Phân tích trang bị điện cấp nguồn cho cầu trục QC của kalmar

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
CÁC MÁY CƠNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH TRANG BỊ ĐIỆN CẤP NGUỒN CHO
CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG KALMAR

Giảng viên:
Lớp:
Nhóm sinh viên:


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................4
CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG KALMAR....5
1.1

Giới thiệu về cầu trục QC của hãng Kalmar...........................................5

1.1.1 Khái quát sơ bộ về cầu trục QC của hãng Kalmar.................................5
1.1.2 Các thông số cơ bản của cầu trục QC của hãng KALMAR...................6
1.2

Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC.................................10

CHƯƠNG 2. TRẠM BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA CẦU
TRỤC QC HÃNG KALMAR...........................................................................11
2.1. Sơ đồ lắp đặt và nguyên lý mạch động lực hệ thống cấp nguồn cho cầu
trục QC...............................................................................................................11

2.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ thống cấp nguồn cầu trục QC hãng Kalma..11
2.2 Các tủ và cách bố trí lắp đặt thiết bị cấp nguồn.......................................17
2.2.1 Các tủ điện cấp nguồn..............................................................................17
2.2.2 Cách bố trí lắp đặt thiết bị cấp nguồn....................................................17
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ ĐIỆN CẤP NGUỒN CHO CẦU TRỤC
QC CỦA HÃNG KALMAR.............................................................................19
3.1. Sơ đồ mạch điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC của hãng Kalmar.19
3.2. Nguyên lý hoạt động...................................................................................19
3.3 Các bảo vệ....................................................................................................59
KẾT LUẬN........................................................................................................61

2


LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ quan trọng trong việc phát triển kinh
tế, việc giao thương với các nước trên thế giới thông qua con đường biển hết sức
quan trọng, đặc biệt là thời gian giải phóng, bốc xếp vận chuyển container lên
xuống trên tàu sẽ quyết định tới năng suất và hiệu quả của một cảng, quyết định
tới sự phát triển kinh tế của đất nước.
Ngày nay, với sự phát triển công nghệ khoa học kỹ thuật như vũ báo. Rất
nhiều công nghệ tiên tiến, vượt trội đã được áp dụng để cải tiến, nâng cấp trang
thiết bị nhằm mục tiêu nâng cao hiệu suất và hiệu quả làm việc, giảm giá thành
sản phẩm đồng thời giảm số lượng nhân công lao động đáng kể. Ngành Hàng
Hải, đặc biệt là cảng biển cũng được hưởng lợi từ việc phát triển công nghệ khoa
học kỹ thuật. Nhiều trang thiết bị xếp dỡ hàng hóa được cải tiến, trong số đó
phải kể tới những cỗ máy xếp dỡ container khổng lồ là cầu trục QC. Nhờ những
cỗ máy này mà việc xếp dỡ container trở nên dễ dàng, nhanh chóng và hiệu quả
cực cao.
Kalmar là một hãng sản xuất cầu trục lớn nổi tiếng của Thụy Điển. Trong

khuôn khổ đồ án thiết kế môn học Trang bị điện – điện tử, em được thầy giáo
PGS.TS Hoàng Xuân Bình giao cho đề tài “phân tích hệ thống cấp nguồn cầu
trục QC của hãng Kalmar”.
Được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Hồng Xn Bình,
cùng với sự tìm hiểu của bản thân, em đã hồn thành đề tài được giao, đảm bảo
những yêu cầu chung về đọc hiểu bản vẽ trang bị điện – điện tử nói chung và
trang bị điện – điện tử cầu trục nói riêng.
Tuy đã cố gắng nhiều nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy
em mong các thầy cơ tiếp tục giúp đỡ em nhiều hơn nữa để đồ án em được hoàn
thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!
3


CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG
KALMAR
1.1 Giới thiệu về cầu trục QC của hãng Kalmar
1.1.1 Khái quát sơ bộ về cầu trục QC của hãng Kalmar

Hình 1.1 Cầu trục QC nâng chuyển container của hãng KALMAR
Cầu trục giàn QC xếp dỡ container của hãng Kalmar là cầu trục cổng có
cơng son liên kết bản lề chuyển động trên đường ray, xe con di chuyển bằng cáp
kéo, sử dụng nguồn ba pha. Cầu trục QC của hãng Kalmar là thiết bị hiện đại
nhất phục vụ xếp dỡ container lên xuống tàu được cảng Container Xanh Vip-Vip
Green Port đầu tư và trang bị ngay khi thành lập.
Cầu trục QC là một hệ truyền động có khả năng di chuyển bằng cơ cấu di
chuyển dàn
Nguồn điện được dẫn qua cáp điện trên một tang quấn được quay bởi động
cơ tang quấn cáp. Cầu trục được sử dụng cho việc vận chuyển container bằng
một khung speader có khả năng co duỗi. Khung speader được giữ trên dầm

chính của một cầu trục, hệ thống điện của khung được liên kết với xe con.
4


Cầu trục QC có một cấu trúc dầm với hai phần chính: phần đất liền và dầm
treo phía mặt sơng. Dầm phía sơng có khả năng nâng lên cao và hạ xuống thấp
nhờ một hệ truyền đông đặt bên trong buồng máy của cơ cấu nâng hạ boom.
Ở góc phía chân của cầu trục có một thang máy và cầu thang bộ.
Đường chạy của xe con nằm ở phía dưới của dầm cầu trục. Nguồn cấp cho
xe con được dẫn qua hệ thống mang cáp điện. Bộ giữ tải của xe con treo trên các
giá di chuyển xe con chứa các ròng rọc hệ thống cáp tải của cơ cấu nâng hạ
hàng.
Cabin điều khiển được treo trên một hệ thống, giá treo cabin là một bộ phận
với cơ cấu di chuyển xe con kết nối với bộ giữ cáp tải của xe con. Hướng quan
sát của người lái ngồi trong cabin là về phía sơng bên trên khung speader.
Hệ truyền động cơ cấu nâng hạ hàng được đặt trong buồng máy của cơ cấu.
Trước cửa buồng máy của cơ cấu nâng hạ boom và nâng hạ hàng có hai cần
cẩu nhỏ phục vụ cho việc sửa chữa bảo dưỡng, bằng các cần trục sửa chữa này
tải có thể được hạ từ trên dầm cầu trục xuống tới mặt đất.
1.1.2 Các thông số cơ bản của cầu trục QC của hãng KALMAR
Loại cần cẩu: Feeder-server
Đặc tính: Cẩu container có khả năng nâng hạ cần
Năm sản xuất………………………………. 2010
Năm lắp ráp và vận hành…………………... 2015
Trọng lượng của cầu trục…………………... 520 tấn
Sức nâng định mức:
Khi dùng khung nâng…………………50 tấn
Khi dùng dầm nâng …………………..65 tấn
Kích thước cầu trục
Bề rộng giàn cầu…………………………….20m

Bề rộng xe con……………………………….4m
Quãng đường di chuyển xe con……………..69m
Chiều dài làm việc phía bờ sơng……………35m
5


Chiều dài làm việc phía đất liền…………….16m
Độ rộng hai chân cẩu………………………..20m
Tổng chiều cao cẩu (khi nâng công son)…....71m
Nguồn cấp…………………………………...nguồn 3pha, 22kV, 50Hz
Khung Spearder:
Chiều cao giới hạn khi nâng hàng……27m
Chiều cao giới hạn khi hạ hàng………-12m
Nhiệt độ môi trường ………………….-25 -40 C
Số bánh xe: 6 bánh/1 cụm chân
Số cụm chân: 4 cụm
Kích thước tủ điện(E-HOUSE)
Chiều rộng của tủ………………………….2,7m
Chiều dài của tủ……………………………7,26m
Chiều cao của tủ …………………………..2,2m
Các vị trí bộ phận của cầu trục QC của hãng Kalmar

6


Hình 1.2-a Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar

Hình 1.2-b Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar
+BO1 (BOOM): Tay vươn cần trục
+GRD (PIER): Đường cầu tàu cho cần trục di chuyển

+CH1 (CHECKER’S CABIN): Hệ thống kiểm tra cabin
+DC1 (DRIVER’S CABIN): Ghế người lái trên cabin
+EH1 (E-HOUSE): Buồng điện
+GI1 (GIRDER): Dầm cầu trục
+HB1 (HEADBLOCK): Khối đầu trên ngoạm
+LG/ LS (PORTAL LEG L-R/PORTAL LANDSIDE): Chân cổng thông tin
+LT1 (HV-CABLE DRUM): Tang quấn cáp
+LT2 (PORTAL ACCESS HV-DRUM): Cổng truy cập vào tang quấn
+MB1 (M-ROOM BOOM): Buồng động cơ nâng tay vươn cần trục
7


+MH1 (M-ROOM HOIST): Buồng động cơ nâng hạ
+SP1 (SPREADER): Ngoạm container
+TY1 (TROLLEY): Xe con
+TR1 (TRANSFORMER ROOM): Phòng biến áp
+WSA (PORTAL WATERSIDE): Chân cổng thơng tin phía bờ sơng
Các động cơ truyền động chính
Động cơ nâng hạ hàng:
Số lượng: 02
Cơng suất định mức: Pđm= 250kW
Tốc độ: 1000/2400 vg/ph
Điện áp định mức: Uđm= 400V AC
Động cơ di chuyển xe con
Công suất định mức: Pđm=9,2kW
Số lượng động cơ: 16
Tốc độ:n=1445vg/ph
Điện áp định mức:Uđm=400 VAC
Động cơ di chuyển giàn
Số lượng: 04

Công suất định mức: Pđm=22kW
Tốc độ:n=1700vg/ph
Điện áp định mức: Uđm=440VAC
Động cơ nâng hạ công son
Số lượng: 01
Công suất định mức: Pđm=75kW
Tốc độ: n=1500vg/ph
Điện áp định mức: Uđm=440VAC
Ngồi các động cơ truyền động chính thì còn sử dụng các động cơ phanh
hãm, động cơ chốt hàng, động cơ quạt gió.

8


1.2 Hệ thống điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC
Cầu trục QC sử dụng thiết bị logic khả trình SIMATIC S7 là hệ thống điều
khiển chính. Bộ xử lý trung tâm được đặt trong tủ +EF91 trong container điện.
Nó giao tiếp với các cơ cấu điều khiển khác qua modul vào ra phân tán ET200,
với bộ chuyển đổi tần số và hệ thống điều khiển cầu trục qua hệ thống Bus
trường PROFIBUS-DP.
Thiết bị logic khả lập trình S7 với bộ xử lý trung tâm S7-317-2DP được sử
dụng để điều khiển tất cả các động cơ truyền động. Trung tâm điều khiển được
nối với thiết bị điều khiển riêng lẻ và thiết bị điều khiển chính qua thiết bị vào ra
phân tán ET200.
Bàn điều khiển cho các cơ cấu
Bộ phận điều khiển bao gồm 2 bàn điều khiển chính. Trên đó bao gồm: 2tay
trang phía hai bên ghế ngồi của người điều khiển, các nút bấm, đèn báo phía sau
tay trang điều khiển.
Tay trang điều khiển dùng các encorder thông qua bộ giải mã từ độ dịch
chuyển của tay điều khiển sang tín hiệu nhị phân 8bit phục vụ cho điều chỉnh tốc

độ của có cấu tương ứng với 256 cấp tốc độ cho mỗi chiều chuyển động vì vậy
việc điều chỉnh tốc độ là rất láng.

9


CHƯƠNG 2. TRẠM BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN
CỦA CẦU TRỤC QC HÃNG KALMAR
2.1. Sơ đồ lắp đặt và nguyên lý mạch động lực hệ thống cấp nguồn cho cầu
trục QC
2.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ thống cấp nguồn cầu trục QC hãng Kalma

10


Hình 2.1 Sơ đồ phân phối nguồn cao áp

11


Hình 2.2 Sơ đồ phân phối nguồn cao áp

12


Hình 2.3 Sơ đồ phân phối nguồn cao áp

13

b. Nguyên lý mạch động lực
Mạch động lực hệ thống cấp nguồn cho cầu trục QC thể hiên trên các bản
vẽ phân phối cấp nguồn cho hệ thống cầu trục QC của hãng Kalmar
Nguồn điện cao áp 22kV 50Hz được lấy từ đường dây cao áp cấp nguồn
cho cảng đưa đến các trụ đấu dây của tang quấn cáp thông qua 4 cáp cấp nguồn
có đường kính 35mm dài 210m. Hệ thống quấn cáp được trang bị động cơ dùng
điện 230V có cơng suất 500W. Từ đầu ra của tang quấn cáp các dây cáp điện
được lấy và đưa lên cầu trục thông qua hệ thống dây cáp điện chiều dài 55m mỗi
sợi cáp.

14


Nguồn này đưa đến bản vẽ số 2 cột 1 cấp nguồn vào các trụ đấu dây của
hệ thống chuyển mạch. Trong hệ chuyển mạch thì 3 pha RST được mắc vào đó
các đèn báo nguồn.

Hệ thống giám sát thiết bị chuyển động cũng được tích hợp ngay trên
chuyển mạch này, sau hệ thống giám sát thiết bị chuyển động là các cầu chì cao
áp bảo vệ ngắn mạch cho phép dịng chạy qua lên đến 200A, sau cầu chì lại là
các đèn báo nguồn. Khi đèn báo nguồn ở vị trí số 1 sáng mà tại dây khơng sáng
thì chứng tỏ rằng hệ cầu chì đã bị hỏng.

Sau đó đưa ra trụ đấy dây ra, các đầu cáp mắc vào đây đưa nguồn đến bản
vẽ tiếp theo. Ở bản vẽ số 3 này nguồn được đưa đến cuộn sơ cấp của trạm biến
áp mắc tam giác.
15


Trạm biến áp này có cơng suất 1000kVA hạ điện áp từ 22kV xuống còn

400V để đi cấp nguồn cho các truyền động của cầu trục. Hệ thống trạm biến áp
này được nối mát cho vỏ nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành. Đầu ra của
cuộn thứ cấp máy biến áp được rẽ nhánh ra làm nhiều nhánh trên 1 trụ đấu dây
để từ đây lấy nguồn đi cấp cho các động cơ,các thiết bị điều khiển phụ trợ, các
thiết bị điện có trên cầu trục thơng qua hệ thống cáp kết nối trực tiếp từ biến áp.
2.2 Các tủ và cách bố trí lắp đặt thiết bị cấp nguồn
2.2.1 Các tủ điện cấp nguồn
+EF14: Tủ điện chiếu sáng
+EF15: Tủ điện trở sấy
+EF16: Tủ quấn cáp
+EF10: Tủ điện phân phối
+EF23: Tủ điều khiển từ xa
+EF91: Tủ PLC
+EF51: Tủ động cơ nâng hạ giàn
+EF12: Tủ dự phòng
+EF21: Tủ động cơ nâng hạ hàng1
+EF13: Tủ dự phòng
+EF22: Tủ động cơ nâng hạ hàng2
+EF31/41: Tủ động cơ di chuyển xe con và nâng tay vươn cần trục
2.2.2 Cách bố trí lắp đặt thiết bị cấp nguồn

16


Hình 2.4 Tủ lắp đặt thiết bị cấp nguồn

17


CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ ĐIỆN CẤP NGUỒN CHO

CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG KALMAR
3.1. Sơ đồ mạch điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC của hãng Kalmar
Sơ đồ mạch điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC của hãng Kalmar là
tập bản vẽ bao gồm 36 bản vẽ điều khiển cấp nguồn trong tập hồ sơ kỹ thuật cầu
trục Kocks krane GMBH.
3.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý sơ đồ mạch điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC của hãng
Kalmar là tập bản vẽ bao gồm 36 bản vẽ điều khiển cấp nguồn trong tập hồ sơ
kỹ thuật cầu trục Kocks krane GMBH.

18


19


20


Ở bản vẽ số 1: Nguồn điện 22Kv được lấy từ lưới điện đưa đến các lộ
nằm ở chân cầu trục.Từ lộ này nguồn điện được cấp đưa lên cầu trục thông qua
tang quấn cáp. Nguồn điện đưa qua cầu chì cao áp, hệ thóng đèn báo cấp nguồn,
qua chống sét van và nối đất an toàn đưa đến cuộn sơ cấp của máy biến áp
22/0,4KV có cơng suất 1000KVA. Đầu ra của cuộn thứ cấp máy biến áp được rẽ
nhánh, 1 nhánh cấp nguồn cho bản vẽ số 3 cột 1, một nhánh cấp nguồn cho hệ
thống theo dõi gồm các đồng hồ vôn kế, ampe kế, woat kế, công tơ tiêu thụ điện
và đồng hồ theo dõi công suất máy biến áp, đặc biệt tại đây cịn có hệ thống
giám sát thứ tự pha. Tiếp theo nguồn đi qua cầu chì tự rơi đến bộ biến đổi cơng
suất cấp nguồn cho hệ thống chiếu sáng. Nhánh thứ ba và nhánh thứ tư đi qua
cầu dao tự động có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải để đưa đến cuung cấp

cho 2 bộ chỉnh lưu 4A1 và 5A1 ở bản vẽ số 2 cột 3 và cột 7. Nguồn đưa từ bản
vẽ số 1 cột 7, 8 đến bản vẽ số 2 qua máy cắt phụ tải đến 2 bộ chỉnh lưu tạo ra
nguồn điện một chiều DC 675V lần lượt được đưa đến các bộ biến đổi của động
cơ nâng hạ 1 và 2, cơ cấu di chuyển dàn và cơ cấu di chuyển xe con, nâng hạ
Boom ở các bản vẽ sau đó như bản vẽ số 7,8,9 cột 1.

21


22


Ở bản vẽ số 3 trong tập bản vẽ cấp nguồn thì nguồn điện được đưa từ bản
vẽ số 1 cột 2 đưa đến các đồng hồ theo dõi và hiển thị cho người vận hành biết
các thông số về điện áp, dịng điện, cơng suất tác dụng, và cơng suất phản kháng
trên đường dây để người vận hành nắm bắt và vận hành sao cho đảm bảo kỹ
thuật. Sau đó nguồn đưa qua thiết bị giám sát và bảo vệ thứ tự pha. Nhánh tiếp
theo qua cầu dao có bảo vệ quá tải chịu dòng ngắn mạch là 315A chia nhỏ đến
các cầu dao có bảo vệ quá tải và có dịng ngắn mạch nhỏ hơn để cấp cho hệ
thống đèn chiếu sáng, quạt biến tần, động cơ quạt gió ở bản vẽ 7 cột 4 và nguồn
điện áp điều khiển 24V ở bản vẽ 6 cột 1, nguồn điện áp điều khiển 230V ở bản
vẽ 6 cột 1 và nguồn cho hệ thống giám sát bản vẽ 36 cột 1.



Với bản vẽ số 4 thì nguồn được đưa đến từ bản số 3 cột 5 qua cầu dao bảo
vệ q tải có dịng ngắn mạch là 80A đến cung cấp cho hệ thống xe con. Nhánh
khác nguồn từ bản vẽ số 3 cột 4 lần lượt cấp cho các nhánh EF23, EF41 ở bản
vẽ 7 cột 4 và bản vẽ 10 cột 1. Nhánh số 3 , 4 cấp cho động cơ chốt phanh kẹp ở
đường ray trước và sau. Nguồn 400V 50Hz đến bản vẽ số 5 cấp lần lượt qua các

cầu dao tự động có bảo vệ quá tải chịu dòng ngắn mạch 5.2A đến các cầu dao
đóng cắt bằng tay và đưa đến các bộ biến đổi cho quạt gió ở các bản vẽ 7, 8 và 9
cộc 1. Nhánh số 4 dùng để dự phòng trong trường hợp cần thiết hay sự cố với 1
trong các nhánh còn lại