Phân tích trang bị điện cầu trục RTG hãng KALMAR cảng vip greenport

CHƢƠNG 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU TRỤC RTG CỦA
KALMAR CẢNG VIP GREENPORT
1.1. Khái quát chung về cầu trục RTG của hãng Kalmar
Cầu trục giàn RTG do hãng Kalmar của Đức thiết kế là loại cầu trục bánh
lốp tự hành, hoạt động độc lập, sử dụng điện lưới để vận hành. Nó được dùng
trong xếp dỡ tại các bãi container đc minh họa trên hình 1.1.

Hình 1.1 Cầu trục giàn RTG của hãng Kalmar
Từ cabin lái, người vận hành có thể nhìn rõ tất cả và mọi chức năng hoạt
động đều được thực hiện bởi người lái được biểu diễn trên hình 1.2. Cầu trục
1


RTG của Kalmar được trang bị kĩ thuật điều khiển hiện đại, độ tin cậy và năng
suất cao.

Hình 1.2 Hệ thống trang bị thiết bị điều khiển kĩ thuật hiện đại của Kalmar
Kalmar là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới cung cấp cho người khai thác
và kĩ thuật một cách hoàn chỉnh lối dẫn đến cabin và xe con bằng bậc thang đảm
bảo an toàn cho người vận hành RTG cũng như các kỹ thuật viên bảo dưỡng và
sửa chữa. Với nhận thức an toàn là ưu tiên hàng đầu trong sản xuất, cầu trục
RTG có những cả tiến mới về an toàn bằng cách lối đi có tay vịn, lối đi đến bốn
đầu của cáp tời, trục truyền động có chức năng di chuyển được che chắn một
cách cẩn thận, màn hình điều khiển bên trong buồng điện thì được tách biệt với
các phần tử điện. Ngoài ra trọng lượng khung chụp siêu nhẹ hơn so với các nhà
sản xuất khác nên tiết kiệm được rất nhiều nhiên liệu.
1.2. Các cơ cấu chuyển động chính của RTG hãng Kalmar cảng Vip
Greenport
1.2.1. Cơ cấu di chuyển giàn

2

Trên hình 1.3 dưới đây biểu diễn hai động cơ của cơ cấu di chuyển giàn
cầu trục. Ở phía chân cầu trục có 2 động cơ,động cơ 1 làm nhiệm vụ di chuyển
cầu trục theo phương ngang và động cơ 2 di chuyển theo phương chéo, mỗi
động cơ truyền động cho 4 bánh xa truyền động. Hai động cơ chính là động cơ
không đồng bộ có công suất 55 KW.
Cầu trục RTG ở đây có 8 bánh, mỗi bánh có 1 phanh thủy lực 10 bar.

Hình 1.3 Động cơ của cơ cấu di chuyển giàn công suất 55KW
Trên hình 1.4 và 1.5 là cảm biến nhận diện phản hồi được lắp trên chân của
cầu trục và một limit switch.

3


Hình 1.4 Cảm biến của cơ cấu di chuyển giàn
Trên hình 1.4 biểu diễn cảm biến cơ cấu di chuyển giàn. Cảm biến này
thuộc loại cảm biến siêu âm, bộ phận phát và nhận sóng siêu âm gồm một cái
đĩa được gắn ở bề mặt cảm biến. Đĩa này có khả năng phát và thu sóng siêu âm.
Khi có một điện áp với tần số cao được đưa vào đĩa thì đĩa sẽ rung động
tạo ra sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm được phát đi nếu gặp phải một vật cản thì
tại đó sẽ dội ngược lại một sóng siêu âm mới có tần số tương tự nhưng nhỏ hơn.
Khi cảm biến nhận diện phản hồi,bộ so sánh sẽ tính bằng cách so sánh thời
gian phát và nhận tín hiệu sóng siêu âm, vận tốc sóng siêu âm để tính ra quãng
đường đi của sóng siêu âm cũng chính là khoảng cách giữa cảm biến và vật cản.
Trên hình 1.5 biểu diễn công tắc hành trình của cơ cấu di chuyển giàn cầu
trục Kalmar :

4

Hình 1.5Limit Switch cơ cấu di chuyển giàn
Trên hình 1.5 ta có limit switch được đặt trên đường hoạt động của cơ cấu
di chuyển giàn, ở đây được dùng để giới hạn hành trình. Khi cơ cấu đến vị trí
giới hạn tác động tác động vào công tắc làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu
làm nó không thể vượt qua vị trí giới hạn.
1.2.2. Cơ cấu nâng hạ hàng
Cơ cấu nâng hạ hàng được coi là cơ cấu được biểu diễn thường xuyên nhất
trong hệ thống cầu trục RTG, chính vì vậy nên ta thấy được tầm quan trọng của
cơ cấu này trong vấn đề hoạt động của cầu trục.
Trên hình 1.6 ta có khung nâng của cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục Kalmar.
Khung nâng này có thể mở rộng từ 20 feet cho đến 40 feet. Trọng lượng khung
chụp nhẹ giúp tiết kiệm đc rất nhiều nhiên liệu so với các nhà sản xuất khác.

5


Hình 1.6 Khung nâng hạ hàng của cầu trục hãng Kalmar
Khi thực hiện cơ cấu nâng hạ, giàn được hạ xuống để bốc xếp container thì
động cơ 3 làm nhiệm vụ ra vào giàn theo phương ngang. Ngoài ra còn có một
động cơ đóng mở xoay chốt và cảm biến 1 nhận diện đóng hoặc mở chốt 2 gọi là
cảm biến áp chốt bao gồm bốn con ở bốn góc giàn để thực hiện công việc bốc
xếp hàng lên trên cao hoặc hạ hàng xuống.
Ngoài ra ta còn có các tín hiệu đóng mở chốt 4 nằm trong khung nâng, có
áp chốt mới cho đóng mở và bốn cảm biến cho phép giàn di chuyển chậm.
Trên hình 1.7 minh họa hệ thống nâng hạ nằm trên xe con của cầu trục.
Động cơ 2 của cơ cấu nâng hạ hàng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Các nút
ấn và tay trang tại bàn điều khiển trong cabin cầu trục sẽ lựa chọn chế độ làm
việc. Động cơ truyền động có công suất 160 KW.Đây là động cơ có công suất

lớn nhất trong tất cả các động cơ được lắp đặt điều đó giải thích cho quá trình
làm việc nặng nề của cơ cấu.
6


Hình 1.7Hệ thống nâng hạ chính của cơ cấu nâng hạ hàng
Khi hệ thống di chuyển giàn ngừng làm việc thì cơ cấu này mới được hoạt
động. Cơ cấu nâng hạ được lắp đặt trên khung xe con trên hình vẽlà hệ thống
cho tang nâng 1 thông qua hộp giảm tốc bánh răng và một phanh hãm 3 được
lắp đặt trên trục bánh răng của hộp giảm tốc để giữ hàng hóa cho sự cố mất điện.
1.2.3. Cơ cấu di chuyển xe con
Trên hình 1.8 dưới đây biểu diễn cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục
RTG, là bộ phận chuyển động trên đường ray của cầu trục, trên đó đặt cơ cấu
nâng hạ và cơ cấu di chuyển cho xe con. Xe con di chuyển dọc theo chiều dài
của 2 dầm chính sẽ đáp ứng vận chuyển đến mọi vị trí theo yêu cầu

7


Hình 1.8 Cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục RTG
Cơ cấu di chuyển xe con có động cơ truyền động được cấp nguồn từ bộ
biến tần được đặt ở trong buồng điện. Cơ cấu di chuyển xe con có đặc điểm
động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Trên hình 1.9 minh họa tay trang trong cabin điều khiển chính bên phía
bên trái thực hiện việc điều khiển động cơ,có các nút tại bàn điều khiển để lựa
chọn chế độ làm việc.

Hình 1.9 Tay trang điều khiển trong cabin của cầu trục RTG hãng kalmar

8

Trên hình 1.10 chính là động cơ truyền động chính là động cơ dị bộ rotor
lồng sóc có công suất là 30 KW.

Hình 1.10 Động cơ của cơ cấu di chuyển xe con có công suất 30KW
1.3. Cấu trúc chung hệ thống điều khiển và giám sát RTG của hãng Kalmar
cảng Vip Greenport
Trên hình 1.11 ta có PLC S7-300 CPU 315F-2PN/DP của Siemens Simatic
điều khiển cầu trục RTG của hãng Kalmar. Nó nhận lệnh từ người điều khiển và
lệnh từ ổ cứng để thực hiện hoạt động xác định. PLC S7-300 được sử dụng như
là PLC cơ bản trong hệ thống cầu trục RTG. Chúng hỗ trợ một số lượng lớn các
tín hiệu vào ra và có thể mở rộng các modul,hệ thống vào ra được chia thành các
modul riêng. Chúng được liên kết đến CPU theo đường truyền thông Profibus
DP.

Hình 1.11PLC S7-300 của Siemen Simatic

9


Về cấu trúc phần cứng, sơ đồ sau đây sẽ chỉ ra các thành phần phần cứng
và các bus truyền thông, chúng liên quan đến hệ thống điều khiển chung của
PLC. Các thành phần tương tự có thể tìm thấy trong cấu trúc phần cứng của
Siemens Step7 trên hình 1.12, 1.13 và hình 1.14.

Hình 1.12 Cấu trúc phần cứng trong buồng điện (EE- House )
Trên hình 1.12 ta thấy Profibus DP có nhiều ưu điểm nên được sử dụng
rộng rãi trong nhiều hệ thống và đặc biệt trong cầu trục RTG này.Ở đó các thiết
bị điều khiển như PLC hay các thiết bị điều khiển quá trình khác có thể trao đổi

thông tin với các thiết bị trường phân tán như I/O cũng như các thiết bị đo thông
qua một Bus nối thông tin tốc độ cao gửi đến buồng điện, xe con và sillbeam.
Ở đây, ta thấy các địa điểm cố định, hệ thống truyền hình vệ tinh thu các
tín hiệu của vệ tinh sử dụng một ăng-ten. Khi đó có thông báo điều chỉnh được
10


tính toán và gửi đến cầu trục RTG sử dụng một mạng WLAN hoặc radio
modem. Một trạm báo hiệu có thể phục vụ cho nhiều RTG bên trong một vòng
tròn bán kính trên nơi đó không lớn hơn 5 km.
Người nhận được các tín hiệu vệ tinh trong RTG đo các tín hiệu của vệ
tinh và điều chỉnh từ các trạm mặt đất thông qua một thiết bị tín hiệu radio, sau
đó kết hợp các dữ liệu này và tính toán vị trí của RTG với độ chính xác cao.
SmartRail so sánh vị trí thực tế của RTG với đường ray và tính toán những
hành động lái để các RTG theo đường mục tiêu với độ chính xác +/- 10 cm.
Trên hình 1.13 biểu diễn cấu trúc phần cứng trong xe con, giàn và cabin.
Hệ thống viễn thông sử dụng điện thoại nối liền buồng điện,cabin và rear
sillbeam, các camera giám sát kết nối với máy tính giúp cho việc cập nhật tình
hình về hoạt động của các cơ cấu cầu trục RTG một cách nhanh chóng và chính
xác nhất.

Hình 1.13 Cấu trúc phần cứng trong xe con, giàn và cabin
11


Ở phần khung nâng, một bộ điều khiển cân bằng Stabilizer nối với hệ
thống cân Loadcell bao gồm bên trái và phải được mắc song song cùng với cảm
biến nhận dạng phản hồi sự cân bằng đó đến bộ điều khiển cân bằng khung nâng
hạ hàng của cầu trục.
Mạng Can ở đây là một kênh giao tiếp giữa cơ cấu di chuyển xe con và

khung nâng thông qua một biến tần hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu tới 1Mbit
trên giây, có khả năng hoạt động trong các môi trường điện khó khăn nên được
sử dụng trong nhiều ứng dụng tự động hóa và điều khiển công nghiệp khác nhau
và đặc biệt trong cầu trục RTG này.
Trên hình 1.14 biểu diễn cấu trúc phần cứng của Sillbeam phần trước, sau
và đơn vị cấp nguồn.

Hình 1.14Cấu trúc Sillbeam trước, sau và đơn vị cấp nguồn
Trên hình này ta thấy Profibus DP đi đến các địa chỉ của cấu trúc như các
tín hiệu đầu vào ra của Front sillbeam và Power Unit. Ngoài ra Profibus DP còn
trao đổi thông tin với lớp cảm ứng Touch panel của Simens Simatic.
12


Trên hình 1.15 biểu diễn việc giám sát cầu trục RTG được thực hiện bằng
một phần mềm giám sát chuyên dụng thuộc bản quyền của hãng Kalmar. Phần
mềm được cài đặt và thực hiện công việc giám sát ở màn hình giao diện trong
cabin nơi người lái vận hành cầu trục và trong buồng điện. Việc thực hiện giám
sát điều chỉnh các thông số các cơ cấu trong buồng điện chỉ thực hiện được khi
người lái trong cabin thực hiện các thao tác trên màn hình giao diện chỉ khi đó
người điều chỉnh trong buồng điện mới có thể thực hiện được.

Hình 1.15 Màn hình giao diện giám sát cầu trục bằng phần mềm của Kalmar
Ở giao diện Start trên hình 1.16, ta sẽ giới thiệu các tính năng điều khiển và khởi
động /dừng :
13


Hình 1.16 Giao diện Start của phần mềm giám sát hãng Kalmar
Trong đó : A. Khởi động/ dừng diessel : Thời gian làm mát để ngừng hiển thị

B. Bật/ Tắt cẩu
C. Lựa chọn vị trí điều khiển : nếu chấp nhận điều khiển trong buồng điện thì sẽ
cướp được lệnh điều khiển từ người lái ở phía trên cabin.
D. Lựa chọn nguồn cấp
E. Điều khiển đèn
F. Điều khiển quạt sấy cabin
Ở khung tiêu đề nằm ở phía trên, ta giới thiệu qua một số từ ngữ sau đây :

Trong đó :
A. Khối nguồn cấp
14


B. Chỉ ra sai lệch lái giàn tự động (mm) (tùy chọn)
C. Chỉ ra khối lượng của hàng Container (tấn)
D. Nút báo nhận
Các biểu tượng ở trên khung hình có ý nghĩa sau đây :

A. Biểu tượng lần lượt từ trái qua phải :
- Bật lái giàn tự động
- An toàn điện ko ổn định (nhấp nháy)
- Hoạt động cảnh báo (nhấp nháy)
- Chạy diesel
- Bật cẩu
- Đóng chốt ở giàn nâng hạ

B. Biểu tượng lần lượt từ trái qua phải :
- Tắt lái giàn tự động
- Không chạy diesel
- Tắt cẩu

- Mở chốt ở giàn nâng hạ
15


Ở giao diện mục hoạt động trên hinh 1.17, ta sẽ giới thiệu một số đặc điểm sau
đây :

Hình 1.17 Giao diện Operator của phần mềm hãng Kalmar
Trong đó :
A. Tốc độ và vị trí giàn thực tế và tối đa (tùy chọn)
B. Tốc độ và vị trí xe con thực tế và tối đa
C. Tốc độ và vị trí nâng hạ thực tế và tối đa
D. Vị trí của giàn và điều khiển giàn
E. Sai lệch đồ thị lái giàn tự động
F. Điều khiển chỉnh tậm độ nghiêng và phản hồi
Điều khiển chỉnh tâm độ thăng bằng và phản hồi (tùy chọn)
Điều khiển sự thay đổi vùng và phản hồi (tùy chọn)

16


G. Đồ thị độ sai lệch của lái giàn tự động bao gồm tốc độ gió và
góc gió
Ở giao diện mục cơ cấu giàn trên hình 1.18, ta có :

Hình 1.18 Giao diện cơ cấu giàn bằng phần mềm của hãng Kalmar
Trong đó :
A. Lựa chọn chế độ di chuyển giàn và chỉ thị
B. Lựa chọn chế độ nâng hạ giàn khi ko xảy ra đồng thời 2 chuyển động nâng hạ
và di chuyển giàn (tùy chọn)

Ở giao diện mục đơn vị năng lượng Power Unit trên hình 1.19 :
A. Ta có :
- Tốc độ động cơ
- Nhiệt độ nước

17


Hình 1.19 Giao diện đơn vị năng lượng bằng phần mềm của Kalmar
- Áp suất dầu
- Mức nhiên liệu
- Điện áp pin\
- Công suất
- Phụ tải
Ở giao diện mục Spreader hay còn gọi là giàn nâng hạ ở hình 1.20, ta có
đặc điểm sau đây :

Hình 1.20 Giao diện giàn nâng hạ bằng phần mêm hãng Kalmar
18


Trong đó :
A. Điều khiển và chỉ thị Flippers
B. Vị trí giàn và điều khiển nó, vị trí 30 ft hoặc 40 ft (tùy chọn)
C. Điều khiển và chỉ thị việc đóng mở chốt
D. Điều khiển định tâm độ nghiêng và phản hồi
Điều khiển định tâm độ thăng bằng và phản hồi
Điều khiển sự thay đổi vùng bên và phản hồi
E. Điều khiển và chỉ thị sự lên xuống của Twin lift
Ở giao diện mục Counters trên hình 1.21 :

Hình 1.21 Giao diện Counter bằng phần mềm của Kalmar
Trong đó :
A. Số giờ hiển thị của các thành phần
B. Chỉ thị số lượng thành phần
19


Ở giao diện mục cảnh báo trên hình 1.22 :

Hình 1.22 Giao diện cảnh báo bằng phần mềm hãng Kalmar
Trong đó :
A. Đánh giá cảnh báo nếu có lỗi sẽ hiện lệnh lên màn hình để người
vận hành nắm bắt tình hình khắc phục.
B. Đánh giá thông tin văn bản
Ở giao diện cơ cấu nâng hạ Hoist :
Trong đó :
A. Thông tin khóa, không điều khiển được.
B. Đánh giá biểu đồ tốc độ thực tế, tốc độ tham chiếu và tốc độ hiện tại.
Ở giao diện mục Trolley trên hình 1.23 :
Trong đó :
A. Các thông tin khóa như tốc độ, vị trí, momen, dòng điện, điện áp,
không điều khiển được.
20


B. Biểu đồ đánh giá về tốc độ thực tế, tốc độ tham chiếu và tốc độ hiện
tại.

Hình 1.23 Giao diện Trolley bằng phần mềm của Kalmar

Ở giao diện mục các vị trí (Positions) trên hình 1.24 :

Hình 1.24 Giao diện vị trí bằng phần mềm hãng Kalmar

21


Trong đó :
A. Vị trí xe con và thông tin các cảm biến
B. Thông tin vị trí di chuyển giàn (tùy chọn)
C. Vị trí nâng hạ và thông tin cảm biến

22


CHƢƠNG 2 : PHÂN TÍCH TRANG BỊ ĐIỆN HỆ THỐNG CẤP NGUỒN
CẦU TRỤC RTG CỦA KALMAR CẢNG VIP GREENPORT
2.1.Thông số công nghệ của cầu trục RTG của Kalmar
2.1.2. Thông số công nghệ cầu trục RTG của Kalmar
* Một số thông số chính :
- Loại cầu trục : Cầu trục giàn bánh lốp tự hành, loại có xe con di chuyển.
- Sức nâng lớn nhất khi dùng khung cẩu 40 tấn.
- Loại container : ISO 40 FEET ( IAA, 1AAA), ISO 20 FEET ( ICC).
- Hành trình xe con : 19,07 m.
- Chiều cao nâng : 15,24m.
- Tốc độ nâng hạ : 23m/phút khi nâng và 54m/phút khi hạ.
- Số lượng bánh xe trên càu trục : 8 bánh (2 bánh/cụm chân ).
- Khoảng cách trục bánh xe : 6,4 m.
- Tốc độ xe con : 70 m/phút.
- Tốc độ di chuyển giàn : 135m/phút (không gió, không dốc, không tải ).

Bảng 2.1. Các loại phanh được sử dụng trong cầu trục RTG
Tên cơ cấu

Số lượng

Loại

Cơ cấu nâng hạ

1

Phanh đĩa điện từ xoay chiều

Cơ cấu di chuyển xe con

1

Phanh đĩa điện từ 1 chiều

Cơ cấu di chuyển cầu trục

2

Phanh đĩa điện từ 1 chiều

23


Bảng 2.2. Các thông số kĩ thuật của động cơ

Công
dụng

Công

Tốc

suất

độ

ra

(vg/phút)

ĐC cơ

160

cấu nâng

KW

Sự

Điện áp

cách

(V)

Loại

Số lượng

Lồng sóc

1

’’

’’

1

điện
Vật liệu

2970

380/660

cách điện
cấp F

ĐC cơ
cấu di
chuyển
xe con

30
KW

1475

380/660

ĐC cơ
cấu di
chuyển
cầu trục
ĐC
hệ thống
lái

55
KW

1470

380/660

’’

’’

2

1435

380/660

’’

’’

4

1460

380/660

‘’’

‘’’

1

2,2
KW

ĐC quấn

11

cáp

KW

2.2. Hệ thống cấp nguồn cho hệ thống cầu trục RTG của Kalmar
Để nghiên cứu trang bị điện một cách dễ dàng, chúng ta cần biết được các
kí hiệu và quy ước sử dụng trong bản vẽ. Bản vẽ phần điện của cầu trục Kalmar

24


chia thành 21 hàng đánh dấu từ A đến U, 50 cột đánh số từ 1 đến 50 được sắp
xếp thành các nhóm, mỗi nhóm thể hiện một cơ cấu.
Các nhóm bản vẽ được ký hiệu như sau :
Nhóm bản vẽ từ 1AA đến 2A : Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
Nhóm bản vẽ từ 3A đến 4A : Cấp nguồn cho hệ thống di chuyển xe con và
di chuyển cầu trục.
Nhóm bản vẽ từ 5A đến 5E : Cấp nguồn cho hệ thống mạch quấn cáp và
các tín hiệu I/O PLC tới hệ thống dây quấn cáp.
Nhóm bản vẽ từ 6A đến 6P : Cấp điện cho khối PLC ở trong buồng điện
EE- House.
Nhóm bản vẽ từ 6S1 đến 6T6 : Tín hiệu I/O của PLC cho Front Sillbeam
và Real Sillbeam.
Nhóm bản vẽ từ 7A đến 7N : Tín hiệu I/O của PLC cho cơ cấu xe con.
Nhóm bản vẽ từ 8A đến 8L : Tín hiệu I/O đến Cabin của cầu trục.
Nhóm bản vẽ từ 9A đến 9B : Cấp nguồn cho hệ thống viễn thông và
camera giám sát.
Nhóm bản vẽ từ 9Z đến 10F : Hệ thống nối đất và mạch kết nối.
2.2.1. Chức năng các phần tử của hệ thống điều khiển cấp nguồn
- F150 : Aptomat cấp nguồn cho cơ cấu tời điện trong buồng máy.
- F50 : Aptomat cấp nguồn cho role bảo vệ thứ tự pha.
- F51 : Aptomat cấp nguồn chính cho contactor.
- F5 : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống di chuyển xe con bằng cách lấy điện bờ.

25