ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẦU TRỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC1.1 Tổng quan về hệ thống cầu trục 1.1.1 Giới thiệu hệ thống cầu trục Hình 1.1 Cầu trục trong công nghiệp Cầu trục - máy nâng chuyển là các loại m

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, khoa học kỹ thuậtngày càng được ứng dụng rộng rãi, trực tiếp hoặc gián tiếp nâng cao mức sống củacon người, giải phóng dần sức lao động chân tay của người lao động, tăng năng suấtlao động và chất lượng của sản phẩm Việc tìm hiểu hệ thống và nắm được nguyên

lý vận hành của các thiết bị tự động hoá trong các máy, dây chuyền sản xuất là yêucầu quan trọng không thể thiếu của một kỹ sư

Trong thời gian đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy thủy điện Hòa Bình, em đã

đi sâu vào việc nghiên cứu, tìm hiểu các ứng dụng của PLC trong việc điều khiểncác hệ thống tại đây Từ tiền đề đó, thầy giáo hướng dẫn, Th.S Bùi Tuấn Anh đã tin

tưởng giao cho em đề tài tốt nghiệp, đó là: Thiết kế hệ thống điều khiển cho cầu trục phòng thực hành thí nghiệm tự động hóa trường ĐH CNTT&TT.

Trong thời gian làm đồ án, tuy khối lượng kiến thức và công việc rất nhiềunhưng với sự nỗ lực của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáohướng dẫn, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, em đã hoàn thành được cơ bản các yêucầu đặt ra của đồ án

Do thời gian làm đồ án và kiến thức của bản thân còn có hạn nên trong đồ ánkhông tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảocủa các thầy, cô giáo để có thể hoàn thành đồ án này với kết quả tốt hơn nữa

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: Th.S Bùi Tuấn Anh, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành

đồ án này.

Thái nguyên tháng 6 Năm 2016

Sinh viên

Đàm Quang Hưng

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC

1.1 Tổng quan về hệ thống cầu trục

1.1.1 Giới thiệu hệ thống cầu trục

Hình 1.1 Cầu trục trong công nghiệp

Cầu trục - máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trícủa đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của nógắn liền với yêu cầu về kinh tế kĩ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối đasức người trong lao động

Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và cóthời gian dừng Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳngđứng, ngoài ra còn một số các chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặtphẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển độnglắc quanh trục ngang Bằng sự phối hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịchchuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó

Để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của các ngành công nghiệp khác nhau, kĩthuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới, luôncải tiến và hợp lí hóa phương pháp phục vụ, nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tựđộng hóa các khâu điều khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng

Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích,bàn tời, palăng, cầu truc, cổng trục, thang nâng.v.v

Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu Loại này di chuyển trên đường ray đặttrên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểucầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì điểm nàotrong không gian của nhà xưởng Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vựccủa nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bịcặp, nam châm điện Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành côngnghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

1.1.2 Phân loại cầu trục

- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên

để nâng một loại hàng hóa nhất định Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếutrong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độlàm việc rất nặng

b.Theo kết cấu dầm cầu

- Theo kết cấu dầm có loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

- Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường có một dầm chạy chữ Ihay tổ hợp với các dàn thép tăng cường cứng cho dầm cầu Xe con cho palang dichuyển trên cánh dưới dầm chữ I, hoặc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dầmchữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyêndụng ở trên cao Tất các cầu trục một dầm đều dùng palang đã được chế tạo sẵntheo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palang kéo tay

thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay, nếu được trang bị palang điện thì gọi

là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện

Hình 1.2 Cầu trục một dầm

- Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất,chúng được sử dụng trong công nghiệp sữa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượngcông việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường khoảng từ 0,5-5 tấn, tốc độ làmviệc chậm

Hình 1.3 Cầu trục 1 dầm dẫn động bằng tay

- Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palang điện nên sứcnâng có thể lên 10 tấn , khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới 3 pha

Hình 1.4 Cầu trục hai dầm

- Cầu trục hai dầm:

Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc dàn chủ, hai dầmchủ liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộmáy dẫn động, bộ máy di chuyển hoạy động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầutrục chuyển động theo đường ray chuyên dùng đặt trên cao dọc theo nhà xưởng,hướng chuyển động của cầu trục ,chiều quay của động cơ điện

- Xe con mang hàng di chuyển dọc trên đường ray lắp trên hai dầm chủ, trên

xe con đặt các bộ phận máy của tời chính 10, tời phụ 9 và máy di chuyển xe con 2,các dây cáp điện 8 có thể co dãn phụ hợp với trí của xe con và cấp điện cho cầu trụcnhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện ba pha tùysát trên các thanh này, lồng thép 13 làm công tác kiểm tra theo dưới dầm cầu trục.Các bộ phận của cầu trục thực hiện ba chức năng: nâng hạ hàng di chuyển xe con và

di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục hai dầm trong khoảng từ 5 – 30 tấn, khi

có yêu cầu riêng có thể lên đên 500 tấn Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thườngđược trang bị hai tời nâng cùng vơi hai móc câu chính và phụ, tời phụ thường cósức nâng bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớnhơn

- Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dạng hộp hoặc giàn khônggian Dầm giàn không gian tuy nhẹ hơn dầm hộp nhưng khó chế tạo và dùng cho

cầu làm dưới dạng hộp và được liên kết với các dầm chính bằng mối hàn hoặc bulông.

c, Theo cách tựa của dầm chính

- Theo cách tựa của dàm chính thì có loại cầu trục tựa và cầu trục treo

Hìn

h 1.5 Cầu trục tựa

- Cầu trục cầu là loại cầu trục có hai đầu của dầm chính rựa lên dầm cuối,chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn, loại cầu trục này có kết cấu đơngiản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên cũng được dùng phổ biến Trênhình 1.5 là hình chung của cầu trục tụa loại 1 dầm phần kết cấu gồm dầm cầu 1 cóhai đầu tựa lên các dầm cuối 5 với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loạicầu trục này thường dùng phương án dẫn động chung, phía trên dầm chữ I là khungthép 4 để đảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Palăng điện 3 cóthể chạy dọc theo cánh thep phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng.Cabin điều khiển được treo vào kết cấu chịu lực của cầu trục

Hình 1.6 Cầu trục treo

- Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu có thể chạy dọc theonhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhiều ray treo Do liên kết treo của các ray phứctạp nên loại cầu trục này chỉ đươc dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết sovới cầu trục tựa cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó cóthể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng thậm chí có thể chuyển hàng giữa hainhà xưởng song song đồng thời kết cấu của cầu trục treo nhẹ hơn cầu trục tựa Tuynhiên cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tưa

d Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục

Hình 1.7 Cầu trục dẫn động chung

Hình 1.8 Cầu trục dẫn động riêng

- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (Hình 1.8) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn

động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suất của mỗi động cơthường lấy bằng 60% tổng công suất của yêu cầu Phương án này tuy có sự xô lệnhdầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hay bên ray không đều song do nhỏ gon, dễ lắp

đặt sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt lànhững cầu trục có khẩu độ trên 15 m

e Theo nguồn dẫn động

- Cầu trục dẫn động bằng tay và cầu trục dẫn động bằng máy

- Cầu trục dẫn động bằng tay: Được dùng chủ yếu trong lắp ráp sữa chữanhỏ và các công việc nân chuyển không cần tốc độ cao Cơ cấu nâng của loại cầutrục nầy thường là palăng kéo tay Cơ cấu di chuyển palang xích và cầu trục cũngđược dẫn động bằng cách kéo xích từ dưới lên Tuy là thiết bị thô sơ song giá thành

rẻ và dễ sử dụng nên cầu trục dẫn động bằng tay vẫn được sử dụng hiệu quả trongcác phân xưởng nhỏ

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ: Thường được sử dụng trong các phân xưởngsữa chữa lắp ráp lớn và công việc yêu cầu khối lượng và tốc độ làm việc cao Cơ cấunâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyển palang điện, xe con và cầucũng được dẫn động bằng động cơ điện Loại cầu trục này được sử dụng phổ biến nhất

do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng tự động hóa, thuận tiện cho người sử dụng và

có thể sử dụng trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lượng lớn

Hình 1.9 Cầu trục dẫn đọng bằng tay

f Theo vị trí điều khiển

- Theo vị trí điều khiển có các loại điền khiển từ cabin gắn trên dầm cầu vàcầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ nút bấm Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nútbấm thường dùng cho các loại cầu trục 1 dầm có tải trọng nâng nhỏ

1.1.3 Điều kiện an toàn của máy trục

Trong thực tế tần suất xảy ra tay nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rấtnhiều so với các loại máy khác Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng làvấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu.

Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao

do vậy cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng nhưlỏng các mối ghép, rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu…

Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay phải có vỏ bọc

an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động

Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất Với các động cơ đều cóphanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên không để xảy ra hiện tượngkẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng

Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vilàm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bàikiểm tra và phải đạt kết quả

Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộphận mang để di chuyển cùng với vật cùng như không được dùng dưới vật nângđang di chuyển

Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sửdụng ) khi đưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy Để kiểm tra tiếnhành thử máy với hai bước là thử tĩnh và thử động

Bước thữ tĩnh: treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nângdanh nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút

Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy Nếu không có sự cố gì xảy

ra thì tiếp tục tiến hành thử động

Bước thử động: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng nângdanh nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật, mở máy đột ngột,phanh đột ngột Nếu không có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt động

Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêmcác thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc

Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó là: Sử dụng các công tắc đặt trênnhững vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục Các công tắc

này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người sửdụng biết để dừng máy Đồng thời cũng có thể nối trực tiếp với hệ thống điều khiển

để tự động ngắt thiết bị khi có sự cố xảy ra

Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nhân sử dụngmáy phải có ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên

1.2 Hệ thống cầu trục điều khiển từ xa

Nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy và thực hành giúp sinh viênđược tiếp cận tốt nhất với hệ thống cầu trục trong công nghiệp, trường đại họcCNTT&TT-Khoa Công Nghệ Tự Động Hóa đã xây dựng thành công mô hình hệthống cầu trục điều khiển từ xa

1.2.1 Yêu cầu thiết kế

Thiết kế cơ khí mô hình cầu trục công nghiệp phục vụ giảng dậy thực hành (Khẩu độ 3m x3m x 3m, có khả năng nâng vật tải trọng< 50kg , vận tốc nâng 10m/phút, vận tốc dịch chuyển xe con và dầm chính 0,3 m/phút )

Lưu ý khi thiết kế:

+ Thiết kế cần linh động trong lắp đặt, tháo lắp ( có thể di dời khi cần thiết ).+ Thiết kế cần nhỏ gọn phù hợp với việc lắp đặt trong phòng thực hành.+ Thiết kế cần mang tính dễ dàng thay thế các chi tiết ( nhằmlinh động trongbảo trì , sửa chữa )

1.2.2 Chọn phương án thiết kế phù hợp

+ Thiết kế dạng cầu trục 1 dầm chính, di chuyển trên ray đặt trên 2 dầm phụ,

2 dầm phụ được lắp đặt cố định trên hệ thống 4 chân đế có khả năng định vị tốtcũng như tháo lắp dễ dàng khi cần thiết

+ Cơ cấu nâng vật tải ( theo phương Oz) được đặt trên xe con, có khả năng dichuyển dọc dầm chính ( theo phương Ox ) Dầm chính di chuyển dọc trên 2 dầmphụ nhờ cơ cấu di chuyển xe to ( theo phương Oy )

+ Toàn bộ kết cấu cơ khí được làm bằng thép, khung dầm sự dụng kết cấuthép hàn, việc định vị sử dụng các bảng mã và mối ghép bulong ( nhằm dễ dàngtrong tháo lắp )

+ Việc nâng hạ sử dụng palang điện, việc dịch chuyển xe con và xe to sẽ sửdụng động cơ điện không đồng bộ 3 pha để dẫn động

+ Có hệ thống phanh hãm thường đóng, cũng như các giới hạn hành trình( nhằm đảm bảo an toàn trong vận hành cũng như tránh các sự cố có thể xảy ra khisinh viên thực hành ).

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO

MÔ HÌNH CẦU TRỤC 2.1 Phân tích yêu cầu điều khiển

-Yêu cầu của hệ thống:

+ Đảm bảo được công suất cho các động cơ, đảm bảo dòng và áp tối đa trên đường dây cung cấp (an toàn về điện trong quá trình vận hành)

+ Điều khiển các động cơ chạy ổn định ở dải tốc độ xác định được cài đặttrước (có khả năng thay đổi)

+ Yêu cầu hệ thống có khả năng chuyển đổi dễ dàng ở hai chế độ: điều khiểnbằng tay và điều khiển tự động

+ Ở chế độ điều khiển tự động: Có khả năng lập trình điều khiển dễ dàng,ứng dụng cho nhiều bài toán thực hành khác nhau (theo yêu cầu của từng bao thựchành)

2.2 Chọn thiết bị điều khiển

Dựa trên yêu cầu của bài toán ta có thể sử dụng PLC hoặc vi điều khiển làmthiết bị điều khiển Nhưng do bài toán có nhiều đầu vào, đầu ra và việc sử dụngPLC để điều khiển có nhiề sự tiện dụng hơn, do đó ta chọn PLC làm thiết bị điềukhiển

PLC có ưu điểm nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le

- Có độ mềm dẻo cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm) điềukhiển

- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống

- Nhiều chức năng điều khiển

- Tốc độ cao

- Công suất tiêu thụ nhỏ

- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt

- Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/rachức năng

- Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới

- Giá thành không cao

Nhược điểm:

- Hiện nay do chưa được tiêu chuẩn hoá trong phạm vị quốc tế nên mỗi hãngsản xuất PLC lại đưa ra một ngôn ngữ lập trình riêng dẫn đến thiếu tính thống nhất

toàn cục Mỗi khi sử dụng một loại PLC khác, người lập trình lại phải học ngôn ngữlập trình mới

- Với các mạch điều khiển đơn giản, có quy mô nhỏ, bộ điều khiển PLC cógiá thành đắt hơn so với các bộ điều khiển truyền thống vì vậy không phải lúc nàocũng chọn lựa sử dụng PLC

Từ yêu cầu của bài toán, để xử lý tín hiệu analog từ đầu vào của cảm biến ta

có thể sử dụng 200, S7 -300 hoặc 1200 để làm thiết bị điều khiển Với

S7-200 và S7-300, thì ta cần có moul mở rộng khi đó chi phí cho modul mở rộng sẽ rấtcao và gây khó khăn cho việc lập trình từ những yếu tố trên ta sử dụng S7-1200 làmthiết bị điều khiển vì S7- 1200 có tích hợp sẵn modul mở rộng để đọc tín hiệuanalog theo 2 dạng dòng điện và điện áp

- S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúpnhững giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:

+ 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhaugiống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng

+ 2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làmgiảm chi phí sản phẩm

+ 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

+ 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.+ Bổ sung 4 cổng Ethernet

+ Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24VDC

Hình 2.1 So sánh giữa PLC S7-1200 và S7-200 về các module mở rộng

PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài

để mở rộng chức năng của CPU Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyềnthông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số vàquy định của nhà sản xuất

S7-1200 có các loại module mở rộng sau:

- Communication module (CP)

- Signal board (SB)

- Signal Module (SM)

Bảng 2.1 Các đặc tính của module mở rộng như sau:

8 x DC IN/8 xRelay OUT

16x DC IN 16x DC Out

16 x Relay Out

16x DC IN/16x DCOUT

Kiểu số 8 x DC IN16x DC IN/16 x

Relay OUTKiểu

(SB)

DC/OutKiểu

2.3.1 Khái niệm chung PLC s7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho

S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

-S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnhlàm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

PLC S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tíchhợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chươngtrình điều khiển:

+Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vàoPLC.

+Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mìnhPLC S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằngRS485 hoặc RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trongTIA Portal 11 của Siemens

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này

đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

2.3.2 Các module trong hệ PLC S7-1200

2.3.2.1 Giới thiệu về các module CPU

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộnhớ chương trình khác nhau…

Bộ đếm tốc độ

cao

- Giai đoạn đơn

- Giai đoạn đôi

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Đồng hồ thời

gian thực

10 ngày, điển hình / 6 ngày tối thiểu ở 40 độ C

PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

-CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng

-Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứngdụng

-Kích thước của CPU sẽ không thay đổi

2 Module xuất nhập tín hiệu số

Bảng 2.3 Module xuất nhập tín hiệu số

Module Input only Output only Combinationin/out

Signal module

(SM) Digital 8 x DC In 8 x DC Out8 x Relay Out 8 x DC In/8 xDC Out

8 x DC In/8 xRelay Out Analog 16 x DC In 2 x Analog Out

4 x Analog Out

4 x Analog In/2

x Analog Out

3 Module xuất nhập tín hiệu tương tự

Bảng 2.4 Module xuất nhập tín hiệu tương tự

Signal board

-4 Module truyền thôngModule truyền thông (Communication module (CM)):

- RS485

- RS232 2.3.3 Phần mềm lập trình Tia Portal

2.3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI

Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo.Một hệ thống kỹ thuật mới thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật vàcấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

Lợi ích với người dùng:

-Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động

-Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật

-Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sựđổi mới trong tương lai

2.3.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP

- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng làcác địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

2.3.3.3 Cách tạo một Project

Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V12

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create.

Bước 4 : Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device.

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7 : Project mới được hiện ra

2.3.3.4 TAG của PLC / TAG local.

-Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô

tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khácnhau

-Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời-Định nghĩa vùng : khối giao diện

-Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu #

Sử dụng Tag trong hoạt động

- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số cógiá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sửdụng trong project.

- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc

có thể kéo nhả như một lệnh chương trình

- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

- Address : địa chỉ của tag

- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

- Comment : comment miêu tả của tag

Nhóm tag : tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

Tìm và thay thế tag PLC

Ngoài ra còn có một số chức năng sau:

- Lỗi tag

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- Đổi tên tag : Rename tag

- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag

- Copy tag từ thư viện Global

2.3.3.5 Chuẩn truyền thông Profinet S7 – 1200

a, Giới thiệu về chuẩn truyền thông Profinet

Mong muốn có một tiêu chuẩn truyền thông trên một mạng cho các ngànhcông nghiệp, có khả năng chuẩn đoán rộng và các chức năng dịch vụ rộng khắpmạng lưới đã dẫn tới sự gia tăng của việc sử dụng Ethernet công nghiệp Tổ chứcPROFIBUS, PROFINET quốc tế (PI) cung cấp một chuẩn truyền thông toàn diệnthông qua Ethernet công nghiệp để đáp ứng mọi yêu cầu, câu trả lời làPROFINET.PI đã phát triển 1 chuẩn qua các kinh nghiệm thu được từ nhiều nămphát triển của Profibus để thích hợp với Ethernet công nghiệp cho các yêu cầuchuyên biệt trong công nghiệp

Kết quả chính là Profinet, một chuẩn công nghiệp toàn diện dựa trên chuẩnEthernet công nghiệp cho truyền thông mở, độc lập với các nhà cung cấp

PROFINET đáp ứng tất cả các yêu cầu sử dụng Ethernet ở tất cả các cấp độ vàtrong mọi ứng dụng tự động hóa Điều này làm cho PROFINET trở nên rất linhhoạt, đáng tin cậy và thiết thực trong môi trường công nghiệp

CPU S7-1200 có một cổng Profinet được tích hợp Các giao thức ứng dụngsau đây được hỗ trợ bởi CPU S7-1200:

- TCP (truyền thông tin và đảm bảo tin cậy)

- ISO on TCP

- UDP (gởi thông tin nhưng không bảo đảm đến được đích)

Giao thức TCP được mô tả theo chuẩn RFC 793, truyền dữ liệu tin cậy vàtheo thứ tự

Giao thức ISO on TCP được mô tả theo chuẩn RFC 1006 Sử dụng địa chỉ IP

là 192.168.x.x và subnet mask là 255.255.255.0 Giao thức UDP được mô tả theochuẩnRFC 768, được sử dụng để gửi các bức điện ngắn đảm bảo về mặt thời gianthực, nhưng không đảm bảo dữ liệu có đến được đích hay không

b, Kết nối truyền thông, giám sát và điều khiển sử dụng Profinet S7 – 120

Kết nối trực tiếp: sử dụng kết nối trực tiếp khi ta đang sử dụng một thiết bịlập trình, HMI hay một CPU khác được kết nối đến một CPU riêng lẻ

Kết nối mạng: sử dụng các truyền thông mạng khi ta đang kết nối với hơnhai thiết bị (ví dụ các CPU, HMI, các thiết bị lập trình, và các thiết bị không phảicủa Siemens)

Dùng bộ chuyển mạch Ethernet 4 cổng CSM 1277 của Siemens

Hình 2.3 Thiết bị lập trình được kết nối đến CPU S7-1200.

Hình 2.4 Kết nối HMI-CPU S7-1200

Hình 2.5 Kết nối trực tiếp một CPU S7-1200 kết nối với một CPU S7-1200 khác

Hình 2.6 Kết nối mạng có nhiều hơn 2 thiết bị được kết nối với nhau, bằng cách sử

Ví dụ về các biến tương tự trong kỹ thuật điều khiển:

-Nhiệt độ

Trong việc tính toán điều khiển, bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi với 8 hoặc 11bit, trong đó 8 bit cung cấp cho 256 phạm vi và 11 bit độ phân giải là 2048 phạm vi.

2.3.4.2 Giới thiệu chung về module analog

Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việccộnghai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số pháttriển như hiện nay?

Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau: Ta cần điều khiển nhiệt độ của mộtlònung sao cho đạt được chất lượng nào đó Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử lýnhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển?

Một trong những công cụ được sử dụng là module analog

-Vậy module analog là gì?

-Các bạn đã biết được gì về module analog

-Các bạn đã từng sử dụng chưa?

-Nguyên lý hoạt động chung của module analog là gì?

a) Khái niệm về module analog

Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc

xử lý các tín hiệu số

b) Analog input

Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D) Nó chuyển tín hiệutương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộđiều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ

2.3.4.3 Nhập và đọc giá trị tại ngõ ra Analog

Giá trị analog được nhập vào PLC dưới dạng Word

Ví dụ :

-IW64 : analog input word 64

-QW80 : analog output word 80

Mỗi giá trị analog được gán vào một ngõ ra hay ngõ vào dưới định dạngword

Địa chỉ ngõ vào hay ngõ ra analog phụ thuộc vào địa chỉ trên DeviceOverview Ví dụ:

Hình 2.7 Địa chỉ trên Device Overview

Địa chỉ của ngõ vào analog đầu tiên trong trường hợp này là IW64, ngõ vàothứ hai là IW66 và ngõ ra analog là QW80

Việc chuyển đổi giá trị analog được xử lý tiếp trong PLC giống với các ngõvào và ngõ ra analog

Hình 2.8 Xử lí giá trị analog trong PLC S7-1200

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 3.1 Tính toán công suất động cơ nâng hạ

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu do tải trọng quyết định Để xác địnhphụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ cho hệ thống cầu trục

10 tấn

Hình 3.1: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng – hạ.

a Lựa chọn các thông số

+ Các thông số đã cho:

Trọng lượng bộ phận mang tải: 2100N

Hiệu suất cơ cấu: p = 0,8

Dường kính culi: Rt = 0,7m

Gia tốc cực đại khi nâng: 0,5(m/s2) Bội số của hệ thống rang rọc(u): 2

b Phụ tại tĩnh khi nâng tải

Momen trục động cơ khi có tải

0

( )

- G: là trọng lượng của tải trọng

- G0: là trọng lượng của bộ lấy tải

-Rt: là bán kính tang nâng

-u: là bội số của hệ thống ròng rọc

- c: là hiệu suất của cơ cấu

n- là tốc độ quay của động cơ

Trong các công thức trên, hiệu suất c lấy bằng định mức khi tải bằng định mức.+ Ứng với các tải trọng khác định mức, c xác định theo hệ số mang tải:

0 0

(3.3)

+Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:

0 c

1000.

đm n n

0

t no

c

G R M

n no

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là Mt thì:

Mh : momen trên trục động cơ khi hạ tải

∆M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động

ηh: hiệu suất cơ cấu khi hạ tải

t ho

c

G R M

1000

h h

d Chọn sơ bộ công suất động cơ.

- Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.

Khi nâng tải: vn = 14,5m/ph = 0,242m/s

0 0

Hình 3.2: Quan hệ phụ thuộc η c theo tải trọng.

Dựa vào đường đặc tính quan hệ giữa hệ số mang tải và hiệu suất (hình 3.2),

ta có:

ηc = 0,31

Khi nâng không tải:

0 0

2100.0, 242.9,81

n n

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng

ηt = 0,96 hiệu suất tang

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối,với giả thiết bộ truyềnđược chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

Vậy :

10000.1, 45

30, 25(W)60.1000 60.1000.0,8

n

Q v P

η

Từ các số liệu trên ta chọn được động cơ IE2-180L-4, Motor điện 3 pha 22

kw 30 hp 1400 vòng của thương hiệu Minh Motor

Hình 3.4: Động cơ pa lăng

Thông số kỹ thuật động cơ như sau:

Thông số kỹ thuật động cơ

Mà trong đó sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh,

do đó cơ cấu nâng của cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ antoàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơ cấu lực cản phụ dướidạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

Phanh được dùng có thể có nhiều loại: phanh đai, phanh một má, phanh hai má,phanh áp trục, phanh ly tâm vv… có thể phanh thường đóng hoặc thường mở, ởđây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trí trên trục động cơ

vì những lý do sau :