đồ án cầu trục

Động cơ 1 chiều ( có mô phỏng ) LỜI NÓI ĐẦU HiÖn nay, c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn, c¸c d©y chuyÒn vµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i ®ang tõng ngµy, tõng giê ®­îc øng dông vµo s¶n xuÊt. Víi chÝnh s¸ch më cöa cña §¶ng vµ Nhµ n­íc ta, ch¾c ch¾n c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn vµ hiÖn ®¹i cña thÕ giíi sÏ ngµy cµng ®­îc ¸p dông hiÖu qu¶ vµo ViÖt Nam víi quy m«, sè l­îng, chÊt l­îng mét c¸ch nhanh chãng. T¸c dông cña c¸c c«ng nghÖ míi vµ d©y chuyÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i ®• gãp phÇn thóc ®Èy sù nghiÖp C«ng nghiÖp ho¸ - HiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc. Víi vai trß lµ mòi nhän cña kü thuËt hiÖn ®¹i, lÜnh vùc tù ®éng ho¸ ®ang ph¸t triÓn víi tèc ®é ngµy cµng cao. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, viÖc tù ®éng ho¸ mét d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®ãng vai trß rÊt quan träng. Nã lµ cÇu nèi gi÷a c¸c h¹ng môc s¶n xuÊt, gi÷a c¸c ph©n x­ëng trong nhµ m¸y, gi÷a c¸c m¸y c«ng t¸c trong mét d©y chuyÒn. ViÖc ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña c¸c d©y chuyÒn hiÖn ®¹i, tiªn tiÕn còng ngµy cµng ®a d¹ng vµ phøc t¹p. Mét trong nh÷ng ho¹t ®éng kh«ng thÓ thiÕu cña mét nhµ m¸y c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i lµ hÖ thèng cÇn trôc r¶i liÖu. CÇn trôc lµ mét thiÕt bÞ vËn chuyÓn vµ n©ng h¹ trong nhµ m¸y, n¨ng suÊt cña cÇn trôc ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn ®Õn n¨ng suÊt chung cña nhµ m¸y. V× vËy, c¸c thiÕt bÞ ®iÖn vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña cÇn trôc ph¶i ®¶m b¶o viÖc tiÖn lîi, cã n¨ng suÊt cao, vËn hµnh an toµn vµ thao t¸c ®¬n gi¶n, còng nh­ ®¸p øng ®Çy ®ñ c¸c ®Æc ®iÓm, yªu cÇu c«ng nghÖ cña hÖ thèng. §å ¸n “ Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho công nghệ máy cầu trục”, nh¾m môc ®Ých cho sinh viªn tiÕp xóc lµm quen víi c¸c hÖ thèng cÇn trôc .Sö dông nh÷ng ph­¬ng ph¸p tæng hîp hÖ thèng ®• häc vµo thùc nghiÖm, lµm quen víi c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng, ghÐp nèi m¹ch ®iÒu khiÓn. Trang bÞ cho chóng ta nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n tr­íc khi ra tr­êng. Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, víi sù gióp ®ì cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o trong Bé m«n vµ ý kiÕn cña c¸c b¹n, em ®• hoµn thµnh ®­îc b¶n ®å ¸n nµy.Do kinh nghiÖm cßn h¹n chÕ nªn b¶n ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em mong nhËn ®­îc sù gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n.Cuèi cïng, em xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o vµ sù gãp ý cña c¸c b¹n sinh viªn. Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!

LỜI NểI ĐẦU

Hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại

đang từng ngày, từng giờ đợc ứng dụng vào sản xuất Với chính sách mở cửa của

Đảng và Nhà nớc ta, chắc chắn các công nghệ tiên tiến và hiện đại của thế giới

sẽ ngày càng đợc áp dụng hiệu quả vào Việt Nam với quy mô, số lợng, chất lợng một cách nhanh chóng Tác dụng của các công nghệ mới và dây chuyền sản xuất hiện đại đã góp phần thúc đẩy sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất n-ớc

Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất, giữa các phân xởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp

Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhà máy công nghiệp hiện đại là hệ thống cần trục rải liệu Cần trục là một thiết bị vận chuyển và nâng hạ trong nhà máy, năng suất của cần trục ảnh hởng 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 đảm bảo việc tiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thao tác đơn giản, cũng nh đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầu công nghệ của hệ thống

Đồ án “ Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho cụng nghệ mỏy cầu trục”, nhắm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với các hệ thống cần trục Sử dụng những phơng pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làm quen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển Trang bị cho chúng ta những kiến thức cơ bản trớc khi ra trờng

Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong

Bộ môn và ý kiến của các bạn, em đã hoàn thành đợc bản đồ án này.Do kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đ-

ợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.Cuối cùng, em xin chân thành cảm

ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo và sự góp ý của các bạn sinh viên

Chỳng em xin chõn thành cảm ơn !!!

ĐỒ ÁN

CHUYấN MễN TỰ ĐỘNG HểA Chương 1: Tổng quan chung về cụng nghệ

I Giới thiệu về công nghệ và chức năng của cầu trục.

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

- Cầu trục vận chuyển đợc dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao

- Cầu trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao

Cầu trục trong bài đợc xếp vào loại cần trục vận chuyển Nó có thể di chuyển phụ tải theo hai phơng: phơng nằm ngang và phơng thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt trên cần trục

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đợc xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây truyền sản xuất Nhìn chung, các thiết bị điện cầiu trục 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 cầu trục nói chung, có thể đa ra các yêu cầu công nghệ cơ bản của hệ thống cầu trục:

- 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 đợc 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 đợc 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 ngời 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 vợt 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 trờng nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành.

đứng: xuống dới và lên trên

- Bộ cụng tắc hành trỡnh dạng xung: các công tắc hành trình tự phục hồi A,B,C

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

III Động cơ điện 1 chiều

1: Khỏi niệm

Là máy điện 1 chiều hoạt động theo chế độ động cơ khi E < U Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải

và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…)

2: Phân loại:

Động cơ điện một chiều được phân loại theo phương pháp kích từ, gồm

có 4 loại :

- động cơ điện kích từ độc lập

- động cơ điện kích từ song song

- động cơ điện kích từ nối tiếp

- động cở điện kích từ hỗn hợp

3: Cấu tạo:

Những phần chính của động cơ điện một chiều gồm stato với cực từ, roto với dây quấn và cổ góp với chổi than

-Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa làm mạch từ vừa là

vỏ máy Các dây quấn kích từ

-Rôto(phần ứng):

Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có chiều vòng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh dưới hai cực khác tên.

4 Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho roto quay, chiều lực xác định theo quay tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động

Eư Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn gọi là sức phản điện

Phương trình điện áp là : U = Eư + Rư.Iư

5 Mở máy động cơ điện một chiều :

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng là :

U = Eư + Rư.Iư

Từ đó rút ra :

Iư =

Vì điện trở Rư nhỏ, nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn khoảng (20

÷ 30)Iđm , làm hỏng cổ góp và chổi than Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng điện mở máy Imở lớn, làm ảnh hưởng tới lưới điện

Để giảm dòng điện mở máy, đạt Imở = (1,5 ÷ 2) Iđm, ta dùng các biện pháp sau :

-Dùng biến trở mở máy : mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng Lúc đầu

để điện trở mở máy Rmở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, sức điện động Eư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức

-Giảm điện áp đặt vào phần ứng : Phương pháp này được sử dụng khi có một chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong máy phát động cơ, hoặc nguồn một chiều chỉnh lưu

Cần chú ý rằng momen mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất,

vì thế các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy lớn nhất

6: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Từ phương trình tính tốc độ:

Φ

− Φ

=

.

. k

R I k

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ của động cơ M = ΦK I u và sức điện động quay của động cơ u

E = ΦK ω Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm

vi giới hạn của việc thay đổi từ thông Nhưng theo công thức trên khi Φ thay đổi thỡ mụmen, dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dũng điờự khiển và mụmen tải => phương pháp này cũng ít dùng

• Điều khiển điện áp phần ứng:

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ

Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng

Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương trình sau:

Φ

− Φ

=

.

. k

R I k

U u u u

ω

Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không

đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển U u

của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để

Đặc tính thu được khi điều khiển là 1 họ đường song song :

7 Động cơ điện một chiều kích từ song song:

Để Mở Máy dùng biến trở RMở , để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh Rđc Đường đặc tính cơ n = fi(M)

n = (U - RưIư)/ kEfi (1)

Mặt khác: Mđt = kM Iư fi (2)

Từ (1) và (2) ta có:

n= U/ kEfi - RưM/ (kM kEfi2)

ThêM điện trở Rp vào Mạch phần ứng thì ta có:

n= U/ kEfi - (Rư +Rp )M/ (kM kEfi2)

Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không đổi khi công suất trên trục P2 thay đổi, chúng được dùng nhiều trong máy cắt kim loại, máy công cụ

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

Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY

- Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz

- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

- Chương trình đƣợc bảo vệ bằng Password

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

- Xuất sứ: SiemensGermany

- Giá: 5.396.500 VND

CPU được cấp nguồn 220VAC Tích hợp 14 ngõ vào số ( mức 1 là 24V

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, chương trình đang dừng hoạt động

- 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 2.1: Quy trình công nghệ:

cơ Đ2 đi lên trên di chuyển với vận tốc V2> V1 do hết tải Đến vị trí gặp công tắc hành trình B lần thứ 2 động cơ Đ2 dừng lại đồng thời động cơ Đ1 di chuyển sang trái đến vị trí gặp công tắc hành trình A lần thứ hai thì dừng, hoàn thành một chu trình hoạt động khép kín.

2.2: Thuật toán điều khiển logic

-Tín hiệu vào:

M: tín hiệu ban đầu

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

-Tín hiệu ra:

P: công tắc tơ thực hiện đi phải của cần truc

T : công tắc tơ thực hiện đi trái của cần truc

X: công tắc tơ thực hiện đi xuống của cần truc

L: công tắc tơ thực hiện đi lên của cần trục

-Hàm điều khiển các biến ra

Với công tắc hành trình B do tác động 2 lần nên ta có biến phụ B’để đánh dấu quá trình tác động vào B lần thứ 2

Điều khiển mạch lực bằng chương trình trên PLC

Khai báo

Chương trình

Chương 3: Tính chọn thiết bị

Hệ thống bao gồm các thiết bị điện gồm các dây nối điện , các công tắc tơ, công tắc hành trình và điện trỏ phụ R Yêu cầu chọn thiết bị là ta phải chọn được các thiết bị có các thông số đáp ứng được các yêu cầu công nghệ Cụ thể với các thiết bị điện, thì yêu cầu phải có các thông số điện áp và dòng điện đúng với điện áp và dòng điện trong mạch thiết kế, ngoài ra còn phải có thêm các yêu cầu về nhiệt độ ổn định, làm việc được lâu dài, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt ,thay thế khi có háng hóc và phải có gía thành hợp lý

1 Lựa chọn cầu chì, cầu dao:

Công suất động cơ = 10 (KW)

Điện áp động cơ Udm = 380 Vôn- DC

Cầu Chì Bussmann FWH-100A

-Cầu chì Bán dẫn Bussmann / Origin Mexico

Itổng = Idm1 + Idm2 = 2.Idm1= 2 Idm2= 2 30,96 = 61,92 ( A )

Chọn cầu dao có I 1,25 Itổng

Chọn công tắc tơ có I Idm= 30,96 ( A )

Chọn loại công tắc tơ có Idm= 50 ( A )

Udm= 380 ( V – XC )

Kích Thước

3 Công tắc hành trình dạng xung

Chọn loại có nhãn hiệu như sau: SS-10GLT

Trong đó:

Loại công tắc hành trình này có các đặc tính kỹ thuật sau:

Do làm việc với tải là cuộn hút của rơ le nên có thể coi tải của công tắc hành trình là loại tải

Chương 4: Kết luận

Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo và góp ý của các bạn cùng lớp, em đã hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao

của bản đồ án: Thiết kế mạch điều khiển mạch lực cho cụng nghệ mỏy cầu trục

Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện đợc các nhiệm

vụ sau:

Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu đối với hệ thống cần trục

- Dùng phơng pháp Hàm tác động để tổng hợp và hiệu chỉnh mạch điều khiển

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống

- Lựa chọn các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển và bảo vệ hệ thống

Trong quá trình thực hiện, do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!