CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Hình 1- 1 Hệ thống nâng chuyển hàng hoá Trong cuộc sống hiện nay, hệ thống trợ giúp con người trong việc nâng chuyển hàng hoá ngày càng nhiều và cần thiết trên thị trường .Với tình hình đó ,sự phát triển của các hệ thống này diễn ra một tốc độ nhanh và không ngừng cải tiến. Vì thế mà có thể thấy được các hệ thống này đã chiếm được một phần cực kì quan trọng trong công việc nâng cao sản xuất , tối ưu hoá thời gian và con người. Vì nhu cầu di chuyển hàng hoá trong xưởng , nhà máy ,xí nghiệp ngày càng tăng , nên sự hình thành của các hệ thống di chuyển này cũng vì thế mà đa dạng về hình dáng, kích thước, tính năng của chúng; tạo điều kiện cho người sử dụng có nhiều phương án lựa chọn thiết bị, hệ thống phù hợp cho công việc. Để nâng cao hiệu quả của hệ thống di chuyển và giúp nhóm hiểu rõ hơn về hệ thống này nên nhóm đã cùng nhau quyết định chọn đề tài đồ án về lĩnh vực tự động hoá ( thiết kế và thi công tủ điện điều khiển , giám sát vị trí hệ thống cầu trục ).2 Mục tiêu đề tài - Tạo mô hình cơ khí cho hệ thống của cầu trục.
Trang 1 do an - Ứng dụng phần mềm WPLSOFT để lập trình điều khiển cho PLC Delta - Ứng dụng phần mềm Visual Studio 2012 để viết phần mềm giám sát và điều khiển vị trí cầu trục bằng ngôn ngữ lập trình C-sharp. - Sử dụng biến tần Teco L510 để điều khiển động cơ. - Thiết kế và thi công tủ điện. - Điều khiển vị trí cầu trục.
- Thử nghiệm và kiểm tra hoạt động của toàn bộ hệ thống.3 Yêu cầu đề tài - Thiết kế hợp lý , tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo chức năng. - Lắp ráp các thiết bị hoàn chỉnh , gọn gàng , đảm bảo an toàn. - Sai số khi điều khiển vị trí của hệ thống không quá lớn. - Giám sát và điều khiển được hệ thống cũng như vị trí.4 Giới hạn của đề tài Do còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn nên đồ án chỉ tập trung thực hiện các vấn đề sau: - Thiết kế mô hình cơ khí thử nghiệm.
- Lập trình C# , PLC , cài đặt biến tần. - Thiết kế điện điều khiển. - Thi công tủ điện.5 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sử dụng để thực hiện đồ án này : - Phương pháp quan sát: Quan sát thực tế từ các công ty, xí nghiệp, nhà máy, những đoạn video, hình ảnh có trên mạng. - Phương pháp tham khảo tài liệu: Các tài liệu liên quan đến đồ án , nguồn thư viện sách, internet, thầy cô và bạn bè.
- Phương pháp dự đoán: Đưa ra các giả thuyết như cấp đủ xung có chạy đúng như lý thuyết hay encoder có phản hồi về đúng không, vị trí cầu trục di chuyển có đúng không, nối trục có đủ chặt để động cơ bị trượt. Trang 2 do an - Luôn luôn tìm hiểu và khắc phục các vần đề nảy sinh trong quá trình làm đồ án.6 Đối tượng nghiên cứu - Động cơ 3 pha. - Biến tần Teco. - Lập trình C#.
- Ứng dụng của Modbus để truyền thông giữa PLC và PC. - Tủ điện điều khiển và giám sát.7 Dàn ý nghiên cứu - Tổng quan về đề tài. - Thiết kế và thi công mô hình phục vụ nghiên cứu. - Thiết kế, thi công tủ điện.
- Lập trình điều khiển và giám sát. Trang 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống cầu trục Hình 2- 1 Cầu trục dầm đơn 2.1 Khái niệm về cầu trục Cầu trục là tên gọi chung của các máy trục chuyển động trên hai đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không ( khẩu độ ) giữa hai đường ray đó. - Các cơ cấu của đảm bảo 3 chuyển động : - Nâng hạ vật. - Di chuyển xe con.
- Di chuyển xe cầu.2 Phân loại cầu trục a/ Theo công dụng : - Nâng hạ. - Di chuyển tải. b/ Theo cơ cấu dẫn dộng - Dẫn động bằng điện. - Dẫn động bằng tay.
c/ Theo kết cấu dầm ( thiết kế) Trang 4 do an - Cầu trục dầm đơn. - Cầu trục dầm đôi. - Cầu trục treo. d/ Theo phạm vi sử dụng - Cầu trục cho cẩu cảng - Cầu trục cho các nhà máy luyện kim, thép - Cầu trục dùng trong việc phòng chống cháy nổ - Cầu trục cho các nhà máy sản xuất bê tông thương phẩm , các nhà máy sản xuất ,thương mại sắt thép.
- Cầu trục trong các ngành công nghiệp nhẹ. - Cầu trục có các cơ cấu mang hàng đặc biệt: gầu ngoạm , nam châm từ. e/ Theo phạm vi hoạt động - Cầu trục được hoạt động trên cao nhà xưởng. - Cơ cấu chuyển động dọc đường ray của cầu trục và chuyển động ngang của palăng trên dầm sẽ làm cho cầu trục có thể nang hạ tất cả các điểm trong không gian làm việc của cầu trục .3 Ứng dụng của cầu trục Cầu trục được sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng – chuyển vật nặng trong các phân xưởng và nhà kho ; cũng có thể dùng để xếp sỡ hàng.2 Lựa chọn động cơ cho cầu trục 2.1 Động cơ bước( Stepping Motor): Ưu điểm: - Điều khiển chính xác góc quay.
- Giá thành thấp. Nhược điểm: - Nếu bị quá tải động cơ sẽ bỏ bước gây sai lệch trong điều khiển. - Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo. Trang 5 do an - Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao, moment xoắn nhỏ.
Hình 2- 2 Động cơ bước 2.2 Động cơ một chiều ( DC motor) Ưu điểm: - Moment khởi động lớn - Dễ điều khiển tốc độ và chiều. - Giá thành rẻ. Nhược điểm: - Dải tốc độ điều khiển hẹp. - Phải có mạch nguồn riêng.
Hình 2- 3 Động cơ DC Trang 6 do an 2.3 Động cơ AC servo Ưu điểm: - Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều. - Đa dạng và rất phong phú về chủng loại,giá thành rẻ. Nhược điểm: - Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn ,moment khởi động nhỏ. - Mạch điều khiển tốc độ phức tạp.
Hình 2- 4 Động cơ AC servo 2.4 Động cơ DC servo Ưu điểm: - Tránh hiện tượng bỏ bước. - Có thể hoạt động ở tốc độ cao. Nhược điểm: - Giá thành cao. - Khi dừng lại động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc.
- Khó điều khiển. Trang 7 do an Hình 2- 5 Động cơ DC servo 2.5 Động cơ AC Ưu điểm: - Dùng nguồn trực tiếp từ lưới, sử dụng dễ dàng, cấu tạo đơn giản. - Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng. - Kết cấu bền vững.
- Khả năng chịu tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ. - Giá thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều. Nhược điểm: - Kích thước lớn, khó điều khiển liên tục khi dòng điện lớn. - Luôn vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn.
- Khó mô tả toán học hơn động cơ DC, cấu trúc điều khiển phức tạp. Hình 2- 6 Động cơ AC Trang 8 do an Kết luận : Do tính ưu việt của động cơ xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải, động cơ xoay chiều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn , dễ vận hành, làm việc trong môi trường rung lắc tốt. Nguồn điện cấp cho động cơ điện xoay chiều lại có sẵn, giá thành động cơ rẻ. Vì những điểm phù hợp này nhóm đã lựa chọn động cơ điện xoay chiều.3 Các phương pháp điều khiển vị trí động cơ AC 2.1 Điều khiển vị trí bằng phương pháp on/off - Điều khiển vị trí động cơ bằng phương pháp on/off là phương pháp điều khiển đơn giản nhất, điều khiển vị trí bằng nút nhấn hoặc công tắc và quan sát vị trí di chuyển bằng mắt thường hoặc công tắc hành trình.
- Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản , ít tốn kém , nhưng lại có độ trễ và độ chính xác không cao. - Khi tác động nút nhấn hay công tắc ở trạng thái ON động cơ sẽ chuyển động đi một quãng đường, khi đạt được vị trí cần thiết thì ngừng tác động , động cơ ngừng di chuyển.2 Điều khiển vị trí bằng phương pháp V/f a/ Phương pháp E/f: Ta có công thức sau : f a= fdm + Với f là tần số hoạt động của động cơ. + 𝑓𝑑𝑚 là tần số định mức của động cơ. Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1).
Từ thông động cơ được giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động cơ nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hoá được giữ không đổi tại mọi điểm làm việc của động cơ. Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau: Trang 9 do an Edm 1 Im =. fdm 2ðLm + Với Lm là điện cảm mạch từ hoá Tại tần số làm việc f : E 1 Im =.
fdm 2ðLm Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi: E E Edm = Edm => = = const a f fdm Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không đổi (E/f = const). b/ Phương pháp V/f. Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có Tthể xem như U # E.
Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const. Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức. Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ: 2 R′2 3 Vđm .[ s ] ωđb R2′s 2 ′ 2 (R1 + ) + (X1 + X 2 ) s Và moment cực đại ở chế độ định mức : 2 3 Vđm M=. ωđb R1 ± √R21 (X1 + X 2′ )2 Và moment cực đại ở tần số f khác định mức: Trang 10 do an 2 3 Vđm Mmax = .