Phân tích trang bị điện cầu trục RTG hãng KALMAR cảng vip greenport

Hình 1.1 Cầu trục giàn RTG của hãng Kalmar Từ cabin lái, người vận hành có thể nhìn rõ tất cả và mọi chức năng hoạt động đều được thực hiện bởi người lái được biểu diễn trên hình 1.2...

CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU TRỤC RTG CỦA

KALMAR CẢNG VIP GREENPORT 1.1 Khái quát chung về cầu trục RTG của hãng Kalmar

Cầu trục giàn RTG do hãng Kalmar của Đức thiết kế là loại cầu trục bánh lốp tự hành, hoạt động độc lập, sử dụng điện lưới để vận hành Nó được dùng trong xếp dỡ tại các bãi container đc minh họa trên hình 1.1

Hình 1.1 Cầu trục giàn RTG của hãng Kalmar

Từ cabin lái, người vận hành có thể nhìn rõ tất cả và mọi chức năng hoạt động đều được thực hiện bởi người lái được biểu diễn trên hình 1.2 Cầu trục

RTG của Kalmar được trang bị kĩ thuật điều khiển hiện đại, độ tin cậy và năng suất cao

Hình 1.2 Hệ thống trang bị thiết bị điều khiển kĩ thuật hiện đại của Kalmar Kalmar là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới cung cấp cho người khai thác

và kĩ thuật một cách hoàn chỉnh lối dẫn đến cabin và xe con bằng bậc thang đảm bảo an toàn cho người vận hành RTG cũng như các kỹ thuật viên bảo dưỡng và sửa chữa Với nhận thức an toàn là ưu tiên hàng đầu trong sản xuất, cầu trục RTG có những cả tiến mới về an toàn bằng cách lối đi có tay vịn, lối đi đến bốn đầu của cáp tời, trục truyền động có chức năng di chuyển được che chắn một cách cẩn thận, màn hình điều khiển bên trong buồng điện thì được tách biệt với các phần tử điện Ngoài ra trọng lượng khung chụp siêu nhẹ hơn so với các nhà sản xuất khác nên tiết kiệm được rất nhiều nhiên liệu

1.2 Các cơ cấu chuyển động chính của RTG hãng Kalmar cảng Vip Greenport

1.2.1 Cơ cấu di chuyển giàn

Trên hình 1.3 dưới đây biểu diễn hai động cơ của cơ cấu di chuyển giàn cầu trục Ở phía chân cầu trục có 2 động cơ,động cơ 1 làm nhiệm vụ di chuyển cầu trục theo phương ngang và động cơ 2 di chuyển theo phương chéo, mỗi động cơ truyền động cho 4 bánh xa truyền động Hai động cơ chính là động cơ không đồng bộ có công suất 55 KW

Cầu trục RTG ở đây có 8 bánh, mỗi bánh có 1 phanh thủy lực 10 bar

Hình 1.3 Động cơ của cơ cấu di chuyển giàn công suất 55KW

Trên hình 1.4 và 1.5 là cảm biến nhận diện phản hồi được lắp trên chân của cầu trục và một limit switch

Hình 1.4 Cảm biến của cơ cấu di chuyển giàn Trên hình 1.4 biểu diễn cảm biến cơ cấu di chuyển giàn Cảm biến này thuộc loại cảm biến siêu âm, bộ phận phát và nhận sóng siêu âm gồm một cái đĩa được gắn ở bề mặt cảm biến Đĩa này có khả năng phát và thu sóng siêu âm Khi có một điện áp với tần số cao được đưa vào đĩa thì đĩa sẽ rung động tạo ra sóng siêu âm Khi sóng siêu âm được phát đi nếu gặp phải một vật cản thì tại đó sẽ dội ngược lại một sóng siêu âm mới có tần số tương tự nhưng nhỏ hơn Khi cảm biến nhận diện phản hồi,bộ so sánh sẽ tính bằng cách so sánh thời gian phát và nhận tín hiệu sóng siêu âm, vận tốc sóng siêu âm để tính ra quãng đường đi của sóng siêu âm cũng chính là khoảng cách giữa cảm biến và vật cản Trên hình 1.5 biểu diễn công tắc hành trình của cơ cấu di chuyển giàn cầu trục Kalmar :

Hình 1.5Limit Switch cơ cấu di chuyển giàn Trên hình 1.5 ta có limit switch được đặt trên đường hoạt động của cơ cấu

di chuyển giàn, ở đây được dùng để giới hạn hành trình Khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động tác động vào công tắc làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu làm nó không thể vượt qua vị trí giới hạn

1.2.2 Cơ cấu nâng hạ hàng

Cơ cấu nâng hạ hàng được coi là cơ cấu được biểu diễn thường xuyên nhất trong hệ thống cầu trục RTG, chính vì vậy nên ta thấy được tầm quan trọng của

cơ cấu này trong vấn đề hoạt động của cầu trục

Trên hình 1.6 ta có khung nâng của cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục Kalmar Khung nâng này có thể mở rộng từ 20 feet cho đến 40 feet Trọng lượng khung chụp nhẹ giúp tiết kiệm đc rất nhiều nhiên liệu so với các nhà sản xuất khác

Hình 1.6 Khung nâng hạ hàng của cầu trục hãng Kalmar Khi thực hiện cơ cấu nâng hạ, giàn được hạ xuống để bốc xếp container thì động cơ 3 làm nhiệm vụ ra vào giàn theo phương ngang Ngoài ra còn có một động cơ đóng mở xoay chốt và cảm biến 1 nhận diện đóng hoặc mở chốt 2 gọi là cảm biến áp chốt bao gồm bốn con ở bốn góc giàn để thực hiện công việc bốc xếp hàng lên trên cao hoặc hạ hàng xuống

Ngoài ra ta còn có các tín hiệu đóng mở chốt 4 nằm trong khung nâng, có

áp chốt mới cho đóng mở và bốn cảm biến cho phép giàn di chuyển chậm

Trên hình 1.7 minh họa hệ thống nâng hạ nằm trên xe con của cầu trục Động cơ 2 của cơ cấu nâng hạ hàng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Các nút

ấn và tay trang tại bàn điều khiển trong cabin cầu trục sẽ lựa chọn chế độ làm việc Động cơ truyền động có công suất 160 KW.Đây là động cơ có công suất lớn nhất trong tất cả các động cơ được lắp đặt điều đó giải thích cho quá trình làm việc nặng nề của cơ cấu

Hình 1.7Hệ thống nâng hạ chính của cơ cấu nâng hạ hàng Khi hệ thống di chuyển giàn ngừng làm việc thì cơ cấu này mới được hoạt động Cơ cấu nâng hạ được lắp đặt trên khung xe con trên hình vẽlà hệ thống cho tang nâng 1 thông qua hộp giảm tốc bánh răng và một phanh hãm 3 được lắp đặt trên trục bánh răng của hộp giảm tốc để giữ hàng hóa cho sự cố mất điện

1.2.3 Cơ cấu di chuyển xe con

Trên hình 1.8 dưới đây biểu diễn cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục RTG, là bộ phận chuyển động trên đường ray của cầu trục, trên đó đặt cơ cấu nâng hạ và cơ cấu di chuyển cho xe con Xe con di chuyển dọc theo chiều dài của 2 dầm chính sẽ đáp ứng vận chuyển đến mọi vị trí theo yêu cầu

Hình 1.8 Cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục RTG

Cơ cấu di chuyển xe con có động cơ truyền động được cấp nguồn từ bộ biến tần được đặt ở trong buồng điện Cơ cấu di chuyển xe con có đặc điểm động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Trên hình 1.9 minh họa tay trang trong cabin điều khiển chính bên phía bên trái thực hiện việc điều khiển động cơ,có các nút tại bàn điều khiển để lựa chọn chế độ làm việc

Hình 1.9 Tay trang điều khiển trong cabin của cầu trục RTG hãng kalmar

Trên hình 1.10 chính là động cơ truyền động chính là động cơ dị bộ rotor lồng sóc có công suất là 30 KW

Hình 1.10 Động cơ của cơ cấu di chuyển xe con có công suất 30KW

1.3 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển và giám sát RTG của hãng Kalmar cảng Vip Greenport

Trên hình 1.11 ta có PLC S7-300 CPU 315F-2PN/DP của Siemens Simatic điều khiển cầu trục RTG của hãng Kalmar Nó nhận lệnh từ người điều khiển và lệnh từ ổ cứng để thực hiện hoạt động xác định PLC S7-300 được sử dụng như

là PLC cơ bản trong hệ thống cầu trục RTG Chúng hỗ trợ một số lượng lớn các tín hiệu vào ra và có thể mở rộng các modul,hệ thống vào ra được chia thành các modul riêng Chúng được liên kết đến CPU theo đường truyền thông Profibus

DP

Hình 1.11PLC S7-300 của Siemen Simatic

Về cấu trúc phần cứng, sơ đồ sau đây sẽ chỉ ra các thành phần phần cứng

và các bus truyền thông, chúng liên quan đến hệ thống điều khiển chung của PLC Các thành phần tương tự có thể tìm thấy trong cấu trúc phần cứng của Siemens Step7 trên hình 1.12, 1.13 và hình 1.14

Hình 1.12 Cấu trúc phần cứng trong buồng điện (EE- House )

Trên hình 1.12 ta thấy Profibus DP có nhiều ưu điểm nên được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống và đặc biệt trong cầu trục RTG này.Ở đó các thiết

bị điều khiển như PLC hay các thiết bị điều khiển quá trình khác có thể trao đổi thông tin với các thiết bị trường phân tán như I/O cũng như các thiết bị đo thông qua một Bus nối thông tin tốc độ cao gửi đến buồng điện, xe con và sillbeam

Ở đây, ta thấy các địa điểm cố định, hệ thống truyền hình vệ tinh thu các tín hiệu của vệ tinh sử dụng một ăng-ten Khi đó có thông báo điều chỉnh được

tính toán và gửi đến cầu trục RTG sử dụng một mạng WLAN hoặc radio modem Một trạm báo hiệu có thể phục vụ cho nhiều RTG bên trong một vòng tròn bán kính trên nơi đó không lớn hơn 5 km

Người nhận được các tín hiệu vệ tinh trong RTG đo các tín hiệu của vệ tinh và điều chỉnh từ các trạm mặt đất thông qua một thiết bị tín hiệu radio, sau

đó kết hợp các dữ liệu này và tính toán vị trí của RTG với độ chính xác cao SmartRail so sánh vị trí thực tế của RTG với đường ray và tính toán những hành động lái để các RTG theo đường mục tiêu với độ chính xác +/- 10 cm Trên hình 1.13 biểu diễn cấu trúc phần cứng trong xe con, giàn và cabin

Hệ thống viễn thông sử dụng điện thoại nối liền buồng điện,cabin và rear sillbeam, các camera giám sát kết nối với máy tính giúp cho việc cập nhật tình hình về hoạt động của các cơ cấu cầu trục RTG một cách nhanh chóng và chính xác nhất

Hình 1.13 Cấu trúc phần cứng trong xe con, giàn và cabin

Ở phần khung nâng, một bộ điều khiển cân bằng Stabilizer nối với hệ thống cân Loadcell bao gồm bên trái và phải được mắc song song cùng với cảm biến nhận dạng phản hồi sự cân bằng đó đến bộ điều khiển cân bằng khung nâng

hạ hàng của cầu trục

Mạng Can ở đây là một kênh giao tiếp giữa cơ cấu di chuyển xe con và khung nâng thông qua một biến tần hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu tới 1Mbit trên giây, có khả năng hoạt động trong các môi trường điện khó khăn nên được

sử dụng trong nhiều ứng dụng tự động hóa và điều khiển công nghiệp khác nhau

và đặc biệt trong cầu trục RTG này

Trên hình 1.14 biểu diễn cấu trúc phần cứng của Sillbeam phần trước, sau

và đơn vị cấp nguồn

Hình 1.14Cấu trúc Sillbeam trước, sau và đơn vị cấp nguồn Trên hình này ta thấy Profibus DP đi đến các địa chỉ của cấu trúc như các tín hiệu đầu vào ra của Front sillbeam và Power Unit Ngoài ra Profibus DP còn trao đổi thông tin với lớp cảm ứng Touch panel của Simens Simatic

Trên hình 1.15 biểu diễn việc giám sát cầu trục RTG được thực hiện bằng một phần mềm giám sát chuyên dụng thuộc bản quyền của hãng Kalmar Phần mềm được cài đặt và thực hiện công việc giám sát ở màn hình giao diện trong cabin nơi người lái vận hành cầu trục và trong buồng điện Việc thực hiện giám sát điều chỉnh các thông số các cơ cấu trong buồng điện chỉ thực hiện được khi người lái trong cabin thực hiện các thao tác trên màn hình giao diện chỉ khi đó người điều chỉnh trong buồng điện mới có thể thực hiện được

Hình 1.15 Màn hình giao diện giám sát cầu trục bằng phần mềm của Kalmar

Ở giao diện Start trên hình 1.16, ta sẽ giới thiệu các tính năng điều khiển và khởi động /dừng :

Hình 1.16 Giao diện Start của phần mềm giám sát hãng Kalmar

Trong đó : A Khởi động/ dừng diessel : Thời gian làm mát để ngừng hiển thị

F Điều khiển quạt sấy cabin

Ở khung tiêu đề nằm ở phía trên, ta giới thiệu qua một số từ ngữ sau đây :

Trong đó :

A Khối nguồn cấp

B Chỉ ra sai lệch lái giàn tự động (mm) (tùy chọn)

C Chỉ ra khối lượng của hàng Container (tấn)

D Nút báo nhận

Các biểu tượng ở trên khung hình có ý nghĩa sau đây :

A Biểu tượng lần lượt từ trái qua phải :

- Bật lái giàn tự động

- An toàn điện ko ổn định (nhấp nháy)

- Hoạt động cảnh báo (nhấp nháy)

Ở giao diện mục hoạt động trên hinh 1.17, ta sẽ giới thiệu một số đặc điểm sau đây :

Hình 1.17 Giao diện Operator của phần mềm hãng Kalmar

Trong đó :

A Tốc độ và vị trí giàn thực tế và tối đa (tùy chọn)

B Tốc độ và vị trí xe con thực tế và tối đa

C Tốc độ và vị trí nâng hạ thực tế và tối đa

D Vị trí của giàn và điều khiển giàn

E Sai lệch đồ thị lái giàn tự động

F Điều khiển chỉnh tậm độ nghiêng và phản hồi

Điều khiển chỉnh tâm độ thăng bằng và phản hồi (tùy chọn)

Điều khiển sự thay đổi vùng và phản hồi (tùy chọn)

G Đồ thị độ sai lệch của lái giàn tự động bao gồm tốc độ gió và góc gió

Ở giao diện mục cơ cấu giàn trên hình 1.18, ta có :

Hình 1.18 Giao diện cơ cấu giàn bằng phần mềm của hãng Kalmar Trong đó :

A Lựa chọn chế độ di chuyển giàn và chỉ thị

B Lựa chọn chế độ nâng hạ giàn khi ko xảy ra đồng thời 2 chuyển động nâng hạ

và di chuyển giàn (tùy chọn)

Ở giao diện mục đơn vị năng lượng Power Unit trên hình 1.19 :

A Ta có :

- Tốc độ động cơ

- Nhiệt độ nước

Hình 1.19 Giao diện đơn vị năng lượng bằng phần mềm của Kalmar

Trong đó :

A Điều khiển và chỉ thị Flippers

B Vị trí giàn và điều khiển nó, vị trí 30 ft hoặc 40 ft (tùy chọn)

C Điều khiển và chỉ thị việc đóng mở chốt

D Điều khiển định tâm độ nghiêng và phản hồi

Điều khiển định tâm độ thăng bằng và phản hồi

Điều khiển sự thay đổi vùng bên và phản hồi

E Điều khiển và chỉ thị sự lên xuống của Twin lift

Ở giao diện mục Counters trên hình 1.21 :

Hình 1.21 Giao diện Counter bằng phần mềm của Kalmar Trong đó :

A Số giờ hiển thị của các thành phần

B Chỉ thị số lượng thành phần

Ở giao diện mục cảnh báo trên hình 1.22 :

Hình 1.22 Giao diện cảnh báo bằng phần mềm hãng Kalmar Trong đó :

A Đánh giá cảnh báo nếu có lỗi sẽ hiện lệnh lên màn hình để người vận hành nắm bắt tình hình khắc phục

B Đánh giá thông tin văn bản

Ở giao diện cơ cấu nâng hạ Hoist :

Trong đó :

A Thông tin khóa, không điều khiển được

B Đánh giá biểu đồ tốc độ thực tế, tốc độ tham chiếu và tốc độ hiện tại

Ở giao diện mục Trolley trên hình 1.23 :

Trong đó :

A Các thông tin khóa như tốc độ, vị trí, momen, dòng điện, điện áp, không điều khiển được

B Biểu đồ đánh giá về tốc độ thực tế, tốc độ tham chiếu và tốc độ hiện tại

Hình 1.23 Giao diện Trolley bằng phần mềm của Kalmar

Ở giao diện mục các vị trí (Positions) trên hình 1.24 :

Hình 1.24 Giao diện vị trí bằng phần mềm hãng Kalmar

Trong đó :

A Vị trí xe con và thông tin các cảm biến

B Thông tin vị trí di chuyển giàn (tùy chọn)

C Vị trí nâng hạ và thông tin cảm biến

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH TRANG BỊ ĐIỆN HỆ THỐNG CẤP NGUỒN

CẦU TRỤC RTG CỦA KALMAR CẢNG VIP GREENPORT

2.1.Thông số công nghệ của cầu trục RTG của Kalmar

2.1.2 Thông số công nghệ cầu trục RTG của Kalmar

* Một số thông số chính :

- Loại cầu trục : Cầu trục giàn bánh lốp tự hành, loại có xe con di chuyển

- Sức nâng lớn nhất khi dùng khung cẩu 40 tấn

- Loại container : ISO 40 FEET ( IAA, 1AAA), ISO 20 FEET ( ICC)

- Hành trình xe con : 19,07 m

- Chiều cao nâng : 15,24m

- Tốc độ nâng hạ : 23m/phút khi nâng và 54m/phút khi hạ

- Số lượng bánh xe trên càu trục : 8 bánh (2 bánh/cụm chân )

- Khoảng cách trục bánh xe : 6,4 m

- Tốc độ xe con : 70 m/phút

- Tốc độ di chuyển giàn : 135m/phút (không gió, không dốc, không tải )

Bảng 2.1 Các loại phanh được sử dụng trong cầu trục RTG

Bảng 2.2 Các thông số kĩ thuật của động cơ

Điện áp (V)

Sự cách

2.2 Hệ thống cấp nguồn cho hệ thống cầu trục RTG của Kalmar

Để nghiên cứu trang bị điện một cách dễ dàng, chúng ta cần biết được các

kí hiệu và quy ước sử dụng trong bản vẽ Bản vẽ phần điện của cầu trục Kalmar

chia thành 21 hàng đánh dấu từ A đến U, 50 cột đánh số từ 1 đến 50 được sắp xếp thành các nhóm, mỗi nhóm thể hiện một cơ cấu

Các nhóm bản vẽ được ký hiệu như sau :

Nhóm bản vẽ từ 1AA đến 2A : Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

Nhóm bản vẽ từ 3A đến 4A : Cấp nguồn cho hệ thống di chuyển xe con và

2.2.1 Chức năng các phần tử của hệ thống điều khiển cấp nguồn

- F150 : Aptomat cấp nguồn cho cơ cấu tời điện trong buồng máy

- F50 : Aptomat cấp nguồn cho role bảo vệ thứ tự pha

- F51 : Aptomat cấp nguồn chính cho contactor

- F5 : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống di chuyển xe con bằng cách lấy điện bờ