CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Trong các công trình xây dựng, kết cấu cáp thép trong dầm, giàn, sàn, bê tông cốt thép đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong đó cáp dự ứng lực với các đặc điểm vượt trội hơn so với các loại thép thông thường như khả năng chịu lực cao, vượt nhịp lớn, kết cấu nhẹ, độ tự chùng thấp, đặt tính lý học nhất quán, sức kháng giảm tải cao, chịu nhiệt tốt đang được sử dụng ngày càng nhiều. Số lượng cáp thép dự ứng lực trong mỗi công trình xây dựng là rất lớn với các chiều dài khác nhau nhưng lại được cắt thủ công bằng máy cắt chạy tay. Vì vậy việc ứng dụng tự động hóa vào quá trình cắt cáp thủ công là điều cần thiết.
Do đó em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điện-điều khiển cho máy cắt cáp dự ứng lực” nhằm góp phần tạo ra sản phẩm giải phóng sức lao động cho con người, nâng cao năng suất làm việc.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 1.1 Mục tiêu đề tài Thiết kế hệ thống điện- điều khiển của máy cắt cáp dự ứng lực kết hợp với các thiết bị phần cứng tạo ra sản phẩm máy cắt cáp dự ứng lực hoàn chỉnh.2 Nhiệm vụ đề tài Xây dựng, thiết kế một hệ thống điện- điều khiển và các mạch bảo vệ an toàn để có thể sử dụng trong điều kiện môi trường xây dựng. Hệ thống điều khiển an toàn, trực quan, dễ sử dụng cho người vận hành.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Cáp dự ứng lực trong xây dựng. Máy cắt cáp dự ứng lực 1.2 Phạm vi nghiên cứu Thiết kế hệ thống điện cho máy cắt cáp. Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy cắt cáp.4 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay nhu cầu xây dựng ngày càng tăng, không chỉ đòi hỏi về số lượng, chất lượng các công trình cũng cần được đảm bảo khi khí hậu ngày càng biến đổi khắc nghiệt.
Trong đó kết cấu cáp thép( dầm, giàn, sàn.) đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc liên kết với nhau tạo thành một kết cấu vững chắc trong lõi các công trình xây dựng. Vì vậy, nhu cầu sử dụng cáp là rất lớn. Cáp dự ứng lực với các ưu điểm vượt trội so với các loại cáp thép thông thường đang được sử dụng ngày càng nhiều. Mỗi công trình xây dựng cần sử dụng số lượng lớn các thanh cáp dự ứng lực với các kích cỡ, chiều dài khác nhau.
Tuy nhiên việc cắt cáp dự ứng lực lại được thực hiện thủ công. Những cuộn cáp với kích thước và trọng lượng lớn gây 7 nguy hiểm cho người cắt nếu xảy ra sự cố. Mặt khác đó cũng là công việc nặng nhọc tốn nhiều thời gian nên dễ gây sự nhàm chán và sai sót trong công việc, đặc biệt khi việc đo đạt bằng tay và mắt thường không tránh khỏi sự sai lệch về chiều dài từng đoạn cáp gây lãng phí và ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Do đó ứng dụng máy cắt cáp để thay thế công việc cắt cáp thủ công là việc cần thiết.
Mặc khác ứng dụng tự động hóa trong quá trình sản xuất giúp tăng năng suất lao động, giảm thiểu công việc cho công nhân trong các khâu nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán đáp ứng cường độ lao động sản xuất cao trong các công trường xây dựng. Với loại sản phẩm có số lượng lớn (hàng tỉ cái trong một năm) như cáp thép thì ứng dụng tự động hóa là việc làm tất yếu. 8 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁP DỰ ỨNG LỰC VÀ MÁY CẮT CÁP DỰ ỨNG LỰC 2.1 Giới thiệu về cáp dự ứng lực Cáp dự ứng lực là loại cáp thép chuyên dụng trong xây dựng có chất lượng tốt, độ bền cao, ít chịu ảnh hưởng của thời tiết so với các loại cáp thép thông thường.1 Cáp dự ứng lực Cáp dự ứng lực có ứng lực căng rất cao kết hợp với sức chịu nén của bê tông tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược khi chịu tải. Nhờ đó các kết cấu này có thể chịu được những tải trọng lớn hơn so với kết cấu bình thường và có khả năng vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông thông thường.
Thi công sàn nhà bằng dự ứng lực giúp giảm chiều cao tầng so với thi công bê tông cốt 9 thép thường (3,1m thay vì 3,3 - 3,5m). Khi giảm chiều cao tầng, sẽ giảm chi phí bê tông cốt thép cho cột vách, tường xây và hoàn thiện; giảm chi phí móng do tải trọng nhẹ hơn, giảm lực gió, động đất… Từ đó, sẽ tạo được sàn phẳng kiến trúc đẹp, phân chia không gian linh hoạt, giảm chi phí, tiết kiệm chi phí điều hòa. Công nghệ thi công cáp dự ứng lực được coi là một phương pháp mới trong xây dựng nhằm giảm thời gian thi công, tiết kiệm kinh phí và phù hợp với những công trình nhà cao tầng, cầu… với nhịp, khẩu độ lớn. Công nghệ thiết kế dự ứng lực làm giảm lượng lớn thép thường bằng cách sử dụng thép cường độ cao, thông thường sàn phẳng thay vì kết cấu sàn nhiều dầm và do đó thời gian thi công nhanh hơn so với kết cấu sàn bê tông cốt thép thường truyền thống .2 Thi công sàn bằng cáp dự ứng lực 10 Ưu điểm của cáp dự ứng lực Tiết kiệm chi phí về số lượng thanh gia cố, lớp bọc bảo vệ, nêm và lao động cho toàn bộ dự án.
Giảm khối lượng bê tông nhờ giảm kích thước của phần tử kết cấu công trình Sự kéo căng nóng trong quá trình sản xuất cáp dự ứng lực tạo thành dây gần như thẳng, do đó không cần phải gia công kéo thẳng về sau. Đặc tính của sầm, dàn sử dụng cáp dự ứng lực Khả năng chịu lực cao Khả năng vượt nhịp lớn Kết cấu sầm, dàn nhẹ hơn cáp thép thông thường Độ tự chùng thấp Đặt tính lí học nhất quán Đặt tính cuộn xoắn của cáp nâng cao giới hạn đàn hồi Sức giảm kháng cao Chịu nhiệt độ cao tốt Cáp dự ứng lực được sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM A416-2006 của Mỹ, JIS Nhật Bản.2 Các yêu cầu cần thiết kế máy cắt cáp dự ứng lực theo đề nghị của công ty Nam Công: Công ty Nam Công là công ty chuyên về thi công xây dựng dùng cáp ứng lực do đó máy cắt cáp dự ứng lực do công ty Nam Công đặt hàng có một số yêu cầu sau: Máy cho phép nhập chiều dài và máy cắt đúng chiều dài cáp đã nhập Máy cho phép nhập số lượng và máy cắt đúng số lượng cáp đã nhập Máy chạy được ở chế độ điều khiển bằng tay hoặc chế độ tự động An toàn khi sử dụng: có còi báo động khi cáp đang chạy ra ngoài để thông báo cho người sử dụng; có chốt an toàn tắt máy khi máy bị di chuyển trong lúc đang hoạt động.2 Kết cấu của máy cắt cáp dự ứng lực 2.1 Thiết kế sơ bộ của máy cắt cáp Từ yêu cầu thiết kế máy cắt cáp dự ứng lực được thiết kế gồm 3 phần chính: Cơ cấu kéo cáp: để kéo cáp từ cuộn dây cáp đến bộ phận cắt cáp, cơ cấu được thiết kế để kéo được hầu hết các loại cáp trên thị trường. Cơ cấu cắt cáp chỉ hoạt động khi cảm biến nhận biết có cáp và cảm biến động cơ cắt ở vị trí “Home” có tín hiệu. Động cơ kéo cáp là động cơ không đồng bộ ba pha công suất 1,5 kW được điều khiển bằng biến tần 12 Cơ cấu cắt cáp: dùng để cắt cáp khi đã đạt được chiều dài mong muốn.
Cơ cấu cắt cáp sử dụng loại động cơ máy cắt chuyên dụng được khởi động thông qua khởi động từ. Cơ cấu đẩy máy cắt: dùng để hạ động cơ cắt trong quá trình cắt và nâng động cơ cắt khi quá trình cắt đã hoàn tất( cảm biến “Limit” có tín hiệu”). Cơ cấu đẩy máy cắt sử dụng động cơ DC 24V được điều bằng mạch cầu H.3 Sơ đồ nguyên lý của máy cắt cáp dự ứng lực Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của máy cắt 13 Chú thích: (1) Cuộn cáp. (8) Gối tỳ của lò xo.
(9) Bánh cao su gắn với cảm biến đo tốc độ (3) Ống dẫn định hướng. (10) Cơ cấu kẹp dây cáp. (4) Puly truyền động. (11) Dao cắt cáp bằng đá.
(5) Puly bị truyền động. (13) Cảm biến nhận dạng sợi cáp. (7) Lò xo chịu lực.3 Nguyên lý làm việc của máy cắt cáp dự úng lực Động cơ điện (14) quay truyền động cho puly truyền động (4) quay theo. Sợi cáp từ cuộn cáp (1) được dẫn qua puly và ống dẫn động (3) được kéo căng và uốn thẳng.
Khi đã đủ chiều dài mong muốn, cáp sẽ được cắt bằng dao cắt (11) 2.3 Mạch vi điều khiển Induino Mega 2560 2.1 Indruino Mega 2560 Indruino Mega 2560 là giải pháp để thay thế board Arduino mega2560 với mục đích dùng trong công nghiệp. Board ổn định, chống nhiễu tốt, có chuẩn RS232 được thay thế, không còn bị nhiễu trong quá trình truyền nhận tín hiệu. Indruino đưa phần cứng và phần mềm Arduino vào môi trường công nghiệp, giúp điều khiển các máy móc phức tạp với chi phí bộ điều khiển thấp nhất và tận dụng các thư viện, các shield vốn là thế mạnh của Arduino. Indruino có thể ứng dụng trong các lĩnh vực: tự động hóa, robot, ngôi nhà thông minh, nông nghiệp công nghệ cao,… 2.2 Tính năng, thông số: Indruino Mega2560 có các thông số như board mạch Arduino Mega2560 truyền thống như: Vi điều khiển: ATmega2560 Điện áp hoạt động: 5V Điện áp đầu về( được đề nghị): 7-12 V Điện áp đầu về( giới hạn): 6-20 V 16 Số lượng chân I/O : 54 (trong đó có 15 chân output với chức năng PWM) Số lượng chân Input Analog : 16 Dòng điện DC mỗi I / O: 20 mA Dòng điện DC với chân 3.3V : 50mA Bộ nhớ flash: 256 KB trong đó có 8 KB sử dụng bởi bộ nạp khởi động SRAM: 8 KB EEPROM: 4 KB Tốc độ đồng hồ: 16 MHz Chiều dài: 101,52 mm Bề rộng: 53,3 mm Ngoài các tính năng giống mạch Arduino Mega2560, Indruino có thêm các tính năng đặc biệt sau: Thay thế chip nạp ở Board củ (Mega 16U2) thành Chip FT232RL của FTDI để chống nhiểu trong môi trường công nghiệp, đảm bảo sự kết nối truyền ổn định.
Sử dụng OPTO để cách ly hoàn toàn giữa phần USB và phần vi điều khiển. Bỏ con ổn áp nguồn LM1117-5V, thay bằng con DC-DC B0505S-1W (DIP 4 pins).