Thiết kế mạch điều khiển mạch lực cho công nghệ máy vận chuyển

Có file mềm trong bài, đã chụp hình.Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực cho công nghệ máy vận chuyển ( mạch điều khiển lôgic dùng PLC hoặc bộ lập trình cỡ nhỏ logo,zen…)Chương 1: Tổng quan chung về công nghệ1. Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận chuyển.Máy vận chuyển là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng trên công trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, trong hải cảng... Theo chức năng, máy vận chuyển được chia ra làm hai loại:Máy vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao.Máy vận chuyển lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.Máy vận chuyển trong bài có thể di chuyển phụ tải theo hai phương: phương nằm ngang và phương thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt trên cần trục.Chế độ làm việc của các cơ cấu vận chuyển được xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của máy vận chuyển trong dây truyền sản xuất. Nhìn chung, các thiết bị điện máy vận chuyển làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị quá tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều...Từ những đặc điểm của hệ thống máy vận chuyển nói chung, có thể đưa ra các yêu cầu công nghệ cơ bản của hệ thống máy vận chuyển:Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản. Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng. Cầu trục phải được bảo vệ chống quá tải và chống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động lựcQuá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn. Sơ đồ điều khiển chung cho cả hai động cơ.Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác.Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ điều khiển nhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ cấu khi chúng vượt quá giới hạn cho phép.Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới.Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điều khiển phải làm việc tin cậy trong các điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành.

Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực cho

công nghệ máy vận chuyển ( mạch điều khiển lôgic dùng PLC

B L X’ L’

A,B,C công tắc hành trình dạng xung

Sử dụng động cơ KĐB có Pđm= 27 (KW); Uđm = 380 V; cosφ= 0.76; nđm = 972 v/phút; ᶯđm = 0.85;

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1: Tổng quan chung về công nghệ

Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực ( có đầy đủ cácthiết bị bảo vệ )

Chương 3: Tính chọn thiết bị

Chương 4: Kết luận

Ngày giao đề : ………… Ngày hoàn thành :………

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại

nước trong khu vực và trên thế giới Các công nghệ tiên tiến,các dây chuyền và thiết bị hiện đại đang từng ngày, từng giờđược ứng dụng vào sản xuất Với vai trò là mũi nhọn của kỹthuật hiện đại, lĩnh vực tự động hóa đang phát triển với tốc độngày càng cao Trong quá trình sản xuất, việc tự động hóa mộtdây chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng Nó là cầu nốigiữa các hạng mục sản xuất, giữa các phân xưởng trong nhàmáy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền Việc điềukhiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũngngày càng đa dạng và phức tạp.

Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhàmáy công nghiệp hiện đại là hệ thống máy vận chuyển rải liệu.Máy vận chuyển là một thiết bị vận chuyển, nâng hạ và dichuyển sảm phẩm trong nhà máy, năng suất của máy ảnhhưởng rất lớn đến đến năng suất chung của nhà máy Vì vậy,các thiết bị điện và hệ thống điều khiển của cần trục phải đảmbảo việc tiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thaotác đơn giản, cũng như đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầucông nghệ của hệ thống

Đồ án “ Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho

công nghệ máy vận chuyển”, nhằm mục đích cho sinh viên

tiếp xúc làm quen với các hệ thống vận chuyển Sử dụng nhữngphương pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làmquen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạchđiều khiển Trang bị cho chúng ta những kiến thức cơ bản trướckhi ra trường

Trong quá trình thiết kế chúng em đã được sự chỉ dẫn tận

tình của thầy abc, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trong

thời gian ngắn cùng với kiến thức và kinh nghiệm có hạn, trong

đồ án này không tránh khỏi những sai sót, chúng em mongnhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!

Chương 1: Tổng quan chung về công nghệ

1 Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận chuyển.

Máy vận chuyển là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng trên công trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, trong hải cảng Theo chức năng, máy vận chuyển được chia ra làm hai loại:

- Máy vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao

- Máy vận chuyển lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí

để lắp ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.Máy vận chuyển trong bài có thể di chuyển phụ tải theo hai phương: phương nằm ngang và phương thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt trên cần trục

Chế độ làm việc của các cơ cấu vận chuyển được xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của máy vận chuyển trong dây truyền sản xuất Nhìn chung, các thiết bị điệnmáy vận chuyển làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị quá tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều

Từ những đặc điểm của hệ thống máy vận chuyển nói chung,

có thể đưa ra các yêu cầu công nghệ cơ bản của hệ thống máy vận chuyển:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng Cầu trục phải được bảo vệ chống quá tải và chống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động lực

- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn Sơ

đồ điều khiển chung cho cả hai động cơ

- Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác

- Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ

đồ điều khiển nhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ cấu khi chúng vượt quá giới hạn cho phép

- Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới

- Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điều khiển phải làm việc tin cậy trong các điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành

P

- Bộ truyền động: Toàn bộ chuyển động do hai động cơ KĐB.

Động cơ 1 cho phép chuyển động theo phương nằm ngang:sang phải hoặc sang trái

Động cơ 2 cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng:xuống dưới và lên trên

- Bộ công tắc hành trình dạng xung: các công tắc hành trình tựphục hồi A,B,C

- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm

3 Động cơ không đồng bộ

3.1 Khái niệm

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều làmviệc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khácvới tốc độ từ trường quay trong máy

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sảnxuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, tin cậy cao, vậnhành đơn giản, hiệu suất cao, và gần như không cần bảo trì Dảihoạt động từ vài Watt đến 10.000hp Các động cơ từ 5hp trở lênhầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha

3.2 Phân loại

Có thể phân động cơ không đồng bộ thành hai nhómchính:

a Động cơ không đồng bộ một pha.

Chỉ có một cuộn dây stato, hoạt động bằng nguồn điệnmột pha, có một rôto lồng sóc và cần một thiết bị để khởi độngđộng cơ

Hiện nay, đây là loại động cơ phổ biến nhất sử dụng trong cácthiết bị tại gia đình như quạt, máy giặt, máy sấy quần áo và cócông suất trong khoảng 3 - 4 mã lực

b Động cơ không đồng bộ ba pha.

Từ trường quay do nguồn cung ba pha cân bằng sinh ra.Những động cơ loại này có năng lực công suất cao hơn, có thể

có rotor lồng sóc hoặc rotor dây quấn (khoảng 90% là có rotorlồng sóc), và tự khởi động

Ước tính khoảng 70% động cơ trong công nghiệp thuộc loạinày, chúng được sử dụng trong máy bơm, máy nén, băng tải,lưới điện công suất cao và máy mài Chúng thích hợp trong dải

- Phần quay hay còn gọi là rotor

3.3.1 Phần tĩnh ( hay Stator ):

a Vỏ máy

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn Thường

võ máy làm bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tươngđối lớn ( 1000 kw ) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏmáy ,tùy theo cách làm nguội ,máy và dạng vỏ máy cũngkhác nhau

b Lõi thép

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từtrường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằngnhững lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đườngkính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấmthép tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trênthì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt ghép lại thànhkhối tròn

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bềmặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõithép ngắn thì có thể ghép thành một khối nếu lõi thép quádài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6đến 8 cm đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt Mặt trongcùa lá thép có sẽ rảnh để dặt dây quấn

c Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và đượccách điện tốt với lõi thép Dây quấn phấn ứng là phần dâybằng đồng được trong các rãnh phần ứng và làm thành mộthoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhấtcủa động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổinăng lượng từ điện năng thành cơ năng Đồng thời về mặtkinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá caotrong toàn bộ giá thành của máy

Hình 1.2 tấm thép hình

rẻ quạt

- Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

+Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thểcho một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóngquá một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cầnthiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

+Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làmviệc chắc chắn an toàn

-Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếusau :

+Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

+Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

• Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó

là sự kết hợp giữa hai dây quấn xếp và song

3.3.2 Phần quay ( hay Rotor )

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor:

a. Lõi thép

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ởstator lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giárotor của máy Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh để đặt dâyquấn

b. Dây quấn Rotor

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn va rotokiểu lồng sóc:

- Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn cũnggiống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từdây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao ( Y) và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trụcquay rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định vàluôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trởcũng nối sao nằm ngoài động Cơ để khởi động hoặc điềuchỉnh tốc độ

Rotor kiểu dây quấn

- Rotor kiểu lồng sóc: Gồm các thanh đồng hoặc thanhnhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắnmạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor đượcđúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánhtản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất

trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào cácrãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch

c. Khe hở

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trongmáy điện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trongmáy điện cở nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từlưới vào, và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máytăng cao

4 Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số Π vào ba dây quấnstato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ là n1 = 60 Π /p

Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto vàcảm ứng các sức điện động Vì dây quấn rotor nối kín mạch,nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các

Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy vớithanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay với tốc độ n

Tốc độ quay của rotor n luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từtrường quay n1 vì tốc độ bằng nhau thì trong dây quấn rotorkhông còn sức điện động và dòng điện cảm ứng, cho nên lựcđiện từ bằng không

Hệ số trượt của tốc độ : s = (n1-n)/n1

Tốc độ của động cơ : n= 60 Π /p

5 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha

Khi mở máy động cơ phải thỏa mãn ba yêu cầu:

lúc mở máy

phạm vi cho phép

• Dòng mở máy phải nhỏ để điện áp lưới điện không bị sụt

áp và ảnh hưởng đến các thiết bị khác

a. Mở máy động cơ rôto dây quấn

- Khi mở máy dây quấn rotor được nối với biến trở mởmáy

- Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đếnkhông

- Đường đặc tính cơ ứng với các giá trị Rmở

- Khi có điện trở mở máy Rmở , dòng điện pha lúc mở máy :

- Khi Rmở tăng thì Mmm tăng

- Nhờ có RMở dòng điện mở máy giảm xuống và Mômen mởmáy tăng

- Đó là ưu điểm của động cơ rotor dây quấn

b. Mở máy động cơ lồng sóc

- Mở máy trực tiếp

+ Phương pháp đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện

Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máylớn, làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều Phương pháp nàydùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớnhơn công suất động cơ rất nhiều

+ Giảm điện áp cung cấp cho stator

Khi mở máy ta giảm điện áp vào động cơ, cũng làmgiảm được dòng điện mở máy.

Khuyết điểm của phương pháp này mômen mở máy giảmrất nhiều, vì thế chỉ sử dụng được đối với trường hợp khôngyêu cầu mômen mở máy lớn

Các biện pháp giảm điện áp như sau:

- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stator

Lúc mở máy, cầu dao K2 mở, cầu dao K1 đóng Khi động

cơ đã quay ổn định thì đóng K2 và ngắt K1

Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặtvào động cơ giảM đi k lần, dòng điện sẽ giảm đi k lần, songmômen giảm đi k2 lần (vì M~U2)

Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1 =U1/zn

Dòng điện của lưới điện giảm đi k2 lần

Điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, nên mômen sẽ giảm

k2 lần

- Phương pháp đổi nối sao – tam giác

Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làmviệc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác.

Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm.Sau khi mở máy ta đổi nối lại thành hình tam giác như đúngquy định của máy

6 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.

Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ : n = 60Π/p.(vòng/phút)

6.1 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (Π)

Thay đổi tần số Π của dòng điện stator được thực hiệnbằng bộ biến tần Khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữcho từ thông Π max không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện áp

và tần số không đổi

Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điềuchình tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho

cả nhóm động cơ, song giá thành tương đối đắt

6.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p)

Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạodây quấn

Muốn thay đổi P ta phải thay đổi cách đấu dây hoặc

có cách cấu tạo dây quấn đặc biệt

6.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato

Khi giảm điện áp đường đặc tính M= Π (s) sẽ thay đổi

do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi

Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năngquá tải của động cơ, phạM vi điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao

và chỉ sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ

6.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rotor của động cơ rôto dây quấn

Khi tăng điện trở, dòng điện rotor giảm dẫn đến lực từgiảm cho nên tốc độ quay của động cơ giảm

Phương pháp này đơn giản, điều chỉnh trơn vàkhoảng điều chỉnh tương đối rộng

7 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY.

- Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz

- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự

- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…

- Đồng hồ thời gian thực

- Chương trình được bảo vệ bằng Password

- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờkhi PLC bị mất điện

- Giá: 5.396.500 VND

CPU được cấp nguồn 220VAC Tích hợp 14 ngõ vào số ( mức 1 là24V DC, mức 0 là 0 V- DC) 10 ngõ ra dạng relay

Mô tả các đèn báo trên S7-200:

SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.

RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ

làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy

STOP ( đèn vàng) :Đèn vàng báo PLC đang ở chế độ tắt,

Ix.x ( đèn xanh) chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x Đèn

sáng tương ứng mức logic 1

Qx.x (đèn xanh) chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x.

Đèn sáng tương ứng mức logic 1

Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:

Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực

1 Quy trình công nghệ

di chuyển lên trên và gặp công tắc hành trình A lần thứ nhấtrồi dừng lại Đồng thời, động cơ Đ2 di chuyển sang phải gặpcông tắc hành trình C lần thứ nhất rồi dừng lại Đồng thờiđộng cơ Đ1 hoạt động, di chuyển xuống dưới lần thứ hai đến

vị trí gặp công tắc hành trình B lần thứ hai động cơ Đ1 dichuyển lên trên lần thứ hai đến vị trí gặp công tắc hành trình

C lần thứ hai thì dừng Đồng thời động cơ Đ2 di chuyển sangtrái đến vị trí gặp công tắc hành trình A lần thứ hai Kết thúcmột chu trình hoạt động

2 Thuật toán điều khiển logic

-Tín hiệu vào:

m: tín hiệu ban đầu

A,B,C,: là các tín hiệu dạng xung của công tắc hành trìnhgiúp điều khiển chiều quay của động cơ