nghiên cứu tổng quan cần cẩu kone . xây dựng chương trình điều khiển hệ thống cấp nguồn và cơ cấu quay

LỜI NÓI ĐẦU
Ở nước ta với địa hình có bờ biển dài và nhiều sông lớn, từ lâu ngành
vận tải thuỷ đã hình thành, phát triển và ngày càng đóng vai trò quan trọng
trong nền kinh tế. Theo đó ngành công nghiệp đóng tàu cũng ngày càng
được quan tâm đầu tư phát triển, để đáp ứng nhu cầu trong nước và hội nhập
với thế giới.
Trong các công ty đóng tàu, nhóm thiết bị cần trục cầu trục có vị trí
rất quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh
tế của công ty. Cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nhóm thiết
bị này cũng ngày càng được hoàn thiện. Đặc biệt các thiết bị nhập khẩu từ
nước ngoài có nhiều tính năng ưu việt, đáp ứng tốt những yêu cầu vận hành
như đáp ứng đủ công suất, mức độ tự động hoá cao, vận hành an toàn hiệu
quả… Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá kỹ thuật và điều khiển nhóm cần
trục cầu trục là rất cần thiết, giúp cho ta hiểu sâu và khai thác tối ưu năng
suất thiết bị, phục vụ tốt hơn cho sản xuất.
Dưới sự phân công và hướng dẫn của thầy T.s Hoàng Xuân Bình em
đã tiến hành thực hiện đồ án môn học “ Nghiên cứu tổng quan cần cẩu
KONE . Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống cấp nguồn và cơ cấu
quay ” .
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện do vốn kiến thức còn hạn chế,
thời gian thực hiện không nhiều nên đồ án này không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của thầy cô và các
bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC KONE
1.1. Giới thiệu chung về cần trục KONE
Cần trục chân đế KONE được hãng KRANEF của Phần Lan thiết kế.
Nhóm cần trục này được triển khai ứng dụng ở các cảng biển nước ta, nhiều
nước trong khu vực và trên thế giới. Cần trục KONE có đặc tính điều chỉnh
tốc độ thích hợp cho bốc xếp hàng hoá cho cảng biển và nâng chuyển trong

công nghiệp lắp ráp cho nghành đóng tàu, chữa tàu biển.
Cần trục KONE có các cơ cấu chính sau :
Cơ cấu nâng hạ hàng.
Cơ cấu nâng hạ cần ( thay đổi tầm với ).
Cơ cấu quay mâm.
Cơ cấu di chuyển chân đế.
Về cấu trúc cơ khí cẩu KONE có thanh cần trục gồm :
Tháp cần trục làm bằng thép cấu trúc trên tháp cẩu thẳng đứng, có gắn
tay cần trục, cabin điều khiển, buồng đặt thiết bị điều khiển.
Tay cần của cần trục cấu tạo bằng những thanh thép được ghép bằng
dầm ứng lực, một đầu gắn bằng khớp với tháp cẩu, một đầu được ghép bằng
cáp thông qua hệ thống ròng rọc và có thể quay xung quanh khớp gắn với
tháp cẩu.
Cabin điều khiển là buồng điều khiển tập trung của cần trục, trong đó
trang bị những tay điều khiển để điều khiển các cơ cấu.
1.1.1. Thông số kĩ thuật cơ bản
Thông số kỹ thuật của cẩu KONE như sau :
Sức nâng từ
8 25÷
tấn.
Tầm với từ
24 38
÷
m.
Chiều cao nâng hạ hàng với tải là :
2
+25 tn chiu cao l 45+9 m.
+15 tn chiu cao l 37 + 9 m.
Tc nõng hng múc 25 tn l0 m/ph .
Tc nõng hng múc 8 tn l 60 m/ph.

Tc quay mõm l 1 m/ph.
Tc nõng cn l 25 m/ph .
Tc di chuyn xe 46 m/ph.
Gúc quay 360
0
.
Chiu rng ca ng ray 10,5 m.
Chiu di tõm bỏnh xe trc n tõm bỏnh xe sau l 5,4 m.
Chiu cao nh thỏp 37,3 m.
Chiu cao nh cn 45 m.
Ngun in 3 pha in ỏp U
dm
= 380 V, f = 50 Hz.
1.1.2. Các quy ớc chung khi đọc bản vẽ kỹ thuật cần trục KONE
a. Các kí hiệu trên bản vẽ
- Bản vẽ kí hiệu chữ A ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu
nâng hạ hàng móc 25 tấn.
- Bản vẽ kí hiệu chữ B ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu
nâng hạ hàng móc 8 tấn.
- Bản vẽ kí hiệu chữ K ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu
quay mâm.
- Bản vẽ kí hiệu chữ P ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu
nâng hạ cần.
- Bản vẽ kí hiệu chữ R ở đầu là bản vẽ sơ điện nguyên lý của cơ cấu di
chuyển xe.
Các bản vẽ nguyên lý của các cơ cấu cần cẩu KONE đợc kí hiệu nh
sau:
- OP1: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch cấp nguồn.
- OP2: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng
hạ hàng chính móc 25 tấn.

3
- OP3: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng
hạ hàng móc 8 tấn.
- OP4: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng
hạ cần.
- OP5: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu quay
mâm.
- OP6: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý điều khiển mạch động
lực cơ cấu di chuyển xe.
- OP7: Bản vẽ biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý mạch điều khiển cơ
cấu di chuyển xe.
- Bản vẽ OP28 tới OP35 là bản vẽ sơ đồ đấu dây.
b. Cách đọc kí hiệu trong sơ đồ
Các cuộn hút của công tắc tơ, rơle đợc kí hiệu bằng chính tên công tắc
tơ, rơle đó. Khi có điện nhận giá trị logic 1, khi không có điện thì bằng 0.
VD: Ac1=1 nghĩa là công tắc tơ Ac1 có điện.
Các tiếp điểm cũng kí hiệu bằng tên của công tắc tơ, rơle và kèm theo số cột
trong ngoặc đơn. Tiếp điểm đóng có giá trị logic bằng 1, mở có giá trị logic 0.
VD: Ac1(17) =1 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở cột 17 đóng.
Ngoài ra ta có:
- Ac1(2/25) =0 nghĩa là tiếp điểm công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ OP2 cột
25 đợc mở ra.
- OAc1(16) =0 nghĩa là tiếp điểm của công tắc tơ Ac1 ở bản vẽ O
nằm trên cột 16 mở ra.
1.2. u nhc im ca s iu khin cn cu KONE
1.2.1. V k thut iu khin
Thuc nhúm cu xut hin trc nm 1986 KONE l mt trong nhng
loi cu c s dng lõu i v rng rói ti cỏc cng sụng, cng bin, cỏc
nh mỏy, xớ nghip.
V k thut iu khin, mch iu khin cú cu to mch n gin

gm cỏc cụng tc t, rle thit k theo k thut ti u hoỏ cỏc bin iu
khin.
4
Để điều khiển tốc độ động cơ các cơ cấu nâng hạ hàng và cần cẩu
KONE sử dụng phụ tải động là phanh điều chỉnh tốc độ, có sử dụng bộ điều
chỉnh dòng KA481 để điều chỉnh phụ tải động. Mạch điều chỉnh tốc độ là
mạch vòng kín, mạch này có ưu điểm là điều chỉnh tốc độ tốt và hoạt động
khá chính xác cho phép KONE có 4 cấp tốc độ phía nâng và 4 phía hạ, đặc
tính cơ như hình 1.7
Cụ thể trong cơ cấu nâng hạ hàng và nâng hạ cần: [1]
Khi nâng ở tay điều khiển có 4 cấp tốc độ trong đó tốc độ 1 và tốc độ
2 điều khiển hệ thống truyền động điện hoạt động theo nguyên tắc hệ kín ổn
định tốc độ nới mọi trọng tải nâng bằng phương pháp điều chỉnh mômen của
phụ tải động. Tốc độ 4 được thực hiện bằng các rơle thời gian để có thêm
các tốc độ trung gian đảm bảo cho hệ thống hoạt động êm. Trong mạch rotor
vẫn giữ lại giá trị điện trở phụ nhằm mục đích khắc phục quá tải mômen,
dòng điện cho động cơ. Khi hạ cũng có 4 cấp tốc độ và ở tốc độ 1, 2, 3 hệ
TĐĐ là hệ kín.
Cần chú ý rằng trong quá trình khai thác nên sử dụng tốc độ 1, 2 phía
nâng và tốc độ 1, 2, 3 phía hạ trong thời gian ngắn vì ở các tốc độ này dòng
điện ở động cơ Am1 tăng lên làm cho hiệu suất của hệ thống giảm, tuy nhiên
nếu sử dụng cần trục KONE phục vụ nâng chuyển trong công nghệ lắp máy
thì đây là các đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt đáp ứng được yêu cầu nâng hạ
với độ ổn định tốc độ cho mọi loại tải.
Bộ điều khiển KA481 có khả năng điều chỉnh dòng cho phanh hãm để
tạo ra mômen hãm điều chỉnh tốc độ hệ thống. Tốc độ nâng 1 được tạo ra
bằng từ (15 ÷ 20)% n
0
; Tốc độ nâng 2 bằng (25 ÷ 30)% n
0

; Tốc

độ hạ hàng 1
bằng (9÷12)% n
0
; tốc độ hạ hàng 2 bằng (15÷20)% n
0
; tốc độ hạ hàng 3 bằng
(30÷35)% n
0
;
Trong cơ cấu quay mâm:
Do yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ nên hệ truyền động chỉ sử
dụng dạng hệ hở để giảm chi phí sản xuất, tuy nhiên cơ cấu vẫn đảm bảo đủ
4 cấp tốc độ cơ bản.
5
Ngoài ra trên cẩu KONE dùng hệ thống đèn báo hiển thị sự hoạt động
và báo lỗi.
Nhìn chung kỹ thuật điều khiển của cẩu KONE so với hiện nay đã cũ
nhưng do được sản xuất bởi hãng KONECRANES của Phần Lan nên hệ
thống vẫn làm việc tin cậy hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu công nghệ
của công ty và không có sự cố nghiêm trọng nào. Sự cố thường gặp là rơle
D1 hoạt động ở các vị trí tốc độ thấp của tay điều khiển thường phải thay thế
sửa chữa. Việc điều khiển thông qua đóng cắt các tiếp điểm nên phải thường
xuyên bảo dưỡng, tránh hao mòn tiếp điểm dẫn đến sự hoạt động không
chính xác hoặc sự cố nghiêm trọng xảy ra.
1.2.2. Về kỹ thuật biến đổi năng lượng- truyền động điện
Trong cẩu KONE các động cơ truyền động đều dùng động cơ rôto dây
quấn do Phần Lan sản xuất. Loại động cơ này tuy giá thành cao nhưng có
nhiều ưu điểm:

- Động cơ phù hợp với hệ TĐĐ thiết kế dùng phụ tải động vì khi kết
hợp sẽ cho đặc tính điều chỉnh tốt trong phạm vi rộng như hình 1.7, có khả
năng rút ngắn thời gian quá độ và nâng cao hiệu suất.
- Động cơ dùng điện trở phụ có thể hạn chế được dòng khởi động và
tăng mômen mở máy.
Các thiết bị khác như phanh hãm làm việc, phanh an toàn, trống tời,
cáp nâng đều có kết cấu chắc chắn, hoạt động tin cậy và ít hỏng hóc do được
chế tạo từ hãng uy tín KoneCranes của Phần Lan.
Hệ TĐĐ của các cơ cấu nhìn chung đã đáp ứng được các yêu cầu cho
hệ thống điều khiển cần trục cầu trục.
Tóm lại: Cẩu KONE đáp ứng khá tốt yêu cầu nâng vận chuyển máy
móc thiết bị tại công ty, giúp cho việc sửa chữa các con tàu. Đây là cẩu do 1
hãng danh tiếng chế tạo nên hoạt động khá tin cậy ít xảy ra sự cố nghiêm
6
trọng, khi có hỏng hóc thì phương pháp thay thế từng bộ phận là giải pháp
kinh tế nhất. Tuy nhiên do việc bố trí thiết bị điều khiển chung một phía với
thiết bị động lực nên khi làm việc thiết bị động lực thường phát nóng, tạo
nhiệt độ cao trong phòng thiết bị, ảnh hưởng tới sự hoạt động chính xác của
thiết bị điều khiển. Vì vậy công tác an toàn và cải thiện điều kiện làm việc
cho các thiết bị điều khiển cũng là vấn đề cần thiết. Việc kiểm tra bảo trì,
bảo dưỡng cẩu cũng cần thực hiện thường xuyên.
1.3. Phương pháp cải tiến
Đối với cẩu KONE, hệ thống điều khiển dùng công tắc tơ - rơle với
cấu trúc hệ truyền động dùng động cơ rôto dây quấn kết hợp phụ tải động.
Kỹ thuật này so với hệ thống dùng biến tần – PLC thì đã lạc hậu nhưng hệ
thống vẫn hoạt động tốt, ít xảy ra sự cố vì vậy không cần thay thế, hơn nữa
việc thay thế hệ điều khiển bằng biến tần – PLC là rất tốn kém. Giải pháp
cho KONE hiện nay là sửa chữa và thay thế từng chi tiết khi hỏng hóc, tiến
hành kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống thường xuyên theo định kì để sớm
phát hiện sự cố nhằm khắc phục kịp thời. Lắp đặt các quạt thông gió, làm

mát cho phòng thiết bị điều khiển…
Việc thay thế chi tiết cẩu KONE không nhất thiết phải là thiết bị do
cùng hãng chế tạo mà ta có thể sử dụng thiết bị của các hãng khác như
Siemens của Đức, thiết bị của Nhật hay Trung Quốc, Việt – Hung … để vừa
đảm bảo về kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế.
Nhìn chung các thiết bị của Nhật rất tốt nhưng về giá thành đắt nên
chỉ dùng cho các trường hợp yêu cầu công nghệ cao. Đối với cẩu KONE
thiết bị thay thế chủ yếu sử dụng là của Đức vì phù hợp yêu cầu kỹ thuật và
giá thành hợp lý. Trong trường hợp cần thay thế động cơ ta có thể chọn các
động cơ của Việt – Hung giá thành rẻ, hoạt động cũng an toàn tin cậy.
7
Chương 2 : ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU QUAY MÂM VÀ HỆ
THỐNG CẤP NGUỒN
2.1. Giới thiệu về S7-300:
PLC là chữ viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều
khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều
khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy, với chương trình
điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ
thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh( với các PLC khác hoặc với máy tính ). Toàn bộ chương trình điều
khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình
và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét. Để có thể thực hiện được
một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy
tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để
lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào/ra để
giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi với môi trường xung
quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có
các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), Bộ thời gian
(Timer) và những khối hàm chuyên dụng
2.1.1 Các module của PLC S7-300:

Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó
phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như
chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết
kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module.
Số các số module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối
thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module
8
còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các
module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ. Chúng được
gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module được gá trên thanh ray
(Rack).
Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,
các bộ thời gian, bộ đếm cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vài
cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng
vào ra onboard
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói
chung chúng được đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như module CPU312,
module CPU314, module CPU315…
Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau
về cổng vào/ra onboard cũng như các khối làm việc đặc biệt được tích hợp
sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cổng vào/ra
onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ
cái IFM.
Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai loại cổng truyền thông,
trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối
mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những
phần mềm thông dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành.
Các loại module CPU được phân biệt với những module CPU khác bằng
thêm cụm từ DP trong tên gọi

2.1.2 Vòng quét chương trình.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được
gọi là vòng quét . Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ
9
liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực
hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ
lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn
thực hiện chương trình là giai đoạn thực chuyển các nội dung của bộ đệm
ảo Q tới các cổng ra số.
Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm
lỗi
Vòng quét chương trình
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan đến cổng vào/ra tương tự
nên các lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật
lý chứ không thông qua bộ đếm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian
vòng quét . Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng
quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có
vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc
vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào số lượng dữ liệu được
truyền thông trong vòng quét đó.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và
việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng
bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định
10
tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC . Thời gian vòng
quét càng ngắn, tính thời gian thực hiện chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như
khối OB40,OB80, chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong
vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối

chương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ
không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn
nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông
và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để
thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình
thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét càng lớn khi càng có
nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời
gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không được viết chương
trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong
chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm
việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong
vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các
giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi
gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,
ngay cả chương trình ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
2.1.3 Cấu trúc chương trình:
Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành
riêng cho chương trình và có thể được lập với hai dạng cấu trúc khác nhau:
+ Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong
một khối trong bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp những
11
với bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối được chọn phải là khối
OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường
xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên


+ Lập trình có cấu trúc:
Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ
riêng và những phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau.

Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiệm vụ và
phức tạp. Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng
công việc đang thực hiện lại, chẳng hạn tạm dừng việc thực hiện chương
trình trong OB1, và chuyển sang thực hiện chương trình xử lý trong ngắt
trong các khối OB tương ứng. Ví dụ khi đang thực hiện OB1 mà xuất hiện
tín hiệu ngắt báo sự cố truyền thông, hệ thống sẽ tạm dừng việc thực hiện
OB1 lại để gọi và thực hiện chương trình trong khối OB87. Chỉ sau khi đã
thực hiện xong chương trình trong OB87, hệ thống sẽ quay trở về tiếp tục
phần chương trình còn lại trong OB1.
12
Vòng quét
Lệnh 1
Lệnh 2
Lệnh cuối cùng
OB1

OB
Organization
Block
FB
FB
FC
FB
SFB
SFC
DB
DB
DB
DB

Cấu trúc một chương trình (có cấu trúc)
OB = Organization Block
FC = Function
FB = Function Block
SFB = System Function Block
SFC = System Function
SDB = System Data Block
DB = Data Block
Khác với kiểu lập trình tuyến tính, kỹ thuật lập trình có cấu trúc
(structure programming) là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chương
trình điều khiển được chia nhỏ thành các khối FC hay FB mang một nhiệm
vụ cụ thể riêng và được quản lý chung từ những khối OB Kiểu lập trình
này rất phù hợp cho bài toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng như
cho việc sửa chữa, gỡ rối sau này.
2.1.4 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng:
Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module
mở rộng thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ kiện tại cổng
vào của các module số (DI) đã được CPU chuyển tới bộ đệm vào số. Cuối
mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số lại được CPU chuyển đến cổng ra
của các module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được
thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Điều này cho thấy nếu trong chương
trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị logic
thực có của cổng vào này có thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện
vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I và giá
đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như
13
vậy , nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra
số thì do nó chỉ thay đổi cuối cùng mới thực hiện được đưa tới cổng ra vật
lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc /ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương

tự lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy
mỗi lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu được một giá trị đúng
bằng giá trị thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực
hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bit) tới địa chỉ của vùng PQ, giá trị
đó sẽ được gửi ngay tới cổng ra tương tự của module
Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các
cổng vào ra tương tự của một trạm. Chẳng hạn, thực chất các cổng vào tương
tự chỉ có thể có là từ địa chỉ PIB256 đến địa chỉ PIB767 nhưng miền địa chỉ
của PI và PQ lại từ 0 đến 65535. Điều này tạo ra khả năng kết nối các cổng
vào/ra số với những địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng
có thể truy nhập trực tiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức
thời tại cổng mà không thông qua bộ đệm I và Q.
2.1.5. Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình PLC:
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm
phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập
trình cơ bản. Đó là:
- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement lits). Đây là dạng
ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình
được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh
chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toán hạng”.
14
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây chính là
dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch
điều khiển logic.
- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu FBD (Function block diagram). Đây
cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho những người có thói quen
thiết kế mạch điều khiển số.
Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được
dạng STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có
trong LAD hay FBD.

2.1.5.1. Trình tự chung của việc viết chương trình điều khiển:
Để viết chương trình (lập trình) điều khiển cho hệ thống sử dụng bộ
điều khiển PLC cần theo các bước sau:
1. Xác định chức năng của hệ thống điều khiển:
Đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng
ta muốn điều khiển một hay nhiều phần tử thực hiện của đối tượng. Để xác
định chức năng của hệ thống điều khiển chúng ta cần xác định thứ tự hoạt
động thông qua việc mô tả bằng lưu đồ.
2. Xác định các đầu vào và đầu ra:
Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài được nối với bộ điều
khiển được lập trình hoá phải được xác định. Những thiết bị đầu vào là
những chuyển mạch, cảm biến, nút ấn, tay điều khiển .Những thiết bị đầu
ra là những thiết bị như van điện từ, các đèn chỉ báo, chuông
15
LAD FBDSTL
Sau việc nhận dạng các thiết bị chủng loại đầu vào và đầu ra đó,
chúng ta tiến hành lựa chọn cấu hình PLC và các khối mở rộng một cách
phù hợp. Gán đầu vào (INPUT) và đầu ra (OUTPUT) tương ứng với PLC đã
chọn.
3. Quan hệ vào/ra và việc đơn giản hàm chức năng:
Từ lưu đồ hoạt động, ta tiến hành xây dựng mạch logic điều khiển
theo quan hệ đầu vào/ra. Viết hàm chức năng từ mạch logic, sau đó có thể
thực hiện đơn giản hoá hàm trong trường hợp có thể.
4. Viết chương trình:
a) Ngôn ngữ lập trình
- Phương pháp hình thang (LAD).
- Phương pháp danh sách lệnh (STL).
- Phương pháp sơ đồ khối (FBD).
b) Các lệnh cơ bản
- Nhóm lệnh logic tiếp điểm.

- Lệnh đọc, ghi và đảo vị trí bytes trong thanh ghi ACCU.
- Các lệnh logic thực hiện trên thanh ghi ACCU.
- Nhóm lệnh tăng giảm nội dung thanh ghi ACCU.
- Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung thanh ghi ACCU.
- Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16 bits.
- Nhóm lệnh so sánh số nguyên 32 bits.
- Nhóm lệnh so sánh số thực 32 bits.
c) Các lệnh toán học
- Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 16 bits.
- Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 32 bits.
- Nhóm lệnh làm việc với số thực.
d) Các lệnh logic tiếp điểm trên thanh ghi trạng thái
- Lệnh AND trên thanh ghi trạng thái.
16
- Lệnh OR trên thanh ghi trạng thái.
- Lệnh EXCLUSIVE OR trên thanh ghi trạng thái.
e) Các lệnh đổi kiểu dữ liệu.
- Chuyển đổi số BCD thành số nguyên và ngược lai.
- Chuyển đổi số nguyên 16 bits thành số nguyên 32 bits.
- Chuyển đổi số nguyên 32 bits thành số thực.
- Chuyển đổi số thực thành số nguyên 32 bits.
f) Các lệnh điều khiển chương trình.
- Nhóm lệnh kết thúc chương trình.
- Nhóm lệnh rẽ nhánh theo bit trạng thái.
- Lệnh xoay vòng.
- Lệnh rẽ nhánh theo danh mục.
Ngoài ra thì còn có các bộ đếm(counter), bộ thời gian(timer) và các
khối dữ liệu đặc biệt
5. Nạp chương trình vào bộ nhớ:
Ta truy nhập chương trình đã được soạn thảo vào trong bộ nhớ thông

qua máy tính với sự trợ giúp của phần mềm đi kèm theo thiết bị.
6. Xác định địa chỉ cho module mở rộng:
Tuỳ vào vị trí lắp đặt của module mở rộng trên những thanh RACK mà
các module có những địa chỉ khác nhau. 2 hình dưới đây trình bày qui tắc
xác định địa chỉ đó.
17

18
2.2. Thuyt minh h thng iu khin cp ngun ca cn trc
KONE(47)
Ngun in cung cp cho cỏc c cu ca cn cu KONE c iu khin
bng cỏc cụng tc t r le, cu dao. S nguyờn lý iu khin cp ngun cho
cn trc KONE c biu din trờn hỡnh 2.2 .
in ỏp cung cp cho cỏc ng c 3 pha, U
dm
= 380V, tn s f =50Hz.
in ỏp cung cp cho mch iu khin U
DK
= 220V, tần số f = 50Hz.
in ỏp cung cp cho mch iu khin dùng rơ le thời gian điện từ 1 chiều
U
MC
= 220V.
Cung cấp nguồn cho các cơ cấu chính thông qua hệ thống vành trợt trên trục
của ru lô và đa đến cầu dao chính Oa1 đặt trên cần trục. Từ cầu dao Oa1, cáp nguồn
đợc nối với hệ thống vành trợt thứ hai bố trí trong trụ quay cần trục để cấp cho cầu
dao Oa2 lắp đặt trong ca bin điều khiển.
Thứ tự cấp nguồn cho cần trục :
Khi cầu dao chính đợc đóng Oa1 =1 cấp điện tới cầu dao Ta1 và Ta2 cho hệ
thống chiếu sáng báo hiệu, chiếu sáng, sấy các động cơ, đồng thời cấp điện tới cầu

dao Oa2.
Khi cầu dao Oa2 = 1 thì nguồn điện đợc cấp tới công tắc xoay Oa3 và công
tắc xoay Ob2 sẵn sàng cấp cho công tắc tơ Oc1 sẵn sàng cấp nguồn cho các cơ cấu
chính của cần trục.
Để tiến hành cung cấp nguồn điện cho mạch động lực cho các cơ cấu nâng
hạ hàng, nâng hạ cần, cơ cấu quay mâm và cơ cấu di chuyển xe cần tiến hành các
bớc sau :
1.Đa tất cả tay điều khiển của các cơ cấu chính về vị trí 0, lức này ta có :
Ab3 = 1 Bb3 = 1 Pb3 = 1
Rb3 = 1 Kb3 = 1
2. Đóng áptômat Oa4 và Oa5 về vị trí ON, lức này Oa4 =1 , Oa5 = 1.
3. n nút khởi động nguồn Ob4.
Ob4 = 1 cấp điện cho rơle trung gian Od1.
19
Od1 = 1 làm cho Od1 (15) = 1.
Nguồn điện đợc đa tới cuộn hút của công tắc tơ chính Oc1 = 1 đóng các tiếp
điểm của nó lại nh Oc1(3) = 1, Oc1(7) = 1 .
Tín hiệu hoá việc cấp nguồn bằng đèn Oh1 sáng, báo hiệu công tắc tơ Oc1
đã đóng mạch cấp điện đến các cơ cấu của cần trục.
Trờng hợp công tắc tơ chính Oc1 không làm việc, đèn tín hiệu không sáng, mạch
điều khiển cấp nguồn bảo vệ sự cố các cơ cấu điều khiển chính nh hệ thống quạt
gió cho buồng máy, thông gió cho các điện trở phụ, bảo vệ quá tải cho các động cơ
truyền động, các tay điều khiển không ở vị trí không
Thứ tự cấp nguồn cho cần trục thực hiện theo các bớc sau đây:
1. Đa tay điều khiển các cơ cấu chính về vị trí 0 .
2. ấn nút stop ( Ob3 ) = 0, công tắc tơ chính Oc1 =0, đèn báo Oh1 tắt khi
công tắc tơ chính mất điện.
3. Ngắt cầu dao Oa2 ( đa tay cầu dao về vị trí OFF ) ; an toàn cho mạch
động lực cũng nh mạch điều khiển của các cơ cấu. Nhng mạch điều khiển
cho mạch chiếu sáng và sấy vẫn có điện.

4. Ngắt cầu dao Oa1 ( đa tay cầu dao về vị trí OFF ); bảo đảm an toàn cho
hệ thống.
Các bảo vệ cần có trong sơ đồ điện điều khiển cấp nguồn cho cần trục :
Bảo vệ 0 là bảo vệ mất điểntong lức cần trục đang hoạt động, không cho
phép hoạt động trở lại khi cha thực hiện thứ tự cấp nguồn.
Bảo vệ ngắn mạch : khi trên cần trục sảy ra ngắn mạch cấp nguồn do mạch
điện động lực của các cơ cấu hệ thống thì hệ thống cấp nguồn phải bảo vệ nhằm
mục đích bảo vệ hệ thống cung cấp diện.
Bảo vệ ngừng cấp nguồn khi một trong các cơ cấu chính quá tải .
20
2.3. Thuyết minh hệ thống truyền động điện điều khiển cơ cấu quay mâm của
cần trục KONE
Cấu trúc của hệ thống truyền động điện điều khiển cơ cấu quay mâm
của cần trục KONE có cấu trúc như trên hình 2.3a . Hệ truyền động cho cơ
cấu quay mâm dùng hai động cơ bố trí đối xứng qua tâm quay. Hệ truyền
động dảo chiều đối xứng cho cả hai chiều quay.
2.3.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm(60)
Hai động cơ truyền động cho cơ cấu quay là động cơ không đồng bộ
roto dây quấn. Loại động cơ 16LTS2F – 9548 có các thông số sau :
Công suất định mức P
dm
= 15 kW
Hệ số công tác ngắn hạn lặp lại ε% = 40%
Điện áp định mức U
dm
= 380 V
Dòng điện định mức I
dm
= 34 A
Tốc độ định mức n

dm
= 1500 vg /ph
Điện áp ro to U
2
= 300 V
Dòng điện roto I
2
= 34 A
Điện trở roto R
2
= 0,14 Ω/20
0
C.
2.3.2. Chức năng các phần tử trong mạch điều khiển
Sơ đồ nguyên lý điều khiển cơ cấu quay mâm của cần trục KONE
K4961 được biểu diễn trên hình
K2m1, K2m2 : Các động cơ không đồng bộ roto dây quấn truyên
động cho cơ cấu quay mâm.
Kc1, Kc2 : các công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho cuộn dây stato
để động cơ quay thuận và quay ngược.
K1c40 ÷ K1c43; K2c40 ÷ K2c43 : các công tắc tơ điều khiển điện trở
phụ trong mạch roto của động cơ.
21
K1e1 và K2e1 : Các rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho các động cơ.
Ke1 : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch.
Kd43 và Kd44 là các rơle thời gian để khống chế quá trình tăng, giảm
tốc độ khi điều khiển.
2.3.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển cơ cấu quay
Thứ tự cung cấp nguồn cho cần trục đã được thực hiện. Sơ đồ điện
nguyên lý điều khiển cơ cấu quay mâm biểu diễn trên hình . Tay điều khiển

Kb3 ở vị trí “0” , lúc này các rơ le Kd43 =1, Kd44 =1 làm cho Kd43(16) =0,
Kd44(16) = 0, bảo vệ an toàn cho cơ cấu quay mâm đồng thời Kd43(9) =1,
Kd44(9) = 1 cấp điện cho mạch điều khiển và cấp nguồn cho Kd42 = 1,
Kd41 = 1 làm cho Kd41(15) = 1, Kd42(14) = 1 sẵn sang đưa các công tắc tơ
K1c41 và K2c41 vào làm việc.
Tốc độ 1 quay phải
Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 1, Kb3 = 1, ta có : Kd1 =1 làm
cho Kd1(14) =1 sẵn sang cấp điện cho K1c41 và K2c41, đồng thời Kd1(7)
=1 dẫn đến Kc1 = 1.
Kc1(4) = 1 cấp nguồn stato cho 2 động cơ truyền động K2m1 và
K2m2 quay theo chiều phải.
Mạch roto của 2 động cơ điều hở 1 pha nên động cơ làm việc ở chế độ
điện trở roto không đối xứng nên mômem động cơ tạo ra đủ nhỏ, tốc độ
chậm.
Tốc độ 2 quay phải
Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 2 chiều quay phải Kb3 =1 .
Mạch điện stato được cấp điện giống vị trí số 1. Ở mạch roto lúc này
có them K1c40 = 1 và K2c40 = 1 làm cho K1c40(7) = 0 và K240(9) = 0 bảo
vệ động cơ khi có sự cố đồng thời K1c40(1) = 1 và K2c40(3) = 1 lúc này
22
điện trở mạch roto được nối đối xứng U
0
U
1
= V
0
V
1
= W
0

W
1
, tốc độ động cơ
tăng lên.
Tốc độ 3 quay phải
Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 3 chiều quay phải Kb3 = 1.
Mạch điện stato của 2 động cơ giống vị trí số 2, K1c41 = 1 , K2c41 =
1 làm cho K1c41(23) = 0 và K2c41(23) = 0 dẫn đến Kd43 = 0 duy trì thời
gian sau khoảng 2(s) thì Kd43(16) =1 .
Các công tắc tơ K1c41(1) và K2c41(3) = 1 loại điện trở phụ U
0
U
1
,
V
0
V
1
, W
0
W
1
,ra khỏi mạch ro to, tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên .
Tốc độ 4 quay phải
Khi đưa tay điều khiển Kb3 về vị trí số 4 chiều quay phải Kb3 = 1.
Mạch điện stato của các động cơ giống vị trí số 3, mạch điện roto lúc
này K1c42 = 1 và K2c42 = 1 làm cho K1c42(24) = 0 làm cho rơle thời gian
Kd44 = 0 sau khoảng thời gian duy trì 1,5(s) thì Kd44(17) = 1; K1c42(1) =
1, K2c42(3) = 1 loại tiếp điện trở U
1

U
2
, V
1
V
2
, W
1
W
2
ra khỏi mạch điện roto
tốc độ động cơ tăng lên.
Sau thời gian duy trì 1,5(s) thì Kd44(18) = 1 làm cho K1c43 = 1 và
K2c43 = 1 tiếp tục loại nấc điện trở phụ U
2
U
3
, V
2
V
3
, W
2
W
3
ra khoải mạch
ro to tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên.
Khi điều khiển cơ cấu quay mâm quay trái các bước thực hiện tương
tự như điều khiển cơ cấu quay phải, cần chú ý rằng công tắc tơ cấp nguồn
cho mạch stato lúc này là Kc2 = 1 , đổi chiều quay bằng cách đổi thứ tự pha

điện áp mạch stato. Mạch điện roto thứ tự loại trừ điện trở phụ hoàn toàn
giống chiều quay phải.
Khi chuyển nhanh tay điều khiển từ vị trí 1 đến vị trí 4 và từ vị trí 4 về
vị trí 1, nhờ sự duy trì của các rơle thời gian Kd43 và Kd44 mà tốc độ không
tăng đột ngột.
23
Cơ cấu phanh dừng ( hình 2.3.b ) được thực hiện khi đạp chân phanh
( K6=1 ) . Trước khi thực hiên chế độ phanh thì người điều khiển phải đưa tay điều
khiển Kb3 về vị trí 0 . Đồng thời đóng các cầu dao K2, K1 ( tùy vào từng tốc độ
của động cơ mà ta đóng cầu dao K3, K4, K5 để điều chỉnh dòng hãm ) đưa dòng
điện 1 chiều vào stato của 2 động cơ tạo ra chế độ hãm .
Các bảo vệ
1. Bảo vệ quá tải cho các động cơ thực hiện bằng các rơle nhiệt K1e1 và
K2e1.
2. Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì Ke1 .
3. Bảo vệ “không” được thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn.
4. Bảo vệ góc quay ( thường góc quay làm việc trong giới hạn 60
0
÷ 120
0
)
24
2.4. Xây dựng sơ đồ thuật toán
2.4.1. Sơ đồ thuật toán điều khiển cấp nguồn
Od1=0
Oh1=0
Oh2=1
2
Ke1=0
Đ

S
Ae1=0
Đ
S
S
Đ
Be1=0
S
Đ
Ob3=0
S
Đ
Oa5=1
S
Đ
Oa4=1
S
Đ
Oa3=1
Ob2=1
S
Đ
Oa2=1
T23,T24=1
S
Đ
Ta1=1
Oa1=1
Đ
S

Cap nguon
Start
25