Tính toán thiết kế trang bị điện mô hình điều khiển cầu trục dùng PLCS7 300

Đồ án học phần 3 1 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Mục lục
1
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 2 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Danh mục hình
2
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 3 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
1. Lý do thực hiện đề tài.
- Nhu cầu thực tế.
Khoa học kỹ thuật phát triển nâng cao năng suất lao động hiệu quả công việc
đặc biệt đã góp phần rất lớn trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đắt
nước.
Với sự ra đời của cầu trục thì những công việc như di chuyển hàng hoá,
vật tư, thiết bị từ vị trí này tới vị trí khác được thực hiện một cách đơn giản
nhưng cho hiệu quả và năng suất lao động cao. Trong công nghiệp cầu trục có
nhiệm vụ nâng các thiết bị công nghệ từ mặt đắt lên cao để lắp ráp. Trong các
nhà máy luyện kim cầu trục vận chuyển các cuộn thép, phôi thép hoặc các thùng
kim loại nóng chảy đổ vào khuôn đúc. Trong các nhà mày cơ khí cầu trục vận
chuyển các phôi gia công để gá lắp lên máy hay vận chuyển các chi tiết gia công
sang các công đoạn mới. Trong cảng biển cầu trục bốc dỡ hàng hoá từ trên tàu
xuống kho bãi hay ngược lại.
Như vậy cầu trục đã giúp con người cơ khí hoá, tự động hoá khâu bốc xếp
làm giảm sức lao động tăng năng suất hiệu quả công việc.
Với những vốn kiến thức nhất định về truyền động điện, trang bị điện,
PLC, khí cụ điện, tự động hoá quá trình điều khiển, và những kiến thức cơ sở
khác. Với nhu cầu tiếp cận với nền khoa học kỹ thuật hiện đại. Với xu hướn hội
nhập chung của đất nước. Để phần nào hoàn thiện kiến thức của mình nhà
trường đã giao cho em thực hiện đồ án môn học với đề tài. “Tính toán thiết kế
trang bị điện mô hình điều khiển cầu trục dung PLC – 7-300”. Với sự hướng

dẫn của thầy giáo Nguyễn Đức Hỗ.
2. Mục đích thực hiện.
- Hoàn thiện nội dung chương trình đào tạo của nhà trường
- Hệ thống lại đượctoàn bộ kiến thức đã học
- Biết cách trình bày lôgíc sáng tạo, dễ hiểu về một sáng kiến khoa học kỹ
thuật
- Tạo ra khả năng tư duy nhạy bén trong thiết kế sáng tạo kỹ thuật
3
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 4 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
3. Nội dung thực hiện.
Để cho ra sản phẩm dưới dạng mô hình em phải nghiên cứu về cấu tạo,
nguyên lý hoạt động và các chức năng của cầu trục từ đó tính toán lựa chọn và
trang bị điện cho các bộ phận của hệ thống. Để trắc chắn sự lựa chọn của mình
là tối ưu hay không cần phải có sự kiểm tra lại theo đúng quy định, tiêu chuẩn
kỹ thuật mới đạt yêu cầu.
4. Phương pháp thực hiện.
Để đạt được những mục đích đã nêu trên em phải thực hiện nhưng
phương pháp sau:
- Nghiên cứu tài liệu.
- Đi thăm quan thực tế cầu trục ở nhà máy bia NaDa, cảng biển Ninh Phúc để có
cái nhìn thực tế hơn về cầu trục
- Phương pháp tính toán, lựa chọn và kiểm tra. Đây là phương pháp rất quan
trọng, nó cho ta nhưng thông số chính xác sau khi thiết kế.
- Do vốn kiến thức còn hạn chế. Hiểu biết thực tế còn ít kinh nghiệm thiết kế còn
chưa có nên sự tư vấn, giúp đỡ của giáo và những người có chuyên môn về cầu
trục là rất cần thiết.
5. Cấu trúc đồ án.
Bố cục đồ án gồm 3 phần.
- Phần mở đầu: Trình bày lý do thực hiện đề tài, mục đích thực hiện,

phương pháp thực hiện.
- Phần nội dung: Được bố cục theo chương.
Chương 1: Khái quát về cầu trục.
Chương 2 : Trang bị điện và tính toán cho cầu trục.
Chương 3: Thiết kế và chọn mô hình cho cầu trục.
- Phần kết luận: Những kết quả mà đồ án đã đạt được và chưa đạt được.
Hướng phát triển của đề tài.
4
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 5 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Phần nội dung
Chương 1:
KháI quát về cầu trục
1.1. Đặc điểm.
1.1.1. Đặc điểm cơ bản của hệ truyền động và trang bị điện cho cầu trục.
Phần lớn các cơ cấu cầu trục được trang bị bởi các động cơ điện. Cung cấp
điện cho hệ thống có 3 dạng.
- Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố định. Loại này thường là cầu
trục phân xưởng.
- Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện. Loại này thường dùng cho cầu trục
dịch chuyển theo đường ray trên mặt đất.
- Cung cấp điện từ máy phát điện diezen. Loại này thường dùng cho cầu trục di
chuyển trên ô tô.
Phần lớn môi trường làm việc của cầu trục rất khắc nghiệt. Thí dụ trong
nhà máy luyện kim môi trường làm việc của cầu trục là nóng ẩm và nhiều bụi.
Trên bến cảng cầu trục phải làm việc ngoài trời. Chế độ làm việc của cầu trục là
ngắn hạn lặp lại, khởi động và hãm thường xuyên.
Tất cả các truyền động cho cơ cấu phải điều chỉnh tốc độ, lực và gia tốc.
Hàng hoá được dịch chuyển theo quỹ đạo không gian nhất định cho nên thường
phải phối hợp 2 hoặc 3 truyền động cùng 1 lúc.

1.1.2. Khái quát các yêu cầu cho hệ thống điều khiển truyền động cầu trục.
- Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức.
Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hoá được nâng chuyển là điều kiện
trước tiên để nâng cao năng suất bốc xếp hàng hoá đưa lại hiệu quả kinh tế kĩ
thuật cao nhất cho sự hoạt động của cầu trục. Nếu tốc độ nâng hạ thiết kế quá
lớn sẽ đòi hỏi kích thước, trọng lượng của các bộ truyền cơ khí lớn. điều này dẫn
5
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 6 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
tới giá thành chế tạo cao. Mặt khác tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệ thống
điều khiển truyền động của cơ cấu thoả mãn các yêu cầu về thời gian đảo chiều,
thời gian hãm, làm việc liên tục trong chế độ quá độ “hệ thống liên tục đảo chiều
theo chu kì bốc xếp”. Gia tốc và độ giật thoả mãn yêu cầu. Ngược lại nếu tốc độ
quá thấp sẽ ảnh hưởng tới năng suất bốc xếp hàng hoá. Thông thường tốc độ
chuyển động của hàng hoá ở chế độ định mức thường nằm trong phạm vi 0,2
đến 1 m/s hay 12 đến 60 m/ph. Điều khiển chuyển động cho các cơ cấu cầu trục
cần đảm bảo các yêu cầu tiếp theo.
- Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Phạm vi điều chỉnh của các cơ cấu điều chỉnh tốc độ của các cơ cấu điều
khiển chuyển động là điều kiện cần thiết để nâng cao năng suất bốc xếp hàng
đồng thời thoả mãn các yêu cầu công nghệ bốc xếp với nhiều chủng loại hàng
hoá. Cụ thể là khi nâng và hạ móc không tải hay tải trọng nhẹ với tốc độ cao còn
khi có yêu cầu khai thác phải có tốc độ thấp và ổn định để hạ hàng hóa vào vị trí
yêu cầu (điều này do kĩ thuật bốc xếp hoặc kĩ thuật lắp máy đòi hỏi cụ thể với
từng loại cầu trục).
Ngoài các hệ thống truyền động phải có các tác động trung gian sau.
- Tốc độ toàn tải V
đm
.
- Tốc độ nâng 1/2 tải ( 1,5 đến 1,7)V

đm
.
- Tốc độ nâng móc không ( 3đến 3,5)V
đm
.
- Tốc độ hạ toàn tải (2 đến 2,5)V
đm.
- Tốc độ hạ ít tải và không tải (2 đến 2,5)V
đm
.
Vì vậy số cấp tốc độ cho các cơ cấu điều khiển chuyển động của cầu trục
ít nhất là 3 cấp tốc độ. Cấp tốc độ thấp thoả mãn công nghệ nâng hạ hàng khi
chạm đất. Cấp tốc độ cao là tốc độ tối ưu cho từng cơ cấu, giữa 2 cấp tốc độ này
thường được thiết kế thêm các tốc độ trung gian để thoả mãn công nghệ bốc xếp
hàng hoá cũng như sự làm việc ổn định của cầu trục.
- Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ
6
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 7 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Các cơ cấu điều khiển chuyển động trên cầu trục làm việc ở chế độ ngắn
hạn lặp lại, thường hệ số đóng điện tương đối
ε
%=40% vì vậy thời gian quá độ
chiếm hầu hết thời gian công tác. Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện
pháp cơ bản để năng cao năng suất. Thời gan quá độ trong các chế độ công tác
là thời gian khởi động và thời gian hãm trong quá trình tăng tốc, giảm tốc. Để
rút ngắn thời gian quá độ cần sử dụng biện pháp sau:
+ Chọn động cơ có mômen khởi động lớn.
+ Giảm mômen quán tính (GD)
2

của các bộ phận quay
+ Dùng động cơ điện có tốc độ không cao từ 1000- 1500vòng/phút.
Đối với động cơ điện một chiều mômen khởi động phụ thuộc vào giới hạn
dòng của các phiến góp vì vậy thường chọn I
kđ
= 2-> 2,5 I
đm
. Đối với động cơ
diện xoay chiều mômen khởi động phụ thuộc vào loại động cơ . Với động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc mômen khởi động có thể đạt 1,5 M
đm
, còn với động
cơ không đồng bộ rôto dây quấn mômen khởi động có thể chọn bằng mômen tới
hạn M
max.
Việc sử dụng động cơ có tốc độ thấp trong hệ thống điện một mặt rút
ngắn được quá trình quá độ, mặt khác nâng cao được hiệu suất, khi sử dụng bộ
điều tốc cơ khí có tỉ số nhỏ.
- Có trị số hiệu suất và
ϕ
cos
.
- Công tác khai thác hợp lí cầu trục trong bốc xếp hàng hoá là một yếu tố để nâng
cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển. Như chúng ta đã biết hệ thống truyền
động của cầu trục thường không sử dụng hết công suất, hệ số tải thường trong
khoảng từ 0,3-> 0,4. Do vậy khi chọn các động cơ truyền động phải chọn loại có
hiệu suất
ϕ
cos
cao và ổn định trong phạm vi rộng.

- Đảm bảo an toàn hàng hoá.
7
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 8 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Đảm bảo an toàn cho hàng hoá, cho thiết bị và đảm bảo an toàn cho công
nhân bốc xếp là yêu cầu cao nhất trong công tác khai thác vận hành cầu trục. Để
thực hiện được điều đó cần chú ý tới các giải pháp sau:
+ Cần có quy trình an toàn cho công tác vận hành và điều khiển cầu trục
trong quá trình hoạt động.
+ Trong quá trình tính toán thiết kế phải chọn các hệ số dự trữ hợp lý
+ Kỹ thuật điều khiển cầu trục cần có các hệ thống giám sát bảo vệ tự
động cho các hệ thống điều khiển chuyển động cầu trục. Các hệ thống cần có
các bảo vệ như bảo vệ móc chạm đỉnh, bảo vệ trùng cáp cho các cơ cấu nâng hạ,
ngoài ra còn có các hệ thống đo lường và bảo vệ quá tải tải trọng nâng hạ hàng.
Hệ thống điều khiển bắt buộc phải có các bảo vệ sự cố, bảo vệ “0”, bảo vệ
ngắn mạch, bảo vệ quá tải nhiệt cho các động cơ thực hiện và dừng khẩn cấp.
Các loại phanh hãm cho các hệ thống làm việc có tính bền vững cao.
Các giải pháp đảm bảo an toàn trên đây trong quá trình khai thac cầu trục
phải kiểm tra thường xuyên và phải được kiểm tra tại các cơ quan đăng kiểm.
- Điều khiển tiện lợi và an toàn.
Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển việc thiết kế cabin điều khiển
cùng với các thiết bị điều khiển phải được bố trí thuận tiện và thống nhất giữa
các loại cầu trục đồng thời người điều khiển cầu trục có thể sử dụng các lệnh
khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng.
- ổn định nhiệt cơ và điện.
Các cầu trục thông thường được láp ráp để vận hành ngoài trời. Các khu
vục làm việc thông thường có nhiệt độ làm việc biến đổi theo mùa rõ rệt. Ngoài
ra các cầu trục cảng biển còn chịu ảnh hưởng của hơi nước mặn vì vậy các thiết
bị điện kết cấu phải được chế tạo thích hợp với môi trường công tác.
8

Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 9 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
1.2. Cấu tạo cầu trục (cầu trục trong phân xưởng).
Cầu trục gồm có gầm cầu di chuyển trên đường ray lắp đặt dọc theo chiều
dài của phân xưởng cơ cấu nâng hạ hàng lắp trên xe con di chuyển dọc theo gầm
cầu theo chiều ngang của nhà xưởng. Cơ cấu bốc hàng của cầu trục có thể dùng
móc (đối với những cầu trục có công suất lớn có 2 móc hàng, cẩu móc hàng
chính có tải trọng lớn và có cẩu móc phụ có tải trọng nhỏ) hoặc dùng gầu
ngoạm.
Trong mỗi cầu trục có 3 chuyển động chính là di chuyển xe cầu, di
chuyển xe con (xe trục) và nâng hạ hàng (hình 1.1).
9
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 10 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Hình 1.1 Cấu tạo và trang bị điện cho cầu trục
Trên cầu trục được trang bị 4 động cơ truyền chuyển động cơ di chuyển
xe con 10. Phanh hãm điện từ 6,11,14,18 lắp hợp bộ với động cơ truyền động.
Điều khiển các động cơ bằng các bộ khống chế 3 trong cabin điều khiển. Hộp
điện trở 8 dùng để khởi động và điều chỉnh tốc độ các đông cơ được lắp đặt trên
gầm cầu. Bảng bảo vệ 2 để bảo vệ quá tải, bảo vệ điện áp thấp, bảo vệ điện áp
không được lắp đặt trong cabin điều khiển.
Để hạn chế hành trình di chuyển của các cơ cấu dùng các công tắc hành
trình 4 và 5 cho cơ cầu di chuyển xe cầu, 9 và 17 cho cơ cấu di chuyển xe con và
13 cho cơ cấu nâng hạ hàng.
Cung cấp điện cho cầu trục bằng hệ thống tiếp điện chính 1 gồm 2 bộ
phận. Bộ cấp điện là 3 thanh thép góc lắp trên các giá đỡ bằng sứ cách điện lắp
đặt dọc theo nhà xưởng và bộ phận tiếp đien lắp trên cầu trục để cấp điện cho
thiết bị điện trên các cơ cấu xe con dùng bộ tiếp điện phụ 15 lắp dọc theo chiều
dọc của gầm cầu.
1.3. Phân loại.

1. Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoá.
- Cầu trục có tải trọng nhỏ : Tải trọng nâng chuyển từ 1 -> 5 tấn.
- Cầu trục co tải trọng trung bình: Tải trọng nâng chuyển từ 10 -> 30 tấn.
- Cầu trục co tải trọng lớn: Tải trọng nâng chuyển từ 30-> 60 tấn.
- Cầu trục co tải trọng rất lớn: Tải trọng nâng chuyển từ 80-> 120 tấn.
2. Phân loại theo đặc điểm công tác.
10
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
9
6
78
Đồ án học phần 3 11 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
- Cầu trục trang bị cho kho bãi nhà xưởng: Là cầu trục chạy trên ray trang
bị cho kho hàng, các phân xưởng cơ khí. Cầu trục loại này có cơ cấu điều khiển
chuyển động chính là cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di
chuyển giàn, các cầu trục này thường được thiết kế điều khiển tại chỗ và từ xa.
- Cầu trục khung giầm chạy trên đường ray. Cầu trục khung giầm thép
dạng hộp chạy trên đường ray được trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng
tàu biển. Loại này thường được thiết kế có tải trọng nâng lớn làm việc trong
phạm vi quy định. Gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động: cơ cấu nâng hạ hàng,
cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn.
- Cầu trục bốc xếp container.
Cầu trục giàn bánh lốp bốc xếp container co cơ cấu điều khiển chuyển
động chính của cầu trục giàn bánh lốp bao gồm : cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di
chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn. Việc cung cấp nguồn cho cầu trục hoạt
động bằng diezen loại máy phát điện đồng bộ. Đặc điểm của loại cầu trục này
là : Có tính cơ động, năng suất cao.
- Cầu trục giàn chạy trên đường ray bốc xếp container. Các cơ cấu điều
khiển chuyển động chính của loại này là: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển
xe con, cơ cấu di chuyển giàn và co cấu nâng hạ giàn. Đặc điểm công tác nổi bật

của loại này là: có tầm với và tải trọng nâng lớn, năng suất bốc xếp cao được
trang bị cho các cầu cảng.
1.4. ứng dụng.
Cầu trục được ứng dụng rất rộng rãi trong quá trình lắp máy. Khi lắp máy
cho một dây truyền công nghệ lớn, như dây truyền sản xuất xi măng các chi tiết
máy với kích thước khổng lồ, trọng tải lớn, vị trí lắp đặt trên cao. Nhờ có cầu
trục mà việc di chuyển chi tiêt máy và lắp đặt trở nên nhẹ nhàng hơn.
Tại các cảng biển công việc di chuyển hàng hoá co kích thước và khối
lượng lớn nhờ có cầu trục trở nên dễ dàng hơn.
11
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 12 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Ngoài công dụng trên cầu trục còn được sử dụng trong những môi trường
khắc nghiệt như trong các nhà máy luyện kim, cầu trục di chuyển các thùng kim
loại nóng chảy đổ vào khuôn. Cầu trục con được sử dụng rộng rãi trong việc di
chuyển hàng hoá từ vị trí này đến vị trí khác.
Nhờ có cầu trục mà sức lao động của con người được giải phóng, năng
suất và hiệu quả công việc được tăng lên rõ rệt.
Chương 2:
Trang bị điện và tính chọn các phần tử cho cầu trục
2.1. Sơ đồ khống chế cầu trục điển hình :
Điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế động lực.
Các bộ phận khống chế động lực dùng để điều khiển các động cơ chuyển
động các cơ cấu của cầu trục có công suất nhỏ và trung bình với chế độ làm việc
nhẹ nhàng. Bộ khống chế động lực có cấu tạo đơn giản đẽ dàng trong công nghệ
chế tạo, giá thành không cao, điều khiển các cơ cấu cầu trục một cách linh hoạt
dứt khoát. Trên hình 2.1 biểu diễn sơ đồ điều khiển động cơ không đồng bộ roto
dây quấn bằng bộ khống chế động lực H51.
12
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A

0
Đồ án học phần 3 13 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ

Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế
Còn trên hình 2.2 là họ đặc tính cơ của động cơ truyền động của cơ cấu
nâng hạ hoặc cơ cấu di chuyển.
13
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
100
0
50
100
150
200
250
M%
n1
1
2
3
4
5
n2
n3
100
Hạ hãm
Hạ động lực
Đồ án học phần 3 14 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Hình 2.2 Họ đặc tính cơ của động cơ truyền động nâng hạ, di chuyển
Bộ khống chế động lực H51 là loại đối xứng 5 vị trí bên phải ( 5-1) tương

ứng với chế đọ làm việc nâng hàng (đối với cơ cấu nâng hạ), và chạy lùi (đối với
cơ cấu di chuyển). Bộ khống chế H51 có 12 tiếp điểm, 4 tiếp điểm đầu là KC1,
KC3, KC5 và KC7 dùng để đảo chiều quay động cơ bằng cách thay đổi thứ tự 2
trong 3 pha điện áp cấp nguồn cho dây quấn stato động cơ. 5 tiếp điểm tiếp theo
là KC2, KC4, KC6, KC8, KC10 dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách
thay đổi trị số điện trở phụ R
f
trong mạch roto của động cơ. Còn 3 tiếp điểm
KC9, KC11, KC12, dùng cho mạch bảo vệ.
Khi mở máy và điều chỉnh tốc độ người vận hành quay từ từ vô lăng của
bộ khống chế động lực từ vị trí 1 sang vị trí 5 để tránh hiện tượng dòng điện và
momen quay của động cơ tăng lên một cách nhảy vọt quá giới hạn cho phép. Họ
đặc tính cơ của động cơ tương ứng với các vị trí của bộ khống chế được biểu
diễn trên hình 2.2. Họ đặc tính 1 có trị số mô men rất bé (M1 khi tốc độ động cơ
bằng 0) dùng để khắc phục khe hở giữa các bánh răng trong cơ cấu truyền lực
(hộp tốc độ) kéo căng sợi cáp khi khởi động (tránh cho cáp không bị đứt).
Khi khởi động hoặc khi cần dừng chính xác (với mô men M1 ta có tốc độ
thấp là n
1
).
14
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 15 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Để hạ hàng ở tốc độ thấp khi không tải với bộ khống chế động lực thường
không thực hiện được. Tốc độ hạ thấp nhất chỉ có thể thực hiện được ở chế độ
hãm (máy điện làm việc ở chế độ máy phát). Ví dụ: với phụ tải M1 hình 2.2 tốc
độ hạ thấp nhất là n
2
.
Nếu bộ khống chế động lực dùng loại không đối xứng. Nếu đặt bộ khống

chế ở vị trí 1(hạ hàng) động cơ làm việc như động cơ 1 pha và ta nhận được
đường đặc tính A(đường nét đứt trên hình 2.2) Khi đó ta được tốc độ hạ thấp
(với phụ tải bằng M1).
2.2. Tự động hóa cho cầu trục
Khi cầu trục mới ra đời người ta tự động hóa cho cầu trục bằng hệ thống
tiếp điểm như điều khiển cầu trục bằng vô lăng, bằng nút bấm, cấp nguồn cho
cầu trục dùng công tắc tơ,cầu dao
Vì đặc điểm làm việc của cầu trục là ngắn hạn lặp lại quá trình đóng mở
máy diễn ra liên tục nên các tiếp điểm thường xuyên phải làm việc dẫn đến tiếp
điểm bị mài mòn dẫn đến khả năng dẫn điện không tốt làm cho khả năng làm
việc của cầu trục giảm. Vì vậy hệ thống tự động hóa cho cầu trục sử dụng vi
điều khiển (không tiếp điểm) đã ra đời thay thế và khắc phục những nhược điểm
của hệ có tiếp điểm. Mặc dù đã khắc phục được những nhược điểm của hệ có
tiếp điểm nhưng vi điều khiển cũng có những nhược điểm : Vi mạch phức tạp,
muốn thay đổi công nghệ rất khó khăn (phải thiết kế lại bộ vi điều khiển).
Để khắc phục nhược điểm này bộ điều khiển PLC-S7-300 đã ra đời. Bộ
điều khiển PLC-S7-300 đã khắc phục được nhược điểm của hệ có tiếp điểm và
bộ vi điều khiển, ngoài ra nó còn có ưu điểm là :
- Dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển nhờ thay đổi phần mềm thực tế.
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn.
- Số lượng vào, ra lớn.
- Dễ dàng thay đổi công nghệ mà ít gây tổn thất về kinh tế.
15
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 16 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
- Có thể tính toán được chính xác giá thành đầu tư vào dây truyền.
- Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.
- Độ tin cậy, độ chính xác cao.
- Thích ứng được trong môi trường khắc nghiệt.
- Có cấu trúc chương trình điều khiển rõ ràng, mạch lạc, giúp phát hiện

và xử lý sự cố một cách nhanh chóng và dễ dàng.
- Điều khiển tự động, bán tự động và điều khiển hoàn toàn bằng tay.
Vậy PLC-S7-300 có cấu tạo như thế nào mà có tính năng ưu việt đến thế ?
2.3. Giới thiệu chung PLC S7-300.
2.3.1.Cấu trúc chung của một bộ điều khiển PLC(Hình 2.3)
Thiết bị điều khiển logic khả trình (Progammable Logic Control), là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Do đó
PLC là một bộ điều khiển số dễ thay đổi thuật toán và 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
trinh ( khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét
(scan).
S7-300 là PLC cỡ vừa của hãng Siemens
Gồm CPU và các modunle được sắp xếp trên các rack
Mỗi rack chứa 8 modunle max (trừ CPU và nguồn). Mỗi CPU làm việc
với 4 rack max.
16
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 17 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Hình 2.3: Cấu trúc chung của một bộ điều khiển PLC

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển thì PLC phải có
tính năng như một máy tính.Đồng thời để thực hiện được một chương trình điều
khiển thì PLC phải có tính năng như một máy tính bao gồm một bộ vi xử lý
(CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các
cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi
trường xung quanh. Ngoài ra để phục vụ bài toán điều khiển số thì PLC còn cần
phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ thời gian
(Timer)…và những khối hàm chuyên dụng khác.

Một bộ PLC S7-300 gồm các mdule sau:
+ Đơn vị xử lý trung tâm CPU với bộ nhớ chương trình (Module CPU)
+ Module mở rộng
+ Module hoạt động và đèn báo
+ Hệ thống bus truyền tín hiệu
+ Khối cấp nguồn
Hinh 2.4 Khối cấp nguồn
17
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 18 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ

Hình 2.4
2.3.2. 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 còn có thể có một vài cổng vào/ ra số. Các cổng
vào/ra số có trên moudule P moudule CPU được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau nhưng chúng thường được
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314,
module CPU315…
Những module còn sử dụng một bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào
ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư việc của
hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân
biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM ( viết tắt của intergrated
Function Module). Ví dụ như module CPU312 IFM, module CPU314 IFM…
ngoài ra còn có các loại CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền
thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Kèm theo
cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã

được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt
với các module CPU bằng thêm cụm từ chữ cái DP ( Distributed Port) trong tên
gọi, ví dụ: module CPU314-2DP.
18
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 19 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
CPU 312 IFM : Bộ nhớ làm việc 6 KB, chu kỳ lênh 6ms, tích hợp sắn
10DI/6DO
CPU 314: Bộ nhớ làm việc 24 KB, chu ky lệnh 0,3 ms
CPU 314C-2DP: Bộ nhớ làm việc48 KB, chu kỳ lệnh 0,1 ms tích hợp sẵn
24DI/16DO, 5AI/2AO, 4 kênh suất xung tốc độ cao, 4 kênh đọc xung tốc độ
cao, 2 cổng giao tiếp.
CPU 314C-2PtP: Bộ nhớ làm việc 48KB, chu kỳ lệnh 0,1 ms,tích hợp
sẵn24DI/16DO, 5AI/2AO, 4 kênh xuất xung tốc độ cao, 4 kênh đọc xung tốc độ
cao, 2 cổng giao tiếp.
2.3.3. Module mở rộng
Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
a. PS (Power Supply): Module nguồn nuôi có 3 loại là 2A, 5A và 10A.
Hình 2-3
b. SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra, bao gồm
các loại sau:
19
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 20 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
- DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào ra số, số các cổng vào
số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
Hình 2-4:
- DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng vào ra số, số các cổng
ra số mở rộng có thể là 8,16 hoặc 32 tuỳ thuộc từng loại module.
Hình 2-5:

- DI/DO (Digital Input/ Digital Output): Module mở rộng các cổng vào/ra
số, số các cổng vào/ ra số mở rộng có thể là 8 vào/ 8 ra hoặc 16 vào/ 16 ra tuỳ
thuộc từng loại module.
- AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất
chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit (AD). Số các cổng vào
tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ thuộc từng loại module.
20
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 21 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Hình 2-5
- AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản
chất chúng chính là bộ chuyển đổi tương tự số 12 bít (AD). Số các cổng vào
tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module.
Hình 2-6:
- AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/ 2 ra hoặc 4 vào/ 4 ra tuỳ
từng loại module.
c. IM (Interface Module): Hay Module ghép nối
Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module
mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module
21
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
(AI)
Đồ án học phần 3 22 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh
đỡ gọi là Rack. Trên mỗi một Rack chỉ gá nhiều nhất 8 module mở rộng ( không
kể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc
trực tiếp được với nhiều nhất 4 Rack và các Rack này được nối với nhau bằng
module IM.
d. FM (Function Mouule): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ

như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module
PID, module điều khiển vòng kín…
Hình 2-7:
e. CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong
mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
Hình 2-8:
22
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 23 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
*) Quan hệ giữ CPU và các modunle mở rộng.
Hình 2.9 Quan hệ giữa CPU với các modunle mở rộng
2.3.4. Module hoạt động và đèn báo
23
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 24 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
Hình 2-10
a) Module hoạt động
RUN_P: Chạy chương trình, đọc ghi được từ máy lập trình.
RUN: Chạy chương trình, không đọc ghi.
STOP: Dừng chương trình.
MRES: Reset hệ thống
b) Đèn báo trạng thái
SF: Lỗi hệ thống
BATF: lỗi hết pin hoặc không có pin.
DC5V: Báo nguồn 5 V
FRCE: Báo lỗi chức năng 1 trong các I/O
RUN: Nhấp nháy khi khởi động và sáng khi hoạt động.
STOP: sáng khi dừng, chớp khi reset và chớp nhanh khi dang reset.
2.3.5. Hệ thống bus truyền tín hiệu
- Bus A (Address bus): Chọn địa chỉ trên cá khối khác nhau

- Bus D (Data bus): Mang dữ liệu từ khối này đến khối khác
- Bus C (Control bus): Chuyển,truyền các tín hiệu định thì và điều khiển
để đồng bộ các hoạt động trong PLC
2.3.6. Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-300.
Để biểu diễn chương trình điều khiển trên PLC, có ba phương pháp biểu
diễn là:
- Ngôn ngữ hình thang, kí hiệu là LAD (Ladder logic)
- Ngôn ngữ hình khối, kí hiệu là FBD (Function block diagram)
- Ngôn ngữ kiểu liệt kê, kí hiệu STL (Statement list)
24
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A
Đồ án học phần 3 25 GVHD: Nguyễn Đức Hỗ
a) Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” ký hiệu là STL(statement List). Đây là dạng
ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi
nhiều câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và cấu trúc
chung là “tên lệnh “ + “toán hạng”.
Ví dụ
b) Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder Logic). Đây là dạng
ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với người quen thiết kế mạch logic.
Ví dụ:
c) Ngôn ngữ “hình khối” ký hiệu FBD (Function Block Diagram). Đây là
dạng ngôn ngữ thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển số.
Vớ duù:
25
Sinh viên: Trần Quang Văn Lớp: ĐL-KTĐ1A