trên hình 2.3., chức năng cơ bản của các khâu như sau: 1. Tay điều khiển: Tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống tương ứng với 3 trạng thái của tay điều khiển. Vị trí”0” hệ thống sẵn sàng hoạt động; Khi tay điều khiển được dịch chuyển về phía “UP - DOWN” đối với cơ cấu nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần: Về phía “L - P” đối với cơ cấu quay, cơ cấu di chuyển; tay điều khiển tạo ra tín hiệu chọn chiều cho hệ thống bằng cảm biến vị trí liên động với tay điều khiển. Đồng thời tay điều khiển được nối liên động với trục của Encoder tạo ra các tín hiệu dạng số điều khiển giá trị tốc độ quay của động cơ. Thông thường các Encoder lần lượt là 20, 21, 22, 23 , 23 , 25 26 , 27. Như vậy tay điều khiển sẽ tạo ra 10 bit tín hiệu điều khiển (2 bit chiều và 8 bit tốc độ). 2. Bộ mã hoá: Bộ mã hoá tín hiệu vị trí tay điều khiẻn nhằm nâng cao năng suất tín hiệu điều khiển, tăng khả năng chống nhiễu, truyền tín hiệu đi xa. 3. Bộ điều khiển logic khả trình PLC: Bao gồm CPU, các modul dầu vào số DO, các modul dầu vào ra DI kết nối với các hệ thống điều khiển. Để đảm bảo tính tác động nhanh cho hệ thống, PLC biến đổi tín hiệu từ tay điều khiển dạng số thành tín hiệu tương tự điều khiển biến tần. Đồng thời thông qua PLCcung cấp thông tin giám sát sự hoạt động của toàn bộ hệ thống. 4. Thiết bị đóng cắt: Các công tắc tơ MC dùng để đóng, cắt nguồn cấp cho bộ biến tần động cơ không đồng bộ và các thiết bị thực hiện khác. 5. Bộ biến đổi: Bộ biến tần dùng để điều khiển điện áp, tần số cấp cho động cơ theo luật điều khiển được thiết ké và lưu giữ trong CPU của biến tần, đồng thời thông qua biến tần có thể quan sát và đặt các thông số bảo vệ động cơ... 6. Động cơ thực hiện: Thông thường là động cơ điện không đồng xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc dùng để truyền động cho hệ thống. 7. Thiết bị quan sát: Máy phát tốc độ PG là thiết bị đo tốc độ động cơ và cho tín hiệu dưới dạng xung. 8. Máy tính kết nối với hệ thống: Chức năng chính của PC là để điều khiển và giám sát hệ thống. Encoder Tay điều khiển 2 bit chiều 8 bit DI PLC DO BỘ BIẾN TẦN CƠ CẤU CHẤP HÀNH MÁY TÍNH Bộ mã hoá Các hệ thống điều khiển kiểu này có rất nhiều ưu điểm hơn so với hệ điều khiển dùng công tắc tơ và rơ le như: Tạo ra được nhiều cấp tốc độ, vì vậy hệ thống hoạt động êm, độ giật nhỏ, khả năng tự động hoá cho từng cần trục, cầu trục cũng như toàn bộ hệ thống điều khiển khu vực Cảng trong bốc xếp hàng hoá. Dạng hệ thống này ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho hệ điều khiển của cần trục và cầu trục. Hình 2.4. Cấu trúc điều khiển các hệ thống dùng PLC và dùng bộ biến tần cấp cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc CHƯƠNG 3. TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CẦN TRỤC 120 TẤN 3.1. Giíi thiÖu chung Cần cẩu 120 tấn của Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng do các chuyên gia Trung Quốc và các công nhân kỹ thuật lắp đặt. Cần cẩu 120 tấn được dùng để vận chuyển nguyên liệu có trọng tải nặng lên các triền đà để phục vụ cho việc đóng mới và sửa chữa tàu Động cơ sử dụng truyền động chính cho các cơ cấu là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, đặc điểm chung của các động cơ này là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Hệ truyền động điện sử dụng điều khiển động cơ là hệ điều khiển Bộ biến tần - Động cơ. Sức nâng và các tốc độ làm việc của cần cẩu được giới hạn tới các giá trị lớn nhất nhờ công suất động cơ. Người vận hành điều khiển hoạt động của cần cẩu từ cabin lái chính, mọi chức năng vận hành cần cẩu đều nằm trong cabin chính. Ngoài ra, trong trường hợp không thể lên được cabin chính hoặc cần dừng khẩn cấp có thể điều khiển từ buồng máy và bảng điều khiển nằm ở phía chân cần cẩu. 3.2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH 3.2.1. Các thông số chính Loại cần cẩu: Cần cẩu chân đế Sức nâng của cần cầu: Cơ cấu nâng chính: 120T Cơ cấu nâng phụ: 20T Chiều cao nâng: 60m Hành trình di chuyển: Cần cẩu di chuyển dọc trên trục thanh ray, ở cuối phanh ray có các ngắt cuối hành trình để hạn chế hành trình di chuyển của cần cẩu. Khoảng cách trục bánh xe: 15m Số lượng bánh xe: Toàn bộ có 64 bánh xe đường kính 500mm, trong đó 32 bánh xe được động cơ truyền động. Chiều cao của cẩu: Xấp xỉ 90m 3.2.2. Tốc độ vận hành Tốc độ nâng: Với trọng tải 120T tốc độ nâng 17 - 40m Với trọng tải 90T tốc độ nâng 17 - 50m Với trọng tải 20T tốc độ nâng 20 - 55m Tốc độ di chuyển xe: 30m/phút Tốc độ nâng hạ cần: 20m/phút Tốc độ quay mâm: 0,33 vòng/phút 3.2.3. Các động cơ truyền động chính Do yêu cầu điều chỉnh tốc độ và trạng thái làm việc của cần cẩu nên các động cơ truyền động chính cho các cơ cấu là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Công dụng Công suất ra (kW) Tốc độ (v/p) Số lượng ĐC cơ cấu nâng hạ hàng chính 110 735 1 ĐC cơ cấu nâng hạ hàng phụ 75 975 1 ĐC nâng hạ cần 110 990 1 ĐC cơ cấu di chuyển chân đế 7,5 970 16 ĐC cơ cấu quay mâm 37 735 2 ĐC quấn cáp cấp nguồn cho cần cẩu 1,5 4 3.2.4. Cáp thép Cáp thép sử dụng cho cơ cấu nâng hạ hàng: Cơ cấu nâng chính: 2 sợi, đường kính 35,5 mm. Cơ cấu nâng phụ: 2 sợi, đường kính 25 mm. Cáp thép sử dụng cho cơ cấu nâng hạ cần: 2 sợi, đường kính 35,5mm 3.2.5. Phanh Phanh hãm là một bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu chính của cần cẩu. Phanh dùng để hãm các động cơ của các cơ cấu. Loại phanh dùng trong cần cẩu là loại phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu được đóng điện vào lưới điện thì đồng thời cuộn dây hãm của nam châm phanh hãm cũng có điện. Lực hút của nam châm thắng lực cản của lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi cắt điện, cuộn dây nam châm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động cơ, để hãm. Hình 3.1. Cấu tạo phanh NC: Cuộn dây của nam châm GPH: Đối tượng của phanh. GNC: Tự trọng của nam châm. GL: Trọng tâm của cánh tay đòn. FS1, FS2: Lực tác dụng của đai phanh lên trục động cơ. Khi cuộn dây nam châm có điện, lực hút của nam châm sẽ thắng cánh tay đòn L lên, làm cho đai phanh không ép chặt vào trục động cơ. Khi mất điện, do tự trọng của nam châm GNC và đối trọng phanh GPH, cánh tay đòn hạ xuống và vành đai ghì chặt động cơ. 3.2.6. Nguồn cấp Nguồn cấp cho cần cẩu là nguồn xoay chiều 3 pha tần số 50Hz được dẫn bởi cáp điện dài 150m. Mạch động cơ xoay chiều: AC 380V, 50Hz, 3 pha. Mạch điều khiển: AC 220V, 110V, 1 pha. Nguồn cấp cho PLC: AC 110V, 1 pha. Tín hiệu sự cố và chiếu sáng: AC220V, 1 pha Máy điều hoà không khí và quạt gió làm mát: AC380V, AC220V. Nguốn sấy cho các động cơ và thiết bị: AC380V, 1 pha. Nguồn năng lượng dự phòng: AC380V, AC220V, AC110V. 3.3. NHỮNG QUY TẮC AN TOÀN KHI VẬN HÀNH - Không được vận hành cần cẩu nếu có người ở trên các bộ phận hoạt động của cần cẩu. Chỉ được vận hành cần cẩu khi tất cả mọi người trong phạm vi an toàn. - Không được di chuyển hàng hoá, nguyên liệu khi có bất kì ai đứng trong phạm vi bán kính không an toàn của cần cẩu. - Khi di chuyển cần cẩu phải đảm bảo không có người hoặc chướng ngại vật trên đường ray. Đồng thời khi cần cẩu di chuyển phải có đèn và còi báo hiệu. - Trong trường hợp khẩn cấp nút dừng khẩn cấp được đặt trong cabin lái, buồng máy, bảng điểu khiển chân cầu thang. - Không được nâng hàng quá sức nâng cho phép. - Trước khi vận hành: Ngắt mạch nguồn sấy nóng cho động cơ, cho các thiết bị, các vi mạch. Kiểm tra động cơ (theo định kì bảo dưỡng). Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của cần cẩu (theo định kì bảo dưỡng). Kiểm tra cần điều khiển, tay quay công tắc trong cabin và buồng máy ở vị trí thích hợp. Kiểm tra thiết bị an toàn, cơ cấu phanh, các bộ hạn vị bằng cách tiến hành thử không tải. - Khi vận hành: Chú ý vật cản và nhắc nhở công nhân. Hạn chế dừng đột ngột các cơ cấu. Trước tiên phải điều khiển cơ cấu nâng ở tốc độ thấp, sau đó mới nâng ở tốc độ yêu cầu. Phải chú ý các hiện tượng bất thường của cần cẩu, nếu phát hiện thấy bất thường thì phải dừng ngay, tiến hành kiểm tra và phát hiện nếu thấy hư hỏng lập tức báo cáo với người có trách nhiệm giải quyết. - Sau khi vận hành: Tất cả các tay điều khiển đều ở vị trí dừng. Tất cả công tắc điện phía trên bàn phím phải được tắt. Cửa ra vào và cửa cabin phải được đóng và khoá. Phải ghi tất cả vào nhật kí. Đóng nguồn sấy cho động cơ và các thiết bị. 3.4. CÁCH BỐ TRÍ TRÊN CABIN ĐIỀU KHIỂN Cabin chính trên cần cẩu được đặt phía trên cao để người điều khiển có tầm quan sát rộng mọi hoạt động. Tại cabin này người điều khiển có thể thao tác vận hành di chuyển cần cẩu, nâng hạ hàng. Người điều khiển cũng có thể vận hành di chuyển cần cẩu từ bảng điều khiển nằm phía chân cần cẩu. 3.4.1. Bàn điều khiển cabin chính TT Chi tiết Chức năng Công dụng vận hành 1 Tay điều khiển Slew left Quay cần cẩu sang trái 2 Tay điều khiển Slew right Quay cần cẩu sang phải 3 Tay điều khiển Luff up Nâng cần lên 4 Tay điều khiển Luff down Hạ cần xuống 5 Công tắc nút ấn Control on Bật điều khiển 6 Công tắc Control off Tắt điều khiển 7 Đèn báo Lamp test ấn để thử chế độ làm việc của cẩu 8 Công tắc Luff word/ Maintenance Chọn chế độ làm việc cho cơ cấu nâng cần 9 Đèn báo Luff ready Cơ cấu nâng cần sẵn sàng 10 Đèn báo Slew ready Cơ cấu quay cần sẵn sàng 11 Đèn báo Luff endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng cần hoạt động 12 Đèn báo Luff maintain endpoint Dừng chế độ nâng hạ cần khi chọn chế độ bảo dưỡng 13 Công tắc nút ấn Limit bypass ấn để bỏ qua chế độ ngắt cuối 14 Công tắc nút ấn Rail brake up ấn để nhấc phanh ray trước khi cơ cấu chân đế dừng 15 Công tắc nút ấn Rail brake down ấn để hạ phanh ray sau khi cơ cấu chân đế dừng 16 Công tắc nút ấn Spare Bật nguồn dự trữ 17 Tay điều khiển Gantry lelf Di chuyển cẩu sang trái 18 Tay điều khiển Gantry right Di chuyển cẩu sang phải 19 Tay điều khiển Hoist down Hạ hàng 20 Tay điều khiển Hoist up Nâng hàng 21 Công tắc bật Main/aux.hoist Chọn cơ cấu nâng hạ (nâng chính, nâng phụ) 22 Đèn báo Main hoist ready Chế độ nâng chính sẵn sàng 23 Đèn báo Main hoist ready Chế độ nâng phụ sẵn sàng 24 Đèn báo Gantry ready Chế độ di chuyển sẵn sàng 25 Đèn báo Main hoist endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng chính hoạt động 26 Đèn báo Aux. hoist endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng phụ hoạt động 27 Đèn báo Gantry endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu di chuyển hoạt động 28 Công tắc bật Gantry local control Điều khiển cơ cấu di chuyển từ cabin 29 Công tắc bật Wiper Rửa kính và gạt nước 30 Công tắc nút ấn Alarm silence Tắt còi 31 Đèn báo Gantry tie-up Dừng di chuyển khi có sự cố 32 Công tắc nút ấn E-stop ấn để dừng tất cả mọi hoạt động 33 Công tắc nút ấn Main contactor on Bật công tắc tơ chính 34 Công tắc nút ấn Main contactor off Tắt công tắc tơ chính 35 Công tắc nút ấn Solalert buzzer Bật còi báo 36 Công tắc bật Volt switch Bật đồng hồ vônkế 3.4.2. Bảng điều khiển (nằm ở phía dưới cần cẩu) TT Chi tiết Chức năng Công dụng và vận hành 1 Công tắc Gantry left Di chuyển cẩu sang trái 2 Công tắc Gantry right Di chuyển cẩu sang phải 3 Công tắc Gantry stop Dừng di chuyển 4 Công tắc Rail brake up ấn để nhấc phanh ray trước khi cơ cấu chân đế di chuyển 5 Công tắc Rail brake down ấn để hạ phanh ray sau khi cơ cấu chân đế dừng 6 Đèn báo Gantry local control Điều khiển cơ cấu di chuyển từ bảng điều khiển CHƯƠNG 4. CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG VÀ CƠ CẤU TẦM VỚI 4.1. CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG Chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng. Gồm hai cơ cấu: -Cơ cấu nâng chính. -Cơ cấu nâng phụ. Việc lựa chọn chế độ làm việc được thực hiện bởi người điều khiển. Đặc điểm của cơ cấu này là các động cơ truyền động làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Hệ thống điều khiển của cơ cấu là hệ điều khiển logic khả trình PLC. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ được thực hiện bởi bộ biến tần. 4.1.1. Cơ cấu nâng chính Cơ cấu nâng chính được sử dụng khi tải trọng hàng lớn, khi đó động cơ chính truyền động cho cơ cấu có công suất lớn, mômen khởi động lớn. 1. Giới thiệu các phần tử cơ bản trong sơ đồ mạch điện a. Sơ đồ mạch điện Hình 4.1. Sơ đồ mạch động lực của cơ cấu nâng chính Hình 4.2. Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu nâng chính b. Giới thiệu phần tử A013A: Bộ biến tần A301B: Bộ điều khiển chính nối với điện trở hãm A301C: Bộ điều khiển phụ nối với điện trở hãm A124B: Bộ hiển thị mô men A124C: Đồng hồ cảm biến tốc độ gió F301A: Cầu chì bảo vệ L301A: Cuộn kháng lọc dòng K312B: Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ chính K833A: Công tắc tơ cấp nguồn cho quạt gió K833B: Công tắc tơ cấp nguồn cho phanh M301: Động cơ truyền động chính M302A: Quạt gió làm mát cho động cơ chính R301A: Điện trở hãm R301B: Điện trở hãm Y302A: Phanh của động cơ chính K122A: Rơle bảo vệ quá tốc làm việc cho phép K302A: Rơle bảo vệ quá tải cho quạt gió K302B: Rơle bảo vệ quá tải cho phanh Q302A: Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q302B: Cầu dao đóng cấp nguồn cho phanh S311A: Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ S810: Tay điều khiển của cơ cấu có 15 vị trí. Có 7 vị trí phía nâng và 7 vị trí phía hạ S812A: Công tắc hành trình ngắt cuối của phanh S812B: Công tắc lựa chọn cho cơ cấu làm việc S813A: Công tắc hành trình giới hạn nâng (trong khoảng thời gian lớn) S813B: Công tắc hành trình giới hạn nâng chậm (trong khoảng thời gian lớn) S813C: Công tắc hành trình giới hạn chậm S813D: Công tắc hành trình giới hạn S813E: Công tắc hành trình giới hạn nâng (trong khoảng thời gian nhỏ) S813F: Công tắc hành trình giới hạn nâng chậm (trong khoảng thời gian nhỏ) S124A: Sensor cảm biến tải trọng của cơ cấu nâng chính 312H: Đồng hồ hiển thị thời gian làm việc của cơ cấu nâng chính c. Bảng thống kê các đầu vào / ra PLC Bảng 4.1. Bảng thống kê đầu vào Địa chỉ Ý nghĩa Địa chỉ Ý nghĩa I02.00 Control on I03.00 Tay điều khiển ở vị trí cấp tốc độ 0 I02.01 Control off I03.01 Nâng cấp tốc độ 1 I02.02 Tín hiệu không tải I03.02 Hạ cấp tốc độ 1 I02.03 Đèn kiểm tra I03.03 Cấp tốc độ 2 I02.04 Quá tải hành trình hạ chậm I03.04 Cấp tốc độ 3 I02.05 Quá tải I03.05 Cấp tốc độ 4 I02.06 Cảnh báo gió I03.06 Cấp tốc độ 5 I02.07 Công tắc tơ chính I03.07 Cấp tốc độ 6 I02.08 Quá tốc nâng hạ hàng chính I03.08 Cấp tốc độ 7 I02.09 Quá tốc nâng hạ hàng phụ I03.09 Cầu chì bảo vệ I02.10 Quá tốc nâng hạ cần I03.10 Báo lỗi bộ biến tần I02.11 Rơle cơ cấu nâng hạ chính I03.11 Rơle bảo vệ của bộ biến tần I02.12 Cấp nguồn cơ cấu nâng hạ chính I03.12 Rơle bảo vệ của bộ biến tần I02.13 Cấp nguồn hệ thống điều khiển cơ cấu nâng hạ phụ I03.13 Đóng Aptômát cho quạt gió I02.14 Control on I03.14 Đóng Aptômát cho phanh I02.15 Control off I03.15 Quá tải quạt gió I04.00 Phanh quá tải I04.08 Giới hạn nâng (trong khoảng thời gian lớn) I04.01 Công tắc tơ của phanh I04.09 Giới hạn nâng chậm (trong khoảng thời gian lớn) I04.02 Nguồn UCP3 I04.10 Giới hạn hạ chậm I04.03 Công tắc tơ động cơ nâng hạ chính I04.11 Giới hạn chậm I04.04 Động cơ quá nóng I04.12 Giới hạn nâng (trong khoảng thời gian nhỏ) I04.05 I04.13 Giới hạn nâng chậm (trong khoảng thời gian nhỏ) I04.06 Chọn chế độ công tác I04.14 I04.07 Bảng 4.2. Bảng thống kê đầu ra Địa chỉ Ý nghĩa Địa chỉ Ý nghĩa Q14.00 Đèn báo control on Q14.08 Tín hiệu ra đóng công tắc tơ của quạt gió Q14.01 Đèn báo control off Q14.09 Tín hiệu điều khiển đóng công tắc tơ của phanh Q14.02 Đèn báo nguồn cơ cấu nâng hạ chính bật Q14.10 Tín hiệu ra chọn chế độ hoạt động Q14.03 Đèn báo nguồn cơ cấu nâng hạ chính tắt Q14.11 Tín hiệu điều khiển đóng công tắc tơ cho cơ cấu nâng hạ chính Q14.04 Còi báo Q14.12 Tín hiệu ra điều khiển đóng cấp nguồn cho đèn báo sẵn sàng hoạt động Q14.05 Bảo dưỡng cơ cấu nâng hạ cần Q14.13 Tín hiệu ra điều khiển đóng cấp nguồn cho đèn báo công tắc ngắt cuối của cơ cấu hoạt động 2. Nguyên lý hoạt động và các bảo vệ chính a. Nguyên lý hoạt động Sau khi đóng cầu dao chính Q099A cấp nguồn cho toàn bộ cần cẩu. Xác định trạng thái làm việc bằng các đèn tín hiệu trong buồng điều khiển. Tiếp đến ta đóng cầu dao cấp nguồn cho động cơ chính, quạt gió và phanh. Sau đó ta chọn chế độ làm việc của cơ cấu bằng công tắc S812B để chọn cơ cấu nâng chính hay nâng phụ. Điều khiển nâng hạ hàng lên xuống bằng cách điều khiển tay nâng hạ hàng lên xuống. Lúc đó PLC xử lý và cấp tín hiệu tới bộ biến tần điều khiển động cơ quay thuận hoặc quay ngược. Khi đó đầu vào: I03.09 = 1: Tiếp điểm bảo vệ ngắn mạch cho động cơ nâng chình 301A vẫn đóng mạch I03.13 = 1: Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q302A I03.14 = 1: Cầu dao đóng cấp nguồn cho phanh Q302B I03.15 = 1: Rơle bảo vệ quá tải cho quạt gió vẫn đóng mạch I04.00 = 1: Rơle bảo vệ quá tải cho phanh vẫn đóng mạch I04.04 = 1: Tiếp điểm bảo vệ quá nhiệt cho động cơ vẫn đóng mạch I04.06 = 1: Chọn cơ cấu nâng chính I04.08 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ cơ cấu nâng hạ hàng đóng mạch I04.09 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ nâng hàng chậm đóng mạch I04.10 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn hạ hàng xuống chậm đóng mạch I04.11 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn hạ hàng đóng mạch Khi ta di chuyển tay điều khiển của cơ cấu thì tùy thuộc vào việc điều khiển lên hay xuống và vị trí tay điều khiển mà đầu vào từ I03.00 đến I03.08 của PLC xác định trạng thái bằng 1. Lúc đó đầu ra của PLC có tín hiệu: Q14.08 = 1 → K833A = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho quạt gió M302 Q14.09 = 1 → K833B = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho phanh Y302A → đóng tiếp điểm (23,24)312(6B) = 1 → đóng cấp nguồn cho bộ hiển thị thời gian làm việc của cơ cấu Q14.10 = 1 → K833C = 1 → đóng tiếp điểm (13,14)124(6E) = 1 → đưa bộ hiển thị mômen của cơ cấu nâng chính vào làm việc Q14.11 = 1 → K833D = 1 → K312B = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho động cơ chính M301A Q14.12 = 1 → L833E = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho đèn báo cơ cấu sẵn sàng làm việc Q14.13 = 1 → L833F = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho đèn báo công tắc ngắt cuối của cơ cấu sẵn sàng làm việc Nếu vì lí do nào đó mà công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ và phanh không hoạt động thì PLC xử lý và ngắt tín hiệu đầu ra. Tùy vị trí tay điều khiển mà PLC xử lý và cấp tín hiệu điều khiển cho bộ biến tần với mạch điều chế độ rộng xung để có được điện áp và tần số ra phù hợp với tốc độ đặt của tay điều khiển. Bộ điều khiển A301A, A301B nối với điện trở hãm R301A, R301B để điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động. Bộ điều khiển này được nối với chân D+ và D- của bộ biến tần. Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ đưa về bộ biến tần điều khiển điện áp cho phù hợp với vị trí của tay điều khiển và phù hợp với sự thay đổi của tải. Cảm biến S124A là cảm biến cầu 4 điện trở, đóng vai trò cảm biến tải trọng của cơ cấu: Khi không tải cảm biến sẽ đưa tín hiệu tới đầu vào I02.02 Khi có tải cảm biến sẽ đưa tín hiệu tới đầu vào I02.04 Khi quá tải cảm biến sẽ đưa tín hiệu tới đầu vào I02.05 b. Các bảo vệ chính Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ có cảm biến nhiệt điện trở đặt ngay trong cuộn dây của động cơ. Bảo vệ quá tải cho phanh là rơle nhiệt K302B Bảo vệ quá tải cho quạt gió là rơle nhiệt K302A Bảo vệ quá tốc làm việc cho cơ cấu bằng rơle K122A, khi hoạt động rơle này sẽ đóng tiếp điểm (23,24)809(3B) = 1, đưa tín hiệu vào đầu vào I02.08 Bảo vệ ngắn mạch cấp cho bộ biến tần – động cơ bằng cầu chì F301A. Bảo vệ an toàn bằng cơ cấu phanh và công tắc ngắt cuối hành trình. Bảo vệ khi mất mạch nguồn mạch điều khiển bằng công tắc tơ K312A. Bảo vệ bộ biến tần có sự cố bằng tiếp điểm (4,5)811(4B) = 1. Bảo vệ không: khi cơ cấu đang làm việc mà vì lý do nào đó mất nguồn cấp, thì khi có nguồn trở lại phải đưa tay điều khiển về vị trí không sau đó mới bắt đầu điều khiển hệ thống làm việc trở lại. Bảo vệ cơ cấu khi quá tốc độ gió cho phép: khi quá tốc độ gió cho phép thì đồng hồ đo tốc độ gió A124C sẽ đóng tiếp điểm đưa tín hiệu tới đầu vào I02.06. 4.1.2. Cơ cấu nâng phụ Cơ cấu nâng phụ được sử dụng khi tải trọng hang nhỏ dưới 20 T, khi đó động cơ chính truyền động cho cơ cấu có công suất nhỏ, tốc độ nâng hàng sẽ nhanh hơn. 1. Giới thiệu phần tử a. Sơ đồ mạch điện cơ cấu nâng phụ Hình 4.3. Sơ đồ mạch động lực cơ cấu nâng phụ Hình 4.4. Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu nâng phụ b. Giới thiệu phần tử F401A: Cầu chì bảo vệ L401A: Cuộn kháng lọc dòng A401A: Bộ biến tần R401A: Điện trở hãm A401B: Bộ điều khiển nối với điện trở hãm K412B: Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ chính M401: Động cơ truyền động chính M402A: Quạt gió làm mát cho động cơ chính Y402A: Phanh của động cơ chính S411A: Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ Q402A: Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q402B: Cầu dao đóng cấp nguồn cho phanh K834A: Công tắc tơ cấp nguồn cho quạt gió K834B: Công tắc tơ cấp nguồn cho phanh K402A: Rơ le bảo vệ quá tải cho quạt gió K402B: Rơ le bảo vệ quá tải cho phanh S810: Tay điều khiển của cơ cấu có 15 vị trí. Có 7 vị trí phía nâng và 7 vị trí phía hạ S811A: Công tắc hành trình ngắt cuối của phanh S812B: Công tắc lựa chọn cơ cấu làm việc S816A: Công tắc hành trình giới hạn nâng (Trong một khoảng thời gian lớn) S816B: Công tắc hành trình giới hạn nâng chậm (Trong một khoảng thời gian lớn) S816C: Công tắc hành trình giới hạn hạ chậm S816D: Công tắc hành trình giới hạn hạ S816E: Công tắc hành trình giới hạn nâng (Trong một khoảng thời gian nhỏ) S816F: Công tắc hành trình giới hạn nâng chậm (Trong một khoảng thời gian nhỏ) S125A: Sensor cảm biến tải trọng của cơ cấu nâng phụ 412H: Đồng hồ hiển thị thời gian làm việc của cơ cấu c. Bảng thống kê các đầu vào/ ra PLC Bảng 4.3. Bảng thống kê đầu vào Địa chỉ Ý nghĩa Địa chỉ Ý nghĩa I05.00 Tín hiệu vào của cầu chì bảo vệ cơ cấu nâng phụ I05.10 Tín hiệu vào báo tt công tắc tơ của động cơ nâng hạ I05.01 Báo lỗi từ biến tần I05.11 Quá tải động cơ nâng hạ I05.02 Rơ le bảo vệ của bộ biến tần I05.12 Báo tt công tắc hành trình ngắt cuối của phanh I05.03 Rơ le bảo vệ của bộ biến tần I05.13 Tín hiệu vào báo quá tải trọng I05.04 Tín hiệu vào bảo vệ aptômát của quạt gió I06.00 Giới hạn nâng (Trong khoảng thời gian lớn) I05.05 Tín hiệu vào bảo vệ aptômát của phanh I06.01 Giới hạn nâng chậm (Trong khoảng thời gian lớn) I05.06 Tín hiệu vào cảnh báo quá tải quạt gió I06.02 Giới hạn hạ chậm I05.07 Tín hiệu vào cảnh báo quá tải phanh I06.03 Giới hạn hạ I05.08 Tín hiệu vào báo trạng thái công tắc tơ của phanh I06.04 Giới hạn nâng (Trong khoảng thời gian nhỏ) I05.09 Tín hiệu vào báo trạng thái của nguồn UCP4 I06.05 Giới hạn nâng chậm (Trong khoảng thời gian nhỏ) Bảng 4.4. Bảng thống kê đầu ra Địa chỉ Ý nghĩa Q15.00 Cấp nguồn cho công tắc tơ quạt gió Q15.01 Cấp nguồn cho công tắc tơ phanh Q15.02 Cấp nguồn cho công tắc tơ chính Q15.03 Đèn báo hệ thống sẵn sàng làm việc Q15.04 Giới hạn hành trình nâng phụ 2. Nguyên lý hoạt động và các bảo vệ chính a. Nguyên lý hoạt động Sau khi đóng cầu dao chính Q099A cấp nguồn cho toàn bộ cần cẩu, xác định trạng thái làm việc bằng các đèn báo trong buồng điều khiển. Tiếp đến ta đóng cầu dao cấp nguồn cho động cơ chính, quạt gió và phanh. Chọn chế độ làm việc của cơ cấu bằng công tắc S812B để chọn cơ cấu nâng phụ. Điều khiển nâng hạ hàng nên xuống bằng cách di chuyển tay điều khiển lên hay xuống. Lúc đó PLC xử lý và cấp tín hiệu tới bộ biến tần để điều khiển động cơ quay thuận hoặc quay ngược. Khi đó đầu vào: I05.00 = 1: Tiếp điểm cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho cơ cấu nâng phụ F401A vẫn đóng mạch I05.04 = 1: Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q402A I05.05 = 1: Cầu dao đóng cấp nguồn cho phanh Q402B I05.06 = 1: Rơ le bảo vệ quá tải cho các quạt gió vẫn đóng mạch I05.07 = 1: Rơ le bảo vệ quá tải cho phanh vẫn đóng mạch I05.11 = 1: Tiếp điểm bảo vệ quá nhiệt cho động cơ vẫn đóng mạch I06.00 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn nâng hàng đóng mạch I06.01 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn nâng hàng chậm đóng mạch I06.02 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn hạ hàng chậm đóng mạch I06.03 = 1: Tiếp điểm của công tắc hành trình bảo vệ giới hạn hạ hàng đóng mạch Khi ta di chuyển tay điều khiển cơ cấu thì tùy thuộc vào việc điều khiển nâng hay hạ và vị trí của tay điều khiển mà các đầu vào từ I05.00 đến I05.08 của PLC xác định các trạng thái bằng 1. Lúc đó đầu ra của PLC có tín hiệu: Q15.00 = 1 → K834A = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho quạt gió M402 Q15.01 = 1 → K834B = 1 → đóng tiếp điểm cấp nguồn cho phanh Y402A → đóng tiếp điểm (23,24)216(6B) = 1 → đóng cấp nguồn cho bộ hiển thị thời gian làm việc của cơ cấu. Q15.02 = 1 → K834C = 1 → đóng tiếp điểm (13,14)412(4B) = 1 → K421B = 1 → đóng các tiếp điểm của công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ chính M301A. Q15.03 = 1 → L834D = 1 → đóng cấp nguồn cho đèn báo cơ cấu sẵn sàng làm việc. Q15.04 = 1 → L834E = 1 → đóng cấp nguồn cho đèn báo công tắc ngắt cuối của cơ cấu hoạt động. Nếu vì lý do nào đó mà công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ và phanh không hoạt động thì PLC xử lý và ngắt tín hiệu ở đầu ra PLC. Tùy vị trí tay điều khiển mà PLC xử lý và cấp tín hiệu điều khiển bộ biến tần với mạch điều chế độ rộng xung để có được điện áp và tần số ra phù hợp với tốc độ đặt của tay điều khiển. Bộ điều khiển A401B nối với điện trở hãm R401A điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động. Bộ điều khiển này được nối với chân D+ và D- của bộ biến tần. Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ đưa về bộ biến tần, từ đó bộ biến tần sẽ điều khiển điện áp cho phù hợp với vị trí của tay điều khiển và phù hợp với sự thay đổi của tải. Cảm biến S125A là cảm biến 4 cầu điện trở, đóng vai trò là cảm biến tải trọng của cơ cấu. Khi quá tải cảm biến sẽ đưa tín hiệu tới đầu vào I05.13. b. Các bảo vệ chính Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ có các cảm biến nhiệt điện trở đặt ngay trong cuộn dây của động cơ. Bảo vệ quá tải cho phanh bằng rơ le nhiệt K402B. Bảo vệ quá tải cho quạt gió bằng rơ le nhiệt K402A. Bảo vệ quá tốc độ làm việc của cơ cấu bằng rơ le K122A, khi hoạt động rơ le sẽ đóng tiếp điểm (23,24)809(3B) = 1 → đưa tín hiệu tới đầu vào I02.08. Bảo vệ ngắn mạch cho mạch cấp cho bộ biến tần – động cơ bằng cầu chì F401A. Bảo vệ an toàn bằng cơ cấu phanh và các công tắc ngắt cuối hành trình. Bảo vệ mất nguồn mạch điều khiển bằng công tắc tơ K412A. Bảo vệ khi bộ biến tần làm việc có sự cố, khi đó thì tiếp điểm (4,5)814(2B) đóng. Bảo vệ không: Giả sử cơ cấu đang làm việc mà vì một lý do nào đó mất nguồn cấp thì khi có nguồn trở lại ta phải đưa tay điều khiển về vị trí không thì quá trình hoạt động mới trở lại bình thường. Bảo vệ cơ cấu khi quá tốc độ gió cho phép bằng đồng hồ đo tốc độ gió A124C. Bộ điều khiển của cơ cấu nâng hạ hàng là bộ điều khiển logic khả trình PLC. Vì vậy khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động của cơ cấu với mục đích muốn tiếp cận và làm quen với một ngôn ngữ của PLC em đã viết chương trình điều khiển cho cơ cấu bằng PLC s& - 300. Sau đây là chương trình điều khiển: 4.2. CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦN Chuyển động lên xuống theo trục thẳng đứng nhằm thay đổi tầm với hàng. Việc nâng hạ cần được thực hiện bởi 1 động cơ chính được cấp nguồn từ bộ biến tần, đặc điểm của động cơ của cơ cấu này là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. 4.2.1. Giới thiệu các phần tử cơ bản trong sơ đồ mạch điện 1. Sơ đồ mạch điện Hình 4.5: Sơ đồ động lực của cơ cấu nâng hạ cần Hình 4.6: Sơ đồ mạch điều khiển của cơ cấu nâng hạ cần 2. Giới thiệu phần tử A501A: Bộ biến tần. A501B: Bộ điều khiển chính nối với điện trở hãm. A501C: Bộ điều khiển phụ nối với điện trở hãm. F501A: Cầu chì bảo vệ. L501A: Cuộn kháng lọc dòng. K512B: Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ chính. K835F: Công tắc tơ cấp nguồn cho quạt gió. K835C, K835D: Công tắc tơ cấp nguồn cho phanh. K835B: Công tắc tơ cấp nguồn dự phòng. M501: Động cơ truyền động chính. M502A: Quạt gió làm mát cho động cơ chính. R501(A,B): Điện trở hãm. K122C: Rơle bảo vệ quá tốc độ. Y502A,Y502B: Phanh của động cơ chính. K502A: Rơle bảo vệ quá tải cho quạt gió. K502B, K502C: Rơle bảo vệ quá tải cho phanh. Q502B: Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió. Q502C, Q502D: Cầu dao đóng cấp nguồn cho phanh. Q502E: Cầu dao cấp nguồn dự phòng. S511A: Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ. S817: Tay điều khiển cảu cơ cấu có 15 vị trí.Có 7 vị trí phía nâng, 7 vị trí phía hạ. S819A: Công tắc chọn chế độ làm việc hay chế độ bảo dưỡng. S819(B,C): Công tắc hành trình ngắt cuối của phanh, dung đưa điện trở kinh tế vào cuộn dây phanh. S820A: Công tắc hành trình giới hạn hạ cần của cơ cấu trong chế độ bảo dưỡng. S820B: Công tắc hành trình giới hạn hạ cần xuống chấm của cơ cấu trong chế độ bảo dưỡng. S828C: Công tắc hành trình giới hạ cần. S828D: Công tắc hành trình giới hạn hạ cần xuống chậm. S828E: Công tắc hành trình khi tải trọng quá 120T. S828F: Công tắc hành trình khi tải trọng quá 120T hạ cần xuống chậm. S828G: Công tắc hành trình giới hạn bảo vệ nâng cần. S828H: Công tắc hành trình giới hạn bảo vệ nâng cần chậm. S824C: Sesor cảm biến của cơ cấu. 4.2.2. Nguyên lí hoạt động Sau khi đóng cầu dao chính Q099A cấp nguồn cho toàn bộ cần cẩu xác định trạng thái làm việc bằng các đèn hiệu trong buồng điều khiển. Đóng cầu dao nguồn cho cơ chính, quạt gió, phanh, nguồn dự trữ. Chọn chế độ làm việc của cơ cấu bằng công tắc S819A để chọn chế độ làm việc hoặc bảo dưỡng cho cẩu. Điều khiển cần lên xuống ( hay thay đổi tầm với của cẩu ) bằng cách điều khiển tay điều khiển lên xuống. Lúc đó PLC xử lý và cấp tín hiệu tới bộ biến tần điều khiển động cơ quay thuận hoặc quay ngược. Khi đó đầu vào: -07.09 = 1 Tiếp điểm cầu chì bảo vệ ngắn mạch vẫn đóng mạch. -07.13 = 1 Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q502B. -07.14 = 1 Cầu dao đóng cấp nguồn cho quạt gió Q502(C,D)=1. -07.15 = 1 Rơle bảo vệ quá tải cho các quạt gió vẫn đóng mạch. -08.00 = 1 Rơle bảo vệ quá tải cho phanh vẫn đóng mạch. -08.03 = 1 Tiếp điểm bảo vệ quá nhiệt cho động cơ vẫn đóng mạch. -08.08 = 1 Tiếp điểm côngtăc hành trình bảo vệ giới hạn hạ cần trong chế độ bảo dưỡng đóng. -08.09 = 1 Tiếp điểm côngtăc hành trình bảo vệ giới hạn cần xuống chậm trong chế độ bảo dưỡng -08.10 = 1 Tiếp điểm côngtăc hành trình bảo vệ giới hạn cần đóng. -08.11 = 1 Tiếp điểm công tắc hành trình bảo vệ giới hạn cần xuống chậm đóng. -08.12 =1 Tiếp điểm công tắc hành trình bảo vệ giới hạn khi tải trọng hang quá 120T. -08.13 = 1 -08.14 = 1 Tiếp điểm công tắc hành trình bảo vệ giới hạn nâng cần lên chậm đóng. -08.15 = 1 Tiếp điểm công tắc hành trình bảo vệ giới hạn nâng cần lên đóng. Đưa tay điều khiển điều khiển cơ cấu. Lúc đó tuỳ thuộc vào việc điều khiển cần lên xuống mà đầu vào 07.00 07.08 của PLC xác định các trạng thái bằng 1 Lúc đó đầu ra PLC có tín hiệu: -15.10 = 1 K835C = 1 đóng tiếp điểm cấp nguồn phanh 1Y502A. K835C = 1 (23, 24)512(5B) = 1 cấp nguồn cho đồng hiển thị thời gian làm việc của cơ cấu. -15.11=1K835B=1đóng tiếp điểm cấp nguồn cho phanh 2Y502A. -15.12=1K835E=1K512B=1đóng cấp nguồn cho động cơ chính từ bộ biến tần. -15.13=1K835F=1đóng cấp nguồn cho quạt gió. -15.14=1L835G=1đóng cấp nguồn cho đèn báo cơ cấu sẵn sang làm việc. -15.15=1L835H=1đóng cấp nguồn cho đèn báo công tắc ngắt cuối của cơ cấu hoạt động. Khi mạch cung cấp nguồn chính có sự cố thì người điều khiển có thể dung mạch cấp nguồn phụ bằng cách sử dụng nút ấn từ bàn điều khiển, khi đó đầu ra của PLC: -15.08=1K835A=1 -15.09=1K835B=1đóng tiếp điểm đưa mạch nguồn dự phòng vào sử dụng. Nếu vì lí do nào đó mà công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ và phanh không hoạt động thì PLC xử lí và ngắt tín hiệu đầu ra PLC. Bộ điều khiển A501B,A501C nối với điện trở hãm R501B,R501C điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động.Bộ điều khiển này được nối với chân D+,D- của bộ biến tần. Bộ phát xung phản hồi tín hiệu tốc độ đưa về bộ biến tần điều khiển điện áp ra sao cho phù hợp với vị trí tay điều khiển và phù hợp với sự thay đổi của tải. 4.2.3. Bảo vệ cho cơ cấu -Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ bằng các tiếp điểm nhiệt ngay trong động cơ. -Bảo vệ quá tải cho phanh là rơle nhiệt: K502C,K502D. -Bảo vệ quá tải cho quạt gió là rơle nhiệt: K502A. -Bảo vệ quá tốc độ làm việc của cơ cấu: rơle K122C,khi hoạt động sẽ đóng tiếp điểm (23,24)809(3B)=1 đưa tín hiệu vào đầu vào 02.10. -Bảo vệ ngắn mạch cho mạch cấp nguồn biến tần động cơ: cầu chì F501A. -Bảo vệ an toàn bằng cơ cấu phanh và các công tắc ngắt cuối hành trình. -Bảo vệ khi mất nguồn mạch điều khiển: công tắc tơ K512A. -Bảo vệ khi bộ biến tần làm việc có sự cố bất thường thì tiếp điểm (4_5)818(4B)=1. -Bảo vệ không: cơ cấu đang làm việc mà vì lí do nào đó mất nguồn cấp thì khi có điện trở lại thì phải đưa tay điều khiển về vị trí không sau đó điều khiển hệ thống mới hoạt động. KẾT LUẬN Sau một quá trình nỗ lực cố gắng hoàn thành đồ án với đề tài được giao, bản đồ án của em đã đạt được một số nội dung cơ bản sau: - Tìm hiểu tổng quan về nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, hệ thống cung cấp điện của nhà máy. - Tìm hiểu trang bị điện - điện tử của cần cẩu 120 tấn. - Đi sâu vào nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hai cơ cấu nâng hạ hàng và nâng hạ cần. Tuy nhiên đồ án vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhất định: Chưa đi tìm hiểu về bộ biến tần điều chỉnh tốc độ của các động cơ truyền động. Chương trình điều khiển của cơ cấu nâng hạ chính viết trên PLC – S7 300 chưa thật hoàn thiện. Mặc dù em đã rất cố gắng, nhưng do trình độ còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót và sơ sài. Vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy, cô giáo để bản đồ án hoàn thiện hơn. Hải phòng, ngày tháng năm 2009 Sinh viên thực hiện Cù Văn Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Lan Anh (1996) Trang bị điện - Điện tử máy công nghiệp dùng chung, Nhà xuất bản giáo dục. [2]. Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễu -Nguyễn Thị Hiền ( 1996) Truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội . [3]. Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Trọng Quế - Nguyễn Văn Hoà - Nguyễn Thị Vấn (1996). Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý, Nhà xuất bản giáo dục. [4]. Trần Khánh Hà (1997). Máy điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [5]. Nguyễn Bính (2005). Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội . [6]. Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh (2005). PLC S7-300, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [7]. Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình (2006). Trang bị điện - điện tử tự động hoá cầu trục và cần trục. NXB KH&KT, Hà Nội. MỤC LỤC